DE102019207883A1

DE102019207883A1 - Rotor einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102019207883A1
Application number: DE102019207883.4A
Authority: DE
Inventors: Dominik Flore
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-12-03
Also published as: WO2020239349A1

Abstract

Es sind schon Rotoren einer elektrischen Maschine bekannt, mit zumindest einem, um eine Rotorachse drehbaren Rotorkörper, an dem jeweils ein Wellendurchgang zur Verbindung mit einer Rotorwelle und jeweils mehrere Rotorpole vorgesehen sind, die jeweils eine in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse verlaufende d-Achse aufweisen und in denen jeweils eine Anordnung von Permanentmagneten vorgesehen ist, wobei der Rotorkörper jeweils mehrere Kühlkanäle aufweist, die zwischen dem Wellendurchgang und den Anordnungen von Permanentmagneten in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Kühlkanäle eine Gruppe von ersten Kühlkanälen und eine Gruppe von gegenüber den ersten Kühlkanälen im Querschnitt kleineren zweiten Kühlkanälen umfassen, wobei die zweiten Kühlkanäle in Umfangsrichtung gesehen jeweils zwischen zwei der ersten Kühlkanäle angeordnet sind. Die zweiten Kühlkanäle sind jeweils derart zwischen den ersten Kühlkanälen angeordnet, dass sie mit den jeweils benachbarten ersten Kühlkanälen hinsichtlich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung überlappen. Dadurch kann der Rotorkörper in radialer Richtung zu elastisch ausgebildet sein, so dass ein zwischen dem Rotor und einem zugeordneten Stator gebildeter Luftspalt unzulässig stark variiert.Bei dem erfindungsgemäßen Rotor wird die mechanische Steifigkeit des Rotors erhöht.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die ersten Kühlkanäle (12.1) und die zweiten Kühlkanäle (12.2) hinsichtlich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung überlappungsfrei zueinander angeordnet sind.

