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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine fremderregte Innenläufer-Synchronmaschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit mehreren Rotorwicklungen zum Ausbilden eines Rotormagnetfelds und einem Rotorkern zum Halten der Rotorwicklungen, wobei der Rotorkern ein ringförmiges Rotorjoch mit einer zu einer Anzahl an Rotorwicklungen korrespondierenden Anzahl an Rotorpolen aufweist, welche entlang eines Rotorumfangs an dem Rotorjoch angeordnet sind und an welchen die Rotorwicklungen angeordnet sind. Die Rotorpole sind mehrteilig ausgebildet und weisen jeweils einen Rotorzahn und zumindest ein dazu separates Polschuhelement auf, wobei die Rotorzähne einteilig mit dem Rotorjoch ausgebildet sind und die Polschuhelemente mit den Rotorzähnen nach Anordnen der Rotorwicklungen an den Rotorzähnen mechanisch verbindbar sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine fremderregte Innenläufer-Synchronmaschine, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen des Rotors.
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Vorliegend richtet sich das Interesse auf fremderregte Synchronmaschinen für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Solche fremderregten Synchronmaschinen weisen einen ortsfesten Stator mit bestrombaren Statorwicklungen sowie einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor mit bestrombaren Rotorwicklungen auf. Die Synchronmaschine kann als ein Innenläufer ausgebildet sein, bei welchem der ortsfeste Stator den Rotor umschließt, oder als ein Außenläufer ausgebildet sein, bei welchem der Rotor den ortsfesten Stator umschließt. Der Rotor weist einen Rotorkern auf, welcher die Rotorwicklungen trägt. Der Rotorkern ist üblicherweise ein einstückiger Eisenkern bestehend aus einem ringförmigen Rotorjoch und mehreren Rotorpolen, welche entlang eines Rotorumfangs an dem Rotorjoch angeordnet sind. Die Rotorpole bestehen üblicherweise aus einem radial von dem Rotorjoch abstehenden Rotorzahn bzw. Rotorschaft sowie einem kreissegmentförmigen, tangential von dem Rotorzahn abstehenden Polschuh. Die Polschuhe bilden dabei einen zylinderförmigen Rotorumfang des Rotorkerns. Zwischen den Rotorzähnen sind Rotornuten gebildet, in welche die Rotorwicklungen eingebracht werden.
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Um die Rotorwicklungen in die Rotornuten einzubringen, sind die Polschuhe zweier benachbarter Rotorpole beabstandet zueinander angeordnet, sodass sie an dem Rotorumfang eine Zugangsöffnung in die Rotornuten freigeben. Zum Anordnen der Rotorwicklungen an den Rotorzähnen wird mit einem Werkzeug ein Wicklungsdraht über die Zugangsöffnungen in die Rotornuten eingebracht. Dann werden die Rotorzähne mit dem Wicklungsdraht umwickelt, wobei ein hoher Füllfaktor erreicht werden soll. Zur Isolierung zweier benachbarter Rotorwicklungen beschreibt die
DE 10 2006 003 498 A1 eine Zwischenphasenisolation. Durch die tangential abstehenden Polschuhe sind die Zugangsöffnungen in die Rotornuten kleiner als ein Nutdurchmesser, sodass die Rotornuten nur sehr schwierig mit dem Wicklungsdraht aufgefüllt werden können. Dadurch ergeben sich oftmals eine nicht optimale Wicklungsqualität und damit ein nicht optimaler Füllfaktor.
