DE102020206880A1

DE102020206880A1 - Method for manufacturing a rotor of an electrical machine

Info

Publication number: DE102020206880A1
Application number: DE102020206880.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Runge; Dominik Flore
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2021-12-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) einer elektrischen Maschine (10), der Rotor (1) aufweisend mehrere Rotorpole (3) und einen aus gestapelten Rotorlamellen (9) gebildeten Rotorkörper (2), wobei jeder Rotorpol (3) zumindest eine Magnettasche (4) zur Aufnahme von Permanentmagneten (5) aufweist, wodurch in dem jeweiligen Rotorpol (3) mehrere Polsegmente (3a, 3b) gebildet sind, die ausschließlich über Polstege (3c) miteinander verbunden sind, wobei jeder Rotorpol (3) eine Polachse (200) aufweist, die den jeweiligen Rotorpol (3) in zwei Polhälften (13a, 13b) teilt, umfassend die Schritte: a) Anordnen eines Rotors (1), dessen Magnettaschen (4) mit Permanentmagneten (5) bestückt sind, in einer Werkzeugeinrichtung, b) Einspritzen von aushärtbarer Füllmasse (7) unter einem bestimmten Prozessdruck in einen Hohlraum der Magnettaschen (4) des Rotors (1) zur Befestigung der Permanentmagnete (5) in den Magnettaschen (4), c) Aushärten der Füllmasse (7), dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) der Prozessdruck in Korrelation mit einer bestimmten Dicke der Polstege (3c) derart gewählt ist, dass in jedem Rotorpol (3), insbesondere in jeder Rotorpolhälfte (13a, 13b) jedes Rotorpols (3), zumindest einer der Polstege (3c) des Rotorpols (3) bzw. der Rotorpolhälfte (13a, 13b) oder zumindest ein Übergang in einen der Polstege (3c) zur lokalen Festigkeitssteigerung plastisch umgeformt wird.The present invention relates to a method for producing a rotor (1) of an electrical machine (10), the rotor (1) having a plurality of rotor poles (3) and a rotor body (2) formed from stacked rotor lamellas (9), each rotor pole (3 ) has at least one magnet pocket (4) for holding permanent magnets (5), whereby a plurality of pole segments (3a, 3b) are formed in the respective rotor pole (3), which are connected to one another exclusively via pole webs (3c), with each rotor pole (3 ) has a pole axis (200) which divides the respective rotor pole (3) into two pole halves (13a, 13b), comprising the steps of: a) arranging a rotor (1) whose magnet pockets (4) are equipped with permanent magnets (5) , in a tool device, b) injection of curable filler compound (7) under a certain process pressure into a cavity of the magnet pockets (4) of the rotor (1) for fastening the permanent magnets (5) in the magnet pockets (4), c) curing of the filler mass (7), characterized in that in step b) the process pressure is selected in correlation with a certain thickness of the pole webs (3c) such that in each rotor pole (3), in particular in each rotor pole half (13a, 13b) of each rotor pole (3), at least one the pole webs (3c) of the rotor pole (3) or the rotor pole half (13a, 13b) or at least a transition into one of the pole webs (3c) is plastically deformed to increase the local strength.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine. Außerdem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, aufweisend einen derartigen Rotor. Der Rotor weist durch Kaltverfestigung verstärkte Bereiche auf.The present invention relates to a method for manufacturing a rotor of an electrical machine. The invention also relates to an electrical machine having such a rotor. The rotor has areas reinforced by strain hardening.

Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt, die üblicherweise einen Rotor und einen Stator aufweisen. Der Rotor umfasst einen Rotorkern mit einer Vielzahl von gestapelten Elektroblechen, wobei Permanentmagnete in entsprechenden Öffnungen der gestapelten Elektrobleche vorgesehen sind. Auf diese Weise lässt sich der Rotor von dem Stator antreiben, wobei sich magnetische Felder von Rotor und Stator verketten.Electrical machines are known from the prior art, which usually have a rotor and a stator. The rotor comprises a rotor core with a plurality of stacked electrical steel sheets, with permanent magnets being provided in corresponding openings of the stacked electrical steel sheets. In this way, the rotor can be driven by the stator, with magnetic fields from the rotor and stator being linked.

In den Rotoren herkömmlicher elektrischer Maschinen sind üblicherweise Polstege vorhanden, die zwei verschiedene Rotorpole miteinander verbinden. Solche Polstege sind somit zur mechanischen Festigkeit des Rotors vorgesehen, bewirken allerdings auch einen magnetischen Kurzschluss, da sich der magnetische Fluss nicht über den Stator verkettet, sondern über den Polsteg kurzgeschlossen wird. Somit liegt ein Zielkonflikt vor, da einerseits massive Polstege zu einer hohen Festigkeit führen, andererseits minimierte Polstege den magnetischen Kurzschluss verringern.In the rotors of conventional electrical machines there are usually pole webs that connect two different rotor poles to one another. Such pole webs are therefore provided for the mechanical strength of the rotor, but also cause a magnetic short circuit, since the magnetic flux is not linked via the stator, but is short-circuited via the pole web. There is thus a conflict of objectives, since on the one hand massive pole webs lead to high strength, on the other hand minimized pole webs reduce the magnetic short circuit.

