DE102020201123A1

DE102020201123A1 - Rotor of an electrical machine

Info

Publication number: DE102020201123A1
Application number: DE102020201123.0A
Authority: DE
Inventors: Timo Heusel; Felix Rupprecht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-08-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotor (12, 42) einer elektrischen Maschine (10), wobei der Rotor (12, 42) mindestens eine Trägerplatte (14, 24) aufweist. Der Rotor (12, 42) ist wellenfrei aufgebaut und ist aus einer Anzahl gegeneinander verspannter Rotorsegmente (22.1 bis 22.6) gebildet.The invention relates to a rotor (12, 42) of an electrical machine (10), the rotor (12, 42) having at least one carrier plate (14, 24). The rotor (12, 42) is constructed without shafts and is formed from a number of rotor segments (22.1 to 22.6) braced against one another.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotor einer elektrischen Maschine, wobei der Rotor mindestens eine Trägerplatte aufweist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Rotors in einer elektrischen Maschine beispielsweise in einem E-Achsen-Modul.The invention relates to a rotor of an electrical machine, the rotor having at least one carrier plate. The invention also relates to the use of the rotor in an electrical machine, for example in an e-axis module.

Stand der TechnikState of the art

DE 10 2016 009 397 A1 bezieht sich auf einen Rotor für eine elektrische Maschine. Der Rotor weist mehrere in axiale Richtung hintereinander liegend angeordnete Blechpakete auf. Der Rotor umfasst ferner eine erste Rotorscheibe und eine zweite Rotorscheibe. Die mehreren Blechpakete sowie die erste und die zweite Rotorscheibe weisen jeweils mehrere Durchgangsöffnungen in einer Umfangsrichtung auf. Zur Verbindung der mehreren Blechpakete mit der ersten und der zweiten Rotorscheibe werden Schrauben eingesetzt, die die Durchgangsöffnungen durchdringen. Der Rotor weist auch einen Rotorträger auf, der drehfest mit der ersten Rotorscheibe verbunden sein kann. Die erste Rotorscheibe kann eine Nabe aufweisen, um sich auf einer Welle abstützen zu können und so den Rotorträger auf der Seite der ersten Rotorscheibe ebenfalls abstützen zu können beziehungsweise diesen drehend zur Welle oder wellenfest zu lagern. DE 10 2016 009 397 A1 refers to a rotor for an electrical machine. The rotor has a plurality of laminated cores arranged one behind the other in the axial direction. The rotor further comprises a first rotor disk and a second rotor disk. The plurality of laminated cores and the first and second rotor disks each have a plurality of through openings in a circumferential direction. To connect the multiple laminated cores to the first and second rotor disks, screws are used that penetrate the through openings. The rotor also has a rotor carrier which can be connected to the first rotor disk in a rotationally fixed manner. The first rotor disk can have a hub in order to be able to be supported on a shaft and thus also to be able to support the rotor arm on the side of the first rotor disk or to mount it rotating to the shaft or fixed to the shaft.

DE 10 2006 052 767 B4 hat einen als Außenläufermotor ausgebildeten Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator zum Gegenstand. Dabei weist der Stator eine Welle auf. Der Rotor umfasst einen hülsenförmigen Umfangskörper, eine Rotorscheibe und einen Ausleger mit mehreren Permanentmagneten. Der Ausleger ist an der Rotorscheibe mittels einer Verschraubung befestigt. Der hülsenförmige Umfangskörper ist ebenfalls an der Rotorscheibe mit einer Schraubverbindung fest angeordnet. Zur Lagerung des Rotors sind zwei Lager im hülsenförmigen Umfangskörper aufgenommen. DE 10 2006 052 767 B4 concerns an electric motor designed as an external rotor motor with a rotor and a stator. The stator has a shaft. The rotor comprises a sleeve-shaped peripheral body, a rotor disk and a boom with a plurality of permanent magnets. The boom is attached to the rotor disk by means of a screw connection. The sleeve-shaped circumferential body is also fixedly arranged on the rotor disk with a screw connection. To support the rotor, two bearings are accommodated in the sleeve-shaped circumferential body.

DE 10 2017 115 229 A1 hat einen Rotor einer elektrischen Maschine zum Gegenstand. In einer Ausführungsvariante dieser Lösung umfasst der Rotor eine Trägerhülse, zwei Druckplatten und ein zwischen die Druckplatten eingespanntes Blechpaket. Ein Pressverband umfasst die Druckplatten, das Blechpaket sowie mindestens einen Zuganker. Der mindestens eine Zuganker kann beispielsweise über eine Gewindestange und zwei auf dieser angeordnete, gegeneinander verdrehbare Muttern realisiert werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, eine Schraube mit einer Mutter einzusetzen. Die Trägerhülse wird zusammen mit den Druckplatten sowie dem Blechpaket auf einer Welle angeordnet. Das Blechpaket kann Aufnahmen für einzelne zu bestückende Magnete aufweisen. DE 10 2017 115 229 A1 deals with a rotor of an electrical machine. In one embodiment of this solution, the rotor comprises a carrier sleeve, two pressure plates and a laminated core clamped between the pressure plates. An interference fit comprises the pressure plates, the laminated core and at least one tie rod. The at least one tie rod can be implemented, for example, by means of a threaded rod and two mutually rotatable nuts arranged on it. Alternatively, it is possible to use a screw with a nut. The carrier sleeve is arranged on a shaft together with the pressure plates and the laminated core. The laminated core can have receptacles for individual magnets to be fitted.

