DE102018130475A1 - Rotor mit einer Wicklung für eine elektrische Maschine - Google Patents

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Abstract

Rotor (1) für eine elektrische Maschine (100), umfassend:- ein Rotorpaket (33) mit einer Vielzahl von Polzähnen (5) und Wicklungen (11) um die Polzähne (5),- eine Vielzahl von Nutkeilen (13), die in Nuten (7) zwischen den Polzähnen (5) radial oberhalb der Wicklungen (11) angeordnet sind,dadurch gekennzeichnet, dassin den Nuten (7) zwischen den Wicklungen (11) und radial zwischen den Nutkeilen (13) und dem Rotorpaket (33) ein Stützelement (15) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rotor mit einer Wicklung für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, und ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Elektromotor, 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 2 807 728 B1 ist ein Rotor mit Polzähnen bekannt, um die Drähte gewickelt sind und diese somit Spulen bilden. Zwischen den einzelnen Polzähnen befinden sich Nutkeile, die die Festigkeit des Rotors erhöhen.
  • Aufgabe und Lösung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß umfasst ein Rotor für eine elektrische Maschine ein Rotorpaket mit einer Vielzahl von Polzähnen und Wicklungen um die Polzähne, eine Vielzahl von Nutkeilen, die in Nuten zwischen den Polzähnen radial oberhalb der Wicklungen angeordnet sind, wobei in den Nuten zwischen den Wicklungen und radial zwischen den Nutkeilen und dem Rotorpaket ein Stützelement angeordnet ist.
  • Das Stützelement stützt die Nutkeile auf dem Rotorpaket ab und erhöht somit die Festigkeit des Rotors. Desweiteren verhindert das Stützelement ein Verbiegen der Polzähne durch die Betriebskräfte tangential gegeneinander, wodurch der Rotor an Leistungsfähigkeit und Lebensdauer einbüßen würde.
  • Zusätzlich kann das Stützelement aus elektrisch nicht leitendem Material bestehen und somit die Isolation zwischen den Wicklungen erhöhen.
  • Bevorzugt kann das Stützelement mindestens eine Ausnehmung zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors aufweisen. Ein Ausgleich der fertigungsbedingten Unwucht des Rotors führt zu verbesserten Laufeigenschaften des Rotors.
  • Das Auswuchten kann einerseits durch das Bohren von Löchern (negativ Wuchten)oder durch das Verfüllen der bereits vorhandenen Löcher (positiv Wuchten)erfolgen.
  • Weiter bevorzugt kann das Stützelement mindestens einen Zahn radial in Richtung des Nutkeiles aufweist, der in Wirkverbindung mit dem Nutkeil steht.
  • Der Zahn kann durch den Nutkeil komprimiert werden, wodurch der Nutkeil innerhalb der Nut fixiert wird.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Stützelement radial in Richtung des Rotorpakets eine Spannstelle aufweisen, die in Wirkverbindung mit dem Rotorpaket steht.
  • Durch das Verspannen des Stützelementes zwischen dem Nutkeil und dem Rotorpaket kann das Stützelement vor herausfallen geschützt werden. Beispielsweise kann in Verbindung mit den Zähnen eine Fixierung des Nutkeils in der Nut durch die Verspannung weiter verbessert werden. Bevorzugt kann das Stützelement in Richtung der Wicklungen eine Ausnehmung (25) aufweisen.
  • Die Ausnehmung folgt der Außenkontur der Wicklungen, um einen Abstand zwischen Wicklungen und Stützelement sicherzustellen. Das Stützelement kann somit nach dem Wickeln der Spulen einfach axial in die Nut eingeschoben werden ohne die Wicklungen zu beschädigen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Stützelement in radialer Richtung mindestens eine Ausnehmung zur Gewichtseinsparung aufweisen.
  • Die Ausnehmungen an diese Stellen können das Gewicht des Rotors reduzieren ohne die Stabilität des Rotors negativ zu beeinflussen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Polzahn einen Endabschnitt aufweisen, der die Wicklungen in Richtung des Stützelementes überragt und einen Haltebereich aufweist, der in Eingriff mit dem Nutkeil steht.
  • Der Haltebereich kann den Nutkeil selbständig halten und so die Montage des Stützelementes erleichtern. Ferner kann er die Verspannung des Stützelementes zwischen Nutkeil und Rotorpaket unterstützen.
  • Bevorzugt kann das Stützelement den Nutkeil stützen. Bei der Rotation des Rotors können sich die Polzähne durch die Betriebskräfte tangential verbiegen, der Nutkeil könnte daher herausfallen, dies verhindert das Stützelement.
  • Weiter bevorzugt kann der mindestens eine Zahn sich lediglich über einen Teilbereich des Stützelements erstrecken.
  • Eine teilweise Erstreckung des Zahnes über die Oberfläche des Abstützelementes ist für die nötige Fixierung des Nutkeils ausreichend. Beispielsweise können sich die Zähne nur am Anfang und am Ende des Stützelementes befinden. Durch das Ausbilden der Zähne nur in einem Teilbereich erfolgt neben einer Materialeinsparung auch eine Gewichtseinsparung.
  • Erfindungsgemäß weist ein Fahrzeug eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, mit einem Rotor gemäß einer der bevorzugten Ausgestaltungen auf.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Rotor.
    • 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Rotor.
    • 3 zeigt eine weitere Draufsicht auf einen Rotor.
    • 4 zeigt einen Rotor in einem Elektromotor in einem Fahrzeug.
  • 1 zeigt ein Rotorpaket 33 mit Polzähne 5, die beispielsweise auf einer Rotorwelle 3 montiert sind. Das Rotorpaket 33 und die Polzähne 5 bestehen aus einzelnen leitfähigen Blechen, um die Verluste zu verringern. In die Nuten 7 zwischen den Polzähnen 5 werden die Wicklungen 11 um die Polzähne 5 gewickelt. Oberhalb der Wicklungen 11 überragt ein Endabschnitt 31 des Polzahns 5 die Wicklung 11 und der Polzahn 5 weist somit eine Pilzform auf.
  • Am Endabschnitt 31 des Polzahnes 5 befindet sich ein Haltebereich 19, der einen Nutkeil 13 zwischen jeweils zwei Polzähne 5 hält. Der Nutkeil 13 überspannt und verschließt somit die Nut 7. In den Nuten 7 ist jeweils ein Stützelement 15 angeordnet, das zwischen dem Nutkeil 13 und dem Rotorpaket 33 über eine Spannstelle 27 verspannt ist.
  • Die Zähne 17 an den Stützelementen 15 werden durch den Nutkeil 13 komprimiert und halten den Nutkeil 13 an seiner Position.
  • Das Stützelement 15 weist Ausnehmungen 23 auf, die zum Ausgleich einer Unwucht dienen. Einerseits können die Ausnehmungen 23 in Abhängigkeit der Unwucht eingebracht werden, also negatives Auswuchten, oder sie werden in Abhängigkeit der Unwucht mit Material verfüllt, sogenanntes positives Auswuchten.
  • Ferner sind weitere Ausnehmungen 21 in den Stützelementen 15 vorgesehen, die die Stabilität nicht beeinflussen, aber zu einer Gewichtseinsparung führen.
  • Das Stützelement 15 ist ferner an eine Außenkontur der Wicklung angepasst und weist daher eine äußere Ausnehmung 25 auf.
  • In der 2 sind die Stützelemente 15 in den Nuten 7 zu sehen. Bei dem in der Mitte gezeigten Stützelement 15 fehlt der Nutkeil 13, der wegen der besseren Darstellung weggelassen wurde. Durch den fehlenden Nutkeil 13 ist das Stützelement 15 in seiner vollen Länge sichtbar. Auf der Oberseite befinden sich am Anfang und am Ende die Zähne 17. Alternativ können die Zähn auch durchgängig über die Oberfläche verlaufen.
  • Das Stützelement 15 ist über die Spannstelle 27 mit dem Rotorpaket 33 verbunden und verleiht den Polzähne 5 mit dem Nutkeil 13 eine erhöhte Festigkeit. Insbesondere wird eine tangentiale Verformung der Polzähne 5 minimiert.
  • Der Nutkeil 13 wird axial oberhalb des Stützelements 15 und unterhalb des Endabschnittes 31 in die Nut 7 eingeschoben und vom Haltebereich 19 gehalten und durch das Stützelement 15 gestützt. Dabei werden die Zähne 17 gepresst und der Nutkeil 13 fixiert. Durch die dabei auftretende Verspannung an der Spannstelle 27 ist auch das Stützelement 15 in der Nut 7 fixiert.
  • 3 zeigt einen Rotor 1 mit acht Polzähnen 5 und jeweils einem Stützelement 15 zwischen den Polzähnen 5. Zwischen den Endabschnitten 31 der Polzähne 5 befinden sich die Nutkeile 13, die durch die Haltebereiche 19 gehalten und durch die Stützelemente 15 gestützt werden.
  • 4 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 103, beispielsweise eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine 100, insbesondere einen Elektromotor, 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 2807728 B1 [0004]

