DE102018130471A1

DE102018130471A1 - Rotor mit einem Leiter für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE102018130471A1
Application number: DE102018130471.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Finger-Albert
Original assignee: Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2020-06-04

Abstract

Rotor (1) für einen Elektromotor (100), umfassend:- ein erstes Rotorwellenteil (20) mit mindestens einem innenliegenden Kanal (13, 15),- mindestens einen im Kanal (13, 15) geführten Leiter (3, 5), der aus dem ersten Rotorwellenteil (20) herausragt,- ein zweites Rotorwellenteil (30) mit mindestens einem Umlenkelement (33, 35), wobei das Umlenkelement (33, 35) einen über das erste Rotorwellenteil herausragenden Teil des Leiters (3, 5) in eine radiale Richtung biegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor mit einem Leiter für einen Elektromotor, ein Herstellungsverfahren für den Roter und ein Fahrzeug mit dem Rotor.
Stand der Technik
Elektromotoren sind allgemein bekannt und finden zunehmend Anwendung für den Antrieb von Fahrzeugen. Ein Elektromotor besteht aus einem Stator und einem Rotor.
Der Rotor ist beispielsweise permanenterregt, als Kurzschlussläufer ausgestaltet oder fremderregt. Bei fremderregten Rotoren muss der Rotor, beziehungsweise die Rotorspulen mit Strom versorgt werden was beispielsweise über Schleifringe erfolgt.
Aus der DE 1 513 789 ist ein Rotor mit einem Leiter bekannt, der von den Schleifringen in einem Kanal der Welle unter den Lagern hindurch zu den Spulen geführt wird.
DE 1 069 276 offenbart ebenfalls eine Rotorwelle mit einem Kanal für einen Leiter, wobei der Kanal auch als Kühlkanal fungiert.
Aufgabe und Lösung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Rotor mit einem Leiter bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch und ein Herstellungsverfahren gemäß dem Nebenanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß umfasst ein Rotor für einen Elektromotor ein erstes Rotorwellenteil mit mindestens einem innenliegenden Kanal, mindestens einen im Kanal geführten Leiter, der aus dem ersten Rotorwellenteil herausragt, ein zweites Rotorwellenteil mit mindestens einem Umlenkelement, wobei das Umlenkelement einen über das erste Rotorwellenteil herausragenden Teil des Leiters in eine radiale Richtung biegt.
Die Rotorwelle kann somit zweistückig ausgebildet sein und beim Zusammensetzen die Leiter in eine radiale Richtung gebogen werden.
Der Leiter kann durch das Umlenkelement um circa 80 bis 100 Grad, insbesondere 85 bis 95 Grad, radial gebogen werden.
Bevorzugt kann am ersten Rotorwellenteil und am Umlenkelement entweder eine Ausnehmung oder ein Steg angeordnet sein, wobei die Ausnehmung und der Steg in Wirkverbindung stehen.
Durch die Wirkverbindung kann ein Herausfallen des Umlenkelements aus dem zweiten Rotorwellenteil verhindert werden. Insbesondere durch die Rotation kann das Umlenkelement nach außen gezogen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der mindestens eine Leiter mit mindestens einem auf dem ersten Rotorwellenteil angeordneten Schleifring leitend verbunden sein.
Über die Schleifringe ist dann eine Stromversorgung der Spulen des Rotors mittels Kohlenbürsten möglich. Die Leiter liegen innerhalb des Rotors unterhalb der Lager und der Dichtung. Die Leiter beeinflussen somit nicht die Dichtung und verbessern die Haltbarkeit, da durch die Dichtung kein Abrieb der Schleifringe und der Kohlenbürsten in das Motorinnere zwischen Rotor und Stator, also beispielsweise in den Luftspalt gelangen kann. Die Kohlenbürsten müssen aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, wodurch der beim Abrieb der Bürsten entstehender Staub ebenfalls elektrisch leitend ist.
Alternativ kann die Stromübertragung auch durch eine induktive Übertragung auf den Rotor erfolgen. In diesem Fall wäre es eine Einheit ohne Schleifkontakt, da die Energieübertragung berührungslos per Induktion erfolgen würde.
Weiter bevorzugt kann zwischen dem ersten und zweiten Rotorwellenteil ein Führungselement angeordnet sein.
Das Führungselement verbessert den Halt des Leiters im Umlenkelement, da der Leiter dadurch einen vorgegebenen Biegeradius nicht überschreitet und auch nicht abbrechen kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das erste Rotorwellenteil hohl ausgestaltet sein und einen Stützsteg aufweisen.
Der Stützsteg kann einerseits geschlossen ausgeführt sein und eine hohe Stützleistung erbringen.
Alternativ kann der Stützsteg als Hohlring ausgebildet sein und somit einen Hohlraum aufweisen.Über den Hohlraum ist beispielsweise eine Kühlung des Rotors möglich, wobei der Stützsteg für eine ausreichende Stabilität des ersten Rotorwellenteils sorgt.
Bevorzugt kann das erste Rotorwellenteil einen Spannring aufweisen und das erste Rotorwellenteil durch den Spannring im zweiten Rotorwellenteil gehalten werden. Beispielsweise kann das Rotorwellenteil durch den Spannring im zweiten Rotorwellenteil eingepresst sein.
Der Spannring wird beim Zusammenfügen der beiden Rotorwellenteile gepresst und verhindert ein Herausfallen des ersten Rotorwellenteils aus dem zweiten Rotorwellenteil.
Weiter bevorzugt kann das Umlenkelement einen Kragen aufweisen. Der Kragen, der auch als Bund ausgebildet sein kann, verhindern ein Hereinfallen des Umlenkelementes in das zweite Rotorwellenteil.
Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungen folgende Schritte auf, Anordnen des Leiters in den Kanal des ersten Rotorwellenteils, Einführen des Leiters in das Umlenkelement des zweiten Rotorwellenteils und Zusammenführen der beiden Rotorwellenteile und Biegen des Leiters durch das Umlenkelement.
Das Anordnen des Leiters im Kanal kann beispielsweise durch das Umspritzen eines Kupferleiters mit Kunststoff erfolgen.
Bevorzugt kann das Verfahren den zusätzlichen Schritt eines Wirkverbindens des ersten Rotorwellenteils mit dem Umlenkelement des zweiten Rotorwellenteils umfassen.
Die Wirkverbindung kann beispielsweise durch Pressen des ersten Rotorwellenteils in das zweite Rotorwellenteil erfolgen. Die Pressung kann sowohl axial als auch rotatorisch oder beiderseits erfolgen.
Erfindungsgemäß weist ein Fahrzeug einen Elektromotor mit einem Rotor gemäß einer der bevorzugten Ausgestaltungen oder einem der bevorzugten Herstellungsverfahren auf.
Figurenliste

