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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine permanentmagneterregte Transversalflussmaschine, eine Transversalflussmaschine mit solch einem Rotor sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einer Transversalflussmaschine.
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Transversalflussmaschinen zeichnen sich durch eine kompakte Bauform bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte aus. 1 veranschaulicht das Funktionsprinzip einer Transversalflussmaschine. Der magnetische Fluss 1 von Transversalflussmaschinen erstreckt sich dabei im Wesentlichen senkrecht zu der Drehrichtung 2 des Rotors. In permanentmagneterregten Transversalflussmaschinen ist eine Vielzahl von Permanentmagneten 3, 4 in dem Rotor der Maschine vorgesehen. Die Pole 3 sind dabei als Nordpole und die Pole 4 als Südpole ausgebildet. Somit gleichen sich benachbarte Pole hinsichtlich ihrer Polarität, wie Bezugszeichen 5 angedeutet. Der Antrieb des Rotors erfolgt durch eine Stromspeisung entsprechender Spulenwicklungen eines Stators, der benachbart zu dem Rotor angeordnet ist.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ausgestaltungen von Rotoren für elektrische Maschinen bekannt. Aus der
DE 10 2010 039 123 A1 ist ein Rotor bekannt, der eine Rotorscheibe aufweist, entlang deren Umfang eine Vielzahl von Permanentmagneten angeordnet ist. Dabei ist die Rotorscheibe ein Spritzgusskörper aus Kunststoff, in dem die Permanentmagnete eingebettet sind. Aus der
AT 13 246 U1 ist ein Rotor bekannt, dessen Rotorscheibe wechselseitig an beiden axialen Flächen ausgeführte Taschen aufweist, in die Magnete eingelegt sind.
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Durch die zunehmende Bedeutung von Elektroantrieben in Kraftfahrzeugen besteht jedoch Bedarf an einem Rotor der leicht ist, da die Elektroantriebe künftiger Kraftfahrzeuge hohen Drehzahlen bei Lastwechsel unterliegen. Ferner sollte er kostengünstig in einer Serienproduktion herzustellen sein.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor für eine permanentmagneterregte Transversalflussmaschine bereitzustellen, der leicht ist sowie kostengünstig und in Serie herstellbar ist. Diese Aufgabe wird durch einen Rotor gemäß Anspruch 1, eine Transversalflussmaschine gemäß Anspruch 9 und ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Rotor für eine permanentmagneterregte Transversalflussmaschine bereitgestellt, insbesondere zum elektrischen Antrieb eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, mit einer Rotorscheibe mit einem ringförmigen Grundkörper, der sich um eine Mittellinie der Rotorscheibe herum erstreckt, von dem sich Finger radial nach außen erstrecken; einer Vielzahl von Flussleitelementen aus ferromagnetischem Material, von denen jeweils eines zwischen zwei benachbarten Fingern angeordnet ist; einer Vielzahl von Magneten, die paarweise jeweils zwischen zwei benachbarten Flussleitelementen und beidseitig jeweils eines der Finger angeordnet sind, und einem Umfangsringelement, das die Magnete und Flussleitelemente auf deren radial nach Außen weisenden Seiten umgibt. Durch dieses Ausführungsbeispiel wird ein Rotor geschaffen, dessen Rotorscheibe leicht ist und ein Stecksystem für die Anbringung der Flussleitelemente und Magnete realisiert, welche die Lage dieser Elemente mit einfachen Mitteln definiert. Durch die Rotorscheibe in Sternform ist ein lagegenaues automatisierbares Einfügen der Flussleitelemente und Magnete realisierbar. Somit können die Magnete und Flussleitelemente auch in Serienfertigung genau positioniert werden. Durch den beschriebenen Aufbau des Rotors werden alle Einzelkomponenten zumindest formschlüssig gesichert. Aufgrund dessen, dass sich die Flussleitelemente und Magnete nur innerhalb eines sehr engen Toleranzbereichs in ihrer Lage ändern können, liefert dieser Aufbau