EP2499718A1 - Rotor einer elektrischen maschine - Google Patents

Rotor einer elektrischen maschine

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Publication number
EP2499718A1
EP2499718A1 EP10771660A EP10771660A EP2499718A1 EP 2499718 A1 EP2499718 A1 EP 2499718A1 EP 10771660 A EP10771660 A EP 10771660A EP 10771660 A EP10771660 A EP 10771660A EP 2499718 A1 EP2499718 A1 EP 2499718A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
opening
segment
single segment
individual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10771660A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner König
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2499718A1 publication Critical patent/EP2499718A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to a rotor of an electric machine according to the preamble of claim 1.
  • Rotors for electrical machines are known in many ways and can be specially shaped depending on the task of the electrical machine.
  • a rotor of an electrical machine which is manufactured from a sheet-metal strip.
  • a chain of sub-segments of the rotor is punched from a metal strip, these sub-segments are firmly connected to one another at one point.
  • the chain is then bent into a rotor, which gains by overlaying several layers of metal at axial depth. Since the sub-segments are already firmly connected to each other via the connection point, no additional attachment of the sub-segments is required for this rotor.
  • the subsegments are already attached via the material bridge of the connection point.
  • a rotor of an electrical machine which is constructed from individual segments. This is proposed in the document especially for electric motors with a larger inner diameter to facilitate their installation and handling.
  • the segments are described in the case of a synchronous motor as a carrier plates with external permanent magnets. These segments are then mounted on the rotor so that in case of repair, the individual segments can be removed and replaced. In production, each segment must therefore be mounted on the rotor, which increases the assembly effort and the work steps.
  • the object of the invention is to simplify the manufacture of a rotor.
  • a rotor formed of individual segments has a first part of the single segment and a second corresponding part of the adjacent one
  • the rotor is characterized in that the first part of the single segment and the second corresponding part of the adjacent individual segment are designed such that the two adjacent ones
  • the shape should be designed such that the largest possible contact surface between the two adjacent individual segments forms in the assembled rotor, since a small change in the magnetic flux in the rotor is influenced by this contact surface.
  • the contact surface of the two adjacent individual segments makes up over 90% of the theoretically possible contact area of the first part of the individual segment and of the second corresponding part of the adjacent individual segment.
  • Single segment formed such that only a portion of the first part of the single segment and a corresponding portion of the second corresponding part of the adjacent single segment cause the positive connection between the first part and the second part in the radial direction and in the circumferential direction.
  • the shape of the first part of the single segment and the second corresponding part of the adjacent single segment is advantageously formed as a dovetail joint.
  • This form fulfills the conditions of positive locking in the radial direction and in the circumferential direction.
  • the production of the mold can be realized with simple means and also simple dimensions according to the material properties of the individual segments.
  • the shape of the first part of the single segment and the second corresponding part of the adjacent single segment is formed as a Christmas tree connection.
  • each individual overlap region Due to the distribution of the positive connection in the radial direction and in the circumferential direction over a plurality of overlap regions, each individual overlap region can be dimensioned smaller. This can be reduced in the production of the waste.
  • all the individual segments have the same shape.
  • each individual segment is constructed from a laminated core.
  • the shapes of the first part of the single segment and the second corresponding part of the adjacent single segment can be produced particularly easily by punching the complete shape of the single segment from a sheet metal strip.
  • punching the complete shape of the single segment from a sheet metal strip In order to get from the shape of the single segment with the depth of a metal strip the required axial depth of the single segment for the rotor, several punched out forms are built into a laminated core.
  • the material of the metal strip provides a favorable magnetic property.
  • each individual segment an opening in the axial direction contained, which serves to receive a permanent magnet.
  • the opening in the axial direction forms a pocket which is limited in the radial direction and in the rotor circumferential direction.
  • the shape of the opening is constant over the axial direction, so that the production and further processing of the opening are facilitated. It is also advantageous to choose the shape of the opening in the axial direction corresponding to the permanent magnet to be used, so that it can be easily inserted and fixed in the opening.
  • Permanent magnets attack act in the radial direction and are attached to the
  • each individual segment has a deformable region.
  • the deformable region is arranged between the first part of the individual segment and the opening for receiving a permanent magnet and / or between the second corresponding part of the individual segment and the opening for receiving a permanent magnet.
  • the deformable region is deformed such that the opening for receiving a permanent magnet in the radial and / or circumferential direction is reduced.
  • the permanent magnet is inserted before the joining of the individual segments in the opening of the single segment.
  • the opening in the axial direction and the deformable area are configured such that a permanent magnet can be inserted easily into the opening and the deformable area reduces the opening after joining the individual segments to such an extent that the permanent magnet is pressed into the opening without the contact forces being critical Exceeding force, which causes structural damage in the permanent magnet.
  • the deformable region is arranged in the radial direction within the opening for receiving a permanent magnet.
  • the deformable area is formed so that after pressing the
  • the deformable region is deformed such that the opening for receiving a permanent magnet in the radial direction is reduced.
  • the permanent magnets are inserted before pressing the assembled individual segments on the rotor carrier in the openings of the individual segments.
  • the opening in the axial direction of the individual segment and the deformable region are configured such that a permanent magnet can be inserted easily into the opening and the deformable region reduces the opening so far after pressing onto the rotor carrier that the permanent magnet is pressed into the opening without the Contact forces exceed a critical force, which causes structural damage in the permanent magnet.
  • the axial opening in the single segment is limited by a third movable part in a further advantageous embodiment of the rotor.
  • This movable part is designed such that upon movement of the third part, the radial extent of the opening changes.
  • This change in the radial extent of the opening according to the invention need not be the same everywhere, so that one end of the third movable part is fixedly connected to the single segment and the other end is radially movable about this point.
  • This movable end has a shape which engages with a bulge of the single segment or the adjacent single segment in the closed state, so that the bulge fixes the movable part.
  • the bulge may also be part of the adjacent single segment of the assembled rotor.
  • FIG. 1 shows a composite, segmented rotor of an electric machine
  • FIG. 2 shows a punching arrangement of individual segments on a sheet-metal strip
  • Fig. 3 shows a detail of a rotor which is composed of individual segments, wherein the individual segments a first part of the single segment and show a second corresponding part of the adjacent single segment,
  • FIG. 4 shows a detail of an alternative rotor of individual segments, in which a third, movable part of the individual segment is positioned so that the axial opening for mounting with permanent magnets is radially enlarged,
  • FIG. 5 shows a detail of an alternative rotor made up of individual segments which have a deformable region
  • Fig. 6 shows a detail of an alternative rotor of individual segments, in which in each case a deformable region is arranged in the radial direction within the opening for receiving a permanent magnet.
  • FIG. 1 shows an axial view of a segmented rotor 1 of an electrical machine.
  • the rotor 1 is constructed of individual segments 2, which are arranged to form a ring.
  • the individual segments 2 show an axial opening 3, which for receiving a
  • the axial opening 3 limits the position of the
  • Permanent magnets in the radial direction and in the circumferential direction such that thereby the permanent magnet is positioned in the opening. This has the advantage that the permanent magnets need not be additionally secured against the centrifugal forces of the rotating rotor and only need to be slightly fixed in the axial direction. The force of the magnetic field on the
  • Permanent magnet is transmitted to the outer contour of the axial opening 3 and does not act in the axial direction.
  • the rotor 1 shown here is accordingly suitable for use in a permanently excited synchronous motor.
  • the rotor 1 is constructed from the same individual segments 2. This facilitates the production of the individual segments, since only identical individual segments 2 must be produced and also the assembly of the rotor 1, since the Order of the individual segments 2 within the ring assembly interchangeable and thus is freely selectable.
  • Each individual segment 2 has a first part 4 which is in contact with a second corresponding part 5 of the adjacent individual segment 2.
  • the first part 4 is in this embodiment of the rotor 1, a portion of the side surface of the single segment 2 in the circumferential direction.
  • the second part 5 is a section of
  • Single segments 2 is generated by the first part 4 and the second corresponding part 5 a positive connection in the radial direction and in the circumferential direction.
  • This advantageous embodiment of the first part 4 and the second corresponding part 5 stabilizes the ring of individual segments 2 and generates a self-supporting structure.
  • An advantageous embodiment of the first part 4 and of the second corresponding part 5 is shown at a section of the rotor 1 in Fig. 3 and Fig. 4 and explained in more detail there.
  • Orientation of the single segment 2 with respect to the later position within the rotor 1 is meant to its axis of rotation.
