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Die Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für einen Elektromotor.
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Bei leistungsstarken Elektromaschinen muss die durch die Verlustleistung entstehende Wärme abtransportiert werden. Auch im Bereich eines permanentmagnetischen Rotors kann eine Kühlung erforderlich sein.
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Die
CN 106 329 832 A zeigt eine Elektromaschine mit einem Innenstator und einem Außenrotor, wobei der Innenstator einen S-förmig verlaufenden Kühlmittelkanal aufweist.
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Die
US 7 804 215 B1 zeigt einen Elektromotor mit einem Stator, einem Rotor und einem zwischen dem Stator und dem Rotor angeordneten Flussregler mit einem Kühlkanal.
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Die
DE 10 2012 204 782 A1 zeigt einen Rotor mit einem Rotorkern und einem Rotorpaket, wobei das Rotorpaket einen Innenhohlraum bildet.
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Die
DE 947 403 A zeigt einen wassergekühlten Rotor für eine Elektromaschine.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Rotoranordnung bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
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Durch die Ausbildung des Hohlraums zwischen dem Rotorblechpaket und der Welle kann das Kühlmittel direkten Kontakt mit den Rotorblechen haben, und dies ermöglicht eine gute Kühlung der Rotoranordnung. Zudem ist über die zweiten Zähne, die in eine Nut ragen, eine gute Drehmomentübertragung zwischen der Welle und dem jeweiligen Rotorblech möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der mindestens eine erste Zahn gegen die Welle an, um eine Zentrierung des Blechpakets auf der Welle zu bewirken. Über den mindestens einen ersten Zahn kann somit sehr genau eine Zentrierung erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Rotorbleche zumindest teilweise mindestens einen ersten Zahn und mindestens einen zweiten Zahn auf. Hierdurch kann das entsprechende Rotorblech sowohl für eine Zentrierung als auch für eine Drehmomentübertragung eingesetzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Rotorbleche zumindest teilweise mindestens drei erste Zähne auf. Über mindestens drei Zähne ist die Zentrierung besonders gut, da die Relativlage eines solchen Blechs zum Rotor gut definiert ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an beiden axialen Enden des Rotorblechpakets eine Abdichtung des Hohlraums vorgesehen, um ein Austreten eines Kühlmittels an den axialen Enden des Rotorblechpakets zu verhindern oder zumindest zu verringern. Dies ermöglicht eine Kühlung mit einem flüssigen Kühlmittel auch dann, wenn beispielsweise in der Nähe der Rotoranordnung eine ungeschützte Elektronikeinheit vorgesehen ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine der Abdichtungen als ringförmige Scheibe ausgebildet, welche an einem axialen Ende des Blechpakets angeordnet ist. Über eine solche Scheibe ist eine gute Abdichtung möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die ringförmige Scheibe aus einem Werkstoff ausgebildet, welcher Kunststoff aufweist. Kunststoff ermöglicht eine gute Abdichtung, und auch ein Auswuchten kann bei einer Kunststoffscheibe gut durchgeführt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die ringförmige Scheibe als Wuchtscheibe ausgebildet. Die ringförmige Scheibe hat sich als gut geeignet für ein Auswuchten erwiesen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine der Abdichtungen als Rotorblech des Rotorblechpakets ausgebildet, welches Rotorblech innen über den ganzen Umfang in Kontakt mit der Welle ist. Hierdurch kann auch über die Rotorbleche eine Abdichtung erzielt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rotoranordnung an der ersten Öffnung und an der vierten Öffnung jeweils eine rotatorische Dichtung zugeordnet. Hierdurch kann das Kühlmittel ohne größere Verluste der Rotoranordnung zugeführt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat ein Elektromotor eine Statoranordnung und eine entsprechende Rotoranordnung. Die Rotoranordnung ist besonders gut für Elektromotoren geeignet.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt 1 in einem Längsschnitt eine Rotoranordnung, 2 in einem Querschnitt entlang der Linie II - II von 1 die Rotoranordnung, und 3 in einem Längsschnitt einen Elektromotor mit der Rotoranordnung von 1.
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1 zeigt eine Rotoranordnung 20 für einen Elektromotor. Die Rotoranordnung 20 hat eine Welle 24 und ein mit der Welle 24 verbundenes Rotorblechpaket 26. Die Welle hat im Ausführungsbeispiel mindestens eine Nut 25. Das Rotorblechpaket 26 hat eine Mehrzahl von Rotorblechen 28, welche zumindest teilweise einen zweiten Zahn 42 aufweisen, welcher zweite Zahn 42 in die Nut 25 ragt.