Bei derzeitigen Designs elektrischer Antriebe werden Rotorsegmente beziehungsweise Lamellen der elektrischen Maschine auf eine Rotorwelle aufgepresst. Die Wellenoberfläche der Rotorwelle ist dazu aufwendig vorzubereiten. Zur Fixierung der Rotorsegmente beziehungsweise von Lamellen werden zwei Spannscheiben eingesetzt und mittels eines Pressverbands oder alternativ mittels eines zentralen Gewindes vorgespannt. Für die Ausbildung eines Pressverbands zwischen Rotorsegment beziehungsweise Lamelle einerseits sowie der Rotorwelle andererseits sind enge Fertigungstoleranzen erforderlich. Durch das Aufpressen können sich metallische Partikel lösen, was zur Spanbildung führt, was wiederum zu Problemen bei der Einhaltung von Luft- und Kriechstrecken führen kann. Bei nasslaufenden elektrischen Maschinen können weitere Probleme durch Verschleppung beziehungsweise Verstopfungserscheinungen durch gelöste Partikel entstehen.In current designs of electrical drives, rotor segments or lamellae of the electrical machine are pressed onto a rotor shaft. The shaft surface of the rotor shaft is complex to prepare for this. To fix the rotor segments or lamellae, two tensioning disks are used and pretensioned by means of a press fit or, alternatively, by means of a central thread. For the formation of a press fit between the rotor segment or lamella on the one hand and the rotor shaft on the other hand, tight manufacturing tolerances are required. By pressing on, metallic particles can loosen, which leads to the formation of chips, which in turn can lead to problems in maintaining clearances and creepage distances. In the case of wet-running electrical machines, further problems can arise from entrainment or clogging caused by dissolved particles.

Die derzeit kostengünstige Lösung für eine Rotorwelle stellt eine einteilige Vollwelle dar. Um das erforderliche Drehmoment an einer Schnittstelle zu einem Getriebe übertragen zu können, muss der Durchmesser in diesem Bereich entsprechend groß ausgelegt werden. Dadurch wiederum ergeben sich Nachteile hinsichtlich des Gewichts. Ferner führen die resultierenden hohen Umfangsgeschwindigkeiten im Bereich einer Öldichtung, die bevorzugt als Radialwellendichtring ausgebildet ist, dort zu einem erhöhten Verschleiß und sich über die Lebensdauer einstellender Leckage, was höchst unerwünscht ist.The currently inexpensive solution for a rotor shaft is a one-piece solid shaft. In order to be able to transmit the required torque at an interface to a gear, the diameter in this area must be designed to be correspondingly large. This in turn results in disadvantages in terms of weight. Furthermore, the resulting high circumferential speeds in the area of an oil seal, which is preferably designed as a radial shaft sealing ring, lead there to increased wear and leakage that occurs over the service life, which is highly undesirable.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Rotor einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, wobei der Rotor mindestens eine Trägerplatte aufweist. Der Rotor ist gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wellenfrei aufgebaut und aus einer Anzahl gegeneinander verspannter Rotorsegmente oder Lamellen gebildet.According to the invention, a rotor of an electrical machine is proposed, the rotor having at least one carrier plate. According to the solution proposed according to the invention, the rotor is constructed without shafts and is formed from a number of rotor segments or lamellae braced against one another.

Durch das Design gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann ein Rotor geschaffen werden, der ohne eine herkömmlicherweise eingesetzte Rotorwelle auskommt, die komplett entfällt. Dies bietet erhebliche Vorteile hinsichtlich des Gewichts und eröffnet Möglichkeiten im Hohlraum des Rotors aufgrund der entfallenen Rotorwelle Kühlkreiskomponenten unterzubringen.As a result of the design according to the solution proposed according to the invention, a rotor can be created which manages without a conventionally used rotor shaft which is completely omitted. This offers considerable advantages in terms of weight and opens up possibilities of accommodating cooling circuit components in the cavity of the rotor due to the omitted rotor shaft.

In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Rotor die Rotorsegmente oder Lamellen zwischen einer ersten Trägerplatte und einer zweiten Trägerplatte gegeneinander verspannt. Durch diese Lösung kann in vorteilhafter Weise ein längenskalierbarer Rotor bereitgestellt werden, der entsprechend der Anzahl zwischen den Trägerplatten angeordneter Rotorsegmente hinsichtlich seiner Länge in axiale Richtung variabel gestaltet werden kann.In a further development of the solution proposed according to the invention, in the rotor proposed according to the invention, the rotor segments or lamellae are between a first carrier plate and a second carrier plate braced against each other. With this solution, a length-scalable rotor can be provided in an advantageous manner, which can be designed to be variable with regard to its length in the axial direction according to the number of rotor segments arranged between the carrier plates.

In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind die Rotorsegmente so beschaffen, dass sie bei Rotation eine möglichst geringe Unwucht aufweisen, beispielsweise ringförmig, und weisen einen Innendurchmesser sowie einen Außendurchmesser auf. Entsprechend der Auslegung des Innendurchmessers und des Außendurchmessers wird der magnetische Fluss nicht negativ beeinflusst, was zudem auch über die Materialauswahl beeinflussbar ist, hinsichtlich des Materials, aus welchem die beispielsweise ringförmig beschaffenen Rotorsegmente oder Lamellen gefertigt werden.In a further development of the solution proposed according to the invention, the rotor segments are designed in such a way that they have the smallest possible unbalance during rotation, for example ring-shaped, and have an inner diameter and an outer diameter. According to the design of the inner diameter and the outer diameter, the magnetic flux is not negatively influenced, which can also be influenced via the material selection, with regard to the material from which the rotor segments or lamellae, for example ring-shaped, are made.

