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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Rotoren für elektrische Maschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Der Rotor umfasst eine Rotorwelle und wenigstens eine mit der Rotorwelle drehfest verbundene und auch als Endscheibe bezeichnete Rotorscheibe. Üblicherweise umfasst die elektrische Maschine einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist.
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Außerdem offenbart die
DE 10 2012 002 257 A1 einen Rotationskörper, welcher um eine zugehörige Drehachse drehbar ist und mindestens eine konzentrisch zur Drehachse angeordnete ringförmige Umlaufbahn aufweist. Außerdem weist der Rotationskörper mindestens zwei Massenkörper auf, welche in der Umlaufbahn in zugeordneten Auswuchtpositionen angeordnet sind. Des Weiteren ist ein lichtaushärtender viskoser Fixierstoff vorgesehen, welcher zumindest abschnittsweise in der Umlaufbahn vorgesehen ist und in ausgehärtetem Zustand die Massenkörper in den zugehörigen Auswuchtpositionen fixiert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Rotor 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 einen Rotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter und insbesondere leistungsfähiger Betrieb der elektrischen Maschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rotorscheibe eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Rotorscheibe aufeinanderfolgenden beziehungsweise hintereinander angeordneten Aufnahmen aufweist, wobei in wenigstens einer der Aufnahmen, insbesondere in mehreren oder allen Aufnahmen, zumindest eine Kugel zum Positivwuchten des Rotors aufgenommen ist.
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Die Kugel ist beispielsweise in die Aufnahme eingepresst und dabei insbesondere kraft- und/oder formschlüssig in der Aufnahme gehalten beziehungsweise mit der Endscheibe verbunden. Hierdurch kann der Rotor besonders vorteilhaft gewuchtet werden, sodass ein besonders ruhiger und somit belastungsarmer Betrieb der elektrischen Maschine darstellbar ist. Insbesondere kann eine besonders hohe Leistungsdichte, insbesondere im Hinblick auf Drehmoment und Leistung, der elektrischen Maschine dargestellt werden. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass die Masse des Rotors in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann. Darüber hinaus können das Gewicht und die Kosten des Rotors und somit der elektrischen Maschine insgesamt gering gehalten werden, da im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Maschinen weniger Grundmaterial erforderlich ist als für Wuchtscheiben, welche zum sogenannten Negativwuchten genutzt werden.
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Die elektrische Maschine, deren Bestandteil der erfindungsgemäße Rotor sein kann, ist beispielsweise als Traktionsmaschine ausgebildet. Hierbei ist die elektrische Maschine Bestandteil eines Antriebsstrangs, mittels welchem ein beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug antreibbar ist. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine elektrisch antreibbar ist. Somit ist das Kraftfahrzeug beispielsweise als Hybridfahrzeug oder aber als Elektrofahrzeug ausgebildet, sodass der Antriebsstrang beispielsweise als elektrischer Antriebsstrang ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: An elektrische Antriebsstränge, insbesondere für Kraftfahrzeug, werden sehr hohe Anforderungen gestellt, insbesondere im Hinblick auf die Realisierung eines besonders hohen Drehmoments, insbesondere eines besonders hohen Dauerdrehmoments, und einer hohen Leistungsdichte, insbesondere einer hohen Dauerleistungsdichte, bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad. Diese Ziele können unter anderem erreicht werden, indem Leichtbau betrieben und die Masse von Einzelbauteilen des elektrischen Antriebsstrangs und somit insbesondere der elektrischen Maschine besonders gering gehalten wird. Dies gilt im besonderen Maße für den Rotor, da dieser auch bezüglich drehender Massen und einem Massenträgheitsmoment möglichst gewichtsgünstig ausgeführt sein sollte.
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Dabei weist das Negativwuchten einen prinzipbedingten Nachteil auf. Dieser liegt darin, dass deutlich mehr Masse in den Rotor eingebracht wird als beim Positivwuchten, da beim Negativwuchten von der eingebrachten Masse nur ein geringer Teil zum Wuchten wieder entfernt wird. Beim Positivwuchten hingegen wird lediglich die Masse gezielt zum Rotor hinzugefügt, die unbedingt zum Wuchten und somit zur Realisierung eines ruhigen Laufs des Rotors beziehungsweise der elektrischen Maschine insgesamt erforderlich ist. Dabei ist es denkbar, ein Positivwuchten mittels Lötauftrag oder mittels Einbringens von Zylinderstiften in den Rotor zu realisieren.
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Es wurde jedoch gefunden, dass das Positivwuchten durch die Verwendung von Kugeln besonders einfach und dabei zeit- und kostengünstig durchgeführt werden kann, wobei ferner das Gewicht des Rotors in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann. Die Aufnahme ist beispielsweise als Bohrung ausgebildet, in die beispielsweise die als Normkugel ausgebildete Kugel gepresst ist. Hierdurch ist die Kugel beispielsweise formschlüssig gesichert. Durch dieses Positivwuchten kann die Endscheibe besonders filigran und somit gewichtsgünstig ausgestaltet werden, sodass ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine realisierbar ist.