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Dazu offenbart die
DE 10 2016 213 215 A1 eine als Außenläufer ausgebildete elektrische Synchronmaschine, welche einen mehrteiligen Rotor aufweist. Dabei ist der Rotor aus einem Rotorjoch und eigenständig ausgebildeten, an dem Rotorjoch befestigbaren Rotorpolen aufgebaut. Dadurch können die Rotorpole, bevor sie an dem Rotorjoch befestigt werden, mit vorgewickelten Rotorwicklungen bestückt werden. Die so vorkonfektionierten, jeweils eine Rotorwicklung tragenden Rotorpole werden dann an dem Rotorjoch befestigt. Ein solcher Rotor ist jedoch nur bei einer Außenläufer-Synchronmaschine verwendbar. Würden die Rotorpole eines Rotors einer Innenläufer-Synchronmaschine separat zu dem Rotorjoch ausgebildet, so wirken im Betrieb der Maschine hohe Fliehkräfte auf einen Verbindungsbereich zwischen dem Rotorjoch und den Rotorpolen. Insbesondere bei hohen Rotorumfangsgeschwindigkeiten bzw. hohen Drehzahlen kann es sein, dass die Verbindungsbereiche den Fliehkräften nicht standhalten und sich die Rotorpole von dem Rotorjoch lösen.
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Aus der
DE 10 2011 121 793 A1 hingegen, ist ein sternförmiges Rotorblechpaket bekannt, welches aus einem ringförmigen Grundkörper und daran einstückig verbundenen, nach radial außen erstreckenden Strahlenbereichen zusammengesetzt ist. Auf mindestens einen Strahlenbereich ist eine Einzelwicklung aufgeschoben. Jeder Strahlenbereich ist mit jeweils einem Polkopf formschlüssig verbunden. Auch die
EP 3 337 012 A1 und die
DE 10 2016 223 509 A1 offenbaren ein solches Rotorblechpaket. Die
DE 10 2008 037 544 A1 zeigt einen Rotor, bei welchem die Rotornuten durch einen Keil verschlossen sind. Aus der
EP 2 999 088 A1 und der
DE 10 2014 111 239 A1 sind Blechpakete bekannt, bei welchen Überstände des Polschuhs aus einem andern Material hergestellt sind als die Rotorzähne.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mechanisch stabilen Rotor für eine Innenläufer-Synchronmaschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bereitzustellen, dessen Rotorkern einfach und mit hohem Füllfaktor mit Rotorwicklungen bestückt werden kann und welcher für hohe Drehzahlen geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor, eine Innenläufer-Synchronmaschine, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine fremderregte Innenläufer-Synchronmaschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs weist mehrere Rotorwicklungen zum Ausbilden eines Rotormagnetfelds und einen Rotorkern zum Halten der Rotorwicklungen auf. Der Rotorkern weist ein ringförmiges Rotorjoch mit einer zu einer Anzahl an Rotorwicklungen korrespondierenden Anzahl an Rotorpolen auf, welche entlang eines Rotorumfangs an dem Rotorjoch angeordnet sind und an welchen die Rotorwicklungen angeordnet sind. Darüber hinaus sind die Rotorpole mehrteilig ausgebildet und weisen jeweils einen Rotorzahn und zumindest ein dazu separates Polschuhelement auf, wobei die Rotorzähne einteilig mit dem Rotorjoch ausgebildet sind und die Polschuhelemente mit den Rotorzähnen nach Anordnen der Rotorwicklungen an den Rotorzähnen mechanisch verbindbar sind.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Rotors. Dazu wird zunächst das Rotorjoch mit den Rotorzähnen bereitgestellt und vorgewickelte Rotorwicklungen werden auf die Rotorzähne aufgeschoben. Dann werden die Polschuhelemente mit den zugehörigen, die aufgeschobenen Rotorwicklungen haltenden Rotorzähnen mechanisch verbunden.
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Der Rotor der Innenläufer-Synchronmaschine kann innerhalb eines zylinderförmigen Blechpaketes eines Stators angeordnet werden und bezüglich des Stators drehbar gelagert werden. Der Rotor ist also dazu ausgelegt, um eine Rotationsachse innerhalb des Stators zu rotieren. Der Rotor kann mit einer Antriebswelle des Kraftfahrzeugs zur Drehmomentübertragung gekoppelt sein. Der Rotor weist den Rotorkern sowie die Rotorwicklungen bzw. Rotorspulen auf. Der Rotorkern kann beispielsweise aus Eisen gebildet sein. Der Rotorkern ist mehrteilig ausgebildet, wobei hier die Rotorpole mehrteilig ausgebildet sind. Die Rotorpole weisen jeweils den Rotorzahn bzw. Rotorschaft sowie das zumindest eine dazu separate Polschuhelement auf. Die Rotorzähne sowie die Polschuhelemente können bei der Herstellung des Rotors mechanisch miteinander verbunden werden.
