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Die Erfindung betrifft ein Elektroblech für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Elektroblech für einen Rotor einer elektrischen Maschine ist beispielsweise bereits der
DE 10 2015 104 282 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Elektroblech weist dabei wenigstens zwei Aufnahmen zum Aufnehmen von jeweiligen Magneten auf, wobei die Aufnahmen auch als Taschen oder Magnettaschen bezeichnet werden. In vollständig hergestelltem Zustand der elektrischen Maschine ist in der jeweiligen Aufnahme wenigstens ein beispielsweise als Permanentmagnet ausgebildeter Magnet zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, aufgenommen. Die Aufnahmen sind beispielsweise in Umfangsrichtung des Elektrobleches zumindest teilweise aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet.
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Dabei weist das Elektroblech außerdem wenigstens einen in Umfangsrichtung des Elektrobleches zwischen den Aufnahmen angeordneten Steg auf, durch welchen die Aufnahmen in Umfangsrichtung des Elektrobleches voneinander getrennt sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Elektroblech der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass besonders hohe Drehzahlen der elektrischen Maschine realisierbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Elektroblech mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Elektroblech der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass besonders hohe Drehzahlen der elektrischen Maschine realisierbar sind, insbesondere ohne dass es zu Schäden des Elektrobleches kommt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der auch als Mittelsteg bezeichnete Steg je Aufnahme wenigstens einen in die jeweilige Aufnahme hineinragenden Vorsprung aufweist, an welchem der jeweilige Magnet in Umfangsrichtung des Elektrobleches abstützbar ist. Vorzugsweise ist der jeweilige Vorsprung des Stegs bezogen auf dessen radiale Erstreckung in der Mitte des Stegs angeordnet. Mit anderen Worten ist der Vorsprung bezogen auf die in radialer Richtung Elektrobleches verlaufende Erstreckung des Stegs auf halber Höhe des Stegs angeordnet. Da der jeweilige, beispielsweise als Permanentmagnet ausgebildete Magnet in Umfangsrichtung des Elektrobleches an dem jeweiligen Vorsprung, insbesondere zumindest im Wesentlichen punktförmig, abstützbar ist, bildet der jeweilige Vorsprung beispielsweise einen Anlagebereich, insbesondere einen Anlagepunkt, wobei der Anlagepunkt auch als Anlegepunkt bezeichnet wird. Der jeweilige Magnet ist dabei in Umfangsrichtung des Elektrobleches in dem jeweiligen Anlagebereich, insbesondere in dem jeweiligen Anlagepunkt, abstützbar. Dadurch kann eine definierte Abstützung des jeweiligen Magneten in Umfangsrichtung des Elektrobleches realisiert werden, sodass die Kerbwirkung an dem Steg gering gehalten werden kann. Insbesondere durch Anordnung beziehungsweise Platzierung des Vorsprungs und somit des Anlagebereiches beziehungsweise des Anlagepunkts auf halber Höhe des Stegs kann der Anlegepunkt im Vergleich zu herkömmlichen Elektroblechen zumindest im Wesentlichen in die Mitte des Steges verschoben werden, sodass sich der Anlagebereich beziehungsweise der Anlagepunkt zumindest im Wesentlichen in der Mitte des Steges und nicht etwa ober- oder unterhalb der Mitte befindet. Dadurch kann die Kerbwirkung an dem Mittelsteg besonders gering gehalten werden.
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Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass herkömmliche, beispielsweise durch jeweilige Blechschnitte gebildete Elektrobleche Drehzahlen von mehr als 12.000 Umdrehungen pro Minute nicht schadfrei ertragen können, da üblicherweise Drehzahlen, welche größer als 12.000 Umdrehungen pro Minute sind, zu Schäden, insbesondere zu einem Aufreißen, des jeweiligen Elektrobleches sowie zu Magnetbrüchen führen. Diese Probleme und Nachteile können mittels des erfindungsgemäßen Elektroblechs vermieden werden, da durch die beschriebene Ausgestaltung des Stegs eine besonders vorteilhafte Geometrie, insbesondere Rotorgeometrie, darstellbar ist. Insbesondere kann eine besonders hohe Rotorblechschnittfestigkeit realisiert werden, sodass das Elektroblech und somit der Rotor drehzahlfester werden im Vergleich zu herkömmlichen Rotoren. Dadurch können Drehzahlen von mehr als 18.000 Umdrehungen pro Minute realisiert werden. Mit anderen Worten können das Elektroblech und somit der Rotor Drehzahlen schadfrei ertragen, welche größer als 18.000 Umdrehungen pro Minute sind. Ein unerwünschtes Lösen, unerwünschte Bewegungen sowie Schäden, insbesondere Brüche, der Magnete können verhindert werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Elektroblechen können durch das erfindungsgemäße Elektroblech die Zeit- und Dauerfestigkeit erhöht werden. Ferner kann ein verbesserter Anlagebereich beziehungsweise Anlagepunkt des jeweiligen Magneten realisiert werden, wodurch eine bessere Fixierung des jeweiligen Magneten darstellbar ist.
