DE102019219168A1

DE102019219168A1 - Rotor für eine elektrische Maschine, elektrische Maschine, Turbolader, Verfahren zum Herstellen eines Rotors

Info

Publication number: DE102019219168A1
Application number: DE102019219168.1A
Authority: DE
Inventors: Josef Pickel; Claus Holikow; Rene Schepp; Klaus Kaiser; Johannes Hagen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2021-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine elektrische Maschine (28) zum Antrieb eines Verdichters (23) und/oder einer Turbine (21) eines Turboladers (20), mit einem Rotorkörper (3) und mit einem Rotormagneten (2). Es ist vorgesehen, dass der Rotorkörper (3) ein Anschlusselement (4) und eine getrennt von dem Anschlusselement (4) hergestellte und mit dem Anschlusselement (4) verbundene, insbesondere verschweißte, Hülse (5) aufweist, wobei das Anschlusselement (4) und die Hülse (5) zusammen eine Aufnahme (7) ausbilden, in der der Rotormagnet (2) angeordnet ist, wobei das Anschlusselement (4) ein Befestigungsmittel (9) aufweist, durch das der Rotor (1) an einer Laderwelle (25) des Turboladers (20) befestigt/befestigbar ist, und wobei der Rotormagnet (1) innerhalb der Aufnahme (7) axial direkt an dem Anschlusselement (4) anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Verdichters und/oder einer Turbine eines Turboladers, mit einem Rotorkörper und mit einem Rotormagneten.
Außerdem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Rotor der eingangs genannten Art.
Ferner betrifft die Erfindung einen Turbolader mit einer derartigen elektrischen Maschine.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene elektrische Maschinen für einen Turbolader bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 10 2017 207 532 A1 einen Turbolader mit einer elektrischen Maschine zum Antrieb des Turboladers. Der Turbolader weist eine Turbine mit einem Turbinenrad, einen Verdichter mit einem Verdichterrad sowie eine Laderwelle auf, durch die das Turbinenrad und das Verdichterrad drehfest miteinander gekoppelt sind. Turbolader werden insbesondere im Kraftfahrzeugbau dazu eingesetzt, einen Frischluftstrom, der Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführt wird, zu erhöhen, um so die Leistung der Brennkraftmaschine zu steigern. Hierzu wird die Turbine des Turboladers strömungstechnisch mit Ausgängen der Zylinder verbunden, sodass die Turbine durch einen Abgasstrom der Brennkraftmaschine antreibbar ist. Der Verdichter wird strömungstechnisch mit Eingängen der Zylinder verbunden, sodass der Frischluftstrom durch den Verdichter gesteigert werden kann. Mittels der elektrischen Maschine kann der Frischluftstrom unabhängig von dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine erhöht werden. Hierdurch kann beispielsweise der ansonsten zeitlich verzögerte Ladedruckaufbau maßgeblich beschleunigt werden.
Die in der DE 10 2017 207 532 A1 offenbarte elektrische Maschine weist einen Rotor mit einem Rotorkörper und einem Rotormagneten auf, wobei der Rotorkörper einstückig ausgebildet ist. Der Rotor ist auf der Laderwelle drehfest angeordnet. Um den Rotor und somit die Laderwelle anzutreiben, weist die elektrische Maschine einen Stator mit einer mehrphasigen Antriebswicklung auf. Durch geeignete Bestromung der Phasen der Antriebswicklung mittels einer dafür vorgesehenen Leistungselektronik wird ein Antriebsmagnetfeld erzeugt, durch welches der Rotor angetrieben beziehungsweise gedreht wird.
