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Die Erfindung betrifft einen Rotor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Elektromotor mit einem Rotor.
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Ein Elektromotor ist allgemein bekannt. Dieser weist einen Stator und einen gegenüber dem Stator um eine Drehachse drehbaren Rotor mit einem Rotorkörper, bestehend aus einem Rotorblechpaket mit mehreren axial nebeneinander angeordneten Rotorblechen auf. In dem Rotorblechpaket sind mehrere Magnetaussparungen, in denen jeweils Magnete angeordnet und befestigt sind, angeordnet. Die Magnete können das durch den Stator bereitgestellte Magnetfeld in ein Drehmoment an dem Rotor umsetzen.
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Zur Verringerung der dynamischen Belastungen auf den Elektromotor ist es erforderlich, das Massenträgheitsmoment des drehbaren Rotors möglichst gering zu halten. Gerade bei den hohen Drehzahlen und Beschleunigungen eines Elektromotors ist das Massenträgheitsmoment für einen effizienten und zuverlässigen Betrieb des Elektromotors ausschlaggebend.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Rotor mit einem verringerten Massenträgheitsmoment aufzubauen. Weiterhin soll das Massenträgheitsmoment eines Elektromotors verringert werden. Der Elektromotor soll kostengünstig, einfach und leicht aufgebaut sein.
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Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch einen Rotor mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann der Rotor leichter ausgeführt werden und das Massenträgheitsmoment des Rotorkörpers kostengünstig verringert werden.
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Der Rotorkörper kann wenigstens ein Rotorblech umfassen. Der Rotorkörper kann ein Rotorblechpaket aus mehreren axial nebeneinander angeordneten Rotorblechen aufweisen.
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Die Magnetaussparungen können aus dem Rotorkörper gestanzt sein. Die Magnete können in den jeweiligen Magnetaussparungen kraft-, form- oder stoffschlüssig befestigt sein.
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Die Aussparungen können aus dem Rotorkörper gestanzt sein. Die Aussparungen können in dem Rotorkörper axial durchgängig angeordnet sein. Die Aussparungen können aus einem Rotorblech gestanzt sein. Die Aussparungen eines Rotorblechs können zu den Aussparungen des benachbarten Rotorblechs fluchtend ausgerichtet sein. Die Aussparungen können umfangseitig äquidistant angeordnet sein.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Aussparungen in eine erste Aussparungsgruppe und in eine davon getrennte zweite Aussparungsgruppe unterteilt, wobei die Mehrzahl der Aussparungen der ersten Aussparungsgruppe eine erste Grundform und die Mehrzahl der Aussparungen der zweiten Aussparungsgruppe eine zweite Grundform aufweisen und die erste Grundform von der zweiten Grundform abweichend ist. Die erste Grundform kann dreieckig, viereckig, mehreckig, oval oder rund sein. Die zweite Grundform kann dreieckig, viereckig, mehreckig, oval oder rund sein.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung sind die Aussparungen der ersten Aussparungsgruppe und die Aussparungen der zweiten Aussparungsgruppe umfangsseitig jeweils abwechselnd angeordnet. Eine Seite einer Aussparung der ersten Aussparungsgruppe kann parallel zu einer benachbarten Seite einer Aussparung der zweiten Aussparungsgruppe verlaufen.
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In einer weiteren speziellen Ausführung der Erfindung sind zwischen den Aussparungen der ersten Aussparungsgruppe und den Aussparungen der zweiten Aussparungsgruppe jeweils Stege zur Drehmomentübertragung zwischen den Magneten und der Rotorwelle angeordnet. Der Steg kann durch eine Seite einer Aussparung der ersten Aussparungsgruppe und eine benachbarte Seite einer Aussparung der zweiten Aussparungsgruppe begrenzt sein.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist wenigstens eine Aussparung eine dreieckige Grundform auf. Die dreieckige Grundform kann wenigstens einen zumindest abschnittsweise geradlinigen Seitenschenkel aufweisen. Die dreieckige Grundform kann wenigstens zwei, insbesondere drei zumindest abschnittsweise geradlinige Seitenschenkel aufweisen.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung ist eine Dreieckspitze der dreieckigen Grundform nach radial innen ausgerichtet.
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In einer weiteren speziellen Ausführung der Erfindung ist wenigstens ein Seitenschenkel der Aussparung insgesamt gebogen. Dadurch kann die Stabilität des Rotorblechs erhöht und das Massenträgheitsmoment weiter verringert werden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist wenigstens eine Aussparung eine viereckige, mehreckige, ovale oder kreisförmige Grundform auf.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist eine der mehreren Aussparungen eine von der Mehrzahl der Aussparungen abweichende Form auf. Dadurch kann eine vorgegebene Ausrichtung des Rotorkörpers bei einem Zusammenbau oder bei weiteren Bearbeitungsschritten an dem Rotorkörper umgesetzt werden.