In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind die Rotorsegmente oder Lamellen zwischen Trägerplatten über Befestigungselemente in Form von Gewindestangen, Zugankern, Verstemm- oder Schweißbolzen, Normschrauben mittels Drahtnetz oder Schlaufen oder dergleichen gegeneinander verspannt.In an advantageous development of the solution proposed according to the invention, the rotor segments or lamellae are braced against each other between carrier plates via fastening elements in the form of threaded rods, tie rods, caulking or welding bolts, standard screws by means of wire mesh or loops or the like.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Rotor begrenzen die gegeneinander verspannten, bevorzugt in Ringform ausgebildeten Rotorsegmente oder Lamellen einen Rotorhohlraum. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist nicht nur eine Gewichtsreduktion des Rotors erreichbar, vielmehr kann der Hohlraum auch in platzsparender Weise für Einbauten eines Kühlsystems genutzt werden.In the rotor proposed according to the invention, the rotor segments or lamellae, which are braced against one another and are preferably designed in the form of a ring, delimit a rotor cavity. The solution proposed according to the invention not only enables a weight reduction of the rotor to be achieved, but rather the cavity can also be used in a space-saving manner for built-in components of a cooling system.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Rotor nehmen die Trägerplatten Nabenelemente und/oder Lagerungskomponenten auf. In vorteilhafter Weise kann durch das vorgeschlagene Design der Trägerplatten der Einsatz unterschiedlicher Verzahnungsgeometrien hinsichtlich einer Getriebeeingangswelle realisiert werden, da diese als Bestückungsoption unter Wiederverwendung der gleichen Trägerplatte eingesetzt werden können. Durch die Gestaltung der Trägerplatten wird einerseits sowohl die Lagerung des Rotors an sich als auch die Aufnahme der Getriebeeingangswelle mitsamt Dichtung und Lager als Funktionsintegration realisiert.In the rotor proposed according to the invention, the carrier plates accommodate hub elements and / or bearing components. Advantageously, the proposed design of the carrier plates enables the use of different toothing geometries with regard to a transmission input shaft, since these can be used as an assembly option while reusing the same carrier plate. Due to the design of the carrier plates, both the mounting of the rotor itself and the mounting of the transmission input shaft together with the seal and bearing are implemented as a functional integration.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können die Rotorsegmente zum Beispiel im Fall permanent erregter Maschinen an zumindest einer ihrer Stirnseiten Magnete aufweisen, die in Bandform oder Streifenform ausgeführt sind und paarweise im Wesentlichen V-förmig zueinander ausgerichtet sind.In the solution proposed according to the invention, for example in the case of permanently excited machines, the rotor segments can have magnets on at least one of their end faces, which are designed in the form of a band or strip and are aligned in pairs essentially in a V-shape to one another.

In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können die Trägerplatten entweder in Blütenform, in Sternform mit oder ohne Radien oder als gleichseitige Vielecke mit oder ohne Radien ausgeführt sein. Durch eine derartige Geometrie kann bei der Auslegung der Trägerplatten einerseits Material und damit Gewicht eingespart werden, andererseits kann durch das vorgeschlagene Design in vorteilhafter Weise eine optimale Lage der Befestigungselemente, seien es Zuganker, seien es Gewindestangen oder dergleichen, erreicht werden, die hinsichtlich des Außendurchmessers der Trägerplatte möglichst weit radial zu platzieren sind, um eine Auffächerung von Lamellen der gegeneinander verspannten Rotorsegmente zu vermeiden. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können die Trägerplatten des Rotors im Wege des Stanz-Zieh-Biegeverfahrens, im Wege eines Gießverfahrens auf urformendem Wege, im Wege des Schmiedeverfahrens oder auch im Wege eines Kaltumformverfahrens hergestellt werden; die Trägerplatten können auch aus einem Kunststoffmaterial oder einer Kunststoffmaterialmischung gefertigt werden.In a further development of the solution proposed according to the invention, the carrier plates can be designed either in the shape of a flower, in a star shape with or without radii or as equilateral polygons with or without radii. Such a geometry can on the one hand save material and thus weight when designing the carrier plates, on the other hand, an optimal position of the fastening elements, be it tie rods, be it threaded rods or the like, can be achieved through the proposed design in an advantageous manner, which in terms of the outer diameter of the carrier plate are to be placed as far radially as possible in order to avoid fanning out the lamellae of the rotor segments that are braced against one another. In the solution proposed according to the invention, the support plates of the rotor can be produced by means of the stamping-drawing-bending process, by means of a casting process by the primary forming process, by the forging process or also by means of a cold forming process; the carrier plates can also be made from a plastic material or a plastic material mixture.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Rotors können die Trägerplatten an ihren außen liegenden Stirnseiten jeweils Befestigungsbereiche für Wuchtgewichte aufweisen, die ein wuchtscheibenfreies Auswuchten des gefügten Rotors ermöglichen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung werden an den Stirnseiten der Trägerplatte Bereiche gebildet, an denen Wuchtgewichte angeordnet werden können, sodass das Auswuchten des fertig gefügten Rotors erheblich vereinfacht werden kann, da der Einsatz bisher erforderlicher Wuchtscheiben entfallen kann; es können additive Wuchtverfahren durch partielles Aufbringen, beispielsweise Lot, eingesetzt werden oder subtraktive Wuchtverfahren zum Einsatz kommen, bei denen ein partielles Entfernen von Material in nicht-funktionalen Bereichen, zum Beispiel durch Einbringen einer Bohrung, erfolgt.In an advantageous further development of the rotor proposed according to the invention, the carrier plates can each have fastening areas for balancing weights on their outer end faces, which enable balancing of the joined rotor without balancing disks. With the solution proposed according to the invention, areas are formed on the end faces of the carrier plate on which balancing weights can be arranged so that balancing of the assembled rotor can be considerably simplified, since the use of balancing disks previously required can be dispensed with; additive balancing methods by partial application, for example solder, can be used, or subtractive balancing methods can be used in which material is partially removed in non-functional areas, for example by drilling a hole.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf die Verwendung des Rotors beispielsweise in einer elektrischen Maschine eines E-Achsen-Moduls.The invention also relates to the use of the rotor, for example, in an electrical machine of an e-axis module.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise eine bisher eingesetzte Rotorwelle vollständig entfallen. Dadurch wird einerseits innerhalb des gefügten Rotors, der eine Anzahl gegeneinander verspannter ringförmiger Rotorsegmente umfasst, eine Gewichtsreduktion erreicht; andererseits wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein Rotorhohlraum geschaffen, in dem Einbauten für Kühlkomponenten untergebracht werden können. Durch den sich ergebenden Rotorhohlraum kann ein nicht unerheblicher Gewichtsvorteil erreicht werden, der sich positiv auf die Effizienz und auf die Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs auswirken kann. Eine verbesserte Kühlung wirkt sich positiv auf die erzielbare Leistungsdichte und Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine aus. Insbesondere bei einem Rotor, der permanent erregt ausgelegt wird, ermöglicht die verbesserte Kühlung die Optimierung der chemischen Zusammensetzung des Materials der eingesetzten Magnete. Dadurch können insbesondere die Materialkosten für die Anteile der Seltenen Erden, wie beispielsweise Dysprosium und Terbium, erheblich reduziert werden.With the solution proposed according to the invention, a previously used rotor shaft can advantageously be completely dispensed with. As a result, on the one hand, a weight reduction is achieved within the joined rotor, which comprises a number of annular rotor segments braced against one another; on the other hand, the solution proposed according to the invention creates a rotor cavity in which internals for cooling components can be accommodated. Due to the resulting rotor cavity, a not inconsiderable Weight advantage can be achieved, which can have a positive effect on the efficiency and range of an electrically powered vehicle. Improved cooling has a positive effect on the achievable power density and performance of the electrical machine. In particular in the case of a rotor that is designed to be permanently excited, the improved cooling enables the chemical composition of the material of the magnets used to be optimized. As a result, the material costs for the rare earth components, such as dysprosium and terbium, can be reduced considerably.