Aus einer noch unveröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin ist es außerdem bekannt, den Rotorkörper mehrteilig auszubilden. Der Rotorkörper weist dabei ein Anschlusselement und eine getrennt von dem Anschlusselement hergestellte und mit dem Anschlusselement verbundene Hülse auf. Das Anschlusselement und die Hülse bilden zusammen eine Aufnahme aus, in der der Rotormagnet angeordnet ist. Das Anschlusselement weist ein Befestigungsmittel auf, durch das der Rotor an der Laderwelle befestigt/befestigbar ist. Aufgabe der Hülse ist dabei insbesondere, den Rotormagneten vor hohen Zentrifugalkräften und vor Korrosion zu schützen ohne die magnetischen Eigenschaften des Rotormagneten und des Stators zu beeinflussen. Aufgabe des Anschlusselementes ist insbesondere die stabile Befestigung des Rotors an der Laderwelle. Weil der Rotorkörper mehrteilig ausgebildet ist, können die Hülse und das Anschlusselement aus unterschiedlichen, besonders geeigneten Werkstoffen hergestellt werden.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen Rotorkörper auf, der ein Anschlusselement und eine getrennt von dem Anschlusselement hergestellte und mit dem Anschlusselement verbundene, insbesondere verschweißte, Hülse aufweist, wobei das Anschlusselement und die Hülse zusammen eine Aufnahme ausbilden, in der ein Rotormagnet angeordnet ist, wobei das Anschlusselement ein Befestigungsmittel aufweist, durch das der Rotor an einer Laderwelle eines Turboladers befestigt/befestigbar ist, und wobei der Rotormagnet innerhalb der Aufnahme axial direkt an dem Anschlusselement anliegt. Der Rotorkörper ist also mehrteilig ausgebildet, um die vorstehend im Zusammenhang mit der mehrteiligen Ausbildung beschriebenen Vorteile zu erreichen. Erfindungsgemäß liegt der Rotormagnet innerhalb der Aufnahme axial direkt an dem Anschlusselement an. Im Unterschied dazu ist im Falle der noch unveröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin ein Stützelement vorgesehen, das zwischen dem Rotormagnet und dem Anschlusselement angeordnet ist. Verglichen damit werden durch die erfindungsgemäße Lösung eine Axialerstreckung und eine Masse des Rotors verringert. Ist der erfindungsgemäße Rotor Teil einer elektrischen Maschine zum Antrieb eines Turboladers, so weist die elektrische Maschine aufgrund der geringen Masse des Rotors und der geringen Axialerstreckung des Rotors eine verringerte Unwucht auf, wodurch eine Belastung von die Laderwelle lagernden Radiallagern verringert ist. Unter einer direkten Anlage des Rotormagneten an dem Anschlusselement ist dabei zu verstehen, dass sich zwischen dem Rotormagneten und dem Anschlusselement kein separat handhabbares Bauteil, beispielsweise ein Stützelement, befindet. Vorzugsweise weist der Rotormagnet einen SmCo-Werkstoff und/oder einen Nd FeB-Werkstoff auf. Die Hülse weist vorzugsweise einen unmagnetischen Werkstoff auf. Vorzugsweise weist der Werkstoff der Hülse einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf wie der Werkstoff des Rotormagneten. Besonders geeignet als Hülsen-Werkstoff sind beispielsweise eine Nickelbasislegierung, ein Titan-Werkstoff und/oder Feinkornhartmetall. Das Anschlusselement weist vorzugsweise einen unmagnetischen Edelstahl-Werkstoff auf. Vorzugsweise sind die Hülse und das Anschlusselement miteinander verschweißt. Hierdurch wird eine stabile Verbindung dieser Elemente erreicht.
Vorzugsweise ist eine axial direkt an dem Anschlusselement anliegende erste Stirnseite des Rotormagneten mit dem Anschlusselement verbunden, insbesondere verklebt. Der Rotormagnet liegt also mittels der ersten Stirnseite axial direkt an dem Anschlusselement an. Durch die Verbindung des Rotormagneten mit dem Anschlusselement sind die beiden Elemente einfach gemeinsam handhabbar, wodurch beispielsweise die Herstellung des Rotors vereinfacht wird. Ist die Stirnseite des Rotormagneten mit dem Anschlusselement verklebt, so befindet sich zwischen dem Rotormagneten und dem Anschlusselement zwar eine Klebeschicht, weil es sich bei der Klebeschicht und dergleichen jedoch nicht um ein separat handhabbares Bauteil handelt, wird davon ausgegangen, dass der Rotormagnet auch bei Vorliegen der Klebeschicht direkt an dem Anschlusselement anliegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Rotormagnet eine von der ersten Stirnseite abgewandte geschlossene zweite Stirnseite aufweist. Die zweite Stirnseite des Rotormagneten ist somit vor Korrosion geschützt. Vorzugsweise ist hierzu eine Stützscheibe vorgesehen, wobei eine Stirnseite der Stützscheibe mit der zweiten Stirnseite des Rotormagneten verbunden, insbesondere verklebt, ist. Vorzugsweise ist eine Mantelaußenwand der Stützscheibe mit einer Mantelinnenwand der Hülse verbunden, insbesondere verschweißt. Alternativ dazu ist die Stirnseite der Stützscheibe mit einer von dem Anschlusselement abgewandten Stirnseite der Hülse verbunden, insbesondere verschweißt.
