DE102022133602A1

DE102022133602A1 - Rotor for a permanent magnet electrical machine, electrical machine with such a rotor, and method for producing such a rotor

Info

Publication number: DE102022133602A1
Application number: DE102022133602.6A
Authority: DE
Inventors: Lucas Braun
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-12-16
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2024-06-27

Abstract

Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine, umfassend einen Rotorkörper (2) mit wenigstens einer radial nach außen offenen Vertiefung (3) sowie ein in die Vertiefung (3) eingesetztes Einsatzelement (6), das den Rotorkörper (2) zu einer zylindrischen Außenform ergänzt und das mit dem Rotorkörper (2) eine Ausnehmung (8) begrenzt, die wenigstens einen Taschenabschnitt (9) aufweist, in den wenigstens ein Permanentmagnet (10) eingesetzt ist, wobei das vom Rotorkörper (2) beabstandete Einsetzelement (6) über den Permanentmagneten (10) am Rotorkörper (2) abgestützt ist und über Rückhaltemittel radial am Rotorkörper (2) gesichert ist, wobei der Permanentmagnet (10) spaltfrei am Rotorkörper (2) und am Einsetzelement (6) anliegt und das verbleibende Volumen der Ausnehmung (8) mit einem ausgehärteten Vergussmittel (17) ausgegossen ist.

Rotor for a permanent magnet electrical machine, comprising a rotor body (2) with at least one recess (3) open radially outwards and an insert element (6) inserted into the recess (3), which supplements the rotor body (2) to form a cylindrical outer shape and which, together with the rotor body (2), delimits a recess (8) which has at least one pocket section (9) into which at least one permanent magnet (10) is inserted, wherein the insert element (6) spaced apart from the rotor body (2) is supported on the rotor body (2) via the permanent magnet (10) and is secured radially to the rotor body (2) via retaining means, wherein the permanent magnet (10) rests against the rotor body (2) and the insert element (6) without a gap and the remaining volume of the recess (8) is filled with a hardened casting agent (17).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine.The invention relates to a rotor for a permanent magnet electrical machine.

Ein Rotor einer permanenterregten elektrischen Maschine, also einer elektrischen Radialmaschine mit Permanentmagneten, weist mehrere in das Blechpaket integrierte Permanentmagnete auf. Hierzu weist das Blechpaket, das üblicherweise aus einem Stapel einzelner, gestanzter Metallbleche besteht, sich axial durch das Blechpaket erstreckende Magnettaschen auf, in die die Magnete eingesetzt werden. Ein Beispiel für einen solchen Rotor zeigt DE 10 2017 205 858 A1 . Dort sind entsprechend um den Umfang äquidistant verteilte Magnettaschen ausgebildet, wobei bei dem dortigen Rotor jede Magnettasche zwei Taschenabschnitte aufweist, in die jeweils ein separater Magnet eingesetzt werden kann. In den Taschen werden die Magnete beispielsweise über ausgestellte Blechnasen oder ähnliche mechanische Halteelemente, oder Kleber fixiert.A rotor of a permanent magnet electrical machine, i.e. an electrical radial machine with permanent magnets, has several permanent magnets integrated into the laminated core. For this purpose, the laminated core, which usually consists of a stack of individual, punched metal sheets, has magnetic pockets extending axially through the laminated core, into which the magnets are inserted. An example of such a rotor is shown EN 10 2017 205 858 A1 . There, magnet pockets are formed equidistantly distributed around the circumference, with each magnet pocket in the rotor there having two pocket sections, into each of which a separate magnet can be inserted. The magnets are fixed in the pockets, for example, using flared metal tabs or similar mechanical holding elements, or adhesives.

Bei dem bekannten Rotor sind die Taschen derart im Blechpaket eingeformt, dass sie möglichst nahe am Außenumfang liegen, was dazu führt, dass die einzelnen Bleche respektive die Taschen am Außenumfang nur sehr schmale, verbliebene Stege aufweisen. Diese Stege sind, was die Positionierung der Taschen angeht, ein limitierender Faktor, da sie nicht zu dünn werden dürfen im Hinblick auf die im Betrieb wirkenden Radialkräfte, da ansonsten eine mögliche Deformation des Rotors in diesem Bereich erfolgen kann. Darüber hinaus sind die Magnettaschen entsprechend mit Übermaß bezüglich der Magnetgröße zu dimensionieren, um die Magnete in die Taschen einsetzen zu können, so dass stets ein entsprechender Fügespalt gegeben ist, der bei rein mechanischer Befestigung nicht geschlossen ist, lediglich bei einem Verkleben besteht die Möglichkeit, den Fügespalt zu schließen. Gleichwohl sind die Magnetelemente nicht unbedingt in Kontakt mit dem Rotorkörper, was sich nachteilig auf den magnetischen Fluss auswirkt, da die Permeabilitätszahl des Elektroblechs, aus dem der Rotorkörper ist, um Größenordnungen größer ist als die Permeabilitätszahl von Luft oder einem Kleber, üblicherweise einem Harz.In the known rotor, the pockets are formed in the laminated core in such a way that they are as close to the outer circumference as possible, which means that the individual sheets or the pockets on the outer circumference only have very narrow remaining webs. These webs are a limiting factor when it comes to the positioning of the pockets, as they must not be too thin with regard to the radial forces acting during operation, otherwise the rotor may deform in this area. In addition, the magnet pockets must be dimensioned accordingly with an excess in relation to the magnet size in order to be able to insert the magnets into the pockets, so that there is always a corresponding joint gap that is not closed with purely mechanical fastening; it is only possible to close the joint gap with gluing. However, the magnetic elements are not necessarily in contact with the rotor body, which has a detrimental effect on the magnetic flux because the permeability of the electrical steel from which the rotor body is made is orders of magnitude higher than the permeability of air or an adhesive, usually a resin.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen demgegenüber verbesserten Rotor anzugeben.The invention is therefore based on the problem of specifying a rotor which is improved compared to the above-mentioned rotor.

Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine vorgesehen, umfassend einen Rotorkörper mit wenigstens einer radial nach außen offenen Vertiefung sowie ein in die Vertiefung eingesetztes Einsatzelement, das den Rotorkörper zu einer zylindrischen Außenform ergänzt und das mit dem Rotorkörper eine Ausnehmung begrenzt, die wenigstens einen Taschenabschnitt aufweist, in den wenigstens ein Permanentmagnet eingesetzt ist, wobei das vom Rotorkörper beabstandete Einsetzelement über den Permanentmagneten am Rotorkörper abgestützt ist und über Rückhaltemittel radial am Rotorkörper gesichert ist, wobei der Permanentmagnet spaltfrei am Rotorkörper und am Einsetzelement anliegt und das verbleibende Volumen der Ausnehmung mit einem ausgehärteten Vergussmittel ausgegossen ist.To solve this problem, according to the invention, a rotor for a permanent magnet electrical machine is provided, comprising a rotor body with at least one recess that is open radially outwards and an insert element inserted into the recess, which supplements the rotor body to form a cylindrical outer shape and which, together with the rotor body, delimits a recess that has at least one pocket section into which at least one permanent magnet is inserted, wherein the insert element spaced apart from the rotor body is supported on the rotor body via the permanent magnet and is secured radially to the rotor body via retaining means, wherein the permanent magnet rests against the rotor body and the insert element without a gap and the remaining volume of the recess is filled with a hardened casting agent.