Hinsichtlich der Auslegung beziehungsweise des Designs der Trägerplatten zwischen denen eine Anzahl von ringförmig ausgelegten Rotorsegmenten oder Lamellen verspannt wird kann sowohl die Lagerung des Rotors als auch die Aufnahme einer Getriebeeingangswelle mitsamt Dichtung und Lager funktionsmäßig integriert werden. Durch dieses Konzept können unterschiedliche Verzahnungsgeometrien Verwendung finden, hinsichtlich der Getriebeeingangswelle, da diese als Bestückoption unter Wiederverwendung der gleichen Trägerplatte geändert werden kann. Durch eine geeignete Auslegung der Trägerplatten und/oder eine entsprechende Materialauswahl, kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass der magnetische Fluss nicht negativ beeinflusst wird. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung und den Einsatz der Trägerplatten an den Stirnseiten des gefügten Rotors im fertig gefügten Verbund, können beim Herstellen der Trägerplatte, die die Schnittstelle zu einem Getriebe darstellt, kostengünstige Herstellverfahren, so zum Beispiel das Stanz-Zieh-Biege-Verfahren, das Gussverfahren, das Schmiedeverfahren oder ein Kaltumformverfahren eingesetzt werden.With regard to the layout or the design of the carrier plates between which a number of annular rotor segments or lamellae are braced, both the bearing of the rotor and the mounting of a transmission input shaft together with the seal and bearing can be functionally integrated. With this concept, different tooth geometries can be used with regard to the transmission input shaft, since this can be changed as an assembly option while reusing the same carrier plate. A suitable design of the carrier plates and / or a corresponding selection of materials can advantageously ensure that the magnetic flux is not adversely affected. Due to the solution proposed according to the invention and the use of the carrier plates on the end faces of the joined rotor in the assembled composite, cost-effective manufacturing processes, such as the punching-drawing-bending process, can be used when manufacturing the carrier plate, which represents the interface to a gearbox. the casting process, the forging process or a cold forming process can be used.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist in besonders vorteilhafter Weise eine Längenskalierung der elektrischen Maschine dadurch gegeben, dass aufgrund der Variabilität hinsichtlich der Anzahl der gegeneinander verspannten Rotorsegmente die Länge des Rotors skaliert werden kann. Es können zum Verspannen der jeweils erforderlichen Anzahl von Rotorsegmenten oder Lamellen genormte Schrauben, Zuganker, Gewindestangen, Verstemm- oder Schweißbolzen oder dergleichen eingesetzt werden. Durch den Wegfall des Aufpressprozesses der Rotorsegmente beziehungsweise der Lamellen, der bisher erforderlich war, sowie durch den Wegfall der Wuchtscheiben wird die Gefahr der Bildung montagebedingter Partikeln erheblich herabgesetzt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können in vorteilhafter Weise die bisher bei herkömmlichen Pressverbänden zwischen Rotorsegment beziehungsweise Lamelle und Rotorwelle eng tolerierten Fertigungstoleranzen entfallen. Bei bisherigen Montagevorgängen können sich durch das Aufpressen metallische Partikel lösen, was zur Spanbildung löst, was wiederum zu Problemen bei der Einhaltung von Luftstrecken und Kriechstrecken führen kann. Des Weiteren können insbesondere bei nasslaufenden elektrischen Maschinen erhebliche Probleme durch Verschleppung beziehungsweise Verstopfung durch abgelöste Partikel entstehen, die sich allesamt durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ausräumen lassen.The solution proposed according to the invention provides a particularly advantageous length scaling of the electrical machine in that the length of the rotor can be scaled due to the variability with regard to the number of rotor segments braced against one another. Standardized screws, tie rods, threaded rods, caulking or welding bolts or the like can be used to brace the respectively required number of rotor segments or lamellae. By eliminating the pressing-on process for the rotor segments or the lamellas, which was previously necessary, as well as eliminating the balancing disks, the risk of the formation of assembly-related particles is considerably reduced. With the solution proposed according to the invention, the manufacturing tolerances that were previously closely tolerated in conventional interference fits between the rotor segment or lamella and rotor shaft can advantageously be dispensed with. In previous assembly processes, metallic particles can be loosened by pressing on, which leads to chip formation, which in turn can lead to problems in maintaining clearances and creepage distances. Furthermore, in particular in the case of wet-running electrical machines, considerable problems can arise due to entrainment or clogging by detached particles, all of which can be eliminated by the solution proposed according to the invention.

