EP4360192A1 - Verfahren zum herstellen eines rotors mittels eines flexiblen spulenträgers, elektrische maschine sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines rotors mittels eines flexiblen spulenträgers, elektrische maschine sowie kraftfahrzeug

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Publication number
EP4360192A1
EP4360192A1 EP22732420.9A EP22732420A EP4360192A1 EP 4360192 A1 EP4360192 A1 EP 4360192A1 EP 22732420 A EP22732420 A EP 22732420A EP 4360192 A1 EP4360192 A1 EP 4360192A1
Authority
EP
European Patent Office
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rotor
coil carrier
coil
winding
pole
Prior art date
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Pending
Application number
EP22732420.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Franke
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP4360192A1 publication Critical patent/EP4360192A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H02K3/345—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation between conductor and core, e.g. slot insulation

Definitions

  • the invention relates to a method for at least partially producing a rotor for a current-excited electrical machine, in which a rotor yoke and rotor poles which are formed separately from the rotor yoke and which can be mechanically connected to the rotor yoke are provided.
  • the invention also relates to a current-excited electrical machine and a motor vehicle.
  • the electrical machines have a stationary stator with stator windings that can be energized and a rotor that is rotatably mounted with respect to the stator and has a rotor winding.
  • the rotor has a rotor core that supports the rotor windings.
  • the rotor core usually consists of an annular rotor yoke and a plurality of rotor poles which are arranged along a rotor circumference on the rotor yoke.
  • the rotor poles usually consist of a rotor tooth or rotor shaft projecting radially from the rotor yoke and a pole shoe in the shape of a segment of a circle and projecting tangentially on the rotor tooth.
  • the pole shoes form an essentially cylindrical rotor circumference of the rotor core. Pole gaps are formed between the rotor teeth, into which winding sections of the rotor winding are introduced to form pole coils.
  • the pole shoes of two adjacent rotor poles are arranged at a distance from one another, so that they release an access opening into the pole gaps on the rotor circumference.
  • a tool is used to insert a wire-like winding conductor into the pole gaps via the access openings. Then the rotor teeth are wrapped with the winding wire, with a high fill factor to be achieved. Due to the tangentially protruding pole shoes, the access openings in the pole gaps are smaller than a pole gap diameter, so that the pole gaps are very difficult to use with the Winding wire can be filled. This often results in a non-optimal winding quality and thus a non-optimal fill factor.
  • DE 102018213567 A1 discloses a rotor for a separately excited internal rotor synchronous machine, in which the rotor poles are designed in multiple parts.
  • the rotor poles each have a rotor tooth and two separate pole shoe elements, the rotor teeth being formed in one piece with the rotor yoke and the pole shoe elements being mechanically connectable to the rotor teeth after the rotor coils have been arranged on the rotor teeth.
  • Two pole shoe elements are arranged on two opposite sides of the rotor tooth in the tangential direction and are positively connected to the rotor tooth, for example via a dovetail-like connection.
  • Such a rotor is very complex to manufacture.
  • this object is achieved by a method for producing a rotor, a current-excited electrical machine and a motor vehicle having the features according to the respective independent patent claims.
  • Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent patent claims, the description and the figures.
  • a method according to the invention is used for the at least partial production of a rotor for a current-excited electrical machine.
  • a rotor yoke and rotor poles which are formed separately from the rotor yoke and which can be mechanically connected to the rotor yoke are provided.
  • a coil carrier is provided, which has a plurality of coil bodies and flexible connecting sections arranged between the coil bodies, via which a position of the coil bodies relative to one another can be changed. The coil carrier is brought into a production position by means of the flexible connecting sections and fitted with a winding that can be energized by winding the coil body with winding sections.
  • the invention also includes a rotor produced by means of the method according to the invention and a current-excited electrical machine with a stator and a rotor according to the invention which is rotatably mounted with respect to the stator.
  • the current-excited or externally excited electrical machine is in particular an internal rotor machine in which the rotor is mounted within the hollow-cylindrical stator so that it can rotate about an axis of rotation.
  • the rotor has a rotor core and a magnetic field-generating component with a (rotor) winding for generating a rotor magnetic field.
  • the rotor core can be mechanically connected to a drive shaft of the motor vehicle for torque transmission.