Vorzugsweise sind der Rotormagnet und die Hülse durch eine Presspassung miteinander verbunden. Der Rotormagnet weist also eine Außenkontur auf, die zumindest geringfügig größer ist als eine Innenkontur der Hülse. Durch die Presspassung ist eine zuverlässige Übertragung von Drehmomenten von dem Rotormagnet auf die Hülse oder von der Hülse auf den Rotormagnet gewährleistet. Weil die Hülse mit dem Anschlusselement verbunden ist, ist auch mittels der Hülse eine Übertragung von Drehmomenten von dem Rotormagnet auf das Anschlusselement oder von dem Anschlusselement auf den Rotormagnet gewährleistet.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine zum Antrieb eines Verdichters und/oder einer Turbine eines Turboladers zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 5 durch den erfindungsgemäßen Rotor aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Der erfindungsgemäße Turbolader weist einen Verdichter, eine Turbine und eine Laderwelle auf, durch die der Verdichter und die Turbine drehfest miteinander verbunden sind, und zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 6 durch die erfindungsgemäße elektrische Maschine aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Vorzugsweise durchfasst die Laderwelle ein Verdichterrad des Verdichters, wobei der Rotor auf einer von der Turbine abgewandten Seite des Verdichterrads auf der Laderwelle angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Anschlusselement und die Laderwelle durch eine Schraubverbindung und/oder durch eine Presspassung miteinander verbunden sind. Um die Unwucht der drehbar gelagerten Teile des Turboladers zu verringern, ist es gewünscht, dass eine Rotationsachse des Rotors und eine Rotationsachse der Laderwelle miteinander fluchten. Durch die Presspassung wird eine derartige Ausrichtung des Rotors mit der Laderwelle stabil gewährleistet. Vorzugsweise sind der Rotor und die Laderwelle sowohl durch die Schraubverbindung als auch durch die Presspassung miteinander verbunden.
Vorzugsweise übt der Rotor mittels der Schraubverbindung eine axiale Vorspannkraft auf das Verdichterrad des Verdichters aus. Daraus ergibt sich eine lagerichtige Fixierung des Verdichterrads. Mittels der Schraubverbindung ist eine gewünschte Vorspannkraft präzise einstellbar, sodass die Schraubverbindung zum Ausüben der Vorspannkraft besonders geeignet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 9 dadurch aus, dass das Anschlusselement, der Rotormagnet und die Hülse bereitgestellt werden, dass eine erste Stirnseite des Rotormagneten direkt an das Anschlusselement angelegt wird, dass die Hülse auf den Rotormagneten aufgeschoben oder der Rotormagnet in die Hülse eingeschoben wird, und dass die Hülse mit dem Anschlusselement verbunden wird. Auch darauf ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Stirnseite des Rotormagneten mit dem Anschlusselement verbunden, insbesondere verklebt, wird. Durch die Verbindung des Rotormagneten mit dem Anschlusselement sind diese beiden Elemente während der Montage des Rotors vorteilhaft gemeinsam handhabbar.
