EP3408922A1 - Befestigung eines permanentmagnets innerhalb eines rotorblechpakets - Google Patents

Befestigung eines permanentmagnets innerhalb eines rotorblechpakets

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EP3408922A1
EP3408922A1 EP17702583.0A EP17702583A EP3408922A1 EP 3408922 A1 EP3408922 A1 EP 3408922A1 EP 17702583 A EP17702583 A EP 17702583A EP 3408922 A1 EP3408922 A1 EP 3408922A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
composite component
connecting element
laminated core
rotor
permanent magnet
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Withdrawn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
EP17702583.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Fröhlich
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.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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 Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of EP3408922A1 publication Critical patent/EP3408922A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/006—Structural association of a motor or generator with the drive train of a motor vehicle

Definitions

  • An internal permanent magnet electric machine generally includes a rotor having a plurality of alternating polarity permanent magnets around an outer periphery of a rotor lamination stack of the rotor.
  • the rotor is rotatable within a stator, which generally includes a plurality of windings and magnetic poles of alternating polarity.
  • the configuration of permanent magnets in electric machines with internal permanent magnets is radially symmetric, i. it shows a symmetry with respect to an origin.
  • such electrical machines can produce unwanted torque ripple, which can lead to unwanted vibration and noise.
  • the permanent magnets in the rotor lamination stack are chamfered to reduce the torque ripple. This can be done, for example, such that the permanent magnets are placed at an axial angle relative to each other or the permanent magnets are rotated stepwise.
  • Such skewing is a proven technique used to reduce harmonics, cogging torque, Torqeripple and noise.
  • a continuous or a stepwise restriction can be provided.
  • first stacked core packages are fitted with permanent magnets in the rotor structure.
  • the respective laminated core stacks are packetized or assembled at an axial angle relative to one another relative to the complete rotor laminated core.
  • the permanent magnets are inserted in grooves provided for you and either clamped by additional elements or glued in the slot openings.
  • gluing is the predominant technology, which, however, does not require elaborate techniques in assembly and recycling, such as separating the permanent magnets from the engine components.
  • the use of adhesive also causes a considerable effort that must be met depending on the adhesive used ent ⁇ speaking safety regulations because of possibly evaporating solvent or the like. Regardless of the type of electrical machine is still particularly in the case of buried permanent magnets due to the large forces and moments occurring, eg. As the Zentrifu ⁇ galkraft and the starting torques, the attachment of Perma ⁇ nentmagnete of enormous importance.
  • Fixation or attachment of the permanent magnets are ensured within the rotor core even at high dynamic load. Furthermore, it should be possible to simplify the recycling of rare earths from electrical machines.
  • the composite component according to the invention for fastening a permanent magnet within a rotor laminated core of an electric machine comprises a permanent magnet, which is fastened within a connecting element of thermoplastic material, wherein the connecting element has an outer fixing structure for fastening the connecting element within a receptacle of the rotor lamination.
  • the permanent magnet can be particularly securely clamped within the Ver ⁇ binding element. Within the Verbin ⁇ -making elements of the permanent magnet is also particularly reliably protected against damage. By enclosing the permanent magnet within the connecting element, the risk can be further reduced that possibly splintered magnetic parts get into the electrical machine. Furthermore, tolerances of the magnet geometry can be compensated by the connecting element. In addition, a recycling of the permanent magnets can be improved by, for example, allows the permanent magnets taken out from the connecting elements and the plastic of the connecting elements will be ⁇ melted.
  • thermoplastics offer the advantage that the weight of the parts can be reduced while at the same time ensuring low distortion and high dimensional stability.
  • the composite component with a connecting element made of a thermoplastic material at high continuous service temperature and simultaneous high mechanical stress on a high temperature resistance. Furthermore, it is particularly resistant to many chemicals, mineral oils and fuels.
  • additives can be used to influence the thermal and electrical conductivity.
  • the composite component can be introduced with its fixing structure, which is preferably designed elastically, in the receptacle of the rotor core. The recordings will be ⁇ vorzugt of individual sheets forming the rotor laminated core, punched out. The punching creates a
  • Cut surface which is rugged and may have gaps and / or burrs.
  • the fixation structure may get caught in the gaps and / or burrs.
  • a positive connection between the fixing structure and the receptacle of the rotor laminated core can be generated.
  • With appropriate dimensioning of the outer dimensions of the composite component and the recordings of the rotor laminated core it is also possible to produce a frictional connection between the composite component and the receptacles of the rotor lamination stack, with the composite component being pressed into the receptacle with pressure.
  • the composite component according to the invention can thus form a magnetic clip, which allows design advantages and savings in assembly.
  • the permanent magnet is encapsulated by injection molding of thermoplastic material of the connection ⁇ elements.
  • This embodiment allows a complete enclosure of the permanent magnet within the connecting element.
  • the overmolding furthermore offers a high design freedom as well as a higher load capacity of the
  • thermoplastics for encapsulating the permanent magnet also offers the advantage that the weight of the parts can be reduced while simultaneously providing low distortion and high dimensional stability.
  • the permanent magnet is inserted into the connecting element.
  • the connecting element can be, in particular ⁇ sondere be a hose-like hollow profile from thermoplastic material, preferably with a profiling on its outside.
  • a semifinished product for example a rod material or an infinity profile can be used, which is brought to a desired level by separation methods. Subsequently, the permanent magnet can be inserted into the semi-finished product placed on the desired length.
