DE102022209824A1

DE102022209824A1 - Rotor einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102022209824A1
Application number: DE102022209824.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Zaensch; Christoph Leisen; Gerald Strobel
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: WO2024061516A1

Abstract

Rotor (1) einer elektrischen Maschine mit einer Rotorachse (2) und mehreren entlang einer Umfangsrichtung des Rotors (1) angeordneten Schenkelpolen (3), zwischen denen Polnuten (4) gebildet sind zur Anordnung von elektrischen Leitern einer Rotorwicklung (5), wobei die Schenkelpole (3) an den radial äußeren Polenden Polschuhe (6) aufweisen, wobei die Schenkelpole (3) jeweils von einer Spule (7) der Rotorwicklung (5) umschlossen sind, wobei jede Spule (7) zwei in Polnuten (4) verlaufende Spulen-Nutabschnitte (7n) und mehrere Wickellagen (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Spulen-Nutabschnitten (7n) der jeweiligen Spule (7) zwischen einer obersten und einer untersten Wickellage (8) jeweils eine Wickelplatte (10) vorgesehen ist, die an einer dem jeweiligen Schenkelpol (3) abgewandten Außenseite mehrere Stützrippen (11) zur Bildung von Wickelkammern (12) aufweist und insbesondere aus Kunststoff besteht, und dass untere Wickellagen der jeweiligen Spule (7) unterhalb der beiden Wickelplatten (10) und obere Wickellagen der jeweiligen Spule (7) in den Wickelkammern (12) oberhalb der beiden Wickelplatten (10) vorgesehen sind.

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 JP9215240 A2 bekannt, mit einer Rotorachse und mehreren entlang einer Umfangsrichtung des Rotors angeordneten Schenkelpolen, zwischen denen Polnuten gebildet sind zur Anordnung von elektrischen Leitern einer Rotorwicklung, wobei die Schenkelpole an den radial äußeren Polenden Polschuhe aufweisen, wobei die Schenkelpole jeweils von einer Spule, insbesondere einer Einzelspule, der Rotorwicklung umschlossen sind, wobei jede Spule zwei in Polnuten verlaufende Spulen-Nutabschnitte und mehrere Wickellagen aufweist.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Spulen in den oberen Wickellagen geordneter wickelbar und hinsichtlich einer Drehzahlbelastung besser abgestützt sind. In unteren Wickellagen der jeweiligen Spule sind aufgrund eines rechteckförmigen Spulenquerschnitts keine Stützrippen zum geordneten Wickeln erforderlich, so dass aufgrund der dort fehlenden Stützrippen ein besonders hoher Füllfaktor, insbesondere Kupferfüllfaktor, in den Polnuten erreichbar ist.
Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem in den Spulen-Nutabschnitten der jeweiligen Spule zwischen einer obersten und einer untersten Wickellage jeweils eine Wickelplatte vorgesehen ist, die an einer dem jeweiligen Schenkelpol abgewandten Außenseite mehrere Stützrippen zur Bildung von Wickelkammern aufweist und insbesondere aus Kunststoff besteht, und dass untere Wickellagen der jeweiligen Spule unterhalb der beiden Wickelplatten und obere Wickellagen der jeweiligen Spule in den Wickelkammern oberhalb der beiden Wickelplatten vorgesehen sind.
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 eine in Umfangsrichtung gemessene Höhe der Stützrippen der jeweiligen Wickelplatte bezüglich der Rotorachse nach radial außen hin zunimmt. Auf diese Weise kann in den oberen Wickellagen der jeweiligen Spule ein von der Rechteckform abweichender, beispielsweise trapezförmiger oder dreieckförmiger Spulenquerschnitt geordnet gewickelt werden, wodurch in den Polnuten ein besonders hoher Füllfaktor erzielbar ist. Insbesondere kann die Spule mit den oberen Wickellagen in Umfangsrichtung des Rotors über den jeweiligen Polschuh hinausreichen.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn an jedem Schenkelpol ein hülsenförmiger Spulenträger aus Kunststoff vorgesehen ist, an dem eine Spulenaufnahme zur Aufnahme der jeweiligen Spule ausgebildet ist. Auf diese Weise sind die Spulen der Rotorwicklung gegenüber den Schenkelpolen elektrisch isoliert. Zusätzlich isolierende Bauteile, wie beispielsweise ein Isolierpapier, werden nicht benötigt.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Spulenaufnahme entlang einem Aufnahmegrund des Spulenträgers zwischen zwei Ringkragen des Spulenträgers gebildet ist. Auf diese Weise kann die jeweilige Spule zwischen den Ringkragen aufgenommen werden.
Auch vorteilhaft ist, wenn die Wickelplatten am jeweiligen Spulenträger, insbesondere an den Ringkragen, oder unmittelbar am jeweiligen Schenkelpol befestigt sind, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig. Auf diese Weise können die Stützrippen der Wickelplatten Drehzahlbelastungen aufnehmen.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn am Aufnahmegrund des jeweiligen Spulenträgers und/oder an einem Grund der Wickelkammern jeweils zumindest eine rillenförmige Profilierung ausgebildet ist zum Ausrichten der Windungen der jeweiligen Spule. Auf diese Weise kann die unterste Lage der unteren Wickellagen und die unterste Lage in den oberen Wickellagen genau positioniert werden, so dass ein hoher Füllfaktor und ein symmetrisches oder geordnetes Wickelbild in den Polnuten erzielbar ist.
Die Wickelplatten erstrecken sich vorteilhafterweise jeweils innerhalb der jeweiligen Polnut in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse und haben einen Abstand zu einer Flankenseite des jeweiligen Schenkelpols. Die Wickelplatten sind ausschließlich in den Polnuten vorgesehen und erstrecken sich ausdrücklich nicht in den Wickelkopfbereich.
Vorteilhaft ist, wenn zwischen benachbarten Polschuhen jeweils ein Nutschlitz als radiale Öffnung der jeweiligen Polnut ausgebildet ist, wobei in den Nutschlitzen jeweils ein Nutverschluss vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Rotorwicklung zusätzlich gegen einwirkende Fliehkräfte abgestützt werden.
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.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen

1 im Schnitt eine Teilansicht eines Rotors mit erfindungsgemäßen Schenkelpolen,
2 einen der erfindungsgemäßen Schenkelpole nach 1 und
3 den Schenkelpol nach 2 in einer weiteren Ansicht.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt im Schnitt eine Teilansicht eines Rotors mit erfindungsgemäßen Schenkelpolen.
Der erfindungsgemäße Rotor 1 einer elektrischen Maschine, beispielsweise einer elektrisch erregten Synchronmaschine, ist um eine Rotorachse 2 drehbar und umfasst mehrere entlang einer Umfangsrichtung des Rotors 1 angeordnete Schenkelpole 3, zwischen denen Polnuten 4 gebildet sind zur Anordnung von elektrischen Leitern einer Rotorwicklung 5. Die Schenkelpole 3 haben an den bezüglich der Rotorachse 2 radial äußeren Polenden Polschuhe 6. Die Schenkelpole 3 sind jeweils von einer Spule 7, insbesondere einer Einzelspule, der Rotorwicklung 5 umschlossen. Jede Spule 7 weist zwei in Polnuten 4 verlaufende Spulen-Nutabschnitte 7n und zwei außerhalb der Polnuten 4 verlaufende Spulen-Wickelkopfabschnitte auf. Außerdem hat jede Spule 7 mehrere Wickellagen 8.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in den Spulen-Nutabschnitten 7n der jeweiligen Spule 7 zwischen einer obersten 8a und einer untersten 8i Wickellage 8 jeweils eine Wickelplatte 10 vorgesehen ist, die an einer dem jeweiligen Schenkelpol 3 abgewandten Außenseite mehrere Stützrippen 11 zur Bildung von Wickelkammern 12 aufweist und insbesondere aus Kunststoff besteht. Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass untere Wickellagen 8 der jeweiligen Spule 7 unterhalb der beiden Wickelplatten 10 des jeweiligen Schenkelpols 3 und obere Wickellagen 8 der jeweiligen Spule 7 in den Wickelkammern 12 oberhalb der beiden Wickelplatten 10 vorgesehen sind.
Eine in Umfangsrichtung gemessene Höhe h der Stützrippen 11 der jeweiligen Wickelplatte 10 kann bezüglich der Rotorachse 2 nach radial außen hin zunehmen.
An jedem Schenkelpol 3 ist beispielsweise ein hülsenförmiger Spulenträger 15 aus Kunststoff vorgesehen, an dem eine Spulenaufnahme 16 zur Aufnahme der jeweiligen Spule 7 ausgebildet ist. Der Spulenträger 15 ist beispielsweise an den jeweiligen Schenkelpol 3 angespritzt oder angegossen. Die Spulenaufnahme 16 kann entlang einem Aufnahmegrund 17 des Spulenträgers 15 zwischen zwei Ringkragen 18 des Spulenträgers 15 gebildet sein.
Die Wickelplatten 10 können am jeweiligen Spulenträger 15, insbesondere an den Ringkragen 18, oder unmittelbar am jeweiligen Schenkelpol 3 befestigt sein, beispielsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig.
Zwischen benachbarten Polschuhen 6 ist beispielsweise jeweils ein Nutschlitz 20 als radiale Öffnung der jeweiligen Polnut 4 ausgebildet, wobei in den Nutschlitzen 20 jeweils ein Nutverschluss 21 angeordnet ist.
Die Schenkelpole 3 sind nach dem Ausführungsbeispiel separate Körper, die an einem Polträger 23, insbesondere an einer Rotorwelle, befestigt sind, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig. Alternativ können die Schenkelpole 3 auch einstückig mit einem Rotorjoch verbunden sein zur Bildung eines Rotorblechpakets und die Polschuhe 6 separate Körper sein, die formschlüssig an den Schenkelpolen 3 befestigt sind. Nach dem Ausführungsbeispiel haben die Schenkelpole 3 jeweils einen Polanker 24, wobei die Polanker 24 der Schenkelpole 3 in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 in Verankerungsnuten 25 des Polträgers 23 einschiebbar sind.
2 zeigt einen der erfindungsgemäßen Schenkelpole nach 1 ohne die jeweilige Spule 7. 3 zeigt den Schenkelpol nach 2 in einer weiteren Ansicht.
Die Wickelplatten 10 erstrecken sich jeweils innerhalb der jeweiligen Polnut 4 in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 und haben jeweils einen Abstand s zu einer Flankenseite des jeweiligen Schenkelpols 3. Beispielsweise sind die Wickelplatten 10 jeweils parallel zur jeweiligen Flankenseite des jeweiligen Schenkelpols 3 angeordnet.
Am Aufnahmegrund 17 des jeweiligen Spulenträgers 15 und/oder an einem Grund der Wickelkammern 12 kann vollumfänglich oder in Umfangsabschnitten jeweils eine rillenförmige Profilierung 19 ausgebildet sein zum Ausrichten der Windungen der jeweiligen Spule 7.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 9215240 A2 [0002]

