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Die Erfindung betrifft einen Innenrotor für einen Rotor eines elektrischen Motors mit wenigstens zwei Rotorflügeln, die sich von der mittigen Rotoröffnung radial zur Längsmittelachse nach außen erstrecken. Die Erfindung betrifft auch einen Rotor eines elektrischen Motors sowie einen solchen elektrischen Motor.
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Ein elektrischer Motor umfasst üblicherweise einen Stator und einen Rotor mit einer Welle und einem Rotorstück. Das Rotorstück ist drehfest mit der Welle verbunden und weist ein Gehäuseteil und einen in dem Gehäuseteil angeordneten Innenrotor auf. Der Innenrotor trägt dabei Wicklungen des Rotors und das Gehäuseteil schützt die Wicklungen nach außen. Im Betrieb des elektrischen Motors entstehen unter anderem in dem die Wicklungen tragenden Innenrotor hohe Fliehkräfte, wodurch der Innenrotor stark beansprucht ist. Um den auftretenden mechanischen Belastungen zu widerstehen, sollte der Innenrotor in dem Gehäuseteil fest verankert sein.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen Innenrotor der gattungsgemäßen Art, für einen Rotor der gattungsgemäßen Art und für einen Motor der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest einen Rotorflügel eines Innenrotors mit einer Versteifungsrippe auszustatten und dadurch in die Lage zu versetzten höhere Kräfte aufzunehmen. Innenrotor ist dabei sternförmig und erstreckt sich quer zu einer Längsmittelachse. Der Innenrotor weist einen quer zur Längsmittelachse ausgerichteten Mittelbereich auf. In dem Mittelbereich sind dabei eine mittige Rotoröffnung und ein um die mittige Rotoröffnung ausgeformter Verbindungsbereich zum Fixieren mit einer Welle des Rotors ausgebildet. Der Innenrotor weist wenigstens zwei Rotorflügel auf, die sich von der mittigen Rotoröffnung radial zur Längsmittelachse nach außen erstrecken. Erfindungsgemäß weist wenigstens ein Rotorflügel wenigstens eine Verstärkungsrippe auf.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beziehen sich die Begriffe „radial“ und „axial“ stets auf die Längsmittelachse des Innenrotors. Der Begriff „radial“ ist mit dem Begriff „radiale Richtung“ gleichbedeutend. Der Begriff „axial“ ist mit den Begriffen „parallel zur Längsmittelachse“ und „entlang der Längsmittelachse“ gleichbedeutend.
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Durch die Verstärkung des jeweiligen Rotorflügels mit der wenigstens einen Verstärkungsrippe kann der Innenrotor insgesamt verstärkt sein. Dadurch kann der Innenrotor im Betrieb des Motors hohen Fliehkräften standhalten. Durch die wenigstens eine Verstärkungsrippe in dem jeweiligen Rotorflügel ist das Gewicht des Innenrotors nicht beeinflusst. Zudem kann auch der Verbindungsbereich zum Fixieren mit der Welle des Rotors ausreichend großflächig ausgebildet sein.
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Der Innenrotor kann aus Edelstahl geformt sein. Der Motor kann für Fahrzeugantriebe vorgesehen sein. Erfindungsgemäß können ein oder einige oder alle Rotorflügel mittels wenigstens einer Verstärkungsrippe verstärkt sein. Dabei kann die Verstärkungsrippe länglich sein. Denkbar ist es, dass jeder Rotorflügel jeweils wenigstens eine Verstärkungsrippe aufweist. Denkbar ist es auch, dass einige Rotorflügel jeweils wenigstens eine Verstärkungsrippe aufweisen. Zudem ist es denkbar, dass die einander gegenüberliegende Rotorflügel jeweils wenigstens eine Verstärkungsrippe aufweisen. Denkbar ist es auch, dass der einzige Rotorflügel wenigstens eine Verstärkungsrippe aufweist.
