DE102016208692A1 - Rotor einer elektrischen Maschine mit einem Blechpaket - Google Patents

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Hubertus Büttner
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Abstract

Es wird ein Rotor (10) einer elektrischen Maschine mit einem Blechpaket (12) beschrieben, welches ein erstes Teilpaket (14a–d) mit ersten Blechlamellen (16a–d) und ein zweites Teilpaket (14a–d) mit zweiten Blechlamellen (16a–d) umfasst und wobei die Blechlamellen (16a–d) und die Teilpakete (14a–d) entlang einer Mittelachse (A) des Blechpakets (12) axial gefügt sind. Dabei weist jedes der Teilpakete (14a–d) einen radial inneren Umfangsbereich (24a–d) und einen radial äußeren Umfangsbereich (25a-d) und mehrere in Umfangsrichtung verteilte Verbindungsbereiche (18a–d) auf, welche sich an den gefügten Teilpaketen (14a–d) gegenseitig in Deckung befinden und dabei einen gemeinsamen Verbindungsbereich (18) ausbilden. Weiterhin umfasst zumindest eines der Teilpakete (14a–d) einen Befestigungsbereich (20b) zur Anordnung des Blechpakets (12) an einem Trägerelement, wobei zu dessen Ausbildung ein Umfangsbereich (24b) gegenüber einem axial benachbarten Umfangsbereich (24a, c) radial versetzt ausgebildet ist. Das Blechpaket (12) weist zum Zusammenwirken mit einem Stator einer elektrischen Maschine einen magnetischen Wechselwirkungsbereich (22) auf, welcher von einem der Umfangsbereiche (25a-d) der Teilpakete (14a–d) ausgebildet ist. Der Rotor (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Wechselwirkungsbereich (22) mehrere gleichmäßig am Umfang verteilte Rotorpole (26) mit Permanentmagneten (28) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Rotor einer elektrischen Maschine mit einem Blechpaket gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Ein solcher gattungsgemäßer Rotor, welcher insbesondere an einem dem Stator zugewandten magnetischen Wechselwirkungsbereich eine Rotorwicklung trägt, ist bereits mit der EP 1 175 561 B1 bekannt geworden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Rotor zu verbessern.
  • Die vorstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor einer elektrischen Maschine mit einem Blechpaket gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Es wird somit ein Rotor einer elektrischen Maschine mit einem Blechpaket vorgeschlagen, welches ein erstes Teilpaket mit ersten Blechlamellen und ein zweites Teilpaket mit zweiten Blechlamellen umfasst und wobei die Blechlamellen und die Teilpakete entlang einer Mittelachse des Blechpakets axial gefügt sind. Dabei weist jedes der Teilpakete einen radial inneren Umfangsbereich und einen radial äußeren Umfangsbereich und mehrere in Umfangsrichtung verteilte Verbindungsbereiche auf, welche sich an den gefügten Teilpaketen gegenseitig in Deckung befinden und dabei einen gemeinsamen Verbindungsbereich ausbilden. Weiterhin umfasst zumindest eines der Teilpakete einen Befestigungsbereich zur Anordnung des Blechpakets an einem Trägerelement, wobei zu dessen Ausbildung ein Umfangsbereich gegenüber einem Umfangsbereich eines axial benachbarten Teilpakets radial versetzt ausgebildet ist. Das Blechpaket weist zum Zusammenwirken mit einem Stator einer elektrischen Maschine einen magnetischen Wechselwirkungsbereich auf, welcher von einem der Umfangsbereiche der Teilpakete ausgebildet ist. Der Rotor ist dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Wechselwirkungsbereich mehrere gleichmäßig am Umfang verteilte Rotorpole mit Permanentmagneten umfasst.
