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Die Erfindung betrifft ein Rotorblechpaket für einen Rotor, bestehend aus einer Anzahl von Rotorblechen, wobei jedes Rotorblech mindestens einen ersten Ausschnitt aufweist, wobei die ersten Ausschnitte der Rotorbleche mindestens eine Tasche des Rotorblechpaketes bilden, wobei die mindestens eine Tasche mindestens einen ersten Innenbereich und dazu benachbart mindestens einen zweiten Innenbereich aufweist, wobei in dem zweiten Innenbereich ein Magnet anordbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets für einen Rotor.
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Seit der Entdeckung der Hochenergie-Permanentmagnete (z. B. Neodym-Eisen-Bor- und Samarium-Cobalt-Magnete) werden permanentmagnetisch erregte Synchronmaschinen (PMSM) in immer vielfältigeren Anwendungen eingesetzt, z.B. als Antriebe für Kraftfahrzeuge, als Werkzeugmaschinen im industriellen Bereich, in energieeffizienten Haushaltsgeräten oder als Antriebe für Pumpen. Aufgrund der verbesserten Energiedichten der Magnete weisen diese Maschinen hohe Drehmomentdichten und hohe Wirkungsgrade auf.
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Grundsätzlich ist zu beachten, dass auf die Magnete aufgrund der Rotation eine Zentrifugalkraft wirkt, welche die Magnete nach außen beschleunigt, wodurch eine entsprechende Fixierung bzw. Rotorblech-Auslegung erforderlich ist. Bei einem Rotor mit vergrabenen Magneten muss der Blechschnitt der Rotorlamelle so ausgelegt werden, dass über die gesamte Lebensdauer des Elektromotors kein Bersten des Elektroblechs stattfindet.
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Die aktuell gängige Bauart für elektrische Traktionsmaschinen beinhaltet das Bestücken des Rotorpaketes mit Magneten, die in dem Blechpaket aufwendig fixiert werden müssen. Da bekannte Magnetfixierungsverfahren (Transfermolding, Spritzguss, Klemmlaschen etc.) nicht für alle Blechschnitte und Anforderungsprofile geeignet sind, sondern spezifische Probleme aufweisen, ist hier Verbesserungspotential vorhanden.
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Wesentliches Ziel der Magnetfixierung ist es, den Magneten gegen Bewegung im Blechpaket zu sichern und gegen das Blechpaket gleichmäßig abzustützen, ohne das Blech vorzuschädigen.
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Federelemente sichern gegen Bewegung, stützen aber nicht gegenüber dem Blechpaket ab. Transfermolding erreicht dieses Ziel, schädigt durch den hohen Einspritzdruck aber das Blech vor bzw. erfordert Mindeststegbreiten im Blechschnitt, die sich negativ auf die Elektromagnetik auswirken und das Produkt verteuern. Darüber hinaus muss bei Vergusslösungen stets ein Angussrest entsorgt werden. Expandierende Beschichtungen der Magneten sind anfällig für Eigenschaftsschwankungen und führen zu hohen Prozesszeiten aufgrund der diffizilen Temperaturführung.
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Die Nachteile wurden im Wesentlichen durch Maßnahmen behoben, die sich negativ auf die Produktkosten auswirken. Beispielsweise kann die Vorschädigung des Bleches durch verstärkte Blechstege kompensiert werden, was aus elektromagnetischen Gründen zu erhöhten Kosten für Magnete führt. Analog führt die schlechtere Abstützung bei der Nutzung von Federelementen ebenfalls zur Erhöhung der notwendigen Blechstegbreite und damit zu höheren Magnetkosten.
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Aus der
DE 10 2007 015 249 A1 ist beispielsweise ein Rotor beschrieben, der Taschen aufweist, in denen Klemmelemente verwendet werden, um Magneten durch Federkraft in Position halten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rotorblechpaket für einen Rotor so zu verbessern, so dass der Magnet während des Betriebs unbeweglich ist, ohne das Rotorblechpaket dabei zu schädigen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, das Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets für einen Rotor zu verbessern, dadurch, dass Halterungselemente verwendet werden, um den Magneten zu fixieren. Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen Rotor einer elektrischen Maschine mit vergrabenen Magneten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Rotorblechpaket nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets für einen Rotor nach Anspruch 10 vorgeschlagen.
