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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor oder einen Stator einer elektrischen Maschine. Außerdem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, umfassend einen derartigen Rotor oder Stator.
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Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt. Dabei handelt es sich um Elektromotoren, die insbesondere zum Antreiben von Fahrzeugen geeignet sind. Diese elektrischen Maschinen umfassen einen Rotor und Stator, wobei der Rotor Permanentmagnete aufweist. Diese werden innerhalb eines Rotorgrundkörpers gehalten. Ein solches Design ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 029 719 A1 oder
DE 10 2014 225 260 A1 bekannt.
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Die 1 und 2 zeigen ebenfalls einen Rotor 1 gemäß dem Stand der Technik, analog zu dem oben angeführten Dokument. Dabei zeigt 1 einen Ausschnitt aus dem Rotor 1, während 1 eine Aufsicht auf besagten Ausschnitt zeigt. Der Rotor 1 umfasst einen Rotorgrundkörper 2. Der Rotorgrundkörper 2 wiederum umfasst eine Vielzahl einzelner Bleche 12, wobei durch ein Stapeln der Bleche 12 der Rotorgrundkörper 2 gebildet ist. Der Rotorgrundkörper 2 umfasst außerdem eine Magnetausnehmung 4. In der Magnetausnehmung 4 ist ein Permanentmagnet 3 angebracht.
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Um den Permanentmagneten 3 innerhalb der Magnetausnehmung 4 zu fixieren, ist eine Vielzahl von einzelnen Klemmnasen 16 vorhanden. Dabei ist jede Klemmnase 16 Teil eines Blechs 12, so dass mehrere unterschiedliche Bleche zu fertigen sind. Dabei werden für jedes Blech Ausstanzungen vorgesehen, durch die sowohl die Magnetausnehmung 4 als auch, bei Bedarf, die Klemmnasen 16 gefertigt werden. Durch entsprechende Stapelung der Bleche 12 lässt sich das in 1 gezeigte Design erreichen.
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Durch die Klemmnasen 16 werden die Permanentmagnete 3 reibschlüssig / federnd innerhalb des Rotors 1 gehalten. Insbesondere wird der Permanentmagnet 3 an eine Wandung 7 des Rotorgrundkörpers 2 gepresst. Dadurch ist erreicht, dass der Permanentmagnet 3 innerhalb des Rotorgrundkörpers 2 fixiert ist.
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Durch das Ausbilden der Klemmnasen 16 sind Freischnitte in den benachbarten Blechen 12 notwendig. Somit wird insbesondere auch das Volumen für den magnetischen Fluss reduziert. Die Bleche 12 sind üblicherweise aus Elektroblech gefertigt. Dies bedeutet, dass durch die Freischnitte in den benachbarten Blechen 12 um jede Klemmnase 16 das Eisenvolumen des Rotorgrundkörpers 2 reduziert wird. Somit kann der magnetische Fluss nicht mehr zuverlässig bzw. nur reduziert geleitet werden, was zu Nachteilen beim Betrieb einer elektrischen Maschine, umfassend einen derartigen Rotor 1 führt.
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Grundsätzlich kann der Permanentmagnet 3 auch in einem Stator angebracht werden. Die gleichen Probleme treten ebenfalls auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Rotor oder Stator erlaubt ein sicheres und zuverlässiges Fixieren von Permanentmagneten. Gleichzeitig ist erreicht, dass das vorhandene Volumen des Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers maximiert ist, um somit negative Einflüsse auf den magnetischen Fluss zu minimieren oder zu vermeiden.