  • the positive connection in the radial direction not only enables the pressing of the rotor 1 on the rotor carrier, but also acts on the centrifugal force of the rotating rotor. 1 opposite.
  • the positive locking in the radial direction and the circumferential direction allows the individual segments to be assembled without further fastening devices to form a stable rotor 1.
  • This segmented rotor 1 is so stable due to the radial form-fitting that it can also be used in high-speed electrical machines.
  • the magnetic flux is also affected during a material transition. This is already the case in the case of a gap between the individual segments 2. Will this
  • Single segment 2 are formed such that they touch substantially over the entire theoretically possible contact surface away, without forming an air gap between the two parts.
  • the magnetic properties of the rotor 1 shown in Figure 1 thus correspond largely to the properties of a non-segmented rotor and have an analog magnetic flux.
  • FIG. 2 shows a possible punching arrangement of a shape of the individual segments 2 on a sheet-metal strip.
  • Sheets offer good magnetic properties for rotors and simple
  • the shapes of the rotors are punched from sheets and then assembled into laminated cores.
  • the entire rotor ring must be punched out of the sheet, creating a lot of sheet metal waste.
  • the arrangement of the shape of the individual segments can be chosen much better, so that the waste can be reduced.
  • punching the individual segments and smaller punching tools are required, which produce the individual segments 2 in very large numbers.
  • punching the outer shape of the single segment 2 equal to the axial opening 3 mitgestanzt for receiving the permanent magnet.
  • metal sheets Due to their method of production, metal sheets usually have a preferred magnetic direction, which is taken into account in a punching arrangement of the individual segments 2, so that a rotor 1 made of individual segments 2 with similar magnetic properties also
  • Figure 3 shows a section of the rotor 1 with individual segments 2 and an opening 3 in the axial direction for insertion of permanent magnets.
  • the individual segments 2 are all made the same and have a same shape. Therefore, an order and a position of a single segment within the rotor 1 are interchangeable, which facilitates assembly.
  • the illustrated embodiment of the first part 4 of the single segment 2 and the second corresponding part 5 of the adjacent individual segment 2 provides a
  • a first area from point 8a to point 8b of the part 4 forms a bulge of the individual segment 2 which corresponds to a concavity of a first area from point 8a to point 8b of the part 5 of the adjacent individual element 2 and are formed so that the bulge with the concavity both in the radial direction and in
  • a suitable dimensioning of the overlaps of the bulge of the part 4 and the concavity of the part 5 represents a form fit in the radial direction and in the circumferential direction.
  • the part 4 still contains a second area from point 8b to point 8c with a concavity of the single segment 2 to a Bulge of a second region from point 8b to point 8c of the part 5 of the adjacent individual element 2 corresponds and are also shaped so that the bulge with the concavity both in the radial direction and in
  • the bulges are designed so that no edges form, which proves advantageous when punching sheets.
  • FIG. 4 shows an alternative exemplary embodiment of a rotor 11 with individual segments 12, in which some features coincide with the rotor 1 from FIG. 3, so that essentially the differences are described here and the same or equivalent components from FIG.
  • a concavity of a first portion of a second portion 15 of the single segment 12 from point 18a to point 18b is shaped such that the concavity extends to an opening 13, 13a, 13b in the axial direction, which serves to receive a permanent magnet 10.
  • a deformable region 16 is arranged at the opening 13, 13 a, 13 b. The deformable region 16 is between the opening 13, 13a, 13b and a first part 14 of the
  • Single segment 12 is arranged and forms with the concavity of the first portion of the second part 15, which reaches up to the opening 13, 13 a, 13 b, between a third movable part 17 a, 17 b of the single segment 12.
  • the deformable portion 16 on one side of the opening thirteenth , 13a, 13b and the concavity to the opening 13, 13a, 13b in the circumferential direction on the other side of the opening 13, 13a, 13b is with the movable third part 17a, 17b therebetween a radial extension of the axial Opening 13, 13a, 13b changeable.
  • the movable third part 17a and the movable third part 17b different positions of a same component are shown, as well as the resulting different shapes of the corresponding openings 13a, 13b.
  • a second region from point 18b to point 18c of the part 15 of the single segment 12 and a second region from point 18b to point 18c of a part 14 of an adjacent individual segment 12 are analogous to FIG. 3 a form fit in the radial direction and in the circumferential direction between the two adjacent individual segments 12 dar.
  • the possibility of a change in the radial displacement of the opening 13, 13 a, 13 b in the axial direction facilitates insertion of the permanent magnet 10 in the opening 13, 13 a, 13 b. If the third movable part 17a of the individual segment 12 is in a position with an enlarged radial extension of the opening 13a, as shown in FIG. 4, the permanent magnet 10 can be inserted into the axial opening 13a with little effort. If, after the insertion of the permanent magnet 10, the third movable part 17b is moved to a position with a reduced radial extent of the axial opening 13b, the axial opening 13b is thereby closed in the radial direction and the
  • the movable part 17b is fixed in the closed position by a bulge of a first area from point 18a to point 18b of the part 14 of the single segment 12.
  • the concavity of the first region from point 8a to point 8b of the part 15 with the bulge of the first region from point 8a to point 8b of the part 14 of the adjacent individual segment 12 forms such a low overlap that with an external force the movable part 17b in a movement to fix the permanent magnet 10 can overcome the overlap but after the fixation of the permanent magnet 10, a contact force of the movable member 17b on the permanent magnet 10 is a small internal force that is not large enough to overcome the overlap.
  • the slight overlap of the first portion of the member 14 with the first portion of the member 15 holds the movable member 17a, 17b in position and fixes it as shown in the movable member 17b while fixing the permanent magnet 10 in the opening 13b.
  • the contact pressure on the permanent magnet 10 is always smaller than a critical force, from which structural damage to the permanent magnet 10 can occur. Further fastening means and fastening steps of the permanent magnet 10 are omitted. It is also advantageous in FIG. 4 that the movable part 17a, 17b of the
  • Single element 12 is located in the radial direction within the axial opening 13, 13 a, 13 b, since the fixation of the movable member 17 a, 17 b and the fixation of the
  • Permanent magnets 10 in the opening 13, 13a, 13b is reinforced by the outwardly acting centrifugal forces of the rotating rotor 11 and by the pressing of the rotor 11 on a rotor carrier.
  • the bulges and indentations of the part 14 and the part 15 are again designed edge-free, since these forms simplify the work when punching the sheets.
  • FIG. 5 shows an alternative exemplary embodiment of a rotor 21 with individual segments 22, in which some features coincide with the rotor 11 from FIG. 4, so that essentially the differences are described here and identical or equivalent components from FIG. 4 are to be adopted.
  • the rotor 21 in FIG. 5 is only partially joined in the illustration, so that not all the individual segments 22 have yet been inserted and not every individual segment 22 has an adjacent individual segment 22 on both sides.
  • the individual segments 22 are all executed the same and in this mounting state a better
  • the individual segments 22 have a designation suffix a, b to distinguish a single segment 22a with only one adjacent single segment 22 from a single segment 22b with two adjacent individual segments 22.
  • the single segment 22 has a first part 24 and a second part 25, wherein the first part 24 of a single segment 22 with the second part 25 of an adjacent single segment 22 in the assembled state results in a positive connection in the circumferential direction and in the radial direction.
  • the individual segment 22 has an opening 23a, 23b in the axial direction for receiving a permanent magnet 20.
  • a deformable region 26a, 26b is arranged.
  • the individual segment 22a is positively connected in this mounting state via the second part 25 of the individual segment 22a to the first part 24 of the adjacent individual segment 22b.
  • the first part 24a of the individual segment 22a still has no connection to an adjacent individual segment 22.
  • the first part 24a, the opening 23a and the deformable area 26a, which is arranged between the opening 23a and the first part 24a of the single segment 22a, are in their original position Form shown without deformed by an external force, the deformable portion 26 a.
  • the opening 23a is designed in its basic form such that the permanent magnet 20 can be inserted easily and without great effort into the opening 23a.
  • an extension of the opening 23a in the radial direction and / or in the circumferential direction can be greater than the respective extent of the
  • the permanent magnet 20 is inserted in this mounting state in the opening 23 a, before in another assembly step another
  • Single segment 22 is connected to the first part 24a of the single segment 22a.
  • the individual segment 22b has two adjacent individual segments 22, so that both via the first part 24 of the single segment 22b and via the second part 25b single segment 22b a positive connection to an adjacent
  • Single segment 22 is made. By joining the second part 25 of the individual segments 22a with the first part 24 of the single segment 22b, an external force is exerted, which upon assembly of the individual segment 22a with the
  • Circumferential direction and / or radial direction is reduced.