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Eine besonders hohe Festigkeit des Mittelsteges und somit eine besonders hohe Rotorblechschnittfestigkeit können dadurch realisiert werden, dass in radialer Richtung des Elektrobleches innenseitig der jeweiligen, beispielsweise auch als Taschen oder Magnettaschen bezeichneten Aufnahmen wenigstens eine beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete Entlastungsaussparung angeordnet ist, welche vorzugsweise eine längliche und/oder gebogene Form und dabei beispielsweise eine Nierenform aufweist und daher beispielsweise auch als Entlastungsniere bezeichnet wird. Dabei sind beispielsweise zumindest jeweilige Teilbereiche der Aufnahme in radialer Richtung nach innen hin durch die Entlastungsaussparung überdeckt. Die Entlastungsaussparung ermöglicht eine besonders elastische Anbindung, sodass Schäden, insbesondere Risse, des Stegs vermieden werden können. Insbesondere kann die Wahrscheinlichkeit von Schwingungsanrissen des Mittelstegs besonders gering gehalten werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Elektrobleches für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug;
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2 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Elektrobleches; und
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3 ausschnittsweise eine weitere schematische Vorderansicht des Elektrobleches.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Vorderansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Elektroblech für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise einen Kraftwagen. Das Elektroblech 10 wird auch als Platte oder Rotorplatte bezeichnet und ist beispielsweise durch einen Blechschnitt gebildet. In fertig hergestelltem Zustand der elektrischen Maschine ist das Elektroblech 10 Bestandteil des Rotors der elektrischen Maschine, welche auch einen Stator aufweist. Dabei ist der Rotor um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar und beispielsweise von dem Stator antreibbar. Insbesondere ist die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar. In dem Motorbetrieb wird der Rotor von dem Stator angetrieben, sodass die elektrische Maschine über den Rotor Drehmomente bereitstellt. Mittels der Drehmomente kann beispielsweise wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs, insbesondere das Kraftfahrzeug insgesamt, angetrieben werden.
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Das Elektroblech 10 weist dabei eine Mehrzahl von Aufnahmen 12 auf, welche auch als Taschen oder Magnettaschen bezeichnet werden und beispielsweise als Durchgangsöffnungen ausgebildet sind. In der jeweiligen Aufnahme 12 ist wenigstens ein beispielsweise als Permanentmagnet ausgebildeter Magnet zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, aufnehmbar. Somit ist im vollständig hergestellten Zustand der elektrischen Maschine in der jeweiligen Aufnahme 12 wenigstens ein beispielsweise als Permanentmagnet ausgebildeter Magnet zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig aufgenommen. Die elektrische Maschine ist dabei beispielsweise als permanenterregte Synchronmaschine beziehungsweise als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet.
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Beispielsweise bilden jeweils genau zwei der Aufnahmen 12 ein Aufnahmenpaar 14. Da das Elektroblech 10 bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel genau 16 Aufnahmen 12 aufweist, weist das Elektroblech 10 genau acht Aufnahmenpaare 14 auf. Dabei bilden beispielsweise im vollständig hergestellten Zustand der elektrischen Maschine die wenigstens oder genau zwei in den jeweiligen Aufnahmen 12 des jeweiligen Aufnahmenpaares 14 aufgenommenen Magnete einen Magnetpol, sodass beispielsweise genau acht Magnetpole vorhanden sind.