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Der erfindungsgemäße Rotor oder Stator einer elektrischen Maschine umfasst zumindest einen Rotorgrundkörper oder zumindest einen Statorgrundkörper. Dabei ist vorgesehen, dass der Rotorgrundkörper oder Statorgrundkörper mindestens eine Magnetausnehmung aufweist. In der Magnetausnehmung ist ein Permanentmagnet angeordnet. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet von einem Bügel in der Magnetausnehmung fixiert ist. Der Bügel ist insbesondere ein separates Element, das, ebenso wie der Permanentmagnet, in den Rotorgrundkörper eingebracht wird. Der Bügel ist dafür in Abstützausnehmungen des Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers abgestützt. Insbesondere sind zwei solcher Abstützausnehmungen vorhanden. Somit ist der Bügel innerhalb des Rotorgrundkörpers eigenständig fixiert. Insbesondere ist ein solcher Bereich des Bügels, der in die Magnetausnehmung des Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers reicht, minimiert. Dies wiederum führt dazu, dass Freischnitte innerhalb des Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers minimiert sind, so dass der magnetische Fluss innerhalb des Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers optimiert ist.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Bügel durch den innerhalb der Magnetausnehmungen angeordneten Permanentmagneten elastisch verformt, insbesondere gebogen ist. Der Bügel übt dadurch eine elastische Rückstellkraft auf den Permanentmagneten aus. Durch die elastische Rückstellkraft ist der Permanentmagnet gegen eine Wandung der Magnetausnehmung gedrückt und dadurch innerhalb der Magnetausnehmung kraftschlüssig fixiert. Somit ist insbesondere ein aufwendiges Fixieren durch chemische oder thermische Prozesse verhindert, wie dies im Stand der Technik, beispielsweise durch Klebeverbindungen oder Kunststoffumspritzungen der Fall ist. Weiterhin ist durch die kraftschlüssige Verbindung ein Montieren des Permanentmagneten vereinfacht. Insbesondere ist lediglich ein Einschieben des Permanentmagneten in die Magnetausnehmung notwendig, wobei eine Fixierung aufgrund der elastischen Rückstellkraft des Bügels selbstständig erfolgt.
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Der Bügel weist bevorzugt einen ersten Schenkel und zwei daran anschließende zweite Schenkel auf. Der erste Schenkel erstreckt sich bezüglich einer Rotorachse axial, während sich die zweiten Schenkel bezüglich besagter Rotorachse radial erstrecken. Ist anstatt eines Rotors ein Stator vorhanden, so ist die Bezugsachse eine Statorachse. Den ersten Schenkel und die zweiten Schenkel ist insbesondere eine C-Form des Bügels realisiert. Der erste Schenkel ist insbesondere derjenige Bereich des Bügels, der federnd ausgebildet ist und somit die elastische Rückstellkraft auf den Permanentmagneten ausbilden kann. Insbesondere ist auch vorgesehen, dass lediglich der erste Schenkel an dem Permanentmagneten anliegt.
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Besonders vorteilhaft sind die zweiten Schenkel in den Abstützausnehmungen angeordnet. Die zweiten Schenkel dienen somit zum Abstützen des Bügels an dem Rotorgrundkörper oder Statorgrundkörper. Der erste Schenkel dient, wie bereits beschrieben, bevorzugt lediglich zum Anliegen an dem Permanentmagneten und zum Aufbringen der elastischen Rückstellkraft auf den Permanentmagneten.
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Weiterhin ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass die zweiten Schenkel auf einer dem ersten Schenkel abgewandten Seite einen Verdickungsbereich aufweisen. Der Verdickungsbereich ist vorteilhafterweise innerhalb der Abstützausnehmung angebracht. Der Verdickungsbereich dient weiterhin zum Abstützen des Bügels an dem Rotorgrundkörper oder Statorgrundkörper. Dazu ist der Verdickungsbereich vorteilhafterweise gegen den Rotorgrundkörper oder Statorgrundkörper gedrückt. Somit bildet sich die elastische Rückstellkraft zwischen dem Permanentmagneten oder den Verdickungsbereichen aus, wodurch ein Festklemmen des Permanentmagneten innerhalb der Magnetausnehmung erreicht wird. Durch den Verdickungsbereich ist dabei ein sicheres und zuverlässiges Abstützen des Bügels am Rotorgrundkörper oder Statorgrundkörper erreicht, wenn durch den Bügel eine elastische Rückstellkraft auf den Permanentmagnet wirkt. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Verdickungsbereich hinterschneidend in der Abstützausnehmung angeordnet ist. Dazu ist in den Abstützausnehmungen jeweils ein Hinterschnitt vorhanden. Der Verdickungsbereich des Bügels greift in den jeweiligen Hinterschnitt ein, um so ein unbeabsichtigtes Herausfallen des Bügels aus dem Rotorgrundkörper oder Statorgrundkörper zu vermeiden. Dies ist für den Montagevorgang des Rotors, also das Fügen der Magnete vorteilhaft. Vielmehr ist der Bügel elastisch zu verformen, um den Bügel in dem Rotorgrundkörper oder Statorgrundkörper zu fixieren. Dadurch ist ein sicherer und zuverlässiger Halt des Bügels an dem Rotorgrundkörper oder Statorgrundkörper gegeben.