Des Weiteren erlaubt die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine hohe Variabilität beziehungsweise Flexibilität hinsichtlich der Lagerung in Gestalt der Wahl der Lagerstelle. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich auf weitere E-Maschinentypen, beispielsweise eine Asynchronmaschine, übertragen. Weitere Vorteile ergeben sich durch die Integration der elektrischen Maschine in den Kühl- beziehungsweise Schmierkreislauf des Getriebes, sodass eine Rotorinnenkühlung der elektrischen Maschine beispielsweise im Hinblick auf eine nasslaufende elektrische Maschine erheblich verbessert werden kann und sich daraus Vorteile hinsichtlich der Leistung beziehungsweise der Dauerbelastbarkeit der elektrischen Maschine ergeben.Furthermore, the solution proposed according to the invention allows a high degree of variability or flexibility with regard to the storage in the form of the choice of the storage location. The solution proposed according to the invention can be transferred to other types of electrical machines, for example an asynchronous machine. Further advantages result from the integration of the electrical machine in the cooling or lubrication circuit of the transmission, so that internal rotor cooling of the electrical machine can be significantly improved, for example with regard to a wet-running electrical machine, and this results in advantages with regard to the performance or the long-term load capacity of the electrical machine result.

FigurenlisteFigure list

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawings.

Es zeigen:

1 eine Explosionsdarstellung eines Rotors, der eine Anzahl ringförmig gestalteter Rotorsegmente umfasst,
2 eine schematische Darstellung identischer Trägerplatten eines Rotors mit Anbauten,
3 eine Explosionsdarstellung einzelner Teile, die zu einem Rotor einer elektrischen Maschine gefügt werden,
4 einen gefügten Rotor einer elektrischen Maschine mit zwei Trägerplatten und einer Anzahl zwischen diesen verspannter Rotorsegmente,
5 eine Darstellung von nicht-funktionalen Bereichen an einer außen liegenden Stirnseite eines gefügten Rotors und
6 eine schematische Darstellung der Geometrie einer Trägerplatte an einer Stirnseite eines erfindungsgemäß gefügten Rotors.

Show it:

1 an exploded view of a rotor comprising a number of annular rotor segments,
2 a schematic representation of identical carrier plates of a rotor with attachments,
3 an exploded view of individual parts that are joined to a rotor of an electrical machine,
4th a joined rotor of an electrical machine with two carrier plates and a number of rotor segments clamped between them,
5 a representation of non-functional areas on an outer end face of a joined rotor and
6th a schematic representation of the geometry of a carrier plate on an end face of a rotor joined according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, with a repeated description these elements are omitted in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt einen Rotor 12 einer hier nicht näher dargestellten elektrischen Maschine 10. Der Rotor 12 gemäß der Darstellung in 1 umfasst eine erste Trägerplatte 14 sowie einen Ring 16. Der Rotor 12 wird durch eine Anzahl von Rotorsegmenten 22.1, 22.2, 22.3, 22.4, 22.5, 22.6 gebildet. Es kann auch eine größere Anzahl oder eine geringere Anzahl von Rotorsegmenten 22.1 bis 22.6 gewählt werden, je nach Längenskalierung des Rotors 12. 1 shows a rotor 12th an electrical machine not shown here 10 . The rotor 12th as shown in 1 comprises a first carrier plate 14th as well as a ring 16 . The rotor 12th is made by a number of rotor segments 22.1 , 22.2 , 22.3 , 22.4 , 22.5 , 22.6 educated. It can also have a larger number or a smaller number of rotor segments 22.1 until 22.6 can be selected depending on the length scaling of the rotor 12th .

Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass die einzelnen im Wesentlichen ringförmig gestalteten Rotorsegmente 22.1 bis 22.6 jeweils Durchgangsöffnungen bevorzugt in Form von Bohrungen umfassen. Die in 1 dargestellte erste Trägerplatte 14 umfasst eine Anzahl von Gewinden 20. Über beispielsweise als Zuganker, Gewindestangen, Normschrauben, Verstemm- oder Schweißbolzen oder dergleichen beschaffene Befestigungselemente 18 wird unter Einsatz einer hier nicht näher dargestellten weiteren Trägerplatte ein Rotor 12 gefügt. Dazu werden die einzelnen Rotorsegmente 22.1 bis 22.6 über die Anzahl von Befestigungselementen 18 gegeneinander verspannt. Die Befestigungselemente 18 werden in Gewinde 20 an der Innenseite der ersten Trägerplatte 14 eingeschraubt, sodass sich ein gefügter Rotor 42 ergibt, wie in den 4 und 5 dargestellt.From the representation according to 1 it can be seen that the individual essentially annular rotor segments 22.1 until 22.6 each include through openings preferably in the form of bores. In the 1 illustrated first carrier plate 14th includes a number of threads 20th . Via fastening elements, for example as tie rods, threaded rods, standard screws, caulking or welding bolts or the like 18th is a rotor using a further carrier plate not shown here 12th joined. For this purpose, the individual rotor segments 22.1 until 22.6 about the number of fasteners 18th braced against each other. The fasteners 18th are in thread 20th on the inside of the first carrier plate 14th screwed in, so that a joined rotor 42 results, as in the 4th and 5 shown.

