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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Rotoreinrichtung und eine Rotoreinrichtung für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Fahrzeugantrieb für ein Elektrofahrzeug.
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Für Rotoren von permanent erregten elektrischen Maschinen werden in der Regel sogenannte eingegrabene Permanentmagnete eingesetzt, welche innerhalb eines Rotorkerns eingebettet sind. Dadurch ergibt sich ein günstiger Wirkungsgrad, welcher im Wesentlichen auf der Nutzung des Reluktanzmoments beruht.
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Die zum Einbetten der Magnete notwendige Herstellung von Hohlräumen im Rotorkern steht jedoch einer kostengünstigen und wirtschaftlichen Fertigung der Maschine entgegen. Auch das Einführen der Magnete in die Hohlräume bedeutet häufig einen erheblichen Mehraufwand bei der Montage. Alternativ zu den eingegrabenen Magneten werden im Stand der Technik sog. Oberflächenmagnete eingesetzt, welche an einer radialen Außenseite des Rotorkerns befestigt und beispielsweise verklebt oder verklemmt werden. Allerdings bieten Rotoren mit Oberflächenmagneten nicht den Vorteil aus der Nutzung des Reluktanzmoments. Derartige elektrische Maschinen und Herstellungsverfahren werden auch in den Patentanmeldungen
DE 10 2019 117 691.3 und
DE 10 2019 117 686.7 beschrieben. Die gesamte Offenbarung der
DE 10 2019 117 691.3 und die gesamte Offenbarung der
DE 10 2019 117 686.7 werden hiermit Teil des Offenbarungsgehalts der vorliegenden Anmeldung.
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Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor für eine elektrische Maschine bereitzustellen, welcher einen günstigen Wirkungsgrad erlaubt und zugleich besonders unaufwendig und vorzugsweise besonders wirtschaftlich herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Eine erfindungsgemäße Rotoreinrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 12. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer Rotoreinrichtung für eine elektrische Maschine und insbesondere für einen Fahrzeugantrieb für ein Elektrofahrzeug. Insbesondere dient die Rotoreinrichtung zur Verwendung in einer permanent erregten Synchronmaschine. Die Rotoreinrichtung umfasst wenigstens einen Rotor mit wenigstens einem Rotorkern und mit einer Mehrzahl von Rotorpolen. Der Rotorkern weist wenigstens ein inneres Blechpaket und wenigstens zwei und vorzugsweise mehrere um das innere Blechpaket radial herum angeordnete äußere Blechpakete auf. Insbesondere umfasst der Rotorkern für jeden Rotorpol jeweils wenigstens ein äußeres Blechpaket. Insbesondere werden das innere Blechpaket und die äußeren Blechpakete durch separate Bauteile bereitgestellt. Dabei wird um das innere Blechpaket herum, insbesondere an einer radialen Außenseite des inneren Blechpakets, für jeden Rotorpol jeweils wenigstens eine innere Magneteinheit (von radial außen aus) angeordnet und vorzugsweise ausgerichtet. Die äußeren Blechpakete werden von radial außen wenigstens auf die inneren Magneteinheiten und/oder wenigstens auf das innere Blechpaket aufgesetzt und vorzugsweise ausgerichtet. Diese Anordnung erfolgt derart, dass die inneren Magneteinheiten zwischen dem inneren Blechpaket und den äußeren Blechpaketen eingebettet sind und vorzugsweise sogenannte im Rotorkern vergrabene Magneteinheiten bilden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die Möglichkeit der radialen Montage des Rotorkerns und der darin eingegrabenen Magneteinheiten. Dadurch können die Vorteile von eingegrabenen Magneten genutzt werden, ohne dass aufwendige Hohlräume