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Weiterhin wird wenigstens eine der zuvor angegebenen Aufgaben durch einen Elektromotor für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs gelöst, aufweisend einen Stator und einen gegenüber dem Stator drehbaren Rotor mit wenigstens einem der zuvor genannten Merkmale.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
- 1: Eine räumliche Ansicht eines Elektromotors in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 2: Einen Halbschnitt durch einen Elektromotor in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 3: Eine räumliche Ansicht eines Rotorblechs eines Rotors in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 4: Eine räumliche Ansicht eines Rotorblechs eines Rotors in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 5: Eine räumliche Ansicht eines Rotorblechs eines Rotors in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 6: Eine räumliche Ansicht eines Rotorblechs eines Rotors in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt eine räumliche Ansicht eines Elektromotors 10 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Elektromotor 10 ist als permanenterregter Synchronmotor ausgeführt und weist einen Stator 12 und einen radial innerhalb von dem Stator 12 um eine Drehachse 14 drehbar angeordneten Rotor auf. Der Rotor ist mit einer Rotorwelle 16 drehfest verbunden. Die Rotorwelle 16 weist eine Verzahnung 18 zur Verbindung mit einem Anschlussbauteil zur Übertragung des von dem Rotor ausgelösten Antriebsdrehmoments auf.
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Der Stator 12 wird über drei Motorphasenleitungen 20 mit elektrischer Energie versorgt. In dem Stator 12 sind mehrere durch Drahtwicklung aufgebaute Spulen angeordnet, über die die elektrische Energie in ein auf den Rotor wirkendes Magnetfeld umgesetzt wird. Die dadurch im Betrieb des Elektromotors 10 entstehende Wärmeenergie wird über eine Motorkühlung abgeführt.
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In 2 ist ein Halbschnitt eines Elektromotors 10 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Rotor 22 weist einen um die Drehachse 14 drehbaren Rotorkörper 24 auf, der ein Rotorblechpaket 26 umfasst. Das Rotorblechpaket 26 weist mehrere axial nebeneinander angeordnete Rotorbleche 28 auf, die mit der Rotorwelle 16 drehfest verbunden sind. Die einzelnen Rotorbleche 28 können aus Blech gestanzt sein.
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Der Stator 12 weist mehrere umfangsseitig verteilt angeordnete drahtgewickelte Spulen 30 auf, die mit elektrischer Energie versorgt werden können und davon abhängig ein auf das Rotorblechpaket 26 einwirkendes Magnetfeld auslösen. In dem Rotorblechpaket 26 sind Magnete, die als Permanentmagnete ausgeführt sind, aufgenommen. Die Magnete setzen das Magnetfeld in ein Drehmoment um, das auf die Motorwelle 16 übertragen wird.
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3 zeigt eine räumliche Ansicht eines Rotorblechs 28 eines Rotors 22 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Das Rotorblech 28 ist einem Rotorblechpaket 26 zugeordnet, das wiederum einen Rotorkörper 24 bildet. In dem Rotorblech 28 sind mehrere umfangsseitig um die Drehachse 14 gleichmäßig verteilt angeordnete Magnetaussparungen 32 eingebracht, in denen Magnete aufgenommen werden können. Die Magnete können Permanentmagnete sein und in den jeweiligen Magnetaussparungen 32 eingeklebt sein.
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Die Magnetaussparungen 32 sind bevorzugt aus dem Rotorblech 28 gestanzt. Dadurch kann eine einfache und kostengünstige Herstellung erfolgen. Die Magnetaussparungen 32 sind in einem radial äußeren Bereich des Rotorblechs 28 angeordnet. Weitere von den Magnetaussparungen 32 getrennt ausgeführte Aussparungen 34 sind radial zwischen den Magnetaussparungen 32 und der Rotorwelle, die hier nicht abgebildet ist, allerdings konzentrisch zu der Drehachse 14 und radial innerhalb von dem Rotorblech 28 liegt, angeordnet. Dadurch kann der Rotor 22 leichter ausgeführt werden und das Massenträgheitsmoment des Rotorkörpers 24 verringert werden.
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Die Aussparungen 34 sind um die Drehachse 14 umfangsseitig verteilt angeordnet und aus dem Rotorblech 28 gestanzt. Die Aussparungen 34 teilen sich in eine erste Aussparungsgruppe 36 und in eine davon getrennte zweite Aussparungsgruppe 38 auf, wobei die Mehrzahl der Aussparungen 36.1 der ersten Aussparungsgruppe 36 eine erste Grundform und die Mehrzahl der Aussparungen 38.1 der zweiten Aussparungsgruppe 38 eine zweite Grundform aufweisen und die erste Grundform von der zweiten Grundform abweichend ist. Dadurch kann eine flexible Anpassung der Aussparungen 34 an die geometrischen und konstruktiven Randbedingungen erfolgen.