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Der erste Schenkel ist bevorzugt in einer Zusatzausnehmung angeordnet. Die Zusatzausnehmung schließt an die Magnetausnehmung an. Insbesondere ist vorgesehen, dass die beiden, derselben Magnetausnehmung zugeordneten Abstützausnehmungen über die Zusatzausnehmung miteinander verbunden sind. Die Zusatzausnehmung ist bevorzugt nutförmig und vorteilhafterweise an einer Seite der Magnetausnehmung vorgesehen. Somit ist wiederum erreicht, dass innerhalb der Magnetausnehmung vorwiegend der Permanentmagnet angeordnet ist, während der Bügel in eigenen Ausnehmungen angebracht ist. Somit ist die Anzahl der Freischnitte und insbesondere das Volumen der Freischnitte des Statorgrundkörpers oder Rotorgrundkörpers minimiert. Dies ist vorteilhaft hinsichtlich des magnetischen Flusses innerhalb des Rotors oder Stators.
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Der Rotorgrundkörper oder Statorgrundkörper weisen bevorzugt eine Vielzahl von gestapelten Blechen auf. Die einzelnen Bleche sind insbesondere aus Elektroblech gefertigt und werden gestapelt, um so den Rotorgrundkörper oder Statorgrundkörper zu bilden. Dies ist vorteilhaft bei der Verringerung von induzierten Strömen innerhalb des Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers. Es ist vorgesehen, dass die Magnetausnehmung und/oder die Abstützausnehmungen und/oder die Zusatzausnehmung durch Ausstanzungen in den einzelnen Blechen gebildet sind. Die Ausstanzungen werden insbesondere fluchtend angeordnet, so dass sich die Ausnehmung innerhalb des gesamten Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers ergibt. Somit lassen sich die Ausnehmungen einfach und aufwandsarm fertigen, wobei auch kompliziertere Geometrien, wie insbesondere der zuvor beschriebene Hinterschnitt der Stützausnehmung für den Verdickungsbereich, einfach und aufwandsarm realisiert werden können.
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Besonders vorteilhaft ist eine Anzahl solcher Bleche, deren Ausstanzungen die Abstützausnehmungen bilden, kleiner als eine Anzahl solcher Bleche, deren Ausstanzungen die Zusatzausnehmung bilden. Somit ist vorgesehen, dass die Abstützausnehmungen nur einen geringen Bereich innerhalb des Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers einnehmen, wodurch große Freischneidungen innerhalb des Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers vermieden sind. Insbesondere sind besagte Freischneidungen auf ein Minimum reduziert, das notwendig ist, um den Bügel innerhalb des Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers anzuordnen.
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Eine Abmessung des Bügels in axialer Richtung bezüglich einer Rotorachse oder Statorachse ist bevorzugt so groß wie eine Abmessung des Permanentmagnets in gleicher axialer Richtung bezüglich der Rotorachse oder Statorachse. Somit erstreckt sich der Bügel über die gesamte Länge des Permanentmagneten, wodurch ein sicheres und zuverlässiges Fixieren des Permanentmagneten innerhalb des Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers erreicht ist. Insbesondere erfolgt das Aufbringen der elastischen Rückstellkraft gleichmäßig über die gesamte Länge des Permanentmagneten, wodurch ein gleichmäßiges Andrücken des Permanentmagneten an die Wandung des Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers erreicht wird.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Bügel aus einem Elektroblech gefertigt ist. Besonders vorteilhaft ist der Bügel aus mehreren gestapelten Elektroblechen gefertigt. Somit ist der Bügel insbesondere aus demselben Material gefertigt wie der Rotorgrundkörper. Somit ist eine optimale magnetische Leitung durch den Rotor ermöglicht. Ist der Bügel aus mehreren gestapelten Elektroblechen gefertigt, so ist außerdem das Auftreten von induzierten Strömen innerhalb des Bügels vermindert.
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Bevorzugt sind Enden der Magnetausnehmung jeweils an Stirnseiten des Rotorgrundkörpers oder Statorgrundkörpers angeordnet. Somit erstreckt sich die Magnetausnehmung vollständig durch den Rotorgrundkörper oder Statorgrundkörper. Damit ist eine Abmessung, die der Permanentmagnet aufweisen dar, maximiert. Außerdem ist der Permanentmagnet einfach und aufwandsarm in den Rotorgrundkörper oder Statorgrundkörper einsetzbar.
