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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus der
US2010/0117475 A1 bekannt, mit einem oder mehreren um eine Rotorachse drehbaren Rotorkörpern, die jeweils aus einem Stapel von Blechlamellen gebildet sind, wobei der bzw. die Rotorkörper jeweils mehrere Rotorpole aufweisen, wobei die Rotorpole jeweils durch entlang einer q-Achse verlaufende Polränder begrenzt sind, wobei in jedem Rotorpol eine Anordnung von Permanentmagneten und radial innerhalb der Anordnung von Permanentmagneten an den beiden Polrändern des Rotorpols jeweils ein Kanalteilquerschnitt vorgesehen ist, wobei die einander zugewandten Kanalteilquerschnitte zweier benachbarter Rotorpole einen gemeinsamen Kühlkanal bilden, wobei zwischen den beiden Kanalteilquerschnitten eines der Rotorpole jeweils ein Verbindungssteg gebildet ist, der einen radial außerhalb der Kühlkanäle liegenden äußeren Rotorpolabschnitt des jeweiligen Rotorpols mit einem radial innerhalb der Kühlkanäle liegenden inneren Rotorpolabschnitt desselben Rotorpols verbindet.
Die Blechlamellen der Rotorkörper können in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse auffedern, wenn Fügeverbindungen zwischen einzelnen Blechlamellen des Rotorkörpers mechanisch versagen.
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Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Auffedern der Blechlamellen im Rotorkörper vermieden wird, indem in zumindest einem der Rotorpole zumindest eines der Rotorkörper zumindest ein mit einer nichtmagnetischen Füllmasse gefüllter Füllkanal zum axialen Zusammenhalten des Rotors vorgesehen ist und dass der Füllkanal im Verbindungssteg oder an zumindest einem der Polränder zwischen einem der Kanalteilquerschnitte und der Anordnung von Permanentmagneten angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Füllkanals wird der Magnetkreis und damit die Leistung der elektrischen Maschine sowie die Drehzahlfestigkeit des Rotors nicht oder nur unwesentlich beeinflusst.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn der Füllkanal den Rotor in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse durchläuft, da durch die ausgehärtete Füllmasse im Füllkanal jeweils ein sich in axialer Richtung erstreckendes Halteelement gebildet wird, das den Rotor durchragt und durch das der Rotor jeweils in axialer Richtung zusammengehalten wird, so dass ein Auffedern der Blechlamellen des Rotors in axialer Richtung begrenzt oder verhindert ist. Ein besonders guter mechanischer Zusammenhalt wird erreicht, wenn die ausgehärtete Füllmasse bzw. das Halteelement in axialer Richtung aus dem Rotor vorsteht und den Rotor hintergreift.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der Füllkanal in Umfangsrichtung bezüglich der Rotorachse eine größere Erstreckung aufweist als in radialer Richtung, da auf diese Weise eine ausreichende Verdrehung der Rotorkörper zueinander zur Verringerung der Rastmomente der elektrischen Maschine möglich ist, ohne den jeweiligen Füllkanal und das im Füllkanal gebildete Halteelement am Übergang zum benachbarten Rotorkörper in axialer Richtung zu unterbrechen. Mit anderen Worten weist jeder Füllkanal am Übergang zum benachbarten Rotorkörper eine ausreichend große Überlappung mit einem der Füllkanäle des benachbarten Rotorkörpers auf.
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Nach vorteilhaften Ausgestaltungen kann der Füllkanal einen kreissegmentförmigen, nierenförmigen, sichelförmigen, schlitzförmigen oder rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
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Im Verbindungssteg eines der Rotorpole kann ein weiterer Kühlkanal vorgesehen sein. Sehr vorteilhaft ist es, wenn ein im Verbindungssteg liegender Füllkanal radial außerhalb des weiteren Kühlkanals liegt, da auf diese Weise das Werkzeug zum Befüllen der Füllkanäle einfacher und günstiger gestaltet werden kann und mit dem ohnehin benötigten Werkzeug zum Befüllen der im Rotor ausgebildeten Taschen für die Permanentmagnete leicht kombiniert werden kann.
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Auch vorteilhaft ist, wenn ein an einem der Polränder liegender Füllkanal eines der Rotorpole mit einem an demselben Polrand liegenden Füllkanal eines benachbarten Rotorpols einen gemeinsamen Füllkanal bildet, da auf diese Weise ein besonders stabiles Halteelement im Füllkanal erreicht wird. Außerdem wird eine homogene Verteilung der die Blechlamellen zusammenhaltenden Axialkräfte über die Rotorpole erzielt.