  • the rotor core can be made of solid material, for example iron, or as a laminated core made of axially stacked laminations.
  • the rotor core is designed in several parts and has the ring-shaped rotor yoke and the rotor poles. The rotor yoke and rotor poles are mechanically connected when the rotor is manufactured.
  • the rotor poles each have a rotor tooth or rotor shaft and a pole shoe.
  • the rotor poles are used to hold the pole coils of the rotor winding, with the pole shoes being designed, among other things, to prevent the pole coils from becoming detached from the respective rotor pole during the rotation of the rotor due to the centrifugal force acting radially outwards.
  • the pole shoes have, for example, a cross section in the shape of a segment of a circle and in some areas protrude laterally from the rotor tooth, so that the rotor poles are essentially mushroom-shaped.
  • the pole coils are not wound around the respective rotor tooth, but are first arranged on the one-piece, flexible coil carrier.
  • the coil carrier has a number of coil formers that corresponds to the number of rotor poles and are mechanically connected to one another via the flexible, reversibly bendable connecting sections.
  • the coil carrier can be a plastic injection molded part, for example.
  • each winding section wound around a bobbin forms a pole coil.
  • the winding wire is wound around all the coil formers in particular without interruption.
  • the rotor poles are arranged on the coil carrier.
  • the bobbins are hollow bodies into which the rotor poles can be inserted.
  • the hollow bodies have in particular a shape corresponding to the rotor teeth, for example cuboid, so that the rotor teeth can be arranged in the hollow body. Then the coil carrier equipped with the rotor coils is brought into the installation position or installation geometry.
  • the coil carrier can also be brought into the installation position first and then fitted with the rotor poles.
  • the bobbins form in particular a bobbin ring.
  • the coil carrier is therefore ring-shaped and can thus be pushed together axially with the ring-shaped rotor yoke, so that the coil body surrounds the rotor yoke radially.
  • the rotor poles When pushed together, the rotor poles are mechanically connected to the rotor yoke.
  • a positive tongue and groove connection is produced between the rotor yoke and the rotor poles.
  • a dovetail-type connection can be produced as the tongue and groove connection.
  • the rotor poles can each have a dovetail-shaped or circular spring, for example, which is pushed axially into a dovetail-shaped or circular groove of the rotor yoke.
  • Such a manufacturing method in which a flexible coil carrier is provided, facilitates the manufacture of the rotor with regard to the assembly with the rotor winding. In addition, a high filling factor can be achieved.
  • a flexible insulating cover is particularly preferably arranged on the coil carrier equipped with the winding, which is transferred together with the coil carrier from the production position to the installed position.
  • the insulating cover is thus also designed to be flexible.
  • the insulating cover is designed with first, flexible insulating areas, which are arranged in pole gaps between two pole coils, and with second insulating areas, which each have a through-opening for the rotor pole and are arranged between the rotor yoke and the pole coils when the rotor yoke and coil carrier are joined together .
  • the first poly-insulation areas can be designed as folds, in particular triangular and/or trapezoidal folds.
  • the insulating cover is produced by the through-openings being punched out in an electrically insulating material and the electrically insulating material forming the first Polisolation areas is unfolded.
  • the insulation cover may be injection molded to form the first poly insulation areas and the through holes.
  • a motor vehicle according to the invention comprises a current-excited electrical machine according to the invention.
  • the motor vehicle is designed in particular as an electric or hybrid vehicle and has the electric machine as the drive machine.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a rotor
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the rotor during manufacture of the rotor
  • FIG. 3 is a schematic representation of an insulating cover of the rotor
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a coil carrier of the rotor in a production position
  • 6 shows a schematic representation of the coil carrier in an installation position.
  • the rotor 1 shows a rotor 1 for a current-excited electrical machine, which can be used, for example, as a traction machine for an electrified motor vehicle.
  • the rotor 1 has rotor poles 2 with rotor teeth 3a and pole shoes 3b.
  • the rotor teeth 3a and the pole shoes 3b are in particular designed in one piece.
  • Springs 4 are arranged on the rotor teeth 3a here.
  • the rotor poles 2 hold a magnetic field generating component 5 for generating a rotor magnetic field.
