DE102022203126A1 - Rotor of an electric machine - Google Patents
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Abstract
Rotor (1) einer elektrischen Maschine (2) mit einem um eine Rotorachse (3) drehbaren Rotorträger (4) und einem Rotorblechpaket (5), das einen helixförmig um den Rotorträger (4) gewickelten Blechstreifen (6) umfasst, wobei der Blechstreifen (6) in Längsrichtung hintereinander angeordnete Magnettaschen-Ausnehmungen (7) zur Bildung von Magnettaschen (8) im Rotorblechpaket (5) aufweist, wobei die Magnettaschen (8) zur Aufnahme von Magneten (9), insbesondere Permanentmagneten, vorgesehen sind, wobei der Blechstreifen (6) Blechsegmente (10) aufweist, die über Verbindungsabschnitte (11) einstückig miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsabschnitte (11) zum Umbiegen ausgebildet sind beim Wickeln, insbesondere Hochkantrollen, des Blechstreifens (6) um den Rotorträger (4),dadurch gekennzeichnet, dassdie Magnettaschen-Ausnehmungen (7) im Blechstreifen (6) Querschnittsverengungen (12) bilden, durch die die Verbindungsabschnitte (11) gebildet sind.Rotor (1) of an electrical machine (2) with a rotor carrier (4) rotatable about a rotor axis (3) and a rotor laminated core (5), which comprises a sheet metal strip (6) wound helically around the rotor carrier (4), the sheet metal strip ( 6) has magnetic pocket recesses (7) arranged one behind the other in the longitudinal direction to form magnetic pockets (8) in the rotor laminated core (5), the magnetic pockets (8) being provided for receiving magnets (9), in particular permanent magnets, the metal strip ( 6) has sheet metal segments (10) which are connected to one another in one piece via connecting sections (11), the connecting sections (11) being designed for bending when winding, in particular upright rolling, of the sheet metal strip (6) around the rotor carrier (4), characterized in that that the magnetic pocket recesses (7) in the metal strip (6) form cross-sectional constrictions (12) through which the connecting sections (11) are formed.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a rotor of an electrical machine according to the preamble of the main claim.
Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus der
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Blechverschnitt und die Materialkosten zur Herstellung des Rotorblechpakets verringert werden, indem die Magnettaschen-Ausnehmungen im Blechstreifen Querschnittsverengungen bilden, durch die die Verbindungsabschnitte gebildet sind.The rotor according to the invention of an electrical machine with the characterizing features of the main claim has the advantage that the sheet metal waste and the material costs for producing the rotor laminated core are reduced by the magnetic pocket recesses in the sheet metal strip forming cross-sectional constrictions through which the connecting sections are formed.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors einer elektrischen Maschine möglich.The measures listed in the subclaims make advantageous developments and improvements of the rotor of an electrical machine specified in the main claim possible.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Magnettaschen-Ausnehmungen nach einem ersten Ausführungsbeispiel zu einer dem Rotorträger abgewandten Außenseite des Blechstreifens hin offen ausgebildet sind und dass in die offenen Magnettaschen des Rotorblechpakets jeweils separate Außensegmentkörper zum Führen des magnetischen Flusses und zum Abstützen der Magnete eingesetzt sind. Auf diese Weise kann das Rotorblechpaket aus einem einfach gestalteten Blechstreifen aufgebaut werden. Zudem können die Magnete in einfacher Weise in radialer Richtung montiert werden. Ein Einschieben der Magnete in axialer Richtung entfällt und eine Beschädigung der Magnetisolation bzw. -beschichtung kann vermieden werden.It is particularly advantageous if, according to a first exemplary embodiment, the magnetic pocket recesses are designed to be open towards an outside of the sheet metal strip facing away from the rotor carrier and that separate outer segment bodies are inserted into the open magnetic pockets of the rotor laminated core for guiding the magnetic flux and for supporting the magnets. In this way, the rotor laminated core can be constructed from a simply designed metal strip. In addition, the magnets can be easily mounted in the radial direction. There is no need to insert the magnets in the axial direction and damage to the magnet insulation or coating can be avoided.