  • Es wird demnach ein Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine bereitgestellt, wobei ein Befestigungsbereich zur Festlegung an einem Trägerelement nicht an allen Teilpakten ausgebildet ist, sondern insbesondere lediglich an einem der Teilpakete vorhanden ist. Dabei ist ein magnetischer Wechselwirkungsbereich des Blechpakets an dem, den Verbindungsbereichen entfernt liegenden Umfangsbereich vorgesehen. Eine gewünschte ungehinderte Ausbreitung eines Rotormagnetfeldes innerhalb des Blechpakets kann erzielt werden, indem der zumindest eine Befestigungsbereich an demselben inneren oder äußeren Umfangsbereich wie die Verbindungsbereiche ausgebildet sind. Dabei können die Befestigungsbereiche und die Verbindungsbereiche radial zueinander gestaffelt am Blechpaket ausgebildet sein, wobei insbesondere bei einem Rotor einer Innenläufermaschine die Befestigungsbereiche als Laschen vorliegen und gegenüber den Verbindungsbereichen am Blechpaket radial nach innen versetzt angeordnet sein können. Ein Verbindungsbereich zur Verbindung von Blechlamellen und von Teilpaketen kann grundsätzlich auf verschiedene Art und Weise ausgeführt sein. Der Verbindungsbereich kann beispielsweise mittels einer Stanzpaketierung verwirklicht sein oder einen verschraubten oder vernieteten Verbindungsbolzen oder eine Schweißnaht aufweisen, welche allein an dem Blechpaket oder gemeinsam mit einem Verbindungsbolzen ausgeführt ist.
  • Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann ein Teilpaket zur Aufnahme der Permanentmagnete in dem Wechselwirkungsbereich Taschen aufweisen, wobei jeder Rotorpol aus zwei in Umfangsrichtung benachbarten Permanentmagneten besteht, welche gemeinsam oder getrennt in den Taschen angeordnet sind. Die Permanentmagnete können dabei monolithisch oder segmentiert ausgebildet sein. Insbesondere kann der Rotor beispielhaft insgesamt 16 Rotorpole oder ein ganzzahliges Vielfaches davon und 32 Permanentmagnete oder das ganzzahlige Vielfache davon aufweisen. Die Taschen können radial offen oder geschlossen ausgeführt sein. In Umfangsrichtung benachbarte Taschen von zwei benachbarten Rotorpolen können vorzugsweise durch einen Spalt getrennt sein.
  • Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung können an einem Teilpaket mehrere Befestigungsbereiche ausgebildet sein, welche in Umfangsrichtung jeweils zwischen den Verbindungsbereichen und vorzugsweise symmetrisch dazu angeordnet sind.
  • Bei 16 Rotorpolen können die Verbindungsbereiche und auch die Befestigungsbereiche jeweils untereinander um 45° am Umfang versetzt angeordnet ausgebildet sein.
  • Gleichzeitig kann an einem Teilpaket die Summe aus der Anzahl der Verbindungsbereiche und der Anzahl der Befestigungsbereiche der Anzahl der Rotorpole entsprechen.
  • Mit besonderem Vorteil können an einem Teilpaket die Verbindungsbereiche asymmetrisch zu den Rotorpolen angeordnet sein, wobei in einer Lateralebene des Blechpakets die Verbindungsbereiche einen Winkel α zu einer Symmetrieebene der Rotorpole einschließen. Durch axiales Zusammenfügen von zwei spiegelbildlichen Teilpakten können somit die Rotorpole von diesen zwei axial benachbarten Teilpaketen in Umfangsrichtung um einen Winkel 2α versetzt zueinander angeordnet werden. Vorteil ist eine spürbare Reduzierung des magnetischen Rastmoments einer elektrischen solchen elektrischen Maschine.
  • Zur Erzielung einer hohen Festigkeit und Dauerhaltbarkeit kann mit weiterem Vorteil ein Verbindungsbereich eine innerhalb der Blechlamellen axial verlaufende Aussparung aufweisen, in welche ein sich über beide Teilpakete axial erstreckender Profilstab aus einem schweißbaren Werkstoff, zum Beispiel aus einem Stahl, eingesetzt und mit den Blechlamellen verschweißt ist. Zur verliersicheren Aufnahme des Profilstabes bei einer Fertigung kann der Randbereich einer Ausnehmung zumindest einen Vorsprung zum kraftschlüssigen Zusammenwirken mit dem Profilstab aufweisen, so dass dieser dort eingeklemmt oder eingepresst werden kann.