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Bei einer Weiterbildung des Innenrotors kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Verstärkungsrippe sich von der mittigen Rotoröffnung radial zur Längsmittelachse nach außen erstreckt. Durch die derart ausgestaltete Verstärkungsrippe kann der jeweilige Rotorflügel radial gleichmäßig verstärkt sein. Dabei kann die Verstärkungsrippe länglich sein und/oder sich radial entlang einer radialen Rippenlinie erstrecken.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Verstärkungsrippe in dem jeweiligen Rotorflügel mittig angeordnet ist. Der jeweilige Rotorflügel kann dann einen symmetrischen Querschnitt in einer quer zur radialen Richtung ausgerichteten Schnittebene aufweisen. Denkbar ist es zudem, dass die wenigstens eine Verstärkungsrippe sich über die gesamte radial definierte Länge des jeweiligen Rotorflügels erstreckt. Dadurch kann der jeweilige Rotorflügel über seine gesamte radiale Länge radial verstärkt sein.
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Die Verstärkungsrippe kann zu den hier beschriebenen Ausführungsformen abweichend ausgebildet ist. Denkbar ist es beispielsweise, dass in dem jeweiligen Rotorflügel wenigstens zwei Verstärkungsrippen geformt ist. Zudem ist es möglich, dass die Verstärkungsrippen parallel zueinander oder radial hintereinander bzw. radial einander folgend angeordnet sind.
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Bei einer Weiterbildung des Innenrotors kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Verstärkungsrippe in dem jeweiligen Rotorflügel auf einer ersten quer zur Längsmittelachse ausgerichteten Flügelseite eine längliche Sicke und auf einer zweiten und der ersten gegenüberliegenden Flügelseite eine längliche Rippe formt. Der jeweilige Rotorflügel kann dabei im Bereich der Verstärkungsrippe und außerhalb der Verstärkungsrippe eine identische oder nahe identische axiale Dicke aufweisen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Verstärkungsrippe kann vorgesehen sein, dass die axiale Tiefe der durch die jeweilige Verstärkungsrippe geformten Sicke einer axialen Dicke des Rotorflügels mit einer Variation zwischen +15% und -15% entspricht. Die axiale Höhe der durch die jeweilige Verstärkungsrippe geformten Rippe kann auf gleiche Weise einer axialen Dicke des Rotorflügels mit einer Variation zwischen +15% und -15% entsprechen. Ferner kann der jeweilige Rotorflügel im Bereich der Verstärkungsrippe und außerhalb der Verstärkungsrippe eine identische oder nahe identische axiale Dicke aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass ein Auslaufwinkel zwischen der Längsmittelachse und einer inneren Auslauffläche der durch die jeweilige Verstärkungsrippe geformten Sicke in einer quer zur radialen Richtung ausgerichteten Ebene gleich 45° mit einer Variation zwischen +15% und -15% beträgt. Auf gleiche Weise ein Auslaufwinkel zwischen der Längsmittelachse und einer äußeren Auslauffläche der durch die jeweilige Verstärkungsrippe geformten Rippe in einer quer zur radialen Richtung ausgerichteten Ebene gleich 45° mit einer Variation zwischen +15% und -15% betragen. Der jeweilige Rotorflügel kann im Bereich der Verstärkungsrippe und außerhalb der Verstärkungsrippe eine identische oder nahe identische axiale Dicke aufweisen.
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Bei einer Weiterbildung der Verstärkungsrippe kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Verstärkungsrippe an der mittigen Rotoröffnung und/oder in einem radialen Endbereich des jeweiligen Rotorflügels zu einer quer zur Längsmittelachse ausgerichteten Ebene einen Neigungswinkel kleiner 45°, vorzugsweise gleich 30°, aufweist. Mit anderen Worten kann sich die Verstärkungsrippe in einer quer zur Längsmittelachse ausgerichteten Ebene erstrecken und an der mittigen Rotoröffnung und/oder in dem radialen Endbereich axial von dieser Ebene abweichen. Dadurch kann die Herstellung des Innenrotors vereinfacht werden. Der radiale Endbereich des Rotorflügels liegt dabei an dem jeweiligen Rotorflügel von der Längsmittelachse bzw. von der mittleren Rotoröffnung am weitesten entfernt.