  • the fixing structure may include lamellas, bulbous transverse profiling, triangular cross-profiling, opposite to a mounting direction of the composite component within the rotor core packet sharply diverging transverse profiles, contrary to a mounting direction of the composite component within the rotor core packet conically diverging longitudinal profiles and / or convex side walls.
  • Such elements allow a particularly secure form and / or adhesion between composite component and the rotor core.
  • the connecting element is substantially cuboid, wherein the fixing structure is arranged on mutually opposite outer sides of the connecting element.
  • This embodiment is particularly suitable for cuboid permanent magnets and is particularly material-saving in terms of the plastic of the connecting element in this context.
  • the fixing structure may be circumferentially arranged on mutually opposite outer sides of the connecting element and on a further outer side, which is arranged between the opposite outer sides.
  • An inventive rotor core for an electric machine comprises a composite part described above. Since a multiplicity of permanent magnets are typically accommodated within the rotor laminated core, the rotor laminated core can preferably have a plurality of receptacles for accommodating in each case one composite component according to the invention described above.
  • An electric machine according to the invention comprises a pre- ⁇ described inventive rotor core, which is a part of a rotor of the electric machine.
  • the inventive method for producing a Rotorb ⁇ leak package for an electrical machine comprising a plurality of permanent magnets providing ⁇ and a stacked Ro ⁇ torblechpers with receptacles for the permanent magnets.
  • a Rotorb ⁇ leak package for an electrical machine comprising a plurality of permanent magnets providing ⁇ and a stacked Ro ⁇ torblechpers with receptacles for the permanent magnets.
  • an attaching of the permanent magnets within Verbin ⁇ -making elements of thermoplastic material wherein the connecting elements each having a fixing structure for fixing the fasteners within the receivers of the Rotorb ⁇ leak package and wherein the permanent magnets are either overmolded with a thermoplastic material of the connecting element or plugged into the connecting elements ,
  • a previously described OF INVENTION ⁇ dung according composite component is made with profiled surfaces and non-positively and positively in a korres ⁇ pondierende images of a rotor core packet or
  • Single permanent magnets can be manufactured by overmolding with different properties and functions in a single operation.
  • a composite component produced according to the method according to the invention is particularly well suited for tolerance compensation when the permanent magnet or the composite component is inserted into the receptacles of the rotor lamination stack. Further, chipping can be avoided or intrusion of chips into the electric machine can be avoided by a Elnhausen of the permanent magnet within the connection ⁇ elements.
  • the method is also particularly well suited for automated assembly of permanent magnets in the corresponding recordings of the rotor laminated core but also for easy plug-in assembly. In addition, a particularly simple recycling is made possible by simply removing the composite component from the receptacles of the rotor laminated core and melting the plastic of the connecting element.
  • the encapsulation of individual permanent magnets offers a particularly high process reliability compared to other joining methods such as adhesive bonding or clamping methods and can be done in semi or fully automated manufacturing cells.
  • the production of the composite component by overmolding of metal parts with thermoplastic materials in fully automated manufacturing cells saves assembly costs and opens up design advantages.
  • magnetic material ⁇ plastic compounds are very resilient, offer a high design freedom and can combine several functions in one component.
  • a production of assemblies is possible, which can otherwise be built only over several individual joining operations, which cost savings are possible.
  • a high degree of design freedom with additional functionality in the plastic encapsulation is made possible.
  • with magnetic material-plastic composite parts during stress tests better results can be achieved than with other methods joined assemblies.
  • secure embedding of magnetic Material components possible.
  • greater process reliability over other joining methods such as gluing or clamping is possible.
  • FIG. 1 is a partial perspective view of rotor laminated core with incorporated therein composite component
  • Fig. 2 is a perspective view of the composite component according to
  • FIG. 3 is a side sectional view of the composite component according to Fig.l without showing the rotor laminated core
  • FIG. 1 is a side sectional view of the composite component of FIG. 1 within the rotor laminated core
  • FIG. 5 is a partial side sectional view of the Rotorb ⁇ lech package of FIG. 1 with burrs shown for positive connection with the composite component
  • Fig. 13 is a longitudinal sectional view of a hose-like
  • FIG. 14 is an enlarged detail view of an outer Fi ⁇ xierUSD the hollow profile of FIG. 13th 1 to 4 show a composite component 1 for fastening a permanent magnet 2 within a rotor laminated core 3 of an electric machine, not shown.
  • the permanent magnet 2 is fastened within a connecting element 4 made of plastic of the composite component 1, wherein the connecting element 4 an outer Fixier Modell 5 in the form of elastic lamellae 6 for fastening the connecting element 4 and thus also the entire composite component 1 within a receptacle 7 of the rotor lamination ⁇ package 3 having.
  • the rotor laminated core 3 comprises still further of the receptacles 7 described above, within which - as likewise described above - further composite components 1 are attached.
  • the connecting element 4 is substantially cuboid. In the example shown, it has a central cuboid center element 8, which surrounds the likewise cuboid permanent magnet 2. In the example shown, the permanent magnet 2 is encapsulated by thermoplastic material of the connecting element 4.
  • the fixing structure 5 is arranged on mutually opposite outer sides 9 and 10 (FIG. 3) of the middle element 8 and equidistantly next to each other.
  • the fins 6 are integrally connected to the central element 8 of the connecting element 4 and have a semicircular shape.
  • Fig. 5 shows a part of a sheet 11 of the rotor laminated core 3.
  • an opening 12 was punched, which connects opposite end faces Sl and S2 of the sheet metal 11 together.