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Die Aussparungen 36.1 der ersten Aussparungsgruppe 36 und die Aussparungen 38.1 der zweiten Aussparungsgruppe 38 sind umfangsseitig abwechselnd angeordnet. Die Aussparungen 38.1 der zweiten Aussparungsgruppe 38 sind radial weiter innen angeordnet als die Aussparungen 36.1 der ersten Aussparungsgruppe 36. Die Aussparungen 36.1 weisen alle eine dreieckige Grundform auf, bei der die Ecken abgerundet sind. Die dreieckige Grundform umfasst wenigstens zwei zumindest abschnittsweise geradlinige Seiten 40, die hier Seitenschenkel der dreieckigen Grundform bilden. Eine Dreieckspitze 42 der dreieckigen Grundform ist nach radial innen zu der Drehachse 14 hin ausgerichtet.
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Bei allen Aussparungen 36.1 der ersten Aussparungsgruppe, bis auf zwei Aussparungen 36, ist eine als Seitenschenkel ausgeführte weitere Seite 44 insgesamt gebogen. Bei den beiden Aussparungen 36 ist auch die weitere Seite 44 geradlinig ausgeführt. Diese von der Mehrzahl der Aussparungen 36.1 abweichende Form der Aussparungen 36 ermöglicht eine vorgegebene Ausrichtung des Rotorblechs 28 bei einem Zusammenbau zu dem Rotorblechpaket 26 oder bei weiteren Bearbeitungsschritten an dem Rotorblech 28.
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Die Aussparungen 38.1 der zweiten Aussparungsgruppe 38 weisen eine viereckige Grundform auf, die trapezähnlich ausgebildet ist. Dadurch kann eine optimale Verringerung des Massenträgheitsmomentes erfolgen und zugleich ein stabiler Aufbau ermöglicht werden. Zwei Seiten 46 der Aussparungen 38.1 erstrecken sich bevorzugt jeweils parallel zu einer Seite 40 der Aussparungen 36.1, womit ein Steg 48 zwischen den Aussparungen 36.1, 38.1 gebildet wird, über den ein Drehmoment von den Magneten zu der Motorwelle übertragen werden kann.
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In 4 ist eine räumliche Ansicht eines Rotorblechs 28 eines Rotors 22 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Aufbau ist zu dem in 3 abgebildeten Aufbau gleich, bis auf die Ausgestaltung der Aussparungen 38.1 der zweiten Aussparungsgruppe 38, die hier eine dreieckige Grundform aufweisen. Auch hier wird durch eine Seite 46 der Aussparung 38.1 und eine benachbarte Seite 40 der Aussparung 36.1 der ersten Aussparungsgruppe 36 ein Steg 48 gebildet, über den ein Drehmoment von den Magneten zu der Motorwelle übertragen werden kann.
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5 zeigt eine räumliche Ansicht eines Rotorblechs 28 eines Rotors 22 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Auch dieser Aufbau ist zu dem Aufbau aus 3 gleich, bis auf die Form der Mehrzahl der Aussparungen 36.1 der ersten Aussparungsgruppe 36, die hier eine viereckige Grundform ist. Zwei Aussparungen 36 der ersten Aussparungsgruppe 36 weisen abweichend zu der Grundform der Aussparungen 36.1 eine mehreckige Grundform auf, um eine vorgegebene Ausrichtung des Rotorblechs 28 zu bewirken.
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In 6 ist eine räumliche Ansicht eines Rotorblechs 28 eines Rotors 22 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier ist im Unterschied zu dem Aufbau aus 3 ausschließlich eine erste Aussparungsgruppe 36 mit Aussparungen 36.1 vorhanden, die eine ovale Grundform aufweisen. Der Steg 48 zur Drehmomentübertragung zwischen den Magneten und der Rotorwelle ist dabei umfangsseitig zwischen den Aussparungen 36.1 ausgeformt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektromotor
- 12
- Stator
- 14
- Drehachse
- 16
- Rotorwelle
- 18
- Verzahnung
- 20
- Motorphasenleitung
- 22
- Rotor
- 24
- Rotorkörper
- 26
- Rotorblechpaket
- 28
- Rotorblech
- 30
- Spule
- 32
- Magnetaussparung
- 34
- Aussparung
- 36
- erste Aussparungsgruppe
- 36.1
- Aussparung
- 38
- zweite Aussparungsgruppe
- 38.1
- Aussparung
- 40
- Seite
- 42
- Dreieckspitze
- 44
- Seite
- 46
- Seite
- 48
- Steg
