DE102021210755A1

DE102021210755A1 - Rotor for electric rotating machine, electric rotating machine, nacelle propulsion and watercraft

Info

Publication number: DE102021210755A1
Application number: DE102021210755.9A
Authority: DE
Inventors: Christoph Balzer; Torsten Metzner; Sebastian Strüver
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2023-03-30
Also published as: WO2023046332A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine elektrische rotierende Maschine (38) mit einer Welle (4) und einem ringförmigen, am Außenumfang der Welle (4) befestigten, als Blechpaket ausgeführten, entlang seines Umfangs eine Vielzahl von Permanentmagneten (12) aufnehmenden magnetfeldführenden Rotorelement (3). Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische rotierende Maschine mit mindestens einem solchen Rotor, einen Gondelantrieb mit zumindest einer solchen elektrischen rotierenden Maschine sowie ein Wasserfahrzeug mit zumindest einem solchen Gondelantrieb.The present invention relates to a rotor (1) for an electric rotating machine (38) with a shaft (4) and an annular, on the outer circumference of the shaft (4) and designed as a laminated core, a plurality of permanent magnets (12) along its circumference. receiving magnetic field leading rotor element (3). Furthermore, the present invention relates to an electric rotating machine with at least one such rotor, a nacelle drive with at least one such electric rotating machine and a watercraft with at least one such nacelle drive.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische rotierende Maschine mit einer Welle und einem ringförmigen, am Außenumfang der Welle befestigten, als Blechpaket ausgeführten, entlang seines Umfangs eine Vielzahl von Permanentmagneten aufnehmenden magnetfeldführenden Rotorelement. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische rotierende Maschine mit mindestens einem solchen Rotor, einen Gondelantrieb mit zumindest einer solchen elektrischen rotierenden Maschine und ein Wasserfahrzeug mit zumindest einem solchen Gondelantrieb.The invention relates to a rotor for an electric rotating machine with a shaft and an annular rotor element which guides the magnetic field and is fastened to the outer circumference of the shaft, is designed as a laminated core and accommodates a large number of permanent magnets along its circumference. Furthermore, the invention relates to an electrical rotating machine with at least one such rotor, a nacelle drive with at least one such electrical rotating machine and a watercraft with at least one such nacelle drive.

Elektrische rotierende Maschinen werden im Schiffsbereich unter anderem für sogenannte Gondelantriebe eingesetzt, die auch als Ruderpropeller bezeichnet werden. Kennzeichnendes Kernmerkmal solcher Gondelantriebe ist ein schlankes Design geringen Außendurchmessers eines den Elektromotor aufnehmenden Maschinengehäuses, um ein optimales hydrodynamisches Verhalten bei gleichzeitig hoher Drehmomentdichte zu erzielen. Hierbei erweist sich der vergleichsweise geringe Außendurchmesser des magnetfeldführenden Rotorelements des Elektromotors als nachteilig, da zur Momentenerzeugung das Rotorelement stark verlängert werden muss, wodurch sich die elektrischen Verluste erhöhen. Zur weiteren Kompensation solcher Verluste wird bei Gondelantrieben häufig auf Permanentmagneterregung gesetzt. Das hierfür erforderliche Rotordesign ist allerdings ein maßgeblicher Kostenfaktor. Zudem werden die physikalischen Grenzen des Magnetsystems schnell erreicht. Beispielhaft sei in diesem Zusammenhang auf die in der EP 3 629 446 A1 beschriebene Rotorbauweise verwiesen, bei der die Permanentmagneten in Umfangsrichtung nebeneinander entlang einer einzelnen gedachten Kreislinie vergraben am magnetfeldführenden Rotorelement positioniert sind. Eine solche Rotorbauweise, die nachfolgend als „herkömmliche Rotorbauweise“ bezeichnet wird, lässt sich aus besagten Gründen hinsichtlich Kostenreduktion bei gleichzeitiger Erhöhung der Drehmomentdichte kaum weiter optimieren.Electric rotating machines are used in ships, among other things, for so-called gondola drives, which are also referred to as rudder propellers. The characteristic core feature of such gondola drives is a slim design with a small outer diameter of a machine housing that accommodates the electric motor in order to achieve optimal hydrodynamic behavior with high torque density at the same time. Here, the comparatively small outer diameter of the rotor element of the electric motor that guides the magnetic field proves to be disadvantageous, since the rotor element has to be greatly lengthened to generate torque, which increases the electrical losses. To further compensate for such losses, permanent magnet excitation is often used in nacelle drives. However, the rotor design required for this is a significant cost factor. In addition, the physical limits of the magnet system are quickly reached. An example in this context is the EP 3 629 446 A1 described rotor design referenced, in which the permanent magnets are positioned buried in the circumferential direction next to each other along a single imaginary circular line on the rotor element guiding the magnetic field. Such a rotor design, which is referred to below as “conventional rotor design”, can hardly be further optimized for the reasons mentioned in terms of cost reduction while at the same time increasing the torque density.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor der eingangs genannten Art, eine elektrisch rotierende Maschine mit mindestens einem solchen Rotor, einen Gondelantrieb mit zumindest einer solchen elektrischen rotierenden Maschine sowie ein Wasserfahrzeug mit zumindest einem solchen Gondelantrieb zu schaffen, die einen verbesserten Aufbau aufweisen. Insbesondere wird eine merkliche Kostenreduktion und/oder eine Erhöhung der Leistungsparameter angestrebt.Based on this prior art, it is an object of the present invention to create a rotor of the type mentioned at the outset, an electrically rotating machine with at least one such rotor, a nacelle drive with at least one such electrical rotating machine and a watercraft with at least one such nacelle drive , which have an improved structure. In particular, a noticeable reduction in costs and/or an increase in the performance parameters is sought.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung einen Rotor der eingangs genannten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Permanentmagnete jeweils paarweise V-förmig angeordnet sind. Dank einer solchen V-Magnetanordnung, bei der jeweils der Nord- und Südpol in der Mitte aufgeteilt und die Permanentmagnete in einem definierten Winkel angestellt sind, sind die Einzelverluste der Permanentmagnete, wenn die Magnetabmessungen einer herkömmlichen Rotorbauweise in Breite und Höhe in Summe übernommen werden, geringer als bei der herkömmlichen Rotorbauweise. Damit wird eine physikalisch bedingte kritische Magnetbreite bei der Herstellung der Permanentmagneten vermieden. Da das Gesamtvolumen der Magnete gleichbleibt, lediglich aufgeteilt wird, ist stets gewährleistet, dass man sich herstellungstechnisch in unkritischen Bereichen bewegt. Bei einer Leistungssteigerung eines Rotors, der nach der herkömmlichen Rotorbauweise aufgebaut ist, würde hingegen die Gefahr einer deutlich erhöhten Ausschussrate bei der Herstellung der Permanentmagnete bestehen. Weiterhin ist durch die V-Anordnung eine gegenüber der herkömmlichen Rotorbauweise verbesserte Kühlung der Magnete in der Form gewährleistet, dass diese gleichmäßiger über das Gesamtvolumen des Rotorelements gekühlt werden. Somit ist es möglich, kostengünstigeres Magnetmaterial infolge geringerer Temperaturniveaus zu verwenden. Alternativ lässt sich der Rotor bei höheren Temperaturen einsetzen. Durch die Erhöhung des magnetischen Flusses und die insgesamt höhere thermische Ausnutzung können zudem 15% der Gesamtlänge des magnetfeldführenden Rotorelementes eingespart werden. Dies führt zu erheblichen Kosten- und Gewichtseinsparungen gegenüber der herkömmlichen Rotorbauweise. Anders ausgedrückt bedeutet dies aber auch, dass im Vergleich zur herkömmlichen Rotorbauweise bei gleichbleibendem Bauvolumen ein höheres Moment erzeugt werden kann. Damit steigt die Drehmomentdichte um 15%. Dies ermöglicht eine ganz neue Flexibilität in Bezug auf die Rotorgestaltung. Gleichzeitig kann die Gesamtjochhöhe verglichen mit der herkömmlichen Rotorbauweise reduziert werden.In order to solve this problem, the present invention provides a rotor of the type mentioned at the outset, which is characterized in that the permanent magnets are arranged in pairs in a V-shape. Thanks to such a V magnet arrangement, in which the north and south poles are divided in the middle and the permanent magnets are set at a defined angle, the individual losses of the permanent magnets are, if the magnet dimensions of a conventional rotor design in width and height are taken over in total, lower than with the conventional rotor design. This avoids a physically conditioned critical magnet width in the manufacture of the permanent magnets. Since the total volume of the magnets remains the same, it is only divided, it is always guaranteed that you are moving in non-critical areas in terms of production technology. On the other hand, with an increase in the performance of a rotor that is constructed according to the conventional rotor design, there would be the risk of a significantly increased reject rate in the production of the permanent magnets. Furthermore, the V-arrangement ensures improved cooling of the magnets compared to the conventional rotor design in that they are cooled more evenly over the entire volume of the rotor element. It is thus possible to use less expensive magnet material due to lower temperature levels. Alternatively, the rotor can be used at higher temperatures. Due to the increase in the magnetic flux and the overall higher thermal utilization, 15% of the total length of the rotor element that guides the magnetic field can also be saved. This leads to significant cost and weight savings compared to the conventional rotor design. In other words, this also means that compared to the conventional rotor design, a higher torque can be generated with the same construction volume. This increases the torque density by 15%. This enables a whole new level of flexibility in terms of rotor design. At the same time, the overall yoke height can be reduced compared to the conventional rotor design.

