DE102019215343A1

DE102019215343A1 - Rotor, Verfahren zur Herstellung des Rotors und elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102019215343A1
Application number: DE102019215343.7A
Authority: DE
Inventors: Gert Wolf; Markus Peters; Michael Albrecht; Matthias Baumann; Felix Förster
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-07
Filing date: 2019-10-07
Publication date: 2021-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (10) für eine elektrische Maschine mit einem Rotorgrundkörper (22) mit einer Mehrzahl von radial ausgerichteten Zähnen (12), wobei die Zähne (12) Spulenwicklungen (26) aufweisen, und eine Isolationsmaske (24), welche zur elektrischen Isolation der Spulenwicklungen (26) zum Rotorgrundkörper (22) vorgesehen ist, wobei die Isolationsmaske (24) wenigstens einen Fortsatz (30) aufweist, welcher an einer axialen Stirnseite (28) des Rotors (10) angeordnet ist und dazu vorgesehen ist, wenigstens eine Spulenwicklung (26) gegen eine Fliehkraft abzustützen. Es wird vorgeschlagen, dass der Fortsatz (30) einen Einleger (34) aufweist, welcher zur Versteifung des Fortsatzes (30) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors sowie eine elektrische Maschine mit einem solchen Rotor.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind Rotoren für elektrische Maschinen bekannt, bei welchen die Spulenwicklungen durch Isolationsmasken abgestützt werden. In der Regel werden Spulenwicklungen aus einem Kupferdraht gewickelt. Bei sehr schnell drehenden Maschinen mit großen Durchmessern wirken auf die Drähte durch die hohen Drehzahlen -typischerweise bis zu 20.000 Umdrehungen pro Minute bei Traktionsantrieben- sehr hohe Fliehkräfte. Unter dieser Belastung können die Isolationsmasken brechen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile
Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Rotor für eine elektrische Maschine mit einem Rotorgrundkörper mit einer Mehrzahl von radial ausgerichteten Zähnen. Die Zähne weisen Spulenwicklungen auf. Der Rotor weist eine Isolationsmaske auf, welche zur elektrischen Isolation der Spulenwicklungen zum Rotorgrundkörper vorgesehen ist. Die Isolationsmaske weist wenigstens einen Fortsatz auf, welcher an einer axialen Stirnseite des Rotors angeordnet ist und dazu vorgesehen ist, wenigstens eine Spulenwicklung gegen eine Fliehkraft abzustützen. Erfindungsgemäß weist der Fortsatz einen Einleger auf, welcher zur Versteifung des Fortsatzes vorgesehen ist.
Das hat den Vorteil, dass die Isolationsmaske, insbesondere der wenigstens eine Fortsatz, den hohen Rotationskräften bzw. Fliehkräften besser widerstehen kann. Auf diese Weise kann ein besonders zuverlässiger Rotor bereitgestellt werden. Zudem sind weitere Maßnahmen zur Absicherung vor den hohen Rotationskräften, beispielsweise Bandagen oder Nutkeile, in einem geringeren Maße erforderlich oder können sogar vollständig entfallen. Das ermöglicht die Konstruktion eines einfacheren und kompakteren Rotors.
Dabei soll unter einer elektrischen Maschine insbesondere ein Elektromotor verstanden werden, bevorzugt einen rotativer Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor. Ein Stator ist üblicherweise dazu eingerichtet, Erregerspulen aufzunehmen. Die Erregerspulen können im Betrieb der elektrischen Maschine ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, insbesondere Drehfeld erzeugen, welches dazu vorgesehen ist, den Rotor in Rotation zu versetzten. Der Rotor bzw. der Läufer des Elektromotors weist gemäß der vorliegenden Erfindung stromkommutierte Spulen für die Magnetfelderzeugung auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Rotor als Innenläufer oder Außenläufer ausgebildet sein.
Bevorzugt ist der Rotor, insbesondere als Innenläufer, weitgehend zylinderförmig ausgebildet. Darunter soll insbesondere verstanden werden, dass der Rotor im Wesentlichen zylindersymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Zylinderachse weitgehend der Rotationsachse entspricht, um die sich im Betrieb der Rotor der elektrischen Maschine dreht. Beispielsweise kann die räumliche Ausdehnung des weitgehend zylinderförmig ausgebildeten Rotors durch einen virtuellen, gedachten Zylinder um die Rotationsachse bzw. Zylinderachse begrenzt sein, insbesondere kann ein gedachter Radius um die Zylinderachse existieren, innerhalb welchen der Rotor angeordnet ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Rotor ein zylinderförmiges Grundelement aufweist, von welchem aus sich die Zähne erstrecken.
Es ist auch denkbar, dass der Rotor, insbesondere als Außenläufer, weitgehend hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Darunter soll insbesondere verstanden werden, dass der Rotor im Wesentlichen zylindersymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Zylinderachse weitgehend der Rotationsachse entspricht, um die sich im Betrieb der Rotor der elektrischen Maschine dreht. Beispielsweise kann die räumliche Ausdehnung des weitgehend hohlzylinderförmig ausgebildeten Rotors durch einen virtuellen, gedachten Hohlzylinder um die Rotationsachse bzw. Zylinderachse begrenzt sein, insbesondere kann ein gedachter erster Radius und gedachter zweiter Radius um die Zylinderachse existieren, wobei der Rotor zwischen dem ersten Radius und zweiten Radius angeordnet ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Rotor ein hohlzylinderförmiges Grundelement aufweist, von welchem aus sich die Zähne erstrecken.
