DE102018216108A1

DE102018216108A1 - Rotor mit Füllanguss für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102018216108A1
Application number: DE102018216108.9A
Authority: DE
Inventors: Holger Fröhlich; Isao Fukumoto
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2020-03-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zur Herstellung des Rotors.Der Rotor (10) für eine elektrische Maschine umfasst ein um eine Rotorachse (11) rotierbar ausgebildetes, ringförmiges Blechpaket (17) mit einer in radialer Richtung des Rotors nach innen gerichteten inneren Mantelfläche (16) und wenigstens einer in dem Blechpaket (17) ausgebildeten Tasche (32) zur Aufnahme wenigstens eines Permanentmagneten (30), wobei die Tasche (32) und die innere Mantelfläche (16) über wenigstens einen Kanal (35) miteinander verbunden sind. Weiterhin umfasst der Rotor (10) wenigstens einen in der Tasche (32) angeordneten Permanentmagneten (30) und einen zumindest an die innere Mantelfläche (16) angegossenen Füllangusskörper (40), der derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass dieser zumindest über den wenigstens einen Kanal (35) den in der wenigstens einen Tasche (32) angeordneten wenigstens einen Permanentmagneten (30) fixiert und wenigstens eine Aufnahme (18) zur Befestigung von wenigstens einem stirnseitig an das Blechpaket (17) anordbaren Wellenstummel (22) ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, etwa eine dynamoelektrische Maschine, einen Elektromotor und/oder eine Synchronmaschine, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors.
Rotoren für elektrische Maschinen weisen in der Regel ein Blechpaket mit darin eingebetteten Magneten und/oder Permanentmagneten auf. Zur Herstellung eines solches Rotors werden Bereiche im Inneren des Rotors, welche magnetisch inaktiv sind, in vielen Fällen zur Gewichtsreduktion aus dem Blechpaket ausgestanzt. Anschließend wird der Rotor lotrecht aufgestellt, die Permanentmagnete werden in dafür vorgesehene Ausnehmungen und/oder Taschen des Blechpakets eingefügt und diese werden sodann mit einer Vergussmasse vergossen. Die Vergussmasse vernetzt chemisch zu einem Feststoff, wodurch die Permanentmagnete in den Ausnehmungen fixiert werden. Die Herstellung eines Rotors erfordert daher mehrere Prozessschritte, welche insbesondere eine Drehung des Rotors beinhalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, die Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie in den Figuren angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine. Der Rotor weist ein um eine Rotorachse rotierbar ausgebildetes, ringförmiges Blechpaket mit einer in radialer Richtung des Rotors nach innen gerichteten inneren Mantelfläche und wenigstens einer in dem Blechpaket ausgebildeten Tasche zur Aufnahme wenigstens eines Permanentmagneten auf. Dabei sind die Tasche und die innere Mantelfläche über wenigstens einen Kanal miteinander verbunden. Weiterhin weist der Rotor wenigstens einen in der Tasche angeordneten Permanentmagneten auf. Ferner weist der Rotor einen zumindest an die innere Mantelfläche angegossenen Füllangusskörper auf, der derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass dieser zumindest über den wenigstens einen Kanal den in der wenigstens einen Tasche angeordneten wenigstens einen Permanentmagneten fixiert und wenigstens eine Aufnahme zur Befestigung von wenigstens einem stirnseitig an das Blechpaket anordbaren Wellenstummel und/oder Wellenzapfen ausbildet.
Der Rotor weist ein ringförmiges Blechpaket auf, das um eine Rotorachse rotierbar ausgebildet ist. Das Blechpaket kann magnetisch aktives Elektroblechmaterial aufweisen. Das ringförmige Blechpaket weist dabei eine innere Mantelfläche auf, die nach innen gerichtet ist und/oder der Rotorachse des Rotors zugewandt ist. Ferner weist das Blechpaket wenigstens eine Tasche auf, welche zur Aufnahme eines oder mehrerer Permanentmagneten ausgebildet ist. Die wenigstens eine Tasche kann gleichsam eine in das Blechpaket eingebrachte Ausnehmung bezeichnen, in welcher einer oder mehrere Permanentmagnete aufgenommen sein können. Die innere Mantelfläche und die wenigstens eine Tasche sind über wenigstens einen Kanal miteinander verbunden. Der Kanal kann als sich parallel zu einer axialen Richtung des Rotors bzw. in axialer Richtung des Rotors und/oder des Blechpakets zumindest teilweise durch das Blechpaket erstreckender Schlitz ausgebildet sein. In axialer Richtung (und/oder parallel dazu) kann sich der wenigstens eine Kanal vollständig durch das Blechpaket erstrecken. Alternativ kann der wenigstens eine Kanal in axialer Richtung eine oder mehrere Unterbrechungen, z.B. in Form von Stegen, aufweisen. Ferner kann sich der wenigstens eine Kanal ausgehend von der inneren Mantelfläche in radialer Richtung des Rotors und/oder des Blechpakets bis zu der wenigstens einen Tasche erstrecken.
