DE102022209823A1

DE102022209823A1 - Rotor einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102022209823A1
Application number: DE102022209823.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Knorpp; Andreas Herzberger; Manuel Gaertner; Kurt Reutlinger; Stefan Ossenkopp; Bastian Vogt; Lin Feuerrohr; Marcel Maier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-09-19
Filing date: 2022-09-19
Publication date: 2024-03-21
Also published as: WO2024061515A1

Abstract

Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrisch erregten Synchronmaschine, mit mehreren entlang einer Umfangsrichtung bezüglich einer Rotorachse (2) des Rotors (1) angeordneten Schenkelpolen (3), zwischen denen Rotornuten (4) gebildet sind zur Anordnung von elektrischen Leitern (5) einer Rotorwicklung (6), wobei die Schenkelpole (3) an bezüglich der Rotorachse (2) radial äußeren Polenden Polschuhe (7) aufweisen, wobei zwischen benachbarten Polschuhen (7) jeweils ein Nutschlitz (8) als radiale Öffnung der jeweiligen Rotornut (4) ausgebildet ist,dadurch gekennzeichnet, dass- an einer radialen Außenseite (7a) jedes Polschuhs (7) zumindest eine in Umfangsrichtung verlaufende Polumfangsnut (10) zur Aufnahme eines Ringabschnitts (11.1) einer ringförmigen Kurzhülse (11) vorgesehen ist,- die Polumfangsnuten (10) aller Polschuhe (7) zumindest eine Nutgruppe (12) bilden, deren Polumfangsnuten (11) zur teilweisen Aufnahme derselben Kurzhülse (11) ausgebildet sind,- in zumindest einer, insbesondere jeder, Nutgruppe (12) zumindest eine Kurzhülse (11) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus der DE102019218628 A1 bekannt, mit mehreren entlang einer Umfangsrichtung bezüglich einer Rotorachse des Rotors angeordneten Schenkelpolen, zwischen denen Rotornuten gebildet sind zur Anordnung von elektrischen Leitern einer Rotorwicklung, wobei die Schenkelpole an bezüglich der Rotorachse radial äußeren Polenden Polschuhe aufweisen, wobei nach 6 zwischen benachbarten Polschuhen jeweils ein Nutschlitz als radiale Öffnung der jeweiligen Rotornut ausgebildet ist.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Drehzahlfestigkeit des Rotors erhöht werden kann, ohne den Luftspalt zu einem Stator zu verändern oder wesentlich vergrößern zu müssen. Das nicht gewünschte Vergrößern des Luftspaltes hätte deutliche Drehmomentverluste zur Folge, was erfindungsgemäß vermieden wird.
Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem an einer radialen Außenseite jedes Polschuhs zumindest eine in Umfangsrichtung verlaufende Polumfangsnut zur Aufnahme eines Ringabschnitts einer ringförmigen Kurzhülse vorgesehen ist, indem die Polumfangsnuten aller Polschuhe zumindest eine Nutgruppe bilden, deren Polumfangsnuten jeweils zur teilweisen Aufnahme derselben Kurzhülse ausgebildet sind und indem in zumindest einer, beispielsweise jeder, Nutgruppe zumindest eine Kurzhülse angeordnet ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors einer elektrischen Maschine möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die jeweilige Polumfangsnut des jeweiligen Polschuhs in Umfangsrichtung von einer Flankenseite des Polschuhs durchgehend bis zur gegenüberliegenden Flankenseite des Polschuhs verläuft. Auf diese Weise kann die ringförmige Kurzhülse beispielsweise mit konstantem Radius und einem konstantem Querschnitt durch die jeweilige Polumfangsnut hindurch verlaufen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung hat die jeweilige Polumfangsnut des jeweiligen Polschuhs eine axiale Breite, die geringer ist als eine axiale Länge des jeweiligen Schenkelpols.
Die jeweilige Kurzhülse ist erfindungsgemäß eine auf den Rotor gewickelte Faserverbundhülse, die eine Faserwicklung und ein die Faserwicklung einbettendes ausgehärtetes Matrixmaterial umfasst und insbesondere direkt in die jeweilige Nutgruppe eingewickelt ist. Auf diese Weise können die Kurzhülsen auf einfache Weise hergestellt werden. Außerdem ermöglicht dieses Vorgehen eine größere Freiheit bei der Dimensionierung der Polumfangsnuten. Insbesondere lassen sich radial tiefere Polumfangsnuten und damit radial höhere Kurzhülsen realisieren als bei aufgeschrumpften Kurzhülsen.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn der Rotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel mehrere in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse zueinander beabstandete Nutgruppen und mehrere Kurzhülsen aufweist.
