DE102021130470A1

DE102021130470A1 - Method of manufacturing a rotor of a rotary electric machine, Rotor and rotary electric machine

Info

Publication number: DE102021130470A1
Application number: DE102021130470.9A
Authority: DE
Inventors: Florian Nachtmann; Tobias Klein; Daniel Hense; Volker Hornberger; Jan Helmlinger; Daniel Rösch
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-11-22
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine, den damit hergestellten Rotor sowie eine elektrische Rotationsmaschine mit dem Rotor.Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) einer elektrischen Rotationsmaschine werden eine Welle (10) und ein Blechpaket (30) zur Aufnahme von Magneten oder wenigstens eines elektrischen Leiters zur Verfügung gestellt, wobei das Blechpaket (30) an wenigstens einer axialen Seite ein Rotorendblech (31) aufweist, welches zumindest einen über eine axial äußere Erstreckungsebene des Rotorendblechs vorstehenden Vorsprung (40) aufweist, und wobei der Rotor (1) wenigstens ein mit einem Schaft (12) der Welle (10) drehfest verbundenes Drehmomentübertragungselement (20) aufweist, welches eine einer axialen Seite zugewandte Anlagefläche (21) sowie wenigstens ein Spitzenelement (22) aufweist, wobei das Blechpaket (30) derart auf der Welle (10) angeordnet wird, dass das Spitzenelement (22) axial in den Vorsprung (40) eindringt und dadurch zumindest in Umfangsrichtung eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Rotorendblech (31) und dem Drehmomentübertragungselement (20) realisiert wird.Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung eines Rotors, mit dem demgemäß hergestellten Rotor sowie der elektrischen Rotationsmaschine werden Lösungen zur Verfügung gestellt, die eine einfache sowie kosten- und zeitsparende Herstellung eines Rotors ermöglichen.The invention relates to a method for producing a rotor of an electric rotary machine, the rotor produced with it, and an electric rotary machine with the rotor. In the method for producing a rotor (1) of an electric rotary machine, a shaft (10) and a laminated core (30) for accommodating magnets or at least one electrical conductor, the laminated core (30) having a rotor end plate (31) on at least one axial side, which has at least one projection (40) protruding beyond an axially outer plane of extension of the rotor end plate, and wherein the rotor (1) has at least one torque transmission element (20) which is non-rotatably connected to a shank (12) of the shaft (10), which element has a contact surface (21) facing an axial side and at least one tip element (22), the laminated core (30 ) is arranged on the shaft (10) in such a way that the tip element (22) penetrates axially into the projection (40) and a firm mechanical connection between the rotor end plate (31) and the torque transmission element (20) is thereby realized at least in the circumferential direction With the method proposed here for manufacturing a rotor, with the rotor manufactured accordingly and with the electrical rotary machine, solutions are made available which enable simple, cost-effective and time-saving manufacture of a rotor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine, den damit hergestellten Rotor sowie eine elektrische Rotationsmaschine mit dem Rotor.The invention relates to a method for producing a rotor of an electric rotary machine, the rotor produced therewith, and an electric rotary machine with the rotor.

Aus dem Stand der Technik sind zur mechanischen Verbindung von Blechen unterschiedliche Verfahren bekannt. Dazu zählen unter anderem auch das Durchsetzfügen bzw. Clinchen, bei dem mittels eines Stempels Material eines Blechs in eine Matrize gedrückt wird, wo das Material einen Hinterschnitt ausbildet, zur festen formschlüssigen axialen Fixierung.
Ein weiteres Verfahren zur Verbindung von Blechteilen ist das Nieten mit unterschiedlichen Ausführungsformen eines jeweiligen Niets.
Zur Anordnung von Bauteilen auf Wellen existieren kraftschlüssig wirkende Verfahren, wie zum Beispiel das Warmaufziehen.
Auch bei der Herstellung von Rotoren von elektrischen Rotationsmaschinen können derartige Verfahren zur Anwendung kommen.
Ein Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine umfasst üblicherweise ein Blechpaket zur Aufnahme von Magneten bzw. bereits darin integrierten Magneten. Axial abgeschlossen wird ein derartiges Blechpaket üblicherweise durch Rotorendbleche.Various methods are known from the prior art for the mechanical connection of metal sheets. This also includes clinching, in which a stamp is used to press sheet metal material into a die, where the material forms an undercut, for firm, form-fitting axial fixation.
Another method for connecting sheet metal parts is riveting with different embodiments of a respective rivet.
There are non-positive methods for arranging components on shafts, such as hot fitting.
Methods of this type can also be used in the production of rotors for rotary electric machines.
A rotor of an electrical rotary machine usually includes a laminated core for receiving magnets or magnets already integrated therein. Such a stack of laminations is usually closed off axially by rotor end laminations.