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Die Erfindung betrifft auch einen Rotor eines elektrischen Motors. Vorteilhafterweise kann der Motor für Fahrzeugantriebe vorgesehen sein. Der Rotor weist dabei eine um eine Rotationsachse rotierende Welle und einen sternförmigen Innenrotor auf. Der Innenrotor ist mit der Welle drehfest verbunden und die Längsmittelachse des Innenrotors fällt mit der Rotationsachse der Welle zusammen. Erfindungsgemäß ist der Innenrotor wie oben beschrieben ausgebildet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird an dieser Stelle auf die obigen Ausführungen zu dem Innenrotor verwiesen.
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In dem Rotor ist die Welle in der Rotoröffnung des Innenrotors angeordnet. Dabei erstrecken sich die jeweiligen Rotorflügel des Innenrotors radial von der Welle nach außen. Der Innenrotor kann mit der Welle über den Verbindungsbereich drehfest verbunden sein. Dabei kann der Innenrotor mit der Welle über eine Presssitzverbindung und/oder über eine Passfeder formschlüssig und/oder über eine Vielzahnverbindung formschlüssig festverbunden sein. Dadurch können der Innenrotor und die Welle steif miteinander verbunden sein.
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Bei einer Weiterbildung des Rotors kann der Rotor ein Rotorstück mit dem Innenrotor und einem topfförmigen Gehäuseteil aufweisen. Das Gehäuseteil weist dabei einen quer zur Rotationsachse ausgerichteten Boden und eine parallel zur Rotationsachse ausgerichtete und die Rotationsachse umlaufende Wandung auf. Das Gehäuseteil ist quer zur Rotationsachse ausgerichtet und der Innenrotor ist in dem Gehäuseteil aufgenommen. Der Innenrotor ist dadurch quer zur Rotationsachse einseitig von dem Boden und parallel zur Rotationsachse und um die Rotationsachse umlaufend von der Wandung nach außen umhüllt bzw. umgeben. Das Gehäuseteil kann aus Edelstahl geformt sein.
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Der Innenrotor und das Gehäuseteil können mittels einer Rasteinheit axial miteinander verrastet sein. Dadurch kann die Rasteinheit den Innenrotor und das Gehäuseteil axial zueinander festlegen. Die Rasteinheit kann um die Rotationsachse des Rotorstücks umlaufend ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann die Rasteinheit wenigstens eine Rastnut und wenigstens eine Rastnase aufweisen. Die wenigstens eine Rastnase kann dabei radial in die wenigstens eine Rastnut eingreifen. Die Rastnut kann auf einer parallel zur Rotationsachse und nach innen ausgerichteten Innenfläche der Wandung des Gehäuseteils und die Rastnase kann auf einer parallel zur Rotationsachse und nach außen ausgerichteten Kontaktfläche des jeweiligen Rotorflügels des Innenrotors oder umgekehrt ausgeformt sein.
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Der Innenrotor und das Gehäuseteil können in einer parallel zur Rotationsachse ausgerichteten Fügeebene über eine Presssitzverbindung miteinander festverbunden sein. Alternativ können der Innenrotor an einer parallel zur Rotationsachse und nach außen ausgerichteten Kontaktfläche des jeweiligen Rotorflügels und das Gehäuseteil an einer parallel zur Rotationsachse ausgerichteten und nach innen gerichteten Innenfläche der Wandung über eine Presssitzverbindung festverbunden sein.