  • a reduction of the opening 23b in the assembly of the individual segments 22 through the deformable portion 26b generates a pressing force of the opening 23b on the permanent magnet 20, so that the permanent magnet 20 is fixed by the pressing force in the opening 23b.
  • the contact pressure on the permanent magnet 20 is always smaller than a critical force, from which structural damage to the permanent magnet 20 can arise.
  • the deformable region can also be arranged between a second part of the individual segment and the opening in the axial direction for receiving a permanent magnet, or in each case a deformable region between the first part and the opening and between the second part and the opening be arranged.
  • a respective deformation of a deformable region may be small in two deformable regions on both sides of the opening for receiving a permanent magnet and still fix the permanent magnet by an overall reduction of the opening in the opening. A necessary for deformation of the deformable area external
  • FIG. 6 shows an alternative exemplary embodiment of a rotor 31 with individual segments 32, in which some features coincide with the rotor 21 from FIG. 5, so that essentially the differences are described here and the same or equivalent components from FIG. 5 are to be adopted.
  • the rotor 31 in FIG. 6 is only partially joined in the illustration, so that not all the individual segments 32 have yet been inserted and not every individual segment 32 has an adjacent individual segment 32 on both sides.
  • the individual segments 32 are all executed the same and in this mounting state a better
  • the individual segments 32 have a designation suffix a, b to distinguish a single segment 32a with only one adjacent single segment 32 from a single segment 32b with two adjacent individual segments 32.
  • the individual segment 32 has a first part 34 and a second part 35, wherein the first part 34 of a single segment 32 with the second part 35 of an adjacent individual segment 32 in the assembled state results in a positive connection in the circumferential direction and in the radial direction.
  • the individual segment 32 has an opening 33a, 33b in the axial direction for receiving a permanent magnet 30.
  • a deformable region 36a, 36b is arranged, wherein a portion 36c of the deformable region 36a, 36b is arranged in the radial direction within the opening 33a, 33b.
  • the partial region 36c of the deformable region 36a, 36b circumferentially overlaps with the opening 33a, 33b, so that upon deformation of the deformable region 36a, 36b, the partial region 36c reduces the opening 33a, 33b in the radial direction.
  • Permanent magnet 30 is inserted into the opening 33a, 33b prior to deformation.
  • the reduction of the opening 33a, 33b in the radial direction by the deformation of the portion 36c of the permanent magnet 30 is fixed by pressing forces of the opening 33a, 33b in the opening 33a, 33b.
  • the deformable region 36a and the opening 33a are still undeformed and show a shape of the individual segment 32a before being joined to the rotor 31.
  • the deformable portion 36b has been deformed in the assembling step of assembling the single segment 32a with the single segment 32b such that the opening 33b is reduced in the circumferential direction and fixed the permanent magnet in the opening 33b.
  • the opening 33b has in the overlap region with the portion 36c of the deformable region 36b still an extension in the radial direction, which is larger than the permanent magnet 30.
  • Extension of the opening 33a, 33b is reduced in the radial direction.
  • the reduction of the opening 33a, 33b in the radial direction generates a pressing force of the opening 33a, 33b on the permanent magnet 30, which fixes the permanent magnet in the opening 33a, 33b.
  • deformation of the portion 36c may also be accompanied by deformation of the deformable portion 36a, 36b during assembly
  • Single segments 32 are made to the rotor 31, in which between the first part 34 of a single segment 32 and the second part 35 of an adjacent single segment 32 at a position in the radial direction within the opening 33 a, 33 b through the
  • the contact pressure on the permanent magnet 30 is always smaller than a critical force, from which structural damage to the permanent magnet 30 can occur.

Landscapes

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  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) einer elektrischen Maschine, der aus Einzelsegmenten (2) gebildet ist, wobei jedes Einzelsegment (2) einen ersten Teil (4) aufweist, der in zusammengebautem Zustand mit einem zweiten korrespondierenden Teil (5) des benachbarten Einzelsegmentes in Kontakt steht. Der erste Teil (4) des Einzelsegmentes und der zweiten korrespondierenden Teil (5) des benachbarten Einzelsegmentes sind derart ausgebildet, dass sich ein Formschluss zwischen dem ersten Teil (4) und dem zweiten Teil (5) in radialer Richtung und in Umfangsrichtung ergibt. Durch den Formschluss in radialer Richtung und in Umfangsrichtung bildet sich eine selbsttragende Ringstruktur des zusammengebauten Rotors (1). Somit sind zum Zusammenfügen aller Einzelsegmente (2) zu einem Ring keine weiteren Befestigungen oder Haltevorrichtungen nötig.

Description

Rotor einer elektrischen Maschine
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Rotoren für elektrische Maschinen sind in vielfältiger Art und Weise bekannt und können je nach Aufgabe der elektrischen Maschine besonders ausgeformt sein.
In der Schrift DE 10037410 A1 ist ein Rotor einer elektrischen Maschine dargestellt, der aus einem Blechband gefertigt wird. Hierzu wird aus einem Blechband eine Kette von Teilsegmenten des Rotors gestanzt, wobei diese Teilsegmente an einem Punkt fest miteinander verbunden sind. Über diesen Verbindungspunkt wird die Kette dann zu einem Rotor gebogen, der durch Überlagerung mehrerer Blechlagen an axialer Tiefe gewinnt. Da die Teilsegmente über den Verbindungspunkt schon fest miteinander verbunden sind, wird für diesen Rotor keine zusätzliche Befestigung der Teilsegmente benötigt. Die Teilsegmente sind über die Materialbrücke des Verbindungspunktes schon befestigt.
Aus der gattungsgemäßen Schrift WO 2003/003541 A1 ist ein Rotor einer elektrischen Maschine bekannt, der aus Einzelsegmenten aufgebaut ist. Dieser wird in der Schrift vor allem für elektrische Motoren mit einem größeren Innen-Durchmesser vorgeschlagen um deren Montage und Handhabung zu erleichtern. Die Segmente sind für den Fall eines Synchronmotors als Trägerplatten mit außen aufliegenden Permanentmagneten beschrieben. Diese Segmente werden dann auf dem Rotor so befestigt, dass im Falle einer Reparatur die einzelnen Segmente wieder entfernt und ausgetauscht werden können. In der Fertigung muss somit jedes einzelne Segment auf dem Rotor befestigt werden, was den Montageaufwand und die Arbeitsschritte erhöht. Aufgabe der Erfindung ist es die Fertigung eines Rotors zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demgemäß weist ein Rotor, der aus Einzelsegmenten gebildet ist, einen ersten Teil des Einzelsegmentes und einen zweiten korrespondierenden Teil des benachbarten
Einzelsegmentes auf, die derart ausgebildet sind, dass sich ein Formschluss zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil in radialer Richtung und in Umfangsrichtung ergibt. Durch den Formschluss in radialer Richtung und in Umfangsrichtung wird erreicht, dass im zusammengebauten Zustand eine stabile, selbsttragende Ringstruktur entsteht. Somit sind zum Zusammenfügen aller Einzelsegmente zu einem Ring keine weiteren
Befestigungen oder Haltevorrichtungen nötig.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kennzeichnet sich der Rotor dadurch aus, dass der erste Teil des Einzelsegmentes und der zweite korrespondierende Teil des benachbarten Einzelsegmentes derart ausgebildet sind, dass sich die beiden benachbarten
Einzelsegmente nach dem Zusammenbau im Wesentlichen entlang des ersten Teiles berühren.
Aus Produktionsgründen ist eine vollständige Berührung des ersten Teiles des
Einzelsegmentes und des zweiten korrespondierenden Teiles des benachbarten
Einzelsegmentes erschwert. Dennoch soll die Form derart ausgestaltet sein, dass sich eine möglichst große Kontaktfläche zwischen den beiden benachbarten Einzelsegmenten im zusammengefügten Rotor bildet, da durch diese Kontaktfläche eine Veränderung eines magnetischen Flusses im Rotor wenig beeinflusst ist. Hierzu ist es empfehlenswert wenn die Kontaktfläche der beiden benachbarten Einzelsegmente über 90% der theoretisch möglichen Kontaktfläche des ersten Teiles des Einzelsegmentes und des zweiten korrespondierenden Teiles des benachbarten Einzelsegmentes ausmacht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors sind der erste Teil des
Einzelsegmentes und der zweite korrespondierende Teil des benachbarten
Einzelsegmentes derart ausgeformt, dass nur ein Teilbereich des ersten Teiles des Einzelsegmentes und ein entsprechender Teilbereich des zweite korrespondierende Teil des benachbarten Einzelsegmentes den Formschluss zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil in radialer Richtung und in Umfangsrichtung bewirken.