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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 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Rotors; und
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2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Rotors.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht einen Rotor 10 für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine wird beispielsweise als Traktionsmaschine verwendet und ist dabei Teil eines Antriebsstrangs, insbesondere eines elektrischen Antriebsstrangs, mittels welchem das beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug antreibbar ist. Dies bedeutet, dass wenigstens ein Rad oder mehrere Räder und somit das Kraftfahrzeug insgesamt mittels der elektrischen Maschine antreibbar sind, wodurch das Kraftfahrzeug beispielsweise elektrisch angetrieben werden kann.
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In ihrem vollständig hergestellten Zustand umfasst die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor 10, welcher beispielsweise um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Die elektrische Maschine kann beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben werden. In dem Motorbetrieb wird der Rotor 10 von dem Stator angetrieben und dadurch um die Drehachse relativ zu dem Stator gedreht. Dadurch kann die elektrische Maschine beispielsweise Drehmomente zum Antreiben des Rads beziehungsweise des Kraftfahrzeugs insgesamt bereitstellen.
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Der Rotor 10 umfasst dabei eine Rotorwelle 12, über welche die elektrische Maschine die Drehmomente bereitstellen kann. Außerdem umfasst der Rotor 10 wenigstens eine auch als Endscheibe bezeichnete Rotorscheibe 14, welche zumindest mittelbar, insbesondere direkt, drehfest mit der Rotorwelle 12 verbunden ist. Dadurch dreht sich die Rotorscheibe 14 während des Motorbetriebs mit der Rotorwelle 12 um die Drehachse relativ zum Stator mit. Durch die auch als Endscheibe bezeichnete Rotorscheibe 14 ist beispielsweise ein Aufnahmebereich in axialer Richtung des Rotors 10 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, begrenzt, wobei beispielsweise in dem genannten Aufnahmebereich weitere Bauelemente des Rotors 10 angeordnet sind. Somit wird die Rotorscheibe 14 auch als Deckscheibe bezeichnet, welche beispielsweise als Stanzbiegeumformteil mit geeigneten magnetischen Eigenschaften ausgebildet ist. Insbesondere ist die Rotorscheibe 14 beispielsweise aus einem amagnetischen martensitischen Edelstahl gebildet.
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Um dabei einen besonders vorteilhaften und insbesondere leistungsfähigen Betrieb der elektrischen Maschine realisieren zu können, weist die Rotorscheibe 14 – wie besonders gut in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist – eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Rotorscheibe 14 beziehungsweise des Rotors 10 insgesamt aufeinanderfolgenden beziehungsweise hintereinander angeordneten Aufnahmen 16 auf, welche beispielsweise als Bohrungen ausgebildet sind. Die jeweilige Aufnahme 16 ist bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel als jeweilige Durchgangsöffnung der Rotorscheibe 14 ausgebildet. Dabei ist in wenigstens eine der Aufnahmen 16 eine beispielsweise als Normkugel ausgebildete Kugel 18 zum Positivwuchten des Rotors 10 aufgenommen.
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Besonders gut aus 1 ist erkennbar, dass die Aufnahmen 16 beispielsweise entlang eines Kreises aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die jeweiligen Mittelpunkte der beispielsweise als Kreise ausgebildeten Aufnahmen 16 auf dem genannten Kreis liegen, dessen Mittelpunkt auf der genannten Drehachse liegt. Hierdurch bilden die Aufnahmen 16 ein Lochmuster in Form eines Kreises, wodurch der Rotor 10 besonders vorteilhaft gewuchtet werden kann.
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Im Rahmen des Positivwuchtens werden beispielsweise mehrere Wuchtkörper in Form der Kugeln 18 bereitgestellt, wobei sich diese Kugeln 18 beispielsweise in ihrem Durchmesser und/oder in ihrem Gewicht voneinander unterscheiden können. Somit weisen beispielsweise erste der Kugeln 18 ein erstes Gewicht und zweite der Kugeln 18 ein von dem ersten Gewicht unterschiedliches, zweites Gewicht auf. Beispielsweise je nach ermittelter Unwucht und deren Position kann die Anzahl an ersten und/oder zweiten Kugeln 18 bestimmt werden, die erforderlich ist, um die ermittelte Unwucht des Rotors 10, der die ermittelte Unwucht vor dem Positivwuchten aufweist, zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, zu kompensieren. Ferner können in Abhängigkeit von der ermittelten Unwucht diejenigen der Aufnahmen 16 ermittelt werden, in die die ausgewählten Kugeln 18 eingebracht werden müssen, um die Unwucht zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, auszugleichen. Beispielsweise wird wenigstens eine der Kugeln 18 in wenigstens eine der Aufnahmen 16 eingebracht, um dadurch die Unwucht zumindest teilweise auszugleichen.
