DE102020109019A1

DE102020109019A1 - Rotor sowie elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102020109019A1
Application number: DE102020109019.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Eibl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-10-07
Also published as: CN114982111A; US20230117021A1; WO2021197753A1

Abstract

Rotor, insbesondere für eine stromerregte Synchronmaschine, zumindest bereichsweise eingebettet in Vergussmasse, wobei an dem Rotor zumindest ein Leiterelement angeordnet ist, welches eine Wicklung formt und mit einem Stromsammelelement verbunden ist, wobei zumindest zwischen dem Stromsammelelement und der Wicklung Vergussmasse vorgesehen ist, und wobei ein Verbindungsabschnitt des Leiterelements, welcher sich zwischen der Wicklung und dem Stromsammelelement erstreckt, durch ein dort angeordnetes Entkopplungselement von der Vergussmasse abgeschirmt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor, insbesondere für eine stromerregte Synchronmaschine, sowie eine elektrische Maschine.
Die mechanische Stabilisierung von Rotorwicklungen stellt, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, aufgrund der dort teilweise hohen Drehzahlanforderungen, eine große Herausforderung dar. Die DE 10 2016 205 813 A1 schlägt in diesem Zusammenhang ein Verfahren vor, bei welchem ein Rotorblechpaket mit gewickelten Rotorwicklungen in eine Gussform eingelegt wird, und wobei diese Anordnung durch Einspritzen einer Kunststoffmasse vergossen wird. Beim Abkühlen dieser Masse kann es zu Haarrissen kommen, welche zu Spannungen im Verguss führen. Diese Risse können sich im Betrieb verstärken. Auch unabhängig von einer etwaigen Vorschädigung können durch die im Betrieb auftretenden hohen Drehzahlen Risse entstehen. Diese an sich unproblematischen Risse können für die Leiter bzw. Drähte, aus welchen die Wicklungen geformt sind, problematisch sein. Kritisch sind dabei insbesondere die Leiter- oder Drahtabschnitte, welche nicht unmittelbar Teil der Wicklung sind bzw. an dieser anliegen, sondern diejenigen am Wicklungsausgang, wo der Draht die eigentliche Wicklung verlässt, um beispielsweise ein auf dem Rotor angeordnetes Stromsammelelement zu kontaktieren. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass die Drähte bzw. Leiter in diesen Abschnitten oftmals reißen, wobei dieser Schadensfall insbesondere auf dort in der Vergussmasse befindliche Risse zurückzuführen ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor sowie eine elektrische Maschine anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen.
Diese Aufgabe wird durch einen Rotor gemäß Anspruch 1 sowie durch eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der beigefügten Figur.
Erfindungsgemäß ist ein Rotor, insbesondere ein Rotor für eine stromerregte Synchronmaschine, zumindest bereichsweise eingebettet in Vergussmasse, wobei an dem Rotor zumindest ein Leiterelement angeordnet ist, welches eine Wicklung formt und mit einem Stromsammelelement verbunden ist, wobei zumindest zwischen dem Stromsammelelement und der Wicklung Vergussmasse vorgesehen ist, und wobei ein Verbindungsabschnitt des Leiterelements, welcher sich zwischen der Wicklung und dem Stromsammelelement erstreckt, durch ein dort angeordnetes Entkopplungselement von der Vergussmasse abgeschirmt ist. Beim dem Stromsammelelement handelt es sich um ein Bauteil, welches gemäß einer Ausführungsform auf einer Rotorwelle des Rotors angeordnet ist, und an welchem die Leiterelemente/Drähte der Wicklungen zusammengeführt und verschaltet sind. Das Stromsammelelement ist in geeigneter Weise mit den Schleifringen des Rotors elektrisch verbunden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rotor aus einer Vielzahl von Blechlamellen gefügt. Diese z. B. aus Elektroblech hergestellten Blechlamellen weisen entlang einer Rotorachse sich erstreckende, in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnete Nuten bzw. Stege auf. In den Nuten bzw. um die Stege herum werden die Wicklungen gebildet. Zur elektrischen Kontaktierung ist auf dem Rotor ein Stromsammelelement bzw. ein Stromsammler vorgesehen, welcher der elektrischen Verbindung der einzelnen Leiterelemente, insbesondere der Drähte, dient. Der Stromsammler ist damit zweckmäßigerweise auf einer Rotorwelle des Rotors, mittelbar oder unmittelbar, angeordnet. Bei dem Leiterelement handelt es sich insbesondere um einen Draht, bevorzugt um Kupferdraht, wobei auch andere Materialien denkbar und möglich sind. Im Bereich der Wicklung um die Stege herum ist der Kupferdraht durch seine feste und kompakte Anordnung gut geschützt. Jedoch ist er in dem Bereich ungeschützt, wo er die Wicklung selbst verlässt und zu dem Stromsammelelement führt. Mit anderen Worten liegt er dort sozusagen frei. Wirken in diesem Verbindungsabschnitt z. B. Mikrobewegungen auf ihn, welche beispielsweise durch eine dort angeordnete Vergussmasse indiziert sein können, insbesondere verstärkt durch dort ggf. vorhandene Mikrorisse, kann es zu einem Riss des Leiterelements im Verbindungsabschnitt kommen. Mit Vorteil ist nun in diesem Bereich das Entkopplungselement angeordnet bzw. vorgesehen, welches ermöglicht, den Verbindungsabschnitt von der Vergussmasse zu entkoppeln bzw. abzuschirmen. Mit anderen Worten verhindert das Entkopplungselement ein direktes Berühren, Kontaktieren oder Anlegen der Vergussmasse an dem Leiterelement im Bereich des Verbindungsabschnitts. Etwaige vorhandene Risse in der Vergussmasse führen in der Folge nicht zu einem Reißen des Leiterelements in diesem Bereich.