DE102019122507A1

DE102019122507A1 - Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine sowie entsprechender Rotor und entsprechende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102019122507A1
Application number: DE102019122507.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Keskinoglu; Alexandre Fischer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2021-02-25
Also published as: EP4018530A1; WO2021032239A1; US20220337138A1; CN114258625A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors (10) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, wobei der Rotor (10) folgende Komponenten umfasst:- eine sich axial erstreckende Rotorwelle (14),- einen auf der Rotorwelle (14) montierten ferromagnetischen Grundkörper (20) oder eine Reihe von auf der Rotorwelle (14) axial aufeinanderfolgend montierten ferromagnetischen Grundkörpern (20),- ein auf der Rotorwelle (14) montiertes Scheibenelement (16), das sich axial an den Grundkörper (20) oder einen der Grundkörper (20) anschließt und- mindestens einen Permanentmagneten (26),wobei in dem mindestens einen Grundkörper (20) mindestens eine Kavität (24) ausgebildet ist und wobei der mindestens eine Permanentmagnet (26) in der mindestens einen Kavität (24) angeordnet und dort verklebt ist.Es ist vorgesehen, dass das Scheibenelement (16) über einen Fügeprozess auf die Rotorwelle (14) montiert wird und bei mehreren Grundkörpern (20) sukzessive- der jeweilige Grundkörper (20) per Fügeprozess auf die Rotorwelle (14) montiert wird und erst nach der Montage des entsprechenden Grundkörpers (20) der mindestens eine zugeordnete Permanentmagnet (26) in der mindestens einen Kavität (24) dieses montierten Grundkörpers (20) angeordnet und dort verklebt wird.Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Rotor (10) und eine entsprechende elektrische Maschine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, wobei der Rotor folgende Komponenten umfasst: (i) eine sich axial erstreckende Rotorwelle, (ii) einen auf der Rotorwelle montierten ferromagnetischen Grundkörper oder eine Reihe von auf der Rotorwelle axial aufeinanderfolgend montierten ferromagnetischen Grundkörpern, (iii) ein auf der Rotorwelle montiertes Scheibenelement, das sich axial an den Grundkörper oder einen der Grundkörper anschließt und (iv) mindestens einen Permanentmagneten, wobei in dem mindestens einen Grundkörper mindestens eine Kavität ausgebildet ist und wobei der mindestens eine Permanentmagnet in der mindestens einen Kavität angeordnet und dort verklebt ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Rotor und eine entsprechende elektrische Maschine.
In vielen industriellen Anwendungen und zunehmend auch in Automotiv-Anwendungen der Automobilindustrie werden permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) eingesetzt. Die darin verbauten Rotorblechpakete werden üblicherweise vormontiert. Dabei werden die Magnete in den Rotorblechpaketen gefügt und verklebt. Die Rotorblechpakete werden schlussendlich als einbaufähige Komponenten auf die Rotorwelle aufgepresst.
Die Permanentmagnete bzw. deren Kleber erfahren über ihre Lebenszeit hohe Belastungen aufgrund der hohen Drehzahlanforderungen/Performanzanforderungen. Um diesen Anforderungen zu genügen, muss der Kleber gleichmäßig auf die Adhäsionsflächen zwischen Rotorblechpaket und Magnet appliziert werden, um den Magnet über Lebensdauer zu fixieren. Bei der Montage kann es vorkommen, dass der Kleber nicht komplett in den Klebespalt eindringt oder im umgekehrten Fall auf der gegenüberliegenden Seite des Rotorblechpakets wieder austritt. Ein ungewünschter Austritt des Klebers muss unbedingt vermieden werden.
Das Dokument DE 10 2008 027 758 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine dynamoelektrische Maschine, wobei der Rotor folgende Komponenten umfasst: (i) eine sich axial erstreckende Rotorwelle, (ii) einen auf der Rotorwelle montierten ferromagnetischen Grundkörper in Form eines Blechpakets, (iii) zwei auf der Rotorwelle montierte Scheibenelemente, die sich auf je einer Seite axial an den Grundkörper anschließen und (iv) mehrere Permanentmagnete, wobei im Grundkörper mehrere als Magnettaschen bezeichnete Kavität ausgebildet sind und wobei die Permanentmagnete in den Kavitäten angeordnet und dort vergossen sind. Dazu weisen die Scheibenelemente Verteilungskanäle für eine entsprechende Vergussmasse mit Ausbrechöffnungen nach außen auf. Nachdem die Permanentmagnete in die Magnettaschen eingebracht sind, werden sie Scheibenelemente hinzugefügt und Blechpaket und Scheibenelemente mittels Bolzen fixiert.
Es ist Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, durch die die Permanentmagnete auf einfache Weise und ohne zusätzliche Bauteile/Strukturen dauerhaft fest im Grundkörper des Rotors befestigt werden/sind.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, bei dem der Rotor folgende Komponenten umfasst:

