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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanent erregte Synchronmaschine, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen elektrischen Maschine.
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Hintergrund der Erfindung
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Elektrische Maschinen werden beispielsweise als Motoren und/oder Generatoren für vielfältige Zwecke eingesetzt. Beispielsweise werden leistungsstarke elektrische Maschinen zunehmend in Elektro- oder Hybridfahrzeugen eingesetzt, um als Teil eines Antriebsstrangs das Kraftfahrzeug in Bewegung versetzen zu können und/oder beim Abbremsen des Fahrzeugs kinetische Energie rekuperieren zu können. Insbesondere bei solchen Anwendungen wird stets ein möglichst hoher Wirkungsgrad der elektrischen Maschine angestrebt und gleichzeitig versucht, eine möglichst hohe Leistungsdichte bei möglichst geringen Abmessungen und Gewicht der elektrischen Maschine zu erreichen. Dazu sollte die elektrische Maschine bei hohen Drehzahlen betrieben werden können.
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In der nachveröffentlichten
DE 102015203018 A1 wird eine elektrische Maschine beschrieben, in der Magnete mithilfe eines eingespritzten Kunststoffs in Kanälen befestigt werden, die in einem Rotor der elektrischen Maschine vorgesehen sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise eine elektrische Maschine ermöglichen, welche einerseits robust, kostengünstig herstellbar und leistungsstark sein kann und welche andererseits eine sehr hohe Drehzahlfestigkeit aufweisen kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rotor für eine elektrische Maschine beschrieben, die einen Stator und den relativ zu dem Stator drehbar gelagerten Rotor aufweist. Der Rotor weist wenigstens ein Lamellenpaket mit in Längsrichtung des Rotors übereinander gestapelten Blechlamellen auf. Nahe einem Außenumfang des Lamellenpakets ist eine Mehrzahl von sich in Längsrichtung des Rotors erstreckenden und in Umfangsrichtung des Rotors voneinander beabstandeten Magnetaufnahmekanälen vorgesehen, in welchen jeweils wenigstens ein Magnetelement angeordnet ist. Die elektrische Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass zwei benachbarte Magnetaufnahmekanäle über einen Verbindungskanal derart miteinander verbunden sind, dass ein Außenbereich des Lamellenpakets an seiner radial nach innen gerichteten Seite eine von dem Verbindungskanal begrenzte auskragende Ausbuchtung aufweist, welche in einem Bereich radial weiter außerhalb eine in Umfangsrichtung gesehen geringere Breite aufweist als in einem Bereich radial weiter innerhalb.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem, und ohne die Erfindung einzuschränken, als auf den nachfolgend beschriebenen Erkenntnissen und Überlegungen beruhend angesehen werden.
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Herkömmlich werden in dem Rotor einer elektrischen Maschine Magneten meist innerhalb speziell hierfür vorgesehener Hohlräume oder Taschen aufgenommen, welche sich beispielsweise als Magnetaufnahmekanäle längs durch den Rotor hindurch erstrecken können. Ein von den Magneten erzeugtes Magnetfeld sollte sich dabei möglichst nach radial außen hin über den Umfang des Rotors hinaus erstrecken und somit mit in dem umgebenden Stator erzeugten Magnetfeldern effizient wechselwirken können. Sofern ein Bereich zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Magneten mit einem magnetisierbaren Material ausgebildet ist, kann es allerdings zu einer Art magnetischem Kurzschluss kommen, bei dem durch die Magneten bewirkte Magnetfelder nicht wie gewünscht aus dem Rotor hinaus austreten, sondern innerhalb des magnetisierbaren Materials des Rotors verbleiben. Das heißt, dass die die Pole des Magneten verbindende Magnetfeldlinien größtenteils innerhalb des Rotors verlaufen, anstatt sich nach außen hin zu dem Stator zu erstrecken.