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Die Welle 24 hat einen ersten Kanal 21 und einen zweiten Kanal 22. Der erste Kanal 21 hat eine erste Öffnung 31 und mindestens eine zweite Öffnung 32, und der zweite Kanal 22 hat mindestens eine dritte Öffnung 33 und eine vierte Öffnung 34.
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Zwischen dem Rotorblechpaket 26 und der Welle 24 ist ein Hohlraum 40 ausgebildet. Die zweite Öffnung 32 und die dritte Öffnung 33 sind jeweils im Bereich des Hohlraums 40 ausgebildet, und die zweite Öffnung 32 und die dritte Öffnung 33 stehen über den Hohlraum 40 in Fluidverbindung.
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Das Rotorblechpaket 26 hat ein erstes axiales Ende 47 und ein zweites axiales Ende 48. Bevorzugt ist an beiden axialen Enden 47, 48 eine Abdichtung 45, 46 des Hohlraums 40 vorgesehen, um ein Austreten eines Kühlmittels an den axialen Enden 47, 48 zu verhindern oder zumindest zu verringern. Insbesondere bei Rotoranordnungen 20, die nicht als Nassläufer ausgebildet sind, kann durch die Abdichtungen 45, 46 eine Reduzierung des Kühlmittelaustritts erzielt werden, oder ein Kühlmittelaustritt kann komplett verhindert werden. Bevorzugt ist die Rotoranordnung im Bereich zwischen der ersten Öffnung 31 und der vierten Öffnung 34 dicht, bei einem Auffüllen der Rotoranordnung mit Wasser bei Raumtemperatur und unter Normaldruck fließt also kein Wasser aus der Rotoranordnung 20, wenn man die erste Öffnung 31 und die vierte Öffnung 34 verschließt.
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Die Abdichtungen 45, 46 können jeweils als ringförmige Scheibe ausgebildet sein, welche an einem axialen Ende des Blechpakets 26 angeordnet ist. Eine solche ringförmige Scheibe 45, 46 wird bevorzugt aus einem Werkstoff ausgebildet, welcher Kunststoff aufweist. Über einen solchen Werkstoff kann eine Abdichtung gut erzielt werden. Die Abdichtungen 45, 46 sind bevorzugt als Wuchtscheiben ausgebildet, über die ein Auswuchten der Rotoranordnung 24 ermöglicht wird. Hierzu können an den Abdichtungen 45, 46 Taschen für Wuchtgewichte vorgesehen werden, oder es kann zum Auswuchten ein Materialabtrag an den Abdichtungen 45, 46 erfolgen.
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Ein weiterer Vorteil der zweiten Zähne 42 besteht darin, dass eine Sicherung gegen eine Relativdrehung zwischen dem Blechpaket 26 und der Welle 24 bzw. eine Drehmomentübertragung bereits durch die Zähne 42 und die Nuten 25 erzielt werden kann. Daher müssen nicht die Abdichtungen 45, 46 diese Funktion erfüllen, und sie können kleiner ausgeführt werden. Dies spart Bauraum und Gewicht und trägt zu einer Erhöhung der Leistungsdichte bei.
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Alternativ zu einer Ausbildung der Abdichtungen 45, 46 als ringförmige Scheiben können die Abdichtungen 45, 46 auch mittels Rotorblechen 28 des Rotorblechpakets 26 ausgebildet werden. Hierfür können Rotorbleche 28 verwendet werden, die bevorzugt innen über den ganzen Umfang in Kontakt mit der Welle 24 stehen. Dieser Kontakt kann auch über eine Gummidichtung erfolgen.
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Ein möglicher Kühlmittelfluss ist beispielhaft durch Pfeile angedeutet. Das Kühlmittel kann über die Öffnung 31 in den ersten Kanal 21 gelangen und anschließend über die zweite Öffnung 32 in den Hohlraum 40 gelangen. Über den Hohlraum 40 kann das Kühlmittel zur dritten Öffnung 33 gelangen und von dort über den zweiten Kanal 22 und die vierte Öffnung 34 aus der Welle 24 austreten. Im Bereich des Hohlraums 40 kann das Kühlmittel Wärmeenergie aufnehmen.
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Die erste Öffnung 31 und die vierte Öffnung 34 können wie gezeigt an einem axialen Ende der Welle 24 axial angeordnet sein, sie können jedoch auch radial aus der Welle 24 austreten.
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2 zeigt einen Querschnitt durch die Rotoranordnung 20. Der erste Kanal 21 in der Welle 24 hat im Ausführungsbeispiel acht zweite Öffnungen 32, die in den Hohlraum 40 münden. Das Rotorblech 28 des Rotorblechpakets 26 hat im Ausführungsbeispiel vier erste Zähne 41 und vier zweite Zähne 42, welche Zähne 41, 42 vom Rotorblech 28 nach innen zur Welle 24 hin ragen. Die zweiten Zähne 42 ragen hierbei weiter nach innen als die ersten Zähne 41, und die zweiten Zähne 42 ragen jeweils in eine zugeordnete Nut 25 der Welle 24.