Der Rotor weist wenigstens einen in der Tasche angeordneten Permanentmagneten auf. Dabei kann der Permanentmagnet ein Metallkörper sein, der erst am Ende des Herstellungsprozesses magnetisiert wird.
Der Rotor weist ferner einen Füllangusskörper auf, der derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass dieser zumindest über den wenigstens einen Kanal den in der wenigstens einen Tasche angeordneten wenigstens einen Permanentmagneten fixiert. Mit anderen Worten kann sich der Füllangusskörper von der inneren Mantelfläche über den wenigstens einen Kanal in radialer Richtung des Rotors und/Blechpakets bis zu der wenigstens einen Tasche erstrecken, so dass der Füllangusskörper und/oder Material des Füllangusskörpers den wenigstens einen Permanentmagneten in der wenigstens einen Tasche fixiert. Der Füllangusskörper kann mittels eines Gussverfahrens an das Blechpaket angegossen werden. Das Gussverfahren kann - z.B. abhängig von dem verwendeten Material des Füllangusskörpers - ein Spritzgussverfahren sein, ein Druckgussverfahren, z.B. ein Aluminiumdruckgussverfahren, oder ein anderes Gussverfahren. Während des Angießens des Füllangusskörpers an das Blechpaket kann der Kanal und die mindestens eine Tasche zumindest teilweise mit einem Material des Füllangusskörpers gefüllt werden, so dass der in der Tasche angeordnete Permanentmagnet bei Aushärten des Materials des Füllangusskörpers fixiert wird. Der wenigstens eine Kanal und/oder ein Zwischenraum zwischen dem Permanentmagneten und dem Blechpaket kann vollständig mit dem Füllangusskörper und/oder mit einem Material des Füllangusskörpers gefüllt sein.
Der Füllangusskörper kann weiterhin wenigstens eine Aufnahme an wenigstens einer Stirnseite des Rotors und/oder des Blechpakets ausbilden. Die Aufnahme kann dabei zur zumindest teilweisen Aufnahme eines Wellenstummels und/oder eines Wellenzapfens dienen, wobei der Wellenstummel durch die Aufnahme zumindest teilweise bezüglich der Rotorachse und/oder relativ zur Rotorachse zentriert werden kann. Die wenigstens eine Aufnahme kann gleichsam als ein Zentrieransatz zum Zentrieren des Wellenstummels dienen.
Der erfindungsgemäße Rotor kann gegenüber konventionellen Rotoren auf wesentlich einfachere Weise hergestellt werden, insbesondere da weniger Arbeitsschritte zur Herstellung des Rotors erforderlich sein können. Dies kann ferner zu einer Kostenreduktion bei der Herstellung führen. Im Speziellen können beim Anguss des Füllangusskörpers in einem Arbeitsschritt der wenigstens eine Permanentmagnet fixiert werden sowie die Aufnahme für den wenigstens einen Wellenstummel gebildet werden, beispielsweise ohne dass der Rotor hierzu während der Fertigung gedreht und/oder neu positioniert werden muss.
Darüber hinaus kann sich der erfindungsgemäße Rotor durch ein niedrigeres Gewicht und somit ein niedriges Massenträgheitsmoment auszeichnen. Dies ergibt sich beispielsweise daraus, dass bei dem erfindungsgemäßen Rotor auf das magnetisch inaktive Füllmaterial des Blechzuschnittes zwischen Rotorwelle und magnetisch aktivem Elektroblechmaterial verzichtet werden kann, da dieser Bereich des Rotors bzw. Blechpakets durch den Füllangusskörper bereitgestellt werden kann. Außerdem kann, z.B. wegen der hohen Stabilität des Füllangusskörpers, ein Innendurchmesser der nach innen gerichteten inneren Mantelfläche sehr groß, bezogen auf den Außendurchmesser des ringförmigen Blechpakets gewählt werden. Dies bringt nicht nur eine (statische) Gewichtsreduktion der gesamten elektrischen Maschine, sondern weitere Vorteile bei der Dynamik der Maschine, weil gerade der bewegte Teil der Maschine (der Rotor) leichter ist und dadurch ein geringeres Massenträgheitsmoment aufweist.
In einer Ausführungsform weist ein Material des Füllangusskörpers ein niedriges spezifisches Gewicht auf. Dies kann zu einer weiteren Gewichtsreduktion des Rotors und/oder der gesamten elektrischen Maschine führen.
In einer Ausführungsform weist der Füllangusskörper Aluminium und/oder duroplastischen Kunststoff auf.
In einer Ausführungsform weist der Rotor wenigstens einen Wellenstummel auf. Dabei ist der wenigstens eine Wellenstummel kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig an dem Blechpaket und/oder dem Füllangusskörper fixiert. Der wenigstens eine Wellenstummel kann beispielsweise an einer Stirnseite des Blechpakets und/oder des Füllangusskörpers angeordnet und/oder fixiert sein kann.