2 zeigt ein Paar identischer Trägerplatten, eine erste Trägerplatte 14 und eine zweite Trägerplatte 24. Die in 2 in schematischer Darstellung wiedergegebenen Trägerplatten 14, 24 befinden sich an den Stirnseiten des zu fügenden Rotors 12. Wie aus 2 hervorgeht, können an den Trägerplatten 14, 24 Nabenelemente 28 beziehungsweise Lagerungskomponenten 30 befestigt werden. Die Trägerplatten 14, 24 umfassen des Weiteren eine beispielsweise als Bohrung beschaffene Zentralöffnung 26 sowie in komplementärer Teilung angeordnete Durchstecköffnungen für die in 1 dargestellten beispielsweise als Normschrauben, Zuganker oder Gewindestangen ausgebildeten Befestigungselemente 18. Die Länge der eingesetzten Befestigungselemente 18 richtet sich nach der axialen Länge des Rotors 12. Entsprechend der Anzahl verbauter Rotorsegmente 22.1 bis 22.6 können in axiale Richtung kürzer oder länger bauende Rotoren 12 hergestellt werden. 2 shows a pair of identical carrier plates, a first carrier plate 14th and a second support plate 24 . In the 2 Carrier plates shown in a schematic representation 14th , 24 are located on the front sides of the rotor to be joined 12th . How out 2 can be seen on the carrier plates 14th , 24 Hub elements 28 or storage components 30th be attached. The carrier plates 14th , 24 furthermore comprise a central opening designed, for example, as a bore 26th as well as through openings arranged in a complementary pitch for the in 1 shown for example as standard screws, tie rods or threaded rods formed fastening elements 18th . The length of the fasteners used 18th depends on the axial length of the rotor 12th . According to the number of installed rotor segments 22.1 until 22.6 rotors can be shorter or longer in the axial direction 12th getting produced.

3 zeigt eine Explosionsdarstellung eines noch zu fügenden Rotors 12, der drei Rotorsegmente 22.1, 22.2, 22.3 umfasst. An einer Stirnseite 62 der Rotorsegmente 22.1, 22.2, 22.3 befinden sich im Fall einer permanent erregten elektrischen Maschine 10 zum Beispiel in V-Form angeordnete Magnete 32. Die einzelnen Magnete 32 sind in Streifenform 34 beziehungsweise Bandform 34 ausgelegt und paarweise in an der Stirnseite 62 der Rotorsegmente 22.1, 22.2, 22.3 angeordnet. Die Magnete 32 beziehungsweise Permanentmagnete sind integrale Bestandteile permanent erregter elektrischer Maschinen 10 und im Leistungsfalle als temperaturkritische Bauteile einzustufen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können die Magnete 32 beidseitig gekühlt werden, wodurch sich ein signifikanter Leistungs- beziehungsweise Kostenvorteil einstellt. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist jedoch nicht auf permanent erregte elektrische Maschinen 10 anwendbar sondern überdeckt ein breiteres Anwendungsspektrum hinsichtlich elektrischer Maschinen 10, so zum Beispiel auch Asynchronmotoren. 3 shows an exploded view of a rotor yet to be joined 12th , the three rotor segments 22.1 , 22.2 , 22.3 includes. At one end 62 the rotor segments 22.1 , 22.2 , 22.3 are in the case of a permanently excited electrical machine 10 For example, magnets arranged in a V shape 32 . The individual magnets 32 are in strip form 34 or band shape 34 laid out and in pairs on the front side 62 the rotor segments 22.1 , 22.2 , 22.3 arranged. The magnets 32 or permanent magnets are integral components of permanently excited electrical machines 10 and to be classified as temperature-critical components in the case of performance. With the solution proposed according to the invention, the magnets 32 are cooled on both sides, which results in a significant performance and cost advantage. However, the solution proposed according to the invention is not applicable to permanently excited electrical machines 10 applicable but covers a broader range of applications with regard to electrical machines 10 , for example also asynchronous motors.

Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass in dieser Explosionsdarstellung im Wesentlichen die erste Trägerplatte 14 sowie die zweite Trägerplatte 24, wie sie schematisch in 2 dargestellt sind, zum Einsatz kommen.From the representation according to 3 it can be seen that in this exploded view essentially the first carrier plate 14th as well as the second carrier plate 24 as shown schematically in 2 are shown, are used.

4 zeigt einen gefügten Rotor 42, bei dem zwischen der ersten Trägerplatte 14 und der zweiten Trägerplatte 24 eine Anzahl von Rotorsegmenten 22.1 bis 22.6 gegeneinander verspannt ist. Wie in 4 angedeutet, durchziehen den Verbund, d. h. den gefügten Rotor 42, entsprechend der Umfangsteilung eine Anzahl von Befestigungselementen 18, die beispielsweise als Normschrauben, Gewindeschrauben, Zuganker oder dergleichen beschaffen sein können. Entsprechend der Zugänglichkeit können die Befestigungselemente 18 beziehungsweise deren Schraubenköpfe 44 an einer außen liegenden Stirnseite 64 an einer der Trägerplatten 14, 24 angezogen und damit die Vorspannkraft des Verbunds des gefügten Rotors 42 eingestellt werden. In der Darstellung gemäß 4 ist angedeutet, dass beispielsweise an einer permanent erregten elektrischen Maschine 10 an einer außen liegenden Stirnseite 62 des ersten Rotorsegments 22.1 eine Anzahl in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilter Paare von Magneten 32, die in Bezug aufeinander V-förmig angeordnet sind, aufgenommen ist. 4th shows a joined rotor 42 , in which between the first carrier plate 14th and the second carrier plate 24 a number of rotor segments 22.1 until 22.6 is braced against each other. As in 4th indicated, pull through the composite, ie the joined rotor 42 , a number of fastening elements corresponding to the circumferential division 18th which can be designed, for example, as standard screws, threaded screws, tie rods or the like. Depending on the accessibility, the fastening elements 18th or their screw heads 44 on an outer face 64 on one of the carrier plates 14th , 24 tightened and thus the pretensioning force of the composite of the joined rotor 42 can be set. In the representation according to 4th it is indicated that, for example, on a permanently excited electrical machine 10 on an outer face 62 of the first rotor segment 22.1 a number of pairs of magnets evenly distributed in the circumferential direction 32 , which are arranged in relation to each other in a V-shape, is added.

