-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Elektromotors, mit einem Abschleuderschutz für am Rotor angeordnete Magneten. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor.
-
Es gibt Bauarten von elektrischen Maschinen, welche an einem Rotor eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweisen. Bei hohen Drehzahlen besteht hierbei die Gefahr, dass sich die Magnete aufgrund der Fliehkraft vom Rotor lösen und entsprechende Schäden an der elektrischen Maschine verursachen. Üblicherweise werden die Magnete dabei am Rotor mittels Kleben verbunden. Aus der
DE 295 10 521 U1 ist es ferner bekannt, eine umschließende Hülse um ein Rotorpaket mit Magneten anzuordnen. Allerdings ist die in dieser Druckschrift genannte elektrische Maschine ein Schrittmotor, so dass das oben beschriebene Szenario des Abschleuderns von Magneten vom Rotor nicht gegeben ist. Ein weiteres Problem bei Verwendung einer Hülse als Schleuderschutz liegt darin, dass die Hülse entweder mit Spiel zu den Magneten montiert wird oder die Hülse mittels einer Presspassung über die Magneten übergestülpt wird. Hierbei können die Magnete schon allein durch die Montage beschädigt werden. Ferner wirken hohe Kräfte im Betrieb auf die Magnete, welche ebenfalls zu Schäden führen können. Bei einem Spiel zwischen Hülse und Magneten besteht die Gefahr, dass, wenn sich die Magnete lösen, diese in dem Zwischenraum zwischen der Hülse und dem Rotor vibrieren und zu Schäden führen. Von daher besteht die Notwendigkeit, insbesondere bei hochdrehenden elektrischen Maschinen, einen verbesserten Rotor bereitzustellen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein Abschleudern von Magneten im Betrieb aufgrund von hohen Fliehkräften, auch bei sehr hohen Drehzahlen, wirksam vermieden werden kann. Der erfindungsgemäße Abschleuderschutz verhindert hierbei auch eine Beschädigung der Magneten bei der Montage des Schutzes. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Rotor einen Rotorkern und eine Vielzahl von Magneten, insbesondere Permanentmagneten, welche an einem Außenumfang des Rotorkerns angeordnet sind, umfasst. Ferner ist eine zylindrische Schutzhülse vorgesehen, welche an einem Außenumfang der Magnete angeordnet ist. Die zylindrische Schutzhülse umschließt dabei die Magneten in Umfangsrichtung. Dabei weist die zylindrische Schutzhülse eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen auf, derart, dass die Schutzhülse in Radialrichtung des Rotors elastisch ist. Somit kann bei der Montage die Schutzhülse etwas aufgeweitet werden, um eine beschädigungsfreie Montage der Schutzhülse über den Magneten zu ermöglichen. Somit wird die Schutzhülse bei der Montage in Radialrichtung aufgeweitet. Sobald die Schutzhülse auf der entsprechend gewünschten Position angeordnet ist, wird die Schutzhülse freigegeben, so dass sich die Schutzhülse elastisch in ihre Ausgangsposition radial nach innen zusammenzieht und somit an den Magneten des Rotors anliegt. Somit bringt die Schutzhülse eine radial nach innen gerichtete Kraft im montierten Zustand auf die Magneten auf, so dass ein Verlieren der Schutzhülse im Betrieb des Rotors verhindert wird. Eine Auslegung der radial nach innen gerichteten Kraft wird dabei derart ausgeführt, dass die Kraft nicht zu groß ist, um Beschädigungen der Magneten zu vermeiden. Andererseits darf die Kraft auch nicht zu klein sein, um ein Lösen der Schutzhülse von den Magneten im Betrieb des Rotors zu vermeiden. Die Elastizität der Hülse wird dabei durch eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen in der Hülse erreicht.
-
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Vorzugsweise sind die Durchgangsöffnungen in der Schutzhülse in Axialrichtung des Rotors länglich ausgebildet. Hierdurch wird insbesondere in Umfangsrichtung der Schutzhülse eine gewisse Steifigkeit sichergestellt, um ein Aufweiten der Schutzhülse durch Fliehkräfte im Betrieb zu vermeiden.
-
Besonders bevorzugt weisen die Durchgangsöffnungen eine rechteckige Form auf. Die rechteckige Form der Durchgangsöffnung weist weiter bevorzugt abgerundete Ecken auf. Dadurch sind die Durchgangsöffnungen als Langlöcher mit abgerundeten Ecken ausgebildet.
-
Um eine einfache und sichere und insbesondere beschädigungsfreie Montage der Schutzhülse zu ermöglichen, weist die Schutzhülse an einem Ende davon einen aufgeweiteten Bereich auf. Ausgehend von einer Stirnseite des Endes der Schutzhülse verjüngt sich der Bereich nach innen, bis zu einem zylindrischen Hauptbereich der Schutzhülse. Dadurch wird eine Montage der Schutzhülse über die Magnete des Rotors deutlich vereinfacht.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schutzhülse ausschließlich in Radialrichtung. Dadurch wird sichergestellt, dass insbesondere bei der Montage keine Formveränderung der Schutzhülse in axialer Richtung des Rotors erfolgt. Alternativ bevorzugt ist die Elastizität der Schutzhülse in Radialrichtung größer als in Axialrichtung.