den Vorteil einer geringen Drehmoment-Welligkeit. Dies erhöht sowohl die Bauteillebensdauer als auch den Komfort beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Rotor ferner ein Paar Zahnprofilscheiben auf, die beidseitig der Rotorscheibe angeordnet sind, wobei die Zahnprofilscheiben jeweils einen ringförmigen Grundkörper aufweisen, der sich um die Mittellinie erstreckt, und sich davon radial nach außen erstreckende Zähne, deren Länge entlang einer Radialrichtung vorzugsweise kürzer ist als die der Finger, wobei jeweils eines der Flussleitelemente zwischen zwei benachbarten Zähnen angeordnet ist. Durch die Zahnprofilscheiben werden die Flussleitelemente nicht nur mittig (durch die Rotorscheibe) gehalten, sondern auch auf beiden Seiten, wodurch deren Lagegenauigkeit verbessert und deren Halt erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Rotor ferner ein Paar Axialscheiben auf, die an den axial nach außen weisenden Seiten der Zahnprofilscheiben angeordnet sind und die Flussleitelemente bzgl. einer Axialrichtung fixieren. Durch die Axialscheiben werden dazwischen angeordneten Elemente fixiert.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Rotor ferner eine Stützhülse auf, auf der die Rotorscheibe so aufgebracht ist, dass die radial nach innen weisende Seite der Rotorscheibe mit der radial nach außen weisenden Seite der Stützhülse in Kontakt ist, wobei die Stützhülse eine Durchgangsöffnung aufweist, die zur Aufnahme einer Welle angepasst ist. Die Stützhülse bildet einen gemeinsamen Kern für die Rotorscheibe, die Zahnprofilscheiben und die Axialscheiben, so dass diese präzise konzentrisch zueinander ausgerichtet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist bei der Rotorscheibe der Übergangsbereich vom ringförmigen Grundkörper zu den Fingern abgerundet. Dies verhindert Kerbspannungen und erhöht die Lebensdauer des Rotors.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Rotorscheibe Kohlefasern auf oder ist aus Aluminium hergestellt. Diese Materialien ermöglichen die Bereitstellung einer leichten Rotorscheibe.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Umfangsringelement ringförmige Endloskohlefasern auf.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Umfangsringelement einen ringförmig geschlossenen Ring auf, welcher insbesondere aus Kunststoff, einem Kunststoff mit eingebetteten Kohlefasern, einem Kohlefaserverbundwerkstoff, Aluminium, Stahl, einer Aluminiumlegierung oder einer Stahllegierung ist.
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Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine Transversalflussmaschine mit solch einem Rotor sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einer Transversalflussmaschine bereit.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
- 1 ist eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzips einer Transversalflussmaschine;
- 2 ist eine dreidimensionale Darstellung einer Rotorscheibe eines Rotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 ist eine dreidimensionale Darstellung der Rotorscheibe aus 2 und einer Stützhülse, auf der die Rotorscheibe montiert ist;
- 4 ist eine dreidimensionale Darstellung der Elemente aus 3 und beidseitig an diesen angeordneten Zahnprofilscheiben;
- 5 ist eine dreidimensionale Darstellung der Elemente aus 4 mit beidseitig an diesen angeordneten Axialscheiben;
- 6 ist eine dreidimensionale Darstellung der Elemente aus 5 mit eingesetzten Flussleitelementen;
- 7 ist eine dreidimensionale Darstellung der Elemente aus 6 mit zwischen den Flussleitelementen eingesetzten Magneten;
- 8 ist eine dreidimensionale Darstellung der Elemente aus 7 mit einem diese umgebenden Zahnringelement;
- 9 ist eine dreidimensionale Darstellung der Elemente aus 8 mit einem diese umgebenden Axialringelement, und
- 10 ist eine schematische Detailansicht einer Kohlefaserstruktur der Rotorscheibe aus 2.