Die Verbindung zwischen einem Rotorendblech und der Welle muss hohe Drehmomente und hohe Drehzahlen übertragen können, aufgrund der Wirkung des Massenträgheitsmoments eines jeweiligen Rotorendblechs. Zudem muss die Verbindung zwischen Rotorendblech und Welle absolut spielfrei sein, weil die Rotorendbleche Aussparungen besitzen, die der Signalgebung für Wirbelstromsensoren dienen, weil in den Rotorendblechen Wuchtbohrungen angeordnet sind, um den gesamten Rotorunterzusammenbau auszuwuchten, und weil in den Rotorendblechen Ölleitkanäle eingebracht sind, die sich über Ölaustrittsöffnungen der Wellen befinden sollen.
Rotorendbleche sind vorzugsweise aus geeigneten Aluminiumlegierung gefertigt, weil in dieser Ausführungsform Wirbelstromverluste in Bezug zum Stator sowie das Gewicht minimiert werden.The connection between a rotor end plate and the shaft must be able to transmit high torques and high speeds due to the effect of the mass moment of inertia of a respective rotor end plate. In addition, the connection between the rotor end plate and the shaft must be absolutely free of play, because the rotor end plates have recesses that are used to transmit signals for eddy current sensors, because balancing bores are arranged in the rotor end plates to balance the entire rotor subassembly, and because oil ducts are introduced in the rotor end plates, which should be located above the oil outlet openings of the shafts.
Rotor end plates are preferably made of suitable aluminum alloy because in this embodiment eddy current losses in relation to the stator as well as weight are minimized.

Ein übliches Verfahren zur festen Anordnung des Rotorendblechs auf der Welle ist dabei das kraftschlüssige Aufschrumpfen auf die Welle. Zusätzlich kann noch ein Stahlring mittels radialer Pressung auf der Welle angeordnet sein. In dieser Ausführungsform ist üblicherweise vorgesehen, dass die Montage des Rotorendblechs sowie des Stahlrings derart erfolgt, dass das Rotorendblech und der Stahlring axial gegeneinander gedrückt werden und auch in dieser axialen Vorspannung im montierten Zustand vorliegen. Der Stahlring stellt somit hier eine axiale Sicherung des Rotorendblechs dar, da er nur bedingt vom Rotorendblech eingebrachtes Torsionsmoment aufnehmen kann.A common method for firmly arranging the rotor end plate on the shaft is to shrink it onto the shaft with a non-positive fit. In addition, a steel ring can also be arranged on the shaft by means of radial pressure. In this embodiment, it is usually provided that the rotor end plate and the steel ring are assembled in such a way that the rotor end plate and the steel ring are pressed against one another axially and are also in this axial pretension in the assembled state. The steel ring thus represents an axial securing of the rotor end plate, since it can only absorb the torsional moment introduced by the rotor end plate to a limited extent.

Beim Betrieb einer elektrischen Rotationsmaschine kann nicht ausgeschlossen werden, dass auf den Rotor hohe impulsartige Drehmomente, sogenannte Impaktmomente, aufgebracht werden. Diese wirken auf den Rotor z.B. durch Einrasten einer Parksperre, Fehlzündung einer angekoppelten Verbrennungskraftmaschine, Einleitung von Drehmomenten von einem angekoppelten Rad eines Kraftfahrzeugs und starken Beschleunigungen dieses Rades beim Fahren auf einer unebenen oder glatten Fahrbahn.
Eine einfache kraftschlüssige Verbindung zwischen Rotorendblech und Welle mittels eines Presssitzes kann in Abhängigkeit vom Massenträgheitsmoment des Rotorendblechs dann gegebenenfalls nicht mehr den auftretenden Belastungen standhalten.When operating an electrical rotary machine, it cannot be ruled out that high pulse-like torques, so-called impact torques, are applied to the rotor. These act on the rotor, for example, by engaging a parking lock, misfiring of a coupled internal combustion engine, introduction of torque from a coupled wheel of a motor vehicle and strong acceleration of this wheel when driving on an uneven or slippery road.
Depending on the mass moment of inertia of the rotor end plate, a simple non-positive connection between the rotor end plate and the shaft by means of a press fit may no longer be able to withstand the loads that occur.

Aus der DE10 2021 108 893 A1 ist ein weiteres Design zur Anordnung eines Blechpakets mit Rotorendblechen auf einer Rotorwelle bekannt. Hier werden die Rotorendbleche über Nietwarzen in Befestigungsringen drehfest angeordnet. Diese konstruktive Ausführungsform ist jedoch nicht für alle Rotorwellen geeignet, insbesondere nicht für solche, in denen kein Bauraum für einen Befestigungsring aus Stahl neben einem Rotorendblech vorhanden ist, zum Beispiel da ein Kragen bzw. Absatz für eine andere Funktionsgeometrie auf der Welle angeordnet ist. Zudem ist es für diese Konstruktion notwendig, einen relativ teuren und ungünstigen Bohrprozess am Wellenabsatz durchzuführen, wenn der in radialer Richtung verfügbare Bauraum zu gering für eine Bohrspindel ist. Darüber hinaus ist Aluminium als Werkstoff eines Rotorendblechs aufgrund der im Vergleich zu Stahl niedrigeren Zähigkeit ungeeignet zur Ausformung eines Schließkopfes. Ein weiteres Problem stellt der Kalt-Warm-Füge-Prozess des Blechpakets inklusive der Rotorendbleche mit der Welle dar. Bei Vernietung mit der Welle müsste das jeweilige Rotorendblech mit der Welle abkühlt werden. Bei senkrechter Einführung der Welle in das Blechpaket - entsprechend einer sogenannten Überkopf-Montage - kann nicht gewährleistet werden, dass das Blechpaket zuverlässig an der vorgesehenen Position an der Welle verbleibt.From the DE10 2021 108 893 A1 Another design for arranging a laminated core with rotor end laminations on a rotor shaft is known. Here, the rotor end plates are arranged non-rotatably in fastening rings via rivet bosses. However, this structural embodiment is not suitable for all rotor shafts, especially not for those in which there is no installation space for a steel fastening ring next to a rotor end plate, for example because a collar or shoulder for a different functional geometry is arranged on the shaft. In addition, it is necessary for this design to carry out a relatively expensive and unfavorable drilling process on the shaft shoulder if the space available in the radial direction is too small for a drilling spindle. In addition, aluminum as a material for a rotor end plate is unsuitable for forming a closing head due to its lower toughness compared to steel. Another problem is the cold-warm joining process of the laminated core, including the rotor end sheets, with the shaft. When riveting to the shaft, the respective rotor end sheet would have to be cooled down with the shaft. If the shaft is inserted vertically into the laminated core - corresponding to a so-called overhead assembly - it cannot be guaranteed that the laminated core will reliably remain in the intended position on the shaft.