  • a complex 6 formed from the magnetic field-generating component 5 and the rotor poles 2 is connected to a rotor yoke 7 embodied separately from the rotor poles 2 by the tongues 4 engaging in grooves 8 of the rotor yoke 7 .
  • tongues 4 and grooves 8 are designed in the form of a dovetail.
  • the coil carrier 9 has the rotor poles 2 associated coil bodies 12 and arranged between the coil bodies 12 connecting sections 13.
  • the connecting sections 13 are designed in such a way that they ensure a permanent bond between the coil formers 12 and the assumption of the slot covering function.
  • the connecting sections 13 are also sufficiently flexible to allow a change in the relative position of the individual coil formers 12 to one another for the application of the winding 10, the introduction of the rotor poles 2 and the insulating cover 11 and the completion of the rotor 1.
  • the coil carrier 9 is designed as an injection molded part and contains clamping webs to compensate for tolerances in relation to the rotor poles 2.
  • the winding 10 includes pole coils 14, which are wound from sections of the winding 10 and which are assigned to the individual rotor poles 2, as well as external connections 15.
  • the winding 10 is designed with a rectangular conductor cross-section and is orthocyclic, as shown in the winding diagram 4 is formed in one piece.
  • the insulating cover 11 has the electrical insulation relative to the rotor yoke 7, lying between adjacent pole coils 14 and 16 Polisolation areas Isolation from external electrically conductive components.
  • the pole insulation areas 16 are designed to be sufficiently flexible, analogous to the coil carrier 9 .
  • the coil carrier 9 and the insulating cover 11 can be transferred between a manufacturing position 17 (see FIG. 5) or manufacturing geometry and an installation position 18 (see FIG.
  • the flexibility ensures that the geometry of the magnetic field-generating component 5 can be changed.
  • the manufacturing geometry 17 ensures optimal accessibility of the coil body 12, which has an inverted circular shape of the coil carrier 9 for the application of the winding 10 inward pole pieces.
  • the coil carriers 12 are in particular arranged next to one another in a row.
  • the coil carriers 12 are arranged to form a circle.
  • the insulating cover 11 in a first embodiment, consists of a flat material which is stamped with contours and folded out in connection with the assembly. When unfolded, the unfolded areas overlap to ensure sufficient creepage distances.
  • the insulating cover 11 consists of an electrically insulating material, e.g. an injection molded part, preformed according to the coil geometry.
  • the insulating cover 11 supports an impregnation 19 of the magnetic field-generating component 5 by means of permeable, for example perforated, partial areas. The impregnation 19 completes the electrical insulation and strengthens the bond between the rotor poles 2, the coil carrier 9, the winding 10 and the insulating cover 11.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zumindest teilumfänglichen Herstellen eines Rotors (1) für eine stromerregte elektrische Maschine mit den Schritten: - Bereitstellen eines Rotorjochs (7), - Bereitstellen von separat zu dem Rotorjoch (7) ausgebildeten Rotorpolen (2), welche mechanisch mit dem Rotorjoch (7) verbindbar sind, - Bereitstellen eines Spulenträgers (9), welcher mehrere Spulenkörper (12) sowie zwischen den Spulenkörpern (12) angeordnete, flexible Verbindungsabschnitte (13) aufweist, über welche eine relative Lage der Spulenkörper (12) zueinander änderbar ist, - Bringen des Spulenträgers (9) in eine Fertigungslage (17) mittels der flexiblen Verbindungsabschnitte (13), - Bestücken des Spulenträgers (9) mit einer bestrombaren Wicklung (10) durch Bewickeln der Spulenkörper (12) mit Wicklungsabschnitten, - Zusammenfügen der Rotorpole (2) und der Spulenkörper (12), sodass die Rotorpole (2) unter Ausbildung von Polspulen (14) von dem jeweiligen Wicklungsabschnitt umwickelt sind, - Überführen des Spulenträgers (9) von der Fertigungslage (17) in eine Einbaulage (18) mittels der flexiblen Verbindungsabschnitte (13), und - mechanisches Verbinden der mit den Spulenkörpern (12) des Spulenträgers (9) verbundenen Rotorpole (2) mit dem Rotorjoch (7).