  • Several sheets 11 with such openings are stacked in a stacking direction L, so that the rotor core 3 is formed.
  • the openings 12 of the respective plates 11 are arranged to one another such that in ⁇ nerrenz the rotor core packet 3, the receptacle 7 for encrypting connecting element 4 and thus also for the permanent magnet 3 is formed.
  • a cut surface 13 is formed with a smooth cut portion 14 and a retraction height 15, wherein the respective opening 12 is partially rugged and in the example shown has a ridge 16 with a tearing depth 17.
  • the fixing structure 5 can get caught in the ridge 16 or in the gap before and after the smooth cut portion 14. In this way, a positive connection between the receptacle 7 of the rotor laminated core 3 and the fixing structure 5 of the composite component 1 can be generated.
  • the outer dimensions of the composite ⁇ component 1 and the apertures 12 and the receptacle 7 of the rotor core 3 are further dimensioned such that a frictional connection between the composite component 1 and the receptacle 7 of the rotor core 3 is generated, wherein the composite component 1 with pressure in the Recording 7 is pressed.
  • FIG. 6 shows a further composite component 1, which differs from the composite component 1 shown by FIGS. 1 to 4 in that the fixing structure 4 has no lamellae 5, but a plurality of bulbous transverse profiling 18 arranged next to each other and equidistant from each other, thus providing a particularly secure positive locking Connection between the rotor core 3 and the composite component 1 is made possible.
  • FIG. 7 shows a further composite component 1, which differs from the composite component 1 shown by FIGS. 1 to 4 in that the fixing structure 4 has no lamellae 5, but a plurality of triangular transverse profiling 19 arranged next to each other and equidistant from one another, as a result of which a particular ⁇ secure positive connection between the Ro ⁇ torblechumb 3 and the composite component 1 is made possible.
  • 8 shows a further composite component 1, which differs from the composite component 1 shown by FIGS.
  • the fixing structure 4 does not have lamellae 5 but, instead of a mounting direction M of the composite component 1 within the rotor lamination stack 3, cross-sectional profiles running apart 20, which can catch particularly well between the ridges 16 of the sheets 11 of the rotor lamination stack 3 (FIG.
  • the transverse profilings can furthermore form barbs which can particularly reliably prevent the composite component 1 from moving out of the receptacle 4 of the rotor laminated core 3 out of the direction of assembly M.
  • FIG. 9 shows a further composite component 1, which differs from the composite component 1 shown by FIGS. 1 to 4 in that the fixing structure 4 has no lamellae 5 but, instead of a mounting direction M of the composite component 1 within the rotor lamination stack 3, diverging conically Longitudinal profiling 21, which can be particularly well wedged within the receptacle 7 of the rotor core 3, whereby a particularly secure frictional connection between the
  • Composite component 1 and the rotor core 3 can be made possible.
  • FIGS. 1 to 4 shows a further composite component 1 which differs from the composite component 1 shown by FIGS. 1 to 4 in that the fixing structure 4 has no lamellae 5, but convex side walls 22, which are particularly well within the receptacle 7 of the rotor lamination stack 3 can wedge, creating a particularly secure non-positive connection between the composite component 1 and the rotor core 3 he ⁇ can be made possible.
  • FIGS. 11 and 12 show a further composite component 1, which differs from the composite component 1 shown by FIGS. 1 to 4 differs that the fixing structure 5 is arranged with their lamellae 6 circumferentially on mutually opposite outer sides 9, 10 of the connecting element 4 and on a further outer side 23, which is arranged between the opposite outer sides 9, 10. Furthermore, the Perma ⁇ nentmagnet 2 is not overmolded with the thermoplastic material Ver ⁇ binding member 4 but inserted in an insertion direction E into a receptacle 24 of the connecting element. 4 13 and 14 illustrate a possible production of a connecting element 4 for a composite component 1 according to the invention.
  • the connecting element 4 made of a tubular hollow profile 25 is made of thermoplastic material which is provided with a lamellar profiling 5 on its outside.
  • For the hollow section 25 may in particular a
  • FIG. 14 also shows a mounting direction M of the connecting element 4 of the composite component 1 within a rotor laminated core.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil (1) zur Befestigung eines Permanentmagnets (2) innerhalb eines Rotorblechpakets (3) einer elektrischen Maschine. Das Verbundbauteil (1) umfasst einen Permanentmagnet (2), welcher innerhalb eines Verbindungselements (4) aus thermoplastischem Kunststoff befestigt ist, wobei das Verbindungselement (4) eine äußere Fixierstruktur (5) zur Befestigung des Verbindungselements (4) innerhalb einer Aufnahme (7) des Rotorblechpakets (3) aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets (3) für eine elektrische Maschine.

Description

Beschreibung
Befestigung eines Permanentmagnets innerhalb eines Rotor¬ blechpakets
Die Erfindung betrifft Technologien zur Befestigung eines Permanentmagnets bzw. mehrerer Permanentmagnete innerhalb eines Rotorblechpakets einer elektrischen Maschine. Eine elektrische Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten enthält im Allgemeinen einen Rotor, welcher eine Vielzahl von Permanentmagneten mit abwechselnder Polarität um einen Außenumfang eines Rotorblechpakets des Rotors herum aufweist. Der Rotor ist innerhalb eines Stators drehbar, welcher im Allgemeinen eine Vielzahl von Wicklungen und Magnetpolen mit abwechselnder Polarität enthält.