Vorzugsweise wird der Rotormagnet mit dem Anschlusselement verbunden, bevor die Hülse auf den Rotormagnet aufgeschoben oder der Rotormagnet in die Hülse eingeschoben wird. Vor dem Aufschieben der Hülse beziehungsweise dem Einschieben des Rotormagneten ist der Rotormagnet für die Verbindung mit dem Anschlusselement besonders einfach zugänglich. Nach dem Verbinden des Rotormagneten mit dem Anschlusselement werden vorzugsweise radiale Außenkonturen dieser Elemente aneinander angepasst, besonders bevorzugt durch Schleifen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Hülse eine Hülse bereitgestellt wird, die eine Innenkontur aufweist, die kleiner ist als eine Außenkontur des Rotormagneten, wobei die Hülse erhitzt wird, bevor die Hülse auf den Rotormagneten aufgeschoben oder der Rotormagnet in die Hülse eingeschoben wird. Durch das Erhitzen dehnt sich die Hülse aus, sodass sich die Innenkontur der Hülse erweitert und die Hülse einfach auf den Rotormagneten aufgeschoben beziehungsweise der Rotormagnet einfach in die Hülse eingeschoben werden kann. Kühlt die Hülse nach dem Aufschieben beziehungsweise Einschieben ab, so ergibt sich daraus eine Presspassung zwischen dem Rotormagnet und der Hülse, wodurch Drehmomente zuverlässig von dem Rotormagnet auf die Hülse oder von der hülse auf den Rotormagnet übertragen werden können.
Vorzugsweise wird eine Stützscheibe bereitgestellt, wobei eine Stirnseite der Stützscheibe mit einer von der ersten Stirnseite abgewandten zweiten Stirnseite des Rotormagneten verbunden wird. Durch das Vorsehen der Stützscheibe ist die zweite Stirnseite des Rotormagneten geschützt, beispielsweise vor Korrosion.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stützscheibe mit dem Rotormagneten verbunden wird, bevor die Hülse auf den Rotormagneten aufgeschoben oder der Rotormagnet in die Hülse eingeschoben wird. Vor dem Aufschieben der Hülse beziehungsweise dem Einschieben des Rotormagneten ist der Rotormagnet für die Verbindung mit der Stützscheibe besonders einfach zugänglich. Nach dem Verbinden der Stützscheibe mit dem Rotormagneten werden vorzugsweise radiale Außenkonturen dieser Elemente aneinander angepasst, besonders bevorzugt durch Schleifen. Vorzugsweise wird an der Abstützscheibe eine Einführfase ausgebildet, um das Aufschieben der Hülse beziehungsweise Einschieben des Rotormagneten zu erleichtern.
Vorzugsweise wird der Rotormagnet vor oder nach der Montage des Rotors magnetisiert. Wird der Rotormagnet vor der Montage des Rotors magnetisiert, so wird zunächst ein Rohling für einen Rotormagneten bereitgestellt. Dieser Rohling wird magnetisiert um den Rotormagnet zu erhalten und der erhaltene Rotormagnet wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Rotors verwendet. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass der separat vorliegende Rohling besonders einfach für die Magnetisierung zugänglich ist. Wird der Rotormagnet nach der Montage des Rotors magnetisiert, so wird zunächst der Rohling bereitgestellt. Dieser Rohling wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Rotors verwendet. Es wird also zunächst ein Rotor mit einem Rohling für einen Rotormagnet hergestellt. Dieser Rohling wird als Teil des hergestellten Rotors magnetisiert. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Magnetisierung des Rotormagneten durch Verfahrensschritte bei der Herstellung des Rotors nicht beeinflusst wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen.

1 einen Rotor für eine elektrische Maschine,
2 einen Turbolader mit einer den in 1 dargestellten Rotor aufweisenden elektrischen Maschine,
3a bis 3d Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung des Rotors,
4a bis 4d weitere Verfahrensschritte des Verfahrens und
5a und 5b weitere Verfahrensschritte des Verfahrens.

1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Rotor 1 für eine elektrische Maschine. Der Rotor 1 weist eine Rotationsachse A auf und ist bezüglich der Rotationsachse A rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Rotor 1 weist einen Rotormagnet 2 und einen Rotorkörper 3 auf. Der Rotorkörper 3 ist mehrteilig ausgebildet und weist ein Anschlusselement 4 und eine separat von dem Anschlusselement hergestellte Hülse 5 auf. Das Anschlusselement 4 und die Hülse 5 sind miteinander verbunden. Vorliegend ist die Hülse 5 radial umlaufend mit dem Anschlusselement 4 verschweißt, sodass die Hülse 5 und das Anschlusselement 4 mittels einer ersten Schweißverbindung 6 miteinander verbunden sind.
