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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine synchrone Reluktanzmaschine sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors.
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Aus der
EP 1300207 A2 ist ein Rotor für eine synchrone Reluktanzmaschine bekannt, der aus mehreren identischen scheibenartigen Rotorteilen besteht. Zur Herstellung der Rotorteile wird Metallpulver aus magnetisch leitendem Leitmaterial einerseits und Metallpulver aus magnetisch nicht-leitendem Nichtleitmaterial andererseits zusammengebracht in einer speziellen Form und dann zu hoher Dichte gesintert. So wird eine stabile Ausgestaltung erreicht. Dabei ist ein zentraler Ring aus Leitmaterial vorgesehen, der um eine Rotorwelle verläuft, und von dem mit jeweils rechtem Winkel zueinander Abschnitte bis an einen Außenumfang des Rotorteils gehen. In den vier so gebildeten Bereichen bzw. Sektoren sind mit quasi-parallelem Verlauf je drei gebogene streifenartige Abschnitte aus Nichtleitmaterial und Leitmaterial abwechselnd angeordnet. Die Rotorteile weisen sämtlich gleichbleibenden und identischen Querschnitt auf.
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Ein weiterer ähnlicher Rotor ist aus der
US-A-5818140 bekannt, der aus einer Vielzahl dünner identischer Scheiben gebildet ist. Dort sind Nichtleitmaterial-Abschnitte durch Luft gebildet, wobei schmale Verbindungsstege zwischen den Leitmaterial-Abschnitten diese Nichtleitmaterial-Abschnitte überqueren. Hierbei besteht das Problem, dass diese Verbindungsstege, die für den mechanischen Zusammenhalt des Rotors notwendig sind, den magnetischen Fluss im Rotor negativ beeinträchtigen. Die Scheiben weisen sämtlich einen gleich bleibenden Querschnitt auf.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Rotor sowie Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und es insbesondere möglich ist, einen sehr effizienten Rotor mit geringerem Streufluss im Rotor bereitzustellen, der mechanisch robust ist und der gut hergestellt werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors mit den Merkmalen der Ansprüche 12 und 14. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für den Rotor oder nur für ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für einen solchen Rotor als auch für die Verfahren zu seiner Herstellung selbstständig gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Es ist vorgesehen, dass ein Rotor, der bevorzugt für eine synchrone Reluktanzmaschine ausgebildet ist, mindestens ein Rotorteil aufweist, das vorteilhaft scheibenartig ist. Vorteilhaft sind dies mehrere Rotorteile, die insbesondere identisch ausgebildet sind. Das Rotorteil weist magnetisch leitende Abschnitt aus sogenanntem Leitmaterial sowie magnetisch nicht-leitende Abschnitte aus sogenanntem Nichtleitmaterial auf. Ein Nichtleitmaterial-Abschnitt schließt jeweils an einen Leitmaterial-Abschnitt an, insbesondere in radialer Richtung von einer Längsmittelachse aus gesehen. Des Weiteren sind vorteilhaft keine zwei Leitmaterial-Abschnitte miteinander verbunden, sondern stets durch einen Nichtleitmaterial-Abschnitt getrennt. Ebenso vorteilhaft befindet sich ein Leitmaterial-Abschnitt immer zwischen zwei Nichtleitmaterial-Abschnitten. Entlang einer Längsmittelachse des Rotors gesehen weist das Rotorteil zwei bzw. mindestens zwei unterschiedliche Querschnitte in rechtem Winkel zu dieser Längsmittelachse auf. Diese beiden Querschnitte werden also auf dieselbe Art und Weise gebildet, nur eben an axial unterschiedlichen Stellen des Rotorteils. Vorteilhaft sind es genau nur zwei Querschnitte, mehr verschiedene bzw. andere Querschnitte weisen die Rotorteile dann nicht auf.
