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Die Erfindung betrifft eine Rotor- oder Statoranordnung für eine elektrische Maschine, mit einem Rotor- oder Statorblechpaket, das eine Mehrzahl von Magnettaschen aufweist, in welchen jeweils zumindest ein Permanentmagnet angeordnet ist.
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Die
DE 10 2012 016 927 A1 beschreibt einen Rotor einer elektrischen Maschine, der mit mindestens einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Permanentmagneten ausgebildet ist, wobei der Permanentmagnet zusammen mit mindestens einem Klemmelement in der Ausnehmung angeordnet ist, derart, dass der Permanentmagnet von dem Klemmelement mindestens teilweise umschlossen ist.
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Die
DE 10 2012 023 868 A1 beschreibt eine elektrische Maschine, umfassend einen Stator mit einem Statorkern und einen Rotor mit einem Rotorkern, wobei der Stator- und/oder der Rotorkern eine Mehrzahl von Magnettaschen umfasst, in welchen jeweils zumindest ein Permanentmagnet angeordnet und mit dem Stator- oder Rotorkern über ein Verbindungsmaterial verbunden ist. Das Verbindungsmaterial umfasst ein aufgeschäumtes Polymer.
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Die Anordnung der Permanentmagnete in den Magnettaschen hat erheblichen Einfluss auf die Leistungsdichte und bei Elektromotoren auch auf das erzeugbare Drehmoment.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotor- oder Statoranordnung betreffender Art anzugeben, die eine hohe Leistungsdichte und/oder, vor allem bei kleinem Bauraum, ein hohes Drehmoment ermöglicht und die insbesondere auch einfach herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Rotor- oder Statoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit einem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf eine elektrische Maschine, insbesondere ein Elektromotor bzw. Elektroantrieb (Kraftfahrzeugelektroantrieb) und/oder Generator für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug, die eine erfindungsgemäße Rotor- oder Statoranordnung aufweist. Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen (wobei die Merkmale der abhängigen Patentansprüche auch beliebig kombinierbar sind), der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und den Figuren.
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Die erfindungsgemäße Rotor- oder Statoranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete mit seitlichen Luftspalten in den Magnettaschen angeordnet und an ihren radial inneren Flächen und/oder an ihren radial äußeren Flächen gegen seitliches Verrutschen fixiert sind, bzw. so fixiert sind, dass ein seitliches Verrutschen verhindert wird.
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Erfindungsgemäß haben die in den Magnettaschen bzw. Ausnehmungen angeordneten Permanentmagnete keine Berührung zu den seitlichen, sich zumindest näherungsweise radial erstreckenden Magnettascheninnenflächen. Dadurch wird ein magnetischer Kurzschluss an den seitlichen Flächen der Permanentmagnete verhindert und der magnetische Fluss optimiert, sodass die elektrische Maschine eine höhere Leistungsdichte aufweist und ein Elektromotor ein höheres bzw. stärkeres Drehmoment erzeugt. Die Luftspalte können bspw. eine Breite von 0,1 mm bis 10,0 mm, bevorzugt von 0,2 mm bis 5,0 mm und insbesondere von 0,5 mm bis 2,5 mm aufweisen, womit insbesondere das Spaltmaß in Umfangsrichtung gemeint ist.
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Da eine konventionelle seitliche Abstützung der Permanentmagnete aufgrund der Luftspalte nicht möglich ist, sind Maßnahmen erforderlich, die ein seitliches Verrutschen bzw. Verschieben und insbesondere ein sogenanntes Flattern (Hin- und Herschlagen) der Permanentmagnete verhindern. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Permanentmagnete nur an ihren radial inneren und/oder an ihren radial äußeren Flächen so in den Magnettaschen fixiert sind, dass auch bei hohen Drehzahlen (von bspw. bis zu 20.000 U/min und mehr) ein seitliches Verrutschen (d. h. ein Verrutschen in Umfangsrichtung bzw. quer zur Radialrichtung) nicht möglich ist. Die Fixierung erfolgt insbesondere an den benachbarten Magnettascheninnenflächen. Nachfolgend werden hierzu mehrere erfindungsgemäße Möglichkeiten vorgestellt, die auch abwandelbar und ausdrücklich auch miteinander kombinierbar sind.