5 zeigt einen gefügten Rotor 42 für eine hier nicht näher dargestellte elektrische Maschine 10. Aus der Darstellung gemäß 5 geht hervor, dass der gefügte Rotor 42 neben der ersten Trägerplatte 14 und der zweiten Trägerplatte 24 mehrere Rotorsegmente 22.1, 22.2, 22.3, 22.4, 22.5, 22.6 umfasst. Die Rotorsegmente 22.1 bis 22.6 sind über die den gefügten Rotor 42 durchsetzenden Befestigungselemente 18 gegeneinander axial verspannt. Die Befestigungselemente 18, die in einer Umfangsteilung um die Symmetrieachse des gefügten Rotors 42 verteilt aufgenommen sind, werden über Schraubenköpfe 44 axial vorgespannt. Aus der Darstellung gemäß 5 geht hervor, dass an einer außen liegenden Stirnseite 64 der ersten Trägerplatte 14 beispielsweise in nicht-funktionalen Bereiche 36 der ersten Trägerplatte 14 Befestigungsbereiche 38 für Wuchtgewichte ausgebildet sind. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise der Einsatz bisher erforderlicher Wuchtscheiben zum Auswuchten des gefügten Rotors 42 vermieden werden, da die außen liegenden Stirnseiten 64 der ersten Trägerplatte 14 beziehungsweise der dieser gegenüberliegenden zweiten Trägerplatte 24 jene Befestigungsbereiche 38 zur Aufnahme von Wuchtgewichten aufweisen, die den Einsatz bisher erforderlicher Wuchtscheiben überflüssig machen. 5 shows a joined rotor 42 for an electrical machine not shown here 10 . From the representation according to 5 shows that the joined rotor 42 next to the first carrier plate 14th and the second carrier plate 24 several rotor segments 22.1 , 22.2 , 22.3 , 22.4 , 22.5 , 22.6 includes. The rotor segments 22.1 until 22.6 are about the the joined rotor 42 penetrating fasteners 18th axially braced against each other. The fasteners 18th in a circumferential division around the axis of symmetry of the joined rotor 42 are recorded distributed over screw heads 44 axially preloaded. From the representation according to 5 it can be seen that on an outer end face 64 the first carrier plate 14th for example in non-functional areas 36 the first carrier plate 14th Attachment areas 38 are designed for balancing weights. The solution proposed according to the invention advantageously enables the use of previously required balancing disks for balancing the joined rotor 42 can be avoided, as the outer end faces 64 the first carrier plate 14th or the opposite second carrier plate 24 those attachment areas 38 have to accommodate balancing weights that make the use of previously required balancing disks superfluous.

In den 4 und 5 ist eine Umfangs- beziehungsweise Mantelfläche des gefügten Rotors 42 beziehungsweise der einzelnen Rotorsegmente 22.1 bis 22.6 mit Bezugszeichen 40 identifiziert.In the 4th and 5 is a circumferential or lateral surface of the joined rotor 42 or the individual rotor segments 22.1 until 22.6 with reference numerals 40 identified.

Der Darstellung gemäß 6 ist zu entnehmen, dass beispielsweise die erste Trägerplatte 14 in Sternform 46 beziehungsweise in Blütenform 48 ausgebildet sein kann. An den einzelnen Blütenblättern der in Blütenform 48 ausgebildeten ersten Trägerplatte 14 befinden sich möglichst nah am Außendurchmesser 52 einzelne Augen 50. Diese dienen als Durchstecköffnungen für die vorstehend erwähnten Befestigungselemente 18 in Form von Zugankern, Gewindeschrauben, Normschrauben oder dergleichen. Durch diese Befestigungselemente 18 wird der gefügte Rotor 42 beziehungsweise die Anzahl der diesen bildenden Rotorsegmente 22.1 bis 22.6 in axiale Richtung verspannt. Je weiter die Augen 50 für die Befestigungselemente 18 in radiale Richtung an den Außendurchmesser 52 verschoben sind, eine desto stabilere und auffächerungsfreie Auslegung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Rotors 12, 42 lässt sich erzielen.According to the representation 6th it can be seen that, for example, the first carrier plate 14th in star shape 46 or in flower form 48 can be formed. On the individual petals in the shape of a flower 48 formed first carrier plate 14th are as close as possible to the outer diameter 52 single eyes 50 . These serve as push-through openings for the fastening elements mentioned above 18th in the form of tie rods, threaded screws, standard screws or the like. Through these fasteners 18th becomes the joined rotor 42 or the number of these forming rotor segments 22.1 until 22.6 braced in the axial direction. The wider the eyes 50 for the fasteners 18th in the radial direction to the outer diameter 52 are shifted, a more stable and fan-free design of the rotor proposed according to the invention 12th , 42 can be achieved.