Das Anschlusselement 4 und die Hülse 5 bilden zusammen eine Aufnahme 7 aus, in der der Rotormagnet 2 angeordnet ist. Eine erste Stirnseite 8 des Rotormagneten 2 liegt dabei innerhalb der Aufnahme 7 axial an dem Anschlusselement 4 an und ist mit dem Anschlusselement 4 verklebt. Weil zwischen dem Rotormagnet 2 und dem Anschlusselement 4 kein separat handhabbares Bauteil, sondern lediglich eine Klebeschicht, angeordnet ist, wird davon ausgegangen, dass der Rotormagnet 2 direkt an dem Anschlusselement 4 anliegt.
Das Anschlusselement 4 weist ein Befestigungsmittel 9 auf, um den Rotor 1 drehfest an einer Laderwelle eines Turboladers zu befestigen. Das Befestigungsmittel 9 ist vorliegend als Ausnehmung 10 ausgebildet, die sich in Axialerstreckung des Anschlusselementes 4 erstreckt. Die Ausnehmung 10 weist einen ersten Axialabschnitt 11 und einen zweiten Axialabschnitt 12 auf, wobei der erste Axialabschnitt 11 näher an dem Rotormagneten 2 gelegen ist als der zweite Axialabschnitt 12. Der erste Axialabschnitt 11 weist eine Radialerstreckung R1 auf, die kleiner ist als eine Radialerstreckung R2 des zweiten Axialabschnitts 12. Außerdem weist der erste Radialabschnitt 11 ein Innengewinde 13 auf. Der zweite Radialabschnitt 12 ist gewindefrei beziehungsweise glatt ausgebildet.
Der Rotor 1 weist außerdem eine Stützscheibe 14 auf. Eine Stirnseite 15 der Stützscheibe 14 ist mit einer von der ersten Stirnseite 8 des Rotormagneten 2 abgewandten zweiten Stirnseite 16 des Rotormagneten 2 verbunden, vorliegend mittels Kleben. Auch die Stützscheibe 14 ist in der Aufnahme 7 angeordnet. Eine Mantelaußenwand 17 der Stützscheibe 14 liegt innerhalb der Aufnahme 7 an einer Mantelinnenwand 18 der Hülse 5 an. Vorliegend ist die Hülse 5 radial umlaufend mit der Stützscheibe 14 verschweißt, sodass die Hülse 5 und die Stützscheibe 14 mittels einer zweiten Schweißverbindung 19 miteinander verbunden sind. Alternativ dazu sind die Hülse 5 und die Stützscheibe 14 vorzugsweise axial miteinander verschweißt.
Das Anschlusselement 4 ist vorzugsweise aus unmagnetischem Edelstahl hergestellt. Dieser Werkstoff ist für eine stabile Befestigung des Rotors 1 mit der Laderwelle besonders geeignet. Die Hülse 5 ist vorzugsweise aus einer Nickelbasislegierung, Titan oder Feinkornhartmetall hergestellt. Diese Werkstoffe sind für die Ausbildung der Hülse 5 besonders geeignet, weil sie zum einen den Rotormagnet 2 zuverlässig vor einer Beschädigung durch bei einer Drehung des Rotors 1 auftretende Zentrifugalkräfte schützen und zum anderen die magnetischen Eigenschaften des Rotormagneten 2 kaum beeinflussen. Der Rotormagnet 2 ist vorzugsweise aus einem SmCo-Werkstoff oder einem NdFeB-Werkstoff hergestellt.
2 zeigt einen Turbolader 20 für eine Brennkraftmaschine. Der Turbolader 20 weist eine Turbine 21 mit einem Turbinenrad 22 auf. Ist der Turbolader 20 bestimmungsgemäß mit der Brennkraftmaschine gekoppelt, so ist das Turbinenrad 22 durch einen Abgasstrom der Brennkraftmaschine antreibbar. Der Turbolader 20 weist außerdem einen Verdichter 23 mit einem Verdichterrad 24 auf. Ist der Turbolader 20 mit der Brennkraftmaschine gekoppelt, so wird durch eine Drehung des Verdichterrads 24 ein Frischluftstrom, der Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt wird, gesteigert. Der Turbolader 20 weist außerdem eine Laderwelle 25 auf. Durch die Laderwelle 25 sind das Turbinenrad 22 und das Verdichterrad 24 drehfest miteinander verbunden.