Aus der US 2013127283 ist eine weitere konstruktive Ausführungsform eines Rotors eines Elektromotors bekannt, bei dem ein zylindrischer Rotorkern, der aus gestapelten magnetischen Stahlblechen gebildet ist und Permanentmagnete enthält, an einer Rotorwelle angebördelt ist. Der Rotorkern ist in axialer Richtung der Rotorwelle direkt zwischen einem Flanschabschnitt befestigt, der an einem Außenumfang der Rotorwelle vorgesehen ist und an einer axialen Endfläche des Rotorkerns anliegt. Der Rotor umfasst ein Crimpelement, das durch radiales Crimpen auf der Rotorwelle durch Druckkontakt mit der anderen axialen Endfläche des Rotorkerns verbunden ist.From the US2013127283 Another structural embodiment of a rotor of an electric motor is known, in which a cylindrical rotor core, which is formed from stacked magnetic steel sheets and contains permanent magnets, is crimped onto a rotor shaft. The rotor core is fixed in the axial direction of the rotor shaft directly between a flange portion provided on an outer periphery of the rotor shaft and an axial end face of the rotor core applied. The rotor includes a crimping member press-contacted to the other axial end surface of the rotor core by radial crimping on the rotor shaft.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine, einen demgemäß hergestellten Rotor sowie eine den Rotor umfassende elektrische Rotationsmaschine zur Verfügung zu stellen, die eine einfache sowie kosten- und zeitsparende Herstellung ermöglichen.Proceeding from this, the object of the present invention is to provide a method for producing a rotor of an electric rotary machine, a rotor produced accordingly and an electric rotary machine including the rotor, which enable simple, cost-effective and time-saving production.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 1, durch einen entsprechend hergestellten Rotor nach Anspruch 9 und eine den Rotor umfassende elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens zur Herstellung des Rotors sind in den Unteransprüchen 2-7 angegeben.This object is achieved by the method for manufacturing a rotor of an electrical rotary machine according to claim 1, by a correspondingly manufactured rotor according to claim 9 and by an electrical rotary machine including the rotor according to claim 10.
Advantageous embodiments of the method for manufacturing the rotor are specified in subclaims 2-7.

Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.The features of the claims can be combined in any technically meaningful way, with the explanations from the following description and features from the figures also being able to be used for this purpose, which include supplementary configurations of the invention.

Die im folgenden verwendeten Begriffe „axial“ und „Umfangsrichtung“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf die Drehachse der Welle.In the context of the present invention, the terms “axial” and “circumferential direction” used below relate to the axis of rotation of the shaft.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine, bei dem eine Welle und ein Blechpaket zur Aufnahme von Magneten oder wenigstens eines elektrischen Leiters zur Verfügung gestellt werden, wobei das Blechpaket an wenigstens einer axialen Seite ein Rotorendblech aufweist, welches zumindest einen über eine axial äußere Erstreckungsebene des Rotorendblechs vorstehenden Vorsprung aufweist. Der Rotor weist weiterhin wenigstens ein mit einem Schaft der Welle drehfest verbundenes Drehmomentübertragungselement auf, welches eine einer axialen Seite zugewandte Anlagefläche sowie wenigstens ein Spitzenelement aufweist. Das Blechpaket wird derart auf der Welle angeordnet, dass das Spitzenelement axial in den Vorsprung eindringt und dadurch zumindest in Umfangsrichtung eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Rotorendblech und dem Drehmomentübertragungselement realisiert wird.
Dabei ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt, dass das Rotorendblech mit einer axialen Kraft an der Anlagefläche anliegt, sondern das Verfahren kann auch derart ausgeführt werden, dass das Rotorendblech bis auf einen minimalen Abstand an die Anlagefläche heran bewegt wird.The invention relates to a method for producing a rotor of an electrical rotary machine, in which a shaft and a laminated core are provided for receiving magnets or at least one electrical conductor, the laminated core having a rotor end plate on at least one axial side, which has at least one an axially outer extension plane of the rotor end plate has a protruding projection. The rotor also has at least one torque transmission element which is non-rotatably connected to a shank of the shaft and has a contact surface facing an axial side and at least one tip element. The laminated core is arranged on the shaft in such a way that the tip element penetrates axially into the projection and a fixed mechanical connection between the rotor end plate and the torque transmission element is thereby realized at least in the circumferential direction.
The invention is not limited to the rotor end plate being in contact with the contact surface with an axial force, but the method can also be carried out in such a way that the rotor end plate is moved up to a minimal distance from the contact surface.