Aus dem Stand der Technik ist außerdem die DE 10 2013 201 199 A1 bekannt, die ein Verfahren offenbart, das mittels Kaltumformung in senkrechter Richtung zur Blechebene der Elektrobleche eine Festigkeitssteigerung erreicht. Dazu wird durch Umformen bzw. Biegen von Polstegen der einzelnen Elektrobleche erreicht, dass magnetische Verlusteigenschaften des Blechwerkstoffs verringert werden.From the prior art is also the DE 10 2013 201 199 A1 known, which discloses a method that achieves an increase in strength by means of cold forming in a direction perpendicular to the plane of the sheet metal of the electrical steel sheets. For this purpose, by reshaping or bending the pole webs of the individual electrical sheets, the magnetic loss properties of the sheet material are reduced.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein einfaches und aufwandsarmes Verfestigen von Polstegen, sodass eine erhöhte Festigkeit des zu fertigenden Rotors erreicht werden kann. Insbesondere ist dies dadurch erreicht, dass die Verfestigung in herkömmliche Prozessschritte integriert wird.The method according to the invention enables simple and inexpensive consolidation of pole webs, so that increased strength of the rotor to be manufactured can be achieved. In particular, this is achieved by integrating the solidification into conventional process steps.

Der von dem Verfahren herzustellende Rotor weist mehrere Rotorpole sowie einen aus gestapelten Rotorlamellen gebildeten Rotorkörper auf. Jeder Rotorpol weist zumindest eine Magnettasche im Rotorkörper zur Aufnahme von Permanentmagneten auf. In dem jeweiligen Rotorpol sind durch die zumindest eine Magnettasche mehrere Polsegmente gebildet, die ausschließlich über Polstege miteinander verbunden sind. Die Polstege sind somit jeweils aus einem Stapel von Lamellenstegen der einzelnen Rotorlamellen gebildet. Jeder Rotorpol weist eine Polachse auf, die den jeweiligen Rotorpol in zwei Polhälften teilt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

Zunächst erfolgt ein Anordnen eines Rotors, dessen Magnettasche mit Permanentmagneten bestückt ist, in einer Werkzeugeinrichtung. Dieser Schritt wird im Folgenden als Schritt a) bezeichnet. Anschließend erfolgt ein Einspritzen von einer aushärtbaren Füllmasse unter einem bestimmten Prozessdruck in einen Hohlraum der Magnettasche des Rotors, um die Permanentmagnete in den Magnettaschen zu befestigen. Dieser Schritt wird nachfolgend als Schritt b) bezeichnet. Zuletzt erfolgt ein Schritt des Aushärtens der Füllmasse, was nachfolgend als Schritt c) bezeichnet wird.

The rotor to be produced by the method has several rotor poles and a rotor body formed from stacked rotor lamellas. Each rotor pole has at least one magnet pocket in the rotor body for receiving permanent magnets. In the respective rotor pole, several pole segments are formed by the at least one magnetic pocket, which are connected to one another exclusively via pole webs. The pole webs are thus each formed from a stack of lamellar webs of the individual rotor lamellas. Each rotor pole has a pole axis which divides the respective rotor pole into two pole halves. The procedure consists of the following steps:

First, a rotor, whose magnetic pocket is equipped with permanent magnets, is arranged in a tool device. This step is referred to below as step a). A curable filling compound is then injected under a certain process pressure into a cavity in the magnet pocket of the rotor in order to fix the permanent magnets in the magnet pockets. This step is referred to below as step b). Finally, there is a step of curing the filling compound, which is referred to below as step c).

Es ist somit vorgesehen, dass die Permanentmagnete mittels eingespritzter Füllmasse, bei der es sich bevorzugt um Kunststoff handelt, im Rotorkörper fixiert werden. Dazu wird insbesondere der Schritt a) derart ausgeführt, dass entweder der Rotorkörper zusammen mit den bereits eingelegten Permanentmagneten in der Werkzeugeinrichtung angeordnet wird oder alternativ der Rotorkörper in der Werkzeugeinrichtung mit Permanentmagneten bestückt wird.It is thus provided that the permanent magnets are fixed in the rotor body by means of injected filling compound, which is preferably plastic. For this purpose, step a) in particular is carried out in such a way that either the rotor body is arranged together with the permanent magnets already inserted in the tool device or, alternatively, the rotor body is equipped with permanent magnets in the tool device.

Im Schritt b) erfolgt das Einspritzen der Füllmasse, wobei ein Druck innerhalb der Magnettaschen generiert wird. Es ist vorgesehen, dass der Prozessdruck des Einspritzens in Korrelation mit einer bestimmten Dicke der Polstege derart gewählt ist, dass in jedem Rotorpol zumindest einer der Polstege oder zumindest ein Übergang in einem der Polstege zur lokalen Festigkeitssteigerung plastisch umgeformt wird. Besonders vorteilhaft erfolgt das Umformen an zumindest einem der Polstege in jeder Rotorpolhälfte. Somit wird erreicht, dass ein Umformen während des Einspritzens der Füllmasse erfolgt. Durch das Umformen erfolgt eine Kaltverfestigung an zumindest einem Teilbereich der Polstege oder an zumindest einem Teilbereich des Übergangs in einen der Polstege. Somit wird die lokale Kaltverfestigung der Polstege lediglich durch entsprechendes Wählen des Prozessdrucks erreicht, wobei die Wahl des Prozessdrucks abhängig ist von der Dicke der zu verfestigenden Polstege. Damit erfolgt eine einfache und aufwandsarme Verfestigung der Polstege, wodurch die Festigkeit des Rotors einfach und aufwandsarm gesteigert ist.In step b) the filling compound is injected, a pressure being generated within the magnetic pockets. It is provided that the process pressure of the injection is selected in correlation with a certain thickness of the pole webs in such a way that at least one of the pole webs or at least one transition in one of the pole webs is plastically deformed in each rotor pole to increase local strength. The deformation takes place particularly advantageously on at least one of the pole webs in each rotor pole half. It is thus achieved that a deformation takes place during the injection of the filling compound. As a result of the reshaping, work hardening takes place in at least a partial area of the pole webs or in at least a partial area of the transition into one of the pole webs. The local work hardening of the pole webs is thus only achieved by selecting the process pressure accordingly, the choice of the process pressure being dependent on the thickness of the pole webs to be hardened. This results in a simple and low-cost consolidation of the pole webs, as a result of which the strength of the rotor is increased in a simple and low-cost manner.