bzw. Ausnehmungen im Inneren des Rotorkerns hergestellt werden müssen. Zudem ist kein zeitintensives Einführen der Magnete in den Rotorkern nötig. Bei der Erfindung werden die eingegrabenen Magneteinheiten einfach von radial außen auf dem inneren Blechpaket abgelegt. Die Positionen für die inneren Magneteinheiten sind von außen frei zugänglich und erheblich einfacher zu erreichen. Durch das Aufsetzen der äußeren Blechpakete werden die Magneteinheiten dann im Rotorkern eingebettet, ohne dass zuvor eine Herstellung von Hohlräumen notwendig ist. Durch die Erfindung können permanent erregte elektrische Maschinen mit einem besonders günstigen Wirkungsgrad erheblich wirtschaftlicher hergestellt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens die wie zuvor beschrieben angeordneten und vorzugsweise ausgerichteten inneren Blechpakete und äußeren Blechpakete und inneren Magneteinheiten mit wenigstens einem Spritzwerkstoff umspritzt werden. Insbesondere werden dadurch im Rotor vorhandene Hohlräume wenigstens teilweise und vorzugsweise vollständig gefüllt. Vorzugsweise wird dadurch auch eine radiale Außenseite des Rotors wenigstens teilweise und vorzugsweise vollständig bedeckt. Das Umspritzen kann in wenigstens einer Vergussform erfolgen. Insbesondere werden wenigstens teilweise solche Hohlräume gefüllt, welche als Flussbarrieren ausgebildet sind. Insbesondere werden Hohlräume zwischen den inneren und äußeren Blechpaketen und/oder Hohlräume zwischen den inneren Blechpaketen, den äußeren Blechpaketen und den inneren Magneteinheiten und gegebenenfalls äußeren Magneteinheiten und gegebenenfalls weiteren Magneteinheiten mit dem Spritzwerkstoff wenigstens teilweise gefüllt. Vorzugsweise dient der Spritzwerkstoff auch als Vergussmaterial.
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Es ist besonders bevorzugt, dass wenigstens die inneren Blechpakete und wenigstens die äußeren Blechpakete und wenigstens die inneren Magneteinheiten in einem ausgerichteten Zustand durch das Umspritzen und vorzugsweise nur durch das Umspritzen für die weitere Montage fixiert werden. Dadurch wird die Montage der Rotoreinrichtung weiter vereinfacht und zugleich eine optimale Ausrichtung der Komponenten gewährleistet.
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Insbesondere werden vor dem Umspritzen die Komponenten der Rotoreinrichtung montiert und ausgerichtet. Diese Komponenten umfassen insbesondere wenigstens eine der folgenden Komponenten: innere Magneteinheiten, äußere Magneteinheiten, weitere Magneteinheiten, inneres Blechpaket, äußeres Blechpaket, weiteres äußeres Blechpaket, Sensormittel, elektrische Verbindungsmittel, Kühleinrichtungen, Blechteile, Montagemittel. Insbesondere werden diese Komponenten wenigstens teilweise durch das Umspritzen und insbesondere nur durch das Umspritzen für die weiteren Verfahrensschritte fixiert. Es ist möglich, dass eine Ausrichtung der Komponenten durch wenigstens eine Hilfsvorrichtung und/oder eine Gießform für das Umspritzen erfolgt. Insbesondere werden diese Komponenten mittels einer Bandage zusammengehalten.
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Der Spritzwerkstoff weist vorzugsweise wenigstens eine Faserverstärkung auf. Das bietet viele Vorteile für die Fixierung und Ausfüllung der Hohlräume und bietet eine Steigerung der Festigkeit. Der Spritzwerkstoff ist insbesondere ein Kunststoff. Insbesondere ist ein faserverstärkter Kunststoff vorgesehen. Als Verstärkungsfasern können Glasfasern und/oder Kohlefasern und/oder andere zur Verstärkung geeignete Fasern vorgesehen sein. Möglich ist auch die Einbettung von stabilisierenden Füllstoffen im Spritzwerkstoff.