Bevorzugt erstrecken sich die Zähne des Rotors radial nach außen, insbesondere bei einem Innenläufer. Es ist auch denkbar, dass sich die Zähne des Rotors radial nach innen erstrecken, insbesondere bei einem Außenläufer. Die Zähne sind entlang eines Umfangs des Rotors angeordnet. Zwischen den Zähnen sind Nuten angeordnet, welche sich in Richtung der Rotationsachse erstrecken. Darunter, dass zwischen zwei Zähnen eine Nut angeordnet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Nut in Umfangsrichtung zwischen den beiden Zähnen angeordnet ist.
Unter einem Rotorgrundkörper soll insbesondere ein Grundkörper verstanden werden, welcher die Zähne und Nuten aufweist und an welchen die Spulenwicklungen und optional die Isolationsmaske anbringbar sind. Der Rotor weist den Rotorgrundkörper zusammen mit den Spulenwicklungen und optional der Isolationsmaske auf. Bevorzugt weist ein Rotorgrundkörper Rotorlamellen auf. Ein solcher Rotorgrundkörper wird manchmal auch als Lamellenpaket, Rotorpaket oder paktierter Rotor bezeichnet. Die Rotorlamellen sind Blechlamellen, insbesondere aus Elektroblech, welche axial bzw. in Richtung der Rotationsachse übereinander geschichtet sind. Die Rotorlamellen werden zum Rotorpaket zusammengefügt, insbesondere durch plastische Verformungsverfahren, beispielsweise durch Stanzpaketieren. Rotoren mit übereinandergeschichteten Rotorlamellen haben den Vorteil, dass auf diese Weise Wirbelströme im Rotor weitgehend vermieden werden können.
Es ist jedoch auch denkbar, dass der Rotorgrundkörper aus einem anderen Material gefertigt ist. In alternativen Ausführungsformen ist es möglich, dass der Rotorgrundkörper gesintert ist bzw. gesinterte Materialien aufweist. Bevorzugt weist der Rotorgrundkörper einen Pulververbundwerkstoff auf, besonders bevorzugt einen weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff. Weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffen werden manchmal auch als SMC-Magnete bezeichnet.
Eine Spulenwicklung, beispielsweise Zahnwicklung oder Sehnenwicklung, wird insbesondere durch einen Leiter bzw. Draht ausgebildet, welcher mindestens einmal, bevorzugt mehrfach um einen Pol gewickelt ist, welcher in einer radialen Richtung des Rotors ausgerichtet ist. Bevorzugt weist eine Wicklung einen Kupferleiter bzw. einen Kupferdraht auf. Beispielsweise kann die Wicklung durch zwei unterschiedliche Nuten gewickelt werden. Bevorzugt verläuft eine Windung eines Drahtes einer Wicklung von einer ersten Stirnseite des Rotors durch eine erste Nut zur zweiten Stirnseite, anschließend entlang der zweiten Stirnseite zur einer zweiten Nut, dann durch die zweite Nut zurück zur ersten Stirnseite und dann entlang der ersten Stirnseite zurück zur ersten Nut, wo der Umlauf dieser Windung beendet. Anschließend kann der Draht mit dem gleichen Weg um den Rotor eine nächste Windung bilden. Typischerweise weist eine Wicklung eine Vielzahl von Windungen auf. Es ist vorgesehen, dass die Wicklung im Betrieb der elektrischen Maschine bestromt wird und ein magnetisches Feld ausbildet. Die Ausrichtung des Pols des magnetischen Feldes kann mit einer radialen Haupterstreckungsrichtung von einem der Zähne zusammenfallen, um welche die Wicklung gewickelt ist.
Die Spulenwicklungen des Rotors können beispielsweise als Zahnwicklungen und/oder Spulenwicklungen ausgebildet sein. Unter einer Zahnwicklung soll insbesondere eine Wicklung verstanden werden, welche um genau einen Zahn gewickelt ist und abschnittsweise durch die beiden an den Zahn angrenzenden Nuten verläuft. Eine solche Wicklung wird auch als Einzelzahnwicklung bezeichnet. Der Pol des magnetischen Feldes fällt bei Zahnwicklungen typischerweise mit der Achse der Haupterstreckungsrichtung des Zahns zusammen. Eine Zahnwicklung wird typischerweise mit der Nadelwickeltechnik angebracht. Eine Zahnwicklung kann auch durch Spulenwicklen oder Flyerwickeln angebracht werden, wobei jeweils Leitbleche eingesetzt werden können. In der Regel wird ein freier Bereich in der Nut benötigt, in welchen die Windungen der Zahnwicklung nicht hineinreichen, beispielsweise als Wickelgasse für die Nadel beim Nadelwickeln oder als freier Raum zum Einführen des Leitblechs.
