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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors oder eines Rotorteilpakets für eine permanenterregte Synchronmaschine. Der Rotor oder da Rotorteilpaket weist ein Rotorblechpaket mit einer Vielzahl von einzelnen kreisringförmig ausgebildeten Rotorblechen auf, wobei jedes der Rotorbleche umfänglich verteilt in der Rotorblechfläche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, welche derart ausgebildet und angeordnet sind, dass im Rotorblechpakt in axialer Richtung sich erstreckende Taschen gebildet sind. Darüber hinaus weist der Rotor eine Vielzahl von Rotormagnetelementen auf, wobei zumindest jeweils ein Rotormagnetelement innerhalb einer Tasche des Rotorblechpakets angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Rotor sowie eine permanenterregte Synchronmaschine mit einem entsprechend ausgebildeten Rotor.
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In der
DE 10 2018 129 877 A1 wird ein Verfahren zur Befestigung mindestens eines Magneten an einem Blechpaket eines Rotors für einen Elektromotor beschrieben. Dabei wird der mindestens eine Magnet mit einem Klebeband umwickelt, sodass mindestens ein verklebbarer Magnet gebildet wird, wobei das Klebeband ein Trägerband und mindestens einen Klebstoff umfasst. Das Trägerband ist durch ein offen-poröses Vliesmaterial gebildet, das bei Raumtemperatur lediglich einseitig mit dem Klebstoff beschichtet ist. Bei einer Temperaturerhöhung um mindestens 20°C gegenüber der Raumtemperatur durchdringt der Klebstoff das offen-poröse Vliesmaterial und verbindet sich mit dem Blechpaket des Rotors, so dass der Magnet in einer Rotortasche verklebt gehalten ist.
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Aus der
DE 10 2015 207 663 A1 ist ferner ein Rotor eines Elektromotors oder Generators mit einer Rotationsachse bekannt, wobei von der Rotationsachse aus radial in Umfangsrichtung mehrere Aussparungen hintereinander angeordnet sind, die jeweils vom Rotor umschlossen sind und in denen jeweils ein Magnet gehalten ist. Die Magnete sind dabei in den Aussparungen verklemmt angeordnet.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors oder eines Rotorteilpakets bereitzustellen, wodurch eine dauerhafte Positionierung und Fixierung von Magnetelementen in Taschen des Rotorkörpers auf herstellungstechnisch möglichst effiziente Weise ermöglicht wird. Insbesondere soll die hierfür erforderliche Prozesszeit reduziert werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung einen Rotor sowie eine permanenterregte Synchronmaschine mit einem entsprechend ausgebildeten Rotor bereitzustellen, bei denen die Magnetelemente in Ihrer Lage dauerhaft positionsgenau in Taschen des Rotorkörpers fixiert sind.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors oder eines Rotorteilpakets für eine permanenterregte Synchronmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 und eine permanenterregte Synchronmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Rotors oder eines Rotorteilpakets, wobei der Rotor oder da Rotorteilpaket ein Rotorblechpaket mit einer Vielzahl von einzelnen kreisringförmig ausgebildeten Rotorblechen aufweist, wobei jedes der Rotorbleche umfänglich verteilt in der Rotorblechfläche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, wobei die Öffnungen derart ausgebildet und angeordnet sind, dass im Rotorblechpakt in axialer Richtung sich erstreckende Taschen gebildet sind, und wobei der Rotor eine Vielzahl von Rotormagnetelementen aufweist, wobei zumindest jeweils ein Rotormagnetelement innerhalb einer Tasche angeordnet ist, weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- - Bereitstellen eines Rotorblechpakets mit einer Vielzahl von in axialer Richtung sich innerhalb des Rotorblechpakets erstreckenden Taschen zur Aufnahme von Rotormagnetelementen,
- - Bereitstellen einer Vielzahl von Rotormagnetelementen,
- - Bereitstellen eines Klebstoffmittels zur Fixierung der Rotormagnetelemente innerhalb der Taschen, wobei das Klebstoffmittel derart ausgebildet ist, dass seine Klebeeigenschaften zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung durch auf das Klebemittel einwirkenden Druck aktivierbar sind,
- - Auftragen des Klebemittels auf die in die Taschen einzubringenden Rotormagnetelemente und/oder auf zumindest eine in einer Tasche gebildete Taschenwand, so dass das Rotormagnetelement über das Klebstoffmittel an der radial außen oder an der radial innen angeordneten Seitenwand der Tasche stoffschlüssig anordenbar ist,