Der erfindungsgemäße Rotor ist mehrteilig. Er besteht einerseits aus einem zentralen Rotorkörper, der in an sich bekannter Weise aus einem Blechstapel gebildet ist. Der Rotorkörper weist wenigstens eine, üblicherweise jedoch mehrere äquidistant um seinen Außenumfang verteilt angeordnete, radial nach außen offene Vertiefungen auf. Das heißt, dass an der Außenseite eine oder mehrere, längs des Rotorkörpers verlaufende und die zylindrische Außenform unterbrechende, quasi nutartige Vertiefungen ausgebildet sind. Diese Vertiefungen können unterschiedlichen Querschnitts sein. Sie können im Querschnitt viereckig sein, beispielsweise trapezförmig, oder dreieckig, also V-förmig, oder auch gerundet. In jede Vertiefung ist ein Einsetzelement eingesetzt, also ein separates Bauteil, das mit seiner der Vertiefungsfläche zugewandten Seite zusammen mit der Vertiefungsfläche eine Ausnehmung begrenzt. Diese Ausnehmung ihrerseits weist wenigstens einen Taschenabschnitt auf, also einen Hohlraum, der als Aufnahmetasche für einen Permanentmagneten, der in diesen Taschenabschnitt eingesetzt ist, dient. An der Außenseite ergänzt das Einsetzelement die Außenfläche zur Zylinderform, wie bei einem derartigen Rotor üblich. Dabei ist das Einsetzelement, das bevorzugt aus einem magnetisch nicht leitenden Material wie beispielsweise einem Kunststoff, einem Harz oder Ähnlichem, gegebenenfalls faserverstärkt, ist, ist nur über den Permanentmagneten, der in den Taschenabschnitt eingesetzt ist, am Rotorkörper abgestützt. Eine direkte Verbindung oder Anlage des Einsetzelements an den Rotorkörper ist nicht gegeben. Das heißt, dass außerhalb des Taschenabschnitts, der mit dem Permanentmagneten gefüllt ist, ein bis zur Außenumfangsfläche laufender Spalt zwischen dem Rotorkörper und dem Einsetzelement gegeben ist. Der Permanentmagnet jedoch liegt spaltfrei am Einsetzelement und insbesondere, flussführend, am Rotorkörper an, was möglich ist, nachdem das Einsetzelement eben ein separates Bauteil ist, über das eine entsprechende Radialkraft auf den Permanentmagneten aufgebracht werden kann, so dass dieser spalt- und spielfrei an dem Rotorkörper anliegt. Nachdem der Taschenabschnitt ja variabel ist, da er über das separate Einsetzelement und den Rotorkörper gebildet wird, ist keinerlei Fügespiel vorzuhalten, weshalb eine unmittelbare spaltfreie Anlage realisiert werden kann. Hierdurch kann die Führung des Magnetflusses und demzufolge auch der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine verbessert werden.The rotor according to the invention is made up of several parts. On the one hand, it consists of a central rotor body, which is formed in a manner known per se from a stack of sheets. The rotor body has at least one, but usually several, recesses arranged equidistantly around its outer circumference and open radially outwards. This means that on the outside there are one or more quasi-groove-like recesses running along the rotor body and interrupting the cylindrical outer shape. These recesses can have different cross-sections. They can be square in cross-section, for example trapezoidal, or triangular, i.e. V-shaped, or even rounded. An insert element is inserted into each recess, i.e. a separate component, which, with its side facing the recess surface, together with the recess surface, delimits a recess. This recess in turn has at least one pocket section, i.e. a cavity that serves as a receiving pocket for a permanent magnet that is inserted into this pocket section. On the outside, the insert element completes the outer surface to form a cylinder, as is usual with such a rotor. The insert element, which is preferably made of a magnetically non-conductive material such as a plastic, a resin or the like, possibly fiber-reinforced, is only supported on the rotor body via the permanent magnet, which is inserted into the pocket section. There is no direct connection or contact between the insert element and the rotor body. This means that outside the pocket section, which is filled with the permanent magnet, there is a gap between the rotor body and the insert element that runs up to the outer peripheral surface. The permanent magnet, however, rests on the insert element without a gap and in particular on the rotor body, conducting flux, which is possible since the insert element is a separate component, via which a corresponding radial force can be applied to the permanent magnet, so that it rests on the rotor body without gaps and play. Since the pocket section is variable, since it is formed by the separate insert element and the rotor body, no joint play is to be maintained, which is why a direct gap-free system can be realized. This can improve the guidance of the magnetic flux and consequently also the efficiency of the electrical machine.

Der verbleibende Spalt zwischen dem Einsetzelement und dem Rotorkörper benachbart zum Taschenabschnitt respektive zum Magnetelement wird mittels eines beim Befüllen fluiden, anschließend jedoch ausgehärteten Vergussmittels gefüllt, so dass das gesamte Volumen, das zwischen dem Einsetzelement und dem Rotorkörper in der Vertiefung gegeben ist, vollständig ausgefüllt ist, einerseits mit dem Permanentmagneten, andererseits mit dem Vergussmittel. Bei diesem kann es sich beispielsweise um ein Vergussmittel auf Harzbasis handeln, wie es bei einem Transfermolding verwendet wird, gegebenenfalls über Kurzfasern verstärkt.The remaining gap between the insert element and the rotor body adjacent to the pocket section or the magnet element is filled using a casting agent that is fluid during filling but then hardens, so that the entire volume between the insert element and the rotor body in the recess is completely filled, on the one hand with the permanent magnet, on the other hand with the casting agent. This can be, for example, a resin-based casting agent, as used in transfer molding, possibly reinforced with short fibers.

Um sicherzustellen, dass das Einsetzelement den im Betrieb bei drehendem Motor gegebenen Radialkräften standhält und es zu keinerlei Geometrieveränderungen kommt, ist das Einsetzelement über Rückhaltemittel radial am Rotorkörper gesichert. Über diese Rückhaltemittel, die in unterschiedlicher Weise realisiert werden können, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, wird sichergestellt, dass auch bei hoher bis sehr hoher Umdrehungszahl und dementsprechend hohen Radialkräften keinerlei Positions- und damit Geometrieveränderung des Einsetzelements relativ zum Rotorkörper stattfindet.To ensure that the insert element can withstand the radial forces that occur during operation when the motor is rotating and that no changes in geometry occur, the insert element is secured radially to the rotor body using retaining means. These retaining means, which can be implemented in different ways and will be discussed below, ensure that even at high to very high speeds and correspondingly high radial forces, no changes in position and thus geometry of the insert element relative to the rotor body occur.

Die Rückhaltemittel können in unterschiedlicher Form realisiert werden. Gemäß einer ersten Erfindungsvariante können die Rückhaltemittel am Rotorkörper wenigstens einen zur Ausnehmung hin offenen ersten Formschlussabschnitt und am Einsetzelement wenigstens einen zur Ausnehmung hin offenen zweiten Formschlussabschnitt umfassen, wobei ein gemeinsames Formschlussmittel in einen ersten und einen zweiten Formschlussabschnitt eingreift. Es erfolgt also eine radiale Sicherung des jeweiligen Einsetzelements über eine geeignete Formschlussverbindung, die über ein gemeinsames Formschlussmittel, das in die einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Formschlussabschnitte am Rotorkörper und am Einsetzelement eingreift, gebildet wird. Dabei können die Formschlussabschnitte bevorzugt hinterschnitten sein, beispielsweise nach Art eines Schwalbenschwanzes, also in einer Trapezform. Auch T-förmige Formschlussabschnitte und Ähnliches sind denkbar. Natürlich sind, je nachdem, wie groß das Einsetzelement ist, gegebenenfalls auch mehrere Formschlussabschnittpaare vorgesehen, so dass eine entsprechende Formschlussverbindung an mehreren Stellen zwischen dem Einsetzelement und dem Rotorkörper gegeben ist.The retaining means can be implemented in different forms. According to a first variant of the invention, the retaining means on the rotor body can comprise at least one first form-fitting section open towards the recess and on the insert element at least one second form-fitting section open towards the recess, with a common form-fitting means engaging in a first and a second form-fitting section. The respective insert element is thus secured radially via a suitable form-fitting connection, which is formed via a common form-fitting means that engages in the opposite first and second form-fitting sections on the rotor body and on the insert element. The form-fitting sections can preferably be undercut, for example in the manner of a dovetail, i.e. in a trapezoidal shape. T-shaped form-fitting sections and the like are also conceivable. Of course, depending on the size of the insert element, several pairs of form-fitting sections may also be provided, so that a corresponding form-fitting connection is provided at several points between the insert element and the rotor body.

Das gemeine Formschlussmittel kann gemäß einer ersten Ausführungsvariante über die ausgehärtete Vergussmasse, die auch die beiden Formschlussabschnitte ausfüllt, gebildet sein. Das heißt, dass beim Befüllen des verbleibenden Volumens zwischen Einsetzelement und Rotorkörper die Vergussmasse auch die entsprechenden ersten und zweiten Formschlussabschnitte vollständig ausfüllt. Nach dem Aushärten bildet die Vergussmasse einen extrem stabilen, festen Verankerungskörper, über den das Einsetzelement aufgrund des mechanischen Formschlusses am Rotorkörper gesichert wird.According to a first embodiment, the common form-locking means can be formed using the hardened casting compound, which also fills the two form-locking sections. This means that when filling the remaining volume between the insert element and the rotor body, the casting compound also completely fills the corresponding first and second form-locking sections. After hardening, the casting compound forms an extremely stable, solid anchoring body, via which the insert element is secured to the rotor body due to the mechanical form-locking.