Description

Stand der Technik
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 DE10 2017 209 247 A1 bekannt, mit zumindest einem, um eine Rotorachse drehbaren Rotorkörper, an dem jeweils ein Wellendurchgang zur Verbindung mit einer Rotorwelle und jeweils mehrere Rotorpole vorgesehen sind, die jeweils eine in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse verlaufende d-Achse aufweisen und in denen jeweils eine Anordnung von Permanentmagneten vorgesehen ist, wobei der Rotorkörper jeweils mehrere Kühlkanäle aufweist, die zwischen dem Wellendurchgang und den Anordnungen von Permanentmagneten in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Kühlkanäle eine Gruppe von ersten Kühlkanälen und eine Gruppe von gegenüber den ersten Kühlkanälen im Querschnitt kleineren zweiten Kühlkanälen umfassen, wobei die zweiten Kühlkanäle in Umfangsrichtung gesehen jeweils zwischen zwei der ersten Kühlkanäle angeordnet sind. Die zweiten Kühlkanäle sind jeweils derart zwischen den ersten Kühlkanälen angeordnet, dass sie mit den jeweils benachbarten ersten Kühlkanälen hinsichtlich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung überlappen. Dadurch kann der Rotorkörper in radialer Richtung zu elastisch ausgebildet sein, so dass ein zwischen dem Rotor und einem zugeordneten Stator gebildeter Luftspalt unzulässig stark variiert.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Rotor mechanisch steifer ausgebildet ist, indem die ersten Kühlkanäle und die zweiten Kühlkanäle hinsichtlich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung überlappungsfrei zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten ausgedrückt ist jeweils zwischen zwei benachbarten ersten Kühlkanälen ein stegförmiger Zwischenraum gebildet, in dem einer der zweiten Kühlkanäle angeordnet ist, wodurch der stegförmige Zwischenraum in zwei Stege geteilt wird.
Durch die steifere Ausführung ist die rotationsbedingte elastische Verformung des Rotors am Außenumfang lokal weniger stark, so dass sich der Luftspalt der elektrischen Maschine im Betrieb der elektrischen Maschine lokal weniger verändert. Dadurch kann bei der Auslegung der elektrischen Maschine ein kleinerer Luftspalt vorgesehen werden, so dass mit der elektrischen Maschine ein höheres Drehmoment und eine höhere Leistung erreichbar ist. Weil sich der Luftspalt während des Betriebs durch rotationsbedingte Aufweitung weniger stark ändert, kann die elektrische Maschine auf diese engere Luftspaltvarianz optimal ausgelegt werden und weist dadurch eine geringere Drehmomentwelligkeit und weniger Laufgeräusche auf.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors einer elektrischen Maschine möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn zwischen einem der ersten Kühlkanäle und einem benachbarten zweiten Kühlkanal jeweils ein Steg gebildet ist, dessen imaginäre Verlängerung in den Wellendurchgang oder am Wellendurchgang vorbei führt und insbesondere geradlinig, gewölbt oder gebogen verläuft. Auf diese Weise können die mechanischen Kräfte im Rotorkörper optimal, also spannungsarm, von radial außerhalb der Stege über die Stege nach radial innerhalb der Stege in einen Naben- oder Ringabschnitt des Rotorkörpers geleitet werden.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die ersten Kühlkanäle in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse über eine radial innerste Kante der Anordnung von Permanentmagneten hinausragen. Auf diese Weise wird die Kühlwirkung der ersten Kühlkanäle weiter erhöht.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn in einem der Rotorpole jeweils zwei Hälften zweier erster Kühlkanäle und ein zweiter Kühlkanal vorgesehen ist, wobei der zweite Kühlkanal jeweils symmetrisch zur d-Achse des jeweiligen Rotorpols und die beiden Hälften der ersten Kühlkanäle spiegelsymmetrisch bezüglich der d-Achse angeordnet sind. Durch die Anordnung werden im Rotorkörper speichenförmige Stege ermöglicht.
Auch vorteilhaft ist, wenn die Permanentmagnete einer der Anordnungen von Permanentmagneten jeweils spiegelsymmetrisch zur d-Achse des jeweiligen Rotorpols angeordnet sind. Auf diese Weise wird pro Rotorpol ein symmetrisches Luftspaltfeld erzeugt, was zu einem geräuscharmen Betrieb führt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Zeichnung zeigt eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Rotors einer elektrischen Maschine mit mehreren Rotorpolen.
Der Rotor 1 einer elektrischen Maschine weist zumindest einen um eine Rotorachse 2 drehbaren Rotorkörper 3 auf, an dem jeweils ein Wellendurchgang 4 zur Verbindung mit einer Rotorwelle 5 und jeweils mehrere Rotorpole 8 vorgesehen sind. Die Rotorpole 8 haben jeweils eine in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 verlaufende sogenannte d-Achse 9 und umfassen jeweils eine Anordnung 10 von Permanentmagneten 11.
Der Rotorkörper 3 ist beispielsweise als Blechlamellenpaket ausgebildet, das eine Vielzahl von Blechlamellen umfasst.
Am Rotorkörper 3 sind jeweils mehrere Kühlkanäle 12 ausgebildet, die in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 verlaufen und zwischen dem Wellendurchgang 4 und den Anordnungen 10 von Permanentmagneten 11 in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die Kühlkanäle 12 umfassen eine Gruppe von ersten Kühlkanälen 12.1 und eine Gruppe von gegenüber den ersten Kühlkanälen 12.1 im Querschnitt kleineren zweiten Kühlkanälen 12.2. Die zweiten Kühlkanäle 12.2 sind in Umfangsrichtung gesehen jeweils zwischen zwei der ersten Kühlkanäle 12.1 angeordnet.
Der Rotor 1 kann in bekannter Weise von einem Stator 14 der elektrischen Maschine umschlossen sein, wobei zwischen dem Stator 14 und dem Rotor 1 ein Luftspalt 15 gebildet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die ersten Kühlkanäle 12.1 und die zweiten Kühlkanäle 12.2 des Rotors 1 hinsichtlich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung überlappungsfrei zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten ausgedrückt ist jeweils zwischen zwei benachbarten ersten Kühlkanälen 12.1 ein stegförmiger Zwischenraum 18 gebildet, in dem einer der zweiten Kühlkanäle 12.2 angeordnet ist, wodurch der stegförmige Zwischenraum 18 in zwei Stege 16 geteilt wird.
Durch die erfindungsgemäße Ausführung wird die mechanische Steifigkeit des Rotors 1 erhöht. Durch die steifere Ausführung des Rotors 1 ist die elastische Verformung des Rotors 1 am Außenumfang im Betrieb, also bei Rotation des Rotors 1, lokal weniger stark, so dass sich der Luftspalt 15 der elektrischen Maschine im Betrieb lokal weniger verändert. Dadurch kann eine geringere Drehmomentwelligkeit der elektrischen Maschine erreicht werden. Außerdem werden durch die erfindungsgemäße Ausführung bei der Rotation des Rotors 1 weniger Laufgeräusche erzeugt.
Zwischen einem der ersten Kühlkanäle 12.1 und einem benachbarten zweiten Kühlkanal 12.2 ist jeweils ein Steg 16 gebildet, dessen imaginäre Verlängerung in den Wellendurchgang 4 führt oder außerhalb des Wellendurchgangs 4 am Wellendurchgang 4 vorbeiführt und der beispielsweise geradlinig, gewölbt oder gebogen verläuft. Die Stege 16 eines Rotorpols 8 verbinden jeweils einen radial äußeren Rotorpolabschnitt 8a mit einem radial inneren Rotorpolabschnitt 8i, wobei die radial inneren Rotorpolabschnitte 8i aller Rotorpole 8 des Rotorkörpers 3 gemeinsam einen Ring- oder Nabenabschnitt 3i bilden, der den Wellendurchgang 4 aufweist.
Die ersten Kühlkanäle 12.1 können einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann der Querschnitt der ersten Kühlkanäle 12.1 eine Dreieckform mit gerundeten Ecken oder eine Drachenform mit zur Anordnung 10 hin konvergierenden Seitenflächen haben. Die zweiten Kühlkanäle 12.2 können ebenfalls einen beliebigen Querschnitt haben. Beispielsweise ist der Querschnitt der zweiten Kühlkanäle 12.2 kreisförmig, ellipsenförmig, viereckförmig, insbesondere mit zwei parallelen und zwei konvergierenden Seiten, oder rechteckförmig ausgebildet.
Die ersten Kühlkanäle 12.1 können beispielsweise in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 über eine radial innerste Kante 17 der Anordnung 10 von Permanentmagneten 11 hinausragen, wie in der Zeichnung gestrichelt dargestellt.
In einem der Rotorpole 8 des Rotorkörpers 3 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel jeweils zwei Hälften zweier erster Kühlkanäle 12.1 und ein zweiter Kühlkanal 12.2 vorgesehen, wobei der zweite Kühlkanal 12.2 jeweils symmetrisch zur d-Achse 9 des jeweiligen Rotorpols 8 und die beiden Hälften der ersten Kühlkanäle 12.1 spiegelsymmetrisch bezüglich der d-Achse 9 und an einem Rand (q-Achse) des Rotorpols 9 liegend angeordnet sind.
Die Permanentmagnete 11 einer der Anordnungen 10 von Permanentmagneten 11 sind beispielsweise jeweils spiegelsymmetrisch zur d-Achse 9 des jeweiligen Rotorpols 8 angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017209247 A1 [0001]