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn nach einem zweiten Ausführungsbeispiel an den Querschnittsverengungen des Blechstreifens jeweils ein Außenblechsegment vorgesehen, insbesondere einstückig ausgebildet, ist, das ein Paar von Magnettaschen-Ausnehmungen nach radial außen hin begrenzt und insbesondere einen Steg und ein am Steg gehaltenes kreissektorförmiges Blechsegment umfasst. Auf diese Weise sind keine separat hergestellten Außensegmente erforderlich. Der Steg kann die auf das Außenblechsegment und die Magnete wirkenden Fliehkräfte aufnehmen und damit die mechanische Festigkeit gewährleisten.It is also advantageous if, according to a second exemplary embodiment, an outer sheet metal segment is provided at the cross-sectional constrictions of the sheet metal strip, in particular formed in one piece, which delimits a pair of magnetic pocket recesses radially outward and in particular comprises a web and a circular sector-shaped sheet metal segment held on the web. In this way, no separately manufactured outer segments are required. The web can absorb the centrifugal forces acting on the outer sheet metal segment and the magnets and thus ensure mechanical strength.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Außensegmentkörper gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus Soft-Magnetic-Composit (SMC)-Material hergestellt sind und sich jeweils in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse erstrecken. Auf diese Weise müssen die Außensegmentkörper nicht aus einzelnen Blechlamellen aufgebaut werden. Das Paketieren kleiner Blechstapel zur Bildung der Außensegmentkörper kann damit entfallen. Die Geometrien der Außensegmentkörper sind sehr gut aus SMC-Pulver pressbar.It is very advantageous if the outer segment bodies according to the first exemplary embodiment are made of soft magnetic composite (SMC) material and each extend in the axial direction with respect to the rotor axis. In this way, the outer segment bodies do not have to be constructed from individual sheet metal lamellas. This eliminates the need to package small stacks of sheets to form the outer segment bodies. The geometries of the outer segment bodies can be pressed very well from SMC powder.
Auch vorteilhaft ist, wenn das Rotorblechpaket an seiner dem Rotorträger abgewandten Außenseite von einer Rotorhülse umschlossen ist zum Abstützen der Außensegmentkörper oder der Außenblechsegmente. Auf diese Weise werden die Magnete zuverlässig in den Magnettaschen gehalten. Außerdem wird die Drehzahlfestigkeit des Rotors erhöht.It is also advantageous if the rotor laminated core is surrounded by a rotor sleeve on its outside facing away from the rotor carrier in order to support the outer segment body or the outer sheet metal segments. In this way, the magnets are reliably held in the magnetic pockets. In addition, the speed stability of the rotor is increased.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die Rotorhülse eine Faserverbundhülse ist, die eine Faserwicklung, insbesondere aus Glasfaser oder Carbonfaser, und ein ausgehärtetes Verbundmaterial zur Einbettung der Faserwicklung umfasst und deren Faserwicklung insbesondere unter Vorspannung aufgewickelt ist. Auf diese Weise wird die Drehzahlfestigkeit des Rotors erhöht. Das Rotorblechpaket allein hat eine vergleichsweise geringe Drehzahlfestigkeit, da die erfindungsgemäßen Querschnittsverengungen im Blechstreifen zur Erreichung einer entsprechenden Biegsamkeit für das Hochkantrollen schmal ausgebildet sein müssen.It is also advantageous if the rotor sleeve is a fiber composite sleeve, which comprises a fiber winding, in particular made of glass fiber or carbon fiber, and a hardened composite material for embedding the fiber winding and whose fiber winding is wound in particular under pretension. In this way, the speed stability of the rotor is increased. The rotor laminated core alone has a comparatively low speed stability, since the cross-sectional constrictions in the sheet metal strip according to the invention must be narrow in order to achieve appropriate flexibility for upright rolling.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn von den Querschnittsverengungen der Magnettaschen-Ausnehmungen jeweils Stützflächen zur Abstützung der Magnete ausgehen, die sich von der jeweiligen Querschnittsverengung ausgehend in entgegengesetzter Umfangsrichtung unter einem schrägen Winkel zur Längserstreckung des Blechstreifens erstrecken, insbesondere V-förmig. Durch die V-förmige Anordnung der Magnete kann ein magnetisch leitfähiger Außensegmentkörper über den Magneten eingesetzt werden. Dieser Außensegmentkörper hat die Funktion, die Magnete abzustützen und den Raum zu einer Bandage auszufüllen. Zudem kann durch dessen magnetische Leitfähigkeit der Fluss durch dieses Element besser geführt werden.In addition, it is advantageous if the cross-sectional constrictions of the magnetic pocket recesses each have support surfaces for supporting the magnets, which extend from the respective cross-sectional constriction in the opposite circumferential direction at an oblique angle to the longitudinal extent of the metal strip, especially V-shaped. Due to the V-shaped arrangement of the magnets, a magnetically conductive outer segment body can be inserted over the magnet. This outer segment body has the function of supporting the magnets and filling the space to form a bandage. In addition, the flux can be guided better through this element due to its magnetic conductivity.