Herkömmlicherweise ist die Konfiguration von Permanentmagneten in elektrischen Maschinen mit innen liegenden Permanentmagneten radial symmetrisch, d.h. sie zeigt eine Symmetrie bezüglich eines Ursprungs. Derartige elektrische Maschinen können jedoch eine nicht gewünschte Drehmomentwelligkeit erzeugen, welche zu ungewollten Vibrationen und Geräuschen führen kann. Herkömmlicherweise werden die Permanentmagnete im Rotorblechpaket daher abgeschrägt, um die Drehmomentwelligkeit zu verringern. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Permanentmagnete mit einem axialen Winkel relativ zueinander platziert werden oder die Permanentmagnete schrittweise gedreht werden. Eine derartige Schrägung beziehungsweise Schränkung ist eine bewährte Technik, welche eingesetzt wird zur Reduzierung von Oberwellen, des Rastmomentes, von Torqeripple und von Geräuschen.
Dabei kann beispielsweise eine kontinuierliche oder eine schrittweise Schränkung vorgesehen werden. Um eine schrittweise Schränkung zu erreichen, werden beim Rotoraufbau zunächst Blechpaketstapel mit Permanentmagneten bestückt. Anschließend werden die jeweiligen Blechpaketstapel mit einem axialen Winkel relativ zueinander zu dem vollständigen Rotorblechpaket pa- ketiert bzw. zusammengebaut.
In der Stückzahlintensiven Produktion von elektrischen Maschinen, insbesondere von Elektromotoren für Hybridfahrzeuge, wird als vergleichsweise großes Kosteneinsparungspotenzial die Montage, insbesondere die Fixierung der Permanentmagnete im Rotor identifiziert. Es ist bekannt, Permanentmagnete in ein Rotorblechpaket eines Rotors einer permanenterregten
elektrischen Maschine einzubringen. Die Permanentmagnete werden dabei in für Sie vorgesehene Nuten eingeschoben und entweder durch zusätzliche Elemente verspannt oder in den Nutöffnungen verklebt. Nach dem Stand der Technik ist das Kleben die vorherrschende Technologie, welche jedoch bei der Montage und beim Recycling wie zum Beispiel beim Trennen der Permanentmagnete von den Motorbauteilen nicht ohne aufwändige Techniken auskommt. Die Verwendung von Klebstoff verursacht ferner dadurch einen erheblichen Aufwand, dass je nach eingesetztem Klebstoff ent¬ sprechenden Sicherheitsbestimmungen wegen eventuell ausdampfender Lösungsmittel oder dergleichen entsprochen werden muss. Unabhängig von dem Bautyp der elektrischen Maschine ist weiterhin insbesondere im Falle vergrabener Permanentmagnete aufgrund der großen auftretenden Kräfte und Momente, z. B. der Zentrifu¬ galkraft und der Anfahrmomente, die Befestigung der Perma¬ nentmagnete von enormer Bedeutung. Verbreitet ist ein Befestigen der Permanentmagnete in den entsprechenden Nuten bzw. Aufnahmen (Taschen) durch Klebstoffe, wie Epoxidharze oder Silikonma¬ terialien (Silikonelastomere und Silikonharze) . Bei derartigen Klebstoffen besteht jedoch die Gefahr, dass der Klebstoff die entsprechende Fügefläche der Magnetaufnahme des Rotors be- ziehungsweise Stators nicht vollständig und gleichmäßig benetzt und somit keine gute Haftung zwischen Permanentmagnet und Blechpaket erhalten wird. Eine ungleichmäßige Haftung kann zu einer ungleichmäßigen mechanischen Belastung des Blechpakets führen. Dies kann eine Deformationen des Blechpakets und eine Ablösung der Permanentmagnete nach sich ziehen.
Davon ausgehend wurden neue Verfahren entwickelt, wie z.B. das Klemmen und das Verstemmen der Permanentmagnete in der Nut sowie die Zuhilfenahme von Klemmelementen, z.B. aus Kunststoff. Diese Verfahren vereinfachen zwar das Recyceln, sind aber oft wegen fehlender Flexibilität schwierig in der Montage umzusetzen, weil relativ große Toleranzen überbrückt werden müssen. Andere bekannte Verfahren bieten, insbesondere aufgrund schwacher Presspassung, oft nicht genug Sicherheit bei hohen Drehzahlen und Vibrationsbelastung, wie sie beispielsweise für Riemen- und Kurbelwellenstartergeneratoren vorgegeben sind.
Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine
Technologie zur Befestigung eines Permanentmagnets bzw. mehrerer Permanentmagnete innerhalb eines Rotorblechpakets einer elektrischen Maschine bereitzustellen, welche die vorstehend genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll ein einfacher Aufbau eines Rotors ermöglicht werden, welcher kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin soll eine genaue und dauerhafte
Fixierung bzw. Befestigung der Permanentmagnete innerhalb des Rotorblechpakets auch bei hoher dynamischer Belastung gewährleistet werden. Ferner soll ermöglicht werden, ein Recycling seltener Erden aus elektrischen Maschinen zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren . Das erfindungsgemäße Verbundbauteil zur Befestigung eines Permanentmagnets innerhalb eines Rotorblechpakets einer elektrischen Maschine umfasst einen Permanentmagnet, welcher innerhalb eines Verbindungselements aus thermoplastischem Kunststoff befestigt ist, wobei das Verbindungselement eine äußere Fixierstruktur zur Befestigung des Verbindungselements innerhalb einer Aufnahme des Rotorblechpakets aufweist.