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Schließlich betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor und/oder Stator wie zuvor beschrieben. Besonders vorteilhaft umfasst die elektrische Maschine einen Rotor wie zuvor beschrieben. In diesem Fall sind keine Verkabelungen des Rotors notwendig, da dieser lediglich Permanentmagnete aufweist.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine erste schematische Ansicht eines Rotors gemäß dem Stand der Technik,
- 2 eine zweite schematische Ansicht des Rotors gemäß dem Stand der Technik,
- 3 eine erste schematische Ansicht eines Rotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 eine zweite schematische Ansicht eines Rotors gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 5 eine dritte schematische Ansicht eines Rotors gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 6 eine vierte schematische Ansicht eines Rotors gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 7 eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine mit dem Rotor gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ebenso wie 2 eine schematische Ansicht eines Rotors gemäß dem Stand der Technik. Dies wurde eingangs bereits beschrieben.
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Die 3 bis 6 zeigen einen Rotor 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In 3 sind drei Ebenen A-A, B-B, C-C angedeutet, wobei die 4 bis 6 Aufsichten an diesen Ebenen darstellen. So stellt 4 eine Aufsicht auf die in 3 gezeigte seitliche Fläche, d.h. die Fläche A-A, dar, während 5 eine Aufsicht an der Stelle B-B und 6 eine Aufsicht an der Stelle C-C zeigen.
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Der Rotor 1 umfasst einen Rotorgrundkörper 2. Der Rotorgrundkörper 2 wiederum weist eine Vielzahl von Blechen 12 auf. Die Bleche 12 sind bevorzugt aus Elektroblech gefertigt und sind gestapelt, um den Rotorgrundkörper 2 zu bilden. Außerdem weist der Rotor 1 einen Permanentmagneten 3 auf.
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Der Permanentmagnet 3 ist in einer Magnetausnehmung 4 des Rotorgrundkörpers 2 angeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet 3 durch einen separaten Bügel 5 innerhalb der Magnetausnehmung 4 fixiert ist.
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Der Bügel 5 ist in eine Zusatzausnehmung 11 und in zwei Abstützausnehmungen 6 des Rotorgrundkörpers 2 eingebracht. Dabei ist vorgesehen, dass die Zusatzausnehmung 11 an die Magnetausnehmung 4 anschließt, während die Abstützausnehmungen 6 an die Zusatzausnehmung 11 anschließen. Der Bügel 5 ist C-förmig ausgebildet und umfasst einen ersten Schenkel, der innerhalb der Zusatzausnehmung 11 angebracht ist, sowie zwei zweite Schenkel 9, die an den ersten Schenkel 8 anschließen und in den Abstützausnehmungen 6 angeordnet sind.
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Die zweiten Schenkel 9 weisen auf einer dem ersten Schenkel 8 gegenüberliegenden Seite jeweils einen Verdickungsbereich 10 auf. Der Verdickungsbereich 10 hat mehrere Funktionen. Zum einen dient der Verdickungsbereich 10 zum Abstützen des Bügels 5 an dem Rotorgrundkörper 2. So ist vorgesehen, dass durch Einbringen des Permanentmagneten 3 in die Magnetausnehmung 4 eine elastische Verformung des Bügels 5, insbesondere des ersten Schenkels 8, erfolgt. Somit bildet der Bügel 5 eine elastische Rückstellkraft auf den Permanentmagneten 3 aus, um den Permanentmagneten 3 gegen eine Wandung 7 des Rotorgrundkörpers 2, insbesondere der Magnetausnehmung 4, zu drücken. Auf diese Weise erfolgt eine kraftschlüssige Fixierung des Permanentmagneten 3 innerhalb der Magnetausnehmung 4. Um die elastische Rückstellkraft aufzunehmen, liegt der Verdickungsbereich 10 an dem Rotorgrundkörper 2 an.
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Des Weiteren ist der Verdickungsbereich 10 hinterschneidend in jeder Abstützausnehmung 6 angeordnet. Dazu weist jede Abstützausnehmung 6 einen Hinterschnitt 17 auf, in den der Verdickungsbereich 10 eingreift. Somit ist der Bügel 5 formschlüssig an dem Rotorgrundkörper 2 angebracht. Der Bügel 5 kann damit nicht unbeabsichtigt aus dem Rotorgrundkörper 2 herausfallen, wodurch insbesondere die Montage des Permanentmagneten 3 vereinfacht ist. Um den Rotor 1 zu montieren, ist somit zunächst der Bügel 5 formschlüssig an dem Rotorgrundkörper 2 anzubringen, wobei der Verdickungsbereich 10 zum formschlüssigen Fixieren dient. Um den Bügel 5 zu montieren, ist dieser elastisch zu verformen. Ist der Bügel 5 formschlüssig an dem Rotorgrundkörper 2 montiert, so kann anschließend der Permanentmagnet 3 in die Magnetausnehmung 4 eingeschoben werden, wodurch der Bügel 5 elastisch verformt wird und durch die elastische Rückstellkraft, wie zuvor beschrieben, den Permanentmagneten 3 innerhalb der Magnetausnehmung 4 kraftschlüssig fixiert.