Claims (10)

  1. Rotor (1) für eine elektrische Maschine (100), umfassend: - ein Rotorpaket (33) mit einer Vielzahl von Polzähnen (5) und Wicklungen (11) um die Polzähne (5), - eine Vielzahl von Nutkeilen (13), die in Nuten (7) zwischen den Polzähnen (5) radial oberhalb der Wicklungen (11) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Nuten (7) zwischen den Wicklungen (11) und radial zwischen den Nutkeilen (13) und dem Rotorpaket (33) ein Stützelement (15) angeordnet ist.
  2. Rotor (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Stützelement mindestens eine Ausnehmung (23) zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors (1) aufweist.
  3. Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei das Stützelement (15) mindestens einen Zahn (17) radial in Richtung des Nutkeiles (13) aufweist, der in Wirkverbindung mit dem Nutkeil (13) steht.
  4. Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei das Stützelement (15) radial in Richtung des Rotorpakets (33) eine Spannstelle (27) aufweist, die in Wirkverbindung mit dem Rotorpaket (33) steht.
  5. Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei das Stützelement (15) in Richtung der Wicklungen (11) eine Ausnehmung (25) aufweist.
  6. Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei das Stützelement (15) in radialer Richtung mindestens eine Ausnehmung (21) zur Gewichtseinsparung aufweist.
  7. Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei der Polzahn (5) einen Endabschnitt (31) aufweist, der die Wicklungen (11) in Richtung des Stützelementes (15) überragt und einen Haltebereich (19) aufweist, der in Eingriff mit dem Nutkeil (13) steht.
  8. Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei das Stützelement (15) den Nutkeil (13) stützt.
  9. Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei der mindestens eine Zahn (17) sich lediglich über einen Teilbereich des Stützelements (15) erstreckt.
  10. Fahrzeug (103) mit einer elektrischen Maschine (100), insbesondere einen Elektromotor, mit einem Rotor (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche.
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