Unter einer Sehnenwicklung soll insbesondere eine Wicklung verstanden werden, welche anders als die Zahnwicklung um mehr als einen Zahn gewickelt ist. Insbesondere kann eine Sehnenwicklung durch zwei Nuten gewickelt werden zwischen welchen entlang des Umfangs des Rotors wenigstens eine weitere Nut angeordnet ist, durch welche die Sehnenwicklung nicht verläuft. Eine Sehnenwicklung kann beispielsweise durch Flyerwickeln angebracht werden.
Unter einer Isolationsmaske soll insbesondere eine Komponente des Rotors verstanden werden, welche zumindest für die elektrische Isolierung von wenigstens einer axialen Stirnseite eines Zahns gegenüber von wenigstens einer Spulenwicklung vorgesehen ist. Vorteilhaft soll unter einer Isolationsmaske ein bevorzugt einstückiges Bauteil verstanden werden, welches den Rotorgrundkörper kontaktiert, insbesondere ein Bauteil aufweisend einen Isolator. Typischerweise sind Isolationsmasken Bauteile, welche überwiegend, bevorzugt weitgehend vollständig aus Kunststoff ausgebildet sind und auf den Rotorgrundkörper aufgesetzt bzw. aufgeschoben werden, insbesondere auf eine der axialen Stirnseiten des Rotorgrundkörpers.
Bevorzugt ist die Isolationsmaske ein einstückiges Bauteil, welches dazu vorgesehen ist, zumindest die axialen Stirnseiten aller Zähne auf einer axialen Stirnseite des Rotorgrundkörpers weitgehend vollständig zu überdecken. Vorteilhaft überdeckt die Isolationsmaske weitgehend vollständig die jeweiligen Übergangsbereiche zwischen den Nuten und einer axialen Stirnseite des Rotorgrundkörpers. Typischerweise weist der Übergangsbereich zwischen einer Nut und der axialen Stirnseite des Rotorgrundkörpers eine Kante bzw. Stufe auf, an welcher potentiell die Isolierung eines Drahts einer Spulenwicklung beschädigt werden kann, insbesondere bei der Montage.
Es ist auch möglich, dass die Isolationsmaske mehrstückig bzw. aus mehreren Teilstücken ausgebildet ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass je ein Teilstück der Isolationsmaske dafür vorgesehen ist, jeweils eine axiale Stirnseite von einem Zahn zu überdecken oder weitgehend vollständig zu überdecken.
Unter einstückig soll in diesem Zusammenhang insbesondere stoffschlüssig verbunden, wie beispielsweise durch einen Schweißprozess und/oder einen Klebeprozess usw. und besonders vorteilhaft angeformt verstanden werden, wie durch die Herstellung aus einem Guss und/oder durch die Herstellung in einem Ein- oder Meh rkom ponentenspritzverfah ren.
Darunter, dass eine Fläche weitgehend vollständig überdeckt ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Fläche zu wenigstens 90%, bevorzugt wenigstens 95%, besonders bevorzugt wenigstens 98% überdeckt ist.
Bevorzugt ist zumindest ein Abschnitt der Isolationsmaske, welcher zur Anordnung an einer axialen Stirnseite des Rotors vorgesehen ist, überwiegend eben ausbildet. Darunter soll insbesondere verstanden werden, dass wenigstens 70%, bevorzugt wenigstens 80%, besonders bevorzugt wenigstens 90% einer Oberfläche der Isolationsmaske, welche zur Anordnung an einer axialen Stirnseite des Rotors bzw. vorgesehen ist, weitgehend eben ausgebildet ist. Darunter, dass eine Oberfläche weitgehend eben ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Oberfläche zur einer gedachten Ebene eine maximale Abweichung aufweist, welche weniger als 10%, bevorzugt weniger als 5%, besonders bevorzugt weniger als 2% von einem größten Durchmesser der Oberfläche beträgt.
Es ist auch denkbar, dass die Isolationsmaske einen oder mehrere Nut-Abschnitte aufweist, welche dazu vorgesehen sind, in den Nuten angeordnet zu werden, insbesondere an Zahnhälsen innerhalb einer Nut anzuliegen.
Es ist auch denkbar, dass die Isolationsmaske eine Beschichtung aufweist, welche den Rotorgrundkörper beschichtet, beispielsweise ein Lack und/oder ein Harz. Oft werden Rotorgrundkörper zur elektrischen Isolation mit Epoxidharz beschichtet, insbesondere durch elektrostatisches Pulverbeschichten. Es ist auch möglich, dass die Isolationsmaske Papier oder Pappe aufweist, insbesondere zur Isolierung der Nuten des Rotorgrundkörpers.
In einem Herstellungsversfahren wird die Isolationsmaske bevorzugt vor dem Bewickeln mit den Spulenwicklungen auf den Rotorgrundkörper aufgebracht. Eine Isolationsmaske kann dazu ausgebildet sein, den Wickelprozess der Spulenwicklungen zu vereinfachen bzw. zu unterstützen. Die Isolationsmaske wird manchmal auch als Wickelmaske bezeichnet.