Auf diese Weise wird der Rotor über seine axiale Länge gesehen gleichmäßig verstärkt zur Erzielung einer hohen Drehzahlfestigkeit. Nach einem ersten Ausführungsbeispiel sind die mehreren Kurzhülsen separate Kurzhülsen, die separat gewickelt werden.
Auch vorteilhaft ist, wenn der Rotor nach einem zweiten Ausführungsbeispiel von einer die Kurzhülsen überdeckenden Mantelhülse umschlossen ist. Um den Luftspalt möglichst nicht zu vergrößern, ist die radiale Dicke der Mantelhülse so gering wie möglich.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die radiale Dicke der Kurzhülsen größer ist als die radiale Dicke der Mantelhülse, wobei die Kurzhülsen in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse mindestens doppelt so dick ausgebildet sind wie die Mantelhülse.
Auf diese Weise haben die Kurzhülsen eine radiale Dicke zum Erreichen der erforderlichen Drehzahlfestigkeit.
Des weiteren vorteilhaft ist, wenn die Mantelhülse und die Kurzhülsen eine einstückige Vollhülse bilden, die insbesondere eine Faserverbundhülse umfassend eine Faserwicklung und ein die Faserwicklung einbettendes ausgehärtetes Matrixmaterial ist. Auf diese Weise werden die Kurzhülsen und die Mantelhülse zu einer Bandagen-Einheit verbunden. Die Vollhülse nach dem zweiten Ausführungsbeispiel kann im Gegensatz zu den separaten Kurzhülsen nach dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Herstellungsschritt gewickelt werden.
Vorteilhaft ist, wenn in den Nutschlitzen jeweils ein Nutverschluss vorgesehen ist, der zum teilweisen Aufnehmen der jeweiligen Kurzhülse jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende Umfangsnut aufweist. Auf diese Weise kann die jeweilige ringförmige Kurzhülse mit konstantem Radius in Umfangsrichtung verlaufen. Außerdem werden die Leiter der Rotornuten in radialer Richtung über die Nutverschlüsse an den Kurzhülsen abgestützt.
Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel können die Schenkelpole separate Körper sein, die an einem Polträger, insbesondere an einer Rotorwelle, befestigt sind, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig. Auf diese Weise kann in den Rotornuten ein besonders hoher Leiter-Füllfaktor, insbesondere Kupfer-Füllfaktor, erreicht werden.
Alternativ können die Schenkelpole einstückig mit einem Rotorjoch verbunden sein zur Bildung eines Rotorblechpakets, wobei die Polschuhe separate Körper sind, die formschlüssig an den Schenkelpolen befestigt sind, oder wobei die Polschuhe alternativ einstückig an den Schenkelpolen ausgebildet sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 im Schnitt eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Rotors einer elektrischen Maschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel mit erfindungsgemäßen Kurzhülsen,
2 unter Ausblendung der erfindungsgemäßen Kurzhülsen eine weitere Ansicht des Rotors nach 1 auf die erfindungsgemäßen, zur Aufnahme der Kurzhülsen vorgesehenen Polumfangsnuten am Außenumfang des Rotors,
3 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Rotors mit einer erfindungsgemäßen Mantelhülse,
4 eine Ansicht eines vergrößerten Details D aus 3,
5 eine Schnittansicht des Rotors nach 3 entlang einer Linie V-V in 3 und
6 eine Schnittansicht des Rotors nach 3 entlang einer Linie VI-VI in 3.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt im Schnitt eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Rotors einer elektrischen Maschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel mit erfindungsgemäßen Kurzhülsen.
Der erfindungsgemäße Rotor 1 einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrisch erregten Synchronmaschine, ist um eine Rotorachse 2 drehbar und hat mehrere entlang einer Umfangsrichtung bezüglich der Rotorachse 2 angeordnete Schenkelpole 3, zwischen denen Rotornuten 4 gebildet sind zur Anordnung von elektrischen Leitern 5 einer Rotorwicklung 6. Die Schenkelpole 3 weisen an bezüglich der Rotorachse 2 radial äußeren Polenden jeweils einen Polschuh 7 auf. Zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Polschuhen 7 ist jeweils ein Nutschlitz 8 als radiale Öffnung der jeweiligen Rotornut 4 ausgebildet.