Bevorzugt ist jeweils mittig zwischen zwei eine V-Anordnung bildenden gleichpoligen Permanentmagneten eine sich in Axialrichtung erstreckende, insbesondere mit einem Vergussmaterial gefüllte Durchgangsöffnung ausgebildet, die insbesondere einen dreieckigen Querschnitt aufweist. Derartige Durchgangsöffnungen führen vorteilhaft zu einer weiteren Flusskonzentration.Preferably, a through-opening which extends in the axial direction and is in particular filled with a casting material is formed centrally between two permanent magnets of the same polarity forming a V-arrangement, which through-opening has in particular a triangular cross-section. Such through openings advantageously lead to a further concentration of flux.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Rotorelement eine Vielzahl von Teilblechpaketen auf, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt und in Axialrichtung in Reihen angeordnet sind, wobei jedes Teilblechpaket bevorzugt zumindest zwei Permanentmagneten, insbesondere zumindest vier Permanentmagneten aufweist, die in Umfangsrichtung unter Ausbildung V-förmiger Anordnungen benachbart zueinander angeordnet sind.According to one embodiment of the present invention, the rotor element has a multiplicity of partial laminated cores, which are distributed uniformly in the circumferential direction and arranged in rows in the axial direction, with each partial laminated core before preferably has at least two permanent magnets, in particular at least four permanent magnets, which are arranged adjacent to one another in the circumferential direction, forming V-shaped arrangements.

Bevorzugt weist jedes Teilblechpaket eine Vielzahl aufeinander geschichteter Elektrobleche sowie zwei amagnetische Endplatten auf, die mechanisch miteinander verspannt sind, wobei die Permanentmagnete in durch in den Elektroblechen vorgesehene Aussparungen ausgebildete Aufnahmeräume eingeschoben und in diesen mit einem Vergussmaterial fixiert sind.Each partial laminated core preferably has a large number of stacked electrical laminations and two non-magnetic end plates which are mechanically braced with one another, the permanent magnets being pushed into receiving spaces formed by recesses provided in the electrical laminations and fixed in them with a casting material.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die zueinander weisenden freien Enden zweier eine V-Anordnung bildende Aufnahmeräume über einen isolierten Hohlraum miteinander verbunden, durch den bevorzugt auch ein Spannbolzen geführt ist. Damit entfällt die bei der herkömmlichen Rotorbauweise erforderliche gesonderte Isolation des Spannbolzens während der Fertigung, da dieser nun direkt beim Vergießen der Permanentmagneten isoliert wird. Entsprechend wird ein Arbeitsschritt eingespart.According to one embodiment of the present invention, the mutually facing free ends of two receiving spaces forming a V-arrangement are connected to one another via an insulated hollow space, through which a clamping bolt is preferably also guided. This eliminates the need for separate insulation of the clamping bolt during production, which is required with the conventional rotor design, since this is now insulated directly when the permanent magnets are cast. One work step is saved accordingly.

Jedes Teilblechpaket ist vorteilhaft unter Ausbildung einer schwalbenschwanzartigen Verbindung formschlüssig in Axialrichtung auf die Welle aufgeschoben, axial federnd an dieser gesichert und radial auswärts federnd vorgespannt. Auf diese Weise lassen sich die Teilblechpakete einfach an der Welle montieren, wobei im montierten Zustand ein axiales und radiales Bewegungsspiel zwischen den Teilblechpaketen und der Welle sichergestellt ist, wodurch beispielsweise thermische Längenänderungen und/oder Fertigungstoleranzen kompensiert werden können.Each laminated core assembly is advantageously slid in a form-fitting manner onto the shaft in the axial direction, forming a dovetail-like connection, secured to the shaft in an axially resilient manner and prestressed in a resilient manner radially outwards. In this way, the partial laminated cores can be easily mounted on the shaft, with axial and radial movement play between the partial laminated cores and the shaft being ensured in the assembled state, as a result of which, for example, thermal changes in length and/or manufacturing tolerances can be compensated.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind Abdeckplatten vorgesehen, die unter Ausbildung einer schwalbenschwanzartigen Verbindung formschlüssig in Axialrichtung auf die Welle aufgeschoben sind, an einem axialen äußeren Teilblechpaket anliegen und an über sich axial an der Welle fixierten Anschlägen abstützende Federn gegen das entsprechende Teilblechpaket gedrückt werden. Dank eines solchen Aufbaus wird eine einfache axiale federnde Sicherung der Teilblechpakete realisiert. Bei den Anschlägen kann es sich beispielsweise um ringsegmentartig geformte Plattenelemente handeln, die in eine am Außenumfang des Rotors ausgebildete Umfangsnut eingesetzt sind. Die einzelnen Anschläge sind vorteilhaft unter Ausbildung eines geschlossenen Rings miteinander verbunden, um die Dauerfestigkeit bei Schwingungsbeanspruchung zu verbessern. Die Verbindung der Anschläge kann beispielsweise über Schraub- oder Nietverbindungen erfolgen.According to one embodiment of the present invention, cover plates are provided which, forming a dovetail-like connection, are pushed onto the shaft in a form-fitting manner in the axial direction, rest against an axial outer partial laminated core and are pressed against the corresponding partial laminated core by means of springs supporting stops axially fixed to the shaft. Thanks to such a structure, a simple axial resilient securing of the partial laminated cores is realized. The stops can be, for example, plate elements shaped like ring segments, which are inserted into a circumferential groove formed on the outer circumference of the rotor. The individual stops are advantageously connected to one another to form a closed ring in order to improve the fatigue strength under vibration stress. The stops can be connected, for example, via screw or rivet connections.