Somit lässt sich der Formschluss in radialer Richtung und in Umfangsrichtung mit einfachen Formen gewährleistet, welche sich nicht über das gesamte Teil des Einzelsegmentes erstrecken müssen. Einfachen Formen sind in der Produktion besser herzustellen.
In einer weiteren Ausgestaltung des Rotors ist die Form des ersten Teiles des Einzelsegmentes und des zweiten korrespondierenden Teiles des benachbarten Einzelsegmentes vorteilhaft als eine Schwalbenschwanzverbindung ausgeformt.
Diese Form erfüllt die Bedingungen des Formschlusses in radialer Richtung und in Um- fangsrichtung. Die Herstellung der Form lässt sich mit einfachen Mitteln realisieren und entsprechend den Materialeigenschaften der Einzelsegmente auch einfach dimensionieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors ist die Form des ersten Teiles des Einzelsegmentes und des zweiten korrespondierenden Teiles des benachbarten Einzelsegmentes als eine Tannenbaumverbindung ausgeformt.
Durch die Verteilung des Formschlusses in radialer Richtung und in Umfangsrichtung auf mehrere Überdeckungsbereiche, kann jeder einzelne Überdeckungsbereich kleiner dimensioniert sein. Hierdurch kann bei der Herstellung der Verschnitt reduziert sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors weisen alle Einzelsegmente eine gleiche Form auf.
Dies erleichtert die Produktion, da nur eine Form des Einzelsegmentes hergestellt werden muss und die Position eines Einzelsegmentes innerhalb des Ringes unbestimmt ist. Somit ist beim Zusammenfügen auch nicht auf die Position und Reihenfolge des jeweiligen Einzelsegmentes zu achten.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors ist jedes Einzelsegment aus einem Blechpaket aufgebaut.
Die Formen des ersten Teiles des Einzelsegmentes und des zweiten korrespondierenden Teiles des benachbarten Einzelsegmentes lassen sich besonders einfach durch Stanzen der kompletten Form des Einzelsegmentes aus einem Blechband herstellen. Um nun aus der Form des Einzelsegmentes mit der Tiefe eines Blechbandes die erforderliche axiale Tiefe des Einzelsegmentes für den Rotor zu bekommen, werden mehrere ausgestanzte Formen zu einem Blechpaket aufgebaut. Außerdem bietet das Material des Blechbandes eine vorteilhafte magnetische Eigenschaft.
Zum Erzeugen eines magnetischen Flusses im Rotor, ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors in jedem Einzelsegment eine Öffnung in axialer Richtung enthalten, die zur Aufnahme eines Permanentmagneten dient. Die Öffnung in axialer Richtung bildet eine Tasche welche in radialer Richtung und in Rotor-Umfangsrichtung begrenzt ist. Vorteilhaft ist die Form der Öffnung über die axiale Richtung hinweg konstant, so dass die Produktion und weitere Verarbeitung der Öffnung erleichtert sind. Weiterhin vorteilhaft ist auch die Form der Öffnung in axialer Richtung entsprechend des einzusetzenden Permanentmagneten zu wählen, so dass dieser einfach einfügbar und in der Öffnung fixierbar ist.
Durch das Einfügen des Permanentmagneten in eine Öffnung in axialer Richtung ist die Position des Permanentmagneten in radialer Richtung durch die Außenkontur der Öffnung beschränkt. Die Zentrifugalkräfte des sich drehenden Rotors, die an dem
Permanentmagneten angreifen, wirken in radialer Richtung und werden an die
Außenkontur der Öffnung in axialer Richtung übertragen, ohne den Permanentmagneten besonders befestigen zu müssen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors verfügt jedes Einzelsegment über einen verformbaren Bereich. Der verformbare Bereich ist zwischen dem ersten Teil des Einzelsegmentes und der Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten und/oder zwischen dem zweiten korrespondierenden Teil des Einzelsegmentes und der Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten angeordnet. Nach einem
Zusammenfügen der Einzelsegmente, bei dem der erste Teil des Einzelsegmentes mit dem zweiten, korrespondierenden Teil des benachbarten Einzelsegmentes in Eingriff steht, ist der verformbare Bereich derart verformt, dass die Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten in radialer und/oder in Umfangsrichtung verkleinert ist.
Vorteilhaft ist der Permanentmagnet vor dem Zusammenfügen der Einzelsegmente in die Öffnung des Einzelsegmentes eingesetzt. Die Verkleinerung der Öffnung durch den verformbaren Bereich des Einzelsegmentes nach dem Zusammenfügen der
Einzelsegmente fixiert den Permanentmagneten in der Öffnung. Weitere
Befestigungsschritte und Befestigungsmittel entfallen.
Die Öffnung in axialer Richtung und der verformbare Bereich sind derart ausgestaltet, dass ein Permanentmagnet einfach in die Öffnung einsetzbar ist und der verformbare Bereich die Öffnung nach dem Zusammenfügen der Einzelsegmente soweit verkleinert, dass der Permanentmagnet in der Öffnung eingepresst ist ohne dass die Anpresskräfte eine kritische Kraft übersteigen, bei der im Permanentmagneten strukturelle Schäden entstehen.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Rotors ist der verformbare Bereich in radialer Richtung innerhalb der Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten angeordnet. Der verformbare Bereich ist so ausgeformt, dass nach einem Aufpressen der
zusammengefügten Einzelsegmente auf einen Rotorträger, der verformbare Bereich derart verformt ist, dass die Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten in radialer Richtung verkleinert ist.
Vorteilhaft sind die Permanentmagnete vor dem Aufpressen der zusammengefügten Einzelsegmente auf den Rotorträger in die Öffnungen der Einzelsegmente eingesetzt. Die Verkleinerungen in radialer Richtung der Öffnungen nach dem Aufpressen auf den Rotorträger durch die verformbaren Bereiche der Einzelsegmente, fixieren die
Permanentmagnete in den Öffnungen. Weitere Befestigungsschritte und
Befestigungsmittel entfallen.
Die Öffnung in axialer Richtung des Einzelsegmentes und der verformbare Bereich sind derart ausgestaltet, dass ein Permanentmagnet einfach in die Öffnung einsetzbar ist und der verformbare Bereich die Öffnung nach dem Aufpressen auf den Rotorträger soweit verkleinert, dass der Permanentmagnet in der Öffnung eingepresst ist ohne dass die Anpresskräfte eine kritische Kraft übersteigen, bei der im Permanentmagneten strukturelle Schäden entstehen.
Erfindungsgemäß ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors, die axiale Öffnung im Einzelsegment durch einen dritten beweglichen Teil begrenzt. Dieser bewegliche Teil ist so ausgestaltet, dass bei einer Bewegung des dritten Teiles sich die radiale Erstreckung der Öffnung verändert. Diese Veränderung der radialen Erstreckung der Öffnung muss erfindungsgemäß nicht überall gleich sein, so dass ein Ende des dritten beweglichen Teiles ortsfest mit dem Einzelsegment verbunden ist und das andere Ende radial um diesen Punkt beweglich ist. Dieses bewegliche Ende weist eine Form auf, die mit einer Auswölbung des Einzelsegmentes oder des benachbarten Einzelsegmentes in geschlossenem Zustand in Eingriff kommt, so dass die Auswölbung das bewegliche Teil fixiert. Erfindungsgemäß kann die Auswölbung auch ein Teil des benachbarten Einzelsegmentes des zusammengebauten Rotors sein.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen zusammengesetzten, segmentierten Rotor einer elektrischen Maschine, Fig. 2 eine Stanzanordnung von Einzelsegmenten auf einem Blechband,
Fig. 3 einen Ausschnitt eines Rotors, der aus Einzelsegmenten zusammengesetzt ist, wobei die Einzelsegmente einen ersten Teil des Einzelsegmentes und einen zweite korrespondierende Teil des benachbarten Einzelsegmentes aufzeigen,
Fig. 4 einen Ausschnitt eines alternativen Rotors aus Einzelsegmenten, bei dem ein dritter, beweglicher Teil des Einzelsegmentes so positioniert ist, dass die axiale Öffnung zum Bestücken mit Permanentmagneten radial vergrößert ist,
Fig. 5 einen Ausschnitt eines alternativen Rotors aus Einzelsegmenten, die über einen verformbaren Bereich verfügen,
Fig. 6 einen Ausschnitt eines alternativen Rotors aus Einzelsegmenten, bei denen jeweils ein verformbarer Bereich in radialer Richtung innerhalb der Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten angeordnet ist.