Der Permanentmagnet kann besonders sicher innerhalb des Ver¬ bindungselements eingeklemmt sein. Innerhalb des Verbin¬ dungselements ist der Permanentmagnet weiterhin besonders sicher vor Beschädigungen geschützt. Durch eine Einhausung des Permanentmagneten innerhalb des Verbindungselements kann weiterhin die Gefahr verringert werden, dass eventuell abgesplitterte Magnetteile in die elektrische Maschine geraten. Ferner können Toleranzen der Magnetgeometrie durch das Verbindungselement ausgeglichen werden. Außerdem kann ein Recycling der Permanentmagnete verbessert werden, indem beispielsweise ermöglicht wird, dass die Permanentmagnete aus den Verbindungselementen entnommen und der Kunststoff der Verbindungselemente aufge¬ schmolzen wird.
Die Verwendung von thermoplastischen Kunststoffen bietet den Vorteil, dass das Teilegewicht verringert werden kann bei gleichzeitiger Verzugsarmut und hoher Dimensionsstabilität. Weiterhin weist das Verbundbauteil mit einem Verbindungselement aus einem thermoplastischen Kunststoff bei hoher Dauergebrauchstemperatur und gleichzeitiger hoher mechanischer Beanspruchung eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Weiterhin ist es besonders beständig gegenüber vielen Chemikalien, Mineralölen und Kraftstoffen. Außerdem kann mit Additiven die thermische und elektrische Leitfähigkeit beeinflusst werden. Das Verbundbauteil kann mit seiner Fixierstruktur, welche bevorzugt elastisch ausgestaltet ist, in die Aufnahme des Rotorblechpakets eingeführt werden. Die Aufnahmen werden be¬ vorzugt aus einzelnen Blechen, welche das Rotorblechpaket bilden, ausgestanzt. Durch das Stanzen entsteht eine
Schnittfläche, welche zerklüftet ist und Spalte und/oder Grate aufweisen kann. Die Fixierstruktur kann sich in den Spalten und/oder Graten verhaken. Auf diese Weise kann eine formschlüssige Verbindung zwischen der Fixierstruktur und der Aufnahme des Rotorblechpakets erzeugt werden. Bei entsprechender Dimensionierung der Außenmaße des Verbundbauteils und der Aufnahmen des Rotorblechpakets kann auch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Verbundbauteil und den Aufnahmen des Rotorblechpakets erzeugt werden, wobei das Verbundbauteil mit Druck in die Aufnahme gepresst wird. Das erfindungsgemäße Verbundbauteil kann somit einen Magnetclip ausbilden, welcher Konstruktionsvorteile sowie und Ersparnisse in der Montage ermöglicht . Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet von thermoplastischem Kunststoff des Verbindungs¬ elements umspritzt ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine vollständige Einhausung des Permanentmagnets innerhalb des Verbindungselements. Das Umspritzen weiterhin bietet eine hohe Designfreiheit sowie eine höhere Belastungsfähigkeit des
Verbundbauteils bei Temperaturwechseln oder Stößen gegenüber Baugruppen aus mehreren Einzelteilen. Die Verwendung von thermoplastischen Kunststoffen zum Umspritzen des Permanentmagneten bietet ferner den Vorteil, dass das Teilegewicht verringert werden kann bei gleichzeitiger Verzugsarmut und hoher Dimensionsstabilität .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet in das Verbindungselement eingesteckt ist. Dies ist insbesondere aus fertigungstechnischer Sicht besonders vorteilhaft. Bei dem Verbindungselement kann es sich insbe¬ sondere um ein schlauchartiges Hohlprofil aus thermoplastischem Kunststoff handeln, bevorzugt mit einer Profilierung an seiner Außenseite. Für das Hohlprofil kann insbesondere ein Halbzeug, z.B. ein Stangenmaterial oder ein Unendlichprofil verwendet werden, welches durch Trennverfahren auf ein gewünschtes Maß gebracht wird. Anschließend kann der Permanentmagnet in das auf Wunschlänge gebrachte Halbzeug eingesteckt werden.
Die Fixierstruktur kann Lamellen, bauchige Querprofilierungen, dreieckige Querprofilierungen, entgegen einer Montagerichtung des Verbundbauteils innerhalb des Rotorblechpakets spitz auseinander laufende Querprofilierungen, entgegen einer Montagerichtung des Verbundbauteils innerhalb des Rotorblechpakets konisch auseinanderlaufende Längsprofilierungen und/oder konvexe Seitenwände umfassen. Derartige Elemente ermöglichen einen besonders sicheren Form- und/oder Kraftschluss zwischen Verbundbauteil und dem Rotorblechpaket.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verbindungselement im Wesentlichen quaderförmig ist, wobei die Fixierstruktur an aneinander gegenüberliegenden Außenseiten des Verbindungselements angeordnet ist. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für quaderförmige Permanentmagnete und ist in diesem Zusammenhang besonders materialsparend hinsichtlich des Kunststoffes des Verbindungselements.
Weiterhin kann die Fixierstruktur umlaufend an aneinander gegenüberliegenden Außenseiten des Verbindungselements und an einer weiteren Außenseite angeordnet sein, welche zwischen den einander gegenüberliegenden Außenseiten angeordnet ist. Diese Ausführungsform leistet einen Beitrag zu einer besonders festen Aufnahme des Verbundbauteils innerhalb der Aufnahme des Ro¬ torblechpakets .
