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Die Erfindung betrifft ein Blechpaket für einen Rotor einer elektrischen Maschine zum Halten von magnetfelderzeugenden Komponenten des Rotors und zum Leiten eines magnetischen Flusses der magnetfelderzeugenden Komponenten. Das Blechpaket weist zumindest einen ersten Blechpaketabschnitt mit ersten Aussparungen und mit an die ersten Aussparungen angrenzenden ersten Stegen auf. Außerdem weist das Blechpaket zumindest einen unterschiedlich zu dem zumindest einen ersten Blechpaketabschnitt geformten zweiten Blechpaketabschnitt, welcher axial an dem zumindest einen ersten Blechpaketabschnitt angeordnet ist, auf. Die Erfindung betrifft außerdem einen Rotor, eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug.
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Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Maschinen, welche beispielsweise als Antriebsmaschinen für elektrifizierte Kraftfahrzeuge verwendet werden können. Die elektrischen Maschinen weisen üblicherweise einen ortsfesten Stator mit bestrombaren Statorwicklungen sowie einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor mit magnetfelderzeugenden Komponenten, beispielsweise bestrombaren Rotorwicklungen und/oder Permanentmagneten, auf. Der Rotor weist einen Rotorkern zum Halten und zum Leiten eines magnetischen Flusses der magnetfelderzeugenden Komponenten auf. Der Rotorkern kann beispielsweise als ein Blechpaket aus axial gestapelten Blechpaketabschnitten ausgebildet sein. Eine Form des Blechpakets bestimmt die höchstmögliche Drehzahl des Rotors sowie einen Einfluss von magnetischen Streuflüssen auf den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine. Dabei ist es erwünscht, das Blechpaket einerseits mechanisch stabil zum Bereitstellen einer hohen Drehzahl und andererseits mit möglichst wenigen streuflussleitenden Teilbereichen auszubilden.
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Dass die Blechpaketabschnitte hierfür unterschiedlich geformt sein können, ist aus der
EP 2 297 835 B1 bekannt. Dort ist ein permanentmagnetischer Rotor mit einem Blechpaket aus mehreren in axialer Richtung gestapelten Rotorblechen gezeigt. Dabei sind einerseits mehrere Rotorbleche eines ersten Rotorblechtyps als Haltebleche vorgesehen, welche jeweils einen zentralen Jochblechabschnitt, der mit einer Rotorwelle verbindbar ist, und jeweils einen oder mehrere äußere Polschuhabschnitt aufweisen, die über einen oder mehrere Verbindungsstege mit dem Jochblechabschnitt verbunden sind. Andererseits sind mehrere Rotorbleche eines zweiten Rotorblechtyps als Zwischenbleche ohne Verbindungsstege vorgesehen, wobei die Zwischenbleche mehrteilig ausgebildet sind und aus mehreren separaten Blechteilen bestehen. Die Haltebleche zeichnen sich durch hohe Stabilität aus, weisen jedoch die Verbindungsstege auf, welche als streuflussleitende Kurzschlussstege wirken. Die Zwischenbleche weisen keine Verbindungsstege und damit auch keine Kurzschlussstege auf, sodass der unerwünschte magnetischer Streufluss im Blechpaket reduziert wird und folglich die Ausnutzung der Permanentmagnete verbessert wird. Ein solches Blechpaket aus zum Teil mehrteiligen Rotorblechen ist aufwändig zu montieren. Außerdem sind die Rotorbleche des ersten Rotorblechtyps hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, da sie zusätzlich zu den Permanentmagneten die Teile der Rotorbleche des zweiten Rotorblechtyps halten müssen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfach zu montierenden, stabilen, streuflussreduzierten Rotor für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Blechpaket, einen Rotor, eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Blechpaket für einen Rotor einer elektrischen Maschine dient zum Halten von magnetfelderzeugenden Komponenten des Rotors und zum Leiten eines magnetischen Flusses der magnetfelderzeugenden Komponenten. Das Blechpaket weist zumindest einen ersten Blechpaketabschnitt mit ersten Aussparungen und mit an die ersten Aussparungen angrenzenden ersten Stegen auf. Außerdem weist das Blechpaket zumindest einen unterschiedlich zu dem zumindest einen ersten Blechpaketabschnitt geformten zweiten Blechpaketabschnitt auf. Die ersten und zweiten Blechpaketabschnitte sind axial aneinander gestapelt. Der zumindest eine zweite Blechpaketpaketabschnitt ist einstückig ausgebildet und weist zweite Aussparungen sowie an die zweiten Aussparungen angrenzende zweite Stege auf. Die ersten und die zweiten Aussparungen sowie die ersten und die zweiten Stege sind unter Ausbildung von axialen Kavitäten zum Aufnehmen der magnetfelderzeugenden Komponenten fluchtend zueinander angeordnet. Dabei weisen zumindest zwei axial überlappend angeordnete, eine Wand der Kavität ausbildende erste und zweite Stege der Blechpaketabschnitte unterschiedliche Breiten auf, sodass die zumindest eine Wand der jeweiligen Kavitäten in axialer Richtung eine variable Wandstärke aufweist.