Die Verwendung des Füllangusskörpers kann eine Reihe von Möglichkeiten eröffnen, den Wellenstummel an dem Füllangusskörper zu fixieren, z.B. durch Schrumpfen, Klemmen, Kleben, Schrauben und/oder andere Befestigungsmethoden. Darüber hinaus kann bei dem beschriebenen Rotor sowohl eine lösbare als auch eine unlösbare Verbindung zwischen Wellenstummel und Blechpaket und/oder Füllangusskörper realisiert werden.
In einer Ausführungsform weist der Rotor zwei Wellenstummel auf, wobei jeweils ein Wellenstummel an jeweils einer Stirnseite des Blechpakets befestigt ist. Die beiden Wellenstummel können dabei jeweils konzentrisch zur Rotorachse angeordnet sein und/oder sich in axialer Richtung des Rotors, welche parallel zur Rotorachse verläuft, gegenüberliegen. Auch können die beiden Wellenstummel in axialer Richtung voneinander beabstandet sein. Beispielsweise im Vergleich zu einer durchgehenden Welle kann dies zu einer weiteren Gewichtsreduktion führen.
In einer Ausführungsform bildet der Füllangusskörper an jeder Stirnseite des Blechpakets jeweils eine Aufnahme aus und/oder weist eine solche Aufnahme auf. Dabei ist jeweils einer der Wellenstummel derart zumindest teilweise in einer der Aufnahmen angeordnet, dass jeder der Wellenstummel bezüglich der Rotorachse zentriert ist. Dabei kann „an jeder Stirnseite“ angrenzend an jede Stirnseite und/oder an einem stirnseitigen Bereich des Blechpakets bedeuten. Der Teil des Wellenstummels, der in einer der Aufnahmen angeordnet ist, kann als Zentriersitz erachtet werden. Beispielsweise können die Wellenstummel jeweils eine Endscheibe aufweisen, welche zumindest teilweise in eine der Aufnahmen eingeschoben werden kann. Eine Außenkontur und/oder Geometrie der Endscheiben kann dabei mit einer Kontur und/oder Geometrie der Aufnahmen korrespondieren, so dass die Endscheiben passgenau und/oder formschlüssig zumindest teilweise in den Aufnahmen aufgenommen sein können.
In einer Ausführungsform weist jede der Aufnahmen des Füllangusskörpers einen größeren Innendurchmesser auf als ein Mittenbereich des Füllangusskörpers, wobei der Mittenbereich des Füllangusskörpers in axialer Richtung des Rotors zwischen den beiden Aufnahmen des Füllangusskörpers angeordnet ist. Dabei ist die axiale Richtung des Rotors entlang der und/oder parallel zur Rotorachse orientiert. Ein Übergang zwischen jeder der Aufnahmen und dem Mittenbereich des Füllangusskörpers kann beispielsweise stufenförmig ausgebildet sein und/oder eine Stufe aufweisen. Die Stufe kann etwa einen Anschlag für die Wellenstummel bilden, so dass ein Bereich jedes Wellenstummels in axialer Richtung an jeweils einer der Stufen zumindest teilweise anliegen kann. Auch kann die Form der Stufe mit einer Form des Zentriersitzes, der Endscheibe und/oder dem Wellenstummel korrespondieren, so dass der Wellenstummel in die Aufnahme eingepasst werden kann. Generell kann die Passung zwischen Wellenstummel und Füllangusskörper so gestaltet sein, dass eine möglichst effiziente Übertragung des Drehmoments gewährleistet ist und Verwindungsspannungen minimiert werden.
In einer Ausführungsform weist der Füllangusskörper in dem Mittenbereich wenigstens eine Öffnung zur Befestigung der Wellenstummel mittels einer Wellenzapfenschraube auf. Diese wenigstens eine Öffnung erstreckt sich parallel zur Rotorachse. Die wenigstens eine Öffnung kann als Sackloch und/oder als Durchgangsöffnung ausgestaltet sein.
In einer Ausführungsform ist jeder der Wellenstummel über zumindest eine Wellenzapfenschraube fixiert. Dabei greift die Wellenzapfenschraube zumindest teilweise in die wenigstens eine Öffnung an dem Füllangusskörper ein. In einigen Ausführungsformen kann die Öffnung als Durchgangsöffnung ausgestaltet sein, so dass je eine Wellenzapfenschraube an jeder Seite der Öffnung bzw. jeder Stirnseite des Rotors angeordnet sein kann. Auch kann eine der Wellenzapfenschrauben ein Innengewinde aufweisen, das mit einem Außengewinde der anderen Wellenzapfenschraube korrespondiert, so dass die beiden Wellenzapfenschrauben miteinander verschraubt werden können.
In einer Ausführungsform weist der Füllangusskörper in dem Mittenbereich mehrere Öffnungen auf, welche in Umfangsrichtung des Rotors und/oder des Blechpakets voneinander beabstandet sind. Die Mehrzahl von Öffnungen ermöglicht die Verwendung mehrerer Wellenzapfenschrauben. Dadurch wird eine bessere Übertragung des Drehmoments des Motors erzielt und eine mechanische Stabilität kann erhöht sein.