Vorteilhaft ist, wenn pro Rotorpol ein V-förmiger Magnetlayer vorgesehen ist, dessen Magnete in einer oder zwei Magnettaschen des Rotorblechpakets angeordnet sind. Auf diese Weise wird das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine erhöht, insbesondere wird das Reluktanzmoment hierdurch vergrößert.It is advantageous if a V-shaped magnetic layer is provided for each rotor pole, the magnets of which are arranged in one or two magnetic pockets of the rotor laminated core. In this way, the maximum torque of the electrical machine is increased, in particular the reluctance torque is thereby increased.
Außerdem vorteilhaft ist, wenn der helixförmig aufgewickelte Blechstreifen des Rotorblechpakets an seiner dem Rotorträger zugewandten Innenseite Formschlusselemente, insbesondere Ausnehmungen oder Vorsprünge, aufweist zum formschlüssigen Zusammenwirken mit korrespondierenden Gegenformschlusselementen, insbesondere Ausnehmungen bzw. Vorsprüngen, des Rotorträgers. Auf diese Weise wird zur Übertragung von Drehmoment eine zuverlässige Formschlussverbindung zwischen dem Rotorblechpaket und dem Rotorträger erzeugt. Zusätzlich können die Formschlusselemente der korrekten Positionierung der Blechsegmente beim helixförmigen Wickeln des Rotorblechpakets dienen.It is also advantageous if the helically wound sheet metal strip of the rotor laminated core has positive locking elements, in particular recesses or projections, on its inside facing the rotor carrier, for positive interaction with corresponding counter-positive locking elements, in particular recesses or projections, of the rotor carrier. In this way, a reliable positive connection is created between the rotor laminated core and the rotor carrier for the transmission of torque. In addition, the form-fitting elements can serve to correctly position the sheet metal segments during helical winding of the rotor laminated core.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor.The invention further relates to an electrical machine with a rotor according to the invention.
Zeichnungdrawing
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor, -
2 ein Rotorblechpaket nach1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Rotorträger nach1 und -
3 ein Rotorblechpaket nach1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem Rotorträger nach1 .
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1 shows a rotor according to the invention, -
2 a rotor lamination package1 according to a first exemplary embodiment with a rotor carrier1 and -
3 a rotor lamination package1 according to a second exemplary embodiment with a rotor carrier1 .