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Es kann daher vorteilhaft sein, einen Bereich zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Magneten zumindest teilweise nicht aus einem magnetisierbaren Material auszubilden. Hierzu kann es vorteilhaft sein, in dem Rotor zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Magnetaufnahmekanälen jeweils einen Bereich vorzusehen, der nicht aus einem magnetisierbaren Material besteht und der hierin als Verbindungskanal bezeichnet wird. Solche Verbindungskanäle können somit magnetische Kurzschlüsse im Wesentlichen vermeiden.
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Allerdings bewirken die Verbindungskanäle auch, dass ein radial weiter außen liegender Außenbereich des den Rotor bildenden Lamellenpakets und ein weiter innen liegender Innenbereich des Lamellenpakets nicht mehr über einen sich beispielsweise zwischen den Magnetaufnahmekanälen erstreckenden Steg einstückig miteinander verbunden sind. Ein solcher Steg würde zwar den unerwünschten magnetischen Kurzschluss bewirken, könnte jedoch auch für eine mechanische Stabilisierung des Außenbereichs des Lamellenpakets sorgen. Insbesondere wirken auf diesen Außenbereich des Lamellenpakets bei hohen Drehzahlen, wie sie im Betrieb der elektrischen Maschine auftreten können, erhebliche Fliehkräfte. Aufgrund solcher Fliehkräfte kann es zu Verformungen innerhalb des Rotors und insbesondere in bzw. an den genannten Außenbereichen des Lamellenpakets kommen. Wenn solche Verformungen plastisch auftreten und/oder ein zulässiges Maximalmaß überschreiten bzw. sogar Brüche auftreten, kann es zu erheblichen Beschädigungen an der elektrischen Maschine kommen.
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Es wird daher vorgeschlagen, zwischen zwei benachbarten Magnetaufnahmekanälen in dem Rotor zwar einen geeigneten Verbindungskanal vorzusehen, um magnetische Kurzschlüsse zu vermeiden, diesen Verbindungskanal aber in einer vorteilhaften Weise derart auszugestalten, dass dennoch für eine ausreichend hohe Drehzahlfestigkeit des Rotors in der elektrischen Maschine gesorgt ist. Insbesondere soll der Verbindungskanal derart ausgestaltet sein, dass er den Bereich zwischen den benachbarten Magnetaufnahmekanälen in einen Innenbereich radial innerhalb des Verbindungskanals und einen Außenbereich radial außerhalb des Verbindungskanals unterteilt, wobei der Verbindungskanal derart geometrisch ausgestaltet sein soll, dass der Innenbereich und der Außenbereich miteinander formschlüssig koppeln.
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Insbesondere soll ein solches formschlüssiges Koppeln derart erfolgen, dass der Innenbereich und der Außenbereich einander zumindest lokal derart hinterschneiden, dass sich der Außenbereich nicht wesentlich in Radialrichtung von dem Innenbereich entfernen kann. Da sowohl der Innenbereich als auch der Außenbereich aus den mechanisch hoch belastbaren Blechlamellen des Lamellenpakets besteht, kann durch eine solche hinterschneidende formschlüssige Kopplung erreicht werden, dass der Außenbereich des Rotors auch bei hohen Fliehkräften aufgrund hoher Drehzahlen stabil an dem Innenbereich gehalten wird.
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Mit anderen Worten können in dem Rotor zwei benachbarte Magnetaufnahmekanäle über einen Verbindungskanal miteinander verbunden sein, welcher in Längserstreckungsrichtung zumindest eine nach radial innerhalb der Magnetaufnahmekanäle verlaufende Ausbuchtung bildet, die einen Ankerbereich des Lamellenpakets umschließt, der über einen zwischen den Magnetaufnahmekanälen vorgesehenen Stegabschnitt mit dem Außenbereich verbunden ist, wobei der Ankerbereich zumindest einen Ankerabschnitt aufweist, der gegenüber dem Stegabschnitt in Umfangsrichtung vorsteht.
