DE102022130312A1

DE102022130312A1 - Rotor-Wellen-Anordnung für eine Elektromaschine sowie Elektromaschine

Info

Publication number: DE102022130312A1
Application number: DE102022130312.8A
Authority: DE
Inventors: Patrick Knecht
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-11-16
Filing date: 2022-11-16
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Rotor-Wellen-Anordnung für eine Elektromaschine (2) mit einem Rotor (8), der ein metallisches Rotororgan (6) aufweist, und mit einer Motorwelle (4), die einen Rotorlagerbereich RL aufweist, wobei das Rotororgan (6) kraft- und/oder formschlüssig durch Fügemittel auf der Motorwelle im Rotorlagerbereich RL drehfest angeordnet ist, wobei der Rotorlagerbereich RL zusätzlich zu bestehenden Fügemitteln (13) zumindest teilweise eine definierte, mikroskopische Mikro-Oberflächenstruktur (18, 20, 22) aufweist. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Elektromaschine mit einem Stator und einer Rotor-Wellen-Anordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotor-Wellen-Anordnung für eine Elektromaschine mit einem Rotor, der ein metallisches Rotororgan aufweist, und mit einer Motorwelle, die einen Rotorlagerbereich aufweist, wobei das Rotororgan kraft- und/oder formschlüssig durch Fügemittel auf der Motorwelle im Rotorlagerbereich drehfest angeordnet ist. Zudem betrifft die Erfindung eine Elektromaschine mit einem Stator und einer Rotor-Wellen-Anordnung.
Elektromaschinen mit einem Stator und einer Rotor-Wellen-Anordnung sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Insbesondere durch die Elektrifizierung der Kraftfahrzeuge sind die Anforderungen an die Auslegung und Herstellung von High Performance Elektromaschinen signifikant gestiegen. Derartige Elektromaschinen müssen hohe Drehmomente bei einer geforderten langen Lebensdauer übertragen. Hierbei erzeugt ein stillstehender Stator ein Drehmoment im Rotor, der über ein metallisches Rotororgan dieses Drehmoment an eine Motorwelle überträgt. Zur Erzeugung eines Magnetfeldes sind im Rotororgan Permanentmagnete vorgesehen oder es wird durch einen Stromfluss ein magnetisches Rotorfeld fremd erzeugt. Zur drehfesten Lagerung des metallischen Rotororgans weist die Motorwelle einen Rotorlagerbereich auf, in dem das Rotororgan kraft- und/oder formschlüssig durch Fügemittel angeordnet ist. Der Begriff Fügemittel kann hier sehr weit ausgelegt werden. So besteht die Möglichkeit eines radialen Kraftschlusses, bei dem das Rotororgan durch einen Warm-Kalt-Verbund drehfest auf der Motorwelle angeordnet wird. Unter dem Fügemittel wird bei einer derartigen Verbindung die thermische Unterstützung des Fügevorganges verstanden. Bei einem axialen Kraftschluss kann das Rotororgan beispielsweise durch eine Spannmutter und/oder Wuchtscheiben gegen einen axialen Anschlag fixiert werden. Hier werden die Fügemittel folglich durch die Spannmutter und/oder den axialen Anschlag ausgebildet. Des Weiteren ist alternativ oder in Kombination zum Kraftschluss auch ein Formschluss durch eine geometrische Überdeckung von Bauteilen möglich, wobei dann die die geometrische Überdeckung herstellenden Geometrieformen die Fügemittel darstellen. Die US 2022/0149685 A1 offenbart eine Elektromaschine für Hilfsaggregate im Kraftfahrzeugbereich, bei dem der Motorwelle durch Lasergravur geometrisch definierte Ausbuchtungen aufgeprägt werden, um den Rotor mit dem Rotororgan in einem Montageschritt auf die Motorwelle aufzupressen und auf diese Weise einen Kraft-Formschluss vorzunehmen. Bei einem derartigen Herstellungsprozess findet beim Aufpressvorgang des Rotororgans eine Spanbildung statt. Insbesondere kleinste, lose Späne können dann zu weitreichenden Folgeschäden, beispielsweise aufgrund von Kurzschlüssen, bei der Elektromaschine führen. Bisher können solche losen Späne lediglich durch aufwändige Reinigungsvorgänge beseitigt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den oben genannten Nachteil auf einfache und kostengünstige Weise zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Rotorlagerbereich zusätzlich zu bestehenden Fügemitteln zumindest teilweise eine definierte, mikroskopische Mikro-Oberflächenstruktur aufweist. Hierdurch kann eine lose Spanbildung nahezu verhindert werden, da das Material auch bei einem Kaltpressprozess in die gebildete Mikro-Oberflächenstruktur ausweichen kann. Insbesondere für den Kaltpressprozess als energieschonende und nachhaltige Produktionsmethode bietet die aufgebrachte Mikro-Oberflächenstruktur große Vorteile. Bei einem Vorsehen der Mikro-Oberflächenstruktur in einem Teilbereich kann diese beispielsweise an einem „Einschnäbelbereich“ vorgesehen werden, um eine Spanbildung beim Aufeinandertreffen des Rotororganinnendurchmessers auf den Motorwellenaußendurchmesser zu vermeiden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Mikro-Oberflächenstruktur als Mikro-Reinstruktur ausgebildet. Eine derartige Mikro-Reinstruktur kann beispielsweise linien- oder punktförmig ausgebildet sein. Ein großer Vorteil einer derartigen Mikro-Reinstruktur ist die einfache und damit kostengünstige Herstellung einer derartigen Mikro-Reinstruktur. Alternativ kann die Mikro-Oberflächenstruktur als Mikro-Mischstruktur als Überlagerung einer Linien- und Punktstruktur ausgebildet sein.
In besonders vorteilhafter Weise in die Mikro-Oberflächenstruktur durch eine Laserbearbeitung herstellbar.
Das Rotororgan kann in besonders vorteilhafter Weise als Blechpaket ausgebildet sein, wobei mehrere Blechlamellen jeweils lediglich durch eine wenige µm-dünne Beschichtung voneinander isoliert, übereinandergestapelt sind.
Wenn die gesamte Oberfläche der Motorwelle die Mikro-Oberflächenstruktur als Veredelungsstruktur aufweist, ist kein besonderer Arbeitsgang zur Herstellung der Mikro-Oberflächenstruktur notwendig.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Elektromaschine mit einer derartig ausgebildeten Rotor-Wellen-Anordnung.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher dargestellt, hierbei zeigt