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Die Rotorzähne der Rotorpole sind monolithisch mit dem ringförmigen Rotorjoch ausgebildet. Die Rotorzähne sind entlang des Rotorumfangs unter Ausbildung von Rotornuten beabstandet zueinander angeordnet und stehen radial nach außen hin ab. Das Rotorjoch und die Rotorzähne bilden somit einen außenverzahnten Zahnradring, wobei die Rotorzähne insbesondere einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Insbesondere ist ein Durchmesser eines Rotorzahns in einem an das Rotorjoch angrenzenden Innenabschnitt in etwa genauso groß wie in einem in radialer Richtung weiter außenliegenden, an eine Zugangsöffnung in die Rotornuten angrenzenden Außenabschnitt. Das Rotorjoch und die Rotorzähne sind also polschuhlos ausgebildet. Durch das Fehlen der Polschuhe sind die Rotornuten vollständig offen. Aufgrund der offenen Rotornuten kann auf die Rotorzähne eine vorgewickelte Rotorspule bzw. eine vorkonfektionierte Rotorwicklung besonders einfach aufgeschoben bzw. aufgesteckt werden.
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Nach Aufschieben der Rotorwicklungen auf die Rotorzähne werden die Polschuhelemente an den Rotorzähnen befestigt. Durch das Verbinden der Polschuhelemente mit den Rotorzähnen wird ein Verbindungsbereich zwischen den die Rotorwicklungen tragenden Rotorzähnen und den Polschuhelementen gebildet. Durch das Anordnen des zumindest einen Polschuhelementes an dem Rotorzahn weist der Rotorpol einen radialen, den Rotorzahn aufweisenden ersten Abschnitt, welcher die Rotorwicklungen trägt, sowie einen tangentialen, polschuhförmigen, das zumindest eine Polschuhelement aufweisenden zweiten Abschnitt auf. Der zweite Abschnitt weist dabei einen größeren Durchmesser auf als der erste Abschnitt. Die polschuhförmigen zweiten Abschnitte sind unter anderem dazu ausgelegt, zu verhindern, dass sich die Rotorwicklungen während der Drehung des Rotors aufgrund der radial nach außen wirkenden Fliehkraft von den Rotorpolen lösen.
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Durch das mehrteilige Ausbilden des Rotorkerns kann dieser während der Herstellung des Rotors besonders einfach mit Rotorwicklungen bestückt werden. Dadurch, dass der Verbindungsbereich hier zwischen den Rotorzähnen und den Polschuhelementen gebildet wird, muss der Verbindungsbereich während der Rotation des Rotors eine deutlich geringere Masse - nämlich die der Polschuhelemente - halten, als ein Verbindungsbereich zwischen dem Rotorjoch und den Rotorpolen, welcher die Rotorpole und die Rotorwicklungen halten muss. Der Rotor weist somit auch bei hohen Rotorumfangsgeschwindigkeiten eine hohe Stabilität auf und kann auch für Synchronmaschinen mit hohen Drehzahlen verwendet werden.
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Vorzugsweise weist ein Wicklungsdraht der Rotorwicklungen einen rechteckförmigen, insbesondere einen quadratischen, Querschnitt auf. Der Wicklungsdraht kann beispielsweise auch ein Formstab sein, sodass die Rotorwicklungen als Formstabwicklungen ausgebildet sind. Durch die während der Herstellung des Rotors freiliegenden, polschuhelementlosen Rotorzähne können derartige Formstabwicklungen einfach vorkonfektioniert und auf die Rotorzähne aufgesteckt werden. Durch solche Wicklungsdrähte mit einem rechteckförmigen Querschnitt können ein hoher Füllfaktor in den Rotornuten sowie eine hohe mechanische Stabilität der Rotorwicklungen bereitgestellt werden.