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Anders ausgedrückt kann an dem Außenbereich des Lamellenpakets eine radial nach innen gerichtete auskragende Ausbuchtung vorgesehen sein, welche formschlüssig in eine entsprechend komplementär ausgebildete, in dem Innenbereich des Lamellenpakets vorgesehene Struktur eingreift und dabei eine hinterschneidende Kopplung zwischen dem Außenbereich und dem Innenbereich bewirkt. Aufgrund dieser hinterschneidenden Kopplung des Außenbereichs einschließlich seiner auskragenden Ausbuchtung einerseits und des Innenbereichs einschließlich seiner entsprechend ausgebildeten Struktur andererseits kann sich der Außenbereich auch bei starken Fliehkräften nicht wesentlich nach radial außen bewegen, sondern ist an dem Innenbereich mechanisch stabil gehalten. Mit seiner Ausbuchtung kann der Außenbereich somit ähnlich einem Zuganker in die entsprechend komplementäre Struktur in dem Innenbereich eingreifen, sodass der Außen- und der Innenbereich einander hinterschneidend miteinander gekoppelt sind.
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Die auskragende Ausbuchtung kann insbesondere eine im Wesentlichen T-förmige, im Wesentlichen Ω-förmige oder im Wesentlichen tannenbaumförmige Kontur aufweisen. Alle diese Konturen der auskragenden Ausbuchtung ermöglichen, dass die Ausbuchtung in einem radial weiter innen liegenden Bereich breiter ist als in einem radial weiter außen liegenden Bereich. Der breite radial innen liegende Bereich kann dabei in einen entsprechend breit ausgestalteten Bereich der Struktur in dem Innenbereich des Lamellenpakets eingreifen und wird dann durch den radial weiter außen liegenden engeren Bereich dieser Struktur durch einen hinterschneidend formschlüssigen Eingriff daran gehindert, nach radial außen aus der Ausnehmung heraus zu gelangen.
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Gemäß einer Ausführungsform erstrecken sich die Magnetaufnahmekanäle und die Verbindungskanäle jeweils über eine gesamte Länge des Rotors. Mit anderen Worten können sowohl die Magnetaufnahmekanäle als auch die Verbindungskanäle von einer Stirnfläche des Rotors bis zu einer entgegengesetzten Stirnfläche des Rotors reichen. Die Magnetaufnahmekanäle weisen dabei im Allgemeinen einen größeren Querschnitt auf, um die Magnetelemente darin aufnehmen zu können, wohingegen die Verbindungskanäle mit einem geringeren Querschnitt ausgebildet sein können. Dabei können die Magnetaufnahmekanäle und vorzugsweise auch die Verbindungskanäle an den Stirnflächen nach außen hin offen sein, so dass beispielsweise die Magnetelemente in die Magnetaufnahmekanäle von der Stirnseite her eingebracht werden können und/oder von den Stirnseiten her eine Fixier- oder Vergussmasse in die Magnetaufnahmekanäle und/oder die Verbindungskanäle eingefüllt werden kann.
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Insbesondere können gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Magnetaufnahmekanäle und die Verbindungskanäle jeweils in Längserstreckungsrichtung durchgängig ausgebildet sein. Hierdurch lassen sich beispielsweise Magnetelemente von einer der Stirnseiten her in einen Magnetaufnahmekanal einbringen und dann bis in die Nähe einer entgegengesetzten Stirnseite hin durch den Magnetaufnahmekanal hindurch schieben. Auch die Fixier- oder Vergussmasse kann in die Verbindungskanäle von einer der Stirnseiten her eingefüllt werden und dann bis in die Nähe der entgegengesetzten Stirnseiten fließen.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Magnetaufnahmekanäle und die Verbindungskanäle entlang der Längserstreckungsrichtung des Rotors überall eine im Wesentlichen gleiche Querschnittskontur aufweisen. Dies kann wiederum ein passgenaues Einführen und Fixieren von Magnetelementen in den Aufnahmekanälen sowie ein Einbringen von Fixier- oder Vergussmasse in die Verbindungskanäle vereinfachen oder in anderer Weise vorteilhaft beeinflussen.