Bei den Federn kann es sich beispielsweise um Schraubenfedern handeln, die auf auswärts von den Abdeckplatten vorstehende, in an den Anschlägen vorgesehene Aufnahmeöffnungen eingreifende Führungszapfen aufgeschoben sind. Auf diese Weise wird ein einfacher Aufbau erzielt.The springs can be helical springs, for example, which are pushed onto guide pins that protrude outwards from the cover plates and engage in receiving openings provided on the stops. In this way a simple construction is achieved.

Vorteilhaft ist jeder Führungszapfen hohl ausgebildet oder wird durch zwei im Querschnitt halbkreisförmige Rohrstücke gebildet, die seitlich an benachbart zueinander angeordneten Abdeckplatten ausgebildet sind, wobei die Teilblechpakete und die Endplatten mit Kühlkanalaussparungen versehen sind, die in Axialrichtung fluchtend zu den Führungszapfen positioniert sind. Somit kann über die Führungszapfen Kühlluft in die Kühlkanalaussparungen eingeleitet oder aus diesen hinausgeleitet werden. Durch das Vorsehen von Kühlkanälen wird insgesamt der Wirkungsgrad verbessert.Advantageously, each guide pin is hollow or is formed by two tubular pieces with a semicircular cross-section, which are formed laterally on cover plates arranged adjacent to one another, the partial laminated cores and the end plates being provided with cooling channel recesses which are positioned in the axial direction in alignment with the guide pins. Thus, via the guide pins, cooling air can be introduced into the cooling channel recesses or routed out of them. The overall efficiency is improved by the provision of cooling channels.

Zur Realisierung der radialen Vorspannung der Teilblechpakete sind gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an dem Außenumfang der Welle sich radial einwärts erstreckende Sacklöcher vorgesehen, in die Federelemente eingesetzt sind, die direkt oder indirekt über Druckbolzen radial auswärts gegen Spannkeile drücken, die wiederum gegen ein zugeordnetes Teilblechpaket drücken, wobei die Spannkeile bevorzugt axial in Spannkeilaufnahmenuten, die in den Teilblechpaketen ausgebildet sind, eingeschoben und in diesen vorteilhaft axial geführt sind. Vorteilhaft ist jedes Teilblechpaket mit einer einzelnen, mittig angeordneten Spannkeilaufnahmenut versehen, wodurch ein einfacher und preiswert herzustellender Aufbau erzielt wird.To realize the radial prestressing of the partial laminated cores, according to one embodiment of the present invention, blind holes extending radially inward are provided on the outer circumference of the shaft, into which spring elements are inserted, which press radially outwards directly or via pressure bolts against clamping wedges, which in turn press against an associated partial laminated core press, wherein the clamping wedges are preferably axially inserted into clamping wedge receiving grooves, which are formed in the partial laminated cores, and are advantageously guided axially in these. Each partial laminated core is advantageously provided with a single, centrally arranged clamping wedge receiving groove, as a result of which a simple structure that is inexpensive to produce is achieved.

Vorteilhaft sind im Bereich der Anschläge Umlenkbleche angeordnet, die derart positioniert sind, dass sie einen Radialventilator bilden, wobei die Umlenkbleche bevorzugt zumindest teilweise mit den Anschlägen verbunden sind.Baffles are advantageously arranged in the area of the stops, which are positioned in such a way that they form a radial fan, the baffles preferably being at least partially connected to the stops.

Bevorzugt ist jedes Teilblechpaket zumindest umfänglich, insbesondere allseitig mit einer metallischen Schicht beschichtet, wobei die metallische Schicht das Teilblechpaket bevorzugt vollständig bedeckt. Dank einer solchen metallischen Beschichtung wird die Wärmeabgabe der Teilblechpakete nach außen deutlich verbessert, was zu einer Verringerung der maximalen Temperatur der Teilblechpakete während des Rotorbetriebs führt. Aufgrund des geringeren Temperaturniveaus können deutlich preiswertere Permanentmagnete einer geringeren Temperaturklasse eingesetzt werden. Alternativ lässt sich der Rotor bei höheren Temperaturen einsetzen, wenn die Temperaturklasse des Magnetmaterials nicht verändert wird.Each partial laminated core is preferably coated at least circumferentially, in particular on all sides, with a metallic layer, the metallic layer preferably covering the partial laminated core completely. Thanks to such a metallic coating, the heat dissipation of the partial laminated cores to the outside is significantly improved, which leads to a reduction in the maximum temperature of the partial laminated cores during rotor operation. Due to the lower temperature level, significantly cheaper permanent magnets in a lower temperature class can be used. Alternatively, the rotor can be used at higher temperatures if the temperature class of the magnet material is not changed.

Vorteilhaft handelt es sich bei der metallischen Schicht um eine korrosionsbeständige Schicht, insbesondere um eine auf Zink basierende metallische Schicht. Damit kann neben einer verbesserten Wärmeabfuhr gleichzeitig ein Korrosionsschutz für die Teilblechpakete bereitgestellt werden.The metallic layer is advantageously a corrosion-resistant layer, in particular a zinc-based metallic layer. In this way, in addition to improved heat dissipation, protection against corrosion for the partial laminated cores can be provided at the same time.

Bevorzugt weist jedes Teilblechpaket an seiner radial äußeren Fläche eine harzbasierte Beschichtung auf, insbesondere eine auf Epoxidharz basierende Beschichtung, die bevorzugt unmittelbar auf die metallische Schicht aufgetragen ist. Eine solche harzbasierte Beschichtung dient als Isolationsschicht.Each partial laminated core preferably has a resin-based coating on its radially outer surface, in particular a coating based on epoxy resin, which is preferably applied directly to the metallic layer. Such a resin-based coating serves as an insulating layer.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist jedes Teilblechpaket axial auf die Welle aufgeschoben und an seiner radial inneren Fläche zumindest in denjenigen Bereichen, die in unmittelbarem Kontakt mit der Welle stehen, mit einer Gleitbeschichtung versehen. Eine solche Gleitbeschichtung erleichtert zum einen die Montage der Teilblechpakete während des Aufschiebens auf den Rotor. Zum anderen schützt die Gleitbeschichtung die darunter angeordnete metallische Schicht während der Montage der Teilblechpakete.According to one embodiment of the present invention, each partial laminated core is pushed axially onto the shaft and is provided with an anti-friction coating on its radially inner surface, at least in those areas that are in direct contact with the shaft. On the one hand, such a sliding coating facilitates the assembly of the partial laminated cores while being pushed onto the rotor. On the other hand, the anti-friction coating protects the metallic layer underneath during the assembly of the partial laminated cores.

Vorteilhaft weist jedes Teilblechpaket sich axial durch das Teilblechpaket hindurch erstreckende Kühlkanäle auf. Diese sind insbesondere derart positioniert, dass sie außerhalb des durch die Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes gelegen sind, also derart, dass sie keine Einschnürung der Magnetfeldlinien verursachen. Durch die Kühlkanäle kann ein Kühlmedium geleitet werden, beispielsweise Kühlluft, um auf diese Weise die Betriebstemperatur weiter herabzusetzen, was mit den zuvor bereits beschriebenen Vorteilen einhergeht.Each partial laminated core advantageously has cooling ducts which extend axially through the partial laminated core. In particular, these are positioned in such a way that they are located outside of the magnetic field generated by the permanent magnets, ie in such a way that they do not cause the magnetic field lines to become constricted. A cooling medium, for example cooling air, can be conducted through the cooling channels in order in this way to further reduce the operating temperature, which is accompanied by the advantages already described above.