Durch die Festigkeitssteigerung ist somit ermöglicht, die Polstege dünner auszulegen als im Stand der Technik, wodurch sich die Performance der den Rotor umfassenden elektrischen Maschinen verbessert. Ebenso lässt sich als Basismaterial für die Rotorlamellen ein weniger festes und damit insbesondere günstigeres Material verwenden als im Stand der Technik, da die notwendige Festigkeit durch die plastische Umformung während Schritt b) erreicht wird.The increase in strength thus makes it possible to design the pole webs thinner than in the prior art, which improves the performance of the electrical machines comprising the rotor. It can also be used as a Base material for the rotor lamellae use a material that is less solid and therefore, in particular, less expensive than in the prior art, since the necessary strength is achieved by the plastic deformation during step b).

Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The subclaims contain preferred developments of the invention.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass während des plastischen Umformens eine Verformung des Rotorgrundkörpers ermittelt wird, wobei der Druck innerhalb der Magnettasche durch den Prozessdruck, basierend auf der ermittelten Verformung, geregelt wird. Die Ermittlung des Verformens des Rotorgrundkörpers erfolgt besonders vorteilhaft anhand eines Positionssensors oder Wegsensors. Somit lässt sich vermeiden, dass eine ungewollte und/oder zu große Verformung des Rotorgrundkörpers erfolgt. Insbesondere lassen sich so makroskopische Rotorkörperverformungen vermeiden. Gleichzeitig lässt sich durch eine derartige Überwachung sicherstellen, dass lediglich ein gewünschter Teilbereich der Polstege oder der jeweiligen Übergänge in die Polstege plastifiziert und damit plastisch verformt wird. Damit können eine genaue Lokalisation der zu verfestigenden Bereiche sowie eine Begrenzung der Ausdehnung dieser Bereiche erfolgen.It is preferably provided that a deformation of the rotor base body is determined during the plastic deformation, the pressure within the magnetic pocket being regulated by the process pressure based on the determined deformation. The deformation of the rotor base body is determined particularly advantageously on the basis of a position sensor or a displacement sensor. It is thus possible to avoid an undesired and / or excessive deformation of the rotor base body. In particular, macroscopic rotor body deformations can be avoided in this way. At the same time, such monitoring can be used to ensure that only a desired partial area of the pole webs or the respective transitions into the pole webs is plasticized and thus plastically deformed. In this way, the areas to be consolidated can be precisely localized and the extent of these areas can be limited.

Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass eine Härte des plastisch umgeformten Bereichs gegenüber der Härte des restlichen Rotorkörpers um zumindest 5 % erhöht wird. Somit kann eine ausreichende Festigkeitssteigerung vorgenommen werden, um die Stabilität des Rotors zu gewährleisten.It is also preferably provided that a hardness of the plastically deformed area is increased by at least 5% compared to the hardness of the rest of the rotor body. Thus, a sufficient increase in strength can be made to ensure the stability of the rotor.

Nach dem plastischen Umformen erfolgt vorteilhafterweise eine festigkeitserhöhende Wärmebehandlung an zumindest dem plastisch umgeformten Bereich. Bei der Wärmebehandlung handelt es sich bevorzugt um Ausscheidungshärtung. Somit kann eine weitere Festigkeitssteigerung erreicht werden.After the plastic deformation, a strength-increasing heat treatment is advantageously carried out on at least the plastically deformed area. The heat treatment is preferably precipitation hardening. A further increase in strength can thus be achieved.

Besonders bevorzugt erfolgt die Wärmebehandlung gleichzeitig mit dem Einspritzen und Abkühlen der Füllmasse. Insbesondere erfolgt die Wärmebehandlung durch das Einspritzen und Abkühlen der Füllmasse. Somit ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass die Wärmebehandlung in die Schritte b) und c) integriert ist. So lässt sich eine gezielte Temperaturführung während des Einspritzens und während des Aushärtens bzw. Abkühlens für eine zusätzliche Festigkeitssteigerung nutzen.The heat treatment is particularly preferably carried out simultaneously with the injection and cooling of the filler compound. In particular, the heat treatment takes place by injecting and cooling the filler compound. It is therefore particularly advantageously provided that the heat treatment is integrated into steps b) and c). In this way, targeted temperature control during injection and during hardening or cooling can be used for an additional increase in strength.

An dem plastisch umgeformten Bereich wird bevorzugt eine Störung der Gitterstruktur erzeugt. Alternativ oder zusätzlich werden an dem plastisch umgeformten Bereich Kornverzerrungen erzeugt. Dadurch erfolgt eine Steigerung der Festigkeit an der entsprechenden Stelle. Zusätzlich ist die magnetische Leitfähigkeit an dieser Stelle verringert, sodass einerseits die Festigkeit des entsprechenden Polstegs erhöht, die magnetische Leitfähigkeit des Polstegs aber verringert ist.A disruption of the lattice structure is preferably produced in the plastically deformed area. Alternatively or additionally, grain distortions are generated in the plastically deformed area. This increases the strength at the relevant point. In addition, the magnetic conductivity is reduced at this point, so that on the one hand the strength of the corresponding pole web is increased, but the magnetic conductivity of the pole web is reduced.