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Gemäß einer Ausführungsform können Volumina innerhalb der Magnetaufnahmekanäle, in denen kein Magnetelement aufgenommen ist, sowie Volumina der Verbindungskanäle vollständig mit einem spritzgießbaren Kunststoff befüllt sein. Der spritzgießbare Kunststoff kann als Fixier- oder Vergussmasse dienen. Insbesondere können die Magnetelemente mithilfe des Kunststoffs fest in den Magnetaufnahmekanälen fixiert sein. Außerdem kann der Kunststoff die zwischen benachbarten Magnetelementen befindlichen Verbindungskanäle ausfüllen und aufgrund seiner nicht-magnetischen Eigenschaft dort magnetische Kurzschlüsse verhindern.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Kunststoff ein Duroplast sein. Duroplastische Kunststoffmaterialien sind im Allgemeinen vor ihrem Aushärten sehr dünnflüssig, insbesondere dünnflüssiger als die meisten thermoplastischen Kunststoffmaterialien. Aufgrund dieser Dünnflüssigkeit eignen sich Duroplaste insbesondere dafür, in die engen Verbindungskanäle sowie die engen Spalte zwischen den in den Magnetaufnahmekanälen aufgenommenen Magnetelementen und den Wandungen der Magnetaufnahmekanäle fließen zu können, um anschließend dort ausgehärtet werden zu können und dadurch die Magnetelemente fixieren zu können.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Kunststoff insbesondere faserverstärkt sein. Faserverstärkte Kunststoffe sind besonders hoch mechanisch belastbar und eignen sich daher dazu, die innerhalb einer schnell drehenden elektrischen Maschine auftretenden Fliehkräfte innerhalb eines rotierenden Rotors aufnehmen zu können.
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Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung sind Kanalpaare benachbarter Magnetaufnahmekanäle bezogen auf einen Querschnitt durch den Rotor V-förmig ausgebildet und Magnetelemente in diesen Kanalpaaren bezogen auf den Querschnitt durch den Rotor V-förmig angeordnet. In einer solchen V-förmigen Anordnung der Magnetaufnahmekanäle und der darin aufgenommenen Magnetelemente ergibt sich für den Rotor eine vorteilhafte Ausbildung der durch die Magnetelemente bewirkten Magnetfelder und damit ein erhöhter Wirkungsgrad für die elektrische Maschine.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors gemäß einer Ausführungsform des vorangehend beschriebenen ersten Aspekts der Erfindung angegeben, wobei das Verfahren sich dadurch auszeichnet, dass ein Kunststoff in die Magnetaufnahmekanäle und die Verbindungskanäle des Lamellenpakets mithilfe eines Spritzgussverfahrens eingebracht wird. Dadurch, dass die Magnetaufnahmekanäle und die Verbindungskanäle vorzugsweise durchgängig ausgebildet sind und sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Rotors erstrecken, kann Kunststoff im Rahmen eines Spritzgussverfahrens einfach in diese Kanäle eingespritzt werden und dabei die zuvor darin aufgenommenen Magnetelemente umströmen bzw. die Verbindungskanäle füllen. Somit können die Magnetelemente nach einem Aushärten des Kunststoffs stabil in den Magnetaufnahmekanälen gehalten sein und die Verbindungskanäle vorzugsweise vollständig mit nicht magnetischem Kunststoffmaterial gefüllt sein.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf eine elektrische Maschine und insbesondere deren Rotor und teilweise mit Bezug auf ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
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1 zeigt einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Rotor einer elektrischen Maschine.
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3 zeigt eine Querschnittsteilansicht durch einen Rotor einer weiterentwickelten elektrischen Maschine.