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Erfindungsgemäß besteht das Rotorblechpaket für einen Rotor aus einer Anzahl von Rotorblechen, wobei jedes Rotorblech mindestens einen ersten Ausschnitt aufweist, wobei die ersten Ausschnitte der Rotorbleche mindestens eine Tasche des Rotorblechpaketes bilden, wobei die mindestens eine Tasche mindestens einen ersten Innenbereich und dazu benachbart mindestens einen zweiten Innenbereich aufweist, wobei in dem zweiten Innenbereich ein Magnet anordbar ist, wobei in dem mindestens einen ersten Innenbereich mindestens ein erstes, insbesondere formveränderbares Halterungselement zur Halterung des Magneten anordbar ist.
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Durch das formveränderbare Halterungselement ist es möglich, den Magneten im angeordneten Zustand besonders gezielt zu fixieren und dabei durch günstige Herstellungsmöglichkeiten des Halterungselements die Gesamtprozesskosten möglichst gering zu halten.
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Vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Bevorzugterweise weist die mindestens eine Tasche des Rotorblechpaketes mindestens einen dritten Innenbereich auf, wobei der dritte Innenbereich dem zweiten Innenbereich benachbart und auf einer gegenüberliegenden Seite zum ersten Innenbereich vorgesehen ist, wobei in dem mindestens einen dritten Innenbereich mindestens ein zweites, insbesondere formveränderbares Halterungselement anordbar ist.
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Bevorzugterweise ist die mindestens eine Tasche in einer Quaderform ausgebildet, also weist diese mit anderen Worten in einer Draufsicht eine rechteckige Form auf. Der erste, der zweite und der dritte Innenbereich sind bevorzugterweise über Querschnitte durch die längere Seite des Quaders definiert, wobei der erste Innenbereich und der dritte Innenbereich jeweils an den sich gegenüberliegenden kurzen Seiten des zweiten Innenbereichs vorgesehen sind.
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Bevorzugterweise weist das Rotorblechpaket eine Vielzahl von Taschen auf, die in geeigneter Anordnung radial außen in dem Rotorblechpaket vorgesehen sind. Bevorzugterweise handelt es sich bei einer Tasche im Rotorblechpaket bzw. bei einem Ausschnitt im Rotorblech um einen Teil des Blechs, der durch Ausstanzen und/oder Laserschnitt aus dem Rotorblech entfernt wird und wobei die Ausschnitte der Rotorbleche geeignet übereinander angeordnet werden, so dass die mindestens eine Tasche im Rotorblechpaket entsteht.
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Bevorzugterweise weist das erste und/oder zweite Halterungselement eine Zylinderform auf. Bevorzugterweise besteht das erste und/oder zweite Halterungselement aus einem thermoplastischen Kunststoff und/oder aus einem anderen geeigneten Material. Bevorzugterweise ist das erste und/oder zweite Halterungselement massiv und/oder als Hohlelement ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste und/oder zweite Halterungselement bevorzugterweise an die Form des ersten Innenbereichs und/oder dritten Innenbereichs angepasst und/oder formschlüssig ausgebildet.
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Bevorzugterweise wird die Form des ersten und/oder zweiten Halterungselement bevorzugterweise durch Einschrauben und/oder Einpressen und/oder Erwärmen und dadurch Aufschmelzen durch mindestens einen Stempel verändert.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das erste und/oder zweite Halterungselement bevorzugterweise durch ein Zusatzelement formveränderbar, insbesondere durch Setzen einer Schraube und/oder eines Stifts in und/oder an das Halterungselement.
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In einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist das erste und/oder zweite Halterungselement bevorzugterweise röhrenförmig ausgebildet.
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In einer vierten bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das erste und/oder zweite Halterungselement bevorzugterweise einen Klebstoff.
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Weist in einer Ausführungsform das eine erste und/oder zweite Halterungselement bevorzugterweise eine Röhrenform auf, ist das eine erste und/oder zweite Halterungselement durch Anlegen eines Innendrucks formveränderbar.