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In einem ersten vorgenannten Querschnitt des Rotorteils sind einzelne Leitmaterial-Abschnitte, die in radialen Richtungen aufeinanderfolgen, eben vollständig und ohne Verbindung miteinander durch Nichtleitmaterial-Abschnitte getrennt. So kann ein magnetischer Streufluss in diesen Richtungen verringert werden, da es keine Materialbrücken zwischen den Leitmaterial-Abschnitten gibt. Insbesondere gilt dies für die sogenannte Q-Richtung, in der kein magnetischer Fluss gewünscht ist. Demzufolge sind in diesem ersten Querschnitt auch die Nichtleitmaterial-Abschnitte vollständig und ohne Verbindung miteinander durch Leitmaterial-Abschnitte getrennt. So kann der magnetische Fluss in den gewünschten Richtungen, insbesondere der sogenannten D-Richtung, gut geführt werden. In den dazu verdreht angeordneten Q-Richtungen wird der Fluss durch die Nichtleitmaterial-Abschnitte unterbrochen und somit reduziert.
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Jeder Leitmaterial-Abschnitt und jeder Nichtleitmaterial-Abschnitt ist mindestens an einem Endpunkt, vorzugsweise an seinen zwei Endpunkten, an eine Außenmantelfläche bzw. an einen Außenumfang des Rotors geführt. Dies entspricht aber dem aus dem vorgenannten Stand der Technik bekannten Aufbau. Die Abschnitte können gebogen bzw. geschwungen ausgebildet sein.
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In einem zweiten Querschnitt des Rotorteils, der zusätzlich zu dem ersten Querschnitt vorgesehen ist, ist mindestens ein Verbindungsabschnitt zwischen jeweils benachbarten bzw. direkt benachbarten Leitmaterial-Abschnitten vorgesehen, der diese verbindet. Dabei sind in diesem zweiten Querschnitt alle Leitmaterial-Abschnitte durch mindestens einen Verbindungsabschnitt mit einem benachbarten Leitmaterial-Abschnitt verbunden, insbesondere jeweils alle. Der zweite Querschnitt baut also auf dem ersten Querschnitt auf bzw. er enthält dort Leitmaterial-Abschnitte, wo sie auch der erste Querschnitt aufweist. Der Verbindungsabschnitt kann dabei vorteilhaft Nichtleitmaterial-Abschnitte überqueren bzw. Leitmaterial-Abschnitte verbinden, so dass er zur mechanischen Stabilität bzw. zum Zusammenhalt des Rotorteils dient. Dies gilt vor allem dann, wenn die Nichtleitmaterial-Abschnitte aus Luft bestehen bzw. Ausschnitte im Leitmaterial sind. In Richtung der genannten Längsmittelachse schließt bei dem Rotorteil ein Bereich bzw. Längsbereich mit dem ersten Querschnitt an einen Bereich bzw. Längsbereich mit dem zweiten Querschnitt an, wobei diese Bereiche einteilig miteinander verbunden sind. Vorteilhaft sind sie sogar einstückig hergestellt, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Bevorzugt verlaufen die Verbindungsabschnitte rechtwinklig zu der Längsmittelachse.
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Mit der Erfindung ist es somit möglich, in den Bereichen mit dem ersten Querschnitt eine Optimierung des magnetischen Flusses zu erreichen, insbesondere entlang der vorgenannten D-Achse. Hier kann ein Leitmaterial-Abschnitt bis an einen Außenumfang reichen. Vor allem wird ein magnetischer Streufluss entlang der vorgenannten Q-Achse dabei möglichst reduziert oder sogar ganz vermieden. Ein solcher möglicher Streufluss wird nämlich durch die Nichtleitmaterial-Abschnitte unterbrochen. In einem Bereich mit dem zweiten Querschnitt ist durch die Verbindungsabschnitte zwischen den Leitmaterial-Abschnitten zwar ein solcher störender Streufluss entlang der Q-Achse möglich bzw. gegeben. Dafür dient dieser Bereich dazu, das Rotorteil zusammenzuhalten bzw. die einzelnen Leitmaterial-Abschnitte miteinander verbunden zu halten. Wenn ein Rotorteil so hergestellt ist, dass die Dicke bzw. axiale Länge des Bereichs mit dem ersten Querschnitt erheblich größer ist als der Bereich mit dem zweiten Querschnitt, dann kann insgesamt für das Rotorteil eine Verbesserung des Streuflusses und insgesamt der Effizienz des Rotors erreicht werden bei gleichzeitig stabilem mechanischen Aufbau.