Alternativ zur Nutzung der Vergussmasse als gemeinsames Formschlussmittel ist es auch denkbar, dass das gemeinsame Formschlussmittel über einen in beide Formschlussabschnitte eingesetzten Anker, der in der Vergussmasse eingebettet ist, gebildet ist. Dieser Anker ist von seiner Querschnittsform her natürlich formkompatibel zur Querschnittsgeometrie der ersten und zweiten Formschussabschnitte, weist also beispielsweise ebenfalls eine trapezförmige oder T-förmige Querschnittsgeometrie im Bereich seiner in die Formschlussabschnitte greifenden Eingriffsabschnitte auf. Hierüber wird also ein entsprechender Formschluss gebildet. Dabei ist dieser Anker, der sich zweckmäßigerweise über die gesamte Länge des Rotorkörpers und des Einsetzelements erstreckt, in die Vergussmasse eingebettet, das heißt, dass der verbleibende Fügespalt zwischen dem Anker und dem ersten und zweiten Formschlussabschnitt ebenfalls mit der Vergussmasse ausgegossen wird.As an alternative to using the casting compound as a common form-locking means, it is also conceivable that the common form-locking means is formed by an anchor inserted into both form-locking sections and embedded in the casting compound. The cross-sectional shape of this anchor is naturally compatible with the cross-sectional geometry of the first and second form-locking sections, so for example it also has a trapezoidal or T-shaped cross-sectional geometry in the area of its engagement sections that engage the form-locking sections. This thus forms a corresponding form-lock. This anchor, which expediently extends over the entire length of the rotor body and the insert element, is embedded in the casting compound, which means that the remaining joint gap between the anchor and the first and second form-locking sections is also filled with the casting compound.

Unabhängig davon, ob nun das Formschlussmittel allein durch die Vergussmasse oder durch einen Anker in Kombination mit der Vergussmasse gebildet wird, wird die Vergussmasse auf einfache Weise in einer geeigneten Form, beispielsweise einer Spritzgießform respektive Transfermolding-Form unter Druck eingebracht. Die Vergussmasse, bevorzugt ein Harz, das faserverstärkt sein kann, wird von einer Stirnseite der Anordnung unter Druck eingespritzt, so dass sämtliche Spalte und Hohlräume wie natürlich auch die Formschlussabschnitte vollständig ausgefüllt werden.Regardless of whether the form-locking means is formed by the casting compound alone or by an anchor in combination with the casting compound, the casting compound is simply introduced under pressure in a suitable form, for example an injection mold or transfer mold. The casting compound, preferably a resin that can be fiber-reinforced, is injected under pressure from one end of the arrangement so that all gaps and cavities, as well as of course the form-locking sections, are completely filled.

Alternativ, oder zusätzlich, zur Realisierung der Verankerung des jeweiligen Einsetzelements, also zur Sicherstellung der Drehzahlfestigkeit, über die Formschlussverbindung ist es auch denkbar, dass die Rückhaltemittel einen mit einer um den Rotorkörper und das Einsetzelement gewickelten Faser gebildeten Fasermantel umfassen, der in die Vergussmasse eingebettet ist. Bei dieser Erfindungsvariante wird zunächst die Rotoranordnung bestehend aus Rotorkörper, dem oder den Einsetzelementen sowie dem oder den Permanentmagneten aufgebaut, wonach die zylindrische Anordnung mit einer Faser, beispielsweise einer Karbon-, Aramid- oder Glasfaser, umwickelt wird. Diese trocken umwickelte Faser wird ebenfalls in die Vergussmasse eingebettet, das heißt, dass in der Gießform nicht nur die Spalte und Hohlräume zwischen Einsetzelement und Rotorkörper vergossen werden, sondern auch der gesamten Fasermantel. Dabei ist die Viskosität des Vergussmittels bevorzugt so zu wählen, dass die Vergussmasse den aus den Einzelnen dünnen Faserwicklungen gebildeten Fasermantel vollständig imprägniert, also durchdringt, so dass sich insgesamt ein kompakt vergossener Fasermantel ergibt, der als stabiles Mantelbauteil jedes Einsetzelement in Position hält. Dieser vergossene Fasermantel kann wie ausgeführt das einzige Rückhaltemittel sein, alternativ können zusätzlich auch die entsprechenden Formschlussverbindungen quasi im Inneren der Ausnehmung realisiert werden.Alternatively, or in addition, to anchor the respective insert element, i.e. to ensure the speed stability, via the form-fitting connection, it is also conceivable that the retaining means comprise a fiber sheath formed with a fiber wound around the rotor body and the insert element, which is embedded in the casting compound. In this variant of the invention, the rotor arrangement is first constructed, consisting of the rotor body, the insert element(s) and the permanent magnet(s), after which the cylindrical arrangement with a fiber, for example a carbon, aramid or glass fiber, is wound around it. This dry-wound fiber is also embedded in the casting compound, which means that not only the gaps and cavities between the insert element and the rotor body are cast in the mold, but also the entire fiber sheath. The viscosity of the casting compound should preferably be selected so that the casting compound completely impregnates, i.e. penetrates, the fiber sheath formed from the individual thin fiber windings, so that overall a compactly cast fiber sheath is produced, which as a stable sheath component holds each insert element in position. This cast fiber sheath can be the only retaining means as described, alternatively the corresponding form-fitting connections can also be realized inside the recess.

Die Vertiefung selbst, dementsprechend aber auch das jeweilige Einsetzelement, kann vom Querschnitt her verschiedenartig sein. Bevorzugt ist die Vertiefung V-förmig, wobei die Ausnehmung wenigstens zwei Taschenabschnitte aufweist, die V-förmig zueinanderstehen. Das Einsetzelement, das formkompatibel ist und an seiner dem Rotorkörper zugewandten Seite dann zwangsläufig ebenfalls V-förmige ist, ist demzufolge ein entsprechend breites, jedoch relativ dünnes Bauteil, da durch die quasi liegende, V-förmige Anordnung der Taschenabschnitte und damit auch der Permanentmagneten die Magnetanordnung möglichst nahe an der Umfangsfläche positionierbar ist. Die Taschenabschnitte selbst sind rechteckig, sie erstrecken sich in Umfangsrichtung deutlich länger als in radialer Richtung, das heißt, dass die Permanentmagneten letztlich platten- oder leistenförmig sind. Zwischen den Taschenabschnitten und damit den Permanentmagneten ist ein entsprechend großer Ausnehmungsteilraum gegeben, in dem ein erster und ein zweiter Formschlussabschnitt, gegebenenfalls auch ein Anker, vorgesehen sein kann. An den seitlichen Enden der Ausnehmung, also quasi in Umfangsrichtung benachbart zu den Taschenabschnitten, ist jeweils ebenfalls ein Paar von ersten und zweiten Formschlussabschnitten, gegebenenfalls mit integriertem Anker, vorgesehen. In diesem Fall ist demzufolge quasi eine Verankerung des Einsetzelements an drei Positionen über die Formschlussverbindung gegeben, wenn eine solche Verankerung, gegebenenfalls auch zusätzlich zur Realisierung des Fasermantels, vorgesehen wird.The recess itself, and accordingly also the respective insert element, can have different cross-sections. The recess is preferably V-shaped, with the recess having at least two pocket sections that are V-shaped relative to one another. The insert element, which is shape-compatible and is then inevitably also V-shaped on its side facing the rotor body, is therefore a correspondingly wide but relatively thin component, since the quasi-horizontal, V-shaped arrangement of the pocket sections and thus also of the permanent magnets allows the magnet arrangement to be positioned as close as possible to the circumferential surface. The pocket sections themselves are rectangular, they extend significantly longer in the circumferential direction than in the radial direction, which means that the permanent magnets are ultimately plate- or strip-shaped. Between the pocket sections and thus the permanent magnets there is a correspondingly large recess space in which a first and a second form-fitting section, and possibly also an armature, can be provided. A pair of first and second form-fitting sections, optionally with an integrated anchor, is also provided at the lateral ends of the recess, i.e. adjacent to the pocket sections in the circumferential direction. In this case, the insert element is therefore anchored in three positions via the form-fitting connection if such anchoring is provided, possibly also in addition to the realization of the fiber sheath.