(i) eine sich axial erstreckende Rotorwelle,
(ii) einen auf der Rotorwelle montierten ferromagnetischen Grundkörper oder eine Reihe von auf der Rotorwelle axial aufeinanderfolgend montierten ferromagnetischen Grundkörpern,
(iii) ein auf der Rotorwelle montiertes Scheibenelement, das sich axial an den Grundkörper oder einen der Grundkörper anschließt und
(iv) mindestens einen Permanentmagneten,

Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Fügen des Grundkörpers der zumindest eines der Grundkörper auf die Rotorwelle ein Aufpressen und/oder Aufschrumpfen auf die Rotorwelle ist. Es entsteht eine Pressverbindung zwischen Rotorwelle und den anderen genannten Rotor-Komponenten.
Bei einem Fügen, dass ein Aufschrumpfen umfasst ist bevorzugt vorgesehen, dass der Grundkörper für das Aufschrumpfen auf eine Maximal-Temperatur erhitzt wird, die oberhalb einer kritischen Temperatur des mindestens einen Permanentmagneten und/oder einer kritischen Temperatur des verwendeten Klebers zum Verkleben des mindestens einen Permanentmagneten liegt. Ein solches Aufschrumpfen ist nur möglich, da erst auf die Welle aufgeschrumpft und dann geklebt wird. Es ergibt sich ein besonders großes Übermaß.
Bezüglich des Fügens gilt gleiches auch für das Scheibenelement. Somit ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Fügen des Scheibenelements auf die Rotorwelle ein Aufpressen und/oder Aufschrumpfen.
Neben dem bereits erwähnten Scheibenelement kann es selbstverständlich auch ein weiteres Scheibenelement geben. Diese können dann ganz ähnlich wie bei der DE 10 2008 027 758 A1 an den beiden Enden des mindestens einen Grundkörpers angeordnet sein.
Grundsätzlich kann der mindestens eine Grundkörper aus Vollmaterial gebildet sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der mindestens eine Grundkörper jedoch von einem Blechpaket mit einer Mehrzahl von Blechen gebildet.
Alternativ oder zusätzlich ist das Scheibenelement als eine Wuchtscheibe ausgebildet. Mit anderen Worten weist das Scheibenelement mindestens ein Wuchtelement zum Auswuchten des Rotors auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine (PSM), der folgende Komponenten umfasst:

Das Scheibenelement ist als ein die entsprechende Seite des axial benachbarten Grundkörpers bezüglich des verwendeten Klebers fluiddicht abdichtender Deckel ausgebildet. Anders als bei dem in Dokument DE 10 2008 027 758 A1 beschriebenen Rotor weist das Scheibenelement weder Verteilungskanäle noch eine Ausbrechöffnung nach außen auf. Axial benachbarte Grundkörper sind bezüglich des verwendeten Klebers fluiddicht aneinander anschließend auf der Rotorwelle montiert.
Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass

a) das Scheibenelement ein auf die Rotorwelle aufgepresstes und/oder aufgeschrumpftes Scheibenelement ist und/oder dass
b) zumindest einer der Grundkörper ein auf die Rotorwelle aufgepresster und/oder aufgeschrumpfter Grundkörper ist.

Bei einem auf die Rotorwelle aufgeschrumpften Grundkörper ist bevorzugt vorgesehen, dass dieser aufgeschrumpfte Grundkörper ein für das Aufschrumpfen temporär erhitzter Grundkörper ist, bei dem die Maximal-Temperatur oberhalb einer kritischen Temperatur des mindestens einen Permanentmagneten und/oder einer kritischen Temperatur des verwendeten Klebers zum Verkleben des mindestens einen Permanentmagneten liegt. Ein zugrundeliegendes Aufschrumpfen ist nur möglich, da erst auf die Welle aufgeschrumpft und dann geklebt wird.
Grundsätzlich kann der mindestens eine Grundkörper aus Vollmaterial gebildet sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der mindestens eine Grundkörper jedoch von einem Blechpaket mit einer Mehrzahl von Blechen gebildet.
Alternativ oder zusätzlich ist das Scheibenelement als eine Wuchtscheibe (oder noch konkreter als Wuchtblech) ausgebildet. Mit anderen Worten weist das Scheibenelement mindestens ein Wuchtelement zum Auswuchten des Rotors auf.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, die einen Rotor und einen Stator aufweist, ist vorgesehen, dass der Rotor als vorstehend genannter Rotor ausgebildet ist. Die elektrische Maschine (Elektromotor, Generator oder Motorgenerator) ist bevorzugt eine permanenterregte Synchronmaschine.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:

1: einen Rotor für eine elektrische Maschine, der gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ausgeführt ist.