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Des Weiteren vorteilhaft ist, wenn die inneren Rotorpolabschnitte aller Rotorpole eines der Rotorkörper einen Nabenabschnitt bilden, wobei der Nabenabschnitt einen Wellendurchgang zum Anordnen des Rotorkörpers auf einer Welle aufweist, wobei die radial innerste Kante eines der Kühlkanäle auf einem ersten Durchmesser bezüglich der Rotorachse liegt und der Wellendurchgang einen zweiten Durchmesser aufweist, wobei das Verhältnis des ersten Durchmessers zu dem zweiten Durchmesser im Bereich zwischen 1,1 und 1,4 liegt. Auf diese Weise ist eine sichere Verbindung zwischen der Welle und dem Blechpaket im rotierenden Betrieb gewährleistet.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Anordnung von Permanentmagneten radial außerhalb eines bestimmten Schwellendurchmessers angeordnet ist, wobei der Schwellendurchmesser sich ergibt aus dem Produkt von einem Faktor A und dem zweiten Durchmesser, wobei der Faktor A im Bereich zwischen 1,7 und 2,1 liegt. Auf diese Weise ist eine optimale Lage des Füllkanals erreicht, bei der es keinen negativen Einfluss des Füllkanals auf den Magnetkreis gibt.
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Vorteilhaft ist, wenn ein an einem der Polränder liegender Füllkanal jeweils radial außerhalb eines der Kühlkanäle und radial innerhalb des Schwellendurchmessers liegt. Auf diese Weise hat der Füllkanal keine negativen Einfluss auf den Magnetkreis. Außerdem kann das Werkzeug zum Füllen der Füllkanäle einfach und kostengünstig ausgeführt werden.
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Außerdem vorteilhaft ist, wenn zwischen dem jeweiligen Füllkanal und einem benachbarten Kühlkanal bzw. weiteren Kühlkanal ein Trennsteg vorgesehen ist, dessen in radialer Richtung zu messende Breite sich ergibt aus dem Produkt eines Faktors C und der Differenz zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser, wobei der Faktor C im Bereich zwischen 0,02 und 0,26 liegt. Auf diese Weise wird ein minimal dünner Trennsteg erreicht, so dass genügend Querschnittsfläche für den jeweiligen Kühlkanal bleibt.
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Figurenliste
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt im Schnitt einen von mehreren Rotorpolen eines Rotors einer elektrischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 im Schnitt einen von mehreren Rotorpolen eines Rotors einer elektrischen Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
- 3 eine Schnittansicht des Rotors entlang der Linie III-III in 2.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt im Schnitt einen von mehreren, beispielsweise identisch ausgebildeten Rotorpolen eines Rotors einer elektrischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Der Rotor 1 einer elektrischen Maschine umfasst einen oder mehrere um eine Rotorachse 2 drehbare Rotorkörper 3, die jeweils aus einem Stapel von Blechlamellen 4 gebildet sind. Jeder Rotorkörper 3 weist jeweils mehrere Rotorpole 5 auf. Die Rotorpole 5 sind jeweils durch entlang einer sogenannten q-Achse verlaufende Polränder 6 begrenzt. In jedem Rotorpol 5 ist eine Anordnung 8 von Permanentmagneten 7 vorgesehen. Radial innerhalb der Anordnung 8 von Permanentmagneten 7 ist an den beiden Polrändern 6 des jeweiligen Rotorpols 5 jeweils ein Kanalteilquerschnitt 10 zur Kühlung des Rotors 1 angeordnet, wobei die einander zugewandten Kanalteilquerschnitte 10 zweier benachbarter Rotorpole 5 einen gemeinsamen Kühlkanal 11 bilden. Zwischen den beiden an den Polrändern 6 liegenden Kanalteilquerschnitten 10 eines der Rotorpole 5 ist jeweils ein Verbindungssteg 12 gebildet, der einen radial außerhalb der Kühlkanäle 11 liegenden äußeren Rotorpolabschnitt 5.1 des jeweiligen Rotorpols 5 mit einem radial innerhalb der Kühlkanäle 11 liegenden inneren Rotorpolabschnitt 5.2 desselben Rotorpols 5 verbindet.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in zumindest einem der Rotorpole 5 zumindest eines der Rotorkörper 3 zumindest ein mit einer nichtmagnetischen Füllmasse 15 gefüllter Füllkanal 16 zum axialen Zusammenhalten des Rotors 1 vorgesehen ist und dass der Füllkanal 16 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in 1 im Verbindungssteg 12 oder gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 an zumindest einem der Polränder 6 zwischen einem der Kanalteilquerschnitte 10 und der Anordnung 8 von Permanentmagneten 7 angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Rotors wird ein Auffedern der Blechlamellen 4 im jeweiligen Rotorkörper 3 vermieden oder verringert.
Die nichtmagnetische Füllmasse 15 wird in den jeweiligen Füllkanal 16 eingefüllt oder eingegossen und bildet in dem jeweiligen Füllkanal 16 nach einer Aushärtung ein mechanisches Halteelement, das den Rotor 1 in axialer Richtung zusammenhält. Das Material der Füllmasse 15 ist beispielsweise ein Kunststoff, insbesondere ein Duroplast.