Figur 1 zeigt eine axiale Sicht eines segmentierten Rotors 1 einer elektrischen Maschine. Der Rotor 1 ist aus Einzelsegmenten 2 aufgebaut, welche zu einem Ring angeordnet sind.
Die Herstellung eines Rotors 1 aus Einzelsegmente 2 biete im Vergleich zur Herstellung eines Rotors aus einer Kette von Teilsegmenten, die keine unabhängigen
Einzelsegmente sind, den Vorteil, dass die Einzelsegmente 2 leichter zu stanzen sind, da die Einzelsegmente 2 variabler auf dem Blechband angeordnet werden können und dies weniger Verschnitt des Blechbandes bedeutet. Außerdem muss beim Stanzen der Kette von Teilsegmenten besonders Rücksicht auf den Verbindungspunkt genommen werden, was eine erhöhte Arbeitsgenauigkeit erfordert.
Die Einzelsegmente 2 zeigen eine axiale Öffnung 3, welche zur Aufnahme eines
Permanentmagneten dient. Die axiale Öffnung 3 begrenzt die Position des
Permanentmagneten in radialer Richtung und in Umfangsrichtung derart, dass hierdurch der Permanentmagnet in der Öffnung positioniert ist. Dies hat den Vorteil, dass die Permanentmagnete nicht zusätzlich gegen die Zentrifugalkräfte des sich drehenden Rotors abgesichert werden müssen und nur leicht in axiale Richtung befestigt sein müssen. Auch die Krafteinwirkung des magnetischen Feldes auf den
Permanentmagneten wird auf die Außenkontur der axialen Öffnung 3 übertragen und wirkt nicht in axiale Richtung.
Der hier dargestellte Rotor 1 ist dementsprechend zur Verwendung in einem permanent erregten Synchronmotor geeignet.
Vorteilhaft zeigt sich in Figurl , dass der Rotor 1 aus gleichen Einzelsegmenten 2 aufgebaut ist. Dies erleichtert die Herstellung der Einzelsegmente, da nur identische Einzelsegmente 2 produziert werden müssen und auch die Montage des Rotors 1 , da die Reihenfolge der Einzelsegmente 2 innerhalb der Ringanordnung austauschbar und damit frei wählbar ist.
Jedes Einzelsegment 2 hat einen ersten Teil 4 der mit einem zweiten korrespondierenden Teil 5 des benachbarten Einzelsegmentes 2 in Kontakt steht. Der erste Teil 4 ist in dieser Ausführung des Rotors 1 ein Abschnitt der Seitenfläche des Einzelsegmentes 2 in Umfangsrichtung. Entsprechend ist der zweite Teil 5 ein Abschnitt der
gegenüberliegenden Seitenfläche des Einzelsegmentes 2. Durch die Ringstruktur gilt dies für alle Einzelsegmente 2, da jedes Einzelsegment 2 einen Nachbarn hat und gleichzeitig auch einen Nachbar für das nächste Einzelsegment 2 darstellt. In Fig. 1 ist eine besondere Ausformung des ersten Teiles 4 des Einzelsegmentes 2 und des zweiten korrespondierenden Teiles 5 dargstellt. Zwischen den beiden benachbarten
Einzelsegmenten 2 wird durch den ersten Teil 4 und den zweiten korrespondierenden Teil 5 ein Formschluss in radialer Richtung und in Unfangsrichtung erzeugt. Diese vorteilhafte Ausformung des ersten Teiles 4 und des zweiten korrespondierenden Teiles 5 stabilisiert den Ring aus Einzelsegmenten 2 und erzeugt eine selbsttragende Struktur. Eine vorteilhafte Ausformung des ersten Teiles 4 und des zweiten korrespondierende Teiles 5 wird an einem Ausschnitt des Rotors 1 in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt und dort näher dargelegt.
Durch einen Formschluss sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung, ist die Montage der Einzelsegmente zu einem Ring nur in axialer Richtung möglich. Die
Einzelsegmente sind gegeneinander axial verschiebbar, wobei hier mit axial die
Orientierung des Einzelsegmentes 2 bezüglich der späteren Lage innerhalb des Rotors 1 zu dessen Drehachse gemeint ist.
Durch den Formschluss in radialer und in Umfangsrichtung bildet sich eine
selbsttragende Struktur des Rotorringes, welche sich auf einen Rotorträger aufpressen lässt. Hierdurch wird der Rotor 1 fest mit dem Rotorträger verbunden und stützt sich auch zur Momentenübertragung an diesem ab. Der Rotorträger ist in den Figuren nicht dargestellt. Es sind keine weiteren Befestigungen nötig um die Einzelsegmente 2 auf dem Rotorträger zu halten. Gleichzeitig wird durch das Aufpressen des Rotorringes auf den Rotorträger, der Formschluss der benachbarten Einzelsegmente 2 unter eine
Verspannung gesetzt, so dass sich die Einzelsegmente 2 nicht mehr gegeneinander in axiale Richtung verschieben können. Die Einzelsegmente 2 sind somit in alle Richtungen auf dem Rotorträger fixiert.
Der Formschluss in radialer Richtung ermöglicht nicht nur das Verpressen des Rotors 1 auf dem Rotorträger, sondern wirkt auch der Zentrifugalkraft des sich drehenden Rotors 1 entgegen. Somit erlaubt der Formschluss in radialer Richtung und Umfangsrichtung, die Einzelsegmente ohne weitere Befestigungsvorrichtungen zu einem stabilen Rotor 1 zusammenzufügen. Die sonst zur Montage von Einzelsegmenten 2 zu einem Rotor 1 benötigten Befestigungen, wie Verschweißen, Verkleben oder Verschrauben der
Einzelsegmente, entfallen. Somit entfallen auch die sich wiederholenden Arbeitsschritte zur Befestigung eines jeden Einzelsegmentes 2 am Rotorträger, deren Anzahl der Anzahl der Einzelsegmente 2 entspricht.
Dieser segmentierte Rotor 1 ist durch den radialen Formschluss in sich so stabil, dass er auch bei schnell-drehenden, elektrischen Maschinen eingesetzt werden kann.
Zusätzliche Befestigungsvorrichtungen würden durch zusätzliche Massen auch das Trägheitsmoment des Rotors 1 erhöhen, welches sich wiederum negativ auf den
Wirkungsgrad der elektrischen Maschine auswirkt.
Separate Befestigungsvorrichtungen, Verschweißen oder Verkleben stören auch die magnetischen Eigenschaften des Rotors 1.
Der magnetische Fluss wird auch bei einem Materialübergang beeinflusst. Dies ist schon im Fall eines Spaltes zwischen den Einzelsegmenten 2 gegeben. Wird dieser
Zwischenraum nicht vergossen, was technisch nur schwer möglich ist und wieder zusätzlichen Arbeitsaufwand darstellt, bildet sich ein Luftspalt und der magnetische Fluss muss erst den Materialübergang Rotormaterial-Luft und dann wieder den
Materialübergang Luft-Rotormaterial überbrücken. Um dies zu verhindern ist es vorteilhaft, dass sich die Einzelsegmente 2 im Wesentlichen entlang des ersten Teiles 4 berühren. Figur 1 , sowie Figur 3 und Figur 4, zeigen dass bevorzugt der erste Teil 4 des Einzelsegmentes 2 und der zweite korrespondierende Teil 5 des benachbarten
Einzelsegmentes 2 derart ausgeformt sind, dass diese sich im Wesentlichen über die gesamte theoretisch mögliche Kontaktfläche hinweg berühren, ohne dass sich zwischen den beiden Teilen ein Luftspalt bildet.
Die magnetischen Eigenschaften des in Figur 1 dargestellten Rotors 1 entsprechen somit weitgehend den Eigenschaften eines nicht-segmentierten Rotors und weisen einen analogen magnetischen Fluss auf.