Die 1 zeigt einen Rotor 10 für eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine, für die diese Art von Rotor 10 bestimmt ist, ist eine permanenterregte Synchronmaschine (PSM). Der Rotor 10 umfasst die folgenden Komponenten: zunächst als Basis des Rotors 10 eine sich bezüglich einer Längsachse 12 des Rotors 10 axial erstreckende Rotorwelle 14. Dann ein auf der Rotorwelle 14 montiertes Scheibenelement 16, welches hier im gezeigten Beispiel eine Wuchtscheibe 18 ist/bildet. Weiterhin eine Reihe von auf der Rotorwelle 14 axial unmittelbar aufeinanderfolgend montierten ferromagnetischen Grundkörpern 20, wobei sich der erste Grundkörper dieser Reihe axial unmittelbar an das Scheibenelement 16 anschließt. Jeder der ferromagnetischen Grundkörper 20 des Rotors 10 ist als ein Blechpaket 22 mit einer Vielzahl von aufeinander gestapelten Blechen (im Einzelnen nicht gezeigt) ausgebildet. Sowohl das Scheibenelement 16 als auch jeder der ferromagnetischen Grundkörper 20 des Rotors 10 ist auf die Rotorwelle 14 gefügt, genauer gesagt per Übermaßpassung (Presspassung) gefügt. In der Regel sind die entsprechenden Teile 16, 20 dabei auf die Rotorwelle 14 aufgepresst und/oder aufgeschrumpft.
In jedem der Grundkörper 20 sind umfänglich verteilt Kavitäten 24 zur Aufnahme von Permanentmagneten 26 ausgebildet, in denen auch je ein Permanentmagnet 26 über eine Klebeverbindung befestigt, also verklebt ist. Diese Kavitäten 24 werden auch als Magnettaschen oder einfach Taschen bezeichnet. Neben diesen Kavitäten 24 können auch andere Ausnehmungen bzw. Freiräume in den Grundkörpern 20 ausgebildet sein, die nicht für die Aufnahme von Permanentmagneten 26 vorgesehen sind.
Bei der Herstellung des Rotors 10 wird zunächst das Scheibenelement 16 über einen Fügeprozess auf die Rotorwelle 14 montiert und sukzessive der jeweilige Grundkörper 20 per Fügeprozess auf die Rotorwelle14 montiert. Erst nach der Montage des entsprechenden Grundkörpers 20 werden die zugeordneten Permanentmagnete in den Kavitäten 24 dieses montierten Grundkörpers 20 angeordnet und dort verklebt. Auf diese Weise können die Permanentmagnete 24 sauber und dauerhaft verklebt werden. Zusätzliche Komponenten oder Strukturen zum Einfüllen von Kleber werden nicht benötigt. Das Fügen des Scheibenelements 16 wie auch des Grundkörpers 20 auf die Rotorwelle 14 ist dabei ein Aufpressen und/oder Aufschrumpfen auf die Rotorwelle 14.
Mit anderen Worten ist also der Grundträger des Rotorgesamtaufbaus die Rotorwelle 14. Zunächst wird das als Wuchtscheibe 18 ausgebildete Scheibenelement 16 auf die Rotorwelle 14 gefügt. Das Scheibenelement 16 muss die Bereiche, in denen später die Permanentmagnete 26 positioniert sind, vollständig abdecken. Nun wird jeder als Blechpaket 22 ausgebildete Grundkörper 20 einzeln gefügt und anschließend mit Permanentmagnet 26 und Kleber bestückt. Sollte ein Übermaß zur Positionierung von den Blechpaketen 22 zur Rotorwelle 14 vorgesehen sein, können die nicht verklebten und nicht vormontierten Blechpakete 22 stärker erhitzt werden, da die max. zulässige Rotor-Temperatur üblicherweise durch die Permanentmagnete 26 und den Kleber begrenzt werden. Dadurch können höhere Übermaße realisiert und umgesetzt werden.
Bei diesem Verfahren wird zudem ausgeschlossen, dass der Kleber ungewünscht aus dem Blechpaket 22 austritt, da der Austritt durch die Wuchtscheibe 18 bzw. das Scheibenelement 16 blockiert wird. Weiterer Vorteil ist, dass die Aushärtung des Klebers aufgrund von Handhabungsgründen entfallen kann. Entsprechende Prozessschritte sind somit unnötig. Ein Werkstückträger ist zur Herstellung des Rotors 10 zudem auch nicht erforderlich. Die entsprechenden Komponenten 16, 20 werden direkt auf der Rotorwelle 14 montiert.
Bezugszeichenliste