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann ein Rotorteil vorteilhaft einteilig und einstückig hergestellt sein mit den beiden Bereichen mit jeweils dem spezifischen Querschnitt. Vorteilhaft weist ein solches Rotorteil nur Bereiche auf, die einen der beiden Querschnitte aufweisen. Somit sind insgesamt bei einem solchen Rotorteil in vorteilhafter Ausgestaltung nur genau zwei unterschiedliche Querschnitte vorhanden, nämlich der vorgenannte erste Querschnitt und der vorgenannte zweite Querschnitt. Dies macht eine Ausgestaltung des Rotorteils einfach, wobei gleichzeitig die zuvor erläuterten notwendigen Funktionen bezüglich des magnetischen Flusses einerseits und des mechanischen Zusammenhalts andererseits erfüllt werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann in den Bereichen des zweiten Querschnitts im äußeren Bereich bzw. nahe an einem Außenumfang oder direkt am Außenumfang ein Verbindungsabschnitt zwischen den vorgenannten Endpunkten von Leitmaterial-Abschnitten vorgesehen sein. Eine solche Verbindung der Leitmaterial-Abschnitte weit außen bzw. eben am Außenumfang ist besonders vorteilhaft für die mechanische Stabilität. So kann vorzugsweise entlang des Außenumfangs in Umfangsrichtung ein umlaufender durchgängiger schmaler Verbindungssteg vorgesehen sein. Er kann sämtliche Endpunkte der Leitmaterial-Abschnitte miteinander verbinden. Dies kann beispielsweise vorteilhaft zusammen mit vorgenannten Verbindungsabschnitten vorgesehen sein, die in der Mitte zwischen diesen Endpunkten verlaufen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Verbindungsabschnitt zwischen Leitmaterial-Abschnitten nicht nur relativ schmal und stegartig ausgebildet sein, sondern eher breit. Vorteilhaft verläuft ein Verbindungsabschnitt großflächig zwischen benachbarten Leitmaterial-Abschnitten. Besonders vorteilhaft ist ein Verbindungsabschnitt vollflächig zwischen den benachbarten Leitmaterial-Abschnitten vorgesehen, so dass insgesamt der zweite Querschnitt eine durchgängige Scheibe bis an den Außenumfang des Rotors ist. In dieser Ausgestaltung sind dann im zweiten Querschnitt keine Nichtleitmaterial-Abschnitte vorgesehen. Dadurch wird zwar der magnetische Streufluss begünstigt, was als negativ anzusehen ist. Dafür wird durch einen solchen großflächigen Verbindungsabschnitt bzw. eine durchgängige Scheibe ein sehr guter mechanischer Zusammenhalt erreicht, den der zweite Querschnitt für die Leitmaterial-Abschnitte des ersten Querschnitts bildet.
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Eine Längserstreckung eines Bereichs mit dem ersten Querschnitt ist in Ausgestaltung der Erfindung deutlich größer als die eines Bereichs mit dem zweiten Querschnitt. So ist ein Bereich mit dem ersten Querschnitt vorteilhaft mindestens 10mal so lang bzw. dick wie ein Bereich mit dem zweiten Querschnitt. Vorteilhaft ist dieser mindestens 15mal oder sogar mindestens 20mal so lang. Dadurch wird deutlich, dass der Einfluss des starken magnetischen Streuflusses im Bereich mit dem zweiten Querschnitt auf das Rotorteil insgesamt relativ gering ist.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Rotorteil mindestens zwei Bereiche mit dem ersten Querschnitt aufweist, die zusammen zwischen 60% und 99% der Länge des gesamten Rotorteils in axialer Richtung einnehmen, vorteilhaft genau zwei solche Bereiche.