Da ein Luftspalt zwischen den Einzelsegmenten 2 den magnetischen Fluss im Rotor 1 beeinflusst, bezieht sich die wesentliche Berührung der Einzelsegmente und eine
Vermeidung eines Luftspaltes vor allem auf einen Bereich des ersten Teiles 4 und des zweiten Teiles 5 der Einzelsegmente 2, in dem sich der magnetischen Flusses des Rotors 1 befindet. Konstruktionsbedingt kann es im Rotor 1 kleine Bereiche ohne magnetischen Fluss geben. Befindet sich an der Kontaktfläche zweier benachbarter Einzelsegmente 2 so ein Bereich ohne magnetischen Fluss, ist an dieser Stelle ein Luftspalt unschädlich. Durch den Luftspalt erstreckt sich nun die Kontaktfläche der beiden benachbarten
Einzelsegmente 2 nicht mehr über das gesamte erste Teil 4.
In Figur 2 ist eine mögliche Stanz-Anordnung einer Form der Einzelsegmente 2 auf einem Blechband dargstellt.
Bleche bieten gute magnetische Eigenschaften für Rotoren und einfache
Produktionsbedingungen. So werden die Formen der Rotoren aus Blechen gestanzt und dann zu Blechpaketen zusammengefügt. Bei nicht-segmentierten Rotoren muss der ganze Rotorring aus dem Blech gestanzt werden, was viel Blechverschnitt erzeugt. Die Anordnung der Form der Einzelsegmente lässt sich wesentlich besser wählen, so dass der Verschnitt verringert werden kann. Zum Stanzen der Einzelsegmente werden auch kleinere Stanzwerkzeuge benötigt, welche die Einzelsegmente 2 in sehr großer Stückzahl produzieren. Vorteilhaft wird beim Stanzen der Außenform des Einzelsegmentes 2 gleich die axiale Öffnung 3 zur Aufnahme des Permanentmagneten mitgestanzt.
Bleche weisen durch ihre Herstellungsweise meist eine magnetische Vorzugsrichtung auf, die bei einer Stanzanordnung der Einzelsegmente 2 berücksichtigt ist, so dass ein Rotor 1 aus Einzelsegmenten 2 mit gleichartigen magnetischen Eigenschaften auch
symmetrische magnetische Eigenschaften aufweist.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt des Rotors 1 mit Einzelsegmenten 2 und einer Öffnung 3 in axialer Richtung zum Einfügen von Permanentmagneten. Die Einzelsegmente 2 sind alle gleich ausgeführt und weisen eine gleiche Form auf. Daher ist eine Reihenfolge und eine Position eines Einzelsegmentes innerhalb des Rotors 1 austauschbar, was eine Montage erleichtert.
Die dargestellte Ausformung des ersten Teiles 4 des Einzelsegmentes 2 und des zweiten korrespondierenden Teiles 5 des benachbarten Einzelsegmentes 2 stellt einen
Formschluss in axialer Richtung und in Umfangsrichtung dar. Hierbei bildet ein erster Bereich von Punkt 8a bis Punkt 8b des Teiles 4 eine Auswölbung des Einzelsegmentes 2 die zu einer Einwölbung eines ersten Bereiches von Punkt 8a bis Punkt 8b des Teiles 5 des benachbarten Einzelelementes 2 korrespondiert und derart geformt sind, dass sich die Auswölbung mit der Einwölbung sowohl in radialer Richtung als auch in
Umfangsrichtung überdeckt. Eine geeignete Dimensionierung der Überdeckungen der Auswölbung des Teiles 4 und der Einwölbung des Teiles 5 stellt einen Formschluss in radiale Richtung und in Umfangsrichtung dar.
In der bevorzugten Ausformung in Fig. 3 enthält der Teil 4 noch einen zweiten Bereich von Punkt 8b bis Punkt 8c mit einer Einwölbung des Einzelsegmentes 2 die zu einer Auswölbung eines zweiten Bereiches von Punkt 8b bis Punkt 8c des Teiles 5 des benachbarten Einzelelementes 2 korrespondiert und ebenfalls derart geformt sind, dass sich die Auswölbung mit der Einwölbung sowohl in radialer Richtung als auch in
Umfangsrichtung überdeckt. Durch diesen zweiten Bereich der ebenfalls einen
Formschluss in radialer Richtung und in Umfangsrichtung darstellt, kann die
Dimensionierung sowohl des ersten Bereiches von Punkt 8a bis Punkt 8b als auch des zweiten Bereiches von Punkt 8b bis Punkt 8c des ersten Teiles 4 und des zweiten korrespondierenden Teiles 5 kleiner gestaltet werden, da sich die Kräfte des
Formschlusses auf die beiden Bereiche aufteilen. Durch die Verkleinerungen der
Dimensionen der Auswölbung und Einwölbungen fällt beim Stanzen der Blechsegmente weniger Verschnitt an.
Die Auswölbungen sind derart gestaltet, dass sich keine Kanten bilden, was sich vorteilhaft beim Stanzen von Blechen erweist. Die genaue Ausformungen der
Auswölbungen und Einwölbungen, sowie die Dimensionierung der Überdeckungen, hängen von den erwarteten Kräften und den Eigenschaften des verwendeten Materials der Einzelsegmente 2 ab.
Figur 4 stellt ein alternatives erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Rotors 11 mit Einzelsegmenten 12 dar, bei dem einige Merkmale mit dem Rotor 1 aus Figur 3 übereinstimmen, so dass hier im Wesentlichen die Unterschiede beschrieben sind und gleiche oder gleichwirkende Bauteile aus Figur 3 zu übernehmen sind.
Alle Einzelsegmente 12 des Rotors 11 sind gleich ausgeführt und untereinander vertauschbar. Um in der Darstellung unterschiedliche Montagezustände besser zu unterscheiden, kennzeichnet ein Bezeichnungszusatz a, b zwei unterschiedliche
Montagezustände der gleich ausgeführten Einzelsegmente 12.
Eine Einwölbung eines ersten Bereiches eines zweiten Teiles 15 des Einzelsegmentes 12 von Punkt 18a bis Punkt 18b ist derart geformt, dass die Einwölbung bis zu einer Öffnung 13, 13a, 13b in axialer Richtung reicht, die zur Aufnahme eines Permanentmagneten 10 dient. In Umfangsrichtung auf der gegenüberliegenden Seite des zweiten Teiles 15 ist an der Öffnung 13, 13a, 13b ein verformbarer Bereich 16 angeordnet. Der verformbare Bereich 16 ist zwischen der Öffnung 13, 13a, 13b und einem ersten Teil 14 des
Einzelsegmentes 12 angeordnet und bildet mit der Einwölbung des ersten Bereiches des zweiten Teiles 15, welche bis zur Öffnung 13, 13a, 13b reicht, dazwischen einen dritten beweglichen Teil 17a, 17b des Einzelsegmentes 12. Durch den verformbaren Bereich 16 auf einer Seite der Öffnung 13, 13a, 13b und die Einwölbung bis zur Öffnung 13, 13a, 13b hin in Umfangsrichtung auf der anderen Seite der Öffnung 13, 13a, 13b, ist mit dem beweglichen dritten Teil 17a, 17b dazwischen eine radiale Erstreckung der axialen Öffnung 13, 13a, 13b veränderbar. Mit dem beweglichen dritten Teil 17a und dem beweglichen dritten Teil 17b sind unterschiedliche Positionen eines gleichen Bauteiles dargestellt, sowie die daraus resultierenden unterschiedlichen Ausformungen der entsprechenden Öffnungen 13a, 13b.
Ein zweiter Bereich von Punkt 18b bis Punkt 18c des Teiles 15 des Einzelsegmentes 12 und ein zweiter Bereich von Punkt 18b bis Punkt 18c eines Teiles 14 eines benachbarten Einzelsegmentes 12 stellen analog zu Figur 3 einen Formschluss in radialer Richtung und in Umfangsrichtung zwischen den beiden benachbarten Einzelsegmenten 12 dar.
Die Möglichkeit einer Veränderung der radialen Ersteckung der Öffnung 13, 13a, 13b in axialer Richtung erleichtert ein Einfügen der Permanentmagneten 10 in die Öffnung 13, 13a, 13b. Ist das dritte bewegliche Teil 17a des Einzelsegmentes 12 in einer Position mit vergrößerter radialer Erstreckung der Öffnung 13a, wie abgebildet in Figur 4, dann ist der Permanentmagnet 10 einfach, mit wenig Aufwand in die axiale Öffnung 13a einfügbar. Ist nach dem Einfügen des Permanentmagneten 10 der dritte bewegliche Teil 17b in eine Position mit verkleinerter radialer Erstreckung der axialen Öffnung 13b bewegt, ist hierdurch die axiale Öffnung 13b in radialer Richtung geschlossen und der
Permanentmagnet 10 in der Öffnung 13b fixiert.