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Besonders bevorzugt weist jeder Rotorpol zwei Polschuhelemente auf, welche an zwei in tangentialer Richtung gegenüberliegenden Seiten des Rotorzahns anordenbar und mit dem Rotorzahn mechanisch verbindbar sind. Der Innenabschnitt des Rotorzahns ist mit dem Rotorjoch verbunden und trägt die Rotorwicklungen. Der Außenabschnitt, welcher im Bereich der Zugangsöffnung in den Rotornuten angeordnet ist, ist an seinen tangential in Rotorumfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten mit den zwei Polschuhelementen mechanisch verbindbar. Die zwei Polschuhelemente sowie der Außenabschnitt des Rotorzahns bilden den insbesondere kreissegmentförmigen Polschuh des Rotorpols, wobei der Polschuh in einem angeordneten Zustand des Rotors in dem Stator einem Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator zugewandt ist. Die Polschuhelemente bilden einen tangential bzw. seitlich über den Rotorzahn hinausragenden Bereich des Polschuhs. Die Polschuhelemente werden also seitlich an dem jeweiligen Rotorzahn angeordnet und dort gehalten, wobei eine Haltekraft hier in tangentialer Richtung wirkt. Insbesondere muss die Haltekraft nicht oder nicht vollständig entgegen der Fliehkraft wirken.
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Vorzugsweise sind die Polschuhelemente und die Rotorzähne formschlüssig verbindbar und weisen dazu miteinander korrespondierende Verbindungselemente auf, welche in axialer Richtung zusammensteckbar sind. Insbesondere weist der Rotorzahn ein erstes Verbindungselement in Form von einer Nut auf und das Polschuhelement weist ein dazu korrespondierendes zweites Verbindungselement in Form von einem Zapfen auf, wobei die Nut und der Zapfen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zusammenwirken. Der Zapfen des Polschuhelementes kann also in der axialen, entlang der Rotationsachse des Rotors orientierten Richtung in die Nut des Rotorzahns geschoben werden, sodass der Rotorzahn und das Polschuhelement in radialer und tangentialer Richtung formschlüssig verbunden werden können. Im Falle, dass jeder Rotorzahn mit zwei Polschuhelementen verbunden werden soll, weisen die zwei tangential gegenüberliegenden Seiten des Außenabschnitts jeweils eine Nut für den jeweiligen Zapfen der Polschuhelemente auf. Eine Form der Nut und eine Form des Zapfens korrespondieren dabei zueinander, wirken also nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zusammen. Die Verbindungselemente, welche die formschlüssige Verbindung ausbilden, können somit passgenau zusammengesteckt werden. Beispielsweise können Nut und Zapfen eine Schwalbenschwanzverbindung ausbilden, wobei die Nut und der Zapfen jeweils einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Auch können Nut und Zapfen einen kreisförmigen oder tropfenförmigen Querschnitt aufweisen.
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Außerdem sind zueinander benachbarte Polschuhelemente zweier entlang des Rotorumfangs benachbarter Rotorpole über ein Verstärkungselement zur Erhöhung einer mechanischen Festigkeit des Rotorkerns in tangentialer Richtung mechanisch miteinander verbunden. Gemäß dem Stand der Technik werden durch die entlang des Rotorumfangs beabstandeten Polschuhelemente Öffnungen in dem Rotorumfang gebildet, welche Zugangsöffnungen in die Rotornuten ausbilden und welche eine Steifigkeit bzw. mechanische Festigkeit des Rotorkerns reduzieren. Dadurch werden eine maximale Rotorumfangsgeschwindigkeit und damit eine maximale Drehzahl der Innenläufer-Synchronmaschine beschränkt. Um die Steifigkeit zu erhöhen, sind die Verstärkungselemente vorgesehen, welche die Polschuhelemente tangential paarweise verknüpfen und dadurch dazu ausgelegt sind, die zwischen den Polschuhelementen der benachbarten Rotorpole gebildete Öffnung zumindest teilweise zu schließen. Durch die Verstärkungselemente wird der Rotorkern also verstärkt und die Steifigkeit des Rotorkerns wird erhöht. So werden höhere Rotorumfangsgeschwindigkeiten und damit höhere Drehzahlen ermöglicht.