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Vorzugsweise wird eine radiale Außenseite des Rotors wenigstens teilweise mit Spritzwerkstoff beschichtet. Insbesondere wird die mit dem Spritzwerkstoff bedeckte radiale Außenseite des Rotors mittels wenigstens eines Trennverfahrens und vorzugsweise mittels Zerspanens bearbeitet. Beispielsweise wird die Außenseite überschliffen und/oder überdreht und/oder einer anderen mechanischen Bearbeitung unterzogen. Insbesondere dient die Bearbeitung der Außenseite des Rotors zur Erzielung eines runden Querschnitts des Rotors und/oder zur Verringerung der Rauigkeit der Oberfläche der Außenseite. Möglich ist auch Umspritzung und insbesondere Bearbeitung einer axialen Stirnseite des Rotors. Insbesondere erfolgt das Bearbeiten vor dem Anbringen einer Bandage. Das bietet viele Vorteile und beispielsweise ein vereinfachtes Aufziehen einer Bandage. Es ist möglich, dass bei Vorliegen bestimmter Maßhaltigkeit und/oder bei Einhalten bestimmter Toleranzen auf eine solche Bearbeitung wenigstens teilweise verzichtet werden kann.
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In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass der Rotor nach Montage wenigstens des Rotorkerns, umfassend das innere Blechpaket und die äußeren Blechpakete, und insbesondere nach Montage wenigstens der inneren Magneteinheiten bandagiert wird. Vorzugsweise wird dazu wenigstens eine Bandage aufgepresst und/oder wenigstens eine Bandage aufgewickelt. Das Aufpressen kann mit oder ohne Heiß-Kalt-Prozess erfolgen. Zum Aufwickeln wird insbesondere ein Kunststoff und vorzugsweise ein faserverstärkter Kunststoff und/oder wenigstens ein anderer wickelfähiger Werkstoff eingesetzt. Insbesondere ist die Bandage aus einem faserverstärkten Kunststoff und/oder einem Metallwerkstoff gefertigt. Insbesondere ist die Bandage als eine Hülse ausgebildet oder umfasst wenigstens eine solche.
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Durch eine solche Bandagierung des Rotorkerns wird trotz der eingegrabenen Magneteinheiten eine besonders hohe mechanische Festigkeit bzw. Drehzahlfestigkeit erreicht. Zudem bietet die Bandage eine vorteilhafte Möglichkeit zur sicheren und unaufwendigen Befestigung der Blechpakete und der Magneteinheiten. Besonders vorteilhaft können mit der Bandage auch Oberflächenmagneteinheiten befestigt werden. Besonders vorteilhaft erfolgt zuvor eine Fixierung durch Umspritzen, da dann beim Aufpressen bzw. Aufwickeln der Bandage alle Bauteile zuverlässig in korrekter Position verbleiben.
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Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass das innere Blechpaket vor Beginn der Montage der äußeren Blechpakete mit einer Welleneinrichtung verbunden wird. Insbesondere umfasst die Welleneinrichtung eine Rotorwelle oder eine nur zur Montage vorgesehene Hilfswelle. Vorzugsweise erfolgt dieser Herstellungsschritt zu Beginn der Montage und insbesondere vor Beginn der Anordnung der äußeren Blechpakete und der Magneteinheiten. Insbesondere wird die Welleneinrichtung mit dem Rotor und vorzugsweise mit dem inneren Blechpaket verpresst. Insbesondere erfolgt eine axiale Montage der Welleneinrichtung. Insbesondere ist das innere Blechpaket radial umfänglich geschlossen ausgebildet. Vorzugsweise wird die Welleneinrichtung axial in eine zentrale Ausnehmung des inneren Blechpakets eingeführt und vorzugsweise dort verpresst.