1 zeigt einen montierten Rotor.
2 zeigt ein erstes und zweites Rotorwellenteil mit einem Umlenkelement vor der Montage.
3 zeigt einen Rotor vor der Montage mit einem zusätzlichen Abdeckelement.
4 zeigt einen Rotor in einem Elektromotor in einem Fahrzeug.

1 zeigt einen montierten Rotor 1 bestehend aus einem ersten Rotorwellenteil 20, einem zweite Rotorwellenteil 30 und einem dazwischen angeordnetem Umlenkelement 33, 35. Das erster Rotorwellenteil 20 weist Schleifringe 23, 25 auf. Im ersten Rotorwellenteil verlaufen Kanäle 13, 15 in Richtung des Umlenkelements. Innerhalb dieser Kanäle ist jeweils ein Leiter 3, 5 geführt. Jeder Leiter wird jeweils durch ein Umlenkelement 33, 35 um circa 80 bis 10 Grad, insbesondere 85 bis 95 Grad, radial gebogen.
Das erste Rotorwellenteil 20 und die Umlenkelemente 33, 35 weisen Stege 7 und Ausnehmungen 9 auf, die ineinander eingreifen. Es ist dabei beliebig, ob die Stege am ersten Rotorwellenteil und die Ausnehmungen am Umlenkelement angeordnet sind oder umgekehrt. Auch ein Steg und eine Ausnehmung am ersten Rotorwellenteil und am Umlenkelement sind denkbar.
Das erste Rotorwellenelement ist innen hohl ausgestaltet und weist einen Steg 29 für die Stabilität auf.
Desweiteren ist aus 1 ersichtlich, dass das Lager 27 und die Dichtung 28 zwischen dem Gehäuse 40 und dem Rotor 1 durch die in den Kanälen 13, 15 verlaufenden Leiter 3, 5 nicht beeinflusst werden, da beide Leiter innerhalb der Rotorwelle geführt werden. Ferner wird auch ein beispielsweise vorhandener Resolver oder Winkelgeber 32 durch die im Kanal 13, 15 liegenden Leiter 3, 5 nicht beeinflusst.
Der Motor inklusive Rotor wird an der Dichtung 28 abgedichtet. Die Richtung 53 zeigt in das abgedichtete Motorinnere mit Stator und Rotor und die Richtung 51 zu den Kohlebürsten. Die Dichtung 28 ermöglicht somit einen abgedichteten Stator und kann die Gefahr von eindringendem Bürstenstaub minimieren.
Ferner ist in 1 ein Leitelement 19 gezeigt, das den Biegeradius des Leiters 3, 5 begrenzt und den Leiter in seiner definierten Position hält.
2 zeigt das erste Rotorwellenteil 20, das Umlenkelement 33, 35 und teilweise das zweite Rotorwellenteil 30 vor der Montage. Die Leiter 3, 5 stehen gerade aus den Kanälen 13, 15 heraus, nachdem diese in den Kanäle angeordnet worden. Beispielsweise erfolgte eine Umspritzen der Leiter mit Kunststoff.
Auf Höhe des Steges 29 umläuft ein Spannring 14 das erste Rotorwellenteil 20.
Beim Zusammenfügen des ersten und zweiten Rotorwellenteils werden die Leiter 3, 5 in einen Umlenkkanal 17 des Umlenkelements 33, 35 eingeführt und durch dieses radial nach außen gebogen bis die Leiter 3, 5 das Umlenkelement 33, 35 durch den Ausgang 21 verlassen. Die Biegung wird einerseits begrenzt durch das Eingreifen der Stege 7 in die Ausnehmung 9 des Umlenkelements und zusätzlich durch die Führungselemente 19.
Die Führungselemente 19, sowie die Umlenkelemente 33, 35 weisen jeweils einen Kragen oder Bund 11 auf, der ein Hineinrutschen der Führungselemente 19 und Umlenkelemente 33, 35 in das zweite Rotorwellenteil 30 verhindert.
Ferner führt eine Komprimierung oder Pressung des Spannrings 14 zu einem Halt des ersten Rotorwellenteils 20 im zweiten Rotorwellenteil 30.
3 zeigt einen Rotor 1 vor der Montage. Das erste Rotorwellenteil 20 wird, wie bei 2 erläutert, in das zweite Rotorwellenteil 30 über das Umlenkelement 33, 35 eingeführt. Daneben erfolgt eine Fixierung des ersten Rotorwellenteils im zweiten Rotorwellenteil mittels einer Pressung. Der Spannring 14 unterstützt und versteift das Bauteil.
Das darüber stehende Abdeckelement 41 weist eine Ausnehmung 47 für das erste Rotorwellenteil 20 auf. Das Abdeckelement 41 kann ferner mittels Befestigungsmitteln 43, 45, beispielsweise mittels Schrauben, an einem Gehäuse 40 befestigt werden.
4 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 103, beispielsweise eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine 100 mit einem Ausführungsbeispiel des Rotors 1 zum Antreiben des Fahrzeugs 103.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 1513789 [0004]
DE 1069276 [0005]