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2 ist eine dreidimensionale Darstellung einer Rotorscheibe 10 eines Rotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein zusammengebauter Rotor 12 ist in 9 dargestellt. Der Rotor 12 ist der Rotor einer Transversalflussmaschine, bei der ein Antrieb des Rotors durch eine Stromspeisung entsprechender Spulenwicklungen eines Stators erfolgt, der benachbart zu dem Rotor angeordnet ist oder den Rotor ringartig umgibt. Vorzugsweise dient die Transversalflussmaschine zum Antrieb eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs. Die Rotorscheibe 10 besteht aus einem ringförmigen Grundkörper 13, der ringartig um eine Mittellinie 14 verläuft. Die Mittellinie 14 verläuft senkrecht zu einer Ebene, welche durch die Rotorscheibe 10 aufgespannt wird. Im Betrieb der Transversalflussmaschine ist die Rotorscheibe 10 und der Rotor 12 um die Mittellinie 14 drehbar gelagert, d.h. die Mittellinie 14 entspricht der Drehachse der Rotorscheibe 10 sowie des Rotors 12. Der ringförmige Grundkörper 13 bildet auf seiner radial (bzgl. der Mittellinie 14) nach innen weisenden Seite eine im Wesentlichen kreisrunde Stützhülsenöffnung 15 aus. Von der radial nach außen weisenden Seite des Grundkörpers 13 erstrecken sich Finger 16 (nur einige mit Bezugszeichen versehen). Die Finger 16 erstrecken sich vorzugsweise geradlinig entlang von Radiallinien (bzgl. der Mittellinie 14). Im Querschnitt (senkrecht zu diesen Radiallinien) sind die Finger 16 viereckig, insbesondere rechteckig mit kleinerer Abmessung in Axialrichtung als senkrecht dazu. Die Vielzahl an Fingern 16 der Rotorscheibe 10 sind in regelmäßigen Abständen entlang des Umfangs des Grundkörpers 13 verteilt. Jeweils zwischen 2 benachbarten Fingern 16 ist der Übergangsbereich vom Grundkörper 13 zu den Fingern 16 abgerundet. Entlang einer Radialrichtung ist die Materialdicke des Grundkörpers 13 kleiner als die Länge der Finger 16. Vorzugsweise sind alle der Finger 16 in radialer Richtung gleich lang. Die Unterscheidung zwischen Grundkörper und Fingern sollte der Beschreibung und Veranschaulichung dienen, wobei die Rotorscheibe 10 tatsächlich vorzugsweise einstückig ausgebildet ist, d.h. ein durchgängiges, materialunterbrechungsfreies Bauteil ist. Die Rotorscheibe 10 ist beispielsweise aus Aluminium oder einem Kohlefaserverbundwerkstoff (beispielsweise kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff bei dem Kohlenstofffasern in eine Kunststoff-Matrix oder Epoxidharz-Matrix eingebettet sind), kann aber auch aus einem anderen Material hergestellt sein. Die Rotorscheibe könnte aber auch aus einer Stahl- oder Titanlegierung sein.
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3 ist eine dreidimensionale Darstellung der Rotorscheibe 10 aus 2 und einer Stützhülse 17, auf der die Rotorscheibe 10 montiert ist. Dabei berührt ein Außenumfang der Stützhülse 17 einen Innenumfang des Grundkörpers 13. Vorzugsweise ist die Stützhülse 17 in die Stützhülsenöffnung 15 eingepresst oder mit einer Passung eingefügt. Die Stützhülse 17 ist konzentrisch zur Mittellinie 14 angeordnet, wobei entlang der Mittellinie 14 eine Durchgangsöffnung in der Stützhülse 17 ausgebildet ist, die dazu angepasst ist, eine Welle der Transversalflussmaschine aufzunehmen, beispielsweise sind Nuten, welche parallel zur Mittellinie 14 verlaufen in der Innenfläche dieser Durchgangsöffnung vorgesehen. Die Stützhülse 17 ist vorzugsweise aus Aluminium, Stahl oder einem anderen geeigneten Material. Der Außenumfang ist in der axialen Mitte der Stützhülse 17 größer als an den Axialenden der Stützhülse 17. Der Übergang zwischen diesen unterschiedlichen Außendurchmessern ist stufig ausgebildet.