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Bevorzugterweise wird bei der Verwendung des Stempels der Stempel an mindestens einer der Ober- und/oder Unterseite des ersten und/oder zweiten Halterungselements angesetzt. Bevorzugterweise ist der Stempel als Sonotrode und/oder anderweitig geeignet ausgebildet, das erste und/oder zweite Halterungselement zu erhitzen, wobei im Falle der Sonotrode das Erhitzen durch Ultraschallenergie erfolgt und/oder wobei der Stempel ausgebildet ist, eine Schraube und/oder einen Stift in und/oder an das Halterungselement zu setzen. Durch die Formveränderung wird die Form des ersten und/oder zweiten Halterungselements bevorzugterweise so verändert, dass der angeordnete Magnet in der Tasche im zweiten Innenbereich ohne Spiel fixiert wird.
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Bevorzugterweise wird in der vierten alternativen Ausführungsform das erste und/oder zweite Halterungselement durch Formveränderung so verändert, dass der sich im Inneren befindende Klebstoff in die Zwischenräume zwischen Tasche, Magnet und Halterungselement fließen kann und diesen bei Erhärten des Klebstoffs zusätzlich fixiert.
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Bevorzugterweise wird für die Herstellung eines Rotorblechpakets ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem zumindest die folgenden Schritte verwendet werden:
- a) Mindestens ein Magnet wird in mindestens einen zweiten Innenbereich des Rotorblechpakets eingesetzt,
- b) mindestens ein erstes Halterungselement wird in mindestens einen ersten Innenbereich des Rotorblechpakets eingesetzt,
- c) mindestens ein Stempel wird von mindestens einer Seite auf das mindestens eine erste Halterungselement aufgesetzt,
- d) die Form des mindestens einen ersten Halterungselements wird durch den Stempel verändert, insbesondere durch Setzen einer Schraube und/oder eines Stifts in und/oder an das mindestens eine erste Halterungselement (12), so dass
der mindestens eine Magnet im zweiten Innenbereich durch das mindestens eine erste Halterungselement formschlüssig fixiert ist.
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Besonders bevorzugterweise wird das Verfahren zusätzlich mit dem zweiten Halterungselement durchgeführt, wobei die folgenden Schritte verwendet werden:
- a) Mindestens ein Magnet wird in mindestens einen zweiten Innenbereich des Rotorblechpakets eingesetzt,
- b) mindestens ein erstes Halterungselement wird in mindestens einen ersten Innenbereich des Rotorblechpakets eingesetzt,
- c) mindestens ein zweites Halterungselement wird in mindestens einen dritten Innenbereich des Rotorblechpakets eingesetzt,
- d) mindestens ein Stempel wird von mindestens einer Seite auf das mindestens eine erste Halterungselement aufgesetzt,
- e) mindestens ein Stempel wird von mindestens einer Seite auf das mindestens eine zweite Halterungselement aufgesetzt,
- f) die Form des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Halterungselements wird durch den Stempel verändert, insbesondere durch Setzen einer Schraube und/oder eines Stifts in und/oder an das mindestens eine erste und zweite Halterungselement (12), so dass
der mindestens eine Magnet im mindestens einen zweiten Innenbereich durch das mindestens eine erste Halterungselement und das mindestens eine zweite Halterungselement formschlüssig fixiert ist.
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Durch die bevorzugterweise formschlüssige Verbindung zwischen Magnet und Rotorblechpaket wird die Bewegung des Magneten im Betrieb verhindert, wobei gleichzeitig eine optimale Abstützung des Magneten auf dem Rotorblechpaket gewährleistet wird.
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Bevorzugterweise ist der Stempel ausgebildet, um das erste und/oder zweite Halterungselement zu erhitzen und/oder aufzuschmelzen, wobei in Schritt d) bzw. f) der Kunststoff des ersten und/oder zweiten Halterungselements in einen Zwischenraum zwischen Magnet, Tasche und Halterungselement fließt und im Anschluss abkühlt und somit erstarrt. Außerdem ist der Stempel so ausgebildet, dass dieser das Halterungselement durch die Verformung so verändert, dass dieses sich öffnet und der Klebstoff und/oder ein anderen geeignetes Umschließungsmaterial an einer und/oder mehreren Stellen austreten kann, um den Magneten zu umschließen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Rotorblechpaket in einer Draufsicht,
- 2 ein Schema eines Verfahrens zur Herstellung eines Rotorblechpakets und
- 3 ein Schema eines Verfahrens zur Herstellung eines Rotorblechpakets.
