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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor eine Rotorunwuchtkompensationsvorrichtung aufweist und die Rotorunwuchtkompensationsvorrichtung wenigstens eine Wuchtmasse und wenigstens eine dazu korrespondierende Wuchtöffnung in dem Rotor aufweist, in welche die Wuchtmasse einsteckbar ist.
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Es ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen vollständig zu elektrifizieren oder als einen hybriden Antriebsstrang auszubilden, bei dem Elektromotoren mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet werden. So umfasst beispielsweise ein Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglicht - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
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Es ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich ferner bekannt, Unwuchten eines schnelldrehenden Bauteils, wie beispielweise eines Rotors einer elektrischen Maschine, durch ein Wuchten des Rotors zu beseitigen. Das Wuchten kann beispielsweise durch gezieltes Abtragen von Material entlang des Umfangs des rotierenden Bauteils erfolgen. Alternativ oder ergänzend können auch zusätzliche Wuchtgewichte an oder in dem rotierenden Bauteil angeordnet werden, um ggf. eine Materialentnahme zu vermeiden, wenn es beispielsweise aus baulichen Gegebenheiten nicht möglich ist in das rotierende Bauteil zur Materialentnahme zu bohren.
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Diese Verfahrensweise wird auch als positiv oder negativ gewuchtet bezeichnet. Positives wie negatives Wuchten wird häufig an zusätzlichen, mit dem Rotor mitdrehenden Bauteilen vorgenommen, den sogenannten Wuchtscheiben. Beim positiven Wuchten wird hier Material an entsprechender Position hinzugefügt und somit der Rotor ausgewuchtet. Beim negativen Wuchten wird entsprechend Material aus der Wuchtscheibe, beispielsweise durch Bohren, entfernt. Die Wuchtscheiben werden insbesondere aus einer Metallplatine gestanzt, gefräst oder nach einem Metall-Gießverfahren hergestellt. Aus der
WO 2012/069196 A2 ist eine Wuchtscheibe aus Metall bekannt, welche eine Unwucht einer rotierenden Welle, vermindern oder ausgleichen soll.
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Nachteilig ist hierbei, dass ein zusätzliches Bauteil zum Auswuchten des Rotors notwendig ist. Dieses beutet zusätzliches Gewicht und zusätzliche Kosten.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Rotor bereitzustellen, der die bestehenden Nachteile vermeidet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor eine Rotorunwuchtkompensationsvorrichtung aufweist und die Rotorunwuchtkompensationsvorrichtung wenigstens eine Wuchtmasse und wenigstens eine dazu korrespondierende Wuchtöffnung in dem Rotor aufweist, in welche die Wuchtmasse einsteckbar ist, wobei die Wuchtmasse einen in axialer Richtung in die Wuchtöffnung einsteckbaren Axialabschnitt und einen aus der Wuchtöffnung in einer Radialrichtung herausragenden Radialabschnitt umfasst.
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Die Wuchtmasse weist entlang ihrer Fügeachse in den Rotor eine definierte Unwucht auf, die beispielsweise in Form eines L-förmigen Drahts ausgebildet sein kann. Durch einen positionierten Einbau kann die Unwucht der Wuchtmasse genutzt werden, um die Unwucht des Rotors auszugleichen. Hierdurch können Materialeinsparungen realisierbar werden, da kein unnötiges Material verbaut wird. Ferner kann durch die Wuchtmassen eine stufenlos einstellbare Unwucht bereitgestellt werden, wodurch eine sehr genau Wuchtung des Rotors ermöglicht wird.
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Ferner erfolgt keine Verschmutzung des Rotors beim Wuchtprozess, da kein Material spanend abgetragen wird.
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Es können im Wesentlichen bevorzugt zwei Parameter verwendet werden, um eine stufenlose Einstellung der Unwucht zu realisieren, nämlich die Anzahl der verbauten Wuchtmassen sowie die Winkelorientierung der einzelnen Wuchtmassen. Hierauf wird in der Erläuterung der Ausführungsbeispiele noch näher eingegangen.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der erfindungsgemäße Rotor ist zur Verwendung in einer elektrischen Maschine vorgesehen.
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Elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil.
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Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken.
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Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen.
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Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
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Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
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Ein Hybridelektrokraftfahrzeug, auch als Hybrid Electric Vehicle (HEV) bezeichnet, ist ein Elektrofahrzeug, das von mindestens einem Elektromotor sowie einem weiteren Energiewandler angetrieben wird und Energie sowohl aus seinem elektrischen Speicher (Akku) als auch einem zusätzlich mitgeführten Kraftstoff bezieht.
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Im Sinne dieser Anmeldung werden unter dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges alle Komponenten verstanden, die im Kraftfahrzeug die Leistung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs generieren und über die Fahrzeugräder bis auf die Straße übertragen.
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Der erfindungsgemäße Rotor kann in einer elektrischen Maschine verwendet werden, die in bevorzugter Weise zur Verwendung in einem Hybridmodul vorgesehen ist.
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In einem Hybridmodul können Bau- und Funktionselemente eines hybridisierten Antriebsstrangs räumlich und/oder baulich zusammengefasst und vorkonfiguriert sein, so dass ein Hybridmodul in einer besonders einfachen Weise in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs integrierbar ist. Insbesondere können ein Elektromotor und ein Kupplungssystem, insbesondere mit einer Trennkupplung zum Einkuppeln des Elektromotors in und/oder Auskuppeln des Elektromotors aus dem Antriebsstrang, in einem Hybridmodul vorhanden sein.