Insbesondere sind mehrere Vorsprünge am Rotorendblech ausgebildet, und entsprechend auch mehrere Spitzenelemente am Drehmomentübertragungselement realisiert, so dass mehrere Spitzenelemente in mehrere Vorsprünge eindringen.
In vorteilhafter Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Blechpaket koaxial auf der Welle angeordnet wird, durch eine axiale Relativbewegung zwischen Blechpaket und Welle bzw. Drehmomentübertragungselement.
Dadurch ist eine formschlüssige Mitnahme des Drehmomentübertragungselements und demzufolge der Welle bei Rotation des Blechpakets gewährleistet. Fertigungstechnisch weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass im wesentlichen konstante Einpresskräfte für die Einbringung des Spitzenelements in den Vorsprung zu realisieren sind. Diese Kräfte können lediglich durch geometrische Toleranzen des Spitzenelements und/oder des Vorsprungs variieren.In particular, a plurality of projections are formed on the rotor end plate, and a corresponding number of tip elements are also realized on the torque transmission element, so that a number of tip elements penetrate into a number of projections.
In an advantageous embodiment, it is provided that the laminated core is arranged coaxially on the shaft by means of an axial relative movement between the laminated core and the shaft or torque transmission element.
This ensures that the torque transmission element and consequently the shaft are carried along in a form-fitting manner when the laminated core rotates. In terms of manufacturing technology, the method according to the invention has the advantage that essentially constant press-in forces can be achieved for introducing the tip element into the projection. These forces can vary only through geometric tolerances of the tip member and/or protrusion.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Spitzenelement sich axial maximal bis zur Ebene der Anlagefläche erstreckt.
Damit ist eine einfache Fertigung des Spitzenelements gewährleistet, insbesondere, wenn das Spitzenelement aus einem Zahn einer Außenverzahnung herausgearbeitet wird. Das Spitzenelement kann beispielsweise durch Formgebung eines Zahns einer Außenverzahnung am Drehmomentübertragungselement geformt werden.In an advantageous embodiment it is provided that the tip element extends axially at most up to the plane of the contact surface.
This ensures a simple production of the tip element, in particular when the tip element is machined from a tooth of an external toothing. The tip element can be formed, for example, by shaping a tooth of an external toothing on the torque transmission element.

Das Drehmomentübertragungselement und das davon ausgebildete Spitzenelement kann dabei eine höhere Festigkeit als das Rotorendblech aufweisen. Insbesondere ist dabei die Druck- und/ oder Biegefestigkeit des Spitzenelements höher als die des Rotorendblechs.The torque transmission element and the tip element formed by it can have a higher strength than the rotor end plate. In particular, the pressure and/or bending strength of the tip element is higher than that of the rotor end plate.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Welle sieht vor, dass das Drehmomentübertragungselement ein integraler Bestandteil der Welle ist. In alternativer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Drehmomentübertragungselement ein Ring ist, welcher drehfest mit der Welle verbunden ist. In dieser Ausführungsform ist insbesondere vorgesehen, dass das Drehmomentübertragungselement mittels eines Presssitzes mit der Welle verbunden ist.An advantageous embodiment of the shaft provides that the torque transmission element is an integral part of the shaft. In an alternative embodiment it is provided that the torque transmission element is a ring which is connected to the shaft in a rotationally fixed manner. In this embodiment, it is provided in particular that the torque transmission element is connected to the shaft by means of a press fit.