Description

Verfahren zum Herstellen eines Rotors mittels eines flexiblen Spulenträgers, elektrische
Maschine sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zumindest teilumfänglichen Herstellen eines Rotors für eine stromerregte elektrische Maschine, bei welchem ein Rotorjoch und separat zu dem Rotorjoch ausgebildete Rotorpole bereitgestellt werden, welche mechanisch mit dem Rotorjoch verbindbar sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine stromerregte elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf stromerregte elektrische Maschinen für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Die elektrischen Maschinen weisen einen ortsfesten Stator mit bestrombaren Statorwicklungen sowie einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor mit einer Rotorwicklung auf. Der Rotor weist einen Rotorkern auf, welcher die Rotorwicklungen trägt. Der Rotorkern besteht üblicherweise aus einem ringförmigen Rotorjoch und mehreren Rotorpolen, welche entlang eines Rotorumfangs an dem Rotorjoch angeordnet sind. Die Rotorpole bestehen üblicherweise aus jeweils einem radial von dem Rotorjoch abstehenden Rotorzahn bzw. Rotorschaft sowie einem kreissegmentförmigen, tangential an dem Rotorzahn überstehenden Polschuh. Die Polschuhe bilden dabei einen im Wesentlichen zylinderförmigen Rotorumfang des Rotorkerns. Zwischen den Rotorzähnen sind Pollücken gebildet, in welche Wicklungsabschnitte der Rotorwicklung zum Ausbilden von Polspulen eingebracht werden.
Um die Polspulen in die Pollücken bzw. Polnuten einzubringen, sind die Polschuhe zweier benachbarter Rotorpole beabstandet zueinander angeordnet, sodass sie an dem Rotorumfang eine Zugangsöffnung in die Pollücken freigeben. Zum Ausbilden der Polspulen wird mit einem Werkzeug ein drahtförmiger Wicklungsleiter über die Zugangsöffnungen in die Pollücken eingebracht. Dann werden die Rotorzähne mit dem Wicklungsdraht umwickelt, wobei ein hoher Füllfaktor erreicht werden soll. Durch die tangential abstehenden Polschuhe sind die Zugangsöffnungen in die Pollücken kleiner als ein Pollückendurchmesser, sodass die Pollücken nur sehr schwierig mit dem Wicklungsdraht aufgefüllt werden können. Dadurch ergeben sich oftmals eine nicht optimale Wicklungsqualität und damit ein nicht optimaler Füllfaktor.
Dazu offenbart die DE 102018213567 A1 einen Rotor für eine fremderregte Innenläufer-Synchronmaschine, bei welchem die Rotorpole mehrteilig ausgebildet sind. Die Rotorpole weisen jeweils einen Rotorzahn und zwei separate Polschuhelemente auf, wobei die Rotorzähne einteilig mit dem Rotorjoch ausgebildet sind und die Polschuhelemente mit den Rotorzähnen nach Anordnen der Rotorspulen an den Rotorzähnen mechanisch verbindbar sind. Zwei Polschuhelemente sind an zwei in tangentialer Richtung gegenüberliegenden Seiten des Rotorzahns angeordnet und mit dem Rotorzahn, beispielsweise über eine schwalbenschwanzartige Verbindung, formschlüssig verbunden. Ein solcher Rotor ist sehr aufwändig in der Herstellung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfach zu fertigenden Rotor für eine stromerregte elektrische Maschine bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors, eine stromerregte elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum zumindest teilumfänglichen Herstellen eines Rotors für eine stromerregte elektrische Maschine. Dabei werden ein Rotorjoch und separat zu dem Rotorjoch ausgebildete Rotorpole bereitgestellt, welche mechanisch mit dem Rotorjoch verbindbar sind. Außerdem wird ein Spulenträger bereitgestellt, welcher mehrere Spulenkörper sowie zwischen den Spulenkörpern angeordnete, flexible Verbindungsabschnitte aufweist, über welche eine relative Lage der Spulenkörper zueinander änderbar ist. Der Spulenträger wird mittels der flexiblen Verbindungsabschnitte in eine Fertigungslage gebracht und mit einer bestrombaren Wicklung durch Bewickeln der Spulenkörper mit Wicklungsabschnitten bestückt. Dann werden die Rotorpole und der