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4 bis 6 zeigen Querschnittsteilansichten durch Rotoren von elektrischen Maschinen gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine 10. Die elektrische Maschine 10 weist einen Stator 12 und einen relativ zu dem Stator 12 drehbar gelagerten Rotor 14 auf. Der Rotor 14 für die elektrische Maschine 10 ist beispielhaft auch in dem in 2 dargestellten Längsschnitt dargestellt.
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Der Rotor 14 weist wenigstens ein Lamellenpaket 16 mit in Längserstreckungsrichtung 26 des Rotors 14 übereinander gestapelten dünnen Blechlamellen 18 auf. Die Blechlamellen 18 bestehen typischerweise aus Elektroblech und wurden für ihren Einsatz in dem Lamellenpaket 16 des Rotors 14 zuvor speziell in Form gestanzt. Zentral in dem Rotor 14 ist eine Welle 24 drehfest angebracht.
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Nahe einem Außenumfang des Lamellenpakets 16 ist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung 25 des Rotors 14 voneinander beabstandeten Magnetaufnahmekanälen 20 vorgesehen, welche sich in Längsrichtung 26 des Rotors erstrecken. Im dargestellten Beispiel ist jeder dieser Magnetaufnahmekanäle 20 im Querschnitt in etwa rechteckig. In den Magnetaufnahmekanälen 20 ist jeweils zumindest ein Magnetelement 22 angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere Magnetelemente 22 in Längserstreckungsrichtung 26 hintereinander innerhalb eines Magnetaufnahmekanals 20 aufgenommen. Die Magnetelemente 22 können als Permanentmagnetelemente, etwa Seltene-Erden-Magnetelemente, ausgeführt sein. Insbesondere damit die Magnetelemente 22 einfach von einer Stirnseite her in einen der Magnetaufnahmekanäle 20 eingeführt werden können, sind die Magnetaufnahmekanäle 20 vorzugsweise über die gesamte Länge des Rotors 14 hin verlaufend und durchgängig mit einem gleichbleibenden Querschnitt ausgebildet. Hierzu können in jeder der Blechlamellen 18 des Lamellenpakets 16 geeignete Ausnehmungen ausgestanzt sein, die dann fluchtend hintereinander angeordnet einen der Magnetaufnahmekanäle 20 bilden. Die in die Magnetaufnahmekanäle 20 eingeschobenen Magnetelemente 22 können in den Magnetaufnahmekanälen 20 beispielsweise mithilfe einer Fixier- oder Vergussmasse 28 oder auf andere Weise mechanisch fixiert werden.
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Wie in 1 zu erkennen, ist zwischen zwei in Umfangsrichtung 25 benachbarten Magnetaufnahmekanälen 20 ein in Radialrichtung 27 weiter außen liegender Außenbereich 30 und ein radial weiter innen liegender Bereich 32 über einen Stegbereich 33 miteinander verbunden. Sowohl der Außenbereich 30 und der Innenbereich 32 als auch der Stegbereich 33 sind dabei Teil des durch die Blechlamellen 18 gebildeten Lamellenpakets 16, so dass der Außenbereich 30 über den Stegbereich 33 einstückig mit dem Innenbereich 32 verbunden ist. Dies bewirkt einerseits, dass der Außenbereich 30 mechanisch stabil an dem Innenbereich 32 gehalten ist. Da der Stegbereich 33 jedoch aus dem gleichen magnetisierbaren Metall der Blechlamellen 18 besteht wie der Außenbereich 30 und der Innenbereich 32, kann es andererseits über den Stegbereich 33 zu einem magnetischen Kurzschluss kommen. Das heißt, Magnetfeldlinien können ausgehend von einem nach radial außen gerichteten Pol des in einem Magnetaufnahmekanal 20 aufgenommenen Magnetelements 22 direkt durch den Stegbereich 33 zurück zu einem nach radial innen gerichteten entgegengesetzten Pol des Magnetelements 22 verlaufen, anstatt möglichst weit nach radial außen aus dem Rotor 14 hinaus hin zu dem Stator 12 zu verlaufen.