  • Weiter kann zur Aufnahme von Schweißgut radial zwischen dem Profilstab und einem nächstliegenden Umfangsbereich des Blechpakets ein sich axial erstreckender Freiraum ausgebildet sein. Dieser Freiraum kann bei entsprechender Dimensionierung darüber hinaus einen Kühlkanal zur Führung eines Kühlfluids ausbilden, um damit den Rotor auch insbesondere auf der dem magnetischen Wechselwirkungsbereich abgewandten Radialseite zu kühlen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Darstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine mit einem Blechpaket, welches mehrere axial gestaffelte Teilpakete umfasst;
  • 2 eine Draufsicht auf den Rotor von 1;
  • 3 eine ausschnittweise stirnseitige Darstellung des Blechpakets der 1, 2 in einem Verbindungsbereich der Teilpakete;
  • 4 eine axiale Teilansicht des Blechpakets mit dem in 3 gezeigten Verbindungsbereich;
  • 5 eine vergrößerte axiale Teilansicht des Blechpakets mit einem Befestigungsbereich;
  • 6 eine vergrößerte stirnseitige Teilansicht des Blechpakets von 5;
  • 7 eine vergrößerte stirnseitige Teilansicht des Blechpakets mit einem Verbindungsbereich;
  • 8 eine vergrößerte stirnseitige Teilansicht des Blechpakets mit einem alternativ zu 7 ausgeführten Verbindungsbereich.
  • Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten oder vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt. Um Wiederholungen zu vermeiden wird auf eine mehrfache Beschreibung identischer Gegenstände, Funktionseinheiten oder vergleichbarer Komponenten in verschiedenen Ausführungsbeispielen verzichtet und es werden diesbezüglich lediglich Unterschiede der Ausführungsbeispiele beschrieben.
  • Die Figuren zeigen einen Rotor 10 einer zeichnerisch nicht weiter dargestellten elektrischen Maschine in Innenläuferbauart mit einem Blechpaket 12, welches insgesamt vier Teilpakete 14a–d mit Blechlamellen 16a–d umfasst und wobei die Blechlamellen 16a–d und die Teilpakete 14a–d entlang einer Mittelachse A des Blechpakets 12 und der elektrischen Maschine axial gefügt sind. Dabei weist jedes der Teilpakete 14a–d einen radial inneren Umfangsbereich 24a–d, einen radial äußeren Umfangsbereich 25a-d und mehrere in Umfangsrichtung verteilte Verbindungsbereiche 18a–d zur Verbindung der Lamellen 16a–d und zur Verbindung der einzelnen Teilpakete 14a–d auf. Die Verbindungsbereiche 18a–d sind zu diesem Zweck an den gefügten Teilpaketen 14a–d gegenseitig in Deckung gebracht und bilden somit mehrere gemeinsame Verbindungsbereiche 18 aus.
  • Vorliegend weisen die Verbindungsbereiche 18 jeweils eine innerhalb der Blechlamellen 16a–d axial verlaufende Aussparung 181a–d auf, in welche jeweils ein sich über alle Teilpakete 14a–d axial erstreckender Profilstab 32 aus einem schweißbaren Werkstoff, vorliegend einem Stahl mit der Bezeichnung 1.0122 eingesetzt und mittels sich zwei axial erstreckender Schweißnähte 36 mit den Blechlamellen 16a–d verschweißt ist (3, 4). Zum verliersicheren Einbau der Profilstäbe 32 vor dem Verschweißen können, wie das anhand der 7, 8 dargestellt ist, an den Aussparungen 181a–d Vorsprünge 42 ausgebildet sein, durch welche die Profilstäbe 32 eingepresst bzw. eingeklemmt werden können. In 7 sind zwei Vorsprünge 42 durch plastische Verformung der Randbereiche einer Aussparung 181 dargestellt, während die Vorsprünge 42 in 8 bereits als in die Aussparung 181 vorspringende Nasen am Blechschnitt vorgesehen sind.
  • In radialer Richtung ist zwischen dem Profilstab 32 und dem nächstliegenden Umfangsbereich 24 des Blechpakets 12 ein sich axial erstreckender Freiraum 34 ausgebildet, welcher die Schweißnähte 36 bzw. das Schweißgut aufnehmen kann. Der Freiraum 34 kann ebenso oder zusätzlich einen Kühlkanal zur Führung eines Kühlfluids am Rotor 10 ausbilden. Zusätzliche Verbindungsbereiche sind in Form von Paketiernoppen 38 ausgebildet, wie in den 5 und 6 dargestellt.