Bevorzugt wird ein in einem der Rotorpolhälften plastisch umgeformter Polsteg spiegelsymmetrisch auch in der anderen Rotorpolhälfte desselben Rotorpols umgeformt. Somit ist in jedem Rotorpol ein symmetrischer Aufbau von gehärteten Polstegen vorhanden.A pole web that is plastically deformed in one of the rotor pole halves is preferably also deformed in mirror symmetry in the other rotor pole half of the same rotor pole. This means that there is a symmetrical structure of hardened pole webs in each rotor pole.

Der Rotorkörper wird während des plastischen Umformens vorteilhafterweise innerhalb einer Hülse angeordnet. Bei der Hülse handelt es sich besonders vorteilhaft um eine Spannhülse. Somit ist eine makroskopische Verformung des Rotorkörpers vermieden. Insbesondere ist somit sichergestellt, dass der Rotor durch das plastische Umformen der Polstege keine Unwuchten aufweist.The rotor body is advantageously arranged within a sleeve during the plastic deformation. The sleeve is particularly advantageously a clamping sleeve. A macroscopic deformation of the rotor body is thus avoided. In particular, it is thus ensured that the rotor does not have any imbalances due to the plastic deformation of the pole webs.

Die plastische Umformung an jeder Blechlamelle erfolgt vorteilhafterweise innerhalb der Blechebene der Blechlamelle. Dies bedeutet, dass die Umformung senkrecht zu einer Mittelachse des Rotors, d. h. zu einer Rotorachse, erfolgt. Diese Umformungsrichtung lässt sich einfach und aufwandsarm durch die Erhöhung des Innendrucks innerhalb der Magnettaschen durch das Einspritzen gemäß dem zuvor beschriebenen Schritt b) realisieren.The plastic deformation on each sheet metal lamella takes place advantageously within the sheet metal plane of the sheet metal lamella. This means that the deformation is perpendicular to a central axis of the rotor, i.e. H. to a rotor axis. This deformation direction can be implemented easily and with little effort by increasing the internal pressure within the magnet pockets by injecting according to step b) described above.

Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine weist einen Rotor und einen Stator auf, wobei der Rotor einen aus gestapelten Rotorlamellen gebildeten Rotorkörper mit einer Vielzahl von Rotorpolen und einer Rotorachse aufweist. Es ist vorgesehen, dass jeder Rotorpol zumindest eine Magnettasche zur Aufnahme von Permanentmagneten aufweist. Durch die zumindest eine Magnettasche ist in dem jeweiligen Rotorpol eine Unterteilung vorhanden, sodass mehrere Polsegmente gebildet sind. Die Polsegmente sind ausschließlich über Polstege miteinander verbunden, wobei jeder Rotorpol eine Polachse aufweist, die den jeweiligen Rotopol in zwei Polhälften teilt.The invention also relates to an electrical machine. The electrical machine has a rotor and a stator, the rotor having a rotor body formed from stacked rotor laminations with a plurality of rotor poles and a rotor axis. It is provided that each rotor pole has at least one magnet pocket for receiving permanent magnets. The at least one magnet pocket provides a subdivision in the respective rotor pole, so that several pole segments are formed. The pole segments are connected to one another exclusively via pole webs, each rotor pole having a pole axis which divides the respective rotopole into two pole halves.

Es ist vorgesehen, dass eine ausgehärtete Füllmasse in einen Hohlraum der Magnettaschen des Rotors eingespritzt ist. Auf diese Weise sind die Permanentmagnete in den Magnettaschen befestigt. Weiterhin ist vorgesehen, dass in jedem Rotorpol zumindest einer der Polstege des Rotorpols oder zumindest ein Übergang in einen der Polstege zur lokalen Festigkeitssteigerung plastisch umgeformt ist. Dies gilt besonders vorteilhaft für zumindest einen Polsteg jeder Rotorpolhälfte. Durch die plastische Umformung ist der Polsteg zumindest bereichsweise kaltverfestigt, wodurch eine Festigkeitssteigerung des jeweiligen Polstegs erfolgt.It is provided that a hardened filling compound is injected into a cavity in the magnet pockets of the rotor. In this way, the permanent magnets are fixed in the magnet pockets. Furthermore, it is provided that in each rotor pole at least one of the pole webs of the rotor pole or at least a transition into one of the pole webs is plastically deformed in order to increase the local strength. This is particularly advantageous for at least one pole web of each rotor pole half. As a result of the plastic deformation, the pole web is work-hardened at least in some areas, as a result of which the strength of the respective pole web is increased.

Besonders vorteilhaft ist pro Rotorpol eine Magnetanordnung mit mehreren Permanentmagneten vorhanden. Die Magnetanordnung weist bevorzugt eine einschichtige oder mehrschichtige Anordnung von Permanentmagneten auf. Besonders bevorzugt ist eine V-Anordnung oder Doppel-V-Anordnung oder eine VU-Anordnung vorhanden. Durch die mehreren Permanentmagnete ist insbesondere auch eine Vielzahl von Polstegen vorhanden, wobei besonders vorteilhaft alle Polstege oder lediglich ein Teil der Polstege durch besagte plastische Umformung kaltverfestigt sind.A magnet arrangement with a plurality of permanent magnets is particularly advantageous for each rotor pole. The magnet arrangement preferably has a single-layer or multi-layer arrangement of permanent magnets. A V arrangement or double V arrangement or a VU arrangement is particularly preferred. As a result of the multiple permanent magnets, there is in particular also a large number of pole webs, with all pole webs or only some of the pole webs being work-hardened by said plastic deformation, particularly advantageously.