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Zur Erfindung gehört außerdem ein Rotor für eine elektrische Maschine mit magnetfelderzeugenden Komponenten und einem erfindungsgemäßen Blechpaket. Die magnetfelderzeugenden Komponenten sind in den Kavitäten des Blechpakets angeordnet. Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug weist einen Stator und einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten erfindungsgemäßen Rotor auf. Die magnetfelderzeugenden Komponenten des Rotors sind insbesondere Permanentmagnete, sodass die elektrische Maschine insbesondere als eine permanenterregte elektrische Synchronmaschine (PSM) ausgebildet ist.
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Das Blechpaket des Rotors, welches die magnetfelderzeugenden Komponenten hält, ist aus mehreren axial gestapelten und mechanisch verbundenen Blechpaketabschnitten gebildet. Die Blechpaketabschnitte können beispielsweise jeweils zumindest eine Elektroblechlamelle aufweisen. Die ersten und die zweiten Blechpaketabschnitte können dabei eine unterschiedliche Anzahl an gleich geformten, axial gestapelten und mechanisch verbundenen Elektroblechlamellen aufweisen. Die Blechpaketabschnitte sind dabei unterschiedlich geformt bzw. weisen unterschiedliche Blechschnitte auf, sind jedoch jeweils einteilig bzw. einstückig ausgebildet. Beide Blechpaketabschnitte weisen pro Rotorpol zumindest eine Aussparung auf, welche eine geschlossene Außenkontur aufweist. An die Aussparungen angrenzend sind Stege ausgebildet. Die Stege sind beispielsweise Teilbereiche des jeweiligen Blechpaketabschnittes, welche zwischen zwei benachbarten Aussparungen des jeweiligen Blechpaketabschnittes angeordnet sind. Auch können die Stege Teilbereiche des jeweiligen Blechpaketabschnittes sein, welche zwischen den jeweiligen Aussparungen und einem Außenrand des jeweiligen Blechpaketabschnittes angeordnet sein. Die Außenränder der axial gestapelten Blechpaketabschnitte bilden eine Außenseite bzw. Außenfläche des Blechpakets aus.
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Die Blechpaketabschnitte sind dabei derart axial gestapelt, dass pro Rotorpol die zumindest eine erste Aussparung und die zumindest eine zweite Aussparung fluchtend zueinander angeordnet sind und somit pro Rotorpol zumindest eine Kavität ausbilden. Die Kavitäten sind axial durchgängige, tunnelartige Hohlräume, in welchen die magnetfelderzeugenden Komponenten angeordnet werden können. Insbesondere sind mehrere erste und zweite Blechpaketabschnitte abwechselnd axial aneinander gestapelt. Die an die Aussparungen angrenzenden Stege, welche Wände der Kavitäten ausbilden, werden dabei einander überdeckend bzw. überlappend angeordnet. Dabei weisen zumindest zwei, miteinander überlappende Stege unterschiedliche Breiten auf. Beispielsweise weist zumindest einer der ersten Stege des ersten Blechpaketabschnittes eine erste Breite auf. Zumindest ein mit diesem zumindest einen ersten Steg überlappender zweiter Steg des zweiten Blechpaketabschnittes weist eine kleinere zweite Breite auf. Vorzugsweise ist die erste Breite zumindest doppelt so groß wie die zweite Breite. Durch die übereinander angeordneten ersten und zweiten Stege unterschiedlicher Breite weist die durch diese Stege gebildete Wand der Kavität in axialer Richtung eine veränderliche Wandstärke auf.