Die Schenkelpole 3 sind nach dem Ausführungsbeispiel separate Körper, die an einem Polträger 9, beispielsweise einer Rotorwelle des Rotors 1, befestigt sind, beispielsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig. Der Kraftschluss kann durch die nachfolgend beschriebenen Kurzhülsen 11 erzeugt werden. Alternativ könnten die Schenkelpole 3 auch einstückig mit einem Rotorjoch verbunden sein zur Bildung eines Rotorblechpakets. Die Polschuhe 7 können in dem alternativen Fall separate Körper sein, die an den Schenkelpolen 3 befestigt sind, beispielsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig, oder einstückig an den Schenkelpolen 3 ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an einer radialen Außenseite 7a jedes Polschuhs 7 zumindest eine in Umfangsrichtung verlaufende Polumfangsnut 10 zur Aufnahme eines Ringabschnitts 11.1 einer ringförmigen Kurzhülse 11 vorgesehen ist. Die jeweilige Kurzhülse 11 ist eine auf den Rotor 1 gewickelte Faserverbundhülse, die eine Faserwicklung und ein die Faserwicklung einbettendes ausgehärtetes Matrixmaterial umfasst.
Die Polumfangsnuten 10 haben eine Nuttiefe T. Die Kurzhülse 11 hat beispielsweise jeweils eine Dicke d, die der Nuttiefe T entspricht oder geringfügig größer oder kleiner ist als die Nuttiefe T.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Polumfangsnuten 10 aller Polschuhe 7 zumindest eine Nutgruppe 12 bilden, deren Polumfangsnuten 10 jeweils zur teilweisen Aufnahme derselben Kurzhülse 11 ausgebildet sind. In zumindest einer, beispielsweise jeder, Nutgruppe 12 ist zumindest eine Kurzhülse 11 angeordnet.
Die jeweilige Polumfangsnut 10 des jeweiligen Polschuhs 7 verläuft in Umfangsrichtung bezüglich der Rotorachse 2 von einer Flankenseite 7b des Polschuhs 7 durchgehend bis zur gegenüberliegenden Flankenseite 7b des Polschuhs 7.
2 zeigt unter Ausblendung der erfindungsgemäßen Kurzhülsen eine weitere Ansicht des Rotors nach 1 auf die erfindungsgemäßen, zur Aufnahme der Kurzhülsen vorgesehenen Polumfangsnuten am Außenumfang des Rotors.
Die jeweilige Polumfangsnut 10 des jeweiligen Polschuhs 7 weist eine axiale Breite B auf, die geringer ist als eine axiale Länge L des jeweiligen Schenkelpols 3.
Der Rotor 1 weist nach dem Ausführungsbeispiel in 1 und 2 mehrere in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 zueinander beabstandete Nutgruppen 12 und mehrere darin angeordnete Kurzhülsen 11 auf. Jeder Polschuh 7 hat also mehrere in axialer Richtung zueinander beabstandete Polumfangsnuten 10, wobei die Polumfangsnuten 10 aller Schenkelpole 3 mehrere Nutgruppen 12 bilden.
3 zeigt eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Rotors mit einer erfindungsgemäßen Mantelhülse. 4 zeigt eine Ansicht eines vergrößerten Details D aus 3. 5 zeigt eine Schnittansicht des Rotors nach 3 entlang einer Linie V-V in 3. 6 zeigt eine Schnittansicht des Rotors nach 3 entlang einer Linie VI-VI in 3.
Der Rotor 1 kann nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zusätzlich von einer ringförmigen oder hohlzylinderförmigen Mantelhülse 15 umschlossen sein, die die mehreren Kurzhülsen 11 überdeckt.
Die radiale Dicke d der Kurzhülsen 11 beispielsweise größer ist als die radiale Dicke D der Mantelhülse 15. Beispielsweise sind die Kurzhülsen 11 in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 mindestens doppelt so dick ausgebildet wie die Mantelhülse 15.