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Zwischen diesen beiden Bereichen mit dem ersten Querschnitt ist ein Bereich mit dem zweiten Querschnitt vorgesehen, der die anderen Bereiche sozusagen zusammenhält bzw. stabilisiert. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Bereiche mit dem ersten Querschnitt jeweils gleich dick bzw. lang in axialer Richtung, so dass der Bereich mit dem zweiten Querschnitt mittig dazwischen vorgesehen ist. So sind die Fliehkräfte zum Halten der Leitmaterial-Abschnitte für beide Bereiche mit dem ersten Querschnitt in etwa gleich groß.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann das Rotorteil mindestens einmal spiegelsymmetrisch sein zu einer Spiegelachse, die entlang der Längsmittelachse des Rotors verläuft. Vorzugsweise ist das Rotorteil auch noch zusätzlich spiegelsymmetrisch zu einer zweiten Spiegelebene, die ebenfalls entlang der Längsmittelachse des Rotors verläuft und die in rechtem Winkel zur ersten Spiegelebene steht. Eine solche einfach oder sogar zweifach spiegelsymmetrische Ausgestaltung eines Rotors ist günstig für die Konstruktion zum Einsatz in einem synchronen Reluktanzmotor.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Nichtleitmaterial Luft und das Leitmaterial Metall, insbesondere Stahl. Dies bedeutet also, dass im ersten Querschnitt zwischen den Leitmaterial-Abschnitten Aussparungen als Nichtleitmaterial-Abschnitte vorgesehen sind. Ein Metall bzw. Stahl für das Leitmaterial kann vorteilhaft ausgewählt werden, wie es für einen Fachmann bekannt ist.
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Ein Rotor kann in Ausgestaltung der Erfindung aus mehreren solchen Rotorteilen bestehen bzw. zusammengesetzt sein. Insbesondere können die Rotorteile eben scheibenartig sein und zum gesamten Rotor zusammengesetzt werden, insbesondere sozusagen auf eine Rotorwelle aufgeschoben werden. Die Rotorteile sind vorteilhaft gleichartig ausgebildet dahingehend, dass zumindest die Bereiche mit dem ersten Querschnitt gleich sind bzw. deren erster Querschnitt gleich ist. Vorteilhaft gilt dies auch für die Bereiche mit dem zweiten Querschnitt. Insbesondere sind die Rotorteile sämtlich identisch. So kann ein Rotor aus einem bis fünf oder sogar zehn Rotorteilen bestehen.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann die axiale Länge eines Rotorteils zwischen 2% und 50% seines Durchmessers liegen. Vorteilhaft können dies 10% bis 30% sein. Somit ist ein gutes Verhältnis zwischen Durchmesser und axialer Länge bzw. Dicke eines scheibenartigen Rotorteils gegeben.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Rotorteil in axialer Länge in seinem Mittelbereich nur einmal einen Bereich mit dem zweiten Querschnitt aufweisen. Ansonsten weist es nur den ersten Querschnitt auf bzw. an beiden Seiten angrenzend Bereiche mit dem ersten Querschnitt.
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Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines vorbeschriebenen Rotors bzw. eines Rotorteils für einen solchen Rotor werden aus einem massiven Metallteil, welches das vorgenannte Leitmaterial ist, die magnetisch nicht-leitenden Nichtleitmaterial-Abschnitte herausgefräst bzw. herausgearbeitet. Sie können allgemein materialabtragend herausgearbeitet werden. Letztlich sind diese Nichtleitmaterial-Abschnitte dann mit Luft als Nichtleitmaterial gefüllt. Das Metallteil weist dann rundzylindrische Form auf bzw. einen Außenumfang, der dem Außenumfang des fertigen Rotorteils entspricht.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Herausarbeiten des Rotorteils aus einem massiven Metallteil der Bereich mit dem zweiten Querschnitt einfach unbearbeitet bleiben bzw. durch Herausarbeiten der Nichtleitmaterial-Abschnitte in Bereichen mit dem ersten Querschnitt auf beiden Seiten eines Bereichs mit dem zweiten Querschnitt kann dieser, insbesondere als eine Art durchgängige Scheibe, hergestellt werden.
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Ein Metallteil als massives Metallteil zur Herstellung des Rotorteils ist vorteilhaft einteilig und einstückig hergestellt. Dafür eignen sich Verfahren wie Schmieden, insbesondere auch Gesenkschmieden, Gießen oder Sintern.