Wie beschrieben, sind vorzugsweise mehrere Vertiefungen und zugeordnete Einsetzelemente sowie Permanentmagnete vorgesehen, die dann äquidistant um den Umfang verteilt sind. Denkbar sind beispielsweise sechs Vertiefungen, die äquidistant mit ihrer Vertiefungsmitte um 60° versetzt zueinander angeordnet sind, wobei in jeder Vertiefung, insbesondere, sofern diese V-förmig ist, bevorzugt zwei Taschenabschnitte und damit zwei Permanentmagnete vorgesehen sind.As described, preferably several depressions and associated insert elements as well as permanent magnets are provided, which are then distributed equidistantly around the circumference. For example, six depressions are conceivable, which are arranged equidistantly with their depression centers offset by 60° from one another, wherein in each depression, particularly if it is V-shaped, preferably two pocket sections and thus two permanent magnets are provided.

Denkbar ist es, dass der Rotorkörper gegenüber den Einsetzelementen radial am Außenumfang etwas zurückversetzt ist, so dass sich in diesem Bereich eine flache Vertiefung ergibt. Die Druckelemente greifen hier nur an den Einsetzelementen an, so dass eine mögliche Überbestimmung vermieden wird. Diese flache Vertiefung wird von der Spritzgießform bzw. den Druckelementen übergriffen und beim Einspritzen der Vergussmasse zusammen mit den Ausnehmungsteilräumen gefüllt, so dass sich wiederum eine geschlossene Außenumfangsfläche ergibt.It is conceivable that the rotor body is set back slightly radially on the outer circumference compared to the insert elements, so that a shallow depression is created in this area. The pressure elements only engage the insert elements here, so that possible over-determination is avoided. This shallow depression is overlapped by the injection mold or the pressure elements and filled together with the recessed spaces when the casting compound is injected, so that a closed outer circumferential surface is created.

Neben dem Rotor selbst betrifft die Erfindung ferner eine elektrische Maschine umfassend einen Stator sowie einen Rotor der vorstehend beschriebenen Art. Diese Maschine kann beispielsweise als Traktionsantrieb für eine Fahrzeugachse ausgelegt und konzipiert sein. Die Erfindung erfasst daher auch eine entsprechende Fahrzeugachse mit wenigstens einer solchen elektrischen Maschine.In addition to the rotor itself, the invention also relates to an electrical machine comprising a stator and a rotor of the type described above. This machine can be designed and constructed, for example, as a traction drive for a vehicle axle. The invention therefore also covers a corresponding vehicle axle with at least one such electrical machine.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors der vorstehend beschriebenen Art. Verfahrensgemäß wird an einem Rotorkörper in der oder jeder Vertiefung ein Einsetzelement sowie ein oder mehrere Permanentmagnete in den gebildeten Taschenabschnitten unter Bildung einer Rotoranordnung angeordnet, wonach die Rotoranordnung unter Aufbringen einer Radialkraft auf das oder die Einsetzelemente kompaktiert und in einer Gießform das verbleibende Volumen der Ausnehmungen mit einer Vergussmasse ausgegossen wird, welche Vergussmasse anschließend aushärtet.The invention further relates to a method for producing a rotor of the type described above. According to the method, an insert element and one or more permanent magnets are arranged in the pocket sections formed on a rotor body in the or each recess to form a rotor arrangement, after which the rotor arrangement is compacted by applying a radial force to the insert element or elements and the remaining volume of the recesses is filled with a casting compound in a casting mold, which casting compound then hardens.

Nach Bilden der Anordnung bestehend aus Rotorkörper, Permanentmagneten und Einsetzelementen wird die Anordnung durch Aufbringen einer Radialkraft zumindest auf die Einsetzelemente radial kompaktiert, das heißt, dass die Einsetzelemente auf die Permanentmagnete und diese wiederum auf die Anlageflächen am Rotorkörper respektive der Taschenaufnahme gepresst werden. Durch diese radiale Verpressung oder Kompaktierung wird die Rotoranordnung folglich auf ihr Endmaß, in dem die Permanentmagnete spaltfrei an dem Rotorkörper anliegen, gebracht, wonach die Vergussmasse eingefüllt wird und ausgehärtet wird, um diesen Zustand quasi einzufrieren. Am fertigen Rotor liegen die Permanentmagnete folglich direkt am Blechpaket, also am Rotorkörper an, es ist kein Fügespalt dazwischen gegeben, der sich negativ auf den Wirkungsgrad auswirken würde. Da es sich, wie bereits beschrieben, bei der Vergussmasse um eine amagnetische Masse handelt, die also nicht mit den Permanentmagneten wechselwirkt, ist demzufolge auch eine entsprechende magnetische Entkopplung der einzelnen Permanentmagnete, also der Nord- und Südseiten, voneinander gegeben, was ebenfalls wirkungsgradsteigernd ist.After forming the arrangement consisting of the rotor body, permanent magnets and insert elements, the arrangement is radially compacted by applying a radial force at least to the insert elements, i.e. the insert elements are pressed onto the permanent magnets and these in turn are pressed onto the contact surfaces on the rotor body or the pocket holder. This radial pressing or compacting brings the rotor arrangement to its final size, in which the permanent magnets lie on the rotor body without a gap, after which the casting compound is filled in and hardened in order to virtually freeze this state. On the finished rotor, the permanent magnets lie directly on the laminated core, i.e. on the rotor body, and there is no joint gap between them, which would have a negative effect on the efficiency. Since, as already described, the casting compound is a non-magnetic mass that does not interact with the permanent magnets, a There is a corresponding magnetic decoupling of the individual permanent magnets, i.e. the north and south sides, from each other, which also increases efficiency.

Dabei kann gemäß einer ersten Erfindungsvariante die Radialkraft auf die Rotoranordnung in der Gießform mittels auf das oder die Einsetzelemente radial wirkenden Druckelementen aufgebracht werden. In der Gießform sind also radial bewegliche Stempel oder Ähnliches, die entsprechende Druckelemente bilden, vorgesehen, die radial an die Außenseiten der Einsetzelemente gefahren werden und diese in feste Anlage an die Permanentmagnete und diese wiederum an den Rotorkörper drücken. In dieser Vergießposition wird sodann die Vergussmasse eingespritzt, so dass sämtliche Spalte und Hohlräume gefüllt werden, wonach die Vergussmasse aushärtet. Erst nach Aushärten der Vergussmasse werden die Druckelemente wieder entfernt und der vergossene Rotor der Gießform entnommen.According to a first variant of the invention, the radial force can be applied to the rotor arrangement in the casting mold by means of pressure elements that act radially on the insert element(s). Radially movable stamps or similar, which form corresponding pressure elements, are provided in the casting mold, which are moved radially to the outside of the insert elements and press them firmly against the permanent magnets, which in turn press them against the rotor body. In this casting position, the casting compound is then injected so that all gaps and cavities are filled, after which the casting compound hardens. Only after the casting compound has hardened are the pressure elements removed again and the cast rotor removed from the casting mold.