10: Rotor
12: Längsachse
14: Rotorwelle
16: Scheibenelement
18: Wuchtscheibe
20: Grundkörper
22: Blechpaket
24: Kavität
26: Permanentmagnet

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 102008027758 A1 [0005, 0012, 0016]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rotors (10) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, wobei der Rotor (10) folgende Komponenten umfasst: - eine sich axial erstreckende Rotorwelle (14), - einen auf der Rotorwelle (14) montierten ferromagnetischen Grundkörper (20) oder eine Reihe von auf der Rotorwelle (14) axial aufeinanderfolgend montierten ferromagnetischen Grundkörpern (20), - ein auf der Rotorwelle (14) montiertes Scheibenelement (16), das sich axial an den Grundkörper (20) oder einen der Grundkörper (20) anschließt und - mindestens einen Permanentmagneten (26), wobei in dem mindestens einen Grundkörper (20) mindestens eine Kavität (24) ausgebildet ist und wobei der mindestens eine Permanentmagnet (26) in der mindestens einen Kavität (24) angeordnet und dort verklebt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (16) über einen Fügeprozess auf die Rotorwelle (14) montiert wird und bei mehreren Grundkörpern (20) sukzessive- der jeweilige Grundkörper (20) per Fügeprozess auf die Rotorwelle (14) montiert wird und erst nach der Montage des entsprechenden Grundkörpers (20) der mindestens eine zugeordnete Permanentmagnet (26) in der mindestens einen Kavität (24) dieses montierten Grundkörpers (20) angeordnet und dort verklebt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen des Grundkörpers (20) der zumindest eines der Grundkörper (20) auf die Rotorwelle (14) ein Aufpressen und/oder Aufschrumpfen auf die Rotorwelle (14) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) für das Aufschrumpfen auf eine Maximal-Temperatur erhitzt wird, die oberhalb einer kritischen Temperatur des mindestens einen Permanentmagneten (26) und/oder einer kritischen Temperatur des verwendeten Klebers zum Verkleben des mindestens einen Permanentmagneten (26) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen des Scheibenelements (16) auf die Rotorwelle (14) ein Aufpressen und/oder Aufschrumpfen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Grundkörper (20) von einem Blechpaket (22) mit einer Mehrzahl von Blechen gebildet wird und/oder dass das Scheibenelement (16) als eine Wuchtscheibe (18) ausgebildet ist.
Rotor (10) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, wobei der Rotor (10) folgende Komponenten umfasst: - eine sich axial erstreckende Rotorwelle (14), - einen auf der Rotorwelle (14) montierten ferromagnetischen Grundkörper (20) oder eine Reihe von auf der Rotorwelle (14) axial aufeinanderfolgend montierten ferromagnetischen Grundkörpern (20), - ein auf der Rotorwelle (14) montiertes Scheibenelement (16), das sich axial an den Grundkörper (20) oder einen der Grundkörper (20) anschließt und - mindestens einen Permanentmagneten (26), wobei in dem mindestens einen Grundkörper (20) mindestens eine Kavität (24) ausgebildet ist und wobei der mindestens eine Permanentmagnet (26) in der mindestens einen Kavität (24) angeordnet und dort verklebt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (16) ein per Fügeprozess auf die Rotorwelle (14) montiertes Scheibenelement (16) ist, der mindestens eine Grundkörper (20) ein per Fügeprozess auf die Rotorwelle (14) montierter Grundkörper (20) ist und der mindestens eine Permanentmagnet (26) erst nach der Montage des jeweiligen Grundkörpers (20) in der mindestens einen Kavität (24) dieses montierten Grundkörpers (20) verklebt ist.
Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - das Scheibenelement (16) ein auf die Rotorwelle (14) aufgepresstes und/oder aufgeschrumpftes Scheibenelement (16) ist und/oder dass - zumindest einer der Grundkörper (20) ein auf die Rotorwelle (14) aufgepresster und/oder aufgeschrumpfter Grundkörper (20) ist.
Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Rotorwelle (14) aufgeschrumpfte Grundkörper (20) ein für das Aufschrumpfen temporär erhitzter Grundkörper (20) ist, bei dem die Maximal-Temperatur oberhalb einer kritischen Temperatur des mindestens einen Permanentmagneten (26) und/oder einer kritischen Temperatur des verwendeten Klebers zum Verkleben des mindestens einen Permanentmagneten (26) liegt.
Rotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Grundkörper (20) von einem Blechpaket (22) mit einer Mehrzahl von Blechen gebildet wird und/oder dass das Scheibenelement (16) als eine Wuchtscheibe (18) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine mit einem Rotor (10) und einem Stator, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 ausgebildet ist.