Der bewegliche Teil 17b wird in der geschlossenen Position durch eine Auswölbung eines ersten Bereiches von Punkt 18a bis Punkt 18b des Teiles 14 des Einzelsegmentes 12 fixiert.
Hierzu bildet die Einwölbung des ersten Bereiches von Punkt 8a bis Punkt 8b des Teiles 15 mit der Auswölbung des ersten Bereiches von Punkt 8a bis Punkt 8b des Teiles 14 des benachbarten Einzelsegmentes 12 derart eine geringe Überdeckung aus, dass mit einem externen Kraftaufwand das bewegliche Teil 17b bei einer Bewegung zur Fixierung des Permanentmagneten 10 die Überdeckung überwinden kann aber nach der Fixierung des Permanentmagneten 10 eine Anpresskraft des beweglichen Teiles 17b auf den Permanentmagneten 10 eine geringe interne Kraft darstellt, die nicht groß genug ist, die Überdeckung zu überwinden.
Die geringe Überdeckung des ersten Bereiches des Teiles 14 mit dem ersten Bereich des Teiles 15 hält das bewegliche Teil 17a, 17b an Position und fixiert es, wie bei dem beweglichen Teil 17b dargestellt und fixiert gleichzeitig den Permanentmagneten 10 in der Öffnung 13b. Die Anpresskraft auf dem Permanentmagneten 10 ist immer kleiner als eine kritische Kraft, ab der strukturelle Schäden am Permanentmagneten 10 entstehen können. Weitere Befestigungsmittel und Befestigungsschritte des Permanentmagneten 10 entfallen. Vorteilhaft ist in Figur 4 auch dargstellt, dass der bewegliche Teil 17a, 17b des
Einzelelementes 12 sich in radialer Richtung innerhalb der axialen Öffnung 13, 13a, 13b befindet, da die Fixierung des beweglichen Teiles 17a, 17b und die Fixierung des
Permanentmagneten 10 in der Öffnung 13, 13a, 13b durch die nach außen wirkenden Zentrifugalkräfte des sich drehenden Rotors 11 und durch das Aufpressen des Rotors 11 auf einen Rotorträger verstärkt wird.
Die Auswölbungen und Einwölbungen des Teiles 14 und des Teiles 15 sind wieder kantenfrei gestaltet, da diese Formen die Arbeit beim Stanzen der Bleche vereinfacht.
Figur 5 stellt ein alternatives erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Rotors 21 mit Einzelsegmenten 22 dar, bei dem einige Merkmale mit dem Rotor 11 aus Figur 4 übereinstimmen, so dass hier im Wesentlichen die Unterschiede beschrieben sind und gleiche oder gleichwirkende Bauteile aus Figur 4 zu übernehmen sind.
Der Rotors 21 in Figur 5 ist in der Darstellung erst teilweise zusammengefügt, so dass noch nicht alle Einzelsegmente 22 eingefügt sind und nicht jedes Einzelsegment 22 auf beiden Seiten über ein benachbartes Einzelsegment 22 verfügt. Die Einzelsegmente 22 sind alle gleich ausgeführt und um in diesem Montagezustand eine bessere
Unterscheidung innerhalb des Rotors 21 zu ermöglichen, weisen die Einzelsegmente 22 ein Bezeichnungszusatz a, b auf, um ein Einzelsegment 22a mit nur einem benachbarten Einzelsegment 22 von einem Einzelsegment 22b mit zwei benachbarten Einzelsegmenten 22 zu unterscheiden.
Das Einzelsegment 22 verfügt über ein erstes Teil 24 und über ein zweites Teil 25, wobei das erste Teil 24 eines Einzelsegmentes 22 mit dem zweiten Teil 25 eines benachbarten Einzelsegmentes 22 im zusammengefügten Zustand eine formschlüssige Verbindung in Umfangsrichtung und in radialer Richtung ergibt. Das Einzelsegment 22 verfügt über eine Öffnung 23a, 23b in axialer Richtung zur Aufnahme eines Permanentmagneten 20.
Zwischen der Öffnung 23a, 23b und dem ersten Teil 24, 24a ist ein verformbarer Bereich 26a, 26b angeordnet.
Das Einzelsegment 22a ist in diesem Montagezustand über das zweiten Teil 25 des Einzelsegmentes 22a mit dem ersten Teil 24 des benachbartes Einzelsegment 22b formschlüssig verbunden. Das erste Teil 24a des Einzelsegmentes 22a weist noch keine Verbindung zu einem benachbarten Einzelsegment 22 auf. Das erste Teil 24a, die Öffnung 23a und der verformbare Bereich 26a, der zwischen der Öffnung 23a und dem ersten Teil 24a des Einzelsegmentes 22a angeordnet ist, sind in ihrer ursprünglichen Form dargestellt, ohne dass durch eine externe Krafteinwirkung der verformbare Bereich 26a verformt ist. Die Öffnung 23a ist in ihrer Grundform derart ausgeführt, dass der Permanentmagnet 20 einfach und ohne große Anstrengung in die Öffnung 23a einfügbar ist. Hierzu kann insbesondere eine Erstreckung der Öffnung 23a in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung größer sein, als die jeweilige Erstreckung des
Permanentmagneten 20. Der Permanentmagnet 20 ist in diesem Montagezustand in die Öffnung 23a eingefügt, bevor bei einem weiteren Montageschritt ein weiteres
Einzelsegment 22 mit dem ersten Teil 24a des Einzelsegmentes 22a verbunden wird.
Das Einzelsegment 22b verfügt über zwei benachbarte Einzelsegmente 22, so dass sowohl über das erste Teil 24 des Einzelsegment 22b als auch über das zweite Teil 25b Einzelsegment 22b eine formschlüssige Verbindung zu einem benachbarten
Einzelsegment 22 hergestellt ist. Durch das Zusammenfügen des zweiten Teiles 25 des Einzelsegmente 22a mit dem ersten Teil 24 des Einzelsegment 22b wird eine externe Kraft ausgeübt, die beim Zusammenfügen des Einzelsegmentes 22a mit dem
Einzelsegment 22b das verformbare Teil 26b des Einzelsegmentes 22b derart verformt, dass die Öffnung 23b mit bereits eingelegtem Permanentmagneten 20 in
Umfangsrichtung und/oder radialer Richtung verkleinert ist. Eine Verkleinerung der Öffnung 23b beim Zusammenfügen der Einzelsegmente 22 durch den verformbaren Bereich 26b erzeugt eine Anpresskraft der Öffnung 23b auf den Permanentmagneten 20, so dass der Permanentmagnet 20 durch die Anpresskraft in der Öffnung 23b fixiert ist. . Die Anpresskraft auf dem Permanentmagneten 20 ist immer kleiner als eine kritische Kraft, ab der strukturelle Schäden am Permanentmagneten 20 entstehen können.
Weitere Befestigungsmittel und Befestigungsschritte des Permanentmagneten 20 entfallen.
Insbesondere kann bei weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der verformbare Bereich auch zwischen einem zweiten Teil des Einzelsegmentes und der Öffnung in axialer Richtung zur Aufnahme eines Permanentmagneten angeordnet sein, oder jeweils ein verformbarer Bereich zwischen dem ersten Teil und der Öffnung und zwischen dem zweiten Teil und der Öffnung angeordnet sein. Eine jeweilige Verformung eines verformbaren Bereiches kann bei zwei verformbaren Bereichen auf beiden Seiten der Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten gering ausfallen und dennoch den Permanentmagneten durch eine insgesamte Verkleinerung der Öffnung in der Öffnung fixieren. Eine zur Verformung des verformbaren Bereiches notwendige externe
Kraftaufwendung ist bei einer kleinen Verformung gering, so dass ein Zusammenfügen der Einzelsegmente einfach und material schonend möglich ist. Figur 6 stellt ein alternatives erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Rotors 31 mit Einzelsegmenten 32 dar, bei dem einige Merkmale mit dem Rotor 21 aus Figur 5 übereinstimmen, so dass hier im Wesentlichen die Unterschiede beschrieben sind und gleiche oder gleichwirkende Bauteile aus Figur 5 zu übernehmen sind.