Alternativ ist es auch denkbar, dass die Radialkraft auf die Rotoranordnung mittels einer unter Zug auf die Rotoranordnung gewickelten, einen Fasermantel bildenden Faser wie einer Karbon-, Aramid- oder Glasfaser aufgebracht wird, wobei die Faser respektive der Fasermantel beim Vergießen in die Vergussmasse eingebettet wird. Das Aufbringen dieses Fasermantels kann bereits außerhalb der Form erfolgen. Hierbei wird die vorstehend beschriebene Rotoranordnung in einer geeigneten Halterung fixiert und die Faser aufgewickelt, wobei die Faser mit entsprechendem Zug, also entsprechender Zugkraft um die Rotoranordnung gewickelt wird, so dass hierdurch die entsprechende Radialkraft auf die Einsetzelemente erzeugt wird, die die Einsetzelemente gegen die Permanentmagneten und diese wiederum gegen den Rotorkörper drücken. Dieser feste Wickelzustand wird fixiert, wonach die umwickelte Rotoranordnung in die Gießform gebracht wird und die Vergussmasse eingespritzt und ausgehärtet wird. Dabei kann die Vergussmasse so eingespritzt werden, dass auch die ersten und zweiten Formschlussabschnitte ausgefüllt werden, oder dass in einen ersten und einen zweiten Formschlussabschnitt ein gemeinsamer Anker eingesetzt wird, der in die Vergussmasse eingebettet wird.Alternatively, it is also conceivable that the radial force is applied to the rotor arrangement by means of a fiber such as carbon, aramid or glass fiber that is wound onto the rotor arrangement under tension and forms a fiber sheath, whereby the fiber or fiber sheath is embedded in the casting compound during casting. This fiber sheath can be applied outside the mold. In this case, the rotor arrangement described above is fixed in a suitable holder and the fiber is wound up, whereby the fiber is wound around the rotor arrangement with the appropriate tension, i.e. the appropriate tensile force, so that the appropriate radial force is generated on the insert elements, which press the insert elements against the permanent magnets and these in turn against the rotor body. This firm winding state is fixed, after which the wound rotor arrangement is placed in the mold and the casting compound is injected and hardened. The casting compound can be injected in such a way that the first and second form-fitting sections are also filled, or that a common anchor is inserted into a first and a second form-fitting section and embedded in the casting compound.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Rotors, geschnitten, vor der Verankerung eines Einsetzelements am Rotorkörper,
2 den Rotor aus 1 nach Einbringung und Aushärtung der Vergussmasse mit angedeuteten Druckelementen der Gießform,
3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors mit zusätzlich eingesetzten Ankern, und
4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors mit zusätzlichem vergossenen Fasermantel.

The invention is explained below using embodiments with reference to the drawings. The drawings are schematic representations and show:

1 a partial view of a rotor according to the invention, sectioned, before anchoring an insert element to the rotor body,
2 the rotor 1 after the casting compound has been applied and hardened, with the pressure elements of the casting mould indicated,
3 a second embodiment of a rotor according to the invention with additionally inserted armatures, and
4 a further embodiment of a rotor according to the invention with an additional cast fiber jacket.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor 1 für eine permanenterregte elektrische Maschine. Der Rotor 1 umfasst einen Rotorkörper 2, üblicherweise gebildet aus einem Elektroblechstapel bestehend aus einer Vielzahl von entsprechend gestanzter Elektrobleche. Der Rotorkörper 2 weist eine im gezeigten Beispiel V-förmige Vertiefung 3 auf, die zwei ebene Anlageflächen 4 aufweist, an denen, wie nachfolgend noch beschrieben wird, Permanentmagnete vollflächig anliegen. Des Weiteren vorgesehen sind in der Vertiefung 3 mehrere erste Formschlussabschnitte 5 hier in Form trapezförmiger Nuten, die sich über die gesamte Vertiefungslänge erstrecken. Um den Umfang sind natürlich mehrere solcher Vertiefungen äquidistant verteilt, die sich übe die gesamte Länge des Rotorkörpers 2 erstrecken. 1 shows a rotor 1 according to the invention for a permanent magnet electrical machine. The rotor 1 comprises a rotor body 2, usually formed from an electrical sheet stack consisting of a large number of correspondingly punched electrical sheets. The rotor body 2 has a V-shaped recess 3 in the example shown, which has two flat contact surfaces 4, against which permanent magnets rest over their entire surface, as will be described below. Furthermore, several first form-fitting sections 5 are provided in the recess 3, here in the form of trapezoidal grooves, which extend over the entire length of the recess. Of course, several such recesses are distributed equidistantly around the circumference, which extend over the entire length of the rotor body 2.

Vorgesehen ist des Weiteren ein Einsetzelement 6, beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff. Dieses Einsetzelement 6 wird in die Vertiefung 3 eingesetzt. Es weist zwei Anlageflächen 7 auf, die parallel zu den Anlageflächen 4 des Rotorkörpers 2 verlaufen. In der Einsetzendstellung ist zwischen dem Einsetzelement 6 und dem Rotorkörper 2 eine Ausnehmung 8 ausgebildet, die zwei Taschenabschnitte 9 aufweist, die über die parallel und benachbart zueinander liegenden Anlageflächen 4, 7 gebildet wird. In diesen Taschenabschnitten 9 sind zwei Permanentmagnete 10, die plattenförmig sind und sich ebenfalls entlang des Rotors erstrecken, aufgenommen, derart, dass die Permanentmagnete 10 vollflächig und absolut spaltfrei an den Anlageflächen 4 des Rotorkörpers anliegen, so dass dort keinerlei sich negativ auf den Wirkungsgrad und den Magnetfluss auswirkender Spalt gegeben ist. Ebenso liegen die Anlageflächen 7 vollflächig und unter radialem Druck an den Permanentmagneten 10 an, nachdem, wie nachfolgend noch beschrieben wird, das Einsetzelement 6 radial gegen die Permanentmagnete 10 und diese wiederum gegen den Rotorkörper 2 gedrückt werden.Furthermore, an insert element 6 is provided, for example made of a fiber-reinforced plastic. This insert element 6 is inserted into the recess 3. It has two contact surfaces 7 that run parallel to the contact surfaces 4 of the rotor body 2. In the final insertion position, a recess 8 is formed between the insert element 6 and the rotor body 2, which has two pocket sections 9 that are formed over the contact surfaces 4, 7 that are parallel and adjacent to one another. Two permanent magnets 10, which are plate-shaped and also extend along the rotor, are accommodated in these pocket sections 9 in such a way that the permanent magnets 10 lie completely and absolutely gap-free against the contact surfaces 4 of the rotor body, so that there is no gap there that has a negative effect on the efficiency and the magnetic flux. Likewise, the contact surfaces 7 rest against the permanent magnets 10 over their entire surface and under radial pressure after, as will be described below, the insert element 6 is pressed radially against the permanent magnets 10 and these in turn are pressed against the rotor body 2.

Das Einsetzelement 6 ist mit dem Rotorkörper 2 an keiner Stelle in unmittelbarem Kontakt, vielmehr ist das Einsetzelement 6 ausschließlich über die Permanentmagnete 10 am Rotorkörper 2 abgestützt. Daher ergeben sich im verbliebenen Volumen der Ausnehmung 8 entsprechende Ausnehmungsteilräume 11, 12 im Bereich der Ausnehmungsseiten sowie zwischen den beiden Permanentmagneten 10. In eben diesen Bereichen befinden sich die ersten hinterschnittenen, trapezförmigen Formschlussabschnitte 5 des Rotorkörpers 2. Benachbart hierzu sind zweite Formschlussabschnitte 13 an der zugewandten Seite des Einsetzelements 6 ausgebildet. Diese liegen den ersten Formschlussabschnitten 5 quasi gegenüber. Auch die zweiten Formschussabschnitte 13 sind hinterschnitten und als im Querschnitt trapezförmige, schwalbenschwanzartige und sich längs des Rotors erstreckende Nuten ausgeführt.The insert element 6 is not in direct contact with the rotor body 2 at any point, rather the insert element 6 is supported on the rotor body 2 exclusively via the permanent magnets 10. Therefore, in the remaining volume of the recess 8, corresponding recess sub-spaces 11, 12 are formed in the area of the recess sides and between the two permanent magnets 10. The first undercut, trapezoidal form-fitting sections 5 of the rotor body 2 are located in these areas. Adjacent to these, second form-fitting sections 13 are formed on the facing side of the insert element 6. These are virtually opposite the first form-fitting sections 5. The second form-fitting sections 13 are also undercut and designed as dovetail-like grooves with a trapezoidal cross-section that extend along the rotor.

Zum Außenumfang hin sind die beiden seitlichen Ausnehmungsteilräume 11 offen, da wie gesagt kein direkter Kontakt zwischen dem Einsetzelement 6 und dem Rotorkörper 2 gegeben ist, was es ermöglicht, das Einsetzelement 6 unter entsprechendem Druck radial gegen die Permanentmagnete 10 und diese gegen den Rotorkörper 2 in eine vollflächige Anlage zu drücken.The two lateral recessed spaces 11 are open towards the outer circumference since, as mentioned, there is no direct contact between the insert element 6 and the rotor body 2, which makes it possible to press the insert element 6 under appropriate pressure radially against the permanent magnets 10 and these against the rotor body 2 in a full-surface contact.