Claims

Rotor (1) für einen Elektromotor (100), umfassend: - ein erstes Rotorwellenteil (20) mit mindestens einem innenliegenden Kanal (13, 15), - mindestens einen im Kanal (13, 15) geführten Leiter (3, 5), der aus dem ersten Rotorwellenteil (20) herausragt, - ein zweites Rotorwellenteil (30) mit mindestens einem Umlenkelement (33, 35), wobei das Umlenkelement (33, 35) einen über das erste Rotorwellenteil herausragenden Teil des Leiters (3, 5) in eine radiale Richtung biegt.
Rotor (1) gemäß Anspruch 1, wobei am ersten Rotorwellenteil (20) und am Umlenkelement (33, 35) entweder eine Ausnehmung (9) oder ein Steg (7) angeordnet ist, wobei die Ausnehmung (9) und der Steg (7) in Wirkverbindung stehen.
Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei der mindestens eine Leiter (3, 5) mit mindestens einem auf dem ersten Rotorwellenteil (20) angeordneten Schleifring (23, 25) leitend verbunden ist.
Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen dem ersten und zweiten Rotorwellenteil ein Führungselement (19) angeordnet ist.
Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Rotorwellenteil (20) hohl ausgestaltet ist und einen Stützsteg (29) aufweist.
Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Rotorwellenteil (20) einen Spannring (14) aufweist und das erste Rotorwellenteil (20) durch den Spannring (14) im zweiten Rotorwellenteil (30) gehalten wird.
Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei das Umlenkelement (33, 35) einen Kragen (11) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen Elektromotor gemäß einer der vorherigen Ansprüche mit den folgenden Schritten: - Anordnen des Leiters (3, 5) in den Kanal (13, 15) des ersten Rotorwellenteils (20) - Einführen des Leiters (3, 5) in das Umlenkelement (33, 35) des zweiten Rotorwellenteils (30) - Zusammenführen der beiden Rotorwellenteile (20, 30) und radiales Biegen der Leiter (3, 5) durch das Umlenkelement (33, 35).
Verfahren gemäß Anspruch 8 mit dem zusätzlichem Schritt: - Wirkverbinden des ersten Rotorwellenteils (20) mit dem Umlenkelement (33, 35) des zweiten Rotorwellenteils (30).
Fahrzeug (103) mit einem Rotor (1) gemäß einer der Ansprüche 1 bis 7 oder einem Rotor (1), der nach einem Verfahren der Ansprüche 8 oder 9 hergestellt wurde.