In einer Ausführungsform weist der Füllangusskörper wenigstens einen Durchgangskanal auf, welcher sich zumindest teilweise koaxial zur und/oder entlang der Rotorachse durch den Füllangusskörper erstreckt und welcher dazu ausgebildet ist, ein Kühlmedium, etwa ein Kühlfluid, zur Kühlung des Rotors zu führen. Dabei kann der Durchgangskanal mit einem weiteren Durchgangskanal in dem mindestens einem Wellenstummel fluchten und dadurch einen gemeinsamen Kanal bilden, durch den das Kühlmedium geführt werden kann.
In einer Ausführungsform ist der Durchgangskanal über mehrere speichenartige und/oder speichenförmige Verbindungsstege mit jeder der Öffnungen des Füllangusskörpers verbunden. Mit anderen Worten können Bereiche des Füllangusskörpers, in welchen die Öffnungen ausgebildet sind, über die speichenförmigen Verbindungsstege mit einem Bereich des Füllangusskörpers verbunden sein, in welchem der Durchgangskanal ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform bildet der Füllangusskörper an jeder der Stirnseiten des Blechpakets einen Hinterschnitt und/oder eine Hinterschneidung aus, so dass das Blechpakt in einer axialen Richtung des Rotors fixiert ist. Zur Ausbildung des Hinterschnitts kann der Füllangusskörper in axialer Richtung zumindest teilweise über das Blechpaket hinausragen und/oder in einem Bereich jeder Stirnseite ausgebildet sein. Durch den Dadurch kann eine mechanische Stabilität weiter gesteigert sein.
In einer Ausführungsform weisen der wenigstens eine Kanal und die wenigstens eine Tasche zusammen einen T-förmigen Querschnitt auf. Der T-förmige Querschnitt kann in einer Querschnittsebene durch den Rotor und/oder das Blechpaket liegen. Durch Ausbildung eines T-förmigen Querschnitts kann eine mechanische Stabilität des Rotors weiter gesteigert sein.
In einer Ausführungsform erstreckt sich der wenigstens eine Kanal parallel zur Rotorachse vollständig durch das Blechpaket. Dies kann abhängig von dem Material des Füllangusses zu einer Verbesserung der Fließeigenschaften des Angusses führen und/oder zu einer weiteren Gewichtseinsparung des Rotors beitragen. Auch kann dadurch ein Herstellungsprozess, beispielsweise das Einbringen des Kanals in das Blechpaket, vereinfacht werden.
In einer Ausführungsform weist das Blechpaket mehrere Taschen auf, welche in Umfangsrichtung des Blechpakets und/oder in Umfangsrichtung des Rotors voneinander beabstandet sind, wobei jede der Taschen über einen Kanal mit der Mantelfläche des Blechpakets verbunden ist. Damit lässt sich der Rotor, in elektrisch und mechanisch günstiger Weise, symmetrisch zu der Mittelachse des Rotors gestalten. Damit wird z.B. dem Entstehen von mechanischer Unwucht und/oder dem Entstehen von Wirbelströmen entgegengewirkt. Auch kann hierdurch eine Leistung einer mit dem erfindungsgemäßen Rotor ausgestatteten elektrischen Maschine gesteigert sein.
In einer Ausführungsform sind der Wellenstummel und der Füllangusskörper einstückig gestaltet. Dadurch kann der Herstellungsprozess des Rotors weiter vereinfacht werden. In dieser Ausführungsform findet die Kraftübertragung gewissermaßen monolithisch über den Füllangusskörper statt.
In einer Ausführungsform beträgt der Innendurchmesser der inneren Mantelfläche mindestens 40 %, insbesondere mindestens 60 %, beispielsweise mindestens 80 %, des Außendurchmessers des Blechpakets. Durch diese Gestaltung wird der Rotor besonders leicht. Derartige Verhältnisse des Innendurchmessers zum Außendurchmesser des Blechpakets können insbesondere aufgrund der Ausbildung des Füllangusskörpers realisiert werden.
In einer Ausführungsform weisen die Permanentmagnete ferromagnetische Stoffe, wie z.B. Eisen, Nickel, Kobalt, Neodym, Ferrit, Legierungen aus diesen Stoffen und/oder magnetisierbaren Kunststoff, auf.
In einer Ausführungsform ist der Rotor als Innenläufer ausgebildet. Mit anderen Worten kann der Rotor dazu ausgestaltet sein, zumindest teilweise in einem Stator einer elektrischen Maschine aufgenommen zu werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben. Der Rotor kann zumindest teilweise in dem Stator aufgenommen sein. Bei der elektrischen Maschine kann es sich beispielsweise um eine dynamoelektrische Maschine und/oder eine Synchronmaschine handeln.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) Bereitstellen eines ringförmigen Blechpakets mit einer in radialer Richtung nach innen gerichteten inneren Mantelfläche und wenigstens einer in dem Blechpaket angeordneten Tasche zur Aufnahme wenigstens eines Permanentmagneten, wobei die Tasche und die innere Mantelfläche über wenigstens einen Kanal miteinander verbunden sind;
b) Anordnen des wenigstens einen Permanentmagneten in der wenigstens einen Tasche;
c) Fixieren des wenigstens einen Permanentmagneten in der Tasche des Blechpakets mittels Angießens eines Füllangusskörpers, wobei der Füllangusskörper derart ausgebildet ist, dass dieser zumindest über den wenigstens einen Kanal den in der wenigstens einen Tasche angeordneten wenigstens einen Permanentmagneten fixiert und wenigstens eine Aufnahme zur Befestigung von wenigstens einem stirnseitig an das Blechpaket anordbaren Wellenstummel ausbildet.

Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale, welche voranstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung gelten. Im Speziellen können sämtliche Merkmale des Rotors auch Merkmale der elektrischen Maschine bzw. Merkmale und/oder Schritte des Verfahrens sein, und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner die folgenden Schritte auf:

d) Zentrieren eines Wellenstummels unter zumindest teilweisem Anordnen des Wellenstummels in der wenigstens einen Aufnahme; und
e) Fixieren des Wellenstummels mittels einer Wellenzapfenschraube.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Verwendung eines Rotors, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, für eine elektrische Maschine, eine dynamoelektrische Maschine, einen Elektromotor, und/oder eine Synchronmaschine, beispielsweise als Teil eines Antriebsmotors in einem Fahrzeug.
Zur weiteren Verdeutlichung wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten beispielhaften Ausführungsformen beschrieben.
Dabei zeigt:

1a: schematisch einen Längsschnitt durch einen Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
1b: schematisch einen weiteren Längsschnitt durch einen Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2a: schematisch einen Längsschnitt durch einen Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2b: schematisch eine perspektivische Ansicht eines Rotors mit Füllangusskörper gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2c: schematisch eine perspektivische Ansicht eines Rotors mit Füllangusskörper und einer Welle gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3a: schematisch einen Längsschnitt durch eine einen Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3b: schematisch eine weitere perspektivische Ansicht eines Rotors mit einem Durchgangskanal gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
4: ein Flussdiagramm zur Illustration von Schritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Rotors gemäß einem Ausführungsbeispiel.

1a zeigt schematisch einen Schnitt und/oder Längsschnitt (sog. 3/4-Schnitt) durch einen Rotor 10. Die Rotorachse 11 des Rotors 10, um welche der Rotor 10 rotieren kann, ist als gestrichelte Linie gezeichnet. Der Rotor 10 weist ein Blechpaket 17 auf, das eine innere Mantelfläche 16 aufweist.
Das Blechpaket 17 verfügt über eine oder mehrere Taschen 32 in einem Bereich eines Außenumfangs des Rotors 10 und/oder des Blechpakets. In jeder der Taschen 32 sind mehrere Permanentmagnete 30 angeordnet. Beispielsweise können mehrere Taschen 32 in dem Blechpaket 17 ausgebildet sein, welche in Umfangsrichtung des Blechpakets 17 voneinander beabstandet sein können.
Jeder der Taschen 32 ist dabei über wenigstens einen Kanal 35 mit der inneren Mantelfläche 16 des Blechpakets 17 verbunden.
An die innere Mantelfläche 16 ist ein Füllangusskörper 40 angegossen. Der Füllangusskörper 40 kann die innere Mantelfläche 16 des Blechpakets 17 bedecken, auch kann der Füllangusskörper 40 einen Innenraum des Blechpakets 17 vollständig ausfüllen oder, wie hier gezeigt, im Bereich einer Rotorachse 11 einen Hohlraum 45 ausbilden. Der Füllangusskörper 40 erstreckt sich ferner über die Kanäle 35 in radialer Richtung des Rotors 10 bis zu den Taschen 32, so dass die Permanentmagnete 30 fixiert sind. Zum anderen bildet der Füllangusskörper 40 je eine Aufnahme 18 und/oder einen Zentrieransatz 18 an jedem axialen Ende des Füllangusskörpers 40, des Blechpakets 17 und/oder des Rotors 10.
In den Aufnahmen 18 ist, etwa mittels eines Zentrierrings 24, stirnseitig an das Blechpaket 17 ein Wellenstummel 22 angeordnet bzw. eingefügt. Der hier gezeigte Zentrierring 24 besteht aus einem Abschnitt 24a, der von dem Zentrieransatz 18 umschlossen wird, und einem weiteren Abschnitt 24b, der aus der jeweiligen Stirnseite des Füllangusskörpers 40 herausragt. Die Passung des Abschnitts 24a kann so gewählt werden, z.B. durch Schrumpfen, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Füllangusskörper 40 und dem Wellenstummel 22 entsteht. Weiterhin weist der Abschnitt 24b Bohrungen und/oder Durchgangslöcher für Wellenzapfenschrauben 19 auf, welche in den Füllangusskörper 40 eingreifen und zusätzlich oder ausschließlich auf diese Weise den Wellenstummel 22 an dem Füllangusskörper 40 fixieren können.