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Je Aufnahmenpaar 14 weist das Elektroblech 10 einen Steg 16 auf, welcher in Umfangsrichtung des Elektrobleches 10 zwischen den jeweiligen Aufnahmen 12 des jeweiligen Aufnahmenpaares 14 angeordnet ist, sodass durch den jeweiligen Steg 16 die jeweiligen Aufnahmen 12 des jeweiligen Aufnahmenpaares 14 in Umfangsrichtung des Elektrobleches 10 voneinander getrennt sind. Die Umfangsrichtung des Elektrobleches 10 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 19 veranschaulicht und fällt beispielsweise mit einer Drehrichtung zusammen, in die der Rotor und somit das Elektroblech 10 um die Drehachse relativ zu dem Stator drehbar sind beziehungsweise während eines Betriebs der elektrischen Maschine gedreht werden. 2 zeigt das Elektroblech 10 ausschnittsweise in einer schematischen Vorderansicht, wobei in 2 anhand eines der Aufnahmenpaare 14 die in den jeweiligen Aufnahmen 12 angeordneten Magnete veranschaulicht sind, wobei die Magnete in 2 mit 18 bezeichnet sind.
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Um nun besonders hohe Drehzahlen des Rotors und somit des Elektrobleches 10 realisieren zu können, ohne dass es zu Schäden des Elektrobleches 10 kommt, weist – wie besonders gut aus 2 und 3 erkennbar ist – der jeweilige Steg 16 je Aufnahme 12 wenigstens einen in die jeweilige Aufnahme 12 hineinragenden Vorsprung 20 auf, an welchem der jeweilige Magnet 18 in Umfangsrichtung des Elektrobleches 10 abstützbar ist. Dabei ist der jeweilige Vorsprung 20 des jeweiligen Stegs 16 bezogen auf dessen radiale Erstreckung in der Mitte des jeweiligen Stegs 16 angeordnet. Mit anderen Worten ist der jeweilige Vorsprung 20 bezogen auf die radiale Erstreckung des Stegs 16 auf halber Höhe platziert. Der jeweilige Magnet 18 ist beispielsweise in Umfangsrichtung des Elektrobleches 10 zumindest im Wesentlichen punktförmig an dem jeweiligen Vorsprung 20 abstützbar, sodass durch den jeweiligen Vorsprung 20 beispielsweise ein Anlagepunkt oder Anlegepunkt gebildet ist, in welchem der jeweilige Magnet 18 in Umfangsrichtung des Elektrobleches 10 abstützbar ist. Durch die Anordnung des Anlagepunktes zumindest im Wesentlichen in der Mitte des auch als Mittelsteg bezeichneten Stegs 16 kann die Kerbwirkung am Steg 16 besonders gering gehalten werden.
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Außerdem ist je Aufnahmenpaar 14 eine Entlastungsaussparung 22 vorgesehen, welche in radialer Richtung des Elektrobleches 10 innenseitig der jeweiligen Aufnahme 12 des jeweiligen Aufnahmenpaares 14 angeordnet und beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Entlastungsaussparung 22 als Entlastungsniere ausgebildet, da sie eine längliche und gebogene Form aufweist. Ferner sind zumindest jeweilige Teilbereiche 24 der jeweiligen Aufnahmen 12 des jeweiligen Aufnahmenpaares 14 in radialer Richtung des Elektrobleches 10 nach innen hin durch die Entlastungsaussparung 22 überdeckt, wobei in 1 die radiale Richtung des Elektrobleches 10 durch einen Doppelpfeil 26 veranschaulicht ist. Durch die vorliegend als Entlastungsniere ausgebildete Entlastungsaussparung 22 kann die Festigkeit des Steges 16 gesteigert werden, da eine besonders elastische Anbindung realisierbar ist. Dadurch können Risse des Steges 16 vermieden werden.