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Die Permanentmagnete können formschlüssig fixiert sein, derart, dass diese an ihren radial inneren Flächen und/oder an ihren radial äußeren Flächen mit konvexen und/oder konkaven Wölbungen ausgebildet sind, wobei die Magnettaschen an den Berühr- bzw. Kontaktflächen komplementäre Gegenkonturen aufweisen, d. h., dass die berührenden (sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckenden) Magnettascheninnenflächen mit komplementären bzw. korrespondierenden Gegenkonturen ausgebildet sind.
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Die Permanentmagnete können an ihren radial inneren Flächen und/oder an ihren radial äußeren Flächen auch mittels Nut-Feder-Verbindungen oder dergleichen formschlüssig fixiert sein, wozu die Permanentmagnete an ihren radial inneren und/oder radial äußeren Flächen mit entsprechenden Elementen ausgebildet sind und die Magnettaschen bzw. die betreffenden Magnettascheninnenflächen komplementäre bzw. korrespondierende Gegenelemente aufweisen.
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Die Permanentmagnete können an ihren radial inneren Flächen und/oder an ihren radial äußeren Flächen auch mittels Expansionsmasse, die eine radiale Klemmung bewirkt, fixiert sein. Die Expansionsmasse ist aus einem expandierbaren Material gebildet und wird bei der Herstellung der Rotor- oder Statoranordnung an den betreffenden Flächen zusammen mit den Permanentmagneten in den Magnettaschen angeordnet und dann z. B. durch Wärme aktiviert, wodurch diese einmalig expandiert und die Permanentmagnete festklemmt.
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Die Permanentmagnete können an ihren radial inneren Flächen und/oder an ihren radial äußeren Flächen auch durch Verklebung fixiert sein, insbesondere durch direkte Verklebung mit den radial inneren und/oder radial äußeren Magnettascheninnenflächen, die sich zumindest näherungsweise in Umfangsrichtung erstrecken und einen direkten Kontakt mit den Permanentmagneten haben.
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Sofern die Permanentmagnete eine Korrosionsschutzschicht oder Lackschicht aufweisen, kann auch hierüber eine insbesondere formschlüssige Fixierung an den radial inneren Flächen und/oder radial äußeren Flächen erfolgen. D. h., die Korrosionsschutz- oder Lackschicht kann mit geeigneten Konturen bzw. Formschlusselementen ausgebildet sein und die Magnettaschen können komplementäre bzw. korrespondierende Gegenkonturen bzw. Gegenelemente aufweisen.
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Die Permanentmagnete können an ihren radial inneren Flächen und/oder an ihren radial äußeren Flächen auch mittels in die Magnettaschen hineinragender Nasen fixiert sein. Die Nasen sind bevorzugt am Rotor- oder Statorkörper bzw. am Rotor- oder Statorblechpaket angeformt. Die Zwischenräume zwischen benachbarten Nasen können mit Expansionsmasse und/oder Klebstoff ausgefüllt sein.
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Die Permanentmagnete können als Rechteckmagnete mit rechteckigem Querschnitt oder als Sonderformmagnete (z. B. mit Wölbungen) ausgebildet sein. Die Breite (in Umfangsrichtung) beträgt bspw. 20 mm bis 30 mm und die Höhe (in radialer Richtung) beträgt bspw. 5 mm bis 10 mm. Die Permanentmagnete können auch als Stabmagnete ausgebildet sein, welche sich bevorzugt im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken und eine Breite von bspw. 1,5 mm bis 3,0 mm und eine Höhe von bspw. 8,0 mm bis 12,0 mm aufweisen können.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Die in den schematischen Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden. Ferner können durch Kombination der Merkmale auch weitere erfindungsgemäße Ausführungsmöglichkeiten gebildet werden.