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Insbesondere wird für jeden Rotorpol des Rotors jeweils wenigstens ein äußeres Blechpaket an dem inneren Blechpaket angeordnet. Vorzugsweise umfasst der Rotor für jeden Rotorpol wenigstens ein äußeres Blechpaket. Insbesondere ist für alle vorgesehenen Rotorpole nur ein einziges inneres Blechpaket vorgesehen. Dabei ist möglich, dass das innere Blechpaket aus mehreren Paketsegmenten besteht, welche axial hintereinander angeordnet werden und zusammen das innere Blechpaket bilden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind für jeden Rotorpol wenigstens zwei innere Magneteinheiten vorgesehen. Vorzugsweise sind die zwei inneren Magneteinheiten V-förmig zueinander auf dem inneren Blechpaket angeordnet. Möglich und bevorzugt ist auch, dass für jeden Rotorpol wenigstens drei innere Magneteinheiten vorgesehen sind. Vorzugsweise werden die drei inneren Magneteinheiten wannenförmig zueinander auf dem inneren Blechpaket angeordnet. In solchen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass über den derart angeordneten Magneteinheiten eines Rotorpols jeweils wenigstens ein äußeres Blechpaket angeordnet wird. Insbesondere deckt das äußere Blechpaket diese Magneteinheiten wenigstens teilweise nach radial außen ab. Insbesondere deckt das äußere Blechpaket diese Magneteinheiten auch wenigstens teilweise in bestimmungsgemäßer Drehrichtung und/oder gegen die Drehrichtung seitlich ab. Derart angeordnete eingegrabene Magneteinheiten bieten besondere Vorteile und beispielsweise einen besonders günstigen Wirkungsgrad. Möglich sind auch andere Anordnungen der Magneteinheiten.
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Insbesondere ist der Rotorkern mit magnetisch nicht oder schlecht leitenden Hohlräumen ausgestattet, welche sich wenigstens teilweise entlang der inneren und/oder weiteren Magneteinheiten erstrecken und welche insbesondere als Flussbarrieren dienen. Vorzugsweise sind die Flussbarrieren mit dem Spritzwerkstoff wenigstens teilweise und insbesondere vollständig gefüllt.
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Es ist bevorzugt, dass auf den äußeren Blechpaketen für jeden Rotorpol des Rotors jeweils wenigstens eine äußere Magneteinheit angeordnet wird. Vorzugsweise werden die äußeren Magneteinheiten wenigstens durch die Bandage an dem Rotorkern befestigt. Insbesondere werden die äußeren Magneteinheiten nur durch die Bandage an dem Rotorkern befestigt. Insbesondere sind die äußeren Magneteinheiten gegen ein Ablösen von dem Rotorkern im Betrieb durch die Bandage gesichert. Es ist möglich, dass zusätzlich zu der Bandage auch weitere Befestigungspunkte für die äußeren Magneteinheiten vorgesehen sind.
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Vorzugsweise ist für jeden Rotorpol des Rotors jeweils wenigstens eine äußere Magneteinheit vorgesehen. Insbesondere ist jeweils wenigstens eine äußere Magneteinheit für jedes äußere Blechpaket vorgesehen. Insbesondere sind die äußeren Magneteinheiten als Oberflächenmagneteinheiten ausgebildet. Die äußeren Magneteinheiten sind insbesondere radial oder parallel aufmagnetisiert. Insbesondere sind die äußeren Magneteinheiten parallelflankig ausgebildet. Es ist möglich, dass die äußeren Magneteinheiten an ihren Oberseiten und Unterseiten mit verschiedenen Radien ausgebildet sind. Es ist möglich, dass die äußeren Magneteinheiten wenigstens an ihren radialen Außenseiten den gleichen Radius wie der Umfang des Rotors aufweisen. Die äußeren Magneteinheiten können an ihren Oberseiten und Unterseiten auch mit gleichen Radien ausgebildet sein. Die Oberseite zeigt insbesondere nach radial außen bzw. zur Bandage. Die Unterseite zeigt insbesondere nach radial innen bzw. zur Drehachse des Rotors.
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Insbesondere werden die äußeren Magneteinheiten zwischen dem Rotorkern, insbesondere dem äußeren Blechpaket, und der Bandage angeordnet. Insbesondere werden die äußeren Magneteinheiten an einer radialen Außenseite des Rotorkerns anliegend angeordnet. Es ist möglich, dass die äußeren Magneteinheiten wenigstens teilweise die radiale Außenseite des Rotorkerns eingelassen sind. Es ist möglich, dass dazu die äußeren Blechpakete jeweils wenigstens eine Vertiefung aufweisen. Insbesondere sind die äußeren Magneteinheiten an der Bandage anliegend angeordnet. Insbesondere werden die äußeren Magneteinheiten durch die Bandage an den Rotorkern und insbesondere die äußeren Blechpakete gedrückt.