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Um dies zu vermeiden, wurde in der nachveröffentlichten
DE 102015203018 A1 eine modifizierte Rotorgeometrie vorgeschlagen. Ein Beispiel einer solchen Rotorgeometrie wurde ausschnittsweise in der in
3 dargestellten Querschnittsansicht wiedergegeben. Benachbarte Magnetaufnahmekanäle
20 sind dabei über einen mit Kunststoff gefüllten Verbindungskanal
40 miteinander verbunden. Der Stegbereich
33 aus magnetisierbarem Material der Blechlamellen
18 entfällt somit, wodurch auch die Möglichkeit eines magnetischen Kurzschlusses in diesem Bereich vermieden wird.
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Allerdings ist in diesem Fall der Außenbereich 30 zwischen den benachbarten Magnetaufnahmekanälen 20 auch nicht mehr über den Stegbereich 33 mit dem weiter radial innen liegenden Innenbereich 32 verbunden. Um den Außenbereich 30 dennoch mechanisch zu stabilisieren und an den Innenbereich 32 anzubinden, um somit zu vermeiden, dass sich der Außenbereich 30 bei hohen wirkenden Fliehkräften nach radial außen verbiegt, sind an dem Verbindungskanal 40 ergänzend zwei sogenannte Ankerkanäle 41 ausgebildet. Diese Ankerkanäle 41 greifen einerseits hinterschneidend in den Außenbereich 30 und andererseits hinterschneidend in den Innenbereich 32 ein und halten somit den Außenbereich 30 mechanisch an dem Innenbereich 32.
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Es wurde jedoch beobachtet, dass bei der in 3 dargestellten Ausgestaltung der Verbindungskanäle 40 mit den zusätzlichen Ankerkanälen 41 das darin vorgesehene eingefüllte Kunststoffmaterial bei auf den Außenbereich 30 wirkenden Fliehkräften auf Zug belastet wird. Dies belastet das Kunststoffmaterial stark und es müssen gegebenenfalls Vorkehrungen getroffen werden, damit das Kunststoffmaterial dauerhaft den durch die Fliehkräfte bewirkten Belastungen standhalten kann.
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Um diese durch die auf Zug belasteten Verbindungs- und Ankerkanäle 40, 41 bewirkten Probleme zu umgehen, wird nun vorgeschlagen, den Bereich zwischen zwei in Umfangsrichtung 25 benachbarten Magnetaufnahmekanälen 20 zwar auch durch einen Verbindungskanal 40 zu überbrücken und damit magnetische Kurzschlüsse zu verhindern, diesen Verbindungskanal 40 jedoch anders als bei der in 3 dargestellten Ausgestaltung auszubilden. In den 4, 5 und 6 sind Beispiele einer solchen Ausgestaltung des Verbindungskanals 40 veranschaulicht.
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Der Außenbereich 30 des Lamellenpakets 16 befindet sich dabei in Umfangsrichtung 25 gesehen zwischen den benachbarten Magnetaufnahmekanälen 20 und in Radialrichtung 27 außerhalb des Verbindungskanals 40. An seiner radial nach innen gerichteten Seite ist der Außenbereich 30 durch den Verbindungskanal 40 begrenzt. Der Innenbereich 32 liegt dem Außenbereich 30 bezüglich des Verbindungskanals 40 gegenüber und somit größtenteils radial innerhalb des Verbindungskanals 40. Dementsprechend ist der Innenbereich 32 an seiner radial nach außen gerichteten Seite von dem Verbindungskanal 40 begrenzt. Der Verbindungskanal 40 ist dabei geometrisch derart ausgebildet, dass Teile des Außenbereichs 30 und Teile des Innenbereichs 32 ineinander eingreifend zusammenwirken und dabei den Außenbereich 30 und den Innenbereich 32 formschlüssig hinterschneidend miteinander koppeln.