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Entkopplungselement unmittelbar am Verbindungsabschnitt angeordnet. Mit anderen Worten ist das Entkopplungselement bevorzugt direkt bzw. unmittelbar am Leiterelement im Bereich des Verbindungsabschnitts angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Entkopplungselement geformt bzw. ausgelegt, das Leiterelement im Bereich des Verbindungsabschnitts ganz oder zumindest teilweise zu umhüllen. Die Umhüllung kann durch ein Aufschieben eines rohr- oder schlauchförmigen Entkopplungselements oder durch ein Umwickeln mit einem geeigneten band- oder streifenförmigen Material erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Entkopplungselement ein Hüllelement, welches ausgelegt ist, den Verbindungsabschnitt vollständig zu umhüllen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hüllelement aus einem zumindest bereichsweise flexiblen oder nachgiebigen Material gebildet. Bevorzugt ist das Hüllelement ein vollständig geschlossenes Hüllelement, welches entlang einer Längserstreckungsrichtung des Leiterelements auf diesem angeordnet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird als Material für das Hüllelement ein textiles Element, wie beispielsweise eine Gewebe oder Geflecht verwendet. Gemäß einer Ausführungsform wird als Material ein Glasfasergewebe oder Glasseidengewebe verwendet, besonders bevorzugt umfassend einen Silikonanteil. Dieser verhindert mit Vorteil, dass sich die Vergussmasse mit dem Material des Entkopplungselements/Hüllelements verbindet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hüllelement ein Glasseidenschlauch, insbesondere bevorzugt ein Glasseidensilikonschlauch, wobei der Silikonanteil vorteilhafterweise verhindert, dass sich die Vergussmasse mit dem Hüllelement verbindet. Mit Vorteil ist das Leiterelement bzw. sind die Leiterelemente der Wicklung im Bereich der Verbindungsabschnitte mit einem Glasfaserschlauch umhüllt. Dieser wirkt mit Vorteil als Barriere oder Sperre gegenüber einer in diesem Bereich vorhandenen Vergussmasse. Es hat sich herausgestellt, dass damit ein Drahtbruch äußerst wirkungsvoll vermieden werden kann.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Entkopplungselement durch eine elastische Schicht gebildet, wobei bevorzugt in die elastische Schicht der Verbindungsabschnitt bzw. das Leiterelement eingebettet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die elastische Schicht durch einen Silikonwerkstoff gebildet. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Schicht eine Grundschicht und eine Deckschicht, wobei zwischen der Grundschicht und der Deckschicht der Verbindungsabschnitt eingebettet ist. Gemäß einer Ausführungsform wird zunächst die Grundschicht im Bereich des Verbindungsabschnitts auf den Rotor aufgetragen. Im Anschluss erfolgt die Anordnung des Leiterelements und darauffolgend das Anordnen oder das Anbringen der Deckschicht, sodass das Leiterelement im Bereich des Verbindungsabschnitts mit Vorteil vollständig von der elastischen Schicht umhüllt ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Leiterelement in dem Verbindungsabschnitt durch ein Kontaktelement ersetzt. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Kontaktelement über einen geeignet ausgebildeten Kabelschuh. Bei dem Kontaktelement handelt es sich bevorzugt um ein Element, welches gegenüber einem Leiterelement aus Draht eine höhere Festigkeit bzw. Stabilität aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor eine Vielzahl von Verbindungsabschnitten auf, wobei die Verbindungsabschnitte jeweils durch ein Entkopplungselement abgeschirmt sind.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine elektrische Maschine, umfassend einen erfindungsgemäßen Rotor. Bevorzugt ist die elektrische Maschine eine stromerregte Synchronmaschine. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der elektrischen Maschine um einen Traktionsmotor eines teil- oder vollelektrifizierten Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens oder eines Kraftrads.
Die vorgeschlagenen Entkopplungselemente können mit Vorteil schnell montiert werden. Das Anbringen bzw. die Montage können von Hand oder auch maschinell, beispielsweise durch Einsatz geeigneter Industrieroboter, erfolgen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen eines Rotors bzw. einer elektrischen Maschine mit Bezug auf die beigefügte Figur.
Es zeigt:

1: zwei Ansichten eines Rotors entlang einer Rotorachse gesehen.