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4 ist eine dreidimensionale Darstellung der Elemente aus 3 und beidseitig an diesen angeordneten Zahnprofilscheiben 18. Die Zahnprofilscheiben 18 sind konzentrisch zur Rotorscheibe 10 und zur Stützhülse 17 vorgesehen. An den axial nach außen weisenden Seiten des Grundkörpers 13 der Rotorscheibe 10 ist auf beiden Seiten jeweils eine der Zahnprofilscheiben 18 befestigt. Die Zahnprofilscheiben 18 verlaufen im Wesentlichen ringförmig um die Mittellinie 14 herum. Ein Innenumfang der Zahnprofilscheiben 18 ist in Kontakt mit dem Außenumfang der Stützhülse 17. Die Zahnprofilscheiben 18 werden auf den Außenumfang der Stützhülse 17 an deren Axialenden geschoben. Der Außenumfang an den Axialenden kann als eine Klemmnabe ausgebildet sein, d.h. eine in Umfangsrichtung verlaufende Einrastnut, in welcher bei der Montage der Zahnprofilscheiben 18 in Axialrichtung ein Innenumfang der Zahnprofilscheiben 18 einrastet. Ferner kann die Stützhülse Lagefixierungsnuten 11 aufweisen, die als in Axialrichtung verlaufende Nuten im Außenumfang der Stützhülse 17 vorgesehen sind und in denen beispielsweise geradstirnige Passfedern (nicht dargestellt) vorhanden sein können, welche einerseits in die Lagefixierungsnut 11 und andererseits in eine Nut im Innenumfang der Zahnprofilscheiben 18 und der Rotorscheibe 10 eingreifen, so dass die Rotorscheibe 10 und die Zahnprofilscheiben 18 eine zugeordnete Umfangslage einnehmen und auf der Stützhülse 17 verdrehsicher gehalten werden. Am Außenumfang sind die Zahnprofilscheiben 18 mit Zähnen 19 versehen (nur einige mit einem Bezugszeichen versehen). Die Zähne 19 sind in regelmäßigen Abständen um den Umfang der Zahnprofilscheiben 18 verteilt. Entlang der Mittellinie 14 gesehen sind die Zähne 19 rechteckig, so dass sich zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen 19 trapezförmige Zwischenräume ausbilden, die der Querschnittsform der später erläuterten Flussleitelemente entsprechen, entlang der Mittellinie 14 gesehen können die Zähne 19 aber auch trapezförmig sein. Eine Höhe der Zähne 19 (entlang einer Radialrichtung bzgl. der Mittellinie 14) ist vorzugsweise kleiner als eine halbe Höhe (entlang einer Radialrichtung bzgl. der Mittellinie 14) der Finger 18. Die Zahnprofilscheiben 18 sind dabei so angepasst und ausgerichtet, dass die Zwischenräume zwischen jeweils zwei benachbarten Zähnen 19 mit Zwischenräumen zwischen jeweils zwei benachbarten Fingern 16 der Rotorscheibe 10 entlang einer Axialrichtung fluchten. Diese Fluchtlinie ermöglicht, dass an diesen Stellen Flussleitelemente eingesetzt werden, wie später unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Die Zahnprofilscheiben 18 sind beispielsweise aus Aluminium oder einem Kohlefaserverbundwerkstoff (beispielsweise kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff bei dem Kohlenstofffasern in eine Kunststoff-Matrix oder Epoxidharz-Matrix eingebettet sind), könnten aber auch aus einem anderen Material hergestellt sein, insbesondere dem im Zusammenhang mit der Rotorscheibe 10 erwähnten Material.
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5 ist eine dreidimensionale Darstellung der Elemente aus 4 mit beidseitig an diesen angebrachten Axialscheiben 20. Die Axialscheiben 20 sind Scheiben mit kreisrundem Außenumfang der hinsichtlich seines Radius im Wesentlichen dem der Zahnprofilscheiben 18 entspricht und einer Öffnung im Zentrum, die der Stützhülse 17 entspricht. Die jeweiligen axial nach Innen weisenden Flächen der beiden Axialscheiben 20 berühren die axial nach außen weisenden Seiten der Stützhülse 17 und der Zahnprofilscheiben 18. Um die Rotorscheibe 10, die Stützhülse 17 und die Zahnprofilscheiben 18 miteinander zu verbinden, werden die beiden Axialscheiben 20 miteinander verbunden, sodass die dazwischenliegenden, eben genannten Elemente aneinandergedrückt und befestigt werden. Die beiden Axialscheiben 20 werden beispielsweise miteinander durch Nieten oder Schrauben verbunden. Beispielsweise können dazu Senklöcher 21 in den Axialscheiben 20 vorgesehen sein, durch die Schrauben (nicht dargestellt) eingefügt werden, mit denen beide Axialscheiben 20 aneinandergeschraubt werden. Zum Hindurchführen solcher Schrauben, Stifte oder Nieten sind in Axialrichtung zu den Senklöchern 21 fluchtende Durchgangsöffnungen 22 in den Zahnprofilscheiben 18 und entsprechend fluchtende Durchgangsöffnungen 28 in der Rotorscheibe 10 vorgesehen. Die Axialscheiben 20 sind beispielsweise aus Aluminium und können eine Rippenstruktur zur Gewichtsreduzierung aufweisen.