Unter einem Fortsatz soll insbesondere eine Erstreckung oder Vorsprung der Isolationsmaske verstanden werden. Bevorzugt erstreckt sich der Fortsatz einer an den Rotorgrundkörper montierten Isolationsachse zumindest im Wesentlichen in die Axialrichtung bzw. in Richtung der Rotationsachse. Insbesondere bildet ein Fortsatz eine Erhebung bzw. Kontur bzw. Vorsprung gegenüber einer im Wesentlichen eben ausgebildeten Oberfläche der Isolationsmaske aus. Insbesondere kann der Fortsatz an der Isolationsmaske angeformt sein. Ein Fortsatz kann vorteilhaft an einem Zahn bzw. an einer axialen Stirnseite des Zahns angeordnet sein. Positionsangaben zur Fortsatz relativ zu Elementen des Rotors, welche nicht Teil der Isolationsmaske sind, sollen als Positionsangaben des Fortsatzes auf der Isolationsmaske, welche an den Rotor bzw. Rotorgrundkörper montiert ist verstanden werden. Es ist auch denkbar, dass der Fortsatz an einer gedachten Verbindungslinie zwischen dem ersten Zahn und der Rotationsachse auf der axialen Stirnseite des Rotors angeordnet ist. Vorteilhaft ist der Fortsatz mittig an Zahn angeordnet, insbesondere mittig bezüglich der Umfangsrichtung.
Bevorzugt ist der Fortsatz an einem äußeren Umfang des Rotors bzw. der Isolationsmaske angeordnet. Auf diese Weise kann der Fortsatz besonders effektiv die Spulenwicklungen gegen eine im Betrieb der elektrischen Maschine auftretende Fliehkraft abstützten. Bevorzugt hat der Fortsatz im montierten Zustand einen Abstand zur Rotationsachse, welcher wenigstens 70%, bevorzugt wenigstens 80%, besonders bevorzugt 90% von einer radialen Erstreckung des Rotors bzw. der Isolationsmaske beträgt. In einem Innenrotor ist der Fortsatz besonders vorteilhaft am einem Zahnschuh eines Zahns angeordnet.
Bevorzugt weist der Rotor bzw. die Isolationsmaske eine Mehrzahl an Fortsätzen auf. Beispielsweise kann die Anzahl der Fortsätze der Anzahl der Zähne entsprechen. Bevorzugt ist jedem Zahn ein Fortsatz zugeordnet. Besonders bevorzugt ist im montierten Zustand an jedem Zahn ein Fortsatz angeordnet.
Der Fortsatz kann einstückig mit der Isolationsmaske ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass der Fortsatz aus einem separaten Bauteil gefertigt ist welches mit der Isolationsmaske zumindest formschlüssig oder kraftschlüssig verbunden ist, bevorzugt stoffschlüssig verbunden ist.
Unter einem Einleger soll insbesondere ein Einlegeteil verstanden werden, welches überwiegend, bevorzugt zumindest weitgehend vollständig aus einem Material ausgebildet ist, welches eine größere Festigkeit und/oder Steifigkeit aufweist als die Isolationsmaske bzw. der Fortsatz der der Isolationsmaske. Darunter, dass ein Element überwiegend aus einem Material ausgebildet wird, soll insbesondere verstanden werden, dass das Element zu wenigstens 60%, bevorzugt wenigstens 70%, besonders bevorzugt 80% seines Volumens aus dem Material ausgebildet wird. Darunter, dass ein Element weitgehend vollständig aus einem Material ausgebildet wird, soll insbesondere verstanden werden, dass das Element zu wenigstens 90%, bevorzugt wenigstens 95%, besonders bevorzugt 98% seines Volumens aus dem Material ausgebildet wird.
Der Einleger kontaktiert zumindest abschnittsweise den Fortsatz. Bevorzugt ist der Einleger mit dem Fortsatz zumindest abschnittsweise formschlüssig verbunden und/oder kraftschlüssig verbunden, besonders bevorzugt stoffschlüssig verbunden. Insbesondere kann der Einleger formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Isolationsmaske verbunden sein.
Bevorzugt hat der Einleger im montierten Zustand einen Abstand zur Rotationsachse, welcher wenigstens 70%, bevorzugt wenigstens 80%, besonders bevorzugt 90% von einer radialen Erstreckung des Rotors bzw. der Isolationsmaske beträgt. Vorteilhaft ist der Fortsatz mittig an Zahn angeordnet, insbesondere mittig bezüglich der Umfangsrichtung.
Vorteilhaft weist jeder Fortsatz der Isolationsmaske wenigstens einen Einleger auf.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Rotors möglich.
Erstreckt sich der Einleger in einer Axialrichtung, hat das den Vorteil, dass der Einleger besonders gut auftretende Fliehkräfte aufnehmen kann. Es ist auch denkbar, dass sich der Fortsatz im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung erstreckt. Es ist auch denkbar, dass der Fortsatz mit einem Winkel zwischen 15° und 40°, bevorzugt zwischen 20° und 35°, besonders bevorzugt zwischen 25° und 30° zur Axialrichtung in Richtung der Rotationsachse geneigt ist.
Vorteilhaft beträgt die Länge der Erstreckung des Einlegers in Axialrichtung zwischen 50% und 200%, bevorzugt zwischen 70% und 150%, besonders bevorzugt zwischen 90% und 100% der Länge der Erstreckung des Fortsatzes in Axialrichtung. Besonders vorteilhaft beträgt die Länge der Erstreckung des Einlegers in Axialrichtung ab der axialen Stirnseite des Rotors vom Rotor weg zwischen 50% und 100%, bevorzugt zwischen 60% und 90%, besonders bevorzugt zwischen 70% und 80% der Länge der Erstreckung des Fortsatzes in Axialrichtung an der axialen Stirnseite des Rotors.