1 zeigt in ihrer linken oberen Bildhälfte einen Rotor 10, entlang einer Rotorachse R gesehen. Der rechteckige Rahmen deutet einen Ausschnitt an, welcher in der rechten unteren Bildhälfte vergrößert dargestellt ist. Zu erkennen ist hierbei insbesondere eine Wicklung 12, welche durch ein Leiterelement 14 gebildet ist. Dieses Leiterelement 14 ist über einen Verbindungsabschnitt 16 mit einer Kontaktstelle 22 eines Stromsammelelements 20 verbunden. Im Bereich zwischen der Kontaktstelle 22 und dem Austritt des Leiterelements 14 aus der Wicklung 12, vorliegend Verbindungsabschnitt 16 genannt, liegt das Leiterelement 14 im Wesentlichen „frei“. Erfindungsgemäß ist nun genau in diesem Bereich die Anordnung eines Entkopplungselements vorgesehen. Gemäß einer Ausführungsform ist beispielsweise im Bereich des Verbindungsabschnitts 16 das Leiterelement 14 durch ein geeignetes Hüllelement, wie einen Glasfaserschlauch, umhüllt oder in geeigneter Weise umwickelt. Alternativ ist in diesem Bereich eine elastische Schicht vorgesehen bzw. angeordnet, welche ausgelegt ist, das Leiterelement 14 im Bereich des Verbindungsabschnitts 16 zu schützen und insbesondere einzuhüllen oder zu umhüllen. Alternativ ist das Leiterelement 14 in dem Bereich des Verbindungsabschnitts 16 durch ein Kontaktelement ersetzt, welches sozusagen zwischen dem Austritt des Leiterelements 14 aus der Wicklung 12 und der Kontaktstelle 22 angeordnet ist. Es hat sich herausgestellt, dass durch die Verwendung der Entkopplungselemente wirkungsvoll Drahtbrüche in diesem Bereich vermieden werden können.
Bezugszeichenliste

10: Rotor
12: Wicklung
14: Leiterelement
16: Verbindungsabschnitt
20: Stromsammelelement
22: Kontaktstelle
R: Rotorachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016205813 A1 [0002]

Claims

Rotor (10), insbesondere für eine stromerregte Synchronmaschine, zumindest bereichsweise eingebettet in Vergussmasse, wobei an dem Rotor (10) zumindest ein Leiterelement (14) angeordnet ist, welches eine Wicklung (12) formt und mit einem Stromsammelelement (20) verbunden ist, wobei zumindest zwischen dem Stromsammelelement (20) und der Wicklung (12) Vergussmasse vorgesehen ist, und wobei ein Verbindungsabschnitt (16) des Leiterelements (14), welcher sich zwischen der Wicklung (14) und dem Stromsammelelement (20) erstreckt, durch ein dort angeordnetes Entkopplungselement von der Vergussmasse abgeschirmt ist.
Rotor (10) nach Anspruch 1, wobei das Entkopplungselement unmittelbar am Verbindungsabschnitt (16) angeordnet ist.
Rotor (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Entkopplungselement ein Hüllelement ist, welches ausgelegt ist, den Verbindungsabschnitt vollständig zu umhüllen.
Rotor (10) nach Anspruch 3, wobei das Hüllelement ein Glasseidensilikonschlauch ist.
Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entkopplungselement durch eine elastische Schicht gebildet ist, in welche der Verbindungsabschnitt (16) eingebettet ist.
Rotor (10) nach Anspruch 5, wobei die elastische Schicht durch Silikon gebildet ist, und wobei die Schicht eine Grundschicht und eine Deckschicht umfasst, wobei zwischen der Grundschicht und der Deckschicht der Verbindungsabschnitt (16) eingebettet ist.
Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leiterelement (14) in dem Verbindungsabschnitt (16) durch ein Kontaktelement ersetzt ist.
Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor (10) eine Vielzahl von Verbindungsabschnitt (16) aufweist, und wobei die Verbindungsabschnitte (16) durch Entkopplungselemente abgeschirmt sind.
Elektrische Maschine, umfassend einen Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.