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6 ist eine dreidimensionale Darstellung der Elemente aus 5 mit eingesetzten Flussleitelementen 23 (nur einige mit Bezugszeichen versehen). Die Flussleitelemente 23 haben einen rechteckigen Querschnitt (bzgl. einer Schnittebene senkrecht zu einer Radiallinie der Mittellinie 14). Entlang der Radialrichtung nach innen verjüngt sich eine Abmessung, entlang einer Umfangsrichtung (bzgl. der Mittellinie 14) gemessen, kontinuierlich. Zwischen jeweils zwei benachbarten Fingern 16 wird je ein Flussleitelement 23 eingesetzt und zwar derart, dass das radial nach innen weisende Ende der Flussleitelemente 23 in den Zwischenraum zwischen jeweils zwei benachbarten Zähnen 19 eingesetzt wird. Dadurch werden im eingesetzten Zustand die Flussleitelemente 23 in Umfangsrichtung gesehen sowohl von den Fingern 16 als auch von den Zähnen 19 gehalten. Dabei liegen die in Umfangsrichtung weisenden Flächen der Flussleitelemente 23 jeweils an die Finger 16 und Zähne 19 an. Hinsichtlich der Axialrichtung werden die Flussleitelemente 23 von den Axialscheiben 20 fixiert und gehalten, wobei die axial nach innen weisenden Flächen der Axialscheiben 20 an die axial nach außen weisenden Flächen der Flussleitelemente 23 anliegen. Zwischen den Axialscheiben 20 und den Flussleitelementen 23 können aus Gründen des Toleranzausgleichs in Axialrichtung (bzgl. der Mittellinie 14) Toleranzausgleichsringe aus einem weicheren (weicher als das Material der Axialscheiben), aber temperatur- und zeitstabilen (nicht fließendem) Material, beispielsweise Weichaluminium, eingesetzt werden. Die Flussleitelemente 23 sind aus ferromagnetischem Material, beispielsweise aus einem Eisenpulververbundwerkstoff.
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7 ist eine dreidimensionale Darstellung der Elemente aus 6 mit zwischen den Flussleitelementen 23 eingesetzten Magneten 24 (nur einige mit Bezugszeichen versehen). Die Magneten 24 sind paarweise jeweils zwischen zwei benachbarten Flussleitelementen 23 und beidseitig jeweils eines der Finger 16 angeordnet. Anders ausgedrückt ist jeweils ein Paar Magnete 24 zwischen zwei benachbarten Flussleitelementen 23 angeordnet, wobei der zwischen diesen Flussleitelementen 23 angeordnete Finger 16 zwischen den Magneten 24 dieses Paares angeordnet ist. Die Pole der Magneten 24 sind dabei so ausgerichtet, dass die entlang der Umfangsrichtung zueinander weisenden Flächen der Magneten 24 jeweils gleiche Pole (Nordpol oder Südpol) ausbilden.
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Im Betrieb unterliegen die Transversalflussmaschinen extrem hohen Drehzahlen, bei denen entsprechend große Fliehkräfte auf die Flussleitelemente 23 und Magneten 24 wirken. Für einen sicheren Halt dieser Elemente ist ein Umfangsringelement vorgesehen, das nachfolgend in Zusammenschau mit den 8 und 9 beschrieben wird.