1 eine schematische Explosiv-Ansicht einer Elektromaschine, und
2a - c eine Detailansicht von möglichen Mikro-Oberflächenstrukturen.

1 zeigt eine einfache, schematische Explosiv-Ansicht einer Elektromaschine 2. Hierbei ist mit 4 eine Motorwelle bezeichnet, die in ein Rotororgan 6 eines Rotors 8 derart eingepresst wird, dass das Rotororgan 6 drehfest auf der Motorwelle 4 in einem Rotorlagerbereich RL gelagert ist. Das Rotororgan 6 ist auf bekannte Weise als Blechpaket ausgebildet. In dem Blechpaket können sowohl Permanentmagnete als auch stromdurchflossene Wicklungen zur Fremderregung angeordnet sein. An den jeweiligen Enden des nicht weiter dargestellten Blechpaketes sind auf bekannte Weise Isoliersterne 10, 12 vorgesehen. Des Weiteren ist ein an sich bekannter Stator 14 in einem Elektromaschinengehäuse 16 dargestellt. Mit 13 ist ein axiales Anschlagmittel für die Motorwelle 4 bezeichnet. Nach Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Rotor-Wellen-Anordnung 18 wird diese in den Stator 14 eingesetzt und über nicht weiter dargestellte Lagermittel auf bekannte Weise gelagert. Die Fügemittel bestehen im vorliegendem Ausführungsbeispiel also aus der Einpresskraft, die beim Einpressvorgang aufzubringen ist sowie aus dem axialen Anschlagelement 13.
Um nun zu verhindern, dass bei einem Einpressvorgang als Fügevorgang, bei dem die Motorwelle 4 in das Rotororgan 6 eingepresst wird, eine lose Spanbildung auftritt, die im Betrieb der Elektromaschine 2 beispielsweise zu Kurzschlüssen führen könnte, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die gesamte Oberfläche der Motorwelle 4 und damit natürlich auch der Rotorlagerbereich RL mit einer Mikro-Oberflächenstruktur 18 versehen, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Misch-Reinstruktur in Linien-Punktform, wie in 2a gezeigt, ausgebildet ist. Eine alternative Mikro-Oberflächenstruktur 20 als Mikro-Reinstruktur in Linienform ist in 2 b dargestellt. 2c zeigt eine weitere Mikro-Mischstruktur 22. Die hierbei vorgesehene Mischstruktur 18 für die gesamte Oberfläche der Motorwelle 4 dient hierbei zudem als Veredelungsstruktur, auch Finishing genannt. Diese wurde auf besonders einfache und kostengünstige Weise bei Raumtemperatur durch eine Laserbearbeitung hergestellt. Die gemittelte Rauhtiefe Rz beträgt hier maximal 2 µm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20220149685 A1 [0002]

Claims

Rotor-Wellen-Anordnung für eine Elektromaschine (2) mit einem Rotor (8), der ein metallisches Rotororgan (6) aufweist, und mit einer Motorwelle (4), die einen Rotorlagerbereich RL aufweist, wobei das Rotororgan (6) kraft- und/oder formschlüssig durch Fügemittel auf der Motorwelle im Rotorlagerbereich RL drehfest angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorlagerbereich RL zusätzlich zu bestehenden Fügemitteln (13) zumindest teilweise eine definierte, mikroskopische Mikro-Oberflächenstruktur (18, 20, 22) aufweist.
Rotor-Wellen-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Oberflächenstruktur (20) als Mikro-Reinstruktur ausgebildet ist.
Rotor-Wellen-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Oberflächenstruktur (18, 22) als Mikro-Mischstruktur ausgebildet ist.
Rotor-Wellen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Oberflächenstruktur (18, 20, 22) durch eine Laserbearbeitung herstellbar ist.
Rotor-Wellen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotororgan (6) als Blechpaket ausgebildet ist.
Rotor-Wellen-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Oberfläche der Motorwelle (4) die Mikro-Oberflächenstruktur (18) als Veredelungsstruktur aufweist.
Elektromaschine mit einem Stator (14) und mit einer Rotor-Wellen-Anordnung (4, 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.