Ein jeweiliger Vorsprung kann durch Durchstellung des Rotorendblechs erzeugt werden. Es wird hierzu insbesondere mittels eines Stempels als Druckelement in das Rotorendblech eingedrückt. Dadurch verschiebt sich Material des Rotorendblechs auf der dem Stempel gegenüberliegenden Seite und tritt dort als Zapfen oder Vorsprung aus, wie bei einem Tiefzieh-Vorgang. Je nach Dicke des Rotorendblechs kann dabei der Zapfen bzw. Vorsprung gegebenenfalls innen hohl ausgeführt sein.
Aufgrund dessen, dass entsprechend der Vorsprung innen hohl ausgeführt sein kann, wird nur eine geringe Kraft benötigt, um das Spitzenelement in den Vorsprung einzutreiben.
Ein jeweiliger Vorsprung kann kostengünstig beim Stanzen eines Rotorendblechs durch Durchstellen des Materials des Rotorendblechs hergestellt werden. Eine umseitige Verrundung des Vorsprungs vermeidet Brüche und Risse im bzw. am Vorsprung, trotz der Verwendung einer Aluminiumlegierung als Material des Rotorendblechs, mit damit verbundener geringer Bruchdehnung.
Bei hohl ausgeführtem Vorsprung kann dieser eine maximale Weite bzw. einem Durchmesser des Hohlraums aufweisen, die zu einer Tiefe des Hohlraums in einem Verhältnis von 3 bis 5 steht.A respective projection can be produced by turning the rotor end plate through. For this purpose, it is pressed into the rotor end plate in particular by means of a stamp as a pressure element. As a result, the material of the rotor end plate is displaced on the side opposite the stamp and emerges there as a peg or projection, as in a deep-drawing process. Depending on the thickness of the rotor end plate, the pin or projection can optionally be hollow on the inside.
Due to the fact that the projection can be made hollow on the inside, only a small amount of force is required to drive the tip element into the projection.
A respective projection can be produced inexpensively when stamping a rotor end plate by passing through the material of the rotor end plate. Rounding the projection on the other side avoids fractures and cracks in or on the projection, despite the use of an aluminum alloy as the material of the rotor end plate, with the associated low elongation at break.
If the projection is hollow, it can have a maximum width or a diameter of the cavity which is in a ratio of 3 to 5 to the depth of the cavity.

Das Verfahren zur Herstellung eines Rotors kann des Weiteren derart ausgeführt werden, dass an der dem Drehmomentübertragungselement axial gegenüberliegenden Seite des Blechpakets ein Blockadeelement angeordnet wird, zur Blockade des translatorischen Freiheitsgrades eines an ihm anliegenden Rotorendblechs entlang der Längsachse der Welle.
Dabei kann das Blockadeelement ebenfalls als ein Drehmomentübertragungselement ausgestaltet sein, welches eine einer axialen Seite zugewandte Anlagefläche sowie wenigstens ein weiteres Spitzenelement aufweist, wobei das Blechpaket ein weiteres Rotorendblech aufweist, welches zumindest einen über eine axial äußere Erstreckungsebene des Rotorendblechs vorstehenden weiteren Vorsprung aufweist, und das Blockadeelement derart auf der Welle angeordnet wird, dass das weitere Spitzenelement des Blockadeelements axial in den weiteren Vorsprung eindringt und dadurch zumindest in Umfangsrichtung eine feste mechanische Verbindung zwischen dem weiteren Rotorendblech und dem Blockadeelement realisiert wird.The method for manufacturing a rotor can also be carried out in such a way that a blocking element is arranged on the side of the laminated core axially opposite the torque transmission element, for blocking the translatory degree of freedom of a rotor end plate lying against it along the longitudinal axis of the shaft.
The blocking element can also be designed as a torque transmission element, which has a contact surface facing an axial side and at least one additional tip element, the laminated core having an additional rotor end plate, which has at least one additional projection protruding beyond an axially outer plane of extent of the rotor end plate, and that Blocking element is arranged on the shaft in such a way that the further tip element of the blocking element penetrates axially into the further projection and thereby a fixed mechanical connection between the further rotor end plate and the blocking element is realized at least in the circumferential direction.

Das bedeutet, dass entsprechend auch das Blockadeelement zusammen mit dem weiteren Rotorendblech erfindungsgemäß ausgestaltet sein kann.
Insbesondere kann dabei das Blockadeelement mittels eines Presssitzes mit der Welle verbunden sein, wie z.B. durch Aufschrumpfen realisiert.
Wie auch bezüglich dem erstgenannten Drehmomentübertragungselement erwähnt ist auch hier die Erfindung nicht darauf eingeschränkt, dass das Rotorendblech mit einer axialen Kraft an der Anlagefläche des Blockadeelements anliegt, sondern das Verfahren kann auch derart ausgeführt werden, dass das Blockadeelement bis auf einen minimalen Abstand an das Rotorendblech heran bewegt wird.This means that the blocking element can also be designed according to the invention together with the further rotor end plate.
In particular, the blocking element can be connected to the shaft by means of a press fit, for example realized by shrinking.
As also mentioned with regard to the first-mentioned torque transmission element, the invention is not limited here either to the fact that the rotor end plate bears against the contact surface of the blocking element with an axial force, but the method can also be carried out in such a way that the blocking element contacts the rotor end plate up to a minimum distance is moved towards.

Gleichzeitig mit einer axialen Relativbewegung zwischen Blechpaket und Welle zwecks Montage kann ein Aufschrumpfen bzw. ein Kalt-Warm-Fügen des Blechpakets auf der Welle erfolgen.Simultaneously with an axial relative movement between the laminated core and the shaft for the purpose of assembly, the laminated core can be shrunk on or cold-warm joined onto the shaft.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine, welcher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, sowie eine elektrische Rotationsmaschine, die einen solchen Rotor aufweist.A further aspect of the present invention is a rotor of an electrical rotary machine which has been produced according to the method according to the invention, and an electrical rotary machine which has such a rotor.

Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in

1: eine Welle des herzustellenden Rotors in Seitenansicht,
2: ein Rotorendblech in Vorderansicht,
3: eine Schnittansicht des in 2 dargestellten Rotorendblechs im Schnittverlauf A-A,
4: die Rückansicht des in 3 dargestellten Rotorendblechs,
5: Ansicht des Details Z in vergrößerter Darstellung,
6: Schnittansicht des in 5 dargestellten Details im Schnittverlauf E-E,
7: Fälle und Blechpaket in Draufsicht beim Montageprozess,
8: der montierte Rotor in Seitenansicht, und
9: der montierte Rotor in Schnittansicht.

The invention described above is explained in detail below against the relevant technical background with reference to the accompanying drawings, which show preferred embodiments. The invention is in no way limited by the purely schematic drawings, it being noted that the exemplary embodiments shown in the drawings are not limited to the dimensions shown. It is shown in

1 : a side view of a shaft of the rotor to be manufactured,
2 : a front view of a rotor end plate,
3 : a sectional view of the in 2 illustrated rotor end plate in section AA,
4 : the rear view of the in 3 shown rotor end plate,
5 : view of the detail Z in an enlarged representation,
6 : sectional view of the in 5 shown details in section EE,
7 : Cases and laminated core in top view during the assembly process,
8th : the mounted rotor in side view, and
9 : the mounted rotor in sectional view.