Im Bereich außerhalb der Vertiefung 4 ist die Außenumfangsfläche 14 des Rotorkörpers 2 zylindrisch. Auch die Außenumfangsfläche 15 des Einsetzelements 6 ist entsprechend konvex geformt, so dass sich insgesamt eine zylindrische Außenumfangsfläche ergibt.In the area outside the recess 4, the outer peripheral surface 14 of the rotor body 2 is cylindrical. The outer peripheral surface 15 of the insert element 6 is also correspondingly convexly shaped, so that overall a cylindrical outer peripheral surface is obtained.

Um den Umfang des Rotors 1 sind natürlich mehrere Vertiefungen 3 mit darin angeordneten Permanentmagneten 10 sowie Einsetzelementen 6 vorgesehen. Bevorzugt sind um den Umfang sechs solcher Anordnungen vorgesehen, also mit einer 60°-Teilung. Denkbar sind aber natürlich auch beispielsweise nur vier solcher Anordnungen mit einer 90°-Teilung oder acht solcher Anordnungen mit einer 45°-Teilung.Naturally, several recesses 3 with permanent magnets 10 and insert elements 6 arranged therein are provided around the circumference of the rotor 1. Preferably, six such arrangements are provided around the circumference, i.e. with a 60° division. However, it is of course also conceivable to have, for example, only four such arrangements with a 90° division or eight such arrangements with a 45° division.

Wenn die in 1 gezeigte Anordnung aus den noch losen, nicht miteinander verankerten Bauteilen, also Rotorkörper 2, Permanentmagneten 10 und Einsetzelementen 6, gebildet wird, wird diese gemäß einer ersten Erfindungsvariante, wie in 2 gezeigt, in eine Gießform für ein Transfermolding gebracht. Dort wird mittels geeigneter Druckelemente 16 einerseits ein radialer Druck auf das jeweilige Einsetzelement 6 gebracht, so dass dieses gegen die Permanentmagneten 10 und diese wiederum gegen den Rotorkörper 2 für eine vollkommene spaltfreie Anlage gedrückt werden. Gleichzeitig wird über die Druckelemente 16 jeder radial nach außen offene Ausnehmungsteilraum 11 verschlossen, so dass sämtliche Teilräume 11 und 12 nur noch axial offen sind. In die Ausnehmungsteilräume 11, 12 wird nun eine fluide Vergussmasse 17 eingespritzt, die die Ausnehmungsteilräume 11, 12 vollständig ausfüllt. Sie füllt also auch die ersten und zweiten Formschlussabschnitte 5, 13, also die hinterschnittenen, trapezförmigen Nuten aus. Die Vergussmasse 17, die auch mit Kurzfasern aus Glas gefüllt sein kann, und beispielsweise eine Kunststoff- oder Harzmasse ist, härtet sodann aus. Die jeweils ausgehärteten Vergussmassekörper sind entsprechend hart respektive steif, weisen also keine Elastizität auf, die es im Betrieb, wenn also der Rotor 1 rotiert, erlauben würde, dass betriebsbedingte Radialkräfte irgendeine Geometrieänderung, also eine Änderung der Position des Einsetzelements 6 relativ zum Rotorkörper 2, erlauben würde. Vielmehr ist durch die jeweiligen Formschlussverbindungen, die die ausgehärtete Vergussmasse 17 in den Ausnehmungsteilräumen 11, 12 sowohl mit dem Rotorkörper 2 als auch mit dem Einsetzelement 6 eingeht, ausreichend, eine vollständige Drehzahlfestigkeit sicherzustellen. Diese erlaubt es, höhere Spitzendrehmomente im Betrieb fahren zu können, da keinerlei Spalte oder die Festigkeit begrenzende Stege und Ähnliches wie im Stand der Technik gegeben sind. Auch ist eine bessere thermische Anbindung der Permanentmagnete 10 an den Rotorkörper 2, der gegebenenfalls gekühlt wird, gegeben, was auch zu einer Magnetkühlung führt und damit zu einer verbesserten Dauerleistung.If the 1 shown arrangement is formed from the still loose, not anchored components, i.e. rotor body 2, permanent magnet 10 and insert elements 6, this is according to a first variant of the invention, as in 2 shown, into a casting mold for transfer molding. There, by means of suitable pressure elements 16, a radial pressure is applied to the respective insert element 6, so that this is pressed against the permanent magnets 10 and these in turn are pressed against the rotor body 2 for a completely gap-free system. At the same time, each recess sub-chamber 11 that is open radially outwards is closed off via the pressure elements 16, so that all sub-chambers 11 and 12 are only open axially. A fluid casting compound 17 is now injected into the recess sub-chambers 11, 12, which completely fills the recess sub-chambers 11, 12. It therefore also fills the first and second form-fitting sections 5, 13, i.e. the undercut, trapezoidal grooves. The casting compound 17, which can also be filled with short glass fibers and is, for example, a plastic or resin compound, then hardens. The hardened casting compound bodies are correspondingly hard or stiff, i.e. they do not have any elasticity that would allow operational radial forces to cause any geometry change, i.e. a change in the position of the insert element 6 relative to the rotor body 2, during operation, i.e. when the rotor 1 rotates. Rather, the respective form-fitting connections that the hardened casting compound 17 forms in the recessed spaces 11, 12 with both the rotor body 2 and the insert element 6 are sufficient to ensure complete speed stability. This allows higher peak torques to be achieved during operation, since there are no gaps or webs or the like that limit the strength, as in the prior art. There is also a better thermal connection of the permanent magnets 10 to the rotor body 2, which is cooled if necessary, which also leads to magnet cooling and thus to improved continuous performance.

Nach Aushärten der Vergussmasse 17 wird der fertige Rotor, der durch die ausgehärtete Vergussmasse 17 quasi in seiner radial zusammengedrückten, kompaktierten Endform eingefroren ist, nach Lösen der Druckelemente 16 der Form entnommen.After the casting compound 17 has hardened, the finished rotor, which is virtually frozen in its radially compressed, compacted final shape by the hardened casting compound 17, is removed from the mold after the pressure elements 16 have been released.

In 2 ist gezeigt, dass der Rotorkörper 2 außen radial in der Umfangsebene der Einsetzelemente 6 liegt, so dass die Druckelemente 16 am Rotorkörper und an den Einsetzelemente 6 angreifen. Es ist aber gleichermaßen möglich, dass der Rotorkörper 2 radial geringfügig zurückversetzt ist, so dass die Druckelemente 16 daran nicht anliegen und nur auf die Einsetzelemente 6 Druck ausüben. Hierdurch wird eine mögliche Überbestimmung beim Zusammendrücken vermieden. Da die Druckelemente 16 auch den zurückversetzten Bereich übergreifen, wird dieser mit der aus den Ausnehmungsteilräumen 11 austretenden Vergussmasse 17 gefüllt, so dass am fertigen Rotor wieder eine gleichmäßige Umfangsfläche gegeben ists, die von den Einsetzelementen 6 und der Vergussmasse 17 im Bereich des zurückversetzten Rotorkörpers 2 gebildet wird.In 2 it is shown that the rotor body 2 lies radially on the outside in the circumferential plane of the insert elements 6, so that the pressure elements 16 act on the rotor body and the insert elements 6. However, it is equally possible for the rotor body 2 to be slightly set back radially, so that the pressure elements 16 do not rest against it and only exert pressure on the insert elements 6. This avoids possible overdetermination when pressing together. Since the pressure elements 16 also overlap the set-back area, this is filled with the casting compound 17 emerging from the recess subspaces 11, so that the finished rotor again has a uniform circumferential surface, which is formed by the insert elements 6 and the casting compound 17 in the area of the set-back rotor body 2.