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Die Verstärkungselemente sind T-Stück-förmig ausgebildet und weisen jeweils einen tangentialen Verstärkungsbereich, über welchen die benachbarten Polschuhelemente miteinander verbunden sind, und jeweils einen radialen Verstärkungsbereich auf, welcher mit dem Rotorjoch zur Erhöhung einer mechanischen Festigkeit des Rotorkerns in radialer Richtung verbindbar ist. Durch Anbringen der über den tangentialen Verstärkungsbereich mechanisch miteinander verbundener Polschuhelemente an den jeweiligen Rotorpolen wird der radiale Verstärkungsbereich an dem Rotorjoch angeordnet und dabei zwischen zwei benachbarten Rotorwicklungen in einer Rotornut positioniert. Dabei sind der radiale Verstärkungsbereich und das Rotorjoch formschlüssig verbindbar und weisen dazu miteinander korrespondierende Verbindungselemente auf, welche in axialer Richtung zusammensteckbar sind. Das Rotorjoch kann hierzu beispielsweise ein drittes Verbindungselement in Form von einer Nut aufweisen und der radiale Verstärkungsbereich kann ein dazu korrespondierendes viertes Verbindungselement in Form von einem Zapfen aufweisen, welche nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zusammenwirken. Durch die Verbindungselemente wird das Verstärkungselement radial verankert, sodass die mechanische Belastbarkeit weiter erhöht werden kann.
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Zwei zueinander benachbarte Polschuhelemente und das Verstärkungselement sind einteilig ausgebildet. Zwei benachbarte Polschuhelemente sowie ein dazwischen liegendes Verstärkungselement bilden somit eine monolithische Einheit. So kann der Rotor in wenigen Verfahrensschritten zusammengesetzt werden. Durch die einteilige Ausbildung weist die monolithische Einheit bereits eine hohe Steifigkeit auf.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass bei der Herstellung des Rotors eine Temperatur der Verstärkungselemente erhöht wird und die Polschuhelemente mit den Verstärkungselementen an den Rotorzähnen angeordnet werden. Die Verstärkungselemente werden also mit erhöhter Temperatur gefügt, sodass eine Montage mit Spiel möglich ist. Nach dem Abkühlen der Verstärkungselemente sind diese vorgespannt, wodurch eine Steifigkeit weiter erhöht wird. Auch kann, wenn der Rotor auf eine Welle, beispielsweise die Antriebswelle, gepresst ist, eine Presspassung zwischen der Welle und dem Rotor die Verstärkungselemente, insbesondere im tangentialen Verstärkungsbereich, vorspannen.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine fremderregte Innenläufer-Synchronmaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, aufweisend einen Stator mit einem hohlzylinderförmigen Blechpaket und einen von dem hohlzylinderförmigen Blechpaket umgebenen erfindungsgemäßen Rotor, wobei der Rotor innerhalb des hohlzylinderförmigen Blechpakets drehbar gelagert ist. Die Innenläufer-Synchronmaschine ist insbesondere eine Antriebsmaschine für das Kraftfahrzeug.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Innenläufer-Synchronmaschine. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
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Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Rotor vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße fremderregte Innenläufer-Synchronmaschine, für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Rotor gemäß dem Stand der Technik;
- 2a, 2b eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors während einer Herstellung des Rotors;
- 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors; und
- 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors.