Die Wellenstummel 22 können dabei derart über den Füllangusskörper 40 mit dem Blechpaket 17 verbunden sein, dass ein Drehmoment von dem Rotor 10 übertragen werden kann.
Der Füllangusskörper 40 umgreift das Blechpaket 17 teilweise, in Form eines Hinterschnitts 42. Durch den Hinterschnitt 42 kann das Blechpaket 17 in der axialen Richtung fixiert und/oder zusammengehalten werden.
1b zeigt schematisch einen weiteren Schnitt durch den Rotor 10 der 1a. Es ist wieder deutlich das Blechpaket 17 erkennbar, in dem, in einem äußeren Bereich des Blechpakets 17, Taschen 32 mit Permanentmagneten 30 angeordnet sind. Weiter ist der Füllangusskörper 40 zu erkennen, welcher das Blechpaket 17 über die stirnseitigen Hinterschnitte 42, etwa in der Form eines H, in einer Art von Klammerfunktion zusammenhält.
An dem Füllangusskörper 40 sind stirnseitig Wellenstummel 22 angeordnet, und zwar in der Weise, dass die Zentrierringe 24 mit den Abschnitten 24a in dem Zentrieransatz 18 angeordnet sind und zusätzlich mittels Wellenzapfenschrauben 19, welche in den Füllangusskörper 40 eingreifen durch Bohrungen durch die Abschnitte 24b geführt sind.
2a zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Rotors 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Sofern nicht anders beschreiben, weist der Rotor der 2a dieselben Elemente und Merkmale wie der Rotor der 1a und 1b auf.
Das Blechpaket 17 und die Permanentmagnete 30 sind in ähnlicher Weise wie in 1a und 1b angeordnet. Die Wellenstummel oder Wellenzapfen 22 zeigen eine Variation, bei welcher der Zentrierring 24 etwas anders gestaltet ist. Die Wellenstummel 22 sind dabei stirnseitig in einem Zentrieransatz 18 bzw. der Aufnahme 18 des Füllangusskörpers 40 in einer solchen Weise angeordnet, dass sie in dem Füllangusskörpers 40 teilweise versenkt sind.
Die Wellenstummel 22 sind mit Wellenzapfenschrauben 19 in je einer Öffnung 47, welche als Sacklöcher 47 ausgebildet sind, in dem Füllangusskörpers 40 befestigt. Der Hohlraum 45 kann dadurch etwas größer gestaltet als bei einer anderen Ausführungsform und trägt damit zu einer weiteren Gewichtsreduktion bei. Dabei weist der Füllangusskörper 40 nach innen gerichtete Erhebungen 46 auf, in denen je eine der Öffnungen 47 und/oder Sacklöcher 47 für die Wellenzapfenschrauben 19 angeordnet und/oder ausgebildet ist.
2b zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht des Rotors 10 von 2a ohne den Wellenzapfen 22. Dabei sind besonders deutlich die Kanäle 35 des Füllangusskörpers 40 sichtbar, die zu den Permanentmagneten 30 und/oder den Taschen 32 führen und die mit dem Füllangusskörper 40 aufgefüllt sind und damit die Permanentmagnete 30 fixieren. Wie erkennbar ist, weisen die einzelnen Kanäle 35 zusammen mit zugehörigen Taschen 32 einen T-förmigen Querschnitt auf.
In der Darstellung der 2b ist auch deutlich die Aufnahme 18 und/oder der Zentrieransatz 18 zu sehen, der in einem stirnseitigen Bereich des Füllangusskörpers 40 angeordnet und/oder ausgebildet ist und zur Aufnahme zumindest eines Teils eines der Wellenstummel 22, etwa eines Zentrierrings 24 eines Wellenstummels 22, dient. Der Füllangusskörper 40 weist im Bereich der Aufnahmen 18 einen größeren Innendurchmesser auf als ein Mittenbereich 41 des Füllangusskörpers 40. Hierdurch entsteht eine Stufe 43 zwischen den Aufnahmen 18 und dem Mittenbereich 41, an welcher die Wellenstummel 22 in axialer Richtung anliegen können.
Ferner sind die in Richtung der Rotorachse 11 weisenden und/oder orientierten Erhebungen 46 des Füllangusskörpers erkennbar, in welchen je ein Sackloch 47 und/oder eine Öffnung 47 ausgebildet ist. Die Erhebungen 46 können somit Bereiche 46 des Füllangusskörpers 40 bezeichnen, in welchen je wenigstens eine der Öffnungen 47 ausgebildet ist. Die Erhebungen 46 können sich dabei in Richtung der Rotorachse 11 und/oder in radialer Richtung erstrecken.
2c zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht des Rotors 10 der 2a und 2b. Der Wellenzapfen 22 ist dabei zumindest teilweise in dem Füllangusskörper 40 angeordnet. Es sind wieder die Kanäle 35 sichtbar, die zu den Permanentmagneten 30 führen und die mit dem Füllangusskörper 40 aufgefüllt sind. Der Wellenzapfen 22 ist dabei in dem Zentrieransatz 18 und/oder der Aufnahme 18 angeordnet und mittels der Wellenzapfenschrauben 19 in je einem Sackloch 47 bzw. je einer Öffnung 47 befestigt (siehe 2b).