Der Turbolader 20 weist außerdem ein hier nur schematisch dargestelltes Gehäuse 26 auf, das insbesondere auch mehrteilig mit einem Lagergehäuse, einem Verdichtergehäuse und einem Turbinengehäuse ausgebildet sein kann. Die Laderwelle 25 ist in dem Gehäuse 26 drehbar gelagert. Zur Lagerung der Laderwelle 25 weist der Turbolader 20 vorliegend eine Lagereinrichtung 48 mit zwei Radiallagern 27 auf.
Um den Turbolader 20 unabhängig von dem Abgasstrom anzutreiben, weist der Turbolader 20 eine elektrische Maschine 28 auf. Die elektrische Maschine 28 ist auf einer von dem Turbinenrad 22 abgewandten Seite des Verdichterrads 24 angeordnet. Das Verdichterrad 24 befindet sich also zwischen der elektrischen Maschine 28 und dem Turbinenrad 22.
Die elektrische Maschine 28 weist einen nur schematisch dargestellten Stator 29 auf. Der Stator 29 weist ein kreisförmiges Statorjoch auf, das koaxial zu der Laderwelle 25 angeordnet ist und mehrere radial nach innen vorstehende Statorzähne 49 aufweist. Außerdem weist der Stator 29 eine mehrphasige Antriebswicklung 30 auf, wobei die Statorzähne 49 mit der Antriebswicklung 30 umwickelt sind.
Die elektrische Maschine 28 weist außerdem den in 1 dargestellten Rotor 1 auf. Der Rotor 1 ist drehfest mit der Laderwelle 25 verbunden. Hierzu ist die Laderwelle 25 in die Ausnehmung 10 des Anschlusselementes 4 eingeführt. Die Laderwelle 25 weist an einem dem Rotor 1 zugeordneten Ende 31 einen ersten Abschnitt 32 mit einem Außengewinde 33 auf, wobei das Außengewinde 33 mit dem Innengewinde 13 des Anschlusselementes 4 verschraubt ist, sodass eine Schraubverbindung 35 gebildet ist. Ein sich axial an den ersten Abschnitt 32 anschließender zweiter Abschnitt 34 weist eine Radialerstreckung R3 auf, die zumindest geringfügig größer ist als die Radialerstreckung R2 des zweiten Axialabschnitts 12. Der zweite Abschnitt 34 der Laderwelle 25 ist in den zweiten Axialabschnitt 12 der Ausnehmung 10 eingepresst, sodass die Laderwelle 25 und der Rotor 1 auch mittels einer Presspassung 39 miteinander verbunden sind. Der erste Abschnitt 32 der Laderwelle 25 und der zweite Abschnitt 34 der Laderwelle 25 bilden somit zusammen ein Gegenbefestigungsmittel 40, zur Befestigung des Rotors 1 an der Laderwelle 25.
Ein dem Rotor 1 zugewandtes erstes Ende 36 des Verdichterrads 24 liegt axial direkt an dem Anschlusselement 4 an. Ein von dem ersten Ende 36 abgewandtes zweites Ende 37 des Verdichterrads 24 liegt axial direkt an einer Anschlagsschulter 38 der Laderwelle 25 an. Der Rotor 1 ist derart weit auf die Laderwelle 25 aufgeschraubt, dass der Rotor 1 eine gewünschte axiale Vorspannkraft auf das Verdichterrad 24 ausübt. Das Verdichterrad 24 ist also zwischen dem Rotor 1 und der Anschlagsschulter 38 vorgespannt gehalten. Um ein Aufschrauben des Rotors 1 auf die Laderwelle 25 zu erleichtern, weist eine Außenkontur des Anschlusselementes 4 vorzugsweise eine Schlüsselfläche auf, die das Ansetzen eines Montagswerkzeugs erlaubt. Beispielsweise ist die Schlüsselfläche zweiflach-förmig, sechskant-förmig oder vierkant-förmig ausgebildet.