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Rotor 1 für eine hier nicht gezeigte Innenläufer-Synchronmaschine gemäß dem Stand der Technik während der Fertigung. Der Rotor 1 weist einen einteiligen Rotorkern 2 auf, welcher aus einem ringförmigen Rotorjoch 3 und einer Vielzahl von Rotorpolen 4 besteht. Die Rotorpole 3 weisen jeweils einen Rotorzahn 5 sowie einen im Vergleich zum Rotorzahn 5 breiteren Polschuh 6 auf. Die Rotorpole 3 weisen in einer radialen Richtung R somit einen inhomogenen, sich nach außen hin verbreiternden Durchmesser auf. Zwischen zwei benachbarten Rotorpolen 3 ist jeweils eine Rotornut 7 gebildet, welche aufgrund der Polschuhe 6 eine verengte Zugangsöffnung 8 aufweist. Über die Zugangsöffnung 8 wird ein Werkzeug 9 in die Rotornut 7 eingebracht, mittels welchem ein Wicklungsdraht 10 zum Ausbilden einer Rotorwicklung 11 um den Rotorzahn 5 gewickelt wird. Aufgrund der verengten Zugangsöffnung 8 ist die Umwicklung der Rotorzähne 5 sehr zeitaufwändig, wobei oftmals nur eine geringe Wicklungsqualität und damit ein geringer Füllfaktor bereitgestellt werden können.
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2a und 2b zeigen einen Ausschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 12 während einer Herstellung. Der Rotor 12 weist einen Rotorkern 13 mit einem ringförmigen Rotorjoch 14 und mehrteiligen Rotorpolen 15 (siehe 2b) auf. Die Rotorpole 15 weisen Rotorzähne 16 auf, welche einteilig mit dem Rotorjoch 14 ausgebildet sind. Die Rotorzähne 16 erstrecken sich in radialer Richtung R ausgehend von dem Rotorjoch 14 nach außen und weisen entlang der radialen Richtung R einen homogenen Durchmesser auf. Außerdem weisen die Rotorpole 15 hier jeweils zwei zu den Rotorzähnen 16 separate Polschuhelemente 17 (siehe 2b) auf, welche mit den Rotorzähnen 16 verbindbar sind.
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In 2a sind die Polschuhelemente 17 nicht an den Rotorzähnen 16 angeordnet, sodass Rotornuten 18 zwischen den Rotorzähnen 16 vollständig offen ausgebildet sind. Eine jeweilige Zugangsöffnung 19 zu den Rotornuten 18 ist also nicht verengt. Dadurch können vorgewickelte Rotorwicklungen 20 in einer Aufsteckrichtung S, welche entgegen der radialen Richtung R orientiert ist, auf die Rotorzähne 16 aufgesteckt werden. Nach dem Aufstecken der Rotorwicklungen 20 können die Polschuhelemente 17 an den Rotorzähnen 16 befestigt werden. Hier sind zwei Polschuhelemente 17 an sich tangential gegenüberliegenden Seiten 21 der Rotorzähne 16 anordenbar. Die Polschuhelemente 17 erstrecken sich dabei in tangentialer Richtung T und verbreitern den Durchmesser der Rotorpole 15 nach außen hin.
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Zum Befestigen der Polschuhelemente 17 an den Rotorzähnen 16 weisen die Rotorzähne und die Polschuhelemente 17 miteinander korrespondierende Verbindungselemente 22 auf, welche in axialer Richtung A (in die Zeichenebene hinein) zusammensteckbar sind und dadurch die Polschuhelemente 17 und den jeweiligen Rotorzahn 16 formschlüssig verbinden. Die Verbindungselemente 22 der Rotorzähne 16 sind hier als sich in axialer Richtung A erstreckende Nuten 23 ausgebildet, welche an den Seiten 21 Rotorzähne 16 angeordnet sind. Die Verbindungselemente 22 der Polschuhelemente 17 sind als in axialer Richtung A extrudierte Zapfen 24 ausgebildet, welche in axialer Richtung A in die Nuten 23 eingeschoben werden können.