Spulenkörper zusammengefügt, sodass die Rotorpole unter Ausbildung von Polspulen von dem jeweiligen Wicklungsabschnitt umwickelt sind. Der Spulenträger wird mittels der flexiblen Verbindungsabschnitte von der Fertigungslage in eine Einbaulage überführt und die mit den Spulenkörpern des Spulenträgers verbundenen Rotorpole werden mechanisch mit dem Rotorjoch verbunden. Zur Erfindung gehören außerdem ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellter Rotor sowie eine stromerregte elektrische Maschine mit einem Stator und einem bezüglich des Stators drehbar gelagerten erfindungsgemäßen Rotor. Die stromerregte bzw. fremderregte elektrische Maschine ist insbesondere eine Innenläufer- Maschine, bei welcher der Rotor innerhalb des hohlzylinderförmigen Stators um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist. Der Rotor weist einen Rotorkern sowie eine magnetfelderzeugende Komponenten mit einer (Rotor-)Wicklung zur Erzeugung eines Rotormagnetfelds auf. Der Rotorkern kann mit einer Antriebswelle des Kraftfahrzeugs zur Drehmomentübertragung mechanisch verbunden sein. Der Rotorkern kann in Vollmaterialbauweise, beispielsweise aus Eisen, oder als ein Blechpaket aus axial gestapelten Blechlamellen gebildet sein. Der Rotorkern ist mehrteilig ausgebildet und weist das ringförmige Rotorjoch sowie die Rotorpole auf. Das Rotorjoch und die Rotorpole werden bei der Herstellung des Rotors mechanisch verbunden.
Die Rotorpole weisen jeweils einen Rotorzahn bzw. Rotorschaft sowie einen Polschuh auf. Die Rotorpole dienen zum Halten der Polspulen der Rotorwicklung, wobei die Polschuhe unter anderem dazu ausgelegt sind, zu verhindern, dass sich die Polspulen während der Drehung des Rotors aufgrund der radial nach außen wirkenden Fliehkraft von dem jeweiligen Rotorpol lösen. Die Polschuhe weisen beispielsweise einen kreissegmentförmigen Querschnitt auf, und stehen dabei bereichsweise seitlich am Rotorzahn über, sodass die Rotorpole im Wesentlichen pilzförmig ausgebildet sind.
Die Polspulen werden dabei nicht um den jeweiligen Rotorzahn gewickelt, sondern werden zuerst an dem einstückigen, flexiblen Spulenträger angeordnet. Der Spulenträger weist eine mit der Anzahl an Rotorpolen korrespondierende Anzahl an Spulenkörper auf, welche über die flexiblen, reversibel biegbaren Verbindungsabschnitte mechanisch miteinander verbunden sind. Der Spulenträger kann beispielsweise ein Kunststoff- Spritzgussteil sein. Zum Bestücken des Spulenkörpers mit der Wicklung wird der Spulenträger in die Fertigungslage bzw. Bestückungslage gebracht. Dabei bilden die über die flexiblen Verbindungsabschnitte verbundenen Spulenkörper in der Fertigungslage insbesondere eine Spulenkörperkette. Anders ausgedrückt, sind die Spulenkörper linienförmig, in einer Reihe nebeneinander angeordnet. In dieser Fertigungslage können Abschnitte des Wicklungsdrahtes der Rotorwicklung besonders einfach um die Spulenkörper gewickelt werden. Jeder um einen Spulenkörper gewickelter Wicklungsabschnitt bildet eine Polspule aus. Der Wicklungsdraht wird zum Ausbilden der Polspulen dabei insbesondere unterbrechungsfrei um alle Spulenkörper gewickelt. Nun werden die Rotorpole an dem Spulenträger angeordnet. Die Spulenkörper sind dabei Hohlkörper, in welche die Rotorpole eingeschoben werden können. Dabei weisen die Hohlkörper insbesondere eine mit den Rotorzähnen korrespondierende Form, beispielsweise quaderförmig, auf, sodass die Rotorzähne in den Hohlkörper angeordnet werden können. Dann wird der mit den Rotorspulen bestückte Spulenträger in die Einbaulage bzw. Einbaugeometrie gebracht. Alternativ dazu kann der Spulenträger auch zuerst in die Einbaulage gebracht werden und dann mit den Rotorpolen bestückt werden. In der Einbaulage bilden die Spulenkörper insbesondere einen Spulenkörperring. Der Spulenträger ist also ringförmig ausgebildet und kann somit axial mit dem ringförmigen Rotorjoch zusammengeschoben werden, sodass der Spulenkörper das Rotorjoch radial umgibt.