Bevorzugt weist zumindest ein Kühlkanal ein in diesen eingesetztes Turbulatorelement auf. Derartige Turbulatorelemente bewirken eine merkliche Verbesserung der Kühlleistung durch Verwirbelung des Kühlmediums. Das Turbulatorelement kann beispielsweise eine Spiralform aufweisen, die dem durch den Kühlkanal strömenden Kühlmedium einen Drall verleiht. So kann das Turbulatorelement als spiralförmig gebogener Blechstreifen ausgebildet sein, um nur ein Beispiel zu nennen. Bevorzugt ist das Turbulatorelement als separates Bauteil hergestellt, so dass es bedarfsgerecht in den Kühlkanal eingeschoben oder alternativ auch weggelassen werden kann. Eine Fixierung des Turbulatorelementes innerhalb des Kühlkanals ist nicht zwingend erforderlich.At least one cooling channel preferably has a turbulator element inserted into it. Such turbulator elements bring about a noticeable improvement in the cooling performance by swirling the cooling medium. The turbulator element can have a spiral shape, for example, which imparts a twist to the cooling medium flowing through the cooling channel. The turbulator element can be designed as a sheet metal strip bent in a spiral shape, to name just one example. The turbulator element is preferably produced as a separate component, so that it can be inserted into the cooling channel as required or, alternatively, can also be omitted. A fixation of the turbulator element within the cooling channel is not absolutely necessary.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind Kühlkanäle vorgesehen, die von zwei benachbart angeordneten Teilblechpaketen gemeinsam gebildet werden. Auf diese Weise kann die zur Verfügung stehende Fläche der Elektrobleche optimal ausgenutzt werden.According to one embodiment of the present invention, cooling channels are provided, which are formed jointly by two adjacently arranged partial laminated cores. In this way, the available surface area of the electrical steel sheets can be optimally utilized.

Vorteilhaft sind Wandbereiche zumindest einiger Kühlkanäle mit einer Strukturierung versehen sind, insbesondere mit einer wellenartigen Strukturierung, durch welche die Oberfläche der Wandbereiche gegenüber glatten Wandbereichen vergrößert und damit die Kühlleistung verbessert wird.Wall areas of at least some cooling channels are advantageously provided with a structure, in particular with a wave-like structure, through which the surface of the wall areas is enlarged compared to smooth wall areas and the cooling capacity is thus improved.

Bevorzugt ist die Oberfläche der Welle zur Vergrößerung der Oberfläche mit einer Vielzahl von Rillen versehen, womit ebenfalls eine erhöhte Kühlleistung einhergeht.The surface of the shaft is preferably provided with a large number of grooves to increase the surface area, which is also associated with an increased cooling capacity.

Ferner schafft die vorliegende Erfindung zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe eine elektrische rotierende Maschine, mit mindestens einem erfindungsgemäßen Rotor.Furthermore, the present invention creates an electrical rotating machine for solving the task mentioned at the outset, with at least one rotor according to the invention.

Zudem schafft die vorliegende Erfindung einen Gondelantrieb mit zumindest einer erfindungsgemäßen elektrischen rotierenden Maschine.In addition, the present invention creates a nacelle drive with at least one electric rotating machine according to the invention.

Darüber hinaus schafft die vorliegende Erfindung ein Wasserfahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Gondelantrieb.In addition, the present invention creates a watercraft with at least one gondola drive according to the invention.

Schließlich schafft die vorliegende Erfindung ein Wasserfahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Gondelantrieb.Finally, the present invention creates a watercraft with at least one gondola drive according to the invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

1 eine perspektivische Ansicht eines Rotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht eines Teilblechpakets des in 1 gezeigten Rotors;
3 eine Vorderansicht des in 2 gezeigten Teilblechpakets;
4 eine Rückansicht des in 2 gezeigten Teilblechpakets;
5 eine Vorderansicht analog zu 4, bei der eine Abdeckplatte abgenommen ist;
6 eine Vorderansicht eines Ausschnitts des in 1 gezeigten Rotors;
7 eine perspektivische Ansicht des in 6 gezeigten Ausschnitts;
8 eine perspektivische Längsschnittansicht eines Ausschnitts des in 1 gezeigten Rotors;
9 eine perspektivische Längsschnittansicht eines Ausschnitts einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors;
10 eine Vorderansicht eines Ausschnitts des in 1 gezeigten Rotors, der an seiner vorderen Stirnseite mit einem Radialventilator ausgeführt ist;
11 eine perspektivische Teilansicht des Rotors im Bereich des Radialventilators
12 eine Vorderansicht eines Teilblechpakets gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 eine perspektivische Ansicht eines Turbulators;
14 eine perspektivische Ansicht des in 12 gezeigten Teilblechpakets;
15 eine Längsschnittansicht eines Teilbereiches einer Welle gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
16 eine schematische Seitenansicht eines Wasserfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das eine elektrische rotierende Maschine mit einem in 1 gezeigten Rotor aufweist.

Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings. inside is

1 a perspective view of a rotor according to an embodiment of the present invention;
2 a perspective view of a partial laminated core of the in 1 shown rotor;
3 a front view of the in 2 partial laminated core shown;
4 a rear view of the in 2 partial laminated core shown;
5 a front view analogous to 4 , in which a cover plate is removed;
6 a front view of a section of the in 1 shown rotor;
7 a perspective view of the in 6 shown section;
8th a perspective longitudinal sectional view of a section of the in 1 shown rotor;
9 a perspective longitudinal sectional view of a detail of an alternative embodiment of a rotor according to the invention;
10 a front view of a section of the in 1 shown rotor, which is designed at its front end with a radial fan;
11 a perspective partial view of the rotor in the area of the radial fan
12 a front view of a partial laminated core according to a second embodiment of the present invention;
13 a perspective view of a turbulator;
14 a perspective view of the in 12 partial laminated core shown;
15 a longitudinal sectional view of a portion of a shaft according to a second embodiment of the present invention; and
16 a schematic side view of a watercraft according to an embodiment of the present invention, having an electric rotating machine with an in 1 rotor shown.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rotors 1 einer elektrischen rotierenden Maschine, der um eine Rotationsachse 2 drehbar ist. Die Rotationsachse 2 definiert eine Axialrichtung A und eine Umfangsrichtung U. Der Rotor 1 umfasst ein magnetfeldführendes Rotorelement 3, das am Außenumfang einer vorliegend hohl ausgebildeten Welle 4 befestigt ist. Das Rotorelement 3 umfasst eine Vielzahl von Teilblechpaketen 5 und weist einen Außendurchmesser von bevorzugt zumindest einem Meter auf. Die Teilblechpakete 5 sind in Umfangsrichtung U gleichmäßig verteilt und in Axialrichtung A vorliegend in vier Reihen angeordnet. Jedes Teilblechpaket 5 umfasst eine Vielzahl von Elektroblechen 6 zur Unterdrückung von Wirbelströmen, welche in Axialrichtung A aufgeschichtet und stirnseitig mit amagnetischen Endplatten 7 und 8 versehen sind. Die Elektrobleche 6 und die Endplatten 7 und 8 eines Teilblechpaketes 5 sind in Axialrichtung A mechanisch miteinander verspannt, vorliegend jeweils unter Verwendung zweier Spannbolzen 9. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die identisch ausgebildeten Elektrobleche 6 jeweils mit vier im Wesentlichen rechteckigen Aussparungen 10 versehen, die gemeinsam vier quaderförmige Aufnahmeräume 11 bilden, in die Permanentmagnete 12 axial eingesetzt sind, wie es am besten in 5 zu erkennen ist. Die Aufnahmeräume 11 bzw. die Permanentmagnete 12 sind dabei jeweils paarweise V-förmig angeordnet, wobei die Spitze jeder V-Anordnung radial einwärts weist. Somit sind jeweils der Nord- und der Südpol in der Mitte aufgeteilt und V-förmig mit einem definierten Winkel angestellt. Die zueinander weisenden freien Enden zweier eine V-förmige Anordnung bildenden Aufnahmeräume 11 sind jeweils über einen axial durchgängigen Hohlraum 13 miteinander verbunden, durch den auch jeweils einer der Spannbolzen 9 geführt ist. Die Zwischenräume zwischen den Permanentmagneten 12, den Spannbolzen 9 und den Elektroblechen 6 sind mit einem Vergussmaterial, wie beispielsweise Epoxidharz, vergossen, um die Permanentmagnete 12 sowie die Spannbolzen 9 zu fixieren. Die Permanentmagnete 12 sind beispielsweise aus Samarium-Kobalt, Neodym-Samarium-Kobalt, Aluminium-Nickel-Kobalt, Neodym-Eisen-Bor, Samarium-Eisen-Nickel oder aus einer Mischung mindestens zwei der Werkstoffe hergestellt. Jeweils mittig zwischen zwei eine V-förmige Anordnung bildenden gleichpoligen Permanentmagneten 12 ist zur Verbesserung des Magnetflusses eine sich in Axialrichtung A erstreckende, ebenfalls mit Vergussmaterial gefüllte Durchgangsöffnung 14 ausgebildet, die vorliegend einen dreieckigen Querschnitt aufweist, wobei eine der Ecken radial einwärts weist. Jedes Teilblechpaket 5 ist unter Ausbildung einer schwalbenschwanzartigen Verbindung, wie es in Zusammenschau der 3, 4 und 7 zu erkennen ist, formschlüssig in Axialrichtung A auf die Welle 4 aufgeschoben, axial federnd an dieser gesichert und radial auswärts federnd vorgespannt. Hierzu sind die Elektrobleche 6 ebenso wie die Endplatten 7 und 8 an ihren in Umfangsrichtung U äußeren Endbereichen mit radial einwärts vorstehenden Haltevorsprüngen 15 versehen, die im montierten Zustand formschlüssig um radial auswärts vorstehende, schwalbenschwanzartig ausgebildete Rotorvorsprünge 16 greifen, wodurch die formschlüssige Verbindung erzielt wird. Zur Erzeugung der radialen Vorspannung der auf die Welle 4 aufgeschobenen Teilblechpakete 5 sind am Außenumfang der Welle 4, wie in den 8 und 9 gezeigt, jeweils im Bereich der Rotorvorsprünge 16 axial in Reihe angeordnete, sich radial einwärts erstreckende Sacklöcher 17 vorgesehen, in die Federelemente 18 eingesetzt sind, die direkt oder indirekt über Druckbolzen 19 radial auswärts gegen Spannkeile 20 drücken, die in mittig an der radialen Innenseite jedes Teilblechpakets 5 ausgebildete Spannkeilaufnahmenuten 21 axial eingeschoben und in diesen geführt sind. Entsprechend wird der von den Federelementen 18 ausgeübte Druck über die Spannkeile 20 auf das jeweilige Teilblechpaket 5 übertragen, wodurch eine radiale vorgespannte Positionierung der Teilblechpakete 5 erzielt wird. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der in den Sacklöchern Federelemente 18 in Form von Schraubenfedern eingesetzt sind, die von unten direkt gegen den jeweiligen Spannkeil 20 drücken. 9 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der Federelemente 18 in Form von Tellerfedern in jedem der Sacklöcher 17 angeordnet sind, die von unten gegen einen ebenfalls in jedem Sackloch 17 positionierten Druckbolzen 19 drücken, der über eine in das Sackloch 17 geschraubte Verliersicherung 22 im Sackloch 17 radial beweglich fixiert ist. Entsprechend drücken die Federelemente 18 indirekt über die Druckbolzen 19 von unten gegen die zugeordneten Spannkeile 20. Die axiale federnde Sicherung der Teilblechpakete 5 an der Welle 4 wird gemäß den 6 und 7 über Abdeckplatten 23 aus nichtleitendem Material realisiert, die analog zu den Teilblechpaketen 5 unter Ausbildung einer schwalbenschwanzartigen Verbindung formschlüssig in Axialrichtung A auf die Welle 4 aufgeschoben sind, an einem axial äußeren Teilblechpaket 5 anliegen und über sich an axial an der Welle 4 fixierten Anschlägen 24 abstützende Federn 25 gegen das entsprechende Teilblechpaket 5 gedrückt werden. Bei den Federn 25 handelt es sich bei der vorliegenden Ausführungsform um Schraubenfedern, die auf auswärts von den Abdeckplatten 23 vorstehende, in an den Anschlägen 24 vorgesehene Aufnahmeöffnungen 26 eingreifende Führungszapfen 27 aufgeschoben sind. Die Führungszapfen 27 sind durch zwei im Querschnitt halbkreisförmige Rohrstücke 28 gebildet, die an seitlich benachbart zueinander angeordneten Abdeckplatten 23 ausgebildet sind. Bei den Anschlägen 24 handelt es sich vorliegend um ringsegmentartig geformte Plattenelemente, die am Außenumfang der Welle 4 fixiert sind, beispielsweise in eine am Außenumfang der Welle 4 vorgesehene Umfangsnut eingesetzt und mit der Welle 4 verschraubt sind. Die einzelnen Anschläge 24 können unter Ausbildung eines geschlossenen Rings miteinander verbunden sein. Die Verbindung der Anschläge 24 kann beispielsweise über Schraub- oder Nietverbindungen erfolgen. Die Elektrobleche 6 und die Endplatten 7, 8 sind seitlich mit vorliegend dreieckigen Kühlkanalaussparungen 29 versehen, die in Axialrichtung A fluchtend zu den Führungszapfen 27 positioniert sind, wobei die Kühlkanalaussparungen 29 benachbarter Teilblechpakete 5 gemeinsam einen rautenförmigen Kühlkanal 50 bilden, bei dem die oberen Ecken unmittelbar außerhalb des durch die Permanentmagneten 12 erzeugten Magnetfeldes angeordnet sind, so dass sie keine Einschnürung der Magnetfeldlinien bewirken. Weitere nutenförmige Kühlkanäle 30 sind vorliegend an der radialen Innenseite der Elektrobleche 6 zwischen den Haltevorsprüngen 15 eingebracht, siehe die 3 bis 5. Noch ein weiterer Kühlkanal 43 mit vorliegend dreieckigem Querschnitt, der ebenfalls außerhalb des Magnetfelds positioniert ist, ist oberhalb des Spannkeils 20 vorgesehen, siehe hierzu 6. Eine der Endplatten 7 weist, wie es in 4 am besten gezeigt ist, eine der Kontur der Elektrobleche 6 entsprechende Kontur ohne die Aussparungen 10 für die Permanentmagnete 12 auf. Sie bildet durch ihre Form einen dichten Deckel während der Einbringung des Vergussmaterials. Auch die Kontur der anderen Endplatte 8 entspricht im Wesentlichen der Kontur der Elektrobleche 6, siehe 3. Diese Endplatte 8 ist an der radial äußeren Seite jedoch mittig und an den äußeren Enden mit als Einfüllöffnungen für das Vergussmaterial dienende Ausnehmungen 31 versehen. Ferner weist auch sie keine Aussparungen 10 für die Permanentmagnete 12 auf. Zudem sind Hohlräume 32, durch die Spannbolzen 9 geführt sind, größer als die entsprechenden Hohlräume 13 der Elektrobleche 6, so dass diese ebenfalls Einfüllöffnungen bilden. Zudem sind an der radial äußeren Seite der Endplatte 8 Langnuten 33 eingebracht, in die nicht näher dargestellte Montagevorrichtungen eingreifen können, die während des Einschiebens der Permanentmagnete 12 in die Aufnahmeräume 11 eingesetzt werden. 