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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine permanenterregte, rotierende elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Rotoren für eine permanenterregte, rotierende elektrische Maschine, mit einem Blechpaket, welches eine Mehrzahl von innen liegenden Magnettaschen aufweist, und mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten, welche in die Magnettaschen eingebettet sind, bekannt. Ein Problem, welches sich bei diesen Rotoren stellt, ist die Fixierung der Permanentmagnete in den Magnettaschen des Blechpakets.
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In der
KR 10-0200228 B1 wird diesbezüglich vorgeschlagen, die Permanentmagnete mittels eines Klebers stoffschlüssig in den Magnettaschen des Blechpakets des Rotors zu fixieren.
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Die
EP 3 352 337 A1 schlägt vor, die Permanentmagnete mittels zusätzlicher deformierbarer Keilelemente, welche zusätzlich zu den Permanentmagneten in die Magnettaschen eingebracht werden, kraftschlüssig in den Magnettaschen des Blechpakets zu fixieren. Zudem wird vorgeschlagen, die Permanentmagnete mittels eines Reaktionsharzes zusätzlich stoffschlüssig zu fixieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Rotor für eine permanenterregte, rotierende elektrische Maschine mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Fixierung von Permanentmagneten in Magnettaschen eines Blechpakets des Rotors bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Rotor für eine permanenterregte, rotierende elektrische Maschine, mit einem Blechpaket, welches eine Mehrzahl von innen liegenden Magnettaschen aufweist, und mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten, welche in die Magnettaschen eingebettet sind.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Permanentmagnete ein Oberflächenprofil und/oder zumindest ein Geometrieelement zu einer kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Fixierung der Permanentmagnete in den Magnettaschen aufweisen.
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Permanenterregte, rotierende elektrische Maschinen, für welche der Rotor insbesondere vorgesehen ist, können beispielsweise als Generatoren oder als Innen- oder Außenläufermotoren ausgebildet sein. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Vorzugsweise ist der Rotor jedoch zu einer Verwendung in einem permanenterregten Elektromotor, insbesondere einem Innenläufermotor, vorgesehen.
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Das Blechpaket des Rotors ist vorzugsweise aus einer Vielzahl gestapelter und elektrisch gegeneinander isolierter Rotorblechen gebildet, um die Ausbildung von unerwünschten Wirbelströmen zu unterdrücken. Die Rotorbleche sind insbesondere mittels Stanzpaketierens zu dem Blechpaket zusammengefügt. Das Blechpaket des Rotors ist insbesondere drehfest auf einer Rotorwelle befestigt. Die Rotorbleche des Blechpakets sind insbesondere in axialer Richtung, d. h. entlang der Rotorachse aufeinandergestapelt. Zur Befestigung des Blechpaktes auf der Rotorwelle, kann das Blechpaket beispielsweise auf die Rotorwelle aufgeschrumpft werden. Hierzu wird das Blechpaket im erwärmten Zustand auf die Rotorwelle aufgeschoben und anschließend abgekühlt. Es ist jedoch ebenso denkbar, das Blechpaket auf andere geeignete Weise, beispielsweise mittels Aufpressens, drehfest an der Rotorwelle zu befestigen.
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Das Blechpaket des Rotors weist eine Mehrzahl von innen liegenden Magnettaschen auf, welche zu einer Aufnahme von Permanentmagneten vorgesehen sind. Die Magnettaschen sind in Umfangsrichtung entlang eines Umfangs des Blechpaktes des Rotors angeordnet. Insbesondere sind die Magnettaschen in Umfangsrichtung äquidistant zueinander beabstandet angeordnet. Insbesondere erstrecken sich die Magnettaschen in axialer Richtung über eine gesamte Erstreckung des Blechpakets. Somit ist das Blechpaket in axialer Richtung durch die Magnettaschen durchdrungen. Die Magnettaschen sind insbesondere dazu vorgesehen jeweils genau einen Permanentmagneten aufzunehmen. Zur Anordnung der Permanentmagnete in den Magnettaschen des Blechpakets, werden die Permanentmagnete in axialer Richtung in die Magnettaschen eingeschoben.
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Eine ausreichende Fixierung der Permanentmagnete ist wichtig, um ein gleichbleibendes Schwingungsverhalten bzw. eine gleichbleibende Leistungsaufnahme sicherzustellen. Zudem muss verhindert werden, dass die Permanentmagnete sich, insbesondere bei einem Betrieb des Rotors in einer permanenterregte, rotierende elektrische Maschine, innerhalb der Magnettaschen in axialer und/oder radialer Richtung bewegen und so zu einer Unwucht des Rotors führen.