Der Rotors 31 in Figur 6 ist in der Darstellung erst teilweise zusammengefügt, so dass noch nicht alle Einzelsegmente 32 eingefügt sind und nicht jedes Einzelsegment 32 auf beiden Seiten über ein benachbartes Einzelsegment 32 verfügt. Die Einzelsegmente 32 sind alle gleich ausgeführt und um in diesem Montagezustand eine bessere
Unterscheidung innerhalb des Rotors 31 zu ermöglichen, weisen die Einzelsegmente 32 ein Bezeichnungszusatz a, b auf um ein Einzelsegment 32a mit nur einem benachbarten Einzelsegment 32 von einem Einzelsegment 32b mit zwei benachbarten Einzelsegmenten 32 zu unterscheiden.
Das Einzelsegment 32 verfügt über ein erstes Teil 34 und über ein zweites Teil 35, wobei das erste Teil 34 eines Einzelsegmentes 32 mit dem zweiten Teil 35 eines benachbarten Einzelsegmentes 32 im zusammengefügten Zustand eine formschlüssige Verbindung in Umfangsrichtung und in radialer Richtung ergibt. Das Einzelsegment 32 verfügt über eine Öffnung 33a, 33b in axiale Richtung zur Aufnahme eines Permanentmagneten 30.
Zwischen der Öffnung 33a, 33b und dem ersten Teil 34, 34a ist ein verformbarer Bereich 36a, 36b angeordnet, wobei ein Teilbereich 36c des verformbare Bereiches 36a, 36b in radialer Richtung innerhalb der Öffnung 33a, 33b angeordnet ist. Der Teilbereich 36c des verformbaren Bereiches 36a, 36b überdeckt sich in Umfangsrichtung mit der Öffnung 33a, 33b, so dass bei einer Verformung des verformbaren Bereiches 36a, 36b, der Teilbereich 36c die Öffnung 33a, 33b in radiale Richtung verkleinert. Der
Permanentmagnet 30 ist vor einer Verformung in die Öffnung 33a, 33b eingefügt. Durch die Verkleinerung der Öffnung 33a, 33b in radialer Richtung durch die Verformung des Teilbereiches 36c wird der Permanentmagnet 30 durch Anpresskräfte der Öffnung 33a, 33b in der Öffnung 33a, 33b fixiert.
Bei dem in Figur 6 dargestelltem Zustand der Montage des Rotors 31 ist der verformbare Bereich 36a und die Öffnung 33a noch unverformt und zeigt eine Ausformung des Einzelsegmentes 32a vor dem Zusammenfügen zum Rotor 31.
Der verformbare Bereich 36b wurde beim Montageschritt des Zusammenfügens des Einzelsegmentes 32a mit dem Einzelsegment 32b derart verformt, dass die Öffnung 33b in Umfangsrichtung verkleinert ist und den Permanentmagneten in der Öffnung 33b fixiert. Die Öffnung 33b weist im Überdeckungsbereich mit dem Teilbereich 36c des verformbaren Bereiches 36b noch eine Erstreckung in radialer Richtung auf, die größer als der Permanentmagnet 30 ist. Beim Aufpressen des Rotors 31 auf einen Rotorträger wirkt durch die Aufpresskraft eine externe Verformungskraft, die den Teilbereich 36c des verformbaren Bereiches 36a, 36b in radiale Richtung derart verformt, dass die
Erstreckung der Öffnung 33a, 33b in radiale Richtung verkleinert ist. Die Verkleinerung der Öffnung 33a, 33b in radiale Richtung erzeugt eine Anpresskraft der Öffnung 33a, 33b auf den Permanentmagneten 30, die den Permanentmagneten in der Öffnung 33a, 33b fixiert.
Insbesondere kann eine Verformung des Teilbereiches 36c auch zusammen mit einer Verformung des verformbaren Bereiches 36a, 36b beim Zusammenfügen der
Einzelsegmente 32 zum Rotor 31 erfolgen, bei dem zwischen dem ersten Teil 34 eines Einzelsegmentes 32 und dem zweiten Teil 35 eines benachbarten Einzelsegmentes 32 an einer Position in radialer Richtung innerhalb der Öffnung 33a, 33b durch das
Zusammenfügen eine Verformungskraft auf den Teilbereich 36c wirkt.
Die Anpresskraft auf dem Permanentmagneten 30 ist immer kleiner als eine kritische Kraft, ab der strukturelle Schäden am Permanentmagneten 30 entstehen können.
Weitere Befestigungsmittel und Befestigungsschritte des Permanentmagneten 30 entfallen.

Claims

Patentansprüche
1. Rotor einer elektrischen Maschine,
der aus Einzelsegmenten (2, 12, 22, 32) gebildet ist,
wobei jedes Einzelsegment (2, 12, 22, 32) einen ersten Teil (4, 14, 24, 34) aufweist, der in zusammengebautem Zustand mit einem zweiten korrespondierenden Teil (5, 15, 25, 35) des benachbarten Einzelsegmentes in Kontakt steht,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Teil (4, 14, 24, 34) des Einzelsegmentes und der zweite
korrespondierende Teil (5, 15, 25, 35) des benachbarten Einzelsegmentes derart ausgebildet sind, dass sich ein Formschluss zwischen dem ersten Teil (4, 14, 24, 34) und dem zweiten korrespondierenden Teil (5, 15, 25, 35) in radialer Richtung und in Umfangsrichtung ergibt.
2. Rotor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (4, 14, 24, 34) des Einzelsegmentes und der zweite korrespondierende Teil (5, 15, 25, 35) des benachbarten
Einzelsegmentes derart ausgebildet sind, dass sich die beiden benachbarten Einzelsegmente nach dem Zusammenbau im Wesentlichen entlang des ersten Teiles (4, 14, 24, 34) berühren.
3. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teilbereich des ersten Teiles (4, 14, 24, 34) des Einzelsegmentes und ein entsprechender Teilbereich des zweiten
korrespondierenden Teiles (5, 15, 25, 35) des benachbarten Einzelsegmentes den Formschluss zwischen dem ersten Teil (4, 14, 24, 34) und dem zweiten korrespondierenden Teil (5, 15, 25, 35) in radialer Richtung und in Umfangsrichtung bewirken.
4. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (4, 14, 24, 34) des Einzelsegmentes und der zweite korrespondierende Teil (5, 15, 25, 35) des benachbarten
Einzelsegmentes in Form einer Schwalbenschwanzverbindung ausgeführt sind.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (4, 14, 24, 34) des Einzelsegmentes und der zweite korrespondierende Teil (5, 15, 25, 35) des benachbarten
Einzelsegmentes in Form einer Tannenbaumverbindung ausgeführt sind.
6. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass alle Einzelsegmente (2, 12, 22, 32) eine gleiche Form aufweisen.
7. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelsegment (2, 12, 22, 32) aus einem Blechpaket gebildet ist.
8. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelsegment (2, 12, 22, 32) eine Öffnung (3, 13, 23, 33) in axialer Richtung zur Aufnahme eines Permanentmagneten enthält.
9. Rotor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelsegment (12, 22, 32) über einen verformbaren Bereich (16, 26a, 26b, 36a, 36b) verfügt, der zwischen dem ersten Teil (14, 24, 34) des Einzelsegmentes und der Öffnung (13, 23, 33) und/oder zwischen dem zweiten korrespondierenden Teil (15, 25, 35) des Einzelsegmentes und der Öffnung (13, 23, 33) angeordnet ist,
so dass der verformbare Bereich (16, 26a, 26b, 36a, 36b) nach einem
Zusammenfügen der Einzelsegmente (12, 22, 32) derart verformt ist,
dass die Öffnung (13, 23, 33) zur Aufnahme eines Permanentmagneten in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung verkleinert ist.
10. Rotor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der verformbare Bereich (16, 26a, 26b, 36a, 36b, 36c) in radialer Richtung innerhalb der Öffnung (13, 23, 33) angeordnet und so ausgeformt ist,
dass nach einem Aufpressen der zusammengefügten Einzelsegmente (12, 22, 32) auf einen Rotorträger, der verformbaren Bereich (16, 26a, 26b, 36a, 36b, 36c) derart verformt ist,
dass die Öffnung (13, 23, 33) zur Aufnahme eines Permanentmagneten in radialer Richtung verkleinert ist.
11. Rotor nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (13) teilweise durch einen dritten beweglichen Teil (17a, 17b) des Einzelsegmentes (12) begrenzt ist,
der derart ausgebildet ist, dass die Öffnung ( 3) in radialer Richtung vergrößert werden kann und dass der dritte bewegliche Teil (17a, 17b) im Betrieb des Rotors durch eine Auswölbung des Einzelsegmentes oder des benachbarten
Einzelsegmentes fixiert wird.
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