- - Bereitstellen eines Andrückmittels, welches derart ausgebildet ist, dass es im Falle einer Aktivierung sein Volumen vergrößert,
- - Auftragen des Andrückmittels auf die in die Taschen einzubringenden Rotormagnetelemente und/oder auf zumindest eine in einer Tasche gebildete Taschenwand, so dass das in die Tasche eingebrachte Rotormagnetelement über das Andrückmittel, im Falle der Aktivierung des Andrückmittels, von der radial innen angeordneten Seitenwand der Tasche in Richtung radial außen angeordnete Seitenwand der Tasche oder von der radial außen angeordneten Seitenwand der Tasche in Richtung radial innen angeordnete Seitenwand der Tasche druckbeaufschlagbar ist,
- - Einbringen von zumindest jeweils einem Rotormagnetelement in jede oder in eine Mehrzahl der Vielzahl von Taschen, und
- - Fixieren des Rotormagnetelements in den Taschen durch Aktivieren des Andrückmittels.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass zum einen die Magnetelemente dauerhaft sicher in Taschen des Rotorblechpakts gehalten angeordnet sind und dass zum anderen lange Aushärtezeiten oder aufwändige Nachbearbeitungen zur Fixierung der Magnetelemente in den Taschen nicht weiter erforderlich sind. In der besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Andrückmittel und die Klebstoffmittel derart an den Rotormagnetelementen und/oder in den Taschen des Rotorblechplakets appliziert, dass die Rotormagnetelemente durch Aktivierung der Andrückmittel an der radial außen liegenden Taschenwand verklebt werden.
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Unter der radial äußeren bzw. radial außen liegenden Taschenwand oder der radialen Außenseite der Tasche wird die Wand der Tasche des Rotorblechpakets verstanden, die näher in Richtung Außenumfang angeordnet ist, während unter der radial inneren bzw. radial innen liegenden Taschenwand oder der radialen Innenseite der Tasche die Wand der Tasche innerhalb des Rotorblechpakets verstanden wird, die näher in Richtung der Drehachse des Rotors angeordnet ist.
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Unter einer stoffschlüssigen Verbindung mittels der mittels des Klebstoffmittels die Rotormagnetelemente in den Taschen des Rotorblechpakets fixiert werden, werden im Sinne der Erfindung insbesondere Verbindungen verstanden, bei denen die Verbindungspartner (vorliegend Rotormagnetelement und Taschenwand) durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen. Bei Klebeverbindungen sind darunter im Sinne der Erfindung sowohl Verbindungen zu verstehen, bei denen die Oberflächen der Verbindungspartner einem chemischen Prozess unterliegen als auch Verbindungen, bei denen die Verbindungspartner ohne Oberflächenveränderungen durch reine Adhäsionskräfte zusammengehalten werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Aktivierung des Andrückmittels durch thermische Aktivierung erfolgt. Alternativ kann die Aktivierung auch durch elektromagnetische Feldeinwirkung, insbesondere durch UV-Bestrahlung und/oder durch chemische Aktivierung, insbesondere durch Benetzen mit Flüssigkeit und/oder durch gezielte Kontaktierung des Andrückelements mit einem Gas erfolgen. Dadurch, dass das Andrückmittel, je nach gewählter Art des Andrückmittels, dieses auf unterschiedliche Art aktivierbar ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren in unterschiedlichen Produktionsarten bzw. Produktionsketten vorteilhaft eingesetzt werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Rotor oder ein Rotorteilpaket für einen Rotor (im Folgenden nur als Rotor benannt), umfassend ein Rotorblechpaket mit einer Vielzahl von einzelnen kreisringförmig ausgebildeten Rotorblechen, wobei jedes der Rotorbleche umfänglich verteilt in der Rotorblechfläche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Dabei sind die Öffnungen derart im Rotorblechpaket ausgebildet und angeordnet, dass im Rotorblechpakt in axialer Richtung sich erstreckende Taschen gebildet sind. Der Rotor weist eine Vielzahl von Rotormagnetelementen auf, die innerhalb der Taschen angeordnet sind. Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Rotormagnetelemente über ein Klebstoffmittel in den Taschen fixiert sind, welches seine klebende Wirkung zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung aktiviert, sobald ein definierter Druck auf das Klebstoffmittel ausgeübt wird. Hierdurch lässt sich ein Rotor bereitstellen, welcher positionsgenau in den Taschen angeordnete und sicher in den Taschen fixierte Magnetelemente trägt.