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Um eine ausreichende Fixierung zu erreichen, weisen die Permanentmagnete ein Oberflächenprofil und/oder zumindest ein Geometrieelement zu einer kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Fixierung der Permanentmagnete in den Magnettaschen auf.
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Das Oberflächenprofil ist insbesondere dazu vorgesehen, in einem montierten Zustand der Permanentmagnete mit einer Innenwandung der Magnettaschen zusammenzuwirken und die Permanentmagnete insbesondere kraftschlüssig in den Magnettaschen zu fixieren. Das Oberflächenprofil ist insbesondere derart ausgebildet, dass dieses bei einem Einschieben der Permanentmagnete in die Magnettasche eine Verformung erfährt. Die Verformung des Oberflächenprofils führt zu einem Verkeilen der Permanentmagnete in den Magnettaschen und somit zu einer Fixierung der Permanentmagnete in den Magnettaschen.
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Das zumindest eine Geometrieelement ist insbesondere dazu vorgesehen, die Permanentmagnete in axialer Richtung innerhalb der Magnettaschen zu fixieren. Insbesondere weist das Geometrieelement zumindest eine Anlageschulter auf, die nach einem Einschieben der Permanentmagnete insbesondere an einer Stirnseite des Blechpakets anliegen und eine axiale Bewegung der Permanentmagnete innerhalb der Magnettaschen zumindest weitgehend verhindert. Insbesondere können nach einem Einschieben der Permanentmagnete in die Magnettaschen an beiden Enden der Permanentmagnete Geometrieelemente angeformt werden, um so eine beidseitige axiale Fixierung der Permanentmagnete in den Magnettaschen zu erreichen.
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Das Oberflächenprofil und das zumindest eine Geometrieelement können einzeln aber auch in Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein gattungsgemäßer Rotor mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Fixierung von Permanentmagneten in Magnettaschen eines Blechpaktes des Rotors bereitgestellt werden. Eine vorteilhaft sichere und dauerhafte Fixierung kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Permanentmagnete ein Oberflächenprofil und/oder ein Geometrieelement zur kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Fixierung der Permanentmagnete aufweisen. Hierdurch kann vorteilhaft auch eine zusätzliche stoffschlüssige Fixierung der Permanentmagnete entfallen.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Permanentmagnete quaderförmig ausgebildet sind und jeweils auf zumindest zwei sich gegenüberliegenden Seitenflächen das Oberflächenprofil aufweisen. Vorzugsweise die Permanentmagnete jeweils auf allen Seitenflächen das Oberflächenprofil auf. Hierdurch kann eine vorteilhaft sicherere Fixierung der Permanentmagnete in den Magnettaschen erreicht werden. Die Magnettaschen weisen insbesondere einen rechteckigen Querschnitt auf, welcher zumindest im Wesentlichen einer Stirnfläche der Permanentmagnete entspricht.
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Das Oberflächenprofil kann beispielsweise als ein Wellenprofil ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Oberflächenprofil jedoch als Dreiecksprofil oder Sägezahnprofil ausgebildet. Das Oberflächenprofil weist insbesondere eine Periodizität auf, welche einer Dicke eines Rotorblechs des Blechpakets oder einem ganzzahligen Vielfachen der Dicke eines Rotorblechs des Blechpakets entspricht. Erhebungen des Oberflächenprofils verlaufen vorzugsweise quer zu einer Einführrichtung der Permanentmagnete in die Magnettaschen. Hierdurch kann eine vorteilhafte Verkeilung der Permanentmagnete in den Magnettaschen erreicht werden.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Permanentmagnete an zumindest einem Ende ein pilzkopfartiges Geometrieelement aufweisen. Das pilzkopfartige Geometrieelement ist vorzugsweise dazu vorgesehen, an einer Stirnseite des Blechpakets anzuliegen. Das pilzkopfartige Geometrieelement weist insbesondere eine Anlageschulter mit einer Anlagefläche auf, welche in einem montierten Zustand der Permanentmagnete flächig an einer Stirnseite des Blechpakets anliegt. Das pilzkopfartige Geometrieelement kann insbesondere bereits bei der Herstellung der Permanentmagnete oder nach einem Einführen der Permanentmagnete an diese angeformt werden. Vorzugsweise weisen die Permanentmagnete an beiden Enden jeweils ein pilzkopfartiges Geometrieelement. Insbesondere kann eines der pilzkopfartigen Geometrieelemente bereits bei der Herstellung der Permanentmagnete oder nach einem Einführen der Permanentmagnete an diese angeformt werden, währen das zweite pilzkopfartige Geometrieelement nach einem Einführen der Permanentmagnete am ersten pilzkopfartigen Geometrieelement gegenüberliegenden Ende der Permanentmagnete an diese angeformt wird. Hierdurch kann eine vorteilhaft sicherer axiale Fixierung der Permanentmagnete in den Magnettaschen erreicht werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Permanentmagnete als kunststoffgebundene Permanentmagnete ausgebildet sind. Hierdurch können vorteilhaft einfach Oberflächenprofile und/oder Geometrieelemente an den Permanentmagneten ausgebildet werden und somit eine vorteilhaft einfache und kostengünstige Herstellung der Permanentmagnete erreicht werden. Die Permanentmagnete bestehen insbesondere aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise Polyamid (PA) oder Polyphenylensulfid (PPS), und einem Magnetpulver, insbesondere einem Seltenerdmagnetpulver, beispielsweise einem SmFeN-Pulver, welches in den Kunststoff eingebettet ist.