Claims

Rotor (1) einer elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrisch erregten Synchronmaschine, mit einer Rotorachse (2) und mehreren entlang einer Umfangsrichtung des Rotors (1) angeordneten Schenkelpolen (3), zwischen denen Polnuten (4) gebildet sind zur Anordnung von elektrischen Leitern einer Rotorwicklung (5), wobei die Schenkelpole (3) an den radial äußeren Polenden Polschuhe (6) aufweisen, wobei die Schenkelpole (3) jeweils von einer Spule (7), insbesondere einer Einzelspule, der Rotorwicklung (5) umschlossen sind, wobei jede Spule (7) zwei in Polnuten (4) verlaufende Spulen-Nutabschnitte (7n) und mehrere Wickellagen (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Spulen-Nutabschnitten (7n) der jeweiligen Spule (7) zwischen einer obersten (8a) und einer untersten (8i) Wickellage (8) jeweils eine Wickelplatte (10) vorgesehen ist, die an einer dem jeweiligen Schenkelpol (3) abgewandten Außenseite mehrere Stützrippen (11) zur Bildung von Wickelkammern (12) aufweist und insbesondere aus Kunststoff besteht, und dass untere Wickellagen der jeweiligen Spule (7) unterhalb der beiden Wickelplatten (10) und obere Wickellagen der jeweiligen Spule (7) in den Wickelkammern (12) oberhalb der beiden Wickelplatten (10) vorgesehen sind.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Umfangsrichtung gemessene Höhe (h) der Stützrippen (11) der jeweiligen Wickelplatte (10) bezüglich der Rotorachse (2) nach radial außen hin zunimmt.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Schenkelpol (3) ein hülsenförmiger Spulenträger (15) aus Kunststoff vorgesehen ist, an dem eine Spulenaufnahme (16) zur Aufnahme der jeweiligen Spule (7) ausgebildet ist.
Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenaufnahme (16) entlang einem Aufnahmegrund (17) des Spulenträgers (15) zwischen zwei Ringkragen (18) des Spulenträgers (15) gebildet ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelplatten (10) am jeweiligen Spulenträger (15), insbesondere an den Ringkragen (18), oder unmittelbar am jeweiligen Schenkelpol (3) befestigt sind, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig.
Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Aufnahmegrund (17) des jeweiligen Spulenträgers (15) und/oder an einem Grund der Wickelkammern (12) jeweils zumindest eine rillenförmige Profilierung ausgebildet ist zum Ausrichten der Windungen der jeweiligen Spule (7).
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelplatten (10) sich jeweils innerhalb der jeweiligen Polnut (4) in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse (2) erstrecken und einen Abstand (s) zu einer Flankenseite des jeweiligen Schenkelpols (3) haben.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Polschuhen (6) jeweils ein Nutschlitz (20) als radiale Öffnung der jeweiligen Polnut (4) ausgebildet ist, wobei in den Nutschlitzen (20) jeweils ein Nutverschluss (21) vorgesehen ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Schenkelpole (3) separate Körper sind, die an einem Polträger (23), insbesondere an einer Rotorwelle, befestigt sind, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig, b. die Schenkelpole (3) einstückig mit einem Rotorjoch verbunden sind zur Bildung eines Rotorblechpakets, wobei die Polschuhe (6) separate Körper sind, die formschlüssig an den Schenkelpolen (3) befestigt sind.
Elektrische Maschine mit einem Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.