Der Fortsatz wird besonders gut und sicher versteift, wenn der Einleger zumindest abschnittsweise im Fortsatz angeordnet ist. Zusätzlich hat das den Vorteil, dass der Einleger besonders sicher und stabil mit dem Fortsatz bzw. mit der Isolationsmaske verbunden werden kann. Darunter, dass der Einleger im Fortsatz angeordnet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass der Einleger zumindest abschnittsweise innerhalb vom Fortsatz angeordnet ist, bevorzugt vollständig innerhalb des Fortsatzes.
Ein im Fortsatz angeordneter Einleger ist besonders vorteilhaft so angeordnet, dass der Einleger zumindest abschnittsweise in der der Rotationsachse zugewandten Seite vom Fortsatz überdeckt ist und in der der Rotationsachse abgewandten Seite vom Fortsatz überdeckt wird. Vorteilhaft wird der Einleger zumindest abschnittsweise vom Fortsatz umgriffen bzw. umschlossen.
Ein besonders vorteilhafter und einfach herstellbarer Einleger, welcher insbesondere zuverlässig mit der Isolationsmaske verbunden sein kann, liegt vor, wenn der Einleger zumindest abschnittsweise in die Isolationsmaske eingespritzt ist. Darunter soll insbesondere verstanden werden, dass die Isolationsmaske zumindest teilweise mit einem Spritzgussverfahren hergestellt wird und der Einleger zumindest abschnittsweise mit eingegossen wird. Besonders vorteilhaft wird der Einleger zumindest abschnittsweise in den Fortsatz eingespritzt. Besonders vorteilhaft ist der Einleger vollständig umspritzt.
Die Festigkeit der Isolationsmaske und insbesondere des Fortsatzes wird weiter gesteigert, wenn der Einleger mit dem Rotorgrundkörper kontaktiert und/oder mit dem Rotorgrundkörper verbunden ist. Insbesondere kann der Einleger mit dem Rotorgrundkörper formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Insbesondere ist es denkbar, dass der Rotorgrundkörper eine Aufnahme für den Einleger aufweisen, welche insbesondere als axiale Ausnehmung und/oder Bohrung im Rotorgrundkörper ausgebildet sein kann. Vorteilhaft kann der Einleger abschnittsweise im Rotorgrundkörper angeordnet sein.
Beispielsweise ist es denkbar, dass der Rotorgrundkörper ein Lamellenpaket aufweist, welches an der axialen Stirnseite eine oder mehrere besondere Decklamellen aufweist, welche jeweils eine Öffnung bzw. Ausnehmung aufweisen, welche für die Aufnahme des Einlegers vorgesehen ist bzw. sind. Es ist insbesondere denkbar, dass der Einleger einen ersten Abschnitt aufweist, welcher in der Isolationsmaske, insbesondere im Fortsatz angeordnet ist - insbesondere mit der Isolationsmaske bzw. mit dem Fortsatz verbunden - und dass der Einleger einen zweiten Abschnitt aufweist, welcher im Rotorgrundkörpers angeordnet ist, insbesondere in einer Aufnahme und/oder Bohrung des Rotorgrundkörpers.
Es ist auch denkbar, dass sich der Einleger aus einer axialen Stirnseite des Rotorgrundkörpers erstreckt. Beispielsweise kann der Einleger ein gebogener Abschnitt einer Rotorlamelle sein. Bevorzugt kann die Isolationsmaske an den Rotorgrundkörper und den sich aus den Rotorgrundkörper erstreckenden Einleger angespritzt oder beschichtet werden. Insbesondere ist es denkbar, dass der Fortsatz durch einen umspritzten und/oder beschichteten Einleger ausgebildet wird.
Die Schleuderfestigkeit des Rotors wird weiter verbessert, wenn der Einleger eine Platte aufweist, welche weitgehend senkrecht zu einer Radialrichtung angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist der Einleger im Wesentlichen als Platte ausgebildet. Vorteilhaft ist die Platte weitgehend parallel zur Rotationsrichtung und/oder Umfangsrichtung des Rotors bzw. der Isolationsmaske angeordnet. Unter einer weitgehend senkrechten bzw. parallelen Anordnung soll insbesondere eine Anordnung verstanden werden, welche nicht mehr als 8°, vorteilhaft nicht mehr als 5°, besonders vorteilhaft nicht mehr als 2° von einer senkrechten bzw. parallelen Anordnung abweicht. Unter einer Platte soll insbesondere ein Strukturelement verstanden werden, welches eine im Wesentlichen ebene Ausdehnung aufweist und eine zur ebenen Ausdehnung senkrecht angeordnete Dicke, welche wesentlich kleiner ist als die ebene Ausdehnung. Insbesondere hat eine Platte eine Dicke senkrecht zur größten Ausdehnung, welche weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% von seiner größten Ausdehnung beträgt.
Beispielsweise ist es denkbar, dass die ebene Ausdehnung der Platte im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist. Es ist insbesondere denkbar, dass die Platte durch ein Blech oder mehrere übereinander geschichtete Bleche ausgebildet ist.