Im Folgenden wird mit Bezug auf die 3a bis 3d, 4a bis 4d, 5a und 5b ein Verfahren zur Herstellung des Rotors 1 erläutert.
In einem in 3a dargestellten Verfahrensschritt werden ein noch nicht magnetisierter Rohling 41 für den späteren Rotormagnet 2, die Stützscheibe 14, das Anschlusselement 4 und die Hülse 5 bereitgestellt. Es wird dabei eine Hülse 5 bereitgestellt, deren Innenkontur kleiner ist als eine Außenkontur des Rohlings 41. Vorstehend mit Bezug auf den Rotormagnet 2 verwendete Begriffe und Bezugszeichen werden im Folgenden analog für den Rohling 41 verwendet. Der Rohling 41, die Stützscheibe 14, das Anschlusselement 4 und die Hülse 5 werden an den durch die gestrichelten Linien dargestellten Flächen abgeschliffen.
In einem in 3b dargestellten Verfahrensschritt wird die erste Stirnseite 8 des Rohlings 41 an das Anschlusselement 4 angelegt und mit dem Anschlusselement 4 verklebt. Außerdem wird das Stützelement 14 an der zweiten Stirnseite 16 des Rohlings 41 angelegt und mit der zweiten Stirnseite 16 verklebt. Dadurch wird eine die Stützscheibe 14, den Rohling 41 und das Anschlusselement 4 aufweisende Baugruppe 42 erhalten.
In einem in 3c dargestellten Verfahrensschritt wird die Baugruppe 42 an den durch die gestrichelten Linien dargestellten Flächen abgeschliffen. Außerdem wird an einer von dem Rohling 41 abgewandten Kante 43 der Stützscheibe 14 eine Einführfase ausgebildet.
Gegebenenfalls wird die Baugruppe 42 in Ebenen an den Positionen W1 und W2 ausgewuchtet, wie in 3d dargestellt.
In einem in 4a dargestellten Verfahrensschritt wird die Hülse 5 mittels einer Heizeinrichtung 44 erhitzt. Durch das Erhitzen der Hülse 5 erweitert sich die Innenkontur der Hülse 5, sodass der Rohling 41 in die Hülse 5 einschiebbar beziehungsweise die Hülse 5 auf den Rohling 41 aufschiebbar ist. Die Heizeinrichtung 44 erhitzt die Hülse 5 dabei beispielsweise induktiv oder durch Strahlung. Wie in 4a außerdem dargestellt werden die Stützscheibe 14 und der Rohling 41 in die erhitzte Hülse 5 eingeschoben, sodass die Hülse 5 dann den Rohling 41 und die Stützscheibe 14 umschließt. Alternativ dazu wird die Hülse 5 auf die Stützscheibe 14 und den Rohling 41 aufgeschoben. Es wird dadurch die in 4b dargestellte Baugruppe 45 erhalten. Kühlt die den Rohling 41 umschließende Hülse 5 ab, so verringert sich die Innenkontur der Hülse 5, sodass die Hülse 5 und der Rohling 41 durch eine Presspassung 46 miteinander verbunden sind.
In einem in 4c dargestellten Verfahrensschritt werden die Hülse 5 und das Anschlusselement 4 sowie die Hülse 5 und die Stützscheibe 14 radial verschweißt, sodass die Schweißverbindungen 6 und 19 ausgebildet werden.
In einem in 4d dargestellten Verfahrensschritt wird die Baugruppe 45 an den durch die gestrichelten Linien dargestellten Flächen abgeschliffen.
Gegebenenfalls wird die Baugruppe 45 in einem in 5a dargestellten Verfahrensschritt in Ebenen an den Positionen W3 und W4 ausgewuchtet.
In einem in 5b dargestellten Verfahrensschritt wird der Rohling 41 mittels einer Magnetisiereinrichtung 47 magnetisiert, wodurch der Rotormagnet 2 und der fertige Rotor 1 erhalten werden.