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Im Falle, dass die Stege mit der unterschiedlichen Breite diejenigen Teilbereiche sind, welche zwischen den Aussparungen und dem Außenrand der Blechpaketabschnitte angeordnet sind, sind Seiten der unterschiedlich breiten ersten und zweite Stege, welche die Außenfläche des Blechpakets ausbilden, fluchtend zueinander angeordnet, sodass die Außenfläche des Blechpakets im Bereich der Stege glatt und geschlossen ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Gestalt des Blechpakets des Rotors mechanisch durch die auftretenden Kräfte bei seiner maximal möglichen Drehzahl, das heißt kurz vor Bersten, bestimmt ist. Ein Wirkungsgrad der elektrischen Maschine wird durch magnetische Streuflüsse der magnetfelderzeugenden Komponenten beeinflusst. Die ersten Blechpaketabschnitte mit den breiteren Stegen stellen dabei eine hohe mechanische Stabilität des Blechpakets bereit, während durch die zweiten Blechpaketabschnitte mit den schmäleren Stegen magnetische Streuflüsse reduziert werden. Somit können hohe Drehzahlen bei gleichzeitigem hohem Wirkungsgrad der elektrischen Maschine bereitgestellt werden. Durch die Einstückigkeit der Blechpaketabschnitte ist das Blechpaket zudem auf einfache Weise montierbar.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Blechpaket vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für den erfindungsgemäßen Rotor, für die erfindungsgemäße elektrische Maschine sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Querschnittdarstellung eines Blechpakets für einen Rotor einer elektrischen Maschine;
- 2 ein perspektivischer Ausschnitt aus einem ersten Bereich des Blechpakets; und
- 3 ein perspektivischer Ausschnitt aus einem zweiten Bereich des Blechpakets.
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein Blechpaket 1 für einen Rotor einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs, welches zum Halten von magnetfelderzeugenden Komponenten des Blechpakets 1 ausgebildet ist. 2 und 3 zeigen in perspektivischen Ansichten unterschiedlicher Bereiche B1, B2 des Blechpakets 1. Das Blechpaket 1 weist, wie in 2 und 3 gezeigt, mehrere, axial gestapelte Blechpaketabschnitte 2a, 2b auf, welche unterschiedliche Formen aufweisen. Jeder Blechpaketabschnitt 2a, 2b ist dabei einstückig ausgebildet. Die Blechpaketabschnitte 2a, 2b weisen Aussparungen 3a, 3b auf, wobei die ersten Aussparungen 3a der ersten Blechpaketabschnitte 2a fluchtend zu den zweiten Aussparungen 3b der zweiten Blechpaketabschnitte 2b angeordnet sind. Durch die Aussparungen 3a, 3b werden axial durchgängige Kavitäten 4 des Blechpakets 1 zum Aufnehmen von magnetfelderzeugenden Komponenten in Form von Permanentmagneten ausgebildet. Pro Rotorpol sind hier zwei Aussparungen 3a, 3b und damit zwei Kavitäten 4 V-förmig angeordnet.
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An die jeweiligen Aussparungen 3a, 3b grenzen mehrere Stege 5a, 6a, 5b, 6b an. Dabei werden die ersten Stege 5a, 6a der ersten Blechpaketabschnitte 3a und die zweiten Stege 5b, 6b der zweiten Blechpaketabschnitte 3b in axialer Richtung überlappend zueinander angeordnet. Die Stege 5a, 5b sind hier zwischen den V-förmig angeordneten Aussparungen 3a, 3b eines Rotorpols angeordnet. Die Stege 6a, 6b sind hier zwischen den Aussparungen 3a, 3b und einem Außenrand 7 der Blechpaketabschnitte 2a, 2b angeordnet.
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Dabei weisen die überlappend zueinander angeordneten Stege 5a, 5b sowie 6a, 6b unterschiedliche Breiten auf. Durch die unterschiedlich breiten Stege 5a, 5b, 6a, 6b weist eine jeweilige, durch die Stege 5a, 5b, 6a, 6b gebildete Wand 8, 9 der der Kavitäten 4 in axialer Richtung eine variable Wandstärke auf. Die Stege 6a, 6b sind hier derart zueinander positioniert, dass eine durch die Außenränder 7 gebildete Außenfläche 10 des Blechpakets 1 glatt und geschlossen ausgebildet ist. Durch die unterschiedlichen Breiten der Stege 6a, 6b weist die Wand 8 an einer der Kavität 4 zugewandten Seite Einbuchtungen auf. Die ersten Blechpaketabschnitte 2a mit den breiteren Stegen 5a, 6a weisen mechanisch eine höhere Steifigkeit auf und können somit höhere Kräfte aufnehmen. Die unmittelbar an diese ersten Blechpaketabschnitte 2a angeordneten zweiten Blechpaketabschnitte 2b müssen geringere Kräfte aufnehmen, sodass die Stege 5b, 6b dieser zweiten Blechpaketabschnitte 2b dünner gestaltet werden können. Diese dünneren Stege 5b, 6b reduzieren magnetische Streuflüsse im Blechpaket 1, sodass das resultierende Drehmoment der elektrischen Maschine gesteigert oder die Magnetmasse reduziert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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