3a zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Rotor 10 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Sofern nicht anders beschreiben, weist der Rotor 10 der 3a dieselben Elemente und Merkmale wie der Rotor 10 der 1a bis 2c auf.
Der Rotor 10 der 3a weist einen Durchgangskanal 15 im Bereich der Rotorachse 11 auf, welcher zur Führung eines Kühlfluids ausgebildet ist. Die Befestigung der Wellenzapfen 22 ist ähnlich der von 2a bis 2c. Der Durchgangskanal 15 fluchtet mit einem Kanal 25, der in den Wellenzapfen 22 angeordnet ist, so dass eine durchgängige Fluidpassage, beispielsweise für Kühlflüssigkeit, entsteht. Die weiteren Merkmale des Rotors 10 der 3a entsprechen denen der vorherigen Figuren, so dass diesbezüglich auf die 1a bis 2c verwiesen wird.
3b zeigt schematisch eine weitere perspektivische Ansicht des Rotors 10 von 3a, ohne die Wellenzapfen 22. Dabei ist deutlich dargestellt, dass der Durchgangskanal 15 über mehrere speichenartige und/oder speichenförmige Verbindungsstege 12 oder Speichen 12 mit jeder der Öffnungen des Füllangusskörpers 14 verbunden ist. Die Speichen 12 verbinden gleichsam einen Bereich des Füllangusskörpers 40, in welchem der Durchgangskanal 15 ausgebildet ist, mit je einem der Bereiche 46, in welchem eine der Öffnungen 47 und/oder Sacklöcher 47 zur Aufnahme der Wellenzapfenschrauben 19 ausgebildet ist.
4 zeigt Flussdiagramm 50 zur Illustration von Schritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Rotors 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Schritt 51 wird ein ringförmiges Blechpakets 17 (siehe 1a bis 3b) mit einer in radialer Richtung nach innen gerichteten inneren Mantelfläche 16 und wenigstens einer in dem Blechpaket 17 angeordneten Tasche 32 zur Aufnahme eines Permanentmagneten 30 bereitgestellt. Dabei sind die Tasche 32 und die innere Mantelfläche 16 über wenigstens einen Kanal 35 miteinander verbunden. In Schritt 52 wird in jeder der wenigstens einen Tasche 32 wenigstens ein Permanentmagnet 30 angeordnet. In Schritt 53 wird der wenigstens eine Permanentmagnet 30 in der Tasche 32 des Blechpakets 17 fixiert. Dies geschieht mittels Angießens eines Füllangusskörpers 40, welcher durch Druckguss gebildet wird und die innere Mantelfläche 16 wenigstens teilweise ausfüllt. Dabei wird eine Aufnahme 18 gebildet, welche den wenigstens einen Permanentmagneten 30 fixiert und wenigstens eine Aufnahme 18 zur Befestigung von wenigstens einem stirnseitig an das Blechpaket 17 anordbaren Wellenstummel 22 ausbildet. In Schritt 54 wird ein Wellenstummels 22 mittels eines ringförmigen Zentrierrings 24, welcher koaxial angeordnet ist, zentriert. In Schritt 55 wird der Wellenstummel 22 mittels einer Wellenzapfenschraube 19 an der Aufnahme 18 und/oder dem Füllangusskörper 40 fixiert.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ und „aufweisen“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsformen beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsformen verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste

10: Rotor
11: Rotorachse
12: Speichen
15: Durchgangskanal
16: innere Mantelfläche
17: ringförmiges Blechpaket
18: Aufnahme, Zentrieransatz
19: Wellenzapfenschrauben
22: Wellenstummel
24: Zentrierring
24a: Abschnitt des Zentrierrings
24b: Abschnitt des Zentrierrings
30: Permanentmagnete
32: Tasche
35: Kanäle
40: Füllangusskörper
41: Mittenbereich
43: Stufe
42: Hinterschnitt
45: Hohlraum
46: Erhebungen/Bereiche
47: Öffnung/Sackloch
50: Flussdiagramm
50 - 55: Schritte des Herstellungsverfahrens

Claims

Rotor (10) für eine elektrische Maschine, der Rotor (10) aufweisend: ein um eine Rotorachse (11) rotierbar ausgebildetes, ringförmiges Blechpaket (17) mit einer in radialer Richtung des Rotors nach innen gerichteten inneren Mantelfläche (16) und wenigstens einer in dem Blechpaket (17) ausgebildeten Tasche (32) zur Aufnahme wenigstens eines Permanentmagneten (30), wobei die Tasche (32) und die innere Mantelfläche (16) über wenigstens einen Kanal (35) miteinander verbunden sind; wenigstens einen in der Tasche (32) angeordneten Permanentmagneten (30); und einen zumindest an die innere Mantelfläche (16) angegossenen Füllangusskörper (40), der derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass dieser zumindest über den wenigstens einen Kanal (35) den in der wenigstens einen Tasche (32) angeordneten wenigstens einen Permanentmagneten (30) fixiert und wenigstens eine Aufnahme (18) zur Befestigung von wenigstens einem stirnseitig an das Blechpaket (17) anordbaren Wellenstummel (22) ausbildet.