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Mit Vorteil weisen die Rotormagnetelemente und/oder die sich in axialer Richtung innerhalb des Rotorblechpakets parallel zur Rotordrehachse erstreckenden Taschen jeweils auf ihrer radialen Innenseite ein Andrückmittel auf. Mit Vorteil sind die Andrückmittel derart ausgebildet, dass es seine Volumenvergrößerung nach erfolgter Aktivierung beibehält. Hierdurch werden die Rotormagnetelemente in den Taschen des Rotorblechpakets an den radialen Außenwänden zusätzlich fixiert gehalten und durch das Andrückmittel dauerhaft umgeben. Darüber hinaus kann eine negative Geräuschentwicklung durch die Rotormagnetelemente weitestgehend vermieden werden.
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Bevorzugt sind die die Taschen bildenden Öffnungen in den Rotorblechen im Wesentlichen V-förmig zueinander angeordnet, was die Flussleiteigenschaften der Magnete unterstützt.
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Schließlich wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch eine permanenterregte Synchronmaschine gelöst, die einen erfindungsgemäß aufgebauten Rotor aufweist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine axiale Draufsicht auf ein Rotorblechpaket bzw. ein Rotorblech eines erfindungsgemäß aufgebauten Rotors in schematischer Darstellung, und
- 2 einen vergrößerten Teilausschnitt des in 1 dargestellten Rotorblechpakets bzw. Rotorblechs.
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1 zeigt eine axiale Draufsicht auf ein Rotorblechpaket 2 bzw. auf ein Rotorblech 3 in schematischer Darstellung. Ein derartiges Rotorblechpaket 2 weist eine Vielzahl von einzelnen kreisringförmig ausgebildeten aufeinander gestapelten Rotorblechen 3 auf, wobei jedes der Rotorbleche 3 umfänglich verteilt in der Rotorblechfläche eine Vielzahl von Öffnungen 4 aufweist. Die Öffnungen 4 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass im Rotorblechpakt 2 in axialer Richtung sich erstreckende Taschen 5 gebildet sind. Der Rotor 1 oder das Rotorteilpaket weist ferner eine Vielzahl von Rotormagnetelementen 6 auf, die innerhalb der Taschen 5 im Rotorblechpaket 2 angeordnet sind. Wie in der vergrößerten Teildarstellung in 2 gut zu erkennen ist, sind die Rotormagnetelemente 6 über ein Klebstoffmittel 7 in den Taschen 5 fixiert. Das Klebstoffmittel 7 ist derart ausgebildet, dass es seine klebende Wirkung zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung aktiviert, sobald ein definierter Druck auf das Klebstoffmittel 7 ausgeübt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Klebstoffmittel 7 als Klebestreifen ausgebildet, der vor dem Einbringen der Rotormagnetelemente 6 in die Taschen 5 auf die Rotormagnetelemente 6 aufgebracht wird. Mittels des Klebstoffmittels 7 sind die Rotormagnetelemente 6 an den radial nach außen weisenden Taschenwänden der Taschen 5 positioniert und endfixiert. Alternativ kann jedoch auch ein Flüssigklebstoff auf die Oberflächen von den Rotormagnetelementen 6 und/oder der Taschen aufgebracht werden. In 1 ist ferner gezeigt, dass die sich in axialer Richtung innerhalb des Rotorblechpakets 2 parallel zur Rotordrehachse