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Die Erfindung betrifft auch einen elektrischen Motor für Fahrzeugantriebe. Der elektrische Motor weist dabei einen Rotor und einen Stator auf. Der Rotor ist dabei in dem Stator um eine Rotationsachse rotierbar aufgenommen. Erfindungsgemäß ist der Rotor wie oben beschrieben ausgebildet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird an dieser Stelle auf die obigen Ausführungen zu dem Innenrotor und zu dem Rotor verwiesen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1, 2 eine Ansicht und eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Innenrotors eines Rotorstücks;
- 3, 4 eine Schnittansicht und eine vergrößerte Schnittansicht des Rotorstücks mit dem erfindungsgemäßen Innenrotor;
- 5, 6 teilweise Schnittansichten des Rotorstücks mit dem erfindungsgemäßen Innenrotor von zwei gegenüberliegenden Seiten;
- 7 eine Ansicht des Rotorstücks mit dem erfindungsgemäßen Innenrotor;
- 8 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Innenrotors mit einem Wicklungsträger.
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Entsprechend 1 ist ein erfindungsgemäßer Innenrotor 1 für einen Rotor eines elektrischen Motors sternförmig und erstreckt sich quer zu einer Längsmittelachse LA. 2 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Innenrotors 1. Der Innenrotor 1 weist dabei einen Mittelbereich 2, eine mittige Rotoröffnung 3 und einen Verbindungsbereich 4 auf. Der Mittelbereich 2 ist dabei quer zur Längsmittelachse LA ausgerichtet und die Rotoröffnung 3 ist mittig in dem Mittelbereich 2 ausgeformt. Die Rotoröffnung 3 ist zum Durchführen einer Welle des Rotors vorgesehen. Der Verbindungsbereich 4 ist um die Rotoröffnung 3 ausgeformt und ist zum Fixieren des Innenrotors 1 mit der Welle des Rotors vorgesehen. Der Innenrotor 1 kann beispielweise aus Edelstahl geformt sein.
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Der Innenrotor 1 weist mehrere - hier genau sechs - Rotorflügel 5 auf, die sich von der Rotoröffnung 3 bzw. von dem Verbindungsbereich 4 radial nach außen erstrecken. Die Rotorflügel 5 sind identisch zueinander ausgebildet und gleichmäßig um die Längsmittelachse LA verteilt. In jedem Rotorflügel 5 ist eine Verstärkungsrippe 6 geformt. Die Verstärkungsrippe 6 ist länglich und erstreckt sich von der mittigen Rotoröffnung 3 radial nach außen. Die jeweilige Verstärkungsrippe 6 ist mittig in dem jeweiligen Rotorflügel 5 angeordnet und erstreckt sich über die gesamte radiale Länge des jeweiligen Rotorflügels 5. Die jeweiligen Verstärkungsrippen 6 sind identisch zueinander ausgebildet. Der Innenrotor 1 weist bezüglich der Rotorflügel 5 mit den Verstärkungsrippen 6 eine 60°-Drehsymmetrie auf.
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Die Verstärkungsrippe 6 formt in dem Rotorflügel 5 auf einer ersten Flügelseite eine Sicke 6a und auf einer gegenüberliegenden Flügelseite eine Rippe 6b. Da die Verstärkungsrippe 6 länglich ist, sind auch die Sicke 6a und die Rippe 6b länglich ausgebildet. Der Rotorflügel 5 weist dabei an der Verstärkungsrippe 6 und außerhalb der Verstärkungsrippe 6 eine identische oder nahe identische axiale Dicke auf. Weitere Einzelheiten zum Aufbau des Innenrotors 1 werden anhand 3 und 4 näher erläutert.
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3 zeigt eine Schnittansicht und 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Rotorstücks 7 für einen Rotor eines elektrischen Motors. Das Rotorstück 7 umfasst dabei den erfindungsgemäßen Innenrotor 1 und ein topfförmiges Gehäuseteil 8. Zudem ist auf dem Innenrotor 1 ein Wicklungsträger 12 des Rotorstücks 7 für Wicklungen - hier nicht gezeigt - des Rotors angeordnet.