Claims

Rotor einer elektrischen Maschine mit zumindest einem, um eine Rotorachse (2) drehbaren Rotorkörper (3), an dem jeweils ein Wellendurchgang (4) zur Verbindung mit einer Rotorwelle (5) und jeweils mehrere Rotorpole (8) vorgesehen sind, die jeweils eine in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse (2) verlaufende d-Achse (9) aufweisen und in denen jeweils eine Anordnung (10) von Permanentmagneten (11) vorgesehen ist, wobei der Rotorkörper (3) jeweils mehrere Kühlkanäle (12) aufweist, die zwischen dem Wellendurchgang (4) und den Anordnungen (10) von Permanentmagneten (11) in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Kühlkanäle (12) eine Gruppe von ersten Kühlkanälen (12.1) und eine Gruppe von gegenüber den ersten Kühlkanälen (12.1) im Querschnitt kleineren zweiten Kühlkanälen (12.2) umfassen, wobei die zweiten Kühlkanäle (12.2) in Umfangsrichtung gesehen jeweils zwischen zwei der ersten Kühlkanäle (12.1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kühlkanäle (12.1) und die zweiten Kühlkanäle (12.2) hinsichtlich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung überlappungsfrei zueinander angeordnet sind.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem der ersten Kühlkanäle (12.1) und einem benachbarten zweiten Kühlkanal (12.2) jeweils ein Steg (16) gebildet ist, dessen imaginäre Verlängerung in den Wellendurchgang (4) oder am Wellendurchgang (4) vorbei führt und insbesondere geradlinig, gewölbt oder gebogen verläuft.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kühlkanäle (12.1) in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse (2) über eine radial innerste Kante (17) der Anordnung (10) von Permanentmagneten (11) hinausragen.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der ersten Kühlkanäle (12.1) dreieckförmig oder drachenförmig ausgebildet ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der zweiten Kühlkanäle (12.2) kreisförmig, ellipsenförmig oder viereckförmig ausgebildet ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Rotorpole (8) jeweils zwei Hälften zweier erster Kühlkanäle (12.1) und ein zweiter Kühlkanal (12.2) vorgesehen ist, wobei der zweite Kühlkanal (12.2) jeweils symmetrisch zur d-Achse (9) des jeweiligen Rotorpols (8) und die beiden Hälften der ersten Kühlkanäle (12.1) spiegelsymmetrisch bezüglich der d-Achse (9) angeordnet sind.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (11) einer der Anordnungen (10) von Permanentmagneten (11) jeweils spiegelsymmetrisch zur d-Achse (9) des jeweiligen Rotorpols (8) angeordnet sind.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (3) als Blechlamellenpaket ausgebildet ist, das eine Vielzahl von Blechlamellen umfasst.
Elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.