1 shows a perspective view of a rotor 1 of an electric rotating machine, which is rotatable about an axis of rotation 2 . The axis of rotation 2 defines an axial direction A and a circumferential direction U. The rotor 1 comprises a rotor element 3 which conducts a magnetic field and which is fastened to the outer circumference of a shaft 4 which is designed to be hollow in this case. The rotor element 3 comprises a multiplicity of partial laminated cores 5 and has an outer diameter of preferably at least one meter. The partial laminated cores 5 are distributed uniformly in the circumferential direction U and are arranged in four rows in the axial direction A in the present case. Each partial laminated core 5 comprises a multiplicity of electrical laminations 6 for suppressing eddy currents, which are stacked in the axial direction A and are provided with non-magnetic end plates 7 and 8 on the face side. The electrical steel sheets 6 and the end plates 7 and 8 of a partial laminated core 5 are mechanically clamped together in the axial direction A, in this case using two clamping bolts 9. In the illustrated embodiment, the identically designed electrical steel sheets 6 are each provided with four essentially rectangular recesses 10, which together form four cuboid receiving spaces 11, in which permanent magnets 12 are inserted axially, as best shown in 5 can be seen. The receiving spaces 11 or the permanent magnets 12 are arranged in pairs in a V-shape, with the tip of each V-arrangement pointing radially inwards. Thus, the north and south poles are divided in the middle and set in a V-shape with a defined angle. The mutually facing free ends of two receiving spaces 11 forming a V-shaped arrangement are each connected to one another via an axially continuous hollow space 13 through which one of the clamping bolts 9 is guided. The gaps between the permanent magnets 12, the clamping bolts 9 and the electrical laminations 6 are cast with a casting material, such as epoxy resin, in order to fix the permanent magnets 12 and the clamping bolts 9 in place. The permanent magnets 12 are made, for example, from samarium-cobalt, neodymium-samarium-cobalt, aluminum-nickel-cobalt, neodymium-iron-boron, samarium-iron-nickel or from a mixture of at least two of the materials. In order to improve the magnetic flux, a through-opening 14 extending in the axial direction A and also filled with casting material is formed centrally between two permanent magnets 12 of the same polarity forming a V-shaped arrangement. Each partial laminated core 5 is forming a dovetail-like connection, as shown in synopsis 3 , 4 and 7 can be seen, positively pushed in the axial direction A onto the shaft 4, axially resiliently secured to this and radially outwardly resiliently biased. For this purpose, the electrical lamination sheets 6, like the end plates 7 and 8, are provided on their outer end regions in the circumferential direction U with holding projections 15 which protrude radially inwards and which, in the assembled state, engage in a form-fitting manner around the dovetail-like rotor projections 16 which protrude radially outwards, as a result of which the form-fitting connection is achieved. To generate the radial bias of the pushed onto the shaft 4 partial laminated cores 5 are on the outer circumference of the shaft 4, as in the 8th and 9 shown, each in the region of the rotor projections 16 arranged axially in a row, radially inwardly extending blind holes 17 are provided, in which spring elements 18 are inserted, which press directly or indirectly via pressure bolts 19 radially outwards against clamping wedges 20, which are centered on the radial inside of each Partial laminated core 5 formed clamping wedge receiving grooves 21 are axially inserted and guided in them. Correspondingly, the pressure exerted by the spring elements 18 is transmitted via the clamping wedges 20 to the respective partial laminated core 5, as a result of which a radially prestressed positioning of the partial laminated core 5 is achieved. 8th shows an embodiment in which spring elements 18 in the form of helical springs are inserted in the blind holes, which press directly against the respective clamping wedge 20 from below. 9 shows another embodiment, in which spring elements 18 in the form of plate springs are arranged in each of the blind holes 17, which are also in each blind hole 17 press positioned pressure pin 19, which is fixed radially movable in the blind hole 17 via a screwed into the blind hole 17 captive device 22. Correspondingly, the spring elements 18 press indirectly via the pressure bolts 19 from below against the associated clamping wedges 20 6 and 7 realized via cover plates 23 made of non-conductive material, which, like the partial laminated cores 5, are pushed positively onto the shaft 4 in the axial direction A, forming a dovetail-like connection, rest against an axially outer partial laminated core 5 and are supported by stops 24 fixed axially on the shaft 4 Springs 25 are pressed against the corresponding partial laminated core 5. In the present embodiment, the springs 25 are helical springs which are pushed onto guide pins 27 which protrude outwards from the cover plates 23 and engage in receiving openings 26 provided on the stops 24 . The guide pins 27 are formed by two tubular pieces 28 with a semicircular cross section, which are formed on cover plates 23 arranged laterally adjacent to one another. In the present case, the stops 24 are plate elements shaped like ring segments, which are fixed to the outer circumference of the shaft 4 , for example inserted into a circumferential groove provided on the outer circumference of the shaft 4 and screwed to the shaft 4 . The individual stops 24 can be connected to one another to form a closed ring. The stops 24 can be connected, for example, via screw or rivet connections. The electrical steel sheets 6 and the end plates 7, 8 are provided laterally with cooling channel recesses 29, which are triangular in the present case, which are positioned in alignment with the guide pins 27 in the axial direction A, the cooling channel recesses 29 of adjacent partial laminated cores 5 together forming a diamond-shaped cooling channel 50, in which the upper corners are directly are arranged outside of the magnetic field generated by the permanent magnets 12, so that they do not cause constriction of the magnetic field lines. In the present case, further groove-shaped cooling channels 30 are introduced on the radial inside of the electrical laminations 6 between the holding projections 15, see FIG 3 until 5 . Yet another cooling channel 43 with a triangular cross-section in the present case, which is also positioned outside of the magnetic field, is provided above the clamping wedge 20, see here 6 . One of the end plates 7 has, as shown in 4 is best shown, a contour corresponding to the contour of the electrical laminations 6 without the recesses 10 for the permanent magnets 12 . Due to its shape, it forms a tight cover during the introduction of the casting material. The contour of the other end plate 8 essentially corresponds to the contour of the electrical steel sheets 6, see FIG 3 . However, this end plate 8 is provided with recesses 31 serving as filling openings for the casting material in the center on the radially outer side and at the outer ends. Furthermore, it also has no recesses 10 for the permanent magnets 12 . In addition, cavities 32 through which the clamping bolts 9 are guided are larger than the corresponding cavities 13 in the electrical steel sheets 6, so that these also form filling openings. In addition, on the radially outer side of the end plate 8 , long grooves 33 are introduced, into which assembly devices (not shown in detail) can engage, which are used during the insertion of the permanent magnets 12 into the receiving spaces 11 .