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Insbesondere aus 5 ist besagter Hinterschnitt 17 ersichtlich. In 5 ist gezeigt, dass zwei Ausstanzungen 13 vorhanden sind, um den Bügel 5 aufzunehmen. Von dem Bügel 5 ist dabei lediglich der erste Schenkel 8 und der Verdickungsbereich 10 erkennbar.
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Durch die Verwendung des Bügels 5 ist erreichbar, dass ein Freischneiden des Rotorgrundkörpers 2 auf ein Minimum reduziert ist. So ist lediglich die Zusatzausnehmung 11 und die Abstützausnehmungen 6 als Freischnitt vorhanden. Dies führt insbesondere dazu, dass das Volumen des Rotorgrundkörpers 2 maximiert ist, wobei der Rotorgrundkörper 2 insbesondere aus Eisen gefertigt ist. Dies führt dazu, dass der magnetische Fluss innerhalb des Rotors 1 optimiert ist. Insbesondere ersichtlich ist dies aus 6. Hier ist gezeigt, dass der Rotorgrundkörper 2 aufgrund der für die Zusatzausnehmung 11 notwendigen Ausstanzung 13 nur minimal freigeschnitten ist. Von dem Bügel 5 ist lediglich der erste Schenkel 8 sichtbar.
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Die Ausstanzungen 13 lassen sich für jedes Blech 12 einfach und aufwandsarm realisieren. Die einzelnen Ausnehmungen, d.h., die Magnetausnehmung 4, die Abstützausnehmungen 6 und die Zusatzausnehmung 11 sind somit einfach und aufwandsarm fertigbar, indem die einzelnen Ausstanzungen 13 fluchtend übereinander angeordnet werden.
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Der Bügel 5 erstreckt sich bezüglich einer Rotorachse 100 (vgl. 7) axial entlang einer Länge, die so groß ist wie eine Abmessung des Permanentmagneten 3 entlang derselben axialen Richtung. Somit ist erreicht, dass eine gleichmäßige Aufbringung der elastischen Rückstellkraft auf den Permanentmagneten 3 erfolgt. Der Permanentmagnet 3 wird somit gleichmäßig gegen die Wandung 7 gedrückt, wodurch eine zuverlässige kraftschlüssige Fixierung erreicht wird.
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Ebenso ist vorgesehen, dass eine Anzahl von solchen Blechen 12, die durch die Ausstanzungen 13 die Abstützausnehmungen 6 bilden, geringer ist als eine Anzahl von solchen Blechen 12, die mit den Ausstanzungen 13 die Zusatzausnehmung 11 bilden. Dies führt zu der zuvor beschriebenen geringfügigen Freischneidung des Rotorgrundkörpers 2, wodurch der magnetische Fluss innerhalb des Rotors 1 optimiert ist.
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Die 7 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 14. Die elektrische Maschine 14 umfasst einen Stator 15 sowie den Rotor 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den 3 bis 6 gezeigt wurde. Somit ist der Rotor 1 der elektrischen Maschine 14 einfach und aufwandsarm fertigbar und erlaubt einen optimierten magnetischen Fluss.
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Insbesondere ist vermieden, dass der Rotor 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung chemischen und/oder thermischen Prozessen auszusetzen ist, um den Permanentmagneten mittels Klebeverbindung und/oder Kunststoffumspritzung zu fixeren. Vielmehr erfolgt die Fixierung einfach und aufwandsarm durch den Bügel 5. Im Vergleich zu anderen Methoden des Stands der Technik, den Permanentmagneten kraftschlüssig zu fixieren, ist bei dem Rotor gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Freischneidung des Rotorgrundkörpers 2 zum Anbringen des fixierenden Elements, d.h., des Bügels 5, miniert. Somit ist der magnetische Fluss innerhalb des Rotors 1 optimiert.
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In dem Ausführungsbeispiel wurde ein Rotor beschrieben. Ebenso kann die Erfindung auch auf einen Stator angewandt werden. Ein Anbringen von Permanentmagneten in Rotoren ist vorteilhaft, da der Rotor als sich bewegende Komponente dann nicht mehr verkabelt werden muss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007029719 A1 [0002]
- DE 102014225260 A1 [0002]