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3 zeigt eine beispielsweise in radialer Richtung des Elektrobleches 10 verlaufende Symmetrieachse 27, wobei beispielsweise die Aufnahmen 12 bezogen auf die Symmetrieachse 27 symmetrisch, insbesondere achsensymmetrisch, ausgebildet sind. Ferner sind beispielsweise die Magneten 18 bezogen auf die Symmetrieachse 27 symmetrisch, insbesondere achsensymmetrisch, in den Aufnahmen 12 angeordnet. Beispielsweise sind die Magnete 18 in einem Winkel von 30 Grad, insbesondere zur Symmetrieachse 27, angeordnet. Insbesondere schließen beispielsweise jeweilige Mittelachsen 28 der Aufnahmen 12 mit der Symmetrieachse 27 jeweilige Winkel α und β ein, wobei vorzugsweise der Winkel α dem Winkel β entspricht. Mit anderen Worten gilt vorzugsweise: α = β
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Die jeweilige Aufnahme 12 weist beispielsweise abgerundete Ecken 30 mit einem Radius R1 auf, welcher vorzugsweise größer als 1,6 Millimeter ist. Ferner weist der jeweilige Vorsprung 20 vorzugsweise einen Radius R2 auf, welcher mindestens 2 Millimeter beträgt. Außerdem weist der Steg 16 vorzugsweise eine Stegbreite von 2 Millimeter auf. Wie besonders gut aus 1 erkennbar ist, ist je Aufnahmenpaar 14 eine weitere, beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete Aussparung 32 vorgesehen, welche in radialer Richtung innenseitig die Aufnahmenpaare 14 und der Entlastungsaussparung 22 angeordnet und in Umfangsrichtung des Elektrobleches 10 zumindest teilweise versetzt zur jeweiligen Entlastungsaussparung 22 angeordnet ist. Dabei ist beispielsweise die jeweilige Entlastungsaussparung 22 in radialer Richtung des Elektrobleches 10 mittig zwischen den jeweiligen Aufnahmen 12 des jeweiligen Aufnahmenpaares 14 und den jeweiligen Aussparungen 32 angeordnet, sodass beispielsweise ein in radialer Richtung des Elektrobleches 10 verlaufender Abstand zwischen der jeweiligen Entlastungsaussparung 22 und der jeweiligen Aufnahme 12 einem in radialer Richtung des Elektrobleches 10 verlaufenden Abstand zwischen der jeweiligen Entlastungsaussparung 22 und der jeweiligen Aussparung 32 entspricht. Vorzugsweise beträgt der Abstand der jeweiligen Aufnahme 12 zu der jeweiligen Entlastungsaussparung 22 mindestens das Zweifache der Breite des Steges 16, dessen Breite auch als Stegbreite bezeichnet wird.
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Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Entlastungsaussparung 22 hinsichtlich ihrer Form der Form der jeweiligen Aufnahme 12 folgt. Außerdem kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Entlastungsaussparung 22 eine längliche Form aufweist und insbesondere als Schlitz ausgebildet ist. Beispielsweise weist die jeweilige Entlastungsaussparung 22 an ihrer jeweiligen Schmalseite einen Radius R3 von mindestens 2 Millimeter und an ihrer jeweiligen Breitseite einen Radius R4 von mindestens oder genau 120 Millimeter auf. Außerdem weist die jeweilige Entlastungsaussparung 22 beispielsweise eine Länge von 16 Millimeter und eine Breite von 2 Millimeter auf. Die Entlastungsaussparung 22 ist dabei beispielsweise derart bogenförmig, dass ihre konvexe Seite, insbesondere ihre konvexe Breitseite, den jeweiligen Aufnahmen 12 des jeweiligen Aufnahmenpaares 14 in radialer Richtung abgewandt ist. Somit ist beispielsweise der Krümmungsradius der Entlastungsaussparung 22 dem Radius des auch als Segment bezeichneten Aufnahmepaares 14 abgewandt. Eine abgerundete Form der Entlastungsaussparung 22 ist vorteilhaft, um die Kerbwirkung besonders gering zu halten. Beispielsweise ist die Länge der Entlastungsaussparung 22 fünfmal so hoch wie ihre Höhe.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektroblech
- 12
- Aufnahme
- 14
- Aufnahmenpaar
- 16
- Steg
- 18
- Magnet
- 19
- Doppelpfeil
- 20
- Vorsprung
- 22
- Entlastungsaussparung
- 24
- Teilbereich
- 26
- Doppelpfeil
- 27
- Symmetrieachse
- 28
- Mittelachse
- 30
- Ecke
- 32
- Aussparung
- R1
- Radius
- R2
- Radius
- R3
- Radius
- R4
- Radius
- α
- Winkel
- β
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015104282 A1 [0002]