Ein erfindungsgemäßes Rotorblechpaket für eine elektrische Maschine umfasst ein vorstehend beschriebenes Verbundteil. Da innerhalb des Rotorblechpakets typischerweise eine Vielzahl von Permanentmagneten aufgenommen werden, kann das Rotorblechpaket bevorzugt mehrere Aufnahme zur Aufnahme jeweils eines vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verbundbauteils aufweisen.
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst ein vor¬ stehend beschriebenes erfindungsgemäßes Rotorblechpaket, welches ein Bestandteil eines Rotors der elektrischen Maschine ist .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Rotorb¬ lechpakets für eine elektrische Maschine umfasst ein Bereit¬ stellen mehrerer Permanentmagnete und eines gestapelten Ro¬ torblechpakets mit Aufnahmen für die Permanentmagnete. Es folgt ein Befestigen der Permanentmagnete innerhalb von Verbin¬ dungselementen aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Verbindungselemente jeweils eine Fixierstruktur zur Befestigung der Verbindungselemente innerhalb der Aufnahmen des Rotorb¬ lechpakets aufweisen und wobei die Permanentmagnete entweder von thermoplastischem Kunststoff des Verbindungselements umspritzt oder in die Verbindungselemente eingesteckt sind.
Mit anderen Worten wird ein vorstehend beschriebenes erfin¬ dungsgemäßes Verbundbauteil mit profilierten Oberflächen hergestellt und kraftschlüssig und formschlüssig in korres¬ pondierende Aufnahmen eines Rotorblechpakets oder eines
Hohlprofils fest eingebracht. Einzelne Permanentmagnete können durch das Umspritzen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Funktionen in einem Arbeitsgang gefertigt werden. Ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Verbundbauteil ist beim Einsetzen des Permanentmagneten bzw. des Verbundbauteils in die Aufnahmen des Rotorblechpakets besonders gut zum Toleranzausgleich geeignet. Ferner können durch ein Elnhausen des Permanentmagneten innerhalb des Verbindungs¬ elements Absplitterungen vermieden werden bzw. ein Eindringen von Absplitterungen in die elektrische Maschine vermieden werden. Das Verfahren eignet sich ferner besonders gut für eine automatisierte Montage von Permanentmagneten in die korres- pondierenden Aufnahmen des Rotorblechpakets aber auch für eine einfache Steckmontage. Außerdem wird ein besonders einfaches Recycling durch einfaches Entnehmen des Verbundbauteils aus den Aufnahmen des Rotorblechpakets und Abschmelzen des Kunststoffes des Verbindungselements ermöglicht.
Das Umspritzen einzelner Permanentmagnete bietet eine besonders hohe Prozesssicherheit gegenüber anderen Fügeverfahren wie beispielsweise Klebverfahren oder Klemmverfahren und kann in halb- oder vollautomatisierten Fertigungszellen erfolgen. Die Herstellung des Verbundbauteils durch Umspritzen von Metallteilen mit thermoplastischen Kunststoffen in vollautomatischen Fertigungszellen spart Montagekosten und erschließt Konstruktionsvorteile. Darüber hinaus sind Magnetwerk¬ stoff-Kunststoff-Verbindungen sehr belastbar, bieten eine hohe Designfreiheit und können mehrere Funktionen in einem Bauteil vereinen. So wird eine Herstellung von Baugruppen ermöglicht, welche sonst nur über mehrere einzelne Fügevorgänge aufgebaut werden können, wodurch Kosteneinsparungen möglich sind. Weiterhin wird eine hohe Designfreiheit mit zusätzlicher Funk- tionalität in der Kunststoffumspritzung ermöglicht. Ferner können mit Magnetwerkstoff-Kunststoff-Verbundteilen bei Belastungstests (Temperaturwechsel- und Schocktest) bessere Ergebnisse erzielt werden als mit anderen Verfahren gefügte Baugruppen. Außerdem ist ein sicheres Einbetten von Magnet- werkstoff-Bauteilen möglich. Darüber hinaus wird eine größere Prozesssicherheit gegenüber anderen Fügeverfahren wie beispielsweise Kleben oder Klemmen ermöglicht. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht Rotorblechpakets mit darin aufgenommenem Verbundbauteil,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Verbundbauteils nach
Fig. 1,
Fig. 3 eine seitliche Schnittdarstellung des Verbundbauteils nach Fig.l ohne Darstellung des Rotorblechpakets,
Fig. 4 eine seitliche Schnittdarstellung des Verbundbauteils nach Fig. 1 innerhalb des Rotorblechpakets, Fig. 5 eine seitliche Teilschnittdarstellung des Rotorb¬ lechpakets nach Fig. 1 mit dargestellten Graten zur formschlüssigen Verbindung mit dem Verbundbauteil
Fig. 6 Seitenansichten weiterer Verbundbauteile mit unterbis 12 schiedlichen Fixierstrukturen,
Fig. 13 eine Längsschnittdarstellung eines schlauchartigen
Hohlprofils zur Bereitstellung eines Verbindungs¬ elements für ein weiteres Verbundbauteil und
Fig. 14 eine vergrößerte Detailansicht einer äußeren Fi¬ xierstruktur des Hohlprofils nach Fig. 13. Fig. 1 bis 4 zeigen ein Verbundbauteil 1 zur Befestigung eines Permanentmagnets 2 innerhalb eines Rotorblechpakets 3 einer nicht dargestellten elektrischen Maschine. Der Permanentmagnet 2 ist innerhalb eines Verbindungselements 4 aus Kunststoff des Verbundbauteils 1 befestigt, wobei das Verbindungselement 4 eine äußere Fixierstruktur 5 in Form von elastischen Lamellen 6 zur Befestigung des Verbindungselements 4 und damit auch des gesamten Verbundbauteils 1 innerhalb einer Aufnahme 7 des Rotorblech¬ pakets 3 aufweist. Das Rotorblechpaket 3 umfasst noch weitere der vorstehend beschriebenen Aufnahmen 7, innerhalb derer - wie ebenfalls vorstehend beschrieben - weitere Verbundbauteile 1 befestigt sind.
