-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rotorkerns eines Rotors für eine Axialflussmaschine. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Rotor für eine Axialflussmaschine.
-
Bei der Herstellung und anschließenden Montage eines Rotors für Axialflussmaschinen mit Doppelrotor wird das Rückschlusseisen in der Regel separat hergestellt und dann auf dem Träger befestigt. Nach dem derzeitigen Stand der Technik wird das laminierte Rückschlusseisen in einer separaten Maschine gewickelt und anschließend durch form- oder stoffflüssige Fügetechniken auf dem Rotorträger befestigt.
-
-
Darüber hinaus zeigen die Druckschriften
JP 2011 130529 ,
JP 2010 283923 ,
EP 2 355 313 ,
US 2010/0090555 A1 ,
JP 2010 148315 und auch die
JP 2011 130530 allesamt einen gewickelten Rotor, der Magnettaschen hat und auch in einen Rotorträger eingefügt wird.
-
In der weiteren Druckschrift
JP 2010 283923 wird ebenfalls das Blechband auf einen Kern gewickelt und anschließend für den Rotor verwendet.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Herstellung eines Rotorkerns für eine Axialflussmaschine zu vereinfachen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren und einen Rotor entsprechend den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird somit ein Verfahren zum Herstellen eines Rotorkerns eines Rotors für eine Axialflussmaschine bereitgestellt. Der Rotorkern dient zum Führen des magnetischen Flusses in dem Rotor. Üblicherweise besitzt der Rotor Permanentmagnete, die den magnetischen Fluss erzeugen, welcher dann über den Rotorkern zurückgeführt wird.
-
In einem ersten Schritt erfolgt ein Fixieren eines Endes eines Blechbands an einem Rotorträger des Rotors. Es wird für die Herstellung des Rotorkerns, also ein Blechband benutzt, das vorzugsweise als Elektroblech ausgebildet ist. Das Blechband wird an einem Ende an oder in dem Rotorträger des Rotors befestigt beziehungsweise fixiert. Dies bedeutet, dass das Ende des Blechbands für den anschließenden Wickelschritt an dem Rotorträger gehalten wird beziehungsweise sich selbst dort hält. Nach dem Fixieren des Blechbands erfolgt also das Wickeln des fixierten Blechbands auf den Rotor zu einer Blechspule als Rotorkern. Der Rotorkern besitzt folglich die Form einer Blechspule, die direkt auf den Rotorträger gewickelt ist. Es ist somit nicht notwendig, das Blechband auf einem separaten Träger beziehungsweise Dorn zu wickeln, die gewickelte Blechspule abzunehmen und auf den tatsächlichen Rotorträger zu übertragen. Vielmehr wird die Blechspule direkt auf den Rotorträger aufgewickelt.
-
In einem anschließenden Schritt erfolgt das Paketieren der Blechspule. Dieses Paketieren der Blechspule kann durch Verkleben der einzelnen Lagen erfolgen. Zum Verkleben können beliebig geeignete Klebstoffe verwendet werden, gegebenenfalls auch Harze. Das Paketieren kann nach dem Wickeln des Blechbands erfolgen oder gleichzeitig mit dem Wickeln. Wird beispielsweise auf das Blechband bereits vor dem Wickeln ein Klebstoff aufgetragen, so verkleben die einzelnen Lagen der Blechspule unmittelbar beim Wickeln. In vorteilhafter Weise kann, wie bereits angedeutet wurde, durch das direkte Wickeln des Blechbands auf den Rotorträger einer oder mehrere Prozessschritte eingespart werden. Insbesondere muss die Blechspule nicht von einem Wicklungsträger auf den tatsächlichen Rotorträger unmontiert werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Fixieren des Endes des Blechbands an dem Rotorträger durch Einfügen des Endes des Blechbands in einen radialen Schlitz des Rotorträgers und anschließendes Abwinkeln des Blechbands in Umfangsrichtung erfolgt. Mit dem Umbiegen des Blechbands ergibt sich ein Formschluss in dem Rotorträger in tangentialer Richtung. Somit kann das Aufwickeln ohne weitere Fixierungsschritte erfolgen. Wesentlich hierbei ist auch hier die Tatsache, dass man sich den Befestigungsschritt des Rotorkerns an der Nabe beziehungsweise dem Rotorträger sparen kann und auch die innere Fixierung der Wicklung entfallen kann, da diese bereits beim Wickeln erfolgt ist. Hierzu kann einfach der im Wesentlichen radiale Schlitz in der Nabe / Rotorträger dienen, in dem das Blechband eingesteckt und dann zum Wickeln in Umfangsrichtung abgewinkelt wird. Hierbei kann die erste Lage mit Vorsicht gewickelt werden, damit das Blechband nicht aus dem Schlitz herausspringt, aber ab der zweiten Lage fixiert diese das Band bereits im Schlitz sicher.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung verläuft der Schlitz nicht geradlinig und das Blechband wird durch das Wickeln automatisch zugsicher fixiert. Der Schlitz kann also eine nicht lineare Form aufweisen (abgewinkelt sein), sodass das Blechband nur seitliche (in axialer Richtung des Rotors) einführbar ist. Somit ist es beim Wickeln in Umfangsrichtung bereits zugsicher fixiert.