Vorteilhaft weist der Einleger einen sich in Axialrichtung erstreckenden Stift, bevorzugt Zylinderstift auf. Besonders vorteilhaft ist der Einleger im Wesentlichen als Stift, bevorzugt Zylinderstift ausgebildet. Das ist eine besonders effektive, kostengünstige und einfache Umsetzung eines Einlegers. Beispielsweise kann der Stift ein Bolzen oder Passstift sein. Der Stift kann zum Beispiel aus Metall ausgebildet sein. Es ist insbesondere denkbar, dass der Stift in einer axialen Ausnehmung im Rotorgrundkörper angeordnet ist. Es ist möglich, dass der Stift axial vollständig durch den Rotorgrundkörper erstreckt. Es ist denkbar, dass ein erster Fortsatz auf einer ersten axialen Stirnseite des Rotors und ein zweiter Fortsatz auf einer gegenüberliegenden zweiten axialen Stirnseite des Rotors angeordnet ist, und ein axial durch den Rotor erstreckender Stift jeweils als Einleger für den ersten Fortsatz und den zweiten Fortsatz vorgesehen ist.
Vorteilhaft weist der Einleger ein Metall auf. Beispielsweise kann der Einleger überwiegend, bevorzugt weitgehend vollständig, besonders bevorzugt vollständig aus einem Metall ausgebildet sein. In Varianten ist es denkbar, dass der Einleger einen Kunststoff aufweist, dessen Festigkeit und/oder Steifheit größer ist als vom Fortsatz oder als von der Isolationsmaske. Es ist auch denkbar, dass der Einleger eine Kohlefaser und/oder einen Kohlefaserverbundstoff aufweist.
Bei der Herstellung des Rotors wird der Einleger mit der Isolationsmaske verbunden, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Es ist denkbar, dass zunächst der Einleger mit der Isolationsmaske verbunden wird und anschließend die Isolationsmaske mit dem Einleger am Rotor bzw. Rotorgrundkörper angeordnet oder verbunden wird. Es ist auch denkbar, dass zunächst der Einleger mit dem Rotor bzw. Rotorgrundkörper angeordnet oder verbunden wird und anschließend die Isolationsmaske am Rotor bzw. Rotorgrundkörper mit dem Einleger angeordnet oder verbunden wird.
Von Vorteil ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors, insbesondere gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die Isolationsmaske mit Spritzgießen hergestellt wird und der Einleger zumindest abschnittsweise mit der Isolationsmaske umspritzt wird. Dabei ist es denkbar, dass der Einleger vollständig oder abschnittsweise umspritzt wird und bevorzugt anschließend die Isolationsmaske am Rotor bzw. Rotorgrundkörper angeordnet wird. Es ist auch denkbar, dass der Einleger am Rotorgrundkörper angeordnet ist, insbesondere mit dem Rotorgrundkörper verbunden ist und die Isolationsmaske oder ein Teil der Isolationsmaske an den Rotorgrundkörper und den Einleger gespritzt wird.
In alternativen Ausführungsformen ist es denkbar, dass der Einleger in die Isolationsmaske eingepresst wird. Beispielsweise kann der Einleger in die Isolationsmaske bzw. in eine in der Isolationsmaske angeordnete Ausnehmung eingepresst werden und anschließend die Isolationsmaske mit dem Einleger am Rotor bzw. Rotorgrundkörper angeordnet wird. Es ist auch denkbar, dass der Einleger am Rotorgrundkörper angeordnet ist, insbesondere mit dem Rotorgrundkörper verbunden ist und die Isolationsmaske oder ein Teil der Isolationsmaske an den Rotorgrundkörper angeordnet wird und der Einleger in die Isolationsmaske bzw. eine in der Isolationsmaske angeordnete Ausnehmung eingepresst wird.
In einem weiteren Herstellungsschritt wird der Rotor mit den Spulenwicklungen bewickelt. Es ist denkbar, dass der Rotorgrundkörper mit der Isolationsmaske und/oder dem Einleger aneinander angeordnet sind und durch die Spulenwicklungen mit einander verbunden werden, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden werden.
Von Vorteil ist auch eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung oder einem Rotor hergestellt mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine solche elektrische Maschine kann zuverlässig bei hohen Drehzahlen betrieben werden und zeichnet sich durch eine hohe Haltbarkeit aus. Dadurch, dass gegenüber dem Stand der Technik nur geringe oder keine weiteren Maßnahmen zur Absicherung vor Fliehkräften notwendig sind, etwa in Form von Bandagen oder Nutkeilen, ist eine kompaktere elektrische Maschine möglich, welche zudem einfacher und kostengünstiger gefertigt werden kann.
Figurenliste
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Rotors gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Detailansicht einer axialen Stirnseite einer Ausführungsform des Rotors,
2a und 2b eine Ansicht von axialen Stirnseiten von zwei Varianten des Rotors,
3a, 3b und 5 Detailansichten von Fortsätzen aus einer Radialrichtung und
4 und 6 Detailansichten von Fortsätzen aus einer Axialrichtung.

Beschreibung
In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszah len.