Das Verbindungselement 4 ist im Wesentlichen quaderförmig. In dem gezeigten Beispiel weist es ein zentrales quaderförmiges Mittelelement 8 auf, welches den ebenfalls quaderförmigen Permanentmagneten 2 umgibt. In dem gezeigten Beispiel ist der Permanentmagnet 2 von thermoplastischem Kunststoffmaterial des Verbindungselements 4 umspritzt.
Die Fixierstruktur 5 ist an aneinander gegenüberliegenden Außenseiten 9 und 10 (Fig. 3) des Mittelelements 8 und äquidistant nebeneinander angeordnet. Die Lamellen 6 sind dabei einstückig mit dem Mittelement 8 des Verbindungselements 4 verbunden und weisen eine halbkreisförmige Form auf.
Fig. 5 zeigt einen Teil eines Blechs 11 des Rotorblechpakets 3. In das Blech 11 wurde eine Durchbruch 12 gestanzt, welcher gegenüberliegende Stirnseiten Sl und S2 des Blechs 11 miteinander verbindet. Mehrere Bleche 11 mit derartigen Durchbrüchen werden in einer Stapelrichtung L übereinandergestapelt , so dass das Rotorblechpaket 3 entsteht. Dabei werden die Durchbrüche 12 der jeweiligen Bleche 11 derart zueinander angeordnet, dass in¬ nerhalb des Rotorblechpakets 3 die Aufnahme 7 für das Ver- bindungselement 4 und damit auch für den Permanentmagnet 3 gebildet wird.
Durch das Stanzen entsteht eine Schnittfläche 13 mit einem Glattschnittanteil 14 und einer Einzugshöhe 15, wobei der jeweilige Durchbruch 12 teilweise zerklüftet ist und in dem gezeigten Beispiel einen Grat 16 mit einer Einrisstiefe 17 aufweist. Die Fixierstruktur 5 kann sich in dem Grat 16 bzw. in der Lücke vor und nach dem Glattschnittanteil 14 verhaken. Auf diese Weise kann eine formschlüssige Verbindung zwischen der Aufnahme 7 des Rotorblechpakets 3 und der Fixierstruktur 5 des Verbundbauteils 1 erzeugt werden. Die Außenmaße des Verbund¬ bauteils 1 und der Durchbrüche 12 bzw. der Aufnahme 7 des Rotorblechpakets 3 sind weiterhin derart dimensioniert, dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Verbundbauteil 1 und der Aufnahme 7 des Rotorblechpakets 3 erzeugt wird, wobei das Verbundbauteil 1 mit Druck in die Aufnahme 7 gepresst wird.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Verbundbauteil 1, welches sich von dem durch Fig. 1 bis 4 gezeigten Verbundbauteil 1 dadurch unterscheidet, dass die Fixierstruktur 4 keine Lamellen 5 aufweist, sondern mehrere nebeneinander und äquidistant zueinander angeordnete bauchige Querprofilierungen 18, wodurch eine besonders sichere formschlüssige Verbindung zwischen dem Rotorblechpaket 3 und dem Verbundbauteil 1 ermöglicht wird.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Verbundbauteil 1, welches sich von dem durch Fig. 1 bis 4 gezeigten Verbundbauteil 1 dadurch unterscheidet, dass die Fixierstruktur 4 keine Lamellen 5 aufweist, sondern mehrere nebeneinander und äquidistant zueinander angeordnete dreieckige Querprofilierungen 19, wodurch eine be¬ sonders sichere formschlüssige Verbindung zwischen dem Ro¬ torblechpaket 3 und dem Verbundbauteil 1 ermöglicht wird. Fig. 8 zeigt ein weiteres Verbundbauteil 1, welches sich von dem durch Fig. 1 bis 4 gezeigten Verbundbauteil 1 dadurch unterscheidet, dass die Fixierstruktur 4 keine Lamellen 5 aufweist, sondern entgegen einer Montagerichtung M des Verbundbauteils 1 innerhalb des Rotorblechpakets 3 spitz auseinander laufende Querprofilierungen 20, welche sich zwischen den Graten 16 der Bleche 11 des Rotorblechpakets 3 (Fig. 5) besonders gut verhaken können. Die Querprofilierungen können weiterhin Widerhaken ausbilden, welche besonders sicher verhindern können, dass sich das Verbundbauteil 1 aus der Aufnahme 4 des Rotorblechpakets 3 entgegen der Montagerichtung M heraus bewegt.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Verbundbauteil 1, welches sich von dem durch Fig. 1 bis 4 gezeigten Verbundbauteil 1 dadurch unter- scheidet, dass die Fixierstruktur 4 keine Lamellen 5 aufweist, sondern entgegen einer Montagerichtung M des Verbundbauteils 1 innerhalb des Rotorblechpakets 3 konisch auseinanderlaufende Längsprofilierung 21, welche sich besonders gut innerhalb der Aufnahme 7 des Rotorblechpakets 3 verkeilen können, wodurch eine besonders sichere kraftschlüssige Verbindung zwischen dem
Verbundbauteil 1 und dem Rotorblechpaket 3 ermöglicht werden kann .