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Der Füllkanal 16 durchläuft den Rotorkörper 3 und beispielsweise auch den gesamten Rotor 1 in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2. Die Füllmasse 15 des Füllkanals 15 kann in axialer Richtung aus dem Rotor 1 vorstehen und den Rotor 1 hintergreifen, um das Auffedern der Blechlamellen 4 des Rotors 1 in axialer Richtung besonders gut zu begrenzen.
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Nach dem ersten Ausführungsbeispiel hat der Füllkanal 16 einen rechteckförmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt. Im Verbindungssteg 12 eines der Rotorpole 5 kann ein weiterer Kühlkanal 17 vorgesehen sein. In diesem Fall wäre ein im Verbindungssteg 12 liegender Füllkanal 16 beispielsweise radial außerhalb des weiteren Kühlkanals 17 angeordnet.
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2 im Schnitt drei von mehreren, beispielsweise identisch ausgebildeten Rotorpolen eines Rotors einer elektrischen Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dem Rotor nach 2 sind die gegenüber dem Rotor nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist zumindest ein Füllkanal 16 mit einer Füllmasse 15 an einem der Polränder 6 eines der Rotorpole 5 ausgebildet. Beispielsweise weist jeder Rotorpol 5 an seinen beiden Polrändern 6 einen mit der Füllmasse 15 befüllten Teilquerschnitt 16.1 des Füllkanals 16 auf. Dabei bildet beispielsweise ein Teilquerschnitt 16.1 eines der Rotorpole 5 mit einem an demselben Polrand 6 liegenden Teilquerschnitt 16.1 eines benachbarten Rotorpols 5 einen gemeinsamen Füllkanal 16.
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Der Füllkanal 16 weist nach dem zweiten Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung bezüglich der Rotorachse 2 gesehen eine größere Erstreckung auf als in radialer Richtung. Der Füllkanal 16 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel kann, wie in 2 beispielhaft am rechten Polrand 6 des mittleren Rotorpols 5 gezeigt, einen schlitzförmigen Querschnitt, oder, wie in 2 beispielhaft am linken Polrand 6 des mittleren Rotorpols 5 gezeigt, einen kreissegmentförmigen Querschnitt haben.
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Die inneren Rotorpolabschnitte 5.2 aller Rotorpole 5 eines der Rotorkörper 3 bilden einen Nabenabschnitt 20, der einen Wellendurchgang 21 zum Anordnen des Rotorkörpers 3 auf einer Welle 22 aufweist. Die radial innerste Kante eines der Kühlkanäle 11 liegt auf einem ersten Durchmesser D1 bezüglich der Rotorachse 2. Der Wellendurchgang 21 hat einen zweiten Durchmesser D2. Beispielsweise liegt das Verhältnis des ersten Durchmessers D1 zu dem zweiten Durchmesser D2 im Bereich zwischen 1,1 und 1,4.
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Die Anordnung 8 von Permanentmagneten 7 ist nach dem zweiten Ausführungsbeispiel in dem jeweiligen Rotorpol 5 radial außerhalb eines bestimmten Schwellendurchmessers D3 angeordnet. Dieser Schwellendurchmesser D3 ergibt sich beispielsweise aus dem Produkt von einem Faktor A und dem zweiten Durchmesser D2, wobei der Faktor A im Bereich zwischen 1,7 und 2,1 liegt.
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Der zumindest eine Füllkanal 16 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist jeweils radial außerhalb eines der Kühlkanäle 11 und radial innerhalb des Schwellendurchmessers D3 angeordnet.
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Zwischen dem jeweiligen Füllkanal 16 und einem benachbarten Kühlkanal 11 bzw. weiteren Kühlkanal 17 ist jeweils ein Trennsteg 25 vorgesehen, dessen in radialer Richtung zu messende minimale Breite B sich ergibt aus dem Produkt eines Faktors C und der Differenz zwischen dem ersten Durchmesser D1 und dem zweiten Durchmesser D2, wobei der Faktor C im Bereich zwischen 0,02 und 0,26 liegt.
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3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Rotors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Der Rotor 1 nach 3 weist mehrere Rotorkörper 3 auf, die in Umfangsrichtung bezüglich der Rotorachse 2 gesehen beispielsweise zueinander verdreht sind. Dadurch sind auch die Füllkanäle 16 der Rotorkörper 3 zueinander verdreht, und zwar beispielsweise derart, dass die Füllkanäle 16 eines der Rotorkörper 3 jeweils zu den Füllkanälen 16 der benachbarten Rotorkörper 3 überlappen und dadurch jeder Füllkanal 16 in axialer Richtung durchgängig, also ohne Unterbrechung durch den gesamten Rotor 1 verläuft.
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Eine elektrische Maschine kann den erfindungsgemäßen Rotor 1 und einen Stator 28 mit einer elektrischen Wicklung 29 umfassen. Der Rotor 1 kann beispielsweise von dem Stator 28 umschlossen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0117475 A1 [0001]