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Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Rotorteils eines Rotors mit einem großflächig zwischen benachbarten Leitmaterial-Abschnitten verlaufenden Verbindungsabschnitt im Bereich mit dem zweiten Querschnitt wird ein Bereich mit diesem zweiten Querschnitt mit dem Verbindungsabschnitt als Scheibe aus Leitmaterial gefertigt. Dieser Bereich bzw. diese Scheibe kann eine Dicke entsprechend der vorgenannten axialen Länge von 1 mm bis 10 mm aufweisen, alternativ kann vorteilhaft eine Dicke zwischen 1% und 40%, besonders vorteilhaft zwischen 1% und 5%, des Durchmessers betragen. Dieser Bereich mit dem zweiten Querschnitt, insbesondere die durchgängige Scheibe, wird auf der Oberseite und/oder auf der Unterseite mit einem Aufbau gemäß dem ersten Querschnitt versehen, wobei dazu Metallpulver als Leitmaterial entsprechend angeordnet wird für die gewünschte Form der Leitmaterial-Abschnitte und anschließend verpresst wird. Anschließend wird die vorgenannte Scheibe mit dem mindestens einen Bereich mit dem ersten Querschnitt zusammengesintert, also den Leitmaterial-Abschnitten. Auch hier ist das Nichtleitmaterial Luft für einen möglichst geringen magnetischen Streufluss.
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In einem nochmals weiteren dritten erfindungsgemäßen Verfahren kann ein gesamtes Rotorteil in einem Schritt aus Metallpulver als Leitmaterial entsprechend verpresst und gesintert werden. Es wird gleich so hergestellt, dass es mindestens einen Bereich mit dem ersten Querschnitt und einen Bereich mit dem zweiten Querschnitt aufweist. Dabei wird also nicht zuerst eine Scheibe aus Leitmaterial gefertigt für den Bereich mit dem zweiten Querschnitt, an dem dann Leitmaterial-Abschnitte für einen Bereich mit dem ersten Querschnitt daran befestigt werden.
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Bei dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren mit dem separaten Herstellen des Bereichs mit dem zweiten Querschnitt kann dieses separate Herstellen dazu genutzt werden, diesen Bereich mit dem zweiten Querschnitt zwar als weitgehend oder vollflächige Scheibe auszugestalten, aber aus einem Material bzw. Metall zu fertigen, welches einen magnetischen Streufluss nicht fördert bzw. dessen Ausbreitung verringert. Insbesondere kann es ein magnetisch nicht-leitendes Material sein, selbst wenn es Metall ist, beispielsweise Aluminium oder Edelstahl.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Schrägansicht eines einzelnen Rotorteils für einen erfindungsgemäßen Rotor,
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2 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Rotors mit fünf Rotorteilen,
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3 einen ersten Querschnitt durch ein Rotorteil entsprechend 1 mit Leitmaterial-Abschnitten, die durch Nichtleitmaterial-Abschnitte bestehend aus Luft vollständig voneinander getrennt sind,
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4 einen zweiten Querschnitt in einer Mittelebene des Rotorteils aus 1 mit Ausbildung als Vollscheibe und gestrichelt dargestelltem Verlauf der Leitmaterial-Abschnitte entsprechend 3 und
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5 einen schematischen Schnitt durch ein Rotorteil im zweiten Querschnitt ähnlich 4 mit unterschiedlich ausgebildeten Nichtleitmaterial-Abschnitten bzw. Verbindungsabschnitten in vier verschiedenen Ausführungsvarianten.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In der 1 ist in Schrägansicht ein Rotorteil 11 für einen erfindungsgemäßen Rotor 10 entsprechend 2 in Schrägansicht dargestellt. Das Rotorteil 11 ist scheibenartig ausgebildet bzw. weist im Prinzip die Form einer dicken Scheibe auf mit rundem bzw. kreisrundem Außenumfang. Das Rotorteil 11 weist eine zentrale Ausnehmung 13 für die Rotorwelle 12 entsprechend 2 auf. Diese Ausnehmung 13 ist von einem ersten bzw. innersten Leitmaterial-Abschnitt 15a umgeben, der vier sich sternförmig in radialer Richtung nach außen erstreckende Arme aufweist. So bildet der innerste Leitmaterial-Abschnitt 15a mit seinen vier Armen sozusagen vier Bereiche oder vier Sektoren. In jedem der Sektoren ist mit etwas Abstand ein zweiter Leitmaterial-Abschnitt 15b und, radial ganz außen und auch teilweise entlang des Außenumfangs, ein dritter Leitmaterial-Abschnitt 15c vorgesehen. Zwischen den Leitmaterial-Abschnitten 15a bis 15c verlaufen in jedem Sektor Nichtleitmaterial-Abschnitte 17 aus Luft. Zwischen dem Leitmaterial-Abschnitt 15a und dem Leitmaterial-Abschnitt 15b verläuft ein breiter streifenförmiger erster Nichtleitmaterial-Abschnitt 17a. Dieser weist in etwa die Breite des Leitmaterial-Abschnitts 15b auf. Zum äußersten Leitmaterial-Abschnitt 15c hin ist wiederum dazwischen ein zweiter Nichtleitmaterial-Abschnitt 17b vorgesehen, vorteilhaft mit etwa derselben Breite. Das Rotorteil 11 ist in Längsrichtung des Rotors 10 bzw. entlang einer Längsmittelachse des Rotors 10, der der Drehachse der Rotorwelle 12 entspricht, zweifach spiegelsymmetrisch. Sämtliche Nichtleitmaterial-Abschnitte 17 sind dabei mit Luft gefüllt bzw. enthalten Luft. Näheres hierzu wird im Zusammenhang mit den 3 und 4 erläutert.