-
Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Fixieren des Endes des Blechbands an dem Rotorträger durch Verklemmen, Formschluss oder Sicherungsbolzen erfolgt. Auch andere Fixiermöglichkeiten sind denkbar. Beispielsweise kann das Verklemmen durch Klemmlaschen erfolgen. Der Formschluss kann durch eine Verbreiterung des Blechbands am Ende gewährleistet werden. Hierzu genügt es, wenn an das Ende des Blechbands Material angeschweißt wird.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Rotorträger eine Nabe aufweist und das Blechband direkt auf die Nabe gewickelt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Nabe lediglich als Träger dient, und das gesamte Blechband beziehungsweise die gesamte Blechspule radial über die Nabe hinaussteht. In diesem Fall muss sich die Blechspule axial selbst halten. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Rotorträger eine Scheibe mit einer in einem Scheibeninnenbereich angeordneten umlaufenden Schulter aufweist, auf der das Blechband aufgewickelt wird und die Blechspule an der Scheibe axial befestigt wird.
-
In einem Spezialfall kann der Rotorträger durch eine Nabe realisiert sein, die koaxial mit einer Scheibe (einteilig) verbunden ist. In diesem Fall kann gewährleistet werden, dass die Blechspule, die auf die innenliegende Schulter des Rotorträgers aufgewickelt ist, sich axial an der Scheibe „anlehnt“. Dadurch kann eine höhere axiale Stabilität erzielt werden. Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe auch gelöst durch einen Rotor für eine Axialflussmaschine aufweisend einen Rotorträger und ein Ende eines Blechbands, das an dem Rotorträger fixiert ist, wobei das fixierte Blechband auf den Rotorträger zu einer Blechspule als Rotorkern gewickelt ist und die Blechspule paketiert ist.
-
Die oben im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren geschilderten Vorteile und Weiterbildungen gelten sinngemäß auch für den erfindungsgemäßen Rotor. In diesem Fall stellen die genannten Verfahrensmerkmale entsprechende funktionale Merkmale des Rotors dar.
-
Die Erfindung ermöglicht es im Weiteren, die Spule und somit den Rotorkern besonders zeit- und kostengünstig herzustellen, da durch den anschließenden Inline-Prozess der Paketierung mit beispielsweise Backlacks beziehungsweise oder anderen Klebstoffen die Verwendung von Imprägnierharz vermieden werden kann. Ferner ist es möglich, im Gegensatz zu einem allumfangsseitigen Versehen der Schichten mit dem Imprägnierharz das Verbindungsmittel nur in radialer Richtung zwischen den Schichten (Blechen) anzuordnen, sodass vorzugsweise das Verbindungsmittel ausschließlich auf beiden Breitseiten der Schichten, das heißt ausschließlich in radialer Richtung zwischen den Schichten angeordnet ist. Eine spanende Verarbeitung ist somit nicht zwingend erforderlich, und im Vergleich zur herkömmlichen Lösungen kann Restschmutz reduziert werden.