- 1 zeigt eine erste Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
- 2 zeigt eine zweite Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
- 3 zeigt eine dritte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
- 4 zeigt eine vierte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
- 5 zeigt eine fünfte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
- 6 zeigt eine sechste Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
- 7 zeigt eine siebte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
- 8 zeigt eine achte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
- 9 zeigt eine neunte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
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1 zeigt ein Segment eines Rotorblechpakets 110 (Rotorkörper) einer Rotoranordnung 100, mit einer Magnettasche 120 und einem darin angeordneten Permanentmagneten 130. Das Rotorblechpaket 110 weist mehrere solcher Ausnehmungen bzw. Magnettaschen 120 mit darin angeordneten Permanentmagneten 130 auf, wie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Die Permanentmagnete 130 sind mit seitlichen Luftspalten 141 und 142 in den Magnettaschen 120 angeordnet, wobei sich die Luftspalte 141 und 142 komplett über die Seitenflächen 133 und 134 der Permanentmagnete 130 erstrecken, sodass die Seitenflächen 133 und 134 vollständig freiliegend sind (dies gilt insbesondere auch für alle anderen Ausführungsmöglichkeiten). Die Luftspalte 141 und 142 können sich zum Teil auch noch über die radial inneren Flächen 131 und/oder radial äußeren Flächen 132 erstrecken (bspw. über eine Länge von 1 mm bis 10 mm und insbesondere von 1 mm bis 5 mm), wie z. B. mit der gestrichelten Linie angedeutet, sodass auch diese Flächen teilweise freiliegend sein können (siehe z. B. auch 7).
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Ferner sind die Permanentmagnete 130 an ihren radial inneren Flächen bzw. an ihren radialen Innenseiten 131 sowie an ihren radial äußeren Flächen bzw. radialen Außenseiten 132 fixiert und dadurch gegen seitliches Verrutschen in Umfangsrichtung U bzw. gegen seitliches Hin- und Herwandern gesichert. Die Seitenflächen 133 und 134 erstrecken sich zumindest näherungsweise in radialer Richtung. Die radial inneren Flächen bzw. Seiten 131 und die radial äußeren Flächen bzw. Seiten 132 erstrecken sich näherungsweise in Umfangsrichtung U bzw. quer zur radialen Richtung R.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsmöglichkeit sind die Permanentmagnete 130 an ihren radial inneren Flächen 131 und radial äußeren Flächen 132 bauchig mit konvexen Wölbungen ausgebildet und die Magnettaschen 120 weisen an ihren Berührflächen komplementäre Gegenkonturen auf, sodass die Permanentmagnete 130 auf diese Weise formschlüssig in den Magnettaschen 120 fixiert bzw. gehaltert sind. Die Wölbungen können auch konkav ausgebildet sein. Ferner können die Wölbungen auch nur an den Innenflächen 131 oder Außenflächen 132 ausgebildet sein, wie z. B. in 2 gezeigt. Die Permanentmagnete 130 werden mit entsprechender Form, bspw. durch Sintern, hergestellt. Das Rotorblechpaket 110 mit den korrespondierend geformten Magnettaschen 120 kann durch entsprechendes Lasern oder Stanzen der Elektrobleche bzw. Lamellen hergestellt werden.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsmöglichkeit sind die Permanentmagnete 130 an ihren radial äußeren Flächen 132 analog zu der in 1 gezeigten Ausführungsmöglichkeit mittels Wölbung formschlüssig fixiert und sind zudem durch radiale Klemmung fixiert, wozu an den radial inneren Flächen 131 eine Expansionsmasse bzw. eine Expansionsschicht 150 in den Magnettaschen 120 mit angeordnet ist, welche die Permanentmagnete 130 quasi festklemmt. Prinzipiell können solche aus Expansionsmasse oder dergleichen gebildete Expansionsschichten 150 beliebig an den Innenflächen 131 und/oder Außenflächen 132 ausgebildet sein. D. h., bei der in 2 gezeigten Ausführungsmöglichkeit können Expansionsschichten 150 ergänzend oder alternativ zu den Wölbungen auch an den radial äußeren Flächen 132 vorgesehen sein.
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Bei der in 3 gezeigten Ausführungsmöglichkeit sind die Permanentmagnete 130 an ihren radial inneren Flächen 131 und an ihren radial äußeren Flächen 132 mittels Klebstoff 160 fixiert. Die Permanentmagnete 130 sind hier als einfach herstellbare Rechteckmagnete ausgebildet. Eine solche Verklebung 160 kann in einfacher Weise auch mit einer formschlüssigen Fixierung kombiniert werden.