Fig. 10 zeigt ein weiteres Verbundbauteil 1, welches sich von dem durch Fig. 1 bis 4 gezeigten Verbundbauteil 1 dadurch unterscheidet, dass die Fixierstruktur 4 keine Lamellen 5 aufweist, sondern konvexe Seitenwände 22, welche sich besonders gut innerhalb der Aufnahme 7 des Rotorblechpakets 3 verkeilen können, wodurch eine besonders sichere kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Verbundbauteil 1 und dem Rotorblechpaket 3 er¬ möglicht werden kann.
Fig. 11 und 12 zeigen ein weiteres Verbundbauteil 1, welches sich von dem durch Fig. 1 bis 4 gezeigten Verbundbauteil 1 dadurch unterscheidet, dass die Fixierstruktur 5 mit ihren Lamellen 6 umlaufend an aneinander gegenüberliegenden Außenseiten 9, 10 des Verbindungselements 4 und an einer weiteren Außenseite 23 angeordnet ist, welche zwischen den einander gegenüberliegenden Außenseiten 9, 10 angeordnet ist. Weiterhin ist der Perma¬ nentmagnet 2 nicht von thermoplastischem Kunststoff des Ver¬ bindungselements 4 umspritzt, sondern in einer Einsteckrichtung E in eine Aufnahme 24 des Verbindungselements 4 eingesteckt. Fig. 13 und 14 veranschaulichen eine mögliche Herstellung eines Verbindungselements 4 für ein erfindungsgemäßes Verbundbauteil 1. Das Verbindungselement 4 aus einem schlauchartigen Hohlprofil 25 wird aus thermoplastischem Kunststoff gefertigt, welches mit einer lamellenartigen Profilierung 5 an seiner Außenseite versehen ist. Für das Hohlprofil 25 kann insbesondere ein
Halbzeug, z.B. ein Stangenmaterial oder ein Unendlichprofil verwendet werden, welches durch Trennverfahren auf ein gewünschtes Maß, z.B. der Länge x, gebracht wird. Anschließend kann ein Permanentmagnet 2 in eine Aufnahme 24 des auf Wunschlänge gebrachten Hohlprofils 25 eingesteckt werden. In Fig. 14 ist weiterhin eine Montagerichtung M des Verbindungselements 4 des Verbundbauteils 1 innerhalb eines Rotorblechpakets gezeigt.

Claims

Patentansprüche
1. Verbundbauteil (1) zur Befestigung eines Permanentmagnets (2) innerhalb eines Rotorblechpakets (3) einer elektrischen Ma- schine, das Verbundbauteil (1) umfassend einen Permanentmagnet (2), welcher innerhalb eines Verbindungselements (4) aus thermoplastischem Kunststoff befestigt ist, wobei das Ver¬ bindungselement (4) eine äußere Fixierstruktur (5) zur Be¬ festigung des Verbindungselements (4) innerhalb einer Aufnahme (7) des Rotorblechpakets (3) aufweist.
2. Verbundbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) von thermoplastischem Kunststoff des Verbindungselements (4) umspritzt ist.
3. Verbundbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (2) in das Verbindungselement (4) eingesteckt ist.
4. Verbundbauteil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die Fixierstruktur (5) weiterhin umfassend
- Lamellen ( 6) ,
- bauchige Querprofilierungen (18),
- dreieckige Querprofilierungen (19),
- entgegen einer Montagerichtung (M) des Verbundbauteils (1) innerhalb des Rotorblechpakets (3) spitz auseinander laufende Querprofilierungen (20),
- entgegen einer Montagerichtung (M) des Verbundbauteils (1) innerhalb des Rotorblechpakets konisch auseinanderlaufende Längsprofilierungen (21) und/oder
- konvexe Seitenwände (22) .
5. Verbundbauteil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4) im Wesentlichen quaderförmig ist, wobei die Fixierstruktur (5) an aneinander gegenüberliegenden Außenseiten (9, 10) des Verbindungselements (4) angeordnet ist.
6. Verbundbauteil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierstruktur (5) umlaufend an aneinander gegenüberliegenden Außenseiten (9, 10) des Verbindungselements (4) und an einer weiteren Außenseite (23) angeordnet ist, welche zwischen den einander gegenüberliegenden Außenseiten (9, 10) angeordnet ist.
7. Rotorblechpaket (3) für eine elektrische Maschine umfassend ein Verbundteil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
8. Elektrische Maschine umfassend ein Rotorblechpaket (3) nach Anspruch 7.
9. Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets (3) für eine elektrische Maschine, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen mehrerer Permanentmagnete (2),
- Bereitstellen eines gestapelten Rotorblechpakets (3) mit Aufnahmen (7) für die Permanentmagnete (2),
- Befestigen der Permanentmagnete (2) innerhalb von Verbin¬ dungselementen (4) aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Verbindungselemente (4) jeweils eine äußere Fixierstruktur (5) zur Befestigung der Verbindungselemente (4) innerhalb der Aufnahmen (7) des Rotorblechpakets (3) aufweisen,
wobei die Permanentmagnete (2) entweder von thermoplastischem Kunststoff des Verbindungselements (4) umspritzt oder in die Verbindungselemente (4) eingesteckt sind.
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