Die Erfindung ermöglicht somit, eine Festigkeitssteigerung von Rotorpolen eines Rotors zu erreichen. Zusätzlich zu der Festigkeitssteigerung führt die dazu verwendete Kaltumformung bevorzugt auch zu einem Erhöhen eines magnetischen Widerstands. Dadurch ist ein Magnetfluss durch den entsprechenden Rotorpol minimiert. Somit lässt sich der zuvor beschriebene Zielkonflikt durch das erfindungsgemäße Verfahren und durch die erfindungsgemäße elektrische Maschine auflösen.The invention thus makes it possible to increase the strength of rotor poles of a rotor. In addition to the increase in strength, the cold forming used for this purpose also preferably leads to an increase in a magnetic resistance. This minimizes magnetic flux through the corresponding rotor pole. The conflict of objectives described above can thus be resolved by the method according to the invention and by the electrical machine according to the invention.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Abbildung eines Rotors, der mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde,
2 eine schematische Ansicht einer Werkzeugeinrichtung zum Herstellen des Rotors, wie in 1 gezeigt,
3A eine schematische Ansicht eines Festigkeitsverlaufs in einem Polsteg des Rotors gemäß 1,
3B eine schematische Ansicht des Pols passend zu dem Festigkeitsverlauf gemäß 3A, und
4 eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 a schematic illustration of a rotor that was manufactured using a method according to an embodiment of the invention,
2 a schematic view of a tool device for producing the rotor, as in FIG 1 shown,
3A a schematic view of a strength profile in a pole web of the rotor according to FIG 1 ,
3B a schematic view of the pole matching the strength profile according to FIG 3A , and
4th a schematic view of an electrical machine according to an embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Rotor 1, der gemäß einem Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde. Der Rotor 1 weist mehrere Rotorpole 3 auf, wobei in 1 lediglich einer der Rotorpole 3 detailliert gezeigt ist. Die verbleibenden Rotorpole 3 sind insbesondere identisch zu dem gezeigten Rotorpol 3 ausgebildet. Außerdem weist der Rotor 1 mehrere Rotorlamellen 9 (vgl. 2) auf, die zu einem Rotorkörper 2 gestapelt sind. Der Rotorkörper 2 ist durch die Rotorpole 3 unterteilt. 1 shows schematically a section from a rotor 1 which was produced according to a method according to an embodiment of the invention. The rotor 1 has multiple rotor poles 3 on, where in 1 only one of the rotor poles 3 is shown in detail. The remaining rotor poles 3 are in particular identical to the rotor pole shown 3 educated. Also, the rotor has 1 several rotor blades 9 (see. 2 ) leading to a rotor body 2 are stacked. The rotor body 2 is through the rotor poles 3 divided.

Jeder Rotorpol 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei Magnettaschen 4 auf, wobei die Magnettaschen 4 den jeweiligen Rotorpol 3 in mehrere Polsegmente 3a, 3b unterteilen. So ist ein äußeres Polsegment 3b vorhanden, das radial außerhalb der Magnettaschen 4 angeordnet ist, während ein inneres Polsegment 3a radial innerhalb der Magnettaschen 4 angeordnet ist. Die beiden Polsegmente 3a, 3b, d. h. das radial innere Polsegment 3a und das radial äußere Polsegment 3b, sind über mehrere Polstege 3c miteinander verbunden. Die Polstege 3c sind die einzige Verbindung, über die die Polsegmente 3a, 3b verbunden sind.Each rotor pole 3 has two magnetic pockets in this exemplary embodiment 4th on, with the magnetic pockets 4th the respective rotor pole 3 into several pole segments 3a , 3b subdivide. So is an outer pole segment 3b present, the radial outside of the magnet pockets 4th is arranged while an inner pole segment 3a radially inside the magnet pockets 4th is arranged. The two pole segments 3a , 3b , ie the radially inner pole segment 3a and the radially outer pole segment 3b , are over several pole webs 3c connected with each other. The pole webs 3c are the only connection through which the pole segments 3a , 3b are connected.

Der Rotor 1 weist außerdem eine Rotorachse 100 auf, um die der Rotorkörper 2 rotieren kann. Der Rotor 1 ist insbesondere drehsymmetrisch oder rotationssymmetrisch zur Rotorachse 100 ausgebildet. Die Rotorachse 100 stellt bevorzugt eine Mittelachse des Rotors 1 ebenso wie bevorzugt eine Mittelachse einer elektrischen Maschine, umfassend den Rotor 1, dar. Außerdem weist jeder Rotorpol 3 eine Polachse 200 auf, die auch d-Achse genannt wird. Die Polachse 200 teilt den jeweiligen Rotorpol 3 in zwei Polhälften 13a, 13b. Die beiden Polhälften 13a, 13 b sind bevorzugt spiegelsymmetrisch zur Polachse 200 ausgebildet.The rotor 1 also has a rotor axis 100 on to that of the rotor body 2 can rotate. The rotor 1 is in particular rotationally symmetrical or rotationally symmetrical to the rotor axis 100 educated. The rotor axis 100 preferably represents a central axis of the rotor 1 as well as preferably a central axis of an electrical machine, comprising the rotor 1 ,. In addition, each rotor pole has 3 a polar axis 200 on, which is also called the d-axis. The polar axis 200 divides the respective rotor pole 3 in two pole halves 13a , 13b . The two halves of the pole 13a , 13th b are preferably mirror-symmetrical to the polar axis 200 educated.

In jeder der Magnettaschen 4 ist zumindest ein Permanentmagnet 5 angeordnet. Im Folgenden wird beschrieben, dass lediglich ein Permanentmagnet 5 pro Magnettasche 4 vorgesehen ist, wobei auch mehrere Permanentmagnete 5 pro Magnettasche 4 vorhanden sein können.In each of the magnetic pockets 4th is at least a permanent magnet 5 arranged. The following describes that only a permanent magnet 5 per magnetic pocket 4th is provided, with several permanent magnets 5 per magnetic pocket 4th may be present.