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Das Gehäuseteil 8 ist topfförmig und weist einen Boden 9 und eine Wandung 10 auf. Der Boden 9 ist quer zur Längsmittelachse LA ausgerichtet und die Wandung 10 umläuft die Längsmittelachse LA. Der Innenrotor 1 ist dadurch von dem Boden 9 quer zur Längsmittelachse LA und von der Wandung 10 um die Längsmittelachse LA umlaufend nach außen umgeben und dadurch geschützt. In dem Boden 9 ist eine Gehäuseöffnung 11 für die Welle des Rotors geformt. Die Gehäuseöffnung 11 korrespondiert axial mit der Rotoröffnung 3 des Innenrotors 1.
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Das Gehäuseteil 8 und der Innenrotor 1 sind über eine Rasteinheit 13 mit einer Rastnut 13a und mehreren Rastnasen 13b axial miteinander verrastet. Die Rasteinheit 13 umläuft dabei die Längsmittelachse LA, so dass der Innenrotor 1 und das Gehäuseteil 8 um die Längsmittelachse LA umlaufend miteinander verrastet sind. Die Rastnut 13a ist an dem Gehäuseteil 8 auf einer parallel zur Längsmittelachse LA und nach innen ausgerichteten Innenfläche 14 der Wandung 10 ausgeformt, während die jeweilige Rastnase 13b an dem jeweiligen Rotorflügel 5 auf einer parallel zur Längsmittelachse LA und nach außen ausgerichteten Kontaktfläche 15 ausgeformt ist. Die Rastnut 13a und die Rastnasen 13b können ausgefräst sein.
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Zudem sind der Innenrotor 1 und das Gehäuseteil 8 über eine Presssitzverbindung in einer Fügeebene drehfest verbunden. Die Fügeebene ist dabei zwischen der Innenfläche 14 und den Kontaktflächen 15 gebildet.
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In 3 und 4 sind einige Größen zur Charakterisierung der Verstärkungsrippe 6 eingetragen. Die Verstärkungsrippe 6 ist hier beispielhaft durch die von ihr gebildete Sicke 6a charakterisiert. Es versteht sich jedoch, dass die Verstärkungsrippe 6 auch durch die von ihr gebildete Rippe 6b charakterisierbar ist.
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Die axiale Tiefe T_6a der jeweiligen Sicke 6a entspricht einer axialen Dicke D_5 des Rotorflügels 5 mit einer Variation zwischen +15% und -15%. Ein Auslaufwinkel W_A zwischen der Längsmittelachse LA und einer inneren Auslauffläche 16 der Sicke 6a beträgt 45° mit einer Variation zwischen +15% und -15%. Der Auslaufwinkel W_A wird dabei in einer quer zur radialen Richtung ausgerichteten Ebene bestimmt. Ferner weist die Verstärkungsrippe 6 an der Rotoröffnung 3 und in einem radialen Endbereich des Rotorflügels 5 einen Neigungswinkel W_N gleich 30° auf. Der Neigungswinkel W_N ist dabei zwischen einer quer zur Längsmittelachse ausgerichteten Ebene und der Verstärkungsrippe 6 bestimmt.
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5 zeigt eine teilweise Schnittansicht des Rotorstücks 7 mit dem erfindungsgemäßen Innenrotor 1 und mit dem Gehäuseteil 8 von einer dem Gehäuseteil 8 zugewandten Seite. 6 zeigt eine teilweise Schnittansicht des Rotorstücks 7 von einer dem Innenrotor 1 zugewandten Seite. Wie in 5 und 6 besonders gut erkennbar ist, ist der Innenrotor 1 von dem Gehäuseteil 8 quer zur Längsmittelachse LA und parallel zur Längsmittelachse LA und um die Längsmittelachse LA umlaufend nach außen umhüllt.
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7 zeigt eine Ansicht des Rotorstücks 7. Hier ist das Rotorstück 7 von einer dem Gehäuseteil 8 zugewandten Seite gezeigt. 8 zeigt eine Ansicht des erfindungsgemäßen Innenrotors 1 mit dem Wicklungsträger 12. Der Wicklungsträger 12 trennt den Innenrotor 1 von den Wicklungen des Rotors.