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3 zeigt eine Weiterbildung des Rotors 12, welcher mehre Verstärkungselemente 25 aufweist. Die Verstärkungselemente 25 weisen einen tangentialen Verstärkungsbereich 26 auf, über welchen die Polschuhelemente 17 zweier benachbarter Rotorpole 15 mechanisch miteinander verbunden sind. Durch den tangentialen Verstärkungsbereich 26 wird die Zugangsöffnung 19 zu einer Rotornut 18 insbesondere vollständig geschlossen, sodass eine mechanische Steifigkeit des Rotorkerns 13 erhöht wird. In 4 weisen die Verstärkungselemente 25 zusätzlich zu den tangentialen Verstärkungsbereichen 26 radiale Verstärkungsbereiche 27 auf, sodass die Verstärkungselemente 25 einen T-Stück-förmigen Querschnitt aufweisen. Die radialen Verstärkungsbereiche 27 werden dabei in der Rotornut 18 zwischen zwei Rotorwicklungen 20 angeordnet und mit dem Rotorjoch 14 mechanisch verbunden. Dazu weisen das Rotorjoch 14 und die radialen Verstärkungsbereiche 27 miteinander korrespondierende Verbindungselemente 28 auf, über welche das Rotorjoch 14 und die radialen Verstärkungsbereiche 27 formschlüssig verbindbar sind. Dazu kann das Rotorjoch 14 eine Nut 29 aufweisen, in welche ein Zapfen 30 des radialen Verstärkungsbereiches 27 für die formschlüssige Verbindung in axialer Richtung A einschiebbar ist.
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Die paarweise über ein Verstärkungselement 25 verbundenen Polschuhelemente 17 und das Verstärkungselement 25 sind dabei einstückig ausgebildet. Zum Fertigstellen des Rotors 12 nach Aufstecken der Rotorwicklungen 20 auf die Rotorzähne 16 werden die monolithischen Einheiten, welche jeweils aus zwei benachbarten Polschuhelementen 17 sowie einem Verstärkungselement 25 bestehen, in axialer Richtung an die monolithische Einheit, welche aus dem Rotorjoch 14 und den Rotorzähnen 16 besteht, angesteckt, indem die Zapfen 24 der Polschuhelemente 17 in die Nuten 23 der Rotorzähne 16 und die Zapfen 30 der radialen Verstärkungsbereiche 27 in die Nuten 29 des Rotorjochs 14 eingeschoben werden. Das Zusammenfügen der monolithischen Einheiten kann auch unter erhöhter Temperatur erfolgen, sodass nach dem Abkühlen der monolithischen Einheiten die Verstärkungselemente 25 zur Erhöhung der mechanischen Steifigkeit des Rotorkerns 13 vorgespannt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- Rotorkern
- 3
- Rotorjoch
- 4
- Rotorpol
- 5
- Rotorzahn
- 6
- Polschuh
- 7
- Rotornut
- 8
- Zugangsöffnung
- 9
- Werkzeug
- 10
- Wicklungsdraht
- 11
- Rotorwicklung
- 12
- Rotor
- 13
- Rotorkern
- 14
- Rotorjoch
- 15
- Rotorpol
- 16
- Rotorzahn
- 17
- Polschuhelement
- 18
- Rotornut
- 19
- Zugangsöffnung
- 20
- Rotorwicklungen
- 21
- Seiten
- 22
- Verbindungselemente
- 23
- Nut
- 24
- Zapfen
- 25
- Verstärkungselement
- 26
- tangentialer Verstärkungsbereich
- 27
- radialer Verstärkungsbereich
- 28
- Verbindungselemente
- 29
- Nut
- 30
- Zapfen
- R
- radiale Richtung
- T
- tangentiale Richtung
- A
- axiale Richtung
- S
- Aufsteckrichtung