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8 ist eine dreidimensionale Darstellung der Elemente aus 7 mit einem diese umgebenden Zahnringelement 25. Das Zahnringelement 25 weist vorzugsweise vier Halbringe auf von denen zwei, in Axialrichtung nebeneinander angeordnete in 8 dargestellt sind. Zwei in Axialrichtung nebeneinander angeordnete Halbringe umgeben eine Hälfte (geteilt durch eine durch die Mittellinie 14 führende Ebene) der Rotorscheibe 10 mit den daran montierten Flussleitelementen 23 und Magneten 24. Zwischen diesen beiden nebeneinander angeordneten Halbringen verläuft eine Ebene, welche von der Rotorscheibe 10 aufgespannt wird. Eine andere als eine hälftige Aufteilung ist auch möglich, beispielsweise Viertelringe. Ebenfalls kann das Zahnringelement 25 nur zwei ringförmig geschlossene Vollringe aufweisen, die in Axialrichtung nebeneinander angeordnet werden, so dass die Ebene, welche von der Rotorscheibe 10 aufgespannt wird, zwischen diesen beiden Vollringen verläuft. Im montierten Zustand liegen die radial nach innen weisenden Flächen des Zahnringelements 25 an die radial nach außen weisenden Flächen der Flussleitelemente 23 und der Magneten 24 an. Da die radialen Außenenden der Finger 16 leicht über die radialen Außenflächen der Flussleitelemente 23 und Magnete 24 hinausragen sind die Ringelemente des Zahnringelements 25 beidseitig der Enden der Finger 16 vorgesehen. An den Axialenden der Halbringe sind Zähne 26 vorgesehen von denen jeder jeweils zwischen zwei benachbarte Flussleitelemente 23 radial nach innen hineinragt. Im Bereich der Zähne 23 haben die Halbringe ein L-förmiges Profil. In Umfangsrichtung gesehen liegt jeder der Zähne 26 beidseitig an die Flussleitelemente 23 an. In Axialrichtung gesehen liegt die axial nach innen weisende Seite jedes Zahns 26 an eine axial nach außen weisende Seite der Magnete 24 an. Das Zahnringelement 25, d.h. seine Elemente wie beispielsweise Vollringe oder Halbringe, werden entsprechend in einer Axialrichtung auf die Rotorscheibe 10 mit den daran montierten Flussleitelementen 23 und Magneten 24 aufgeschoben.
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9 ist eine dreidimensionale Darstellung der Elemente aus 8 mit einem diese umgebenden Axialringelement 27. Das Axialringelement 27 weist zwei Halbringe auf, von denen jeder eine Hälfte (geteilt durch eine Ebene durch die Mittellinie 14) der Rotorscheibe 10 umgibt. Eine andere als eine hälftige Aufteilung ist auch möglich, beispielsweise Viertelringe. Im montierten Zustand der Halbringe des Axialringelements 27 liegen die radial nach innen weisenden Flächen der Halbringe an die radial nach außen weisenden Flächen des Zahnringelements 25 an. Ein Querschnitt des Umfangsringelements 27, bzgl. einer die Mittellinie 14 enthaltenden Schnittebene, ist U-förmig, wobei die Flanken der U-Form radial nach innen weisen. Montiert werden die Halbringe des Axialringelements 27 in einer Radialrichtung. Die Halbringe des Axialringelements 27 können auf der radial nach außen weisenden Seite umwickelt (bandagiert) werden, beispielsweise mit Kohlefasern. Dazu kann eine oder mehrere Kohlefasern oder ein Kohlefaserbündel um den Außenumfang gewickelt werden. Durch die Erhöhung der Reibung bei jeder Wicklung genügt eine leichte Fixierung des Strangendes mittels Klebstoff. Die Halbringe des Axialringelements 27 werden vor dem Aufwickeln an beiden Axialenden mit geteilten Backenfuttern radial angepresst. Die derart mit Kohlefasern erzeugte Bandage kann anschließend umgossen (beispielsweise mit Kunststoff oder Harz) oder verklebt werden. Ebenso könnten ringförmige Endloskohlefasern, die in einem Kunststoffring oder Kohlefaserverbundwerkstoff eingebettet (eingeformt) sind, als äußerer Haltering auf das Axialringelement 27 unter Vorspannung axial aufgepresst werden. In diesem Fall sollte die radial nach außen weisende Seite des Axialringelements 27 eine glatte und insbesondere angefaste Oberfläche aufweisen. Ebenso ist denkbar, die Halbringe des Axialringelements miteinander, nicht-zerstörungsfrei lösbar miteinander zu verbinden, beispielsweise miteinander zu verschweißen, wobei dabei darauf geachtet werden sollte, dass ie Magnete und Flussleitelemente keinen Schaden nehmen.
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Das Umfangsringelement weist somit das Zahnringelement 25 und das Axialringelement 27 auf. Vorzugsweise weist das Umfangsringelement ferner die vorstehend beschriebene Bandagierung (Umwicklung mit Kohlefaser) oder den äußeren Haltering auf.