1 zeigt einen Ausschnitt einer Ansicht auf einen Rotor 10 für eine elektrische Maschine. Beispielhaft ist der Rotor 10 als Innenläufer ausgebildet und hat zum Beispiel acht Zähne 12. Für die Erfindung spielt die Anzahl der Zähne 12 keine Rolle, der Rotor 10 kann eine beliebige Anzahl von Zähnen 12 aufweisen, beispielweise sechs, zehn oder zwölf. Zwischen den Zähnen 12 sind Nuten 14 angeordnet. Die Zähne 12 erstrecken sich in einer Radialrichtung 16 nach außen und sind entlang einer Umfangsrichtung 18 angeordnet.
Der Rotor 10 ist bevorzugt weitgehend zylinderförmig ausgebildet, wobei in der fertig montierten elektrischen Maschine die Zylinderachse des Rotors mit einer Rotationsachse 20 des Rotors 10 bzw. der elektrischen Maschine zusammenfällt.
Der Rotor 10 weist einen Rotorgrundkörper 22, eine Isolationsmaske 24 und Spulenwicklungen 26 auf. Beispielhaft ist der Rotorgrundkörper 22 als Lamellenpaket ausgebildet. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine axiale Stirnseite 28 des Rotors 10. Die Isolationsmaske 24 überdeckt weitgehend die axiale Stirnseite 28 des Rotorgrundkörpers 22. Insbesondere überdeckt die Isolationsmaske 24 die axialen Stirnseiten der Zähne 12.
Die Spulenwicklungen 26 sind beispielhaft als Zahnwicklungen bzw. Einzelzahnwicklungen ausgebildet. Jede der Spulenwicklungen 26 ist jeweils um einen Zahn 14 gewickelt. Auf der axialen Stirnseite 28 ist zwischen der Spulenwicklung 26 und dem Rotorgrundkörper 22 die Isolationsmaske 24 angeordnet. Beispielhaft weist die Isolationsmaske 24 an jedem Zahn 12 einen Fortsatz 30 auf. Der Fortsatz 30 erstreckt sich von der axialen Stirnseite 28 in Axialrichtung 32. Die Axialrichtung 32 ist eine Richtung, welche parallel zur Rotationsachse 20 angeordnet ist.
In den 2a und 2b sind zwei Varianten der Isolationsmaske 24 abgebildet. Der Übersicht halber sind die Spulenwicklungen 26 nicht abgebildet. Die 2a und 2b zeigen im Wesentlichen den Rotorgrundkörper 22 mit der Isolationsmaske 24. Beispielhaft weist die Isolationsmaske 24 einen ersten Abschnitt 24a auf, welcher im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist und um die Rotationsachse 20 angeordnet ist. Eine innere Ausnehmung im ersten Abschnitt ist insbesondere für das Durchführen einer Welle des Rotors 10 vorgesehen.
Aus den ersten Abschnitt 24a erstrecken sich jeweils in Radialrichtung 16 nach außen zweite Abschnitte 24b, welche jeweils die axiale Stirnseite von einem Zahn 12 abdecken. Die Isolationsmaske 24 weist beispielhaft in die Nuten 14 hinein erstreckende Nut-Abschnitte auf. Die Nut-Abschnitte sind insbesondere dafür vorgesehen, die Zahnhälse 12b gegenüber den Spulenwicklungen 26 zu isolieren.
Jeder der zweiten Abschnitte 24b weist jeweils einen sich in Axialrichtung 32 erstreckenden Fortsatz 30 auf, welcher in der in 2a gezeigten Ausführungsform beispielhaft jeweils in Radialrichtung 16 außen am Umfang des Rotor 10 angeordnet ist. Insbesondere ist der Fortsatz 30 an einem Zahnschuh 12a des Zahns 12 angeordnet. Beispielhaft erstreckt sich der Fortsatz 30 in Umfangsrichtung 18. Im in 2a gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Ausdehnung des Fortsatzes 30 in Umfangsrichtung 18 bevorzugt weitgehend der Breite des Zahnschuhs im Umfangsrichtung 18 bzw. weitgehend der Breite des Zahns 12 in Umfangsrichtung 18 an der radialen Position des Fortsatzes.
Bevorzugt sind die Fortsätze 30 flächenförmig bzw. überwiegend eben ausgebildet. Beispielsweise sind die Fortsätze 30 jeweils weitgehend senkrecht zur jeweiligen Radialrichtung 16 angeordnet. Bevorzugt sind die Fortsätze 30 im Wesentlichen senkrecht zur Isolationsmaske 24 angeordnet.
In der in 2b gezeigten Variante ist der Fortsatz 30 jeweils näher an der Rotationsachse 20 angeordnet als in der Ausführungsform aus 2a. Der Fortsatz 30 ist beispielhaft an einer Übergangsposition vom Zahnhals zum Zahnschuh eines Zahns 12 angeordnet. Im in 2b gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Ausdehnung des Fortsatzes 30 in Umfangsrichtung 18 bevorzugt weitgehend der Breite des Zahnhalses im Umfangsrichtung 18 bzw. weitgehend der Breite des Zahns 12 in Umfangsrichtung 18 an der radialen Position des Fortsatzes.