1 zeigt die Welle 10 des erfindungsgemäßen Rotors. Auf dem Schaft 12 der Welle 10 ist koaxial zur Längsachse 11 ein Drehmomentübertragungselement 20 angeordnet. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das Drehmomentübertragungselement 20 ein integraler Bestandteil der Welle 10.
Das Drehmomentübertragungselement 20 bildet an einer axialen Seite eine Anlagefläche 21 aus. An seiner radial äußeren Seite umfasst das Drehmomentübertragungselement 20 eine Außenverzahnung 23, mit mehreren im Wesentlichen parallel zur Längsachse 11 ausgerichteten Zähnen 24. Diese Außenverzahnung 23 dient in der hier dargestellten Ausführungsform zur formschlüssigen Übertragung eines Drehmoments auf oder von einer Kupplungseinrichtung.
Einige Zähne 24 der Außenverzahnung 23 sind an ihrer zur Anlagefläche 21 weisenden Seite mit Spitzenelementen 22 ausgeführt. Diese Spitzenelemente 22 weisen Spitzen auf, die in Richtung der Anlagefläche 21 weisen.
Die 2-6 stellen ein Rotorendblech 31 sowie Details davon dar. In 2 ist ein Rotorendblech 31 in Vorderansicht dargestellt. Es ist ersichtlich, dass das Rotorendblech 31 im Wesentlichen kreis- bzw. zylinderförmig ausgestaltet ist.
Aus 3 ist ersichtlich, dass das Rotorendblech im Wesentlichen zweidimensional ausgebildet ist. Im zentralen Bereich weist das Rotorendblech 31 eine Durchtrittsöffnung 35 zur Aufnahme der hier nicht dargestellten Welle auf. Des Weiteren umfasst das Rotorendblech 31 Vorsprünge 40, die sich axial einseitig erstrecken, wie insbesondere aus einer Zusammenschau der 2 und 3 ersichtlich ist. 5 zeigt einen solchen Vorsprung 40 in vergrößerter Ansicht. Es ist ersichtlich, dass ein solcher Vorsprung 40 im Wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. 6 zeigt den Vorsprung 40 in Schnittansicht. Insbesondere hier ist ersichtlich, dass der Vorsprung 40 durch eine Durchstellung 41 erzeugt wurde, wie zum Beispiel durch einen Stempel, der einseitig das Rotorendblech 31 eindrückt und damit an der am Stempel anliegenden Seite die dargestellte Vertiefung erzeugt, und auf der gegenüberliegenden Seite des Rotorendblechs 31 den dargestellten Vorsprung 40 erzeugt.
Des Weiteren umfasst das hier dargestellte Rotorendblech 31 Orientierungsöffnungen 32, zur erleichterten Winkelpositionierung des Rotorendblech 31 in Bezug zu den restlichen Blechen bzw. Magneten des Blechpakets, sowie Austrittsöffnungen 33, die den Austritt eines Kühl- und/oder Schmiermittels aus dem Blechpaket ermöglichen sollen. Zudem umfasst das hier dargestellte Rotorendblech 31 auch mehrere rinnenförmige Ölkanäle 34, die in Durchgangsbohrungen enden.
7 zeigt den Prozess der Montage der Welle 10 und des Blechpakets 30. Das Blechpaket 30 ist in der hier dargestellten Ausführungsform mit zwei Blechstapeln ausgeführt, welche axial beidseitig durch jeweils ein Rotorendblech 31 begrenzt sind. Die Welle 10 wird entlang der Montagerichtung 60 in das Blechpaket 30 eingeschoben. Zur Erleichterung dieser Bewegung und/oder zur Realisierung eines anschließenden Presssitzes des Blechpakets 30 auf der Welle 10 kann das Blechpaket erwärmt werden und/oder die Welle 10 kann abgekühlt werden.
Die Anlagefläche des Drehmomentübertragungselements 20 ist dabei den Vorsprüngen 40 des dem Drehmomentübertragungselement 20 zugewandten Rotorendblechs 31 zugewandt.
Das Blechpaket 30 liegt dabei auf einem Blockadeelement 50 auf, welches auf einer Anlage 70 abgestützt ist.
Die 8 und 9 zeigen den fertig montierten Rotor 1. Wenn eine vorherige Erwärmung des Blechpakets 30 erfolgte, ist dieses nun abgekühlt worden, sodass ein Aufschrumpfen des Blechpakets 30 auf der Welle 10 erfolgte und dadurch ein Presssitz zwischen Blechpaket 30 und Welle 10 erreicht wurde. Aus den 8 und 9 ist ersichtlich, dass Spitzenelemente 22 nun in Vorsprüngen 40 des Rotorendblechs 31 stecken, sodass darüber eine drehfeste Verbindung zwischen Rotorendblech 31 und Drehmomentübertragungselement 20 bzw. der Welle 10 erreicht wird.
An der dem mit Vorsprüngen 40 ausgestatteten Rotorendblech 31 axial gegenüberliegenden Seite des Blechpakets 30 ist ein Blockadeelement 50 angeordnet, hier in Form eines Rings ausgeführt. Auch dieses Blockadeelement 50 kann durch Aufschrumpfen auf der Welle 10 angeordnet und fixiert sein. Das Blockadeelement 50 sorgt dafür, dass das an ihm anliegende Rotorendblech 31 nicht axial verschoben werden kann. Das Blechpaket 30 kann dabei mit einer Presspassung auf der Welle 10 angeordnet sein, wie z.B. durch ein Aufschrumpfen realisiert. Das Blechpaket 30 selbst sowie das Blockadeelement sorgen entsprechend dafür, dass die Vorsprünge 40 nicht aus dem Eingriff mit den Spitzenelementen 22 geraten können.
Entgegen der hier dargestellten Ausführungsform kann das Blockadeelement 50 ebenfalls mit Spitzenelementen wie das Drehmomentübertragungselement 20 ausgeführt sein, wobei in diesem Falle auch das am Blockadeelement 50 anliegende Rotorendblech 31 mit entsprechend axial vorstehenden Vorsprüngen ausgeführt wäre, in die diese Spitzenelemente eingreifen würden.
Aus 9 ist zudem ersichtlich, dass das als integraler Bestandteil der Welle 10 ausgeführte Drehmomentübertragungselement 20 eine radial verlaufende Bohrung 25 aufweist, zur Realisierung eines Strömungskanals eines Kühl- und/oder Schmiermittels zu weiteren Aggregaten des Rotors oder damit gekoppelter Aggregate. 1 shows the shaft 10 of the rotor according to the invention. A torque transmission element 20 is arranged coaxially to the longitudinal axis 11 on the shank 12 of the shaft 10 . In the embodiment shown here, the torque transmission element 20 is an integral part of the shaft 10.
The torque transmission element 20 forms a contact surface 21 on one axial side. On its radially outer side, the torque transmission element 20 comprises external teeth 23 with a plurality of teeth 24 aligned essentially parallel to the longitudinal axis 11. In the embodiment shown here, these external teeth 23 are used for the positive transmission of torque to or from a clutch device.
Some teeth 24 of the external teeth 23 are on running on their side facing the contact surface 21 with tip elements 22 . These tip elements 22 have tips pointing in the direction of the contact surface 21 .
The 2-6 represent a rotor end plate 31 and details thereof. In 2 a rotor end plate 31 is shown in front view. It can be seen that the rotor end plate 31 is essentially circular or cylindrical.
Out of 3 it can be seen that the rotor end plate is essentially two-dimensional. In the central area, the rotor end plate 31 has a passage opening 35 for receiving the shaft, which is not shown here. Furthermore, the rotor end plate 31 comprises projections 40 which extend axially on one side, as can be seen in particular from a synopsis of FIG 2 and 3 is evident. 5 shows such a projection 40 in an enlarged view. It can be seen that such a projection 40 has a substantially circular cross-section. 6 shows the projection 40 in a sectional view. Here in particular it can be seen that the projection 40 was produced by a passage 41, for example by a punch which presses in the rotor end plate 31 on one side and thus creates the depression shown on the side in contact with the punch, and on the opposite side of the rotor end plate 31 produces the projection 40 shown.
The rotor end plate 31 shown here also includes orientation openings 32 for easier angular positioning of the rotor end plate 31 in relation to the remaining laminations or magnets of the laminated core, as well as outlet openings 33, which are intended to allow a coolant and/or lubricant to escape from the laminated core. In addition, the rotor end plate 31 shown here also includes a plurality of channel-shaped oil channels 34 which end in through bores.
7 shows the process of assembling the shaft 10 and the laminated core 30. In the embodiment shown here, the laminated core 30 is designed with two stacks of laminations, which are delimited axially on both sides by a rotor end plate 31 each. The shaft 10 is pushed into the laminated core 30 along the assembly direction 60 . To facilitate this movement and/or to realize a subsequent press fit of the laminated core 30 on the shaft 10, the laminated core can be heated and/or the shaft 10 can be cooled.
The contact surface of the torque transmission element 20 faces the projections 40 of the rotor end plate 31 facing the torque transmission element 20 .
The laminated core 30 rests on a blocking element 50 which is supported on a system 70 .
The 8th and 9 show the fully assembled rotor 1. If the laminated core 30 had previously been heated, it has now been cooled down so that the laminated core 30 shrunk onto the shaft 10 and a press fit was thereby achieved between the laminated core 30 and the shaft 10. From the 8th and 9 it can be seen that tip elements 22 are now stuck in projections 40 of rotor end plate 31, so that a non-rotatable connection between rotor end plate 31 and torque transmission element 20 or shaft 10 is achieved.
A blocking element 50 is arranged on the side of the laminated core 30 which is axially opposite to the rotor end plate 31 which is equipped with projections 40 , and is designed here in the form of a ring. This blocking element 50 can also be arranged and fixed on the shaft 10 by being shrunk on. The blocking element 50 ensures that the rotor end plate 31 resting against it cannot be displaced axially. The laminated core 30 can be arranged with a press fit on the shaft 10, such as realized by shrinking. The laminated core 30 itself and the blocking element accordingly ensure that the projections 40 cannot disengage from the tip elements 22 .
Contrary to the embodiment shown here, the blocking element 50 can also be designed with tip elements like the torque transmission element 20, in which case the rotor end plate 31 resting on the blocking element 50 would also be designed with corresponding axially protruding projections into which these tip elements would engage.
Out of 9 It can also be seen that the torque transmission element 20 designed as an integral part of the shaft 10 has a radially running bore 25 for realizing a flow channel of a coolant and/or lubricant to other units of the rotor or units coupled thereto.

Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine, mit dem demgemäß hergestellten Rotor sowie der den Rotor umfassenden elektrischen Rotationsmaschine werden Lösungen zur Verfügung gestellt, die eine einfache sowie kosten- und zeitsparende Herstellung eines Rotors ermöglichen.With the method proposed here for producing a rotor of an electric rotary machine, with the rotor produced in this way and with the electric rotary machine comprising the rotor, solutions are made available which enable simple, cost-effective and time-saving production of a rotor.

BezugszeichenlisteReference List

11: Rotorrotor
1010: WelleWave
1111: Längsachselongitudinal axis
1212: Schaftshaft
2020: Drehmomentübertragungselementtorque transmission element
2121: Anlageflächecontact surface
2222: Spitzenelementlace element
2323: Außenverzahnungexternal teeth
2424: ZahnTooth
2525: Bohrungdrilling
3030: Blechpaketlaminated core
3131: Rotorendblechrotor end plate
3232: Orientierungsöffnungorientation opening
3333: Austrittsöffnungexit port
3434: Ölkanaloil channel
3535: Durchtrittsöffnungpassage opening
4040: Vorsprunghead Start
4141: Durchstellungthroughput
5050: Blockadeelementblocking element
6060: Montagerichtungmounting direction
7070: AnlageAttachment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102021108893 A1 [0006]
US2013127283 [0007]

Claims

Method for producing a rotor (1) of an electrical rotary machine, in which a shaft (10) and a laminated core (30) for receiving magnets or at least one electrical conductor are provided, the laminated core (30) being on at least one axial side a rotor end plate (31) which has at least one projection (40) protruding beyond an axially outer plane of extent of the rotor end plate, and the rotor (1) has at least one torque transmission element (20) which is non-rotatably connected to a shank (12) of the shaft (10). , which has a contact surface (21) facing an axial side and at least one tip element (22), and the laminated core (30) is arranged on the shaft (10) in such a way that the tip element (22) penetrates axially into the projection (40). and thereby a fixed mechanical connection between the rotor end plate (31) and the torque transmission element (20) is realized at least in the circumferential direction.

Process for manufacturing a rotor claim 1 , characterized in that the tip element (22) extends axially at most up to the plane of the contact surface (21).

Method for manufacturing a rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the torque transmission element (20) and the tip element (22) formed therefrom have a higher strength than the rotor end plate (31).

Method of manufacturing a rotor according to any one of the preceding claims, characterized in that the torque transmission element (20) is an integral part of the shaft (10).

Method for producing a rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the projection (40) is produced by embossing (41) the rotor end plate (31).

Method for producing a rotor according to one of the preceding claims, characterized in that a blocking element (50) is arranged on the side of the laminated core (30) axially opposite the torque transmission element (20), for blocking the translatory degree of freedom of a rotor end plate (31 ) along the longitudinal axis (11) of the shaft (10).

Process for manufacturing a rotor claim 6 , characterized in that the blocking element (50) is also designed as a torque transmission element, which has a contact surface facing an axial side and at least one additional tip element, the laminated core having an additional rotor end plate, which has at least one protruding over an axially outer plane of extension of the rotor end plate has a further projection, and the blocking element is arranged on the shaft in such a way that the further tip element of the blocking element penetrates axially into the further projection and thereby a fixed mechanical connection between the further rotor end plate and the blocking element is realized at least in the circumferential direction.

Process for manufacturing a rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the laminated core (30) is shrunk onto the shaft (10) simultaneously with an axial relative movement between the laminated core (30) and the shaft (10).

Rotor (1) of an electric rotary machine, produced according to the method according to one of Claims 1 until 8th .

Electrical rotary machine comprising a rotor (1) according to claim 9 .