Die 10 und 11 zeigen eine Variante des in 1 gezeigten Rotors, bei der im Bereich der Anschläge 24 Umlenkbleche 34 angeordnet sind, die derart positioniert sind, dass sie einen Radialventilator 35 bilden. Die Umlenkbleche 34 können mit den Anschlägen 24 beispielsweise eine Schweißkonstruktion oder Montageeinheiten bilden.The 10 and 11 show a variant of the in 1 shown rotor, in which in the area of the stops 24 baffles 34 are arranged, which are positioned such that they form a radial fan 35. The deflection plates 34 can form a welded construction or assembly units with the stops 24, for example.

Der zuvor beschriebene Rotor 1 zeichnet sich dadurch aus, dass Dank der V-Magnetanordnung, bei der jeweils der Nord- und Südpol in der Mitte aufgeteilt und die Permanentmagnete 12 in einem definierten Winkel angestellt sind, die Einzelverluste der Permanentmagnete 12 sehr gering sind. Damit wird eine physikalisch bedingte kritische Magnetbreite bei der Herstellung der Permanentmagneten 12 vermieden. Weiterhin ist durch die V-Anordnung eine sehr gute Kühlung der Permanentmagnete 12 in der Form gewährleistet, dass diese gleichmäßiger über das Gesamtvolumen des magnetfeldführenden Rotorelements 3 gekühlt werden. Somit ist es möglich, kostengünstiges Magnetmaterial infolge geringer Temperaturniveaus zu verwenden. Alternativ lässt sich der Rotor 1 bei höheren Temperaturen einsetzen. Zudem wird Dank der Kühlkanäle 30, 47, 50, durch die während des Betriebs Kühlluft geleitet wird, entstehende Wärme gut abgeführt. Auch dies trägt dazu bei, kostengünstiges Magnetmaterial infolge geringer Temperaturniveaus verwenden zu können. Alternativ lässt sich der Rotor 1 bei höheren Temperaturen einsetzen. Durch den hohen magnetischen Fluss und die insgesamt hohe thermische Ausnutzung kann das magnetfeldführende Rotorelement 3 vergleichsweise kurz ausgebildet werden. Dies führt zu geringen Kosten. Bei längerer Ausbildung kann ein entsprechend hohes Moment erzielt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Spannbolzen 9 nicht separat isoliert werden müssen, da diese direkt beim Verguss der Permanentmagnete isoliert werden. Auch werden bei der Herstellung des Rotors 1 nur vergleichsweise wenige Einzelteile und viele Standardteile eingesetzt, was ebenfalls zu einer Reduzierung der Kosten beiträgt. Dank der Tatsache, dass die Abdeckplatten aus nichtleitendem Material hergestellt sind, treten an dieser Stelle keine Verluste auf.The rotor 1 described above is characterized in that thanks to the V-magnet arrangement, in which the north and south poles are divided in the middle and the permanent magnets 12 are set at a defined angle, the individual losses of the permanent magnets 12 are very low. This avoids a physically conditioned critical magnet width in the manufacture of the permanent magnets 12 . Furthermore, the V-arrangement ensures very good cooling of the permanent magnets 12 in such a way that they are cooled more evenly over the entire volume of the rotor element 3 guiding the magnetic field. It is thus possible to use inexpensive magnet material due to low temperature levels. Alternatively, the rotor 1 can be used at higher temperatures. In addition, thanks to the cooling ducts 30, 47, 50, through which cooling air is conducted during operation, heat that is produced is dissipated well. This also contributes to being able to use inexpensive magnet material as a result of the low temperature levels. Alternatively, the rotor 1 can be used at higher temperatures. Due to the high magnetic flux and the overall high thermal utilization, the rotor element 3 guiding the magnetic field can be made comparatively short. This leads to low costs. With longer training, a correspondingly high moment can be achieved. A further advantage is that the clamping bolts 9 do not have to be insulated separately, since they are insulated directly when the permanent magnets are cast. Also, only comparatively few individual parts and many standard parts are used in the production of the rotor 1, which also contributes to a reduction in costs. Thanks to the fact that the cover plates are made of non-conductive material, no losses occur at this point.

12 zeigt ein Teilblechpaket 5 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dessen Aufbau in wesentlichen Zügen demjenigen der zuvor beschriebenen Teilblechpakete 5 entspricht, weshalb bezogen auf die identischen Merkmale auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird. Ein erster Unterschied besteht darin, dass anstelle der nutenförmigen Kühlkanäle 30 zur Unterseite hin offene, im Querschnitt betrachtet kreisrunde Kühlkanäle 47 vorgesehen sind, in die wahlweise in 13 dargestellte Turbulatorelemente 48 eingesetzt werden können, wie es in 14 gezeigt ist. Bei den Turbulatorelementen 48 handelt es sich vorliegend um spiralförmig gebogene Blechstreifen, die axial in die Kühlkanäle 47 eingeschoben sind. Derartige Turbulatorelemente 48 verbessern die Kühlung der Teilblechpakte 5. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Oberflächen der Kühlkanalaussparungen 29 und Kühlkanäle 30,43 wellenartig strukturiert sind, um Wärme aufgrund vergrößerter Oberfläche besser abführen zu können, was ebenfalls die Kühlwirkung optimiert. Noch ein weiterer Unterschied besteht darin, dass jedes Teilblechpaket 5, wie es in 12 lediglich schematisch durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, vorliegend allseitig mit einer metallischen Schicht 44 beschichtet ist, wobei die metallische Schicht 44 das Teilblechpaket bevorzugt vollständig bedeckt. Bei der metallischen Schicht 44 handelt es sich insbesondere um eine korrosionsbeständige Schicht, beispielsweise um eine auf Zink basierende metallische Schicht. Dank der metallischen Schicht 44 wird die Wärmeabfuhr optimiert und gleichzeitig ein effektiver Korrosionsschutz geschaffen. Ferner umfasst jedes Teilblechpaket 5 an seiner radial äußeren Fläche eine harz-, insbesondere epoxidharz-basierte Beschichtung 45, die schematisch durch eine Strich-Punkt-Linie repräsentiert und bevorzugt unmittelbar auf die metallische Schicht 44 aufgetragen ist. Zudem ist jedes Teilblechpaket 5 vorliegend zumindest in denjenigen Bereichen, die in unmittelbarem Kontakt mit der Welle 4 stehen, mit einer als durchgezogene Linie schematisch dargestellten Gleitbeschichtung 46 versehen, wodurch die Montage der Teilblechpakete 5 an der Welle 4 erleichtert wird. Ferner schützt die Gleitbeschichtung 46 die darunter angeordnete metallische Schicht 44 vor Beschädigungen. Es sollte klar sein, dass die metallische Schicht 44, die harzbasierte Beschichtung 45 und die Gleitbeschichtung 46 jeweils optional sind. 12 shows a partial laminated core 5 according to a second embodiment of the present invention, the structure of which essentially corresponds to that of the partial laminated cores 5 described above, which is why a new description is dispensed with in relation to the identical features. A first difference is that instead of the groove-shaped cooling ducts 30, cooling ducts 47 that are open towards the underside and are circular when viewed in cross-section are provided, into which, optionally, in 13 turbulator elements 48 shown can be used, as shown in 14 is shown. In the present case, the turbulator elements 48 are sheet metal strips which are bent in a spiral shape and are pushed axially into the cooling channels 47 . Such turbulator elements 48 improve the cooling of the sheet metal packages 5. Another difference is that the surfaces of the cooling channel recesses 29 and cooling channels 30,43 have a wavy structure in order to be able to better dissipate heat due to the increased surface area, which also optimizes the cooling effect. Yet another difference is that each laminated core 5, as shown in 12 is indicated only schematically by a dashed line, in the present case is coated on all sides with a metallic layer 44, the metallic layer 44 preferably covering the partial laminated core completely. The metallic layer 44 is in particular a corrosion-resistant layer, for example a metallic layer based on zinc. Thanks to the metallic layer 44, heat dissipation is optimized and at the same time effective protection against corrosion is created. Furthermore, each partial laminated core 5 comprises a resin-based, in particular epoxy resin-based coating 45 on its radially outer surface, which is represented schematically by a dash-dot line and is preferably applied directly to the metallic layer 44 . In addition, each partial laminated core 5 is provided with an anti-friction coating 46, shown schematically as a solid line, at least in those areas that are in direct contact with the shaft 4, which facilitates the assembly of the partial laminated cores 5 on the shaft 4. Furthermore, the anti-friction coating 46 protects the metallic layer 44 arranged underneath from damage. It should be understood that the metallic layer 44, the resin-based coating 45 and the slip coating 46 are each optional.