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Die ersten Zähne 41 liegen bevorzugt gegen die Welle 24 an und können hierdurch eine Zentrierung des Blechpakets 26 auf der Welle 24 bewirken.
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Neben dem gezeigten Rotorblech 28 können auch Rotorbleche 28 verwendet werden, welche bspw. keine zweiten Zähne 42 oder keine ersten Zähne 41 oder überhaupt keine Zähne 41, 42 aufweisen. Die Rotorbleche 28 des Blechpakets 26 sind üblicherweise miteinander verbunden, bspw. durch Verstemmung oder Umspritzung. Falls keine solche Verbindung zwischen den Rotorblechen 28 vorgesehen ist, werden bevorzugt an allen Rotorblechen 28 erste Zähne 41 vorgesehen.
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Im Rotorblechpaket 26 sind beispielhaft vier Rotormagnete 50 angeordnet, welche bevorzugt als Permanentmagnete ausgebildet sind. Über die Rotormagnete 50, die bevorzugt in Taschen des Blechpakets 26 angeordnet sind, wird eine Relativverschiebung der Rotorbleche 28 in Umfangsrichtung ebenfalls verhindert. Daher ist es ausreichend, wenn nur bei einem Teil der Rotorbleche 28 zweite Zähne 42 vorgesehen sind. Die zweiten Zähne 42 ergeben über die zugehörige Nut 25 einen Formschluss zwischen dem Blechpaket 26 und der Welle 24 in Umfangsrichtung, und eine Relativverdrehung zwischen dem Blechpaket 26 und der Welle 24 kann hierdurch verhindert, oder zumindest begrenzt werden.
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Die Rotorbleche 28 haben zumindest teilweise bevorzugt mindestens drei erste Zähne 41. Über mindestens drei erste Zähne 41 kann eine gute Zentrierung des Rotorblechs 28 auf der Welle 24 erfolgen.
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3 zeigt den Gesamtaufbau eines beispielhaften Elektromotors 10. Eine Statoranordnung 12 hat ein Statorblechpaket 14 und eine Wicklungsanordnung 15, welche Wicklungsanordnung 15 über eine Steuervorrichtung 16 bestrombar ist. Die Statoranordnung 12 hat eine Lageranordnung 18, über welche die Rotoranordnung 20 gelagert ist. An den axialen Enden der Rotoranordnung 20 ist jeweils eine rotatorische Dichtung 61 bzw. 62 vorgesehen, um die Zuführung eines Kühlmittels 68 ohne oder nur mit geringer Leckage zu ermöglichen. Eine Kühlmittelpumpe 64 ist vorgesehen, um das Kühlmittel 68 über eine Leitung 65 und die rotatorische Dichtung 61 der Rotoranordnung 20 zuzuführen, und anschließend gelangt das Kühlmittel 68 über die rotatorische Dichtung 62 und eine Leitung 66 zurück zur Pumpe 64, so dass ein Kühlmittelkreislauf möglich ist.
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Als rotatorische Dichtung 61, 62 kann beispielsweise eine Gleitringdichtung oder eine Radial-Wellendichtung verwendet werden.
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Als Kühlmittel 68 kann bevorzugt Wasser oder Öl verwendet werden, eine Luftkühlung ist aber auch möglich.
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Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektromotor
- 12
- Statoranordnung
- 14
- Blechpaket
- 15
- Wicklungsanordnung
- 16
- Steuervorrichtung
- 18
- Lageranordnung
- 20
- Rotoranordnung
- 21
- erster Kanal
- 22
- zweiter Kanal
- 24
- Welle
- 25
- Nut
- 26
- Rotorblechpaket
- 28
- Rotorbleche
- 31
- erste Öffnung
- 32
- zweite Öffnung
- 33
- dritte Öffnung
- 34
- vierte Öffnung
- 40
- Hohlraum
- 41
- erster Zahn
- 42
- zweiter Zahn
- 45
- Abdichtung
- 46
- Abdichtung
- 47
- erstes axiales Ende des Blechpakets
- 48
- zweites axiales Ende des Blechpakets
- 50
- Rotormagnet
- 61
- rotatorische Dichtung
- 62
- rotatorische Dichtung
- 64
- Fluidpumpe
- 65
- Kühlmittelleitung
- 66
- Kühlmittelleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 106329832 A [0003]
- US 7804215 B1 [0004]
- DE 102012204782 A1 [0005]
- DE 947403 A [0006]