Die Mantelhülse 15 und die Kurzhülsen 11 bilden nach dem zweiten Ausführungsbeispiel beispielsweise eine einstückige Vollhülse 16, die beispielsweise eine Faserverbundhülse umfassend eine Faserwicklung und ein die Faserwicklung einbettendes ausgehärtetes Matrixmaterial ist.
In den Nutschlitzen 8 kann nach 1, 2, 5 und 6 jeweils ein Nutverschluss 17 vorgesehen sein, der zum teilweisen Aufnehmen oder zum direkten Einwickeln der jeweiligen Kurzhülse 11 jeweils eine in Umfangsrichtung von Flankenseite 17.1 zu gegenüberliegender Flankenseite 17.1 des Nutverschlusses 17 durchgehend verlaufende Umfangsnut 18 aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019218628 A1 [0001]

Claims

Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrisch erregten Synchronmaschine, mit mehreren entlang einer Umfangsrichtung bezüglich einer Rotorachse (2) des Rotors (1) angeordneten Schenkelpolen (3), zwischen denen Rotornuten (4) gebildet sind zur Anordnung von elektrischen Leitern (5) einer Rotorwicklung (6), wobei die Schenkelpole (3) an bezüglich der Rotorachse (2) radial äußeren Polenden Polschuhe (7) aufweisen, wobei zwischen benachbarten Polschuhen (7) jeweils ein Nutschlitz (8) als radiale Öffnung der jeweiligen Rotornut (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - an einer radialen Außenseite (7a) jedes Polschuhs (7) zumindest eine in Umfangsrichtung verlaufende Polumfangsnut (10) zur Aufnahme eines Ringabschnitts (11.1) einer ringförmigen Kurzhülse (11) vorgesehen ist, - die Polumfangsnuten (10) aller Polschuhe (7) zumindest eine Nutgruppe (12) bilden, deren Polumfangsnuten (11) zur teilweisen Aufnahme derselben Kurzhülse (11) ausgebildet sind, - in zumindest einer, insbesondere jeder, Nutgruppe (12) zumindest eine Kurzhülse (11) angeordnet ist.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Polumfangsnut (10) des jeweiligen Polschuhs (7) in Umfangsrichtung von einer Flankenseite (7b) des Polschuhs (7) durchgehend bis zur gegenüberliegenden Flankenseite (7b) des Polschuhs (7) verläuft.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Polumfangsnut (10) des jeweiligen Polschuhs (7) eine axiale Breite (B) aufweist, die geringer ist als eine axiale Länge (L) des jeweiligen Schenkelpols (3).
Rotor nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Kurzhülse (11) eine auf den Rotor (1) gewickelte Faserverbundhülse ist, die eine Faserwicklung und ein die Faserwicklung einbettendes ausgehärtetes Matrixmaterial umfasst.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mehrere in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse (2) zueinander beabstandete Nutgruppen (12) und mehrere Kurzhülsen (11) aufweist.
Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) von einer die Kurzhülsen (11) überdeckenden Mantelhülse (15) umschlossen ist.
Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Dicke (d) der Kurzhülsen (11) größer ist als die radiale Dicke (D) der Mantelhülse (15), wobei die Kurzhülsen (11) in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse (2) mindestens doppelt so dick ausgebildet sind wie die Mantelhülse (15).
Rotor nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelhülse (15) und die Kurzhülsen (11) eine einstückige Vollhülse (16) bilden, die insbesondere eine Faserverbundhülse umfassend eine Faserwicklung und ein die Faserwicklung einbettendes ausgehärtetes Matrixmaterial ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Nutschlitzen (8) jeweils ein Nutverschluss (17) vorgesehen ist, der zum teilweisen Aufnehmen der jeweiligen Kurzhülse (11) jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende Umfangsnut (18) aufweist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Schenkelpole (3) separate Körper sind, die an einem Polträger (9), insbesondere an einer Rotorwelle, befestigt sind, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig, oder dass - Schenkelpole (3) einstückig mit einem Rotorjoch verbunden sind zur Bildung eines Rotorblechpakets, wobei die Polschuhe (7) separate Körper sind, die formschlüssig an den Schenkelpolen (3) befestigt sind, oder wobei die Polschuhe (7) einstückig an den Schenkelpolen (3) ausgebildet sind.
Elektrische Maschine mit einem Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.