Mit Bezugszeichen 26 ist eine Zentralöffnung der ersten Trägerplatte 14 in 6 bezeichnet. Anstelle der in 6 dargestellten Blütenform 48 der ersten Trägerplatte 14 kann diese auch eine Sternform 46 aufweisen, wobei auch bei dieser hier zeichnerisch nicht näher dargestellten Ausführungsvariante die Augen 50 für die einzelnen Befestigungselemente 18 möglichst weit an einen Außendurchmesser 52 in radiale Richtung vorgeschoben platziert sind. Wird die elektrische Maschine 10 als permanenterregte Maschine ausgeführt, bezeichnet 54 eine Orientierung der Magnete 32.With reference number 26th is a central opening of the first carrier plate 14th in 6th designated. Instead of the in 6th illustrated flower shape 48 the first carrier plate 14th this can also be a star shape 46 have, with the eyes also in this embodiment variant not shown in more detail here in the drawing 50 for the individual fastening elements 18th as close as possible to an outer diameter 52 are placed advanced in the radial direction. Will the electric machine 10 designed as a permanently excited machine, 54 designates an orientation of the magnets 32 .

Durch den sich ergebenden Rotorhohlraum 56 im Innenraum des Rotors 12, 42 ergeben sich Vorteile insbesondere hinsichtlich einer Gewichtseinsparung und dem Anordnen von Kühlungskomponenten. Der Gewichtsvorteil wirkt sich positiv auf die Effizienz und die Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs aus. Die verbesserte Kühlung wiederum wirkt sich positiv auf die Leistungsfähigkeit beziehungsweise die Leistungsdichte der elektrischen Maschine 10 aus. Insbesondere bei permanent erregten Rotoren 12, 42 ermöglicht die verbesserte Kühlung die Optimierung der chemischen Zusammensetzung des Magnetmaterials, wodurch sich insbesondere die Materialkosten für die Anteile Seltener Erden wie zum Beispiel Dysprosium und Terbium reduzieren lassen. Die einzelnen Rotorsegmente 22.1 bis 22.6 werden in axiale Richtung durch die als Zuganker, Gewindestangen, Normschrauben oder dergleichen beschaffenen Befestigungselemente 18 axial verspannt. Die Trägerplatten 14, 24 leiten die Vorspannkraft möglichst homogen in die Rotorlamellen ein und verhindern durch ein geeignetes Design ein Auffächern derselben. Eine Getriebeeingangswelle eines durch die elektrische Maschine 10 angetriebenen Getriebes wird mittels geeigneter Verbindungstechnik permanent mit der Trägerplatte 14, 24 verbunden. Etwaige Lagerkomponenten beziehungsweise Dichtkomponenten werden vorab auf der Getriebeeingangswelle montiert.Through the resulting rotor cavity 56 inside the rotor 12th , 42 there are advantages in particular with regard to weight savings and the arrangement of cooling components. The weight advantage has a positive effect on the efficiency and range of an electrically powered vehicle. The improved cooling, in turn, has a positive effect on the performance or the power density of the electrical machine 10 the end. Especially with permanently excited rotors 12th , 42 The improved cooling enables the chemical composition of the magnet material to be optimized, which in particular enables the material costs for the proportions of rare earths such as dysprosium and terbium to be reduced. The individual rotor segments 22.1 until 22.6 are secured in the axial direction by the fastening elements provided as tie rods, threaded rods, standard screws or the like 18th axially clamped. The carrier plates 14th , 24 introduce the pre-tensioning force as homogeneously as possible into the rotor blades and prevent them from fanning out thanks to a suitable design. A transmission input shaft one through the electric machine 10 The driven gear is permanently attached to the carrier plate by means of suitable connection technology 14th , 24 connected. Any bearing components or sealing components are mounted on the transmission input shaft in advance.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, a large number of modifications are possible within the range specified by the claims, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102016009397 A1 [0002]
DE 102006052767 B4 [0003]
DE 102017115229 A1 [0004]

Claims

Rotor (12, 42) of an electrical machine (10), the rotor (12, 42) having at least one carrier plate (14, 24), characterized in that the rotor (12, 42) is constructed without shafts and is made up of a number against one another clamped rotor segments (22.1 to 22.6) is formed.

Rotor (12, 42) according to Claim 1 , characterized in that the rotor segments (22.1 to 22.6) are clamped between a first carrier plate (14) and a second carrier plate (24).

Rotor (12, 42) according to the Claims 1 until 2 , characterized in that the rotor segments (22.1 to 22.6) are ring-shaped and have an inner diameter (58) and an outer diameter (60).

Rotor (12, 42) according to the Claims 1 until 3 , characterized in that the rotor segments (22.1 to 22.6) are clamped between the carrier plates (14, 24) via fastening elements (18) in the form of threaded rods, tie rods, standard screws, caulking bolts or welding bolts.

Rotor (12, 42) according to the Claims 1 until 4th , characterized in that the rotor segments (22.1 to 22.6) delimit a rotor cavity (56).

Rotor (12, 42) according to the Claims 1 until 5 , characterized in that the carrier plates (14, 24) accommodate hub elements (28) and / or storage components (30).

Rotor (12, 42) according to the Claims 1 until 6th , characterized in that the carrier plates (14, 24) are designed in a flower shape (48) or in a star shape (46).

Rotor (12, 42) according to the Claims 1 until 7th , characterized in that the carrier plates (14, 24) are produced by means of the stamping-drawing-bending process or by means of the casting, forging or cold forming process.

Rotor (12, 42) according to the Claims 1 until 8th , characterized in that the carrier plates (14, 24) have fastening areas (38) for balancing weights on their outer end faces (64), which enable balancing of the joined rotor (42) without balancing disks.

Rotor (12, 42) according to the Claims 1 until 9 , characterized in that the rotor (12, 42) can be scaled in length depending on the number of rotor segments (22.1 to 22.6) clamped between the carrier plates (14, 24).

Use of the rotor (12, 42) according to one of the preceding claims in an electric machine (10) in an e-axle module in the electric drive train of an electrically driven vehicle.