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Es ist bevorzugt, dass die äußeren Magneteinheiten im ausgerichteten Zustand durch das Umspritzen für die weitere Montage fixiert werden. Vorzugsweise werden die Hohlräume zwischen den äußeren Magneteinheiten und dem Rotorkern durch den Spritzwerkstoff wenigstens teilweise gefüllt.
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Eine solche Kombination aus inneren Magneteinheiten und äußeren Magneteinheiten bietet erhebliche Vorteile. Dadurch bietet die Erfindung einen besonders vorteilhaften Wirkungsgrad aufgrund der Nutzung des Reluktanzmoments und gleichzeitig eine erheblich verbesserte mechanische Festigkeit und zudem auch eine höhere Leistung aufgrund der besonders geringen Streuverluste. Dabei kann die Erfindung zugleich besonders unaufwendig und kostengünstig hergestellt werden. Zudem kann durch die Bandage und die Kombination der inneren und äußeren Magneteinheiten auf die üblicherweise vorgesehenen komplexen Flussbarrieren und deren aufwendige Einarbeitung in den Rotorkern verzichtet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird auf den äußeren Blechpaketen für jeden Rotorpol des Rotorkerns jeweils wenigstens eine weitere Magneteinheit von radial außen aufgesetzt. Insbesondere werden auf die weiteren Magneteinheiten von radial außen weitere äußere Blechpakete aufgesetzt, sodass die weiteren Magneteinheiten eingebettet werden und ebenfalls sogenannte im Rotorkern vergrabene Magneteinheiten bilden. Das bietet eine unaufwendige Möglichkeit zur Herstellung eines Rotors mit mehreren Lagen eingegrabener Magneteinheiten. Dabei ist möglich, zudem noch äußere Magneteinheiten vorgesehen sind. Dann werden die äußeren Magneteinheiten auf die weiteren äußeren Blechpakete gesetzt.
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Vorzugsweise schließen die weiteren äußeren Blechpakete den Rotor nach radial außen ab. Bevorzugt ist auch, dass auf die weiteren äußeren Blechpakete die äußeren Magneteinheiten, welche als Oberflächenmagneteinheiten dienen, aufgesetzt werden. Möglich ist auch, dass der Rotor nur innere und weitere Magneteinheiten umfasst. Es können mehrere Lagen innerer und/oder weiterer Magneteinheiten vorgesehen sein.
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Insbesondere werden alle Magneteinheiten und alle Blechpakete durch den Spritzwerkstoff fixiert. Insbesondere werden Hohlräume zwischen allen Magneteinheiten und allen Blechpaketen mit dem Spritzwerkstoff wenigstens teilweise gefüllt. Insbesondere werden alle Magneteinheiten und alle Blechpakete durch die Bandage befestigt und vorzugsweise nur durch die Bandage befestigt und vorzugsweise gegen ein Herausschleudern gesichert.
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Die erfindungsgemäße Rotoreinrichtung ist für eine elektrische Maschine und insbesondere für einen Fahrzeugantrieb für ein Elektrofahrzeug und/oder Hybridfahrzeug geeignet und ausgebildet. Die Rotoreinrichtung umfasst wenigstens einen Rotor mit wenigstens einem Rotorkern und einer Mehrzahl von Rotorpolen. Der Rotorkern umfasst wenigstens ein inneres Blechpaket. Der Rotorkern umfasst wenigstens zwei und insbesondere mehrere um das Innere Blechpakete radial herum angeordnete äußere Blechpakete. Zwischen dem inneren Blechpaket und den äußeren Blechpaketen ist für jeden Rotorpol jeweils wenigstens eine innere Magneteinheit angeordnet. Dabei sind das innere Blechpaket und die äußeren Blechpakete als separate und insbesondere getrennt voneinander radial montierbare Bauteile ausgebildet. Vorzugsweise werden wenigstens das innere Blechpaket und die äußeren Blechpakete und die inneren Magneteinheiten durch wenigstens einen Spritzgusswerkstoff und/oder wenigstens eine den Rotor radial umgebende Bandage zusammengehalten. Vorzugsweise werden diese Komponenten nur durch den Spritzwerkstoff und/oder die Bandage zusammengehalten.