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1. zeigt eine Draufsicht eines Rotorblechpakets 100 mit vier Taschen 16, wobei jede Tasche 16 in einen ersten Innenbereich 10, einen zweiten Innenbereich 11 und einen dritten Innenbereich 13 unterteilt ist. Der erste Innenbereich 10 und der dritte Innenbereich 13 sind dem zweiten Innenbereich 11 benachbart, wobei der erste Innenbereich 10 und der dritte Innenbereich 13 mit sich gegenüberliegenden Seiten an den zweiten Innenbereich angrenzen. Außerdem zeigt 1, dass in dem ersten Innenbereich 10 ein erstes Halterungselement 12 und in dem dritten Innenbereich 13 ein zweites Halterungselement 15 angeordnet ist. Im zweiten Innenbereich 11 ist ein Magnet 14 angeordnet. Das erste Halterungselement 12 und das zweite Halterungselement 15 sind zylindrisch ausgebildet und bestehen aus thermoplastischem Kunststoff.
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2 zeigt ein Schema zum Fertigen eines Rotorblechpakets 100 für einen Rotor. Hierbei wird zunächst in einem Schritt S1 mindestens ein Magnet 14 in mindestens einen zweiten Innenbereich 11 des Rotorblechpakets 100 eingesetzt. In einem Schritt S2 wird dann ein erstes Halterungselement 12 in mindestens einen ersten Innenbereich 10 des Rotorblechpakets 100 eingesetzt. In Schritt S3 wird ein Stempel von mindestens einer Seite auf das mindestens eine erste Halterungselement 12 aufgesetzt. Der Stempel kombiniert hier verschiedene Funktionen, z. B. übt dieser einen Druck auf das erste Halterungselement 12 aus und fungiert außerdem als Sonotrode, wodurch der Stempel den thermoplastischen Kunststoff durch Druck und Ultraschallenergie aufschmilzt. In Schritt S4 wird die Form des ersten Halterungselements 12 durch den Stempel verändert. Der thermoplastische Kunststoff verflüssigt sich temporär und wird durch die Ausübung des Drucks durch den Stempel in die Zwischenräume zwischen der Tasche 16 und dem Magneten 14 gepresst bzw. fließt dort hinein. Hierdurch wird in einem Schritt S5 der Magnet 14 nach dem Entfernen des Stempels und Erkalten des thermoplastischen Kunststoffs im zweiten Innenbereich 11 formschlüssig durch das erste Halterungselement fixiert.
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3 zeigt ein Schema zum Fertigen eines Rotorblechpakets 100 für einen Rotor, wobei hier ein erstes Halterungselement 12 und ein zweites Halterungselement 15 verwendet werden. In einem ersten Schritt S1 wird mindestens ein Magnet 14 in mindestens einen zweiten Innenbereich 11 des Rotorblechpakets 100 eingesetzt. In einem Schritt S2 wird dann ein erstes Halterungselement 12 in mindestens einen ersten Innenbereich 10 des Rotorblechpakets 100 eingesetzt. In einem Schritt S2a wird dann ein zweites Halterungselement 15 in mindestens einen dritten Innenbereich 13 des Rotorblechpakets 100 eingesetzt. In Schritt S3 wird ein Stempel von mindestens einer Seite auf das mindestens eine erste Halterungselement 12 aufgesetzt. In Schritt S3a wird ein Stempel von mindestens einer Seite auf das mindestens eine zweite Halterungselement 15 aufgesetzt. In Schritt S4 wird die Form des ersten Halterungselements 12 durch den Stempel verändert. Und in Schritt S5a wird der mindestens eine Magnet 14 im zweiten Innenbereich 11 durch das mindestens eine erste Halterungselement 12 und das mindestens eine zweite Halterungselement 15 formschlüssig fixiert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erster Innenbereich
- 11
- zweiter Innenbereich
- 12
- erstes Halterungselement
- 13
- dritter Innenbereich
- 14
- Magnet
- 15
- zweites Halterungselement
- 16
- Tasche
- 100
- Rotorblechpaket
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007015249 A1 [0008]