  • Weiterhin umfasst in dem besprochenen Ausführungsbeispiel lediglich eines der Teilpakete 14a–d, vorliegend das Teilpaket 14b mehrere auf einem Teilkreis befindliche Befestigungsbereiche 20b zur Anordnung des Blechpakets 12 an einem hier zeichnerisch nicht dargestellten Trägerelement. Die Befestigungsbereiche 20b sind in Umfangsrichtung jeweils zwischen den Verbindungsbereichen 18 und symmetrisch dazu angeordnet. Zur Ausbildung der einzelnen Befestigungsbereiche 20b ist der Umfangsbereich 24b gegenüber den Umfangsbereichen 24a, c der dazu axial benachbarten Blechpakete 14a, c jeweils als eine nach radial innen weisende Lasche und somit radial versetzt ausgebildet. Die konstruktive Ausführung der Befestigungsbereiche 20b kann je nach den konkreten Erfordernissen erfolgen. Im Beispiel sind jeweils Ausnehmungen oder Öffnungen vorgesehen, um dort ein Trägerelement mittels Nieten, Schraubbolzen oder dergleichen radial, axial und umfangsmäßig festzulegen. In 2 ist sichtbar, dass die Verbindungsbereiche 18 und auch die Befestigungsbereiche 20b jeweils untereinander um 45° am Umfang versetzt angeordnet sind.
  • Weiterhin weist das Blechpaket 12 zum Zusammenwirken mit einem hier zeichnerisch nicht dargestellten Stator der elektrischen Maschine einen magnetischen Wechselwirkungsbereich 22 auf, welcher von einem der Umfangsbereiche 25a-d der Teilpakete 14a–d, insbesondere von den äußeren Umfangsbereichen 25a-d ausgebildet ist. Wie in den Figuren erkennbar, umfasst der Rotor 10 hierzu vorliegend mehrere gleichmäßig am Umfang verteilte Rotorpole 26 mit Permanentmagneten 28. Der magnetischen Wechselwirkungsbereich 22 ist somit an der den Verbindungsbereichen 18a–d und auch dem Befestigungsbereich 20b entfernt liegenden Umfangsbereichen 24a–d ausgebildet.
  • In den Figuren ist weiter erkennbar, dass an den radial äußeren Umfangsbereichen 25a–d der Teilpakete 14a–d Taschen 30 zur Aufnahme der Permanentmagnete 28 ausgebildet sind. Jeder Rotorpol 26 besteht aus zwei in Umfangsrichtung benachbarten und V-förmig zueinander ausgerichteten Permanentmagneten 28a, b, welche vorliegend in getrennten und umfangsmäßig geschlossenen Taschen 30a, 30b angeordnet sind. Die in Umfangsrichtung benachbarte Taschen 30 von zwei benachbarten Rotorpolen sind am Blechpaket 12 durch eine Aussparung bzw. durch einen Spalt 40 getrennt.
  • Im erläuterten Ausführungsbeispiel weist der Rotor 10 insgesamt 16 Rotorpole mit insgesamt 32 Permanentmagneten 28 auf. Des Weiteren entspricht an dem Teilpaket 14b die Summe aus der Anzahl der Verbindungsbereiche 18b und der Anzahl der Befestigungsbereiche 20b genau der Anzahl der Rotorpole 26.