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Anders ausgedrückt und in den verschiedenen Ausgestaltungen der in den 4 bis 6 dargestellten Ausführungsformen gut zu erkennen, weist der Außenbereich 30 des Lamellenpakets 16 jeweils an seiner radial nach innen gerichteten Seite eine von dem Verbindungskanal 40 begrenzte auskragende Ausbuchtung 42 auf, welche in einem Bereich 44 radial weiter außerhalb eine in Umfangsrichtung 25 gesehen geringere Breite aufweist als in einem Bereich 46 radial weiter innerhalb. Die Ausbuchtung 42 bildet somit einen von dem Verbindungskanal 40 umgebenen Ankerbereich. Mit dieser Ausbuchtung 42 greift der Außenbereich 30 in eine entsprechend im Wesentlichen komplementär ausgebildete, durch den Verbindungskanal 40 begrenzte Struktur 48 oder Einbuchtung in dem Innenbereich 32 des Lamellenpakets 16 ein.
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Durch die Art der geometrischen Ausgestaltung der Ausbuchtung 42 einerseits und der hierzu komplementär ausgebildeten Struktur 48 andererseits kann erreicht werden, dass der Außenbereich 30 mit seiner Ausbuchtung 42 hinterschneidend formschlüssig in den Innenbereich 32 mit seiner Struktur 48 eingreift. Durch diesen hinterschneidenden Formschluss kann der Außenbereich 30 ähnlich wie durch einen Zuganker in dem Innenbereich 32 verankert und an diesem gehalten werden, so dass er gegen nach außen wirkende Fliehkräfte gehalten ist.
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Die geometrische Ausgestaltung der auskragenden Ausbuchtung 42 einerseits und der hierzu komplementären Struktur 48 andererseits ist dabei so gewählt, dass die Ausbuchtung 42 und die Struktur 48 zwar hinsichtlich ihrer Form komplementär zueinander sind, jedoch jeweilige Abmessungen so gewählt sind, dass zwischen einem Außenrand der Ausbuchtung 42 und einem gegenüberliegenden Innenrand der Struktur 48 ein durchgehender Spalt verbleibt, der den Verbindungskanal 40 bildet.
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In diesen Spalt bzw. den dadurch gebildeten Verbindungskanal 40 kann im Rahmen eines Herstellungsverfahrens flüssiger Kunststoff eingespritzt werden, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens. Der Kunststoff kann einerseits den Verbindungskanal 40 ausfüllen und damit den Formschluss zwischen dem Außenbereich 30 und dem Innenbereich 32 stabilisieren, andererseits kann sich der Kunststoff auch bis in die Magnetaufnahmekanäle 20 hin verteilen und dort die aufgenommenen Magnetelemente 22 nach seinem Aushärten fixieren.
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Aufgrund der speziellen Ausgestaltung des Verbindungskanals 40 bzw. der ihn bildenden auskragenden Ausbuchtung 42 und hierzu komplementären Struktur 48 und des dadurch bewirkten hinterschneidenden Formschlusses zwischen dem Außenbereich 30 und dem Innenbereich 32 kann bewirkt werden, dass der in dem Verbindungskanal 40 aufgenommene Kunststoff bei auf den Außenbereich 30 nach radial außen wirkenden Fliehkräften im Wesentlichen nicht mehr auf Zug belastet wird. Stattdessen kommt es vornehmlich in den in den 4 bis 6 markierten Hinterschneidungsbereichen 50 zu einer Belastung des in dem Verbindungskanal 40 aufgenommenen Kunststoffs auf Druck. Einer solchen Druckbelastung kann der Kunststoff wesentlich besser widerstehen als einer Zugbelastung.