Beispielhaft weist der in 2b gezeigte Fortsatz 30 Versteifungsrippen 33 auf. Diese haben den Vorteil, dass die Steifigkeit und Belastbarkeit des Fortsatzes gegenüber einer in Radialrichtung 16 wirkenden Fliehkraft verstärkt wird. Beispielhaft weist jeder Fortsatz 30 jeweils 3 Versteifungsrippen 33 auf, es sind jedoch auch andere Anzahlen denkbar. Bevorzugt sind die Versteifungsrippen 33 in ihrer Längserstreckungsrichtung senkrecht oder weitgehend senkrecht zum Fortsatz 30 angeordnet. Beispielhaft sind die Versteifungsrippen 33 senkrecht zur Isolationsmaske 24 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind die Versteifungsrippen 33 in Radialrichtung 18 hinter dem jeweiligen Fortsatz 30 angeordnet.
In den gezeigten Ausführungen ist bevorzugt ein Einleger 34 zumindest abschnittsweise jeweils in einem Fortsatz 30 angeordnet. 3a zeigt eine Detailansicht auf einen Fortsatz 30 von außen entlang der Radialrichtung 16. 4 zeigt den Fortsatz 30 in einer Ansicht auf die axiale Stirnseite 28 entlang der Axialrichtung 32. Der Einleger 34 ist beispielhaft als Metallplatte ausgebildet, deren Oberfläche weitgehend rechteckig ausgebildet ist. Der Einleger 34 ist beispielweise vollständig im Fortsatz 30 angeordnet, bevorzugt eingegossen. Die Haupterstreckungsrichtung des Einlegers 34 verläuft weitgehend parallel zur Umfangsrichtung 18. Beispielhaft sind der Fortsatz 30 und der Einleger 34 am Zahnschuh 12a des Zahns 12 angeordnet.
3b zeigt eine Variante, in welcher der Einleger 34 eine größere Erstreckung in Axialrichtung 32 aufweist als in 3a. Der Einleger 34 ist nur abschnittsweise in der Isolationsmaske 24 angeordnet. Ein Abschnitt des Einlegers 34 ist im Rotorgrundkörper 22 angeordnet.
Beispielhaft weist die Isolationsmaske 24 am Zahnschuh 12b Rillen auf, welche dazu vorgesehen sind, einzelne Drähte bzw. Leiter der Spulenwicklungen 26 abschnittsweise aufzunehmen. Auf diese Weise kann der Halt der Spulenwicklungen 26, insbesondere gegenüber Fliehkräften, weiter verbessert werden.
Die 5 und 6 zeigen eine alternative Variante, in welcher der Einleger 34 einen Stift aufweist bzw. als Stift ausgebildet ist. 5 zeigt eine Detailansicht auf einen Fortsatz 30 von außen entlang der Radialrichtung 16. 6 zeigt den gleichen Fortsatz 30 in einer Ansicht auf die axiale Stirnseite 28 entlang der Axialrichtung 32. Der Einleger erstreckt sich im Wesentlichen in Axialrichtung 32. In 5 ist zu erkennen, dass der Einleger beispielhaft in einer Mitte des Zahns 12 bzw. Zahnschuhs 12a bezüglich der Umfangsrichtung 18 angeordnet ist. In anderen Worten ist der Einleger 34 auf einer radialen Symmetrieachse des Zahns 12 bzw. der Achse einer Haupterstreckungsrichtung des Zahns 12 angeordnet. Vorteilhaft ist der Einleger 34 abschnittsweise im Fortsatz 30 angeordnet. Vorteilhaft ist der Einleger 34 abschnittweise im Rotorgrundkörper 22 angeordnet. Beispielhaft ist der Einleger 34 in 5 in den Rotorgrundkörper 22 angeschraubt.

Claims

Rotor (10) für eine elektrische Maschine mit einem Rotorgrundkörper (22) mit einer Mehrzahl von radial ausgerichteten Zähnen (12), wobei die Zähne (12) Spulenwicklungen (26) aufweisen, und eine Isolationsmaske (24), welche zur elektrischen Isolation der Spulenwicklungen (26) zum Rotorgrundkörper (22) vorgesehen ist, wobei die Isolationsmaske (24) wenigstens einen Fortsatz (30) aufweist, welcher an einer axialen Stirnseite (28) des Rotors (10) angeordnet ist und dazu vorgesehen ist, wenigstens eine Spulenwicklung (26) gegen eine Fliehkraft abzustützen, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (30) einen Einleger (34) aufweist, welcher zur Versteifung des Fortsatzes (30) vorgesehen ist.
Rotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einleger (34) in einer Axialrichtung (32) erstreckt.
Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (34) zumindest abschnittsweise im Fortsatz (30) angeordnet ist.
Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (34) zumindest abschnittsweise in die Isolationsmaske (24) eingespritzt ist.
Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (34) mit dem Rotorgrundkörper (22) kontaktiert und/oder mit dem Rotorgrundkörper (22) verbunden ist.
Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (34) eine Platte aufweist, welche weitgehend senkrecht zu einer Radialrichtung (16) angeordnet ist.
Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (34) einen sich in Axialrichtung (32) erstreckenden Stift, bevorzugt Zylinderstift aufweist.
Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (34) ein Metall aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Isolationsmaske (24) mit Spritzgießen hergestellt wird und der Einleger (34) zumindest abschnittsweise mit der Isolationsmaske (24) umspritzt wird.
Elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder einem Rotor (10) hergestellt mit einem Verfahren nach Anspruch 9.