  • Wie in den 2 und 6 gut erkennbar, sind die Verbindungsbereiche 18 asymmetrisch zu den Rotorpolen 26 angeordnet, wobei in einer Lateralebene des Blechpakets 12 die Verbindungsbereiche 18 einen Winkel α zu einer Symmetrieebene S der Rotorpole 26 einschließen. Weiterhin sind zur Reduzierung eines zwischen dem Rotor 10 und einem Stator wirkenden magnetischen Rastmoments die Teilpakete 14c, d spiegelbildlich zusammengefügt, so dass die Rotorpole 26 dieser Teilpakete 14c, d in Umfangsrichtung um den Winkel 2 × α versetzt zueinander angeordnet sind.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Rotor
    12
    Blechpaket
    14a–d
    Teilpaket
    16a–d
    Blechlamellen
    18a–d
    Verbindungsbereich
    20b
    Befestigungsbereich
    22
    magnetischer Wechselwirkungsbereich
    24a–d
    radial innerer Umfangsbereich
    25a-d
    radial äußerer Umfangsbereich
    26
    Rotorpol
    28a, b
    Permanentmagnet
    30a, b
    Tasche
    181a–d
    Aussparung
    32
    Profilstab
    34
    Freiraum
    36
    Schweißnaht
    38
    Paketiernoppen
    40
    Spalt
    42
    Vorsprung
    A M
    ittelachse
    S S
    ymmetrieebene
    α W
    inkel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1175561 B1 [0002]

Claims (8)

  1. Rotor (10) einer elektrischen Maschine mit einem Blechpaket (12) umfassend – ein erstes Teilpaket (14a–d) mit ersten Blechlamellen (16a–d) und ein zweites Teilpaket (14a–d) mit zweiten Blechlamellen (16a–d), wobei – die Blechlamellen (16a–d) und die Teilpakete (14a–d) entlang einer Mittelachse (A) des Blechpakets (12) axial gefügt sind und wobei – jedes der Teilpakete (14a–d) einen radial inneren Umfangsbereich (24a–d) und einen radial äußeren Umfangsbereich (25a-d) aufweist und wobei – jedes der Teilpakete (14a–d) mehrere in Umfangsrichtung verteilte Verbindungsbereiche (18a–d) aufweist, welche sich an den gefügten Teilpaketen (14a–d) gegenseitig in Deckung befinden und dabei einen gemeinsamen Verbindungsbereich (18) ausbilden, wobei – zumindest eines der Teilpakete (14a–d) zumindest einen Befestigungsbereich (20b) zur Anordnung des Blechpakets (12) an einem Trägerelement aufweist, wobei zur Ausbildung des Befestigungsbereichs (20b) ein Umfangsbereich (24b) gegenüber einem axial benachbarten Umfangsbereich (24a, c) radial versetzt ausgebildet ist und wobei – das Blechpaket (12) zum Zusammenwirken mit einem Stator einer elektrischen Maschine einen magnetischen Wechselwirkungsbereich (22) aufweist, welcher von einem der Umfangsbereiche (25a-d) der Teilpakete (14a–d) ausgebildet ist und wobei dadurch gekennzeichnet, dass – der magnetische Wechselwirkungsbereich (22) mehrere gleichmäßig am Umfang verteilte Rotorpole (26) mit Permanentmagneten (28) umfasst.
  2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilpaket (14a–d) zur Aufnahme der Permanentmagnete (28) in dem Wechselwirkungsbereich (22) Taschen (30) aufweist, wobei jeder Rotorpol (26) aus zwei in Umfangsrichtung benachbarten Permanentmagneten (28a, b) besteht, welche gemeinsam oder getrennt in den Taschen (30) angeordnet sind.
  3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Teilpaket (14b) mehrere Befestigungsbereiche (20b) ausgebildet sind, welche in Umfangsrichtung jeweils zwischen den Verbindungsbereichen (18) und vorzugsweise symmetrisch dazu angeordnet sind.
  4. Rotor nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Teilpaket (14b) die Summe aus der Anzahl der Verbindungsbereiche (18b) und der Anzahl der Befestigungsbereiche (20b) der Anzahl der Rotorpole (26) entspricht.
  5. Rotor nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbereiche (18) asymmetrisch zu den Rotorpolen (26) angeordnet sind und wobei in einer Lateralebene des Blechpakets (12) die Verbindungsbereiche (18) einen Winkel α zu einer Symmetrieebene (S) der Rotorpole (26) einschließen.
  6. Rotor nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorpole (26) von zwei axial benachbarten Teilpaketen (14c, d) in Umfangsrichtung um den Winkel 2 × α versetzt zueinander angeordnet sind.
  7. Rotor nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsbereich (18) eine innerhalb der Blechlamellen (16a–d) axial verlaufende Aussparung (181a–d) aufweist, in welche ein sich über beide Teilpakete (14a–d) axial erstreckender Profilstab (32) eingesetzt und mit den Blechlamellen (16a–d) verschweißt ist.
  8. Rotor nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass radial zwischen dem Profilstab (32) und einem nächstliegenden Umfangsbereich (24) des Blechpakets (12) ein sich axial erstreckender Freiraum (34) ausgebildet ist.
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