-
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer gewickelten Blechspule;
- 2 einen teilweise mit Blech bewickelten Rotorträger;
- 3 einen vollständig mit Blech bewickelten Rotorträger;
- 4 eine Nabe als Rotorträger, auf die eine Blechspule gewickelt ist;
- 5 eine Zusammenstellung von Schichten für einen Rotor einer Axialflussmaschine.
-
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
-
1 zeigt eine Blechspule, die aus einem Blechband 1 gewickelt ist. Eine derartige Blechspule kann für einen Rotorkern eines Rotors für eine Axialflussmaschine verwendet werden. Dabei bildet der Rotorkern ein sogenanntes Rückschlusseisen, um den magnetischen Fluss von Permanentmagneten zurückzuführen.
-
Die Enden 2 des Blechbands 1 können an die jeweils nächste Blechschicht geschweißt werden. Insbesondere kann das innere Ende des Blechbands direkt an den Rotorträger geschweißt sein. Alternativ kann das innere Ende des Blechbands auch formschlüssig, z.B. durch Umknicken, oder durch Verspannung in oder an dem nicht dargestellten Rotorträger fixiert werden.
-
2 zeigt, wie die Blechspule 3 auf einem Rotorträger 4 aufgewickelt werden kann. Der Rotorträger 4 besitzt hier eine scheibenförmige Struktur. Im Zentrum ist hier eine Nabe 5 angeordnet. Radial nach außen anschließend besitzt der Rotorträger 4 einen Scheibenabschnitt 6. Der Scheibenabschnitt 6 ist hier in axialer Richtung dünner gewählt als die Nabe 5, sodass sich eine Schulter 7 ergibt. Die Nabe 5 und der Scheibenabschnitt 6 können insbesondere einteilig gebildet sein.
-
Auf die Schulter 7 wird das Blechband 1 unmittelbar aufgewickelt. Hierzu wird das Blechband 1 auf der Schulter 7 durch eine der oben genannten Techniken fixiert. Insbesondere kann die umlaufende Schulter einen Schlitz aufweisen, in dem das Ende 2 des Blechbands 1 eingesteckt wird. Zum Wickeln wird dann das Blechband an dem Schlitz (in 2 nicht dargestellt) in Umfangsrichtung abgewinkelt.
-
In 2 ragt die Blechspule 3 nicht bis zum radialen Ende des Rotorträgers 4. Dies kann zum einen bedeuten, dass es für den Rückschluss nicht notwendig ist, den Rotorträger vollständig zu bewickeln. Zum anderen kann der Zustand von 2 auch eine Momentaufnahme beim Bewickeln des Rotorträgers 4 sein. In dem dargestellten Zustand ist der Rotorträger 4 dann erst zu einem Teil bewickelt und wird noch weiter bewickelt.
-
3 zeigt ebenfalls den Rotorträger 4, der hier aber vollständig bis zum radialen Ende des Rotationsträgers 4 bewickelt ist. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt der Rotorträger 4 den gleichen Außendurchmesser wie die Blechspule 3. Prinzipiell kann die Blechspule 3 aber auch über den Rotationsträger 4 radial hinausragen. Umgekehrt kann sie, wie 2 zeigt, auch radial geringer ausfallen als der Rotationsträger 4.
-
Der sich radial erstreckende Scheibenabschnitt 6 des Rotationsträgers 4 dient zur axialen Fixierung der Blechspule 3. Mit anderen Worten kann sich die Blechspule 3 an dem Scheibenabschnitt 6 des Rotationsträgers 4 „anlehnen“. Gegebenenfalls wird die Blechspule 3 auch mit dem Scheibenabschnitt 6 verklebt.
-
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren direkt bewickelten Rotationsträgers 4 minder Blechspule. Auch hier besitzt der Rotorträger 4 eine Nabe 5. Eine Nabe 5 muss aber nicht zwangsläufig bei dem Rotationsträger 4 vorhanden sein, um ihn direkt bewickeln zu können. Im vorliegenden Beispiel besitzt die Nabe 5 ebenfalls eine Schulter 7, auf die die Blechspule 3 gewickelt wurde. Axial neben der Blechspule 3 besitzt die Nabe 5 eine geringe radiale Erhöhung 8. Sie dient zur axialen Fixierung zumindest des radial innenliegenden Bereichs der Blechspule 3.