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Auch die erfindungsgemäße Rotoreinrichtung löst die zuvor gestellte Aufgabe besonders vorteilhaft. Die erfindungsgemäße Rotoreinrichtung bietet viele Vorteile hinsichtlich Leistung und Wirkungsgrad und ist zudem besonders wirtschaftlich und kostengünstig herstellbar. Insbesondere wird die Rotoreinrichtung nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt. Insbesondere ist die Rotoreinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt zu werden. Insbesondere umfasst die Rotoreinrichtung auch die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen Komponenten bzw. Merkmale.
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Das innere Blechpaket kann sternförmig ausgebildet sein. Insbesondere sind die äußeren Blechpakete zwischen den Zacken des sternförmigen inneren Blechpakets angeordnet. Insbesondere erstreckt sich zwischen den Zacken jeweils wenigstens ein Teil eines Rotorpols. Insbesondere sind die äußeren Blechpakete keilförmig ausgebildet. Insbesondere werden die äußeren Blechpakete nach radial innen schmaler. Insbesondere sind zwischen dem inneren Blechpaket und den äußeren Blechpaketen Aussparungen vorgesehen, in welchen die Magneteinheiten anordenbar finden. Insbesondere sind als separate und radial montierbare Bauteile auch äußere und/oder weitere Magneteinheiten und/oder weitere äußere Blechpakete vorgesehen.
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Die äußeren Blechpakete stellen insbesondere jeweils wenigstens einen radialen Teilabschnitt des Umfangs des Rotors bereit. Die äußeren Blechpakete sind insbesondere radial zueinander beabstandet angeordnet. Insbesondere sind die äußeren Blechpakete radial benachbart angeordnet. Insbesondere sind die äußeren Blechpakete nicht axial benachbart. Insbesondere decken die äußeren Blechpakete und/oder mittleren Blechpakete die inneren und/oder weiteren und/oder äußeren Magneteinheiten auch wenigstens teilweise in bestimmungsgemäßer Drehrichtung und/oder gegen die Drehrichtung des Rotors seitlich ab. Es ist möglich, dass der Rotor aus mehreren axial hintereinander angeordneten Rotorsegmenten besteht. Das ermöglicht eine vereinfachte axiale Montage, bei welcher beispielsweise die einzelnen Segmente nacheinander axial auf die Rotorwelle aufgeschoben werden und dadurch den zuvor beschriebenen Rotor bilden.
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Die Magneteinheiten umfassen wenigstens einen Permanentmagneten oder sind als ein solcher ausgebildet. Die Magneteinheiten können im aufmagnetisierten Zustand oder im nicht aufmagnetisierten Zustand montiert werden.
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Die Anmelderin behält sich vor, eine elektrische Maschine zu beanspruchen, welche mit der zuvor beschriebenen Rotoreinrichtung ausgestattet ist. Die elektrische Maschine ist insbesondere als ein Fahrzeugantrieb für ein Elektrofahrzeug ausgebildet. Die elektrische Maschine umfasst wenigstens eine Rotoreinrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Die elektrische Maschine ist insbesondere als ein Elektromotor ausgebildet. Die elektrische Maschine kann auch als ein Generator ausgebildet sein. Die Maschine umfasst insbesondere einen Stator, in welchem die Rotoreinrichtung drehbar aufgenommen ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine stark schematisierte, perspektivische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2 eine stark schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung in einem Herstellungszustand nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer perspektivischen Ansicht;
- 3 die Rotoreinrichtung in einem anderen Herstellungszustand in einer perspektivischen Ansicht;
- 4 die Rotoreinrichtung in einem weiteren Herstellungszustand in einer perspektivischen Ansicht; und
- 5 die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Rotoreinrichtung in einer perspektivischen Ansicht.