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Die 2 zeigt sehr vereinfacht und schematisch, wie ein Rotor 10 aus fünf Rotorteilen 11 ähnlich denjenigen der 1 zusammengesetzt ist. Es könnten noch mehr Rotorteile 11 sein. Die Rotorteile 11 sind vorteilhaft aber nicht zwingend identisch untereinander ausgebildet und werden, was leicht anhand der 2 vorstellbar ist, in identischer Position zueinander auf die Rotorwelle 12 aufgebracht und dort befestigt. Die Verläufe der Leitmaterial-Abschnitte 15 und der Nichtleitmaterial-Abschnitte 17 sind nur bei dem ganz linken Rotorteil 11 schematisch dargestellt. Das Rotorteil 11 der 2 weist dabei abweichend von der 1 vier Leitmaterial-Abschnitte 15 und drei Nichtleitmaterial-Abschnitte 17 auf. Selbstverständlich könnten es auch genauso viele sein wie in 1. Dies dient zur Veranschaulichung, dass deren Anzahl variieren kann.
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In der 3 ist der eingangs beschriebene erste Querschnitt durch ein Rotorteil 11 ähnlich 1 dargestellt, und zwar in einer Querschnittsebene parallel zur Oberseite des Rotorteils 11 bzw. senkrecht zur Längsmittelachse des Rotors 10. Auf eine Schraffierung des Querschnitts ist hier aus Deutlichkeitsgründen verzichtet worden.
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Es ist zu erkennen, dass bei dem ersten Querschnitt entsprechend 3 das Rotorteil 11 die fünf Leitmaterial-Abschnitte 15a bis 15e aufweist mit einer grundsätzlichen Anordnung entsprechend 1, nur eben noch mehr, auch mehr als in 2. Zwischen jeweils benachbarten Leitmaterial-Abschnitten 15 ist jeweils ein Nichtleitmaterial-Abschnitt 17 vorgesehen, der diese vollständig trennt. Somit ist jeder Leitmaterial-Abschnitt 15 einzeln für sich bis auf den innersten Leitmaterial-Abschnitt 15a, der wiederum sternförmig mit vier Armen und einem zentralen Ringteil ausgebildet ist. So hängen auch hier sämtliche vier Leitmaterial-Abschnitte 15a zusammen und umgeben die Ausnehmung 13 für die Rotorwelle 12. Auch dieser erste Querschnitt der 3 ist, wie zuvor erläutert und hier besonders gut zu erkennen ist, spiegelsymmetrisch zu zwei zueinander rechtwinklig stehenden Spiegelebenen, durch welche die Längsmittelachse des Rotors 10 verläuft. Die Spiegelebenen können jeweils durch die Endpunkte der Leitmaterial-Abschnitte 15a verlaufen oder um 45° verdreht dazu sein.