Um den Permanentmagneten 5 in der jeweiligen Magnettasche 4 zu fixieren, ist eine ausgehärtete Füllmasse 7, insbesondere Kunststoff, in verbleibende Kavitäten der Magnettaschen 4 eingespritzt. Dadurch erfolgt ein zuverlässiger Halt der Permanentmagnete 5 innerhalb des Rotorkörpers 2.To the permanent magnet 5 in the respective magnetic pocket 4th to fix is a hardened filler 7th , especially plastic, in the remaining cavities of the magnet pockets 4th injected. This ensures that the permanent magnets are held reliably 5 inside the rotor body 2 .

Da die Polstege 3c die Polsegmente 3a, 3b verbinden, besteht die Gefahr eines magnetischen Kurzschlusses an diesen Polstegen 3c. Gleichzeitig dienen die Polstege 3c zum Halt des äußeren Polsegments 3b, sodass ein magnetischer Fluss durch die Polstege 3c zu minimieren, eine mechanische Festigkeit der Polstege 3c jedoch zu erhöhen ist. Dies wird in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass die Polstege 3c zur lokalen Festigkeitssteigerung plastisch umgeformt sind. Ebenso kann auch ein Übergangsbereich in den jeweiligen Polsteg 3c zur lokalen Festigungssteigerung plastisch umgeformt sein.As the pole webs 3c the pole segments 3a , 3b connect, there is a risk of a magnetic short circuit at these pole webs 3c . The pole webs serve at the same time 3c to hold the outer pole segment 3b so that a magnetic flux through the pole webs 3c to minimize a mechanical strength of the pole pieces 3c however, it is to be increased. In the exemplary embodiment described, this is achieved in that the pole webs 3c are plastically deformed to increase local strength. Likewise, a transition area can also be made in the respective pole web 3c be plastically reshaped to increase local strength.

Das plastische Umformen wird mit Bezug auf 2 erklärt. 2 zeigt schematisch eine Werkzeugeinrichtung 14, die zum Herstellen des Rotors 1 dient. Es ist in 2 gezeigt, dass der Rotorkörper 2 mit in den Magnettaschen 4 vorgesehenen Permanentmagneten 5 (in 2 nicht dargestellt) in der Werkzeugeinrichtung 14 angeordnet ist. Über eine Rotorwelle 12 erfolgt dabei eine Fixierung und Zentrierung des Rotors 1.Plastic forming is referring to 2 explained. 2 shows schematically a tool device 14th that are used to manufacture the rotor 1 serves. It is in 2 shown that the rotor body 2 with in the magnetic pockets 4th provided permanent magnets 5 (in 2 not shown) in the tool device 14th is arranged. Via a rotor shaft 12th the rotor is fixed and centered 1 .

Die Werkzeugeinrichtung 14 ermöglicht ein Einspritzen der aushärtbaren Füllmasse 7 über eine Einspritzdüse 15. Dazu wird die Füllmasse 7 in die verbleibenden Kavitäten der Magnettaschen 4 eingespritzt, sodass das in 1 gezeigte Resultat entsteht. Dazu ist ein Prozessdruck notwendig, um die Füllmasse in die verbleibenden Hohlräume der Magnettaschen 4 einzuspritzen. Durch diesen Schritt des Einspritzens und durch ein nachfolgendes Aushärten der Füllmasse 7 erfolgt die zuvor beschriebene Fixierung der Permanentmagneten 5 in den jeweiligen Magnettaschen 4.The tool setup 14th enables the curable filling compound to be injected 7th via an injection nozzle 15th . For this purpose, the filling compound 7th into the remaining cavities of the magnet pockets 4th injected so that the in 1 shown result arises. Process pressure is required for this in order to transfer the filling compound into the remaining cavities of the magnetic pockets 4th inject. Through this injection step and through a subsequent hardening of the filling compound 7th the previously described fixation of the permanent magnets takes place 5 in the respective magnetic pockets 4th .

Zusätzlich ist vorgesehen, dass der Prozessdruck, mit dem das Einspritzen der Füllmasse 7 erfolgt, in Korrelation mit einer bestimmten Dicke der Polstege 3c derart gewählt ist, dass die Polstege 3c zur lokalen Festigkeitssteigerung plastisch umgeformt werden. Es findet somit eine Kaltverfestigung in den Polstegen 3c statt. Diese Kaltverfestigung führt zu einer Störung der Gitterstruktur und/oder zu Korngrenzenverzerrungen innerhalb der Polstege 3c. Auf diese Weise ist einerseits eine Festigkeit der Polstege 3c lokal erhöht, andererseits ist eine magnetische Leitfähigkeit an den plastisch umgeformten Stellen verringert. Somit sind die Polstege 3c in vorteilhafter Weise optimiert, da einerseits eine Festigkeit erhöht, gleichzeitig aber eine Möglichkeit des magnetischen Kurzschlusses verringert ist.In addition, it is provided that the process pressure with which the injection of the filling compound 7th takes place in correlation with a certain thickness of the pole webs 3c is chosen such that the pole webs 3c be plastically deformed to increase local strength. There is thus a strain hardening in the pole webs 3c instead of. This work hardening leads to a disruption of the lattice structure and / or to grain boundary distortions within the pole webs 3c . In this way, on the one hand, there is a strength of the pole webs 3c locally increased, on the other hand a magnetic conductivity at the plastically deformed points is reduced. Thus are the pole pieces 3c Optimized in an advantageous manner, since on the one hand a strength is increased, but at the same time the possibility of a magnetic short circuit is reduced.