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Die jeweilige ausgewählte Kugel 18 wird beispielsweise, insbesondere in axialer Richtung des Rotors 10, in die jeweilige ausgewählte Aufnahme 16 eingepresst und dadurch beispielsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig an der Rotorscheibe 14 befestigt und somit in der ausgewählten Aufnahme 16 gehalten. Durch die Auswahl der jeweiligen Aufnahme 16, in die eine jeweilige der Kugeln 18 eingebracht wird, wird eine Position bestimmt, an der die jeweilige Kugel 18 angeordnet wird, um die Unwucht zumindest teilweise zu kompensieren.
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Die jeweilige Aufnahme 16 ist beispielsweise durch Umformtechnik, das heißt durch Umformen der Rotorscheibe 14, ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist die jeweilige Aufnahme 16 beispielsweise durch Stanzen und/oder Schneiden, insbesondere Scherschneiden, der Rotorscheibe 14 hergestellt. Die jeweilige Aufnahme 16 weist beispielsweise einen etwas geringeren Durchmesser als die jeweilige, beispielsweise als Normkugel ausgebildete Kugel 18 auf. Wird dann die jeweilige Kugel 18 in die jeweilige Aufnahme 16, insbesondere in axialer Richtung des Rotors 10, eingepresst, so wird beispielsweise zwischen der Kugel 18 und der Aufnahme 16 beziehungsweise der Rotorscheibe 14 ein Formschluss ausgebildet, mittels welchem die Kugel 18 in der Aufnahme 16 fixiert wird.
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Insbesondere wird beispielsweise die Kugel 18 in die jeweilige, insbesondere als Durchgangsöffnung ausgebildete Aufnahme 16 so weit eingepresst, dass die Kugel 18 beispielsweise zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, in der Aufnahme 16 und somit in der Rotorscheibe 14 angeordnet ist, insbesondere in axialer Richtung des Rotors 10. Mit anderen Worten wird die beispielsweise als Normkugel ausgebildete Kugel 18 an der Position zum Positivwuchten durch die Aufnahme 16 beziehungsweise in die Aufnahme 16 gepresst, an der die als Ausgleichsmasse fungierende Kugel 18 zum Positivwuchten benötigt wird.
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Die zuvor genannten, mehreren und sich beispielsweise in ihren Gewichten unterscheidenden Kugeln 18 sind beispielsweise Ausgleichsmassen und dabei Bestandteil eines Gewichtsbaukastens, der beispielsweise über den jeweiligen Durchmesser der jeweiligen Kugeln 18 an die Rotormasse angepasst werden kann. Durch das beschriebenen Positivwuchten können beispielsweise folgende Vorteile realisiert werden:
- – minimale Masse des Rotors 10, da eine gezielte Positionierung der jeweiligen, als Ausgleichsmasse fungierenden Kugel 18 vorgesehen ist;
- – Reduktion des Materialeinsatzes der Rotorscheibe 14, da diese beispielsweise aus einem martensitischen Edelstahl hergestellt ist;
- – die auch als Deckscheibe bezeichnete Rotorscheibe 14 ermöglicht die Realisierung einer besonders vorteilhaften Aerodynamik, da die Rotorscheibe 14 eine glatte Oberfläche aufweist, wodurch der Rotor 10 besonders effizient angetrieben werden kann;
- – bei dem Rotor 10 kann vermieden werden, dass die Rotorscheibe 14 im Bereich von Magneten des Rotors 10 flächig aufliegt, was elektromagnetische Vorteile erlaubt;
- – die als Ausgleichsmassen fungierenden Kugeln 18 können formschlüssig fixiert und geschützt werden;
- – die Rotorscheibe 14 kann zum Beispiel auf Rotorsegmente geklebt sein oder zum Beispiel axial, insbesondere durch sogenannte Stitches beziehungsweise Stiche, lokal radial mit dem jeweiligen Rotorsegment verschweißt sein, insbesondere je nach Paketierverfahren der Rotorsegmente;
- – die Rotorscheibe 14 ist beispielsweise als Ring ausgebildet beziehungsweise die Aufnahmen 16 sind beispielsweise an einem Ring vorgesehen; um die Wuchtgüte beispielsweise weiter zu verfeinern, wäre auch ein weiterer Ring auf einem etwas kleineren Durchmesser denkbar, wobei jedoch gilt: je größer der Wuchtdurchmesser ist, desto effektiver ist der durch das Positivwuchten realisierbare Massenausgleich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012002257 A1 [0003]