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In der 4 ist ein erfindungsgemäßer zweiter Querschnitt durch das Rotorteil 11 dargestellt, der parallel zum ersten Querschnitt ist. Dieser zweite Querschnitt zeigt eigentlich eine Scheibe mit der zentralen Ausnehmung 13, also eine Art Kreisringscheibe, die sonst keine Ausnehmungen aufweist. Ihre Außenkante verläuft durchgehend entlang dem Außenumfang des Rotorteils 11 bzw. des Rotors 10. Die strichlierten Linien entsprechen den Verläufen der Leitmaterial-Abschnitte 15. Es sind mehrere Verbindungsabschnitte 19a, 19b, 19c und 19d vorgesehen zwischen diesen gestrichelten Linien, die dort sind wo bei dem ersten Querschnitt der 3 die Nichtleitmaterial-Abschnitte 17a bis 17d verlaufen. Allerdings sind die Verbindungsabschnitte 19a, 19b, 19c und 19d einteilig und einstückig mit den Abschnitten, die den gestrichelt dargestellten Verläufen der Leitmaterial-Abschnitte 15a bis 15e entsprechen. Es ist eben eine volle Kreisringscheibe.
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Das Rotorteil 11 entsprechend 1 ist also so ausgebildet, dass entlang dem dort in etwa auf mittlerer Höhe strichliert eingezeichneten Kreis der zweite Querschnitt entsprechend 4 gegeben ist, also die Kreisringscheibe. Dies kann in 1 auch deutlich anhand der dort eingezeichneten Verbindungsabschnitte 19a und 19b erkannt werden. Auf der Kreisringscheibe bzw. der Scheibe des zweiten Querschnitts entsprechend 4 sind auf der Oberseite sowie auf der Unterseite die ersten Querschnitte entsprechend 3 aufgesetzt bzw. die entsprechenden Leitmaterial-Abschnitte 15 gehen davon aus, und zwar auch einstückig und einteilig.
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Es ist zu erkennen, dass im ersten Querschnitt durch die vollständige Trennung der Leitmaterial-Abschnitte 15 voneinander mittels der mit Luft gefüllten Nichtleitmaterial-Abschnitte 17 der magnetische Streufluss entlang der Q-Achse sehr wirksam unterbrochen und somit reduziert werden kann. Gleichzeitig ist mechanische Stabilität des Rotorteils 11 dadurch gegeben, dass die Leitmaterial-Abschnitte 15a bis 15e, vor allem die Leitmaterial-Abschnitte 15b bis 15e, an einer Seite an dem scheibenartigen zweiten Querschnitt entsprechend 4 befestigt sind bzw. einteilig und einstückig mit diesem verbunden sind. Es muss also nicht wie beim Stand der Technik in jedem Querschnitt durch das Rotorteil ein Verbindungsabschnitt zwischen den Leitmaterial-Abschnitten verlaufen. Es ist aus der 1 zu erkennen, dass die Dicke des Bereichs mit dem zweiten Querschnitt entsprechend 4 sehr viel geringer ist als diejenige darüber und diejenige darunter jeweils mit dem ersten Querschnitt entsprechend 3. Der Faktor kann hier in der 1 etwa 10 betragen. Das Rotorteil 11 besteht also im Wesentlichen aus dem ersten Querschnitt mit den Nichtleitmaterial-Abschnitten 17 zwischen Leitmaterial-Abschnitten 15.
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Eine mögliche erfindungsgemäße Herstellung eines Rotorteils ähnlich 1, aus dem dann entsprechend 2 zusammen mit weiteren solchen Rotorteilen ein Rotor 11 hergestellt werden kann, sieht vor, dass aus einer massiven Scheibe entsprechend dem Außenumfang des Rotorteils 11 der 1 die Nichtleitmaterial-Abschnitte 17a und 17b herausgearbeitet werden, insbesondere herausgefräst werden. Dabei kann von beiden Seiten in die Planflächen der Scheibe hineingefräst werden, so dass letztlich in den gefrästen Bereichen der erste Querschnitt entsprechend 3 gegeben ist und dazwischen ein scheibenartiger zweiter Querschnitt entsprechend 4 gegeben ist. Die Verbindungsabschnitte 19a und 19b werden beim Fräsen also stehen gelassen.
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Ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotorteils kann vorsehen, dass eine Scheibe entsprechend 4 hergestellt wird auf übliche Art und Weise, beispielsweise aus einem Blech mit der gewünschten Stärke herausgearbeitet wird. Auf die Oberseite und die Unterseite dieser Scheibe können dann die Leitmaterial-Abschnitte 15 aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufbringen von Metallpulver in der entsprechenden Form und Sintern. Eine nochmals weitere mögliche Herstellung wäre ein einteiliger und einstückiger Druckguss in der Form entsprechend 1.