3 zeigt eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Rotors 1, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Diese Variante entspricht insoweit dem Rotor 1 aus 1 und 2. Im Unterschied hierzu ist lediglich in jeden Ausnehmungsteilraum 11, 12 ein Anker 18 (in die Ausnehmungsteilräume 11) beziehungsweise 19 (in dem Ausnehmungsteilraum 12) eingesetzt, der randseitig entsprechende, der Querschnittsform der nutförmigen ersten und zweiten Formschlussabschnitte 5, 13 entsprechende Ankerabschnitte aufweist. Die Anker 18, 19 werden axial nach Anordnen der Permanentmagnete 10 und des Einsetzelements 6 in die Ausnehmungsteilräume 11, 12 eingeschoben. Nach Anordnen dieser Rotoranordnung in der Form und radialem Verpressen der Einsetzelemente 6 wird wiederum die Vergussmasse 17 eingespritzt, die dann aushärtet und die Anker 18, 19 in ihrer Position verankert. Dabei füllt die Vergussmasse 17 nicht nur den Bereich seitlich neben den Ankern 17 aus, sondern zwangsläufig auch den Fügespalt, der zwischen den endständigen, formschlüssig aufgenommenen Ankerabschnitten und den ersten und zweiten Formschlussabschnitten 5, 13 besteht. Das heißt, dass die Anker 18, 19 ebenfalls vollständig in der Vergussmasse eingebettet sind. 3 shows an embodiment of a rotor 1 according to the invention, wherein the same reference numerals are used for the same components. This variant corresponds to the rotor 1 from 1 and 2 . In contrast to this, only one anchor 18 (in the recess subspaces 11) or 19 (in the recess subspace 12) is inserted into each recess subspace 11, 12, which has an edge-side corresponding to the cross-sectional shape of the groove shaped first and second form-fitting sections 5, 13 have corresponding armature sections. The armatures 18, 19 are pushed axially into the recessed spaces 11, 12 after the permanent magnets 10 and the insert element 6 have been arranged. After this rotor arrangement has been arranged in the mold and the insert elements 6 have been radially pressed in, the casting compound 17 is injected again, which then hardens and anchors the armatures 18, 19 in their position. The casting compound 17 not only fills the area to the side of the armatures 17, but also inevitably the joint gap that exists between the terminal, form-fitting armature sections and the first and second form-fitting sections 5, 13. This means that the armatures 18, 19 are also completely embedded in the casting compound.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 bildet folglich die ausgehärtete Vergussmasse 17 das eigentliche Rückhaltemittel, über das das jeweilige Einsetzelement 6 am Rotorkörper 2 radial verankert ist, während beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 der jeweilige Anker 18, 19, gegebenenfalls in Verbindung mit der Vergussmasse 17, das jeweilige Rückhaltemittel zur Verankerung des Einsetzelements 6 am Rotorkörper 2 bildet.In the embodiment according to 1 Consequently, the hardened casting compound 17 forms the actual retaining means by which the respective insert element 6 is anchored radially to the rotor body 2, while in the embodiment according to 2 the respective anchor 18, 19, optionally in conjunction with the casting compound 17, forms the respective retaining means for anchoring the insert element 6 on the rotor body 2.

In einer Abwandlung der in 3 gezeigten Ausführung ist es auch denkbar, dass der Rotorkörper in den seitlichen Randbereichen, die die Vertiefung 3 begrenzen, hinterschnitten ist, so dass die beiden Permanentmagnete 10 an den Seitenflächen radial vom Rotorkörper 2 etwas übergriffen sind. Hierüber fungieren die Permanentmagnete 10 als Anker, d. h., dass in den Ausnehmungsteilräumen 11 keine separaten Anker vorzusehen sind. Auch kann am Einsetzelement 16 an der Innenseite im Bereich der Spitze eine schwalbenschwanzartige Verbreiterung vorgesehen sein, die wiederum die beiden Seitenkanten der Permanentmagnete 10 hintergreift, so dass das Einsetzelement gegen eine Radialbewegung über die Permanentmagnete 10 gesichert ist. Auch im Ausnehmungsteilräumen 12 ist folglich kein separater Anker vorzusehen. Die Vergussmasse 17 füllt wieder alle Ausnehmungsteilräumen 11, 12 und verankert schließlich final alle Bauteile. Hier dienen also die Permanentmagnete 10 als Anker, die Ausnehmungsteilräumen 11, 12 sind nur mit der Vergussmasse 17 gefüllt.In a variation of the 3 In the embodiment shown, it is also conceivable that the rotor body is undercut in the lateral edge areas that delimit the recess 3, so that the two permanent magnets 10 are slightly overlapped radially by the rotor body 2 on the side surfaces. The permanent magnets 10 thus act as anchors, i.e. no separate anchors are to be provided in the recess sub-chambers 11. A dovetail-like widening can also be provided on the insert element 16 on the inside in the area of the tip, which in turn engages behind the two side edges of the permanent magnets 10, so that the insert element is secured against radial movement via the permanent magnets 10. Consequently, no separate anchor is to be provided in the recess sub-chambers 12 either. The casting compound 17 again fills all of the recess sub-chambers 11, 12 and finally anchors all of the components. Here, the permanent magnets 10 serve as anchors, the recessed spaces 11, 12 are only filled with the casting compound 17.

4 zeigt schließlich eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 1, dessen Ausführungsform der gemäß 2 entspricht. Vorgesehen ist wiederum ein Rotorkörper 2 mit einer entsprechenden Anzahl an Vertiefungen 3, an die jeweilige Vertiefung 3 eingesetzte Einsetzelemente 6 sowie entsprechend dazwischen aufgenommene Permanentmagnete 10. Wiederum sind entsprechende Ausnehmungsteilräume 11, 12 vorgesehen, im Bereich welcher wiederum erste und zweite Formschlussabschnitte 5, 13 vorgesehen sind. 4 Finally, shows an embodiment of a rotor 1 according to the invention, the embodiment of which corresponds to 2 corresponds. A rotor body 2 is again provided with a corresponding number of recesses 3, insertion elements 6 inserted into the respective recess 3 and permanent magnets 10 accommodated therebetween. Corresponding recessed spaces 11, 12 are again provided, in the region of which first and second form-fitting sections 5, 13 are provided.

Die radiale Kompaktierung, die zur spaltfreien Anlage der platten- oder streifenförmigen Permanentmagnete 10 an den Anlageflächen 4 des Rotorkörpers 2 führt, wird bei dieser Erfindungsvariante über einen Fasermantel 20, der durch Umwickeln der noch nicht vergossenen Rotoranordnung mit einer Karbon-, Aramid- oder Glasfaser gebildet wird, erzeugt. Diese Faser wird mit hoher Zugkraft umwickelt, so dass die Einsetzelemente 6 radial fest gegen die Permanentmagnete 10 und diese wiederum fest gegen die Anlageflächen 4 gedrückt werden. Die mit dem Fasermantel 20 umwickelte Anordnung wird sodann wiederum in eine entsprechende Spritzgießform für ein Transfermolding gebracht, in der die Vergussmasse 17 axial eingespritzt wird. Die Spritzgießform umgreift den gesamten Rotor, abgesehen von einem schmalen Gießspalt, in den die Vergussmasse 17 eingespritzt wird. Die Vergussmasse 17 füllt wiederum die Ausnehmungsteilräume 11, 12 aus, selbstverständlich auch die dortigen entsprechenden nutförmigen Hinterschneidungen, die die Formschlussabschnitte 5, 13 bilden. Gleichzeitig bettet die Vergussmasse 17 auch den Fasermantel 20 ein, das heißt, der Fasermantel 20 wird vollständig von der Vergussmasse 17 umgeben, die in ihrer Viskosität bevorzugt aus so gewählt ist, dass sie in die einzelnen Faserwicklungen des Fasermantels 20 eindringt, ihn also vollständig imprägniert. Diese Imprägnierung mit der Vergussmasse 17 ist durch die gestrichelte Linie, die den Fasermantel 20 umgibt, dargestellt. Nach Aushärten der Vergussmasse 17 ist demzufolge nicht nur eine entsprechende Formschuss-Verankerung in den Ausnehmungsteilräumen 11, 12 gegeben, sondern auch eine entsprechende radiale Verankerung und Fixierung über den durch die ausgehärtete Vergussmasse 17 vollständig ausgesteiften Fasermantel 20.The radial compaction, which leads to the gap-free contact of the plate or strip-shaped permanent magnets 10 on the contact surfaces 4 of the rotor body 2, is produced in this variant of the invention via a fiber sheath 20, which is formed by wrapping the not yet cast rotor arrangement with a carbon, aramid or glass fiber. This fiber is wrapped with high tensile force, so that the insert elements 6 are pressed radially firmly against the permanent magnets 10 and these in turn are pressed firmly against the contact surfaces 4. The arrangement wrapped with the fiber sheath 20 is then brought into a corresponding injection mold for transfer molding, in which the casting compound 17 is injected axially. The injection mold encompasses the entire rotor, apart from a narrow casting gap into which the casting compound 17 is injected. The casting compound 17 in turn fills the recessed spaces 11, 12, and of course also the corresponding groove-shaped undercuts there, which form the form-fitting sections 5, 13. At the same time, the casting compound 17 also embeds the fiber sheath 20, i.e. the fiber sheath 20 is completely surrounded by the casting compound 17, the viscosity of which is preferably selected so that it penetrates into the individual fiber windings of the fiber sheath 20, thus completely impregnating it. This impregnation with the casting compound 17 is shown by the dashed line that surrounds the fiber sheath 20. After the casting compound 17 has hardened, not only is there a corresponding form-fit anchoring in the recessed spaces 11, 12, but also a corresponding radial anchoring and fixation via the fiber sheath 20, which is completely stiffened by the hardened casting compound 17.