-
Besonders bevorzugt weist dabei die Schutzhülse in Axialrichtung des Rotors durchgehende Basisbereiche auf. Diese Basisbereiche bilden somit linienförmige Materialbereiche parallel zur Axialrichtung des Rotors, wodurch insbesondere eine axiale Elastizität der Schutzhülse verhindert wird. Dadurch kann auf einfache Weise eine ausschließlich in Radialrichtung vorhandene Elastizität der Schutzhülse sichergestellt werden.
-
Weiter bevorzugt weist die Schutzhülse in Umfangsrichtung eine Vielzahl von zueinander parallelen Verbindungsbereichen zwischen den Basisbereichen auf. An diesen Verbindungsbereichen treten bei der Montage Zugkräfte auf, so dass eine ausschließlich Aufweitung der Schutzhülse in Radialrichtung möglich ist. Die Verbindungsbereiche sind vorzugsweise entlang des Umfangs der Schutzhülse alle gleich ausgebildet.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind alle Durchgangsöffnungen der Schutzhülse gleich ausgebildet. Dadurch kann insbesondere die Herstellbarkeit der Schutzhülse sehr kostengünstig ermöglicht werden.
-
Weiter bevorzugt sind in Umfangsrichtung des Rotors abwechselnd eine erste Reihe von drei umlaufend geschlossenen ersten Durchgangsöffnungen benachbart zu einer zweiten Reihe von zwei umlaufend geschlossenen zweiten Durchgangsöffnungen angeordnet. Mit anderen Worten sind entlang des Umfangs der Schutzhülse abwechselnd drei geschlossene Durchgangsöffnungen und dann zwei geschlossene Durchgangsöffnungen angeordnet.
-
Weiter bevorzugt umfasst die Schutzhülse eine in Axialrichtung verlaufende Schweißnaht oder eine andere Verbindungsnaht z.B. Formschluss oder Materialschluss. Dadurch kann die Schutzhülse beispielsweise aus einem Flachmaterial hergestellt werden, wobei in das Flachmaterial zuerst die Durchgangsöffnungen beispielsweise durch Stanzen oder Lasern eingebracht werden und anschließend das Flachmaterial gerollt wird und an den Stoßkanten durch Schweißen oder eine andere Verbindungsart miteinander verbunden werden. Dadurch ergibt sich eine in Axialrichtung des Rotors durchgängige Verbindungsnaht. Alternativ wird die Schutzhülse aus einer zylindrischen Hülse hergestellt, in welche beispielsweise mittels Lasern oder Stanzen die entsprechenden Durchgangsöffnungen eingebracht werden.
-
Weiter bevorzugt ist die Schutzhülse aus Edelstahl hergestellt. Alternativ sind auch andere nichtmagnetische Materialen zulässig.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Rotorkern ein Blechpaket, umfassend eine Vielzahl von flächigen Blechen.
-
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Maschine, umfassend einen erfindungsgemäßen Rotor mit Schutzhülse.
-
Figurenliste
-
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Rotors einer elektrischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Schutzhülse des Rotors von 1,
- 3 eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich der Schutzhülse von 2,
- 4 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Schutzhülse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 5 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Schutzhülse gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
-
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein Rotor 1 mit einer Schutzhülse 4 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
-
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Rotor 1 einen Rotorkern 2, welcher eine Vielzahl von Blechen 20 umfasst. Die Bleche 20 sind als Blechpaket gestapelt. Weiterhin bezeichnet das Bezugszeichen 5 eine Rotorwelle, wobei die Vielzahl der Bleche 20 auf der Rotorwelle 5 fixiert sind.
-
Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, sind am äußeren Umfang des Rotorkerns eine Vielzahl von Magneten 3 entlang des Umfangs des Rotorkerns angeordnet. Die Magneten 3 sind beispielsweise mittels einer Klebeverbindung mit dem Rotorkern 2 verbunden.
-
Um im Betrieb ein Abschleudern der Magnete 3 vom Rotorkern 2 zu verhindern, ist ferner eine Schutzhülse 4 vorgesehen. Wie aus 1 ersichtlich ist, umgibt die Schutzhülse 4 die Magneten 3 in Umfangsrichtung.
-
Die Schutzhülse 4 ist zylindrisch ausgebildet und weist eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 40 auf.
-
Wie im Detail aus den 2 und 3 ersichtlich ist, sind die Durchgangsöffnungen 40 in einer Axialrichtung X-X des Rotors als längliche, rechteckige Durchgangsöffnungen mit abgerundeten Ecken ausgebildet.