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Die Permanentmagnete können vorzugsweise mittels eines Spritzverfahrens hergestellt sein. Bei einer Herstellung von gespritzten kunststoffgebundenen Permanentmagneten werden zunächst der Kunststoff in Granulatform sowie das Magnetpulver, beispielsweise in einem Heißkneter oder einem Doppelschneckenextruder, zu einem Magnetcompound gemischt, extrudiert und granuliert.
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Das granulierte Magnetcompound wird anschließend mittels einer Spritzgussmaschine in eine Spritzgussform eingespritzt und so in die gewünschte Form gebracht. Bei der Herstellung von anisotropen gespritzten kunststoffgebundenen Permanentmagneten kann bereits während des Einspritzens zusätzlich ein Magnetfeld angelegt werden, um die Vorzugsrichtung des Magnetwerkstoffes parallel zur vorgegebenen Orientierung zu erzeugen.
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Der erfindungsgemäße Rotor soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Rotor zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 eine Querschnittsansicht eines Rotors für eine permanenterregte, rotierende Maschine,
- 2 eine Längsschnittansicht des Rotors aus 1,
- 3 einen Permanentmagneten für den Rotor aus 1 mit einem Oberflächenprofil auf zwei Seitenflächen,
- 4 einen Permanentmagneten für den Rotor aus 1 mit einem Oberflächenprofil auf allen Seitenflächen und
- 5 eine alternative Ausgestaltung eines Rotors für eine permanenterregte, rotierende Maschine.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Rotors 10a für eine permanenterregte, rotierende elektrische Maschine. 2 zeigt den Rotor 10a in einer Längsschnittansicht. Der Rotor 10a weist ein Blechpaket 12a mit einer Mehrzahl von innen liegenden Magnettaschen 14a auf, von denen aus Übersichtlichkeitsgründen in der 1 lediglich eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Das Blechpaket 12a des Rotors 10a ist aus einer Vielzahl gestapelter und elektrisch gegeneinander isolierter Rotorblechen 32a gebildet. Die Rotorbleche 32a sind mittels Stanzpaketierens zu dem Blechpaket 12a zusammengefügt. Das Blechpaket 32 ist drehfest auf einer Welle 36a des Rotors 10a fixiert.
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In jeder der Magnettaschen 14a ist jeweils ein Permanentmagnet 16a eingebettet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 1 lediglich einer der Permanentmagnete 16a mit einem Bezugszeichen versehen. Der Rotor 10a ist beispielhaft sechszehnpolig ausgebildet und weist dementsprechend sechszehn Magnettaschen 14a und sechszehn Permanentmagnete 16a auf. Die Permanentmagnete 16a sind als kunststoffgebundene Permanentmagnete ausgebildet. Die Magnettaschen 14a und die in den Magnettaschen 14a eingebetteten Permanentmagnete 16a sind radial ausgerichtet.
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Die 3 und 4 zeigen jeweils beispielhaft eine Variante eines Permanentmagneten 16a zur Verwendung in dem Rotors 10a. Vorzugsweise sind alle Permanentmagnete 16a des Rotors 10a identisch ausgebildet. Zur Fixierung des Permanentmagnets 16a in einer der Magnettaschen 14a des Blechpakets 12a weisen die Permanentmagnete 16a ein Oberflächenprofil 18a auf. Die Permanentmagnet 16a sind quaderförmig ausgebildet und weisen, wie in der 3 dargestellt, auf zumindest zwei sich gegenüberliegenden Seitenflächen 22a das Oberflächenprofil 18a auf. Alternativ können die Permanentmagnet 16a, wie in der 4 dargestellt, das Oberflächenprofil 18a auf allen Seitenflächen 22a aufweisen. Erhebungen 24a des Oberflächenprofils 18a verlaufen quer zu einer Einführrichtung 26a der Permanentmagnete 16a in die Magnettaschen 14a. Das in den 3 und 4 gezeigte Oberflächenprofil 18a ist als Sägezahnprofil ausgebildet. Alternativ ist es ebenso denkbar das Oberflächenprofil 18a als Dreiecksprofil aus gleichseitigen Dreiecken oder als Wellenprofil auszubilden.