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Die 1 bis 5 zeigen eine erfindungsgemäße Rotoreinrichtung 1, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Dabei ist eine fertig montierte Rotoreinrichtung in der 5 zu sehen. Die 1 bis 4 zeigen verschiedene Herstellungszustände der Rotoreinrichtung 1, um den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zu veranschaulichen. Die Rotoreinrichtung 1 kann zum Beispiel für eine hier nicht näher dargestellte elektrische Maschine 10 verwendet werden. Beispielsweise kann die Rotoreinrichtung 1 Teil eines hier nicht näher dargestellten Fahrzeugantriebs 100 bzw. Fahrmotors eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs sein. Die Maschine 10 ist hier eine permanent erregte Synchronmaschine.
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Die Rotoreinrichtung 1 weist einen Rotor 2 auf, welcher einen Rotorkern 3 und sechs Rotorpole 12 und zwölf innere Magneteinheiten 4 und sechs äußere Magneteinheiten 14 aufweist. Der Rotorkern 3 wird hier durch ein inneres Blechpaket 13 und die äußeren Blechpakete 23 gebildet. Der Rotor 2 ist hier mit einer Welleneinrichtung 22 ausgestattet, welche im fertig montierten Zustand die Rotorwelle sein kann. Während der Montage kann anstelle der Rotorwelle auch eine Hilfswelle als Welleneinrichtung 22 eingesetzt werden.
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Zur Befestigung der Komponenten und zum Sichern gegen ein Herausschleudern im Betrieb ist der Rotor 2 hier von einer Bandage 6 umgeben. Zudem ist hier die radiale Außenseite des Rotors 2 von einem Spritzwerkstoff 5 umgeben. Der Spritzwerkstoff 5 füllt Hohlräume im Inneren des Rotors 2, welche sich zwischen den einzelnen Komponenten und beispielsweise den Blechpaketen 13, 23 und den Magneteinheiten 4, 14 erstrecken.
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Zur Reduzierung von Streuverlusten ist der Rotor 2 hier mit magnetischen Flussbarrieren 6 ausgestattet. Die Flussbarrieren 7 sind als Hohlräume ausgebildet und erstrecken sich teilweise entlang der Magneteinheiten 4, 14 und sind vorzugsweise auch mit dem Spritzwerkstoff 5 gefüllt.
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In der 1 ist die von seiner radialen Außenseite ausgehende Montage des Rotors 2 besonders gut zu erkennen. Zur besseren Übersichtlichkeit ist hier nur ein axiales Segment des Rotors 2 gezeigt. Zudem sind hier nur die Komponenten eines einzelnen Rotorpols 12 gezeigt. Zur radialen Montage sind das innere Blechpaket 13 und die äußeren Blechpakete 23 getrennt bzw. als separate Bauteile ausgebildet.
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Zunächst wird das innere Blechpaket 13 auf die hier nicht dargestellte Welleneinrichtung 22 aufgezogen. Dazu kann beispielsweise ein Aufpressen auf die eigentliche Rotorwelle oder eine Montage auf einer Hilfswelle erfolgen.
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Auf dem inneren Blechpaket 13 werden nun die inneren Magneteinheiten 4 von radial außen angeordnet. Für jeden Rotorpol 12 sind hier zwei innere Magneteinheiten 4 vorgesehen, welche V-förmig zueinander angeordnet sind. Nach den inneren Magneteinheiten 4 folgt die Anordnung der äußeren Blechpakete 13 von radial außen.