Wenngleich beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 entsprechende erste und zweite Formschlussabschnitte 5, 13 gezeigt sind, ist es denkbar, diese bei dieser Variante entfallen zu lassen, da die Radialfixierung auch allein über den durch die Vergussmasse 17 ausgesteiften Fasermantel 20 realisiert werden kann, da dieser eine auch noch so geringe Radialbewegung der Einsetzelemente 6 und damit auch der Permanentmagnete 10 unterbindet. Gleichwohl kann die Kombination beider Rückhaltemittel-Varianten zweckmäßig sein. Natürlich wäre es zusätzlich auch noch denkbar, die aus 3 bekannten Anker 18, 19 zu integrieren.Although in the embodiment according to 4 corresponding first and second form-fitting sections 5, 13 are shown, it is conceivable to omit these in this variant, since the radial fixation can also be achieved solely via the fiber jacket 20 stiffened by the casting compound 17, since this prevents even the slightest radial movement of the insert elements 6 and thus also of the permanent magnets 10. Nevertheless, the combination of both restraint device variants can be useful. Of course, it would also be conceivable to use the 3 known anchors 18, 19.

Auch bei dieser Ausführungsform ist es denkbar, dass der Rotorkörper 2 gegenüber den Einsetzelementen 6 radial zurückversetzt ist und ein sich zur Spritzgießform in diesem zurückversetztem Bereich ein etwas vertiefter Spalt ergibt. Dieser wird ebenfalls mit der Vergussmasse 17 gefüllt, die aus den Ausnehmungsteilräumen 11 in diese Spaltvertiefung eintritt. Der fertige Rotor weißt folglich eine homogene Umfangsfläche auf, die aus den Einsetzelementen 6 und der Vergussmasse 17 im Bereich des zurückversetzten Rotorkörpers 2 gebildet wird.In this embodiment, it is also conceivable that the rotor body 2 is set back radially relative to the insert elements 6 and that a slightly deeper gap is created in this area set back from the injection mold. This is also filled with the casting compound 17, which enters this gap recess from the recessed spaces 11. The finished rotor consequently has a homogeneous circumferential surface, which is formed from the insert elements 6 and the casting compound 17 in the region of the recessed rotor body 2.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele zeigen Formen der Vertiefung 3 wie auch des Einsetzelements 6, die ein radiales Fügen des Einsetzelements 6 in die Vertiefung 3 erlauben, unter Zwischenschaltung der Permanentmagnete 10. Denkbar wäre es aber auch, am Rotorkörper 2 die Vertiefung 3 so auszuführen, dass das Einsetzelement axial zu fügen ist, das heißt, dass an den Seiten oder Flanken der jeweiligen Vertiefung 3 quasi ein Hinterschnitt ausgebildet ist, der von den Randabschnitten des jeweiligen Einsetzelements 6 untergriffen wird. Der Rotorkörper übergreift quasi radial gesehen mit den Vertiefungsrändern die Ränder des jeweiligen Einsetzelements 6. In diesem Fall sind die Einsetzelemente 6 axial, also von der Stirnseite her, in die Vertiefung 3 einzuschieben, zweckmäßigerweise ebenso die Permanentmagnete 10, soweit diese nicht vorher schon eingesetzt wurden. In jedem Fall kann auch hier durch Aufbringen einer Radialkraft die entsprechende Anordnung kompaktier werden, wobei wiederum entsprechende hinterschnittene Formschlussabschnitte 5, 13 ausgebildet werden können, die mit der Vergussmasse 17 ausgespritzt werden können und die der zusätzlichen Verankerung dienen, wie natürlich auch ein entsprechender Fasermantel 20 gewickelt werden kann, wie vorstehend beschrieben.The embodiments shown show shapes of the recess 3 as well as of the insert element 6, which allow a radial joining of the insert element 6 into the recess 3, with the interposition of the permanent magnets 10. However, it would also be conceivable to design the recess 3 on the rotor body 2 in such a way that the insert element can be joined axially, i.e. that an undercut is formed on the sides or flanks of the respective recess 3, which is gripped by the edge sections of the respective insert element 6. Viewed radially, the rotor body overlaps the edges of the respective insert element 6 with the recess edges. In this case, the insert elements 6 are to be pushed axially, i.e. from the front side, into the recess 3, as are expediently the permanent magnets 10, provided that they have not already been inserted beforehand. In any case, the corresponding arrangement can also be compacted here by applying a radial force, whereby corresponding undercut form-fitting sections 5, 13 can again be formed, which can be sprayed with the casting compound 17 and which serve for additional anchoring, just as a corresponding fiber sheath 20 can of course also be wound, as described above.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Rotorrotor
22: RotorkörperRotor body
33: Vertiefungdeepening
44: AnlageflächeContact surface
55: FormschlussabschnittForm-fitting section
66: EinsetzelementInsert element
77: AnlageflächeContact surface
88th: AusnehmungRecess
99: TaschenabschnittPocket section
1010: PermanentmagnetPermanent magnet
1111: AusnehmungsteilraumRecessed space
1212: AusnehmungsteilraumRecessed space
1313: FormschlussabschnittForm-fitting section
1414: AußenumfangsflächeOuter peripheral surface
1515: AußenumfangsflächeOuter peripheral surface
1616: DruckelementPressure element
1717: VergussmasseCasting compound
1818: Ankeranchor
1919: Ankeranchor
2020: FasermantelFiber sheath

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102017205858 A1 [0002]

Claims

Rotor after Claim 1 , characterized in that the retaining means on the rotor body (2) comprise at least one first form-fitting section (5) open towards the recess (8) and on the insert element (6) at least one second form-fitting section (13) open towards the recess (8), wherein a common form-fitting means engages in a first and a second form-fitting section (5, 13).

Rotor after Claim 2 , characterized in that the form-fitting sections (5, 13) are undercut.

Rotor after Claim 2 or 3 , characterized in that the common form-locking means is formed via the casting compound (17), which also fills the two form-locking sections (5, 13), or via an anchor (18, 19) inserted into both form-locking sections (5, 13) and embedded in the casting compound (17).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the retaining means comprise a fiber sheath (20) formed with a fiber wound around the rotor body (2) and the insert element (6) and embedded in the potting compound (17).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the depression (3) is V-shaped and the recess (8) has at least two pocket sections (9) which are V-shaped relative to one another.

Electrical machine comprising a stator and a rotor (1) according to one of the preceding claims.

Method for producing a rotor (1) according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that an insert element (6) and one or more permanent magnets (10) are arranged on a rotor body (2) in the or each recess (3) to form a rotor arrangement, after which the rotor arrangement is compacted by applying a radial force to the insert element or elements (6) and the remaining volume of the recesses (8) is filled in a casting mold with a casting compound (17) which then hardens.

Procedure according to Claim 8 , characterized in that the radial force is applied to the rotor arrangement in the casting mold by means of pressure elements (16) acting radially on the insert element(s) or by means of a fiber wound under tension onto the rotor arrangement, forming a fiber sheath (20) which is embedded in the casting compound (17) during casting.

Procedure according to Claim 8 or 9 , characterized in that the casting compound (17) also fills the first and second form-fitting sections (5, 13), or that a common anchor (18, 19) is inserted into a first and a second form-fitting section (5, 13) and is embedded in the casting compound (17).