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Bei den in 4 und 5 gezeigten Ausführungsmöglichkeiten erfolgt die Fixierung der Permanentmagnete 130 in den Magnettaschen 120 mittels Nut-Feder-Verbindungen an den radial inneren Flächen 131, wobei solche Nut-Feder-Verbindungen auch an den radial äußeren Flächen 132 vorgesehen sein können. Die mittige Anordnung der Nut-Feder-Verbindungen ist nur beispielhaft, d. h., es ist auch eine außermittige Anordnung möglich. Die Nuten können auch in den Permanentmagneten 130 angeordnet sein. Bei der in 5 gezeigten Ausführungsmöglichkeit sind die Permanentmagnete 130 an ihren radial äußeren Flächen zusätzlich mittels Klebstoff 160 verklebt, wobei alternativ auch eine Expansionsmasse 150, wie in 2 gezeigt, vorgesehen sein kann. Die Nut-Feder-Verbindungen können beliebige Geometrien aufweisen. Fernern können für jeden Permanentmagneten 130 mehrere Nut-Feder-Verbindungen vorgesehen sein.
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Bei der in 6 gezeigten Ausführungsmöglichkeit sind die Permanentmagnete 130 als Stabmagnete ausgebildet, die im Wesentlichen in Radialrichtung R ausgerichtet und an ihren Schmalseiten (d. h. schmalen Außenflächen) fixiert sind, derart, dass diese an ihren radial inneren Flächen 131 durch keilartigen Formschluss und an ihren radial äußeren Flächen 132 mittels Expansionsmasse- bzw. Expansionsschicht 150 fixiert sind. Die Stabmagnete 130 können analog zu den in den 1 bis 5 oder 7 gezeigten Ausführungsmöglichkeiten auch anders fixiert sein.
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Bei der in 7 gezeigten Ausführungsmöglichkeit sind die Permanentmagnete 130 an ihren radial inneren Flächen 131 und an ihren radial äußeren Flächen 132 mittels rotorblechpaketseitiger Nasen 125, die vorsprungartig in die Magnettaschen 120 hineinragen, fixiert. In vorteilhafter Weise können die Zwischenräume 126 zwischen den Nasen 125 mit Expansionsmasse 150 und/oder Klebstoff 160 ausgefüllt werden. Ein Abfließen in die Luftspalten 141, 142 wird durch die Nasen 125 verhindert. Im Blechpaket 110 können alle Bleche bzw. Lamellen mit solchen Nasen 125 ausgebildet sein oder nur einzelne Bleche (z. B. nur jedes fünfte), wobei auch vorgesehen sein kann, dass die Nasen 125 beim Einfügen der Permanentmagnete 130 in die Taschen 120 verformt werden.
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Bei den in 8 und 9 gezeigten Ausführungsmöglichkeiten weist das Rotorblechpaket 110 unterschiedlich ausgebildete Magnettaschen 120a und 120b auf, in denen unterschiedlich große Permanentmagnete 130a und 130b angeordnet und in einer bereits zuvor erläuterten Weise an ihren radial inneren Flächen und radial äußeren Flächen fixiert sind.
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Die in den 1 bis 9 gezeigten Dimensionen sind nur beispielhaft und dienen der Veranschaulichung. Die Dimensionierung von Formschlussmitteln bzw. -elementen richtet sich insbesondere nach der im Betrieb zu erwartenden Belastung. Selbiges gilt für Klemm- und Klebeverbindungen.
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Die Magnettaschen
120 können, wie z. B. in der
DE 10 2012 016 927 A1 gezeigt, auch V-förmig (oder mit sonstiger Kontur) ausgebildet sein und mehrere Permanentmagnete
130 aufnehmen, die dann gemäß vorausgehender Erläuterungen fixiert sein können. Ferner können die vorausgehend erläuterten Ausführungsmöglichkeiten analog auf einen Stator bzw. eine Statoranordnung übertragen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Rotoranordnung
- 110
- Rotorblechpaket
- 120
- Magnettasche, Ausnehmung
- 125
- Nase, Vorsprung
- 126
- Zwischenraum
- 130
- Permanentmagnet
- 131
- radial innere Fläche
- 132
- radial äußere Fläche
- 133
- Seitenfläche
- 134
- Seitenfläche
- 141
- Luftspalt
- 142
- Luftspalt
- 150
- Expansionsmasse, Expansionsschicht
- 160
- Klebstoff, Verklebung
- R
- radiale Richtung
- U
- Umfangsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012016927 A1 [0002, 0028]
- DE 102012023868 A1 [0003]