Die Abfolge der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte ist lediglich beispielhaft dargestellt. Insbesondere werden einzelne der Verfahrensschritte ausgelassen oder in einer anderen Abfolge durchgeführt. Insbesondere wird der Rohling 41 bereits zu einem früheren Zeitpunkt magnetisiert, beispielsweise wird bereits der als separates Bauteil vorliegende Rohling 41 vor der Verbindung mit der Stützscheibe 14 und dem Anschlusselement 4 magnetisiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017207532 A1 [0005, 0006]

Claims

Rotor für eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Verdichters (23) und/oder einer Turbine (21) eines Turboladers (20), mit einem Rotorkörper (3), der ein Anschlusselement (4) und eine getrennt von dem Anschlusselement (4) hergestellte und mit dem Anschlusselement (4) verbundene, insbesondere verschweißte, Hülse (5) aufweist, wobei das Anschlusselement (4) und die Hülse (5) zusammen eine Aufnahme (7) ausbilden, in der ein Rotormagnet (2) angeordnet ist, wobei das Anschlusselement (4) ein Befestigungsmittel (9) aufweist, durch das der Rotor (1) an einer Laderwelle (25) des Turboladers (20) befestigt/befestigbar ist, und wobei der Rotormagnet (2) innerhalb der Aufnahme (7) axial direkt an dem Anschlusselement (4) anliegt.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine axial direkt an dem Anschlusselement (4) anliegende erste Stirnseite (8) des Rotormagneten (2) mit dem Anschlusselement (4) verbunden, insbesondere verklebt, ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormagnet (2) eine von der ersten Stirnseite (8) abgewandte geschlossene zweite Stirnseite (16) aufweist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormagnet (2) und die Hülse (5) durch eine Presspassung (46) miteinander verbunden sind.
Elektrische Maschine zum Antrieb eines Verdichters (23) und/oder einer Turbine (21) eines Turboladers (20), gekennzeichnet durch einen Rotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.
Turbolader aufweisend einen Verdichter (23), eine Turbine (21), eine Laderwelle (25), durch die der Verdichter (23) und die Turbine (21) drehfest miteinander verbunden sind, und eine elektrische Maschine (28) zum Antrieb des Verdichters (23) und/oder der Turbine (21), gekennzeichnet durch die Ausbildung der elektrischen Maschine (28) gemäß Anspruch 5.
Turbolader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (4) und die Laderwelle (25) durch eine Schraubverbindung (35) und/oder durch eine Presspassung (39) miteinander verbunden sind.
Turbolader nach einem der Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) mittels der Schraubverbindung (35) eine axiale Vorspannkraft auf ein Verdichterrad (24) des Verdichters (23) ausübt.
Verfahren zum Herstellen eines Rotors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen des Anschlusselementes (4), des Rotormagneten (2) und der Hülse (5), - Anlegen einer ersten Stirnseite (8) des Rotormagneten (2) direkt an das Anschlusselement (4), - Aufschieben der Hülse (5) auf den Rotormagneten (2) oder Einschieben des Rotormagneten (2) in die Hülse (5), - Verbinden der Hülse (5) mit dem Anschlusselement (4).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnseite (8) des Rotormagneten (2) mit dem Anschlusselement (4) verbunden, insbesondere verklebt, wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormagnet (2) mit dem Anschlusselement (4) verbunden wird, bevor die Hülse (5) auf den Rotormagnet (2) aufgeschoben oder der Rotormagnet (2) in die Hülse (5) eingeschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Hülse (5) eine Hülse (5) bereitgestellt wird, die eine Innenkontur aufweist, die kleiner ist als eine Außenkontur des Rotormagneten (2), wobei die Hülse (5) erhitzt wird, bevor die Hülse (5) auf den Rotormagneten (2) aufgeschoben oder der Rotormagnet (2) in die Hülse (5) eingeschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützscheibe (14) bereitgestellt wird, wobei eine Stirnseite (15) der Stützscheibe (14) mit einer von der ersten Stirnseite (8) des Rotormagneten (2) abgewandten zweiten Stirnseite (16) des Rotormagneten (2) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheibe (14) mit dem Rotormagneten (2) verbunden wird, bevor die Hülse (5) auf den Rotormagneten (2) aufgeschoben oder der Rotormagnet (2) in die Hülse (5) eingeschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotormagnet (2) vor oder nach der Montage des Rotors (2) magnetisiert wird.