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Die Höhe bzw. Dicke der Scheiben bzw. des Bereichs des Rotorteils 11 entsprechend 1 mit dem zweiten Querschnitt entsprechend 4 kann bei 1 mm bis 10 mm liegen, evtl. auch weniger, abhängig von den Dimensionen des gesamten Rotorteils 11. Weist dieser eine axiale Länge von etwa 30 mm bis 40 mm auf, so kann die Dicke des Bereichs mit dem zweiten Querschnitt entsprechend 4 bei 1 mm bis 2 mm liegen.
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Wie anhand der 4 leicht vorstellbar ist, ist der Bereich mit diesem zweiten Querschnitt zwar relativ dünn im Vergleich zur Dicke oder Höhe des gesamten Rotorteils entsprechend 1. Dennoch kann der magnetische Streufluss im Bereich dieses zweiten Querschnitts entsprechend der unerwünschten Richtung Q ungehindert verlaufen. Deswegen ist in der 5 ein alternativer zweiter Querschnitt für einen Rotorteil dargestellt mit vier unterschiedlichen Ausgestaltungen für diesen zweiten Querschnitt bzw. für die Verbindungsabschnitte 19.
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In einem ersten Beispiel im Sektor rechts unten in der 5 sind innerhalb der Verbindungsabschnitte 119a bis 119d runde bzw. kreisrunde Ausschnitte 121 vorgesehen. Somit verbleiben dazwischen die schmalen stegartigen Verbindungsabschnitte 119a bis 119d. Dies reduziert den magnetischen Streufluss erheblich. Gleichzeitig ist zu erkennen, dass die Verbindungsabschnitte 119a bis 119d durchaus noch geeignet sind, den Zusammenhalt der Scheibe zu gewährleisten und somit auch das Zusammenhalten sämtlicher Leitmaterial-Abschnitte an der Oberseite und der Unterseite dieser Scheibe bzw. dieses zweiten Querschnitts, also des gesamten Rotorteils.
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Im Sektor rechts oben sind Verbindungsabschnitte 219a bis 219d vorgesehen zwischen jeweils fünf länglichen Ausschnitten 221. Die Ausschnitte 221 weisen jeweils unterschiedliche Längen auf, und zwar sind sie umso kürzer je näher sie an dem Außenumfang liegen. Die dazwischenliegenden Verbindungsabschnitte 219a bis 219d sind deutlich breiter als die Verbindungsabschnitte 119 des Sektors rechts unten. Dafür sind es aber auch weniger. Für eine gute mechanische Stabilität sind die Verbindungsabschnitte 219a bis 219d entlang einer Linie von innen nach außen angeordnet.
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Im Sektor links oben sind wiederum mehr Ausschnitte 321 vorgesehen, die zwischen sich ebenfalls breite Verbindungsabschnitte 319a bis 319d bilden. Hier sind aber entlang von nebeneinander verlaufenden Streifen die Verbindungsabschnitte 319a bis 319d und die Ausschnitte 321 versetzt zueinander angeordnet, was wiederum Streuflüsse reduzieren helfen soll. So können sich nämlich keine durchgängigen Linien für den Streufluss ergeben, insbesondere nicht entlang der genannten Q-Achse.
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Im Sektor links unten sind die Ausschnitte 421 relativ lang, und zwar jeweils zwei Ausschnitte 421 pro Streifen. Sie weisen Verbindungsabschnitte 419a bis 419d auf jeweils zwischen sich und an ihrem Ende zum Außenumfang hin. Auch so können Streuflüsse reduziert werden, wobei der scheibenartige Bereich mit einem solchen Querschnitt als zweitem Querschnitt bei Umsetzung in einem Rotorteil 11 entsprechend 1 eine ausreichende mechanische Stabilität gewährleisten sollte.
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Die Ausschnitte 121, 221, 321 und 421 entsprechend der 5 können ohne größere Probleme nachträglich bei einem Rotorteil entsprechend der 1 durch Bohren und/oder Fräsen in den dort dargestellten Verbindungsabschnitten hergestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1300207 A2 [0002]
- US 5818140 A [0003]