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Zusätzlich zu diesen Maßnahmen könnte der Rotor 12 an seinem radialen Außenbereichen, dort wo die Flussleitelemente 23 und Magnete 24 angeordnet sind, mit Klebstoff, Harz oder dergleichen umgossen werden, was zusätzlich zur Stabilität beitragen könnte.
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10 ist eine schematische Detailansicht einer Kohlefaserstruktur der Rotorscheibe aus 2. Wie in 10 erkennbar und wie bereits angedeutet, ist in einem Querschnitt (Schnittebene senkrecht zur Mittellinie 14) der Rotorscheibe 10 der Übergangsbereich vom Grundkörper 13 zu den Fingern 16 abgerundet. Anders ausgedrückt ist der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Fingern 16 am radial inneren Ende bogenförmig oder abgerundet. Dies dient der Vermeidung von Kerbspannungen, was in Anbetracht der hohen Belastungen durch die hohen Drehzahlen und der erwarteten Lebensdauer vorteilhaft ist. Wie bereits erwähnt kann die Rotorscheibe 10 Kohlefasern aufweisen, wobei 10 dargestellt, wie diese Kohlefasern verlegt sein könnten. So könnte eine Vielzahl an Kohlefasern 28, die in Umfangsrichtung der Rotorscheibe 10 verlaufen, den Bereich des Grundkörpers zwischen zwei benachbarten Fingern 16 ausbilden. Die gleiche Vielzahl an Kohlefasern 28 bildet auch den Bereich des Grundkörpers 13 und die Finger 16 aus, wobei in diesem zuletzt genannten Bereich einzelne der Vielzahl an Kohlefasern 28 zum radialen Außenende der Finger 16 hin ausgebaucht sind und zwar je mehr diese einzelne Kohlefaser 28 innerhalb der Vielzahl an Kohlefasern zum radial äußeren Ende des Fingers 16 angeordnet ist.
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Hinsichtlich der Hauptabmessungen des Rotors, speziell der Rotorscheibendicke (Abmessung in Axialrichtung), ist noch ein Vorteil herauszustellen, nämlich die den Wirkungsgrad und die Gesamtbreite der Transversalflussmaschine (entlang der Axialrichtung) kaum bzw. gering beeinflussende Zunahme der Rotorscheibendicke (Abmessung in Axialrichtung) bei gleichzeitiger Erhöhung der Biege- und Axialsteifigkeiten der Rotorscheibenfinger. Mit anderen Worten ausgedrückt, verschlechtert eine beispielhafte Verdoppelung der Rotorscheibendicke von 6mm auf 12mm die Gesamtbreite der Transversalflussmaschine um nur 6 mm, wohingegen die Erhöhung der Steifigkeiten der Rotorscheibenfinger verdoppelt wird.
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Hinsichtlich der Herstellung des Rotors seinen noch folgende Punkte angemerkt:
- Fügehinweise: die Füge-Richtungen der Einzelteile können in Abhängigkeit der verwendeten Montagevorrichtungen/Hilfsvorrichtungen (Prototypen-/Serienherstellung) im Montageablauf-Prozess vertikal, horizontal oder auch räumlich sein.
- Montagehinweise: die Montage-Reihenfolge der Einzelteile kann auch in Abhängigkeit der eingesetzten Vorrichtungen (Prototypen-/Serienherstellung) unterschiedlich sein. Die Zuverlässigkeit (Wiederholsicherheit) des Montageprozesses (hohe Teileanzahl) steht hier im Vordergrund.
- Nutzung physikalischer Methoden und Eigenschaften:
- a) Verwendung eines Unterdrucks (Saugknöpfe) für Halte-Funktionen bei Vor- bzw. Haupt-Montageprozessen.
- b) Nutzung des Magnetfeldes der zu montierenden Permanent-Magnete als Haltefunktion bei Vor- bzw. Hauptmontageprozessen.
- Differenzierung der Montageprozesse:
- a) Verwendung von Hilfsvorrichtungen und Handling-Einsätzen für Prototypen-Herstellung.
- b) Einsatz von halb- bzw. voll-automatisierten Montage-Prozessen für Serienherstellung.
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Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010039123 A1 [0003]
- AT 13246 U1 [0003]