Rotor (10) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: wenigstens einen Wellenstummel (22); wobei der wenigstens eine Wellenstummel (22) kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig an dem Blechpaket (17) und/oder dem Füllangusskörper (40) fixiert ist.
Rotor (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Rotor (10) zwei Wellenstummel (22) aufweist, wobei jeweils ein Wellenstummel (22) an jeweils einer Stirnseite des Blechpakets (17) befestigt ist.
Rotor (10) nach Anspruch 3, wobei der Füllangusskörper (40) an jeder Stirnseite des Blechpakets (17) jeweils eine Aufnahme (18) ausbildet und/oder aufweist; und wobei jeweils einer der Wellenstummel (22) derart zumindest teilweise in einer der Aufnahmen (18) angeordnet und/oder aufgenommen ist, dass jeder der Wellenstummel (22) bezüglich der Rotorachse (11) zentriert ist.
Rotor (10) nach Anspruch 4, wobei jede der Aufnahmen (18) des Füllangusskörpers (40) einen größeren Innendurchmesser als ein Mittenbereich (41) des Füllangusskörpers (40) aufweist, wobei der Mittenbereich (41) des Füllangusskörpers (40) in axialer Richtung des Rotors (10) zwischen den beiden Aufnahmen (18) des Füllangusskörpers (40) angeordnet ist.
Rotor (10) nach Anspruch 5, wobei der Füllangusskörper (40) in dem Mittenbereich (41) wenigstens eine Öffnung (47) zur Befestigung der Wellenstummel (22) mittels einer Wellenzapfenschraube (19) aufweist, wobei sich die wenigstens eine Öffnung (47) parallel zur Rotorachse (11) erstreckt.
Rotor (10) nach Anspruch 6, wobei jeder der Wellenstummel (22) über zumindest eine Wellenzapfenschraube (19), welche zumindest teilweise in die wenigstens eine Öffnung (47) eingreift, an dem Füllangusskörper (40) fixiert ist.
Rotor (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Füllangusskörper (40) in dem Mittenbereich (41) mehrere Öffnungen (47) aufweist, welche in Umfangsrichtung des Rotors (10) und/oder des Blechpakets (17) voneinander beabstandet sind.
Rotor (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Füllangusskörper (40) wenigstens einen Durchgangskanal (15) aufweist, welcher sich zumindest teilweise koaxial zur und/oder entlang der Rotorachse (11) durch den Füllangusskörper (40) erstreckt und welcher dazu ausgebildet ist, ein Kühlmedium zur Kühlung des Rotors (10) zu führen.
Rotor (10) nach den Ansprüchen 8 und 9, wobei der Durchgangskanal (15) über mehrere speichenartige und/oder speichenförmige Verbindungsstege (12) mit den Öffnungen (47) des Füllangusskörpers (40) verbunden ist.
Rotor (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Füllangusskörper (40) an jeder der Stirnseiten des Blechpakets (17) einen Hinterschnitt (42) ausbildet, so dass das Blechpaket (17) in einer axialen Richtung des Rotors (10) fixiert ist.
Rotor (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Kanal (35) und die wenigstens eine Tasche (32) zusammen einen T-förmigen Querschnitt aufweisen.
Rotor (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei sich der wenigstens eine Kanal (35) parallel zur Rotorachse (11) vollständig durch das Blechpaket (17) erstreckt.
Rotor (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Blechpaket (17) mehrere Taschen (32) aufweist, welche in Umfangsrichtung des Blechpakets (17) und/oder des Rotors (10) voneinander beabstandet sind; und wobei jede der Taschen (32) über einen Kanal (35) mit der Mantelfläche des Blechpakets (17) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Verfahren aufweisend die Schritte: a) Bereitstellen eines ringförmigen Blechpakets (17) mit einer in radialer Richtung nach innen gerichteten inneren Mantelfläche (16) und wenigstens einer in dem Blechpaket (17) angeordneten Tasche (32) zur Aufnahme (18) wenigstens eines Permanentmagneten (30), wobei die Tasche (32) und die innere Mantelfläche (16) über wenigstens einen Kanal (35) miteinander verbunden sind; b) Anordnen des wenigstens einen Permanentmagneten (30) in der wenigstens einen Tasche (32); c) Fixieren des wenigstens einen Permanentmagneten (30) in der wenigstens einen Tasche (32) des Blechpakets (17) mittels Angießens eines Füllangusskörpers (40), wobei der Füllangusskörper (40) derart ausgebildet ist, dass dieser zumindest über den wenigstens einen Kanal (35) den in der wenigstens einen Tasche (32) angeordneten wenigstens einen Permanentmagneten (30) fixiert und wenigstens eine Aufnahme (18) zur Befestigung von wenigstens einem stirnseitig an das Blechpaket (17) anordbaren Wellenstummel (22) ausbildet.