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Ein Hybridmodul kann je nach Eingriffspunkt des Elektromotors in den Antriebsstrang in die folgenden Kategorien P0-P5 eingeteilt werden:
- P0: der Elektromotor ist vor der Brennkraftmaschine angeordnet und beispielsweise über einen Riemen mit der Brennkraftmaschine gekoppelt. Bei dieser Anordnung des Elektromotors wird dieser auch gelegentlich als Riemenstartergenerator (RSG) bezeichnet,
- P1: der Elektromotor ist direkt hinter der Brennkraftmaschine angeordnet. Die Anordnung des Elektromotors kann beispielsweise kurbelwellenfest vor der Anfahrkupplung erfolgen,
- P2: der Elektromotor ist zwischen einer häufig als K0 bezeichneten Trennkupplung und der Anfahrkupplung aber vor dem Fahrzeuggetriebe im Antriebsstrang angeordnet,
- P3: der Elektromotor ist im Fahrzeuggetriebe und/oder der Getriebeausgangswelle angeordnet,
- P4: der Elektromotor ist an einer bestehenden oder separaten Fahrzeugachse angeordnet und
- P5: der Elektromotor ist am oder im Fahrzeugrad angeordnet, beispielsweise als Radnabenmotor.
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Ferner kann es auch bevorzugt sein, dass eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor in einem elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet wird.
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Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrische Maschine und ein Getriebe, wobei die elektrische Maschine und das Getriebe eine bauliche Einheit bilden. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
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Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und das Getriebe in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der Rotor eine Mehrzahl Wuchtöffnungen aufweist, wobei in einer Mehrzahl dieser Wuchtöffnungen eine Mehrzahl von Wuchtmassen angeordnet sind.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass die Radialabschnitte der Wuchtmassen in unterschiedliche Richtung weisen, wodurch eine sehr genaue und insbesondere auch stufenlose Wuchtung des Rotors ermöglicht wird.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass die Wuchtöffnungen auf wenigstens einem Teilkreis koaxial zur Rotationsachse des Rotors angeordnet sind. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Wuchtöffnungen im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. In diesem Zusammenhang ist es natürlich auch zu bevorzugen, dass die Wuchtmassen im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, wodurch das Wuchten des erfindungsgemäßen Rotors somit mit mehreren gleichen Wuchtmassen realisierbar ist.
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Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass die Wuchtöffnungen über den Umfang äquidistant zueinander angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann es bevorzugt sein, dass die Wuchtmasse einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt und die Wuchtöffnung einen dazu korrespondierenden im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt aufweist, so dass die Wuchtmassen stufenlos in der Wuchtöffnung drehbar sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Wuchtmasse aus einen um 90° gebogenen Draht geformt ist.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass die Wuchtmasse in der Wuchtöffnung eingepresst ist. Besonders bevorzugt ist es, dass alle Wuchtmassen in jeweils einer der Wuchtöffnungen eingepresst sind.
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Die Erfindung umfasst ferner ein Kit-of-parts zum Auswuchten eines Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend einen Rotor gemäß einem der Ansprüche 1-9 sowie wenigstens einer Wuchtmasse, bevorzugt einer Mehrzahl von im Wesentlichen identischen Wuchtmassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele innerhalb des technisch machbaren frei miteinander kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1 einen Rotor in einer Vorderansicht, und
- 2 einen Rotor in einer Seitenansicht.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 1 für eine elektrische Maschine 2, wobei der Rotor 1 eine Rotorunwuchtkompensationsvorrichtung 3 aufweist. Die Rotorunwuchtkompensationsvorrichtung 3 umfasst wenigstens eine Wuchtmasse 4 und wenigstens eine dazu korrespondierende Wuchtöffnung 5 in dem Rotor 1, in welche die Wuchtmasse 4 einsteckbar ist.
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Die Wuchtmasse 4 besitzt einen in axialer Richtung in die Wuchtöffnung 5 einsteckbaren Axialabschnitt 6 und einen aus der Wuchtöffnung 5 in einer Radialrichtung herausragenden Radialabschnitt 7, was gut aus der 2 zu erkennen ist. Anhand der 2 ist ferner gut ersichtlich, dass die Wuchtmasse 4 aus einen um 90° gebogenen Draht geformt ist.
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In der gezeigten Ausführungsform der 1 weist der Rotor 1 eine Mehrzahl von Wuchtöffnungen 5 auf, wobei in einer Mehrzahl dieser Wuchtöffnungen 5 eine Mehrzahl von Wuchtmassen 4 (in der 1 sind es drei Wuchtmassen 4) angeordnet sind. Die Radialabschnitte 7 der Wuchtmassen 4 weisen in unterschiedliche Richtung, wodurch die Wuchtung des Rotors 1 stufenlos und sehr genau eingestellt werden kann. Die Wuchtmassen 4 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen identisch ausgebildet.
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Wie aus der 1 weiter hervorgeht, sind die Wuchtöffnungen 5 auf wenigstens einem Teilkreis koaxial zur Rotationsachse des Rotors 1 und über den Umfang äquidistant zueinander angeordnet.
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Die Wuchtmassen 4 besitzen einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt und die Wuchtöffnung 5 einen dazu korrespondierenden im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt, so dass die Wuchtmassen 4 einfach in die Wuchtöffnungen 5 einsetzbar und in diesen stufenlos drehbar sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Wuchtmassen 4 in den Wuchtöffnungen 5 eingepresst.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- elektrische Maschine
- 3
- Rotorunwuchtkompensationsvorrichtung
- 4
- Wuchtmasse
- 5
- Wuchtöffnung
- 6
- Axialabschnitt
- 7
- Radialabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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