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Statt den in den Verbindungskanal 40 aufgenommenen Kunststoff auf Zug zu belasten, wird vielmehr der radial weiter außerhalb liegende Bereich 44 der auskragenden Ausbuchtung 42 auf Zug belastet. Da diese auskragende Ausbuchtung 42 jedoch Teil des Außenbereichs 30 des Lamellenpakets 16 ist und somit aus dem mechanisch hochbelastbaren Material der Blechlamellen 18 besteht, kann die Zugkraft dort gut aufgenommen werden.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform weist die auskragende Ausbuchtung 42 des Außenbereichs 30 des Lamellenpakets 16 im Wesentlichen die Form eines auf dem Kopf stehenden „T“ auf. Der breitere Bereich 46, das heißt der horizontale Balken des „T“, dieser auskragenden Ausbuchtung 42 ist dabei radial weiter innen gelegen als der schmalere Bereich 44, das heißt als der vertikale Balken des „T“. Die T-förmige Ausbuchtung 42 kann somit gut als eine Art Zuganker für den Außenbereich 30 wirken, um diesen in dem Innenbereich 32 zu verankern. Bei den Ausführungen nach 4 bis 6 werden zwei benachbarte Magnetaufnahmekanäle 20 über den Verbindungskanal 40 miteinander verbunden, welcher in Längserstreckungsrichtung zumindest eine nach radial innerhalb der Magnetaufnahmekanäle 20 verlaufende Ausbuchtung 42 bildet, die einen Ankerbereich 42 des Lamellenpakets umschließt, der über einen zwischen den Magnetaufnahmekanälen 20 vorgesehenen Stegabschnitt 44 mit dem Außenbereich 30 verbindet, wobei der Ankerbereich 46 zumindest einen Ankerabschnitt 46 aufweist, der gegenüber dem Stegabschnitt 42 in Umfangsrichtung vorsteht.
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In 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der die auskragende Ausbuchtung 42 eine im Wesentlichen tannenbaumförmige Kontur aufweist.
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Radial weiter innen liegende Ast-ähnliche Bereiche 46 dieses Tannenbaums weisen dabei eine größere Breite auf als ein radial weiter außen liegender Bereich 44, so dass auch hier wieder eine Zugankerfunktion erreicht werden kann.
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Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform weist die auskragende Ausbuchtung 42 eine Form eines auf dem Kopf stehenden „Ω“ auf. Auch in einer solchen Ausgestaltung kann die erwünschte hinterschneidende formschlüssige Kopplung zwischen dem Außenbereich 30 und dem Innenbereich 32 bewirkt werden.
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In allen dargestellten Ausgestaltungen greift die Ausbuchtung 42 des Außenbereichs in die Struktur 48 des Innenbereichs 32 hinterschneidend ein. In dem dazwischen liegenden Verbindungskanal 40 aufgenommenes Kunststoffmaterial ist dabei insbesondere in den Hinterschneidungsbereichen 50 hauptsächlich auf Druck anstatt auf Zug belastet und kann somit höheren Belastungen standhalten. Der Außenbereich 30 ist damit in einer Zuganker-artigen Weise im Innenbereich 32 des Lamellenpakets 16 gehalten.
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Wie dargestellt können die benachbarten Magnetaufnahmekanäle 20 jeweils zu Kanalpaaren 52 zusammengefasst sein, wobei sich ein Verbindungskanal 40 jeweils zwischen den Magnetaufnahmekanälen 20 eines solchen Kanalpaares 52 erstreckt. Die Magnetaufnahmekanäle 20 können dabei vorteilhaft V-förmig angeordnet sein und der Verbindungskanal 40 kann jeweils radial weiter innenliegende Enden der beiden Magnetaufnahmekanäle 20 miteinander verbinden. Auf diese Weise kann ein für den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine 10 vorteilhaftes Magnetfeld in dem Rotor 14 erzeugt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015203018 A1 [0003, 0034]