-
Wie aus 3 im Detail ersichtlich ist, sind in Umfangsrichtung benachbarte Durchgangsöffnungen zueinander in Axialrichtung versetzt angeordnet. Der Versatz beträgt dabei die Hälfte der axialen Länge der Durchgangsöffnungen 40. Dadurch ergeben sich in diesem Ausführungsbeispiel in Axialrichtung X-X in einer ersten Reihe 401 drei in Reihe angeordnete geschlossene Durchgangsöffnungen 40a. Benachbart zu dieser ersten Reihe 401 sind in einer zweiten Reihe 402 nur zwei geschlossene Durchgangsöffnungen 40b vorgesehen. Weiterhin sind zwei halbe Öffnungen an den beiden axialen Enden der Schutzhülse 4 in der zweiten Reihe 402 vorgesehen.
-
Weiterhin ist der Aufbau der Schutzhülse 40 derart, dass in Axialrichtung X-X zueinander parallele durchgehende Basisbereiche 42 zwischen den jeweils versetzt zueinander angeordneten Durchgangsöffnungen 40 vorgesehen sind. Die durchgehenden Basisbereiche 42 stellen dabei sicher, dass die Schutzhülse 4 in Axialrichtung X-X des Rotors nicht elastisch ist. Hingegen sind weiterhin in Umfangsrichtung vorgesehene Verbindungsbereiche 43 zwischen den Basisbereichen 42 vorgesehen, welche die Elastizität ausschließlich in Radialrichtung der Schutzhülse 4 sicherstellen.
-
In 3 sind schematisch durch die Pfeile Zugkräfte Z bei einer radial nach außen gerichteten Aufweitung der Schutzhülse 4 am Verbindungsbereich 43 dargestellt. Die durchgehenden Basisbereiche 42 in axialer Richtung wirken wie Biegebalken B und ermöglichen die elastische Verformung.
-
Die Schutzhülse 4 ist aus einem Edelstahlmaterial hergestellt und die Durchgangsöffnungen 40 sind beispielsweise gelasert. Die Durchgangsöffnungen können dabei in eine zylindrische Ausgangshülse gelasert werden. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Elastizität der Schutzhülse 4 in Radialrichtung.
-
Somit kann die Schutzhülse 4 problemlos aufgeweitet werden und über die am Rotorkern 2 befestigten Magnete 3 geschoben werden, ohne dass die Magnete 3 hierbei beschädigt werden. Wenn die Schutzhülse 4 an der gewünschten Position positioniert ist, wird die Aufweitungskraft, welche vorzugsweise von radial außen auf die Schutzhülse ausgeübt wird, entfernt, so dass die Schutzhülse 4 aufgrund ihrer Eigenelastizität in die Ursprungsposition zurückgeht und dabei die Magneten 3 am Rotorkern 2 sichert.
-
Die Schutzhülse ist vorzugsweise aus einem unmagnetischen Material hergestellt.
-
Wie aus 3 ersichtlich ist, kann eine Elastizität der Schutzhülse 4 beispielsweise durch Auswahl der Breite der durchgehenden Basisbereiche 42 und der Länge und/oder Breite der Durchgangsöffnungen 40 eingestellt werden. Die an den Durchgangsöffnungen 40 liegenden Bereiche des durchgehenden Basisbereichs 42 dienen dabei als Biegebalken B während der elastischen Verformung der Schutzhülse 4.
-
Somit kann ein einfacher und kostengünstiger Schleuderschutz durch Vorsehen einer Schutzhülse 4 mit Durchgangsöffnungen 40 vorgesehen werden.
-
4 zeigt eine Schutzhülse 4 eines Rotors einer elektrischen Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
-
Die Schutzhülse 4 entspricht dabei im Wesentlichen der Schutzhülse des ersten Ausführungsbeispiels, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel die Schutzhülse 4 des zweiten Ausführungsbeispiels aus einem Flachmaterial hergestellt ist. Dadurch ergibt sich an den Stoßkanten des Flachmaterials, welche nach der Herstellung der Durchgangsöffnungen gerollt wird, ein in Axialrichtung X-X durchgängiger Verbindungsbereich 6. Der Verbindungsbereich 6 ist beispielsweise durch Laserschweißen der Stoßkanten des Flachmaterials erzeugt. Dadurch kann die Schutzhülse 4 besonders kostengünstig und insbesondere als Massenbauteil hergestellt werden.
-
5 zeigt eine Schutzhülse 4 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Auch die Schutzhülse 4 des dritten Ausführungsbeispiels ist aus einem Flachmaterial hergestellt und weist einen Verbindungsbereich 6 auf. Ferner weist die Schutzhülse 4 des dritten Ausführungsbeispiels einen aufgeweiteten Bereich 44 auf. Der aufgeweitete Bereiche 44 ist an einem ersten Ende 41 der Schutzhülse 4 vorgesehen. Dadurch wird insbesondere eine Montage der Schutzhülse 4 über die Magnete 3 am Rotorkern 2 deutlich vereinfacht. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
-
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
-