erstreckenden Taschen 5 jeweils auf ihrer radialen Innenseite eine Taschennut 9 zur Führung eines Rotormagnetelements 6 aufweisen. Wie gut zu erkennen ist, weisen die Seitenwände der Taschennut 9 eine Tiefe T auf, die derart bemessen ist, dass ein in der Taschennut 9 geführtes Rotormagnetelement 6 noch seitlich durch die Seitenwände der Taschennut 9 geführt ist, wenn es an der radialen Außenseite der Taschennut 9 über das Klebstoffmittel 7 fixiert ist. Die die Taschen 5 bildenden Öffnungen 4 in den Rotorblechen 3 sind in der Draufsicht gesehen im Wesentlichen V-förmig zueinander angeordnet. Wie in der 1 angedeutet sind gegenüberliegend der die Taschennut 9 bildenden Seite der Tasche 5 zwei Stützvorsprunge 10 zur Führung des Rotormagnetelements 6 ausgebildet.
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Um die Verklebung bzw. Fixierung sowie die geforderte Haftkraft zwischen Rotormagnetelement 6 und Rotorstack bzw. Rotorblechpaket 2 zu erreichen, werden die Andrückmittel 8 insbesondere durch thermische und/oder chemische Prozesse aktiviert. Die aktivierten Andrückmittel 8 vergrößern innerhalb der Taschen 5 des Rotorblechpakets 2 ihr Volumen und beaufschlagen dadurch die Rotormagnetelemente 6 mit einer Kraft, so dass die Rotormagnetelemente 6 gegen die gegenüberliegende Taschenwand gedrückt werden und das Klebstoffmittel 7 zur endgültigen Fixierung der Rotormagnetelemente 6 in den Taschen 5 aktiviert wird. Ein abschließender Heiz- oder Aushärteprozessschritt ist nicht mehr erforderlich.
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In aller Regel werden pro Rotorblechpaket 2 für einen Rotorkörper eines Rotors 1 mehrere Rotorteilpakete gefertigt, in denen die Rotormagnetelemente 6 auf die vorstehend beschriebene Weise in den Taschen 5 eines Rotorblechpakets 2 fixiert werden. Diese Rotorteilpakete werden wie beschrieben vorgefertigt und drehwinkelversetzt zu einem Rotorkörper zusammengesetzt. Auch innerhalb eines Rotorblechpakets 2 können wiederum mehrere kleinere Rotorblechteilpakete, über mehrere axiale Abschnitte hintereinander liegend und drehversetzt zueinander angeordnet sein.
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In der 2 ist ferner gezeigt, dass die Rotormagnetelemente 6 und/oder die sich in axialer Richtung innerhalb des Rotorblechpakets 2 parallel zur Rotordrehachse erstreckenden Taschen 5 jeweils auf ihrer radialen Innenseite ein Andrückmittel 8 aufweisen, und dass die Rotormagnetelemente 6 und/oder die sich in axialer Richtung innerhalb des Rotorblechpakets 2 parallel zur Rotordrehachse erstreckenden Taschen 5 jeweils auf ihrer radialen Außenseite das Klebstoffmittel 7 aufweisen. Auch ist in der Figur gezeigt, dass die Taschen 5 bildenden Öffnungen 4 in den Rotorblechen 3 im Wesentlichen V-förmig zueinander angeordnet sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- Rotorblechpaket
- 3
- Rotorblech
- 4
- Öffnung
- 5
- Tasche
- 6
- Rotormagnetelement
- 7
- Klebstoffmittel
- 8
- Andrückmittel
- 9
- Taschennut
- 10
- Stützvorsprung
- T
- Tiefe (Taschennut)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018129877 A1 [0002]
- DE 102015207663 A1 [0003]