-
5 zeigt mehrere Schichten, die zum Aufbau eines Rotors eine Axialflussmaschine verwendet werden können. Auf der rechten Seite befindet sich der Rotorträger 4, der hier unbewickelt dargestellt ist. Er besitzt den Scheibenabschnitt 6, der die radiale Fortsetzung der Nabe 5 mit der Schulter 7 bildet. Auf die Schulter 7 wird, wie im Zusammenhang mit den 2 bis 4 erläutert wurde, direkt ein Blechband beziehungsweise eine Blechspule 3 aufgewickelt. Zur Verdeutlichung des Schichtaufbaus des Rotors ist in 5 die Blechspule 3 als separate ringförmige Scheibe dargestellt.
-
In der Regel kann zwischen dem Rotorträger 4 und der Blechspule 3 auf eine Verbindungsschicht 9 verzichtet werden. Gegebenenfalls besitzt diese Verbindungsschicht 9 eine ähnliche Ringscheibengestalt wie die Blechspule 3. Üblicherweise wird sie aber dünner sein und aus einem Isoliermaterial gefertigt sein.
-
Axial anschließend an die Blechspule betrachtet von dem Rotorträger 4 aus kann eine (weitere) Verbindungsschicht 10 vorgesehen sein. Sie kann ebenfalls Isolations- und Schutzwirkung besitzen. Auch sie kann die Gestalt der ersten Verbindungsschicht 9 beziehungsweise der Blechspule 3 zumindest in Bezug auf die radialen Ausdehnungen besitzen.
-
Axial anschließend an die Verbindungsschicht 10 kann eine ringförmige Magnetanordnung 11 vorgesehen sein, die etwa die gleichen radialen Ausdehnungen besitzt wie die Schichten 6, 9, 3 und 10. Die Magnetanordnung 11 kann aus einer Vielzahl an in Umfangsrichtung angeordneten sektorförmigen Einzelmagneten 12 bestehen. In einer bevorzugten Ausgestaltung wechseln sich bei den Einzelmagneten 12 Südpole und Nordpole in Umfangsrichtung ab.
-
Zusammengefügt ergibt sich ein Ring beziehungsweise scheibenförmiger Rotor aus den Schichten 4, (9), 3, 10 und 11. Optional kann sich auf der Magnetanordnung 11 auch eine weitere Schutzschicht befinden.
-
In vorteilhafter Weise ermöglicht die erfindungsgemäße direkte Wicklung der Blechspule 3 als Rückschlusseisen auf den Rotorträger eine kürzere Herstellungszeit. Außerdem können in vorteilhafter Weise durch den erfindungsgemäßen Herstellungsprozess mehrere Schritte in Hinblick auf das Ummontieren der Blechspule vermieden werden. Insbesondere kann auch auf die Fixierung der laminierten Blechspule auf den Träger verzichtet werden. Besonders vorteilhaft kann aber auch beispielsweise auf einen Dorn verzichtet werden, der typischerweise zum Wickeln der Blechspule verwendet wird. Insgesamt kann somit die Herstellungsvorrichtung vereinfacht werden. Außerdem kann eine dauerhafte Verbindung der Blechspule mit dem Rotorträger erreicht werden. Nichtsdestotrotz können bekannte Laserschweißtechniken, Presstechniken und sonstige Scheißtechniken verwendet werden, um die ringförmige Anordnung auf einer Welle zu fixieren. Insgesamt ermöglicht es die Erfindung somit, einen Rotorträger mit einer (laminierten) Blechspule bei reduzierten Kosten in einem Großserienprozess herzustellen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Blechband
- 2
- Enden
- 3
- Blechspule
- 4
- Rotorträger
- 5
- Nabe
- 6
- Scheibenabschnitt
- 7
- Schulter
- 8
- radiale Erhöhung
- 9, 10
- Verbindungsschichten
- 11
- Magnetanordnung
- 12
- Einzelmagnete
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102021003706 A1 [0003]
- DE 102021002966 A1 [0003]
- JP 2011130529 [0004]
- JP 2010283923 [0004, 0005]
- EP 2355313 [0004]
- US 20100090555 A1 [0004]
- JP 2010148315 [0004]
- JP 2011130530 [0004]