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
Der erfindungsgemäße Rotor 1 einer elektrischen Maschine 2 weist einen um eine Rotorachse 3 drehbaren Rotorträger 4 und ein auf dem Rotorträger 4 angeordnetes Rotorblechpaket 5 auf. Der Rotorträger 4 kann beispielsweise eine Rotorwelle oder ein auf der Rotorwelle gelagerter Zwischenkörper sein. Das Rotorblechpaket 5 umfasst einen helixförmig um den Rotorträger 4 verlaufenden Blechstreifen 6, der eine Vielzahl von in Längsrichtung hintereinander angeordneten Magnettaschen-Ausnehmungen 7 zur Bildung von Magnettaschen 8 im Rotorblechpaket 5 aufweist und beispielsweise aus Elektroblech hergestellt ist. Die Magnettaschen 8 sind zur Aufnahme von Magneten 9, insbesondere Permanentmagneten, vorgesehen. Die einzelnen Lagen des helixförmig gewickelten Rotorblechpakets 5 sind beispielsweise durch Verkleben mit einem Kleber oder einem Backlack oder durch Verschweißen miteinander verbunden. Der Blechstreifen 6 kann ein sogenannter Endlosstreifen sein, der beispielsweise ausgestanzt ist. Der Blechstreifen 6 wird bei der Herstellung des Rotorblechpakets 5 beispielsweise zunächst um einen zylinderförmigen Hilfskörper gewickelt und nachfolgend auf dem Rotorträger 4 montiert.The rotor 1 according to the invention of an electrical machine 2 has a rotor carrier 4 which can be rotated about a
Der Blechstreifen 6 umfasst Blechsegmente 10, die durch die Magnettaschen-Ausnehmungen 7 gebildet und über Verbindungsabschnitte 11 einstückig miteinander verbunden sind. Die Verbindungsabschnitte 11 sind zum Umbiegen ausgebildet beim helixförmigen Wickeln, insbesondere Hochkantrollen, des Blechstreifens 6 um den Rotorträger 4.The
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Magnettaschen-Ausnehmungen 7 im Blechstreifen 6 Querschnittsverengungen 12 bilden, durch die die Verbindungsabschnitte 11 gebildet sind.According to the invention it is provided that the magnetic pocket recesses 7 in the
Die Querschnittsverengungen 12 sind derart verengt, dass ein plastisches Verformen der Verbindungsabschnitte 11 beim Hochkantrollen des Blechstreifens 6 um den Rotorträger 4 ermöglicht ist. Um ein Hochkantrollen des Blechstreifens zu vereinfachen, kann die Querschnittsverengung 12 beispielsweise eine radiale Ausdehnung besitzen, die kleiner als 10%, insbesondere 5%, des inneren Durchmessers des fertigen Rotorblechpaketes 5 ist.The cross-sectional constrictions 12 are narrowed in such a way that plastic deformation of the connecting sections 11 is possible when the
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel in
An den Querschnittsverengungen 12 des Blechstreifens 6 ist nach dem zweiten Ausführungsbeispiel jeweils ein Außenblechsegment 16 vorgesehen, das ein Paar von Magnettaschen-Ausnehmungen 7 bezüglich der Rotorachse 3 nach radial außen hin begrenzt und beispielsweise einen Steg 16.1 sowie ein am Steg 16.1 gehaltenes kreissektorförmiges Blechsegment 16.2 umfasst. Das Außenblechsegment 16 ist beispielsweise einstückig am Blechstreifen 6 ausgeführt.According to the second exemplary embodiment, an outer sheet metal segment 16 is provided at the cross-sectional constrictions 12 of the
Das Rotorblechpaket 5 ist für beide Ausführungsbeispiele nach
Von den erfindungsgemäßen Querschnittsverengungen 12 der Magnettaschen-Ausnehmungen 7 gehen jeweils Stützflächen 18 zur Abstützung der Magnete 9 aus, die sich von der jeweiligen Querschnittsverengung 12 ausgehend in entgegengesetzter Umfangsrichtung unter einem schrägen Winkel α zur Längserstreckung des Blechstreifens 6 erstrecken, insbesondere V-förmig. Pro Rotorpol 20 des Rotors 1 ist auf diese Weise ein V-förmiger Magnetlayer 21 gebildet, dessen Magnete 9 in einer oder zwei Magnettaschen 8 des Rotorblechpakets 5 angeordnet sind.Supporting
Der helixförmig aufgewickelte Blechstreifen 6 des Rotorblechpakets 5 hat an seiner dem Rotorträger 4 zugewandten Innenseite 6i Formschlusselemente 22, beispielsweise Ausnehmungen oder Vorsprünge, zum formschlüssigen Zusammenwirken mit korrespondierenden Gegenformschlusselementen 23 des Rotorträgers 4. Die Gegenformschlusselemente 23 sind als Ausnehmung bzw. Vorsprung ausgeführt.The helically wound
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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