15 zeigt einen Ausschnitt einer Welle 4 gemäß einer alternativen Ausführungsform, deren Oberfläche mit einer Vielzahl von Rillen 49 versehen ist, um auch hier die Kühlleistung durch Vergrößerung der Oberfläche zu erhöhen. Die Rillen 49 können beispielsweise eine Tiefe zwischen 0,5 und 1mm aufweisen. Zur Verringerung der Kerbwirkung sollte der Rillengrund abgerundet ausgebildet sein, beispielsweise in einem Radius im Bereich von 0,3mm oder dergleichen. 15 shows a section of a shaft 4 according to an alternative embodiment, the surface of which is provided with a large number of grooves 49 in order to increase the cooling capacity by enlarging the surface. The grooves 49 can have a depth of between 0.5 and 1 mm, for example. To reduce the notch effect, the bottom of the groove should be rounded, for example with a radius in the range of 0.3 mm or the like.

16 zeigt ein Wasserfahrzeug 36 mit einem Gondelantrieb 37. Das Wasserfahrzeug 36 ist als Schiff oder alternativ als U-Boot ausgeführt. Der Gondelantrieb 37 befindet sich unter der Wasseroberfläche 41 und weist eine als Antrieb dienende elektrische rotierende Maschine 38 auf, die einen Propeller 42 antreibt. Die elektrische rotierende Maschine 38 ist vorliegend mit einer Leistung von zumindest einem Megawatt betreibbar, ist als permanenterregte Synchronmaschine ausgeführt und umfasst einen Stator 39 und einen erfindungsgemäßen Rotor 1, wie er zuvor beschrieben wurde. Zwischen dem Stator 39 und dem Rotor 1 ist ein Spalt 40 ausgebildet, der vorliegend als Luftspalt ausgeführt ist. 16 shows a watercraft 36 with a gondola drive 37. The watercraft 36 is designed as a ship or alternatively as a submarine. The nacelle drive 37 is located below the water surface 41 and has an electric rotating machine 38 serving as a drive, which drives a propeller 42 . The electric rotating machine 38 can be operated with a power of at least one megawatt, is designed as a permanently excited synchronous machine and includes a stator 39 and a rotor 1 according to the invention, as has been described above. A gap 40 is formed between the stator 39 and the rotor 1, which in the present case is designed as an air gap.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den durch die beiliegenden Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations may be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 3629446 A1 [0002]

Claims

Rotor (1) for an electric rotating machine (38) with a shaft (4) and an annular rotor element (3) which guides the magnetic field and is fastened to the outer circumference of the shaft (4), designed as a laminated core and accommodating a large number of permanent magnets (12) along its circumference ), characterized in that the permanent magnets (12) are arranged in pairs in a V-shape.

Rotor (1) after claim 1 , characterized in that a through-opening (14), which in particular has a triangular cross-section and extends in the axial direction (A) and is filled with a casting material, is formed centrally between two permanent magnets (12) of the same polarity forming a V-shaped arrangement.

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor element (3) has a large number of partial laminated cores (5) which are distributed uniformly in the circumferential direction (U) and arranged in rows in the axial direction (A), with each partial laminated core (5) preferably has at least two permanent magnets (12), in particular at least four permanent magnets (12), which are arranged adjacent to one another in the circumferential direction (U) forming V-shaped arrangements.

Rotor (1) after claim 3 , characterized in that each partial laminated core (5) has a large number of stacked electrical laminations (6) and two non-magnetic end plates (7, 8) which are mechanically clamped together, the permanent magnets (12) being provided in through the electrical laminations (6). Recesses (10) formed receiving spaces (11) are inserted and fixed in them with a casting material, wherein the mutually facing free ends of two receiving spaces (11) forming a V-shaped arrangement are preferably connected to one another via an insulated cavity (13) through which preferably also a clamping bolt (9) is guided.

Rotor (1) after claim 3 or 4 , characterized in that each partial laminated core (5) is pushed positively onto the shaft (4) in the axial direction (A), forming a dovetail-like connection, secured axially resiliently to this and radially outwardly resiliently prestressed.

Rotor (1) after claim 5 , characterized in that cover plates (23) are provided, which are pushed positively onto the shaft (4) in the axial direction (A), forming a dovetail-like connection, bear against an axially outer partial laminated core (5) and axially on the shaft (4) fixed stops (24) supporting springs (25) are pressed against the corresponding partial laminated core (5).

Rotor (1) after claim 6 , characterized in that the springs (25) are helical springs which are pushed onto guide pins (27) protruding outwards from the cover plates (23) and engaging in receiving openings (26) provided on the stops (24), each guide pin (27) is preferably hollow or is formed by two tubular sections (28) with a semicircular cross-section, which are formed laterally on cover plates (23) arranged adjacent to one another, and the partial laminated cores (5) and the end plates (7, 8) with cooling channel cutouts (29) which are positioned aligned with the guide pins (27) in the axial direction (A), and with blind holes (17) extending radially inward preferably being provided on the outer circumference of the shaft (4), into which spring elements (18) are used, which press directly or indirectly via pressure bolts (19) radially outwards against clamping wedges (20), which in turn press against an associated partial laminated core (5), the S Clamping wedges (20) are pushed, in particular axially, into clamping wedge receiving grooves (21) which are formed in the partial laminated cores (5) and are advantageously guided axially in these.

Rotor (1) after claim 6 or 7 , characterized in that deflection plates (34) are arranged in the area of the stops (24) and are positioned in such a way that they form a radial fan (35), the deflection plates (34) preferably being at least partially connected to the stops (24). .

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each laminated core (5) is coated at least circumferentially, in particular on all sides, with a metallic layer (44) which is in particular corrosion-resistant.

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each partial laminated core (5) has cooling channels (30; 43; 47; 50) extending axially through the partial laminated core (5), turbulator elements (48 ) are used.

Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the surface of the shaft (4) is provided with a plurality of grooves (45).

Electrical rotating machine (38) with at least one rotor (1) according to one of the preceding claims.

Gondola drive (37) with at least one electric rotating machine (38). claim 9 .

Watercraft (36) with at least one gondola drive (37). claim 10 .