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Für jeden Rotorpol 12 ist hier jeweils ein äußeres Blechpaket 23 vorgesehen. Auf jedes äußere Blechpaket 23 wird anschließend eine äußere Magneteinheit 14 gesetzt. Die äußeren Magneteinheiten 14 bilden hier Oberflächenmagneteinheiten und werden in der hier gezeigten Variante nicht durch weitere Blechpakete abgedeckt. Die äußeren Magneteinheiten 14 sind hier teilweise in die äußeren Blechpakete 93 eingelassen. Die Magneteinheiten 4, 14 können im aufmagnetisierten oder nicht aufmagnetisierten Zustand montiert werden.
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Soweit erforderlich, werden auch noch hier nicht näher dargestellte Komponenten montiert, wie zum Beispiel Sensormittel, elektrische Verbindungsmittel, Kühleinrichtungen und andere vorgesehene Bauteile. Nach der Anordnung werden die Komponenten vorzugsweise auch in ihrer bestimmungsgemäßen Position ausgerichtet.
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Die 2 zeigt die Rotoreinrichtung 1 nach der Montage, wie sie mit Bezug zu der 1 beschrieben wurde. Hier ist auch die Welleneinrichtung 22 dargestellt. Hier sind alle Rotorpole 12 bestückt.
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Anschließend werden die Hohlräume im Rotor 2 und beispielsweise Hohlräume zwischen den Magneteinheiten 4, 14 und den Blechpaketen 13, 23 und insbesondere auch die Flussbarrieren 7 mit dem Spritzwerkstoff 5 aufgefüllt. Das erfolgt beispielsweise im Spritzguss bzw. durch Umspritzen. Zur Steigerung der Festigkeit kann als Spritzwerkstoff 5 beispielsweise ein Kunststoff mit einer Faserverstärkung und zum Beispiel Glasfasern oder dergleichen vorgesehen sein. Die radiale Außenseite des Rotors 2 wird ebenfalls komplett oder teilweise mit dem Spritzwerkstoff 5 bedeckt. Das bietet eine sehr zuverlässige und genaue Fixierung der einzelnen Komponenten. Die Rotoreinrichtung 1 nach dem Umspritzen ist in der 3 dargestellt.
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Anschließend wird die Außenseite des Rotors 2 mechanisch und beispielsweise spanend bearbeitet. Dazu kann der Rotor 2 beispielsweise überschliffen und/oder überdreht werden. Dazu ist es besonders vorteilhaft, wenn die Außenseite vollständig mit dem Spritzwerkstoff 5 bedeckt ist, um eine gleichmäßige Oberfläche nach der mechanischen Bearbeitung zu gewährleisten. Bei geeigneter Qualität von Werkzeugen bzw. Vergussformen kann auf eine Nachbearbeitung des Rotors 2 auch verzichtet werden.
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Die 4 zeigt das Anbringen der Bandage 6 an dem Rotor 2. Beispielsweise wird die Bandage 6 mit oder ohne Heiss-Kalt-Prozess auf den Rotor 2 aufgepresst. Beispielsweise besteht die hier gezeigte Bandage 6 aus einem faserverstärkten Kunststoff oder einem Metallwerkstoff. In einer hier nicht gezeigten Ausgestaltung kann die Bandage 6 auch direkt auf den Rotor 2 aufgewickelt werden. Dazu wird beispielsweise ein faserverstärkter Kunststoff eingesetzt. Die 5 zeigt den Rotor 2 nach dem Montieren der Bandage 6.
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Die hier gezeigte radiale Montage kann auch bei anderen Anordnungen der Magneteinheiten 4, 14 angewendet werden. Beispielsweise können die Magneteinheiten 4 auch in einer Wannenform vorliegen oder es können mehrere Lagen V-förmig oder wannenförmig angeordneter Magneteinheiten 4 vorliegen. Die äußeren Magneteinheiten 14 können als Oberflächenmagnete oder ebenfalls als vergrabene Magnete (tangential liegend, in V- oder Wannenform) ausgeführt werden. Im Falle eines vergrabenen äußeren Magneten 14 wird dann ein weiteres äußeres Blechpaket montiert, welches direkt unterhalb der Bandage 6 angeordnet wird oder alternativ mit einem Oberflächenmagnet ausgestattet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019117691 [0003]
- DE 102019117686 [0003]