Um ein makroskopisches Verformen des Rotorkörpers 2 zu verhindern, ist dieser während des Einspritzvorgangs in einer Hülse 6, die bevorzugt als Spannhülse ausgebildet ist, angeordnet. Somit kann Rotorkörper 2 seine zylindrische Form nicht oder nahezu nicht verlieren, wodurch der Rotor 1 im späteren Betrieb in einer elektrischen Maschine 10 keinerlei Unwuchten oder unerlaubte Toleranzen aufweist. Alternativ oder zusätzlich zu der Hülse 6 kann auch ein Sensor vorgesehen werden, der als Positionssensor oder Wegsensor ausgebildet ist. Anhand dieses Sensors lässt sich eine Verformung des Rotorkörpers 2 ermitteln und ein Druck innerhalb der Magnettaschen 4 durch den Prozessdruck basierend auf der ermittelten Verformung regeln, um somit zu verhindern, dass eine zu große Verformung einsetzt.A macroscopic deformation of the rotor body 2 this is to be prevented in a sleeve during the injection process 6th , which is preferably designed as a clamping sleeve, arranged. Thus rotor body 2 not or almost not lose its cylindrical shape, whereby the rotor 1 in later operation in an electrical machine 10 has no imbalances or impermissible tolerances. Alternatively or in addition to the sleeve 6th A sensor can also be provided which is designed as a position sensor or a displacement sensor. This sensor can be used to deform the rotor body 2 determine and a pressure inside the magnetic pockets 4th regulate the process pressure based on the deformation determined in order to prevent excessive deformation from occurring.

Die 3A und 3B zeigen die Auswirkungen des zuvor beschriebenen Verfahrens auf die jeweiligen Polstege 3c. So ist in 3A ein Festigkeitsverlauf gezeigt, während 3B den zugehörigen Polsteg 3c zeigt. Aufgrund der Ausgestaltung des Polstegs 3c und aufgrund des Prozessdrucks, mit dem die Füllmasse 7 in die Magnettasche 4 eingespritzt wurde, ist ein Teilbereich 8 des Polstegs 3c plastifiziert worden und dadurch durch plastische Umformung kaltverfestigt. Dies zeigt sich im Verlauf der Festigkeit gemäß 3A, da an dieser Stelle die Festigkeit des Polstegs 3c mindestens 5 % höher als die Festigkeit des restlichen Rotorkörpers 2. Durch eine entsprechende Ausgestaltung der Polstege 3c und durch passende Wahl des Prozessdrucks lässt sich die Abmessung des Teilbereichs 8, an dem der Polsteg 3c plastifiziert werden soll, einstellen. Da die Umformung ausschließlich auf dem Innendruck innerhalb der Magnettasche 4 erfolgt, ist außerdem erreicht, dass die Umformung lediglich innerhalb der Blechebenen der jeweiligen Blechlamellen erfolgt.the 3A and 3B show the effects of the method described above on the respective pole webs 3c . So is in 3A a strength curve shown during 3B the associated pole piece 3c indicates. Due to the design of the pole web 3c and due to the process pressure with which the filling compound 7th in the magnetic pocket 4th was injected is a partial area 8th of the pole piece 3c plasticized and thereby cold-hardened by plastic deformation. This is shown in the course of the strength according to 3A , because at this point the strength of the pole web 3c at least 5% higher than the strength of the rest of the rotor body 2 . With a corresponding design of the pole webs 3c and by choosing the right process pressure, the dimensions of the sub-area can be determined 8th on which the pole bridge 3c should be plasticized, set. Since the deformation is solely based on the internal pressure within the magnetic pocket 4th takes place, it is also achieved that the deformation takes place only within the sheet metal planes of the respective sheet metal lamellas.

Durch eine gezielte Temperaturführung während des Einspritzvorgangs der Füllmasse 7 sowie während des Aushärtens und Abkühlens der Füllmasse 7 kann außerdem eine weitere Festigkeitssteigerung erreicht werden. Dies bedeutet, dass während des Einspritzens und Aushärtens bzw. Abkühlens der Füllmasse 7 eine Wärmebehandlung erfolgt, wobei die Wärmebehandlung auf der Temperaturänderung des Einspritzvorgangs basiert. Durch das Einspritzen und ggf. durch zusätzliche Erwärmung der jeweiligen Polstege steigt die Temperatur des Rotorkörpers 2 und damit der Polstege 3c an. Auch kann eine entsprechende Temperaturführung beim Abkühlen und Aushärten der Füllmasse 7 erfolgen. Auf diese Weise lässt sich insbesondere eine weitere Festigkeitssteigerung durch Ausscheidungshärten erreichen.Through targeted temperature control during the injection process of the filling compound 7th as well as during the hardening and cooling of the filling compound 7th a further increase in strength can also be achieved. This means that during the injection and hardening or cooling of the filling compound 7th a heat treatment takes place, the heat treatment being based on the temperature change of the injection process. As a result of the injection and, if necessary, additional heating of the respective pole webs, the temperature of the rotor body rises 2 and thus the pole pieces 3c on. Appropriate temperature control during cooling and hardening of the filling compound can also be used 7th respectively. In this way, in particular, a further increase in strength can be achieved through precipitation hardening.

Das plastische Umformen und das daraus resultierende Kaltverformen kann an allen oder nur an Teilen der jeweiligen Polstege 3c erfolgen. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist besonders vorteilhaft, wenn die radial äußeren Polstege 3c verfestigt werden. Bei demjenigen Polsteg 3c, der unmittelbar zwischen den beiden Magnetöffnungen 4 liegt, ist eine solche Verfestigung insbesondere nicht vorgesehen. Besonders vorteilhaft erfolgt eine entsprechende Kaltverfestigung durch plastisches Umformen an den Polstegen 3c spiegelsymmetrisch zur Polachse 200.The plastic deformation and the resulting cold deformation can take place on all or only on parts of the respective pole webs 3c respectively. In the exemplary embodiment described, it is particularly advantageous if the radially outer pole webs 3c be solidified. With that pole bridge 3c , which is directly between the two magnet openings 4th such consolidation is in particular not provided. Corresponding work hardening takes place particularly advantageously by plastic deformation on the pole webs 3c mirror symmetrical to the polar axis 200 .