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Zur Montage der Permanentmagnete 16a in den Magnettaschen 14a, werden die Permanentmagnete 16a in axialer 34a Richtung in die Magnettaschen 14a eingeschoben. Beim Einschieben der Permanentmagnete 16a in die Magnettaschen 14a ist darauf zu achten, dass das Einschieben in Richtung eines Stanzgrates der Rotorbleche 32a erfolgt. Die Dimensionen der Permanentmagnete 16a und der Magnettaschen 14a sind derart gewählt, dass es beim Einschieben der Permanentmagnete 16a in die Magnettaschen 14a zu einem leichten Verpressen kommt. Dies führt dazu, dass das Oberflächenprofil 18a bei einem Einschieben der Permanentmagnete 16a in die Magnettaschen 14a leicht verformt wird. Hieraus resultiert ein Verkeilen der Permanentmagnete 16a in den Magnettaschen 14a, wodurch die Permanentmagnete 16a in den Magnettaschen 14a fixiert werden. Um eine optimale Verkeilung zu erreichen, weist das Oberflächenprofil 18a vorteilhaft eine Periodizität auf, welche einer Dicke eines Rotorblechs 32a oder einem ganzzahligen Vielfachen einer Dicke eines Rotorblechs 32a entspricht. Bei einer Dicke der Rotorbleche 32a von 0,35 mm sollte die Periodizität des Oberflächenprofils 18a demnach vorteilhaft 0,7 mm betragen.
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5 zeigt eine Längsschnittansicht einer alternativen Ausgestaltung eines Rotors 10b für eine für eine permanenterregte, rotierende elektrische Maschine. Der Rotor 10b ist in wesentlichen Teilen identisch zu dem in den 1 und 2 gezeigten Rotor 10a. Der Rotor 10b weist ein Blechpaket 12b mit einer Mehrzahl von innen liegenden Magnettaschen 14b auf. Das Blechpaket 12b des Rotors 10b ist aus einer Vielzahl gestapelter und elektrisch gegeneinander isolierter Rotorblechen 32b gebildet. Die Rotorbleche 32b sind insbesondere mittels Stanzpaketierens zu dem Blechpaket 12b zusammengefügt.
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In jeder der Magnettaschen 14b ist jeweils ein Permanentmagnet 16b eingebettet. Die Permanentmagnete 16b sind als kunststoffgebundene Permanentmagnete ausgebildet. Zur Fixierung der Permanentmagnete 16b weisen diese an zumindest einem Ende ein pilzkopfartiges Geometrieelement 20b auf. Das pilzkopfartige Geometrieelement 20b ist dazu vorgesehen, in einem montierten Zustand der Permanentmagnete 16b an einer Stirnseite des Blechpakets 12a anzuliegen. Vorzugsweise weisen die Permanentmagnete 16b in einem montierten Zustand an beiden Enden jeweils ein pilzkopfartiges Geometrieelement 20b, 30b auf. In einem montierten Zustand der Permanentmagnete 16b liegen die pilzkopfartigen Geometrieelemente 20b, 30b an gegenüberliegenden Stirnseiten 28b des Blechpakets 12b an. Durch die pilzkopfartigen Geometrieelemente 20b, 30b sind die Permanentmagnete 16b in axialer Richtung 34b in den Magnettaschen 14b fixiert.
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In einem unmontierten Zustand weisen die Permanentmagnete 16b vorzugsweise keine pilzkopfartigen Geometrieelemente 20b, 30b auf. Zudem weisen die Permanentmagnete 16b in einem unmontierten Zustand eine Länge auf, welche größer ist als eine Dicke des Blechpakets 12b. Zu einer Montage der Permanentmagnete 16b, werden diese derart in die Magnettaschen 14b des Blechpakets 12b eingeführt, dass die Enden der Permanentmagnete 16b auf beiden Seiten des Blechpakets 12b aus den Magnetaschen 14b herausragen. Zur Ausbildung der pilzkopfförmigen Geometrieelemente 20b, 30b, werden die Enden der Permanentmagnete 16b, beispielsweise mittels Ultraschallverstemmens oder Heißverstemmens, umgeformt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotor
- 12
- Blechpaket
- 14
- Magnettasche
- 16
- Permanentmagnet
- 18
- Oberflächenprofil
- 20
- Geometrieelement
- 22
- Seitenfläche
- 24
- Erhebung
- 26
- Einführrichtung
- 28
- Stirnseite
- 30
- Geometrieelement
- 32
- Rotorblech
- 34
- axiale Richtung
- 36
- Welle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 100200228 B1 [0003]
- EP 3352337 A1 [0004]