5 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Maschine 10 weist einen Stator 11 auf, durch den ein Rotor 1 antreibbar ist. Der Rotor 1 ist insbesondere ein Rotor 1, der mit einem Verfahren wie zuvor beschrieben hergestellt wurde. Somit weist die elektrische Maschine 10 eine hohe Leistungsdichte sowie eine hohe Drehzahlfestigkeit auf, da die Polstege 3c minimierte Streuflüsse und eine maximierte Festigkeit aufweisen. 5 shows schematically an electrical machine 10 according to an embodiment of the invention. The electric machine 10 has a stator 11th on, through which a rotor 1 is drivable. The rotor 1 is in particular a rotor 1 made by a method as previously described. Thus, the electrical machine 10 a high power density as well as a high speed stability, since the pole webs 3c have minimized leakage flux and maximized strength.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist eine einschichtige Magnetanordnung vorhanden, in der die Permanentmagnete 5 eine V-Anordnung aufweisen. Ebenso ist eine mehrschichtige Anordnung möglich, in der bevorzugt die Permanentmagnete 5 eine Doppel-V-Anordnung oder eine VU-Anordnung aufweisen. In allen diesen Anordnungen können alle oder einzelne Polstege 3c mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens verfestigt werden, wobei besonders vorteilhaft stets eine Symmetrie zur jeweiligen Polachse 200 vorhanden ist.In the embodiment described, there is a single-layer magnet arrangement in which the permanent magnets 5 have a V-arrangement. A multilayer arrangement is also possible, in which the permanent magnets are preferred 5 have a double V arrangement or a VU arrangement. In all of these arrangements all or individual pole webs 3c be solidified by means of the method described above, with a symmetry to the respective polar axis always being particularly advantageous 200 is available.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102013201199 A1 [0004]

Claims

A method for producing a rotor (1) of an electrical machine (10), the rotor (1) having a plurality of rotor poles (3) and a rotor body (2) formed from stacked rotor lamellas (9), each rotor pole (3) having at least one magnetic pocket ( 4) for receiving permanent magnets (5), whereby a plurality of pole segments (3a, 3b) are formed in the respective rotor pole (3), which are connected to one another exclusively via pole webs (3c), each rotor pole (3) having a pole axis (200 ), which divides the respective rotor pole (3) into two pole halves (13a, 13b), comprising the steps: a) Arranging a rotor (1), the magnet pockets (4) of which are equipped with permanent magnets (5), in a tool device ( 14), b) injection of curable filling compound (7) under a certain process pressure into a cavity of the magnet pockets (4) of the rotor (1) for fastening the permanent magnets (5) in the magnet pockets (4), c) curing of the filling compound (7) ), characterized in that in the S step b) the process pressure in correlation with a certain thickness of the pole webs (3c) is selected such that in each rotor pole (3), in particular in each rotor pole half (13a, 13b) of each rotor pole (3), at least one of the pole webs (3c) of the rotor pole (3) or the rotor pole half (13a, 13b) or at least a transition into one of the pole webs (3c) is plastically deformed to increase the local strength.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that a deformation of the rotor body (2) is determined during the plastic deformation, in particular using a position sensor or displacement sensor, the pressure inside the magnet pocket (4) being regulated by the process pressure based on the deformation determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a hardness of the plastically deformed area is increased by at least 5% compared to the hardness of the rest of the rotor body (3).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the plastic deformation, a strength-increasing heat treatment, in particular precipitation hardening, is carried out on at least the plastically deformed area.

Procedure according to Claim 4 , characterized in that the heat treatment takes place simultaneously with, in particular by, the injection and cooling of the filling compound (7).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a disruption of the lattice structure and / or grain distortions is generated in the plastically deformed area.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a pole web (3c) plastically formed in one of the rotor pole halves (13a, 13b) is also formed mirror-symmetrically in the other rotor pole half (13a, 13b) of the same rotor pole (3).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor body (2) is arranged within a sleeve (6), in particular a clamping sleeve, during the plastic deformation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic deformation takes place on each sheet metal lamella (9) within the sheet plane of the sheet metal lamella (9).

Electrical machine (10) having a rotor (1) and a stator (11), the rotor (1) having a rotor body (2) formed from stacked rotor lamellas (9) with a plurality of rotor poles (3) and a rotor axis (100) each rotor pole (3) has at least one magnet pocket (4) for receiving permanent magnets (5), whereby a plurality of pole segments (3a, 3b) are formed in the respective rotor pole (3), which are connected to one another exclusively via pole webs (3c) each rotor pole (3) has a pole axis (d-axis) which divides the respective rotor pole (3) into two pole halves (13a, 13b), with a hardened filling compound (7) in a cavity of the magnetic pockets (4) of the Rotor (1) for fastening the permanent magnets (5) is injected into the magnet pockets (4), characterized in that in each rotor pole (3), in particular in each rotor pole half (13a, 13b) of each rotor pole (3), at least one of the pole webs (3c) of the rotor pole (3) or the rotor pole half (13a, 13b) or at least a transition into one of the pole webs (3c) is plastically deformed to increase the local strength.

Electric machine (10) according to Claim 10 , characterized in that a magnet arrangement comprising several permanent magnets (5) is present per rotor pole (3), the magnet arrangement in particular in a single-layer or multilayer arrangement, particularly preferably in a V-arrangement or double-V-arrangement or VU-arrangement.