Beim Zusammenschieben werden dabei die Rotorpole mechanisch mit dem Rotorjoch verbunden. Vorzugsweise wird dabei eine formschlüssige Nut-Feder-Verbindung zwischen dem Rotorjoch und den Rotorpolen hergestellt. Beispielsweise kann als die Nut- Feder-Verbindung eine schwalbenschwanzartige Verbindung hergestellt werden. Dazu können die Rotorpole beispielsweise jeweils eine schwalbenschwanzförmige oder kreisförmige Feder aufweisen, welche in eine schwalbenschwanzförmige oder kreisförmige Nut des Rotorjochs axial eingeschoben wird.
Ein solches Herstellungsverfahren, bei welchem ein flexibler Spulenträger bereitgestellt wird, erleichtert die Fertigung des Rotors hinsichtlich der Bestückung mit der Rotorwicklung. Zudem kann ein hoher Füllfaktor erreicht werden.
Besonders bevorzugt wird vor dem Verbinden des Spulenträgers mit den Rotorpolen eine flexible Isolationsabdeckung an dem mit der Wicklung bestückten Spulenträger angeordnet, welche gemeinsam mit dem Spulenträger von der Fertigungslage in die Einbaulage überführt wird. Die Isolationsabdeckung ist somit ebenfalls flexibel ausgebildet. Dazu wird die Isolationsabdeckung mit ersten, flexiblen Polisolationsbereiche ausgebildet, welche in Pollücken zwischen zwei Polspulen angeordnet werden, und mit zweiten Polisolationsbereichen ausgebildet, welche jeweils eine Durchgangsöffnung für den Rotorpol ausweisen und im bei Zusammenfügen von Rotorjoch und Spulenträger zwischen dem Rotorjoch und den Polspulen angeordnet werden. Die ersten Polisolationsbereiche können als, insbesondere dreieckförmige und/oder trapezförmige, Falze ausgebildet werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Isolationsabdeckung hergestellt wird, indem in ein elektrisch isolierendes Material die Durchgangsöffnungen ausgestanzt werden und das elektrisch isolierende Material unter Ausbildung der ersten Polisolationsbereiche aufgefaltet wird. Alternativ dazu kann die Isolationsabdeckung unter Ausbildung der ersten Polisolationsbereiche und der Durchgangsöffnungen spritzgegossen werden.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße stromerregte elektrische Maschine. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet und weist die elektrische Maschine als Antriebsmaschine auf.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße stromerregte elektrische Maschine sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Rotors;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Rotors während einer Herstellung des Rotors;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Isolationsabdeckung des Rotors;
Fig. 4 ein Wicklungsschema der Wicklung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Spulenträgers des Rotors in einer Fertigungslage; und Fig. 6 eine schematische Darstellung des Spulenträgers in einer Einbaulage.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt einen Rotor 1 für eine stromerregte elektrische Maschine, welche beispielsweise als Traktionsmaschine für ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Der Rotor 1 weist Rotorpole 2 mit Rotorzähnen 3a und Polschuhen 3b auf. Die Rotorzähne 3a und die Polschuhe 3b sind insbesondere einteilig ausgebildet. An den Rotorzähnen 3a sind hier Federn 4 angeordnet. Die Rotorpole 2 halten eine magnetfelderzeugende Komponente 5 zur Erzeugung eines Rotormagnetfeldes. Ein aus der magnetfelderzeugenden Komponente 5 und den Rotorpolen 2 gebildeter Komplex 6 ist mit einem separat zu den Rotorpolen 2 ausgebildeten Rotorjoch 7 durch Eingreifen der Federn 4 in Nuten 8 des Rotorjochs 7 verbunden. In einer vorteilhaften Anordnung sind Federn 4 und Nuten 8 in Form eines Schwalbenschwanzes ausgeführt.
Die magnetfelderzeugende Komponente 5 weist, wie in der Darstellung der Fertigung des Komplexes 6 gemäß Fig. 2 gezeigt, einen Spulenträger 9, eine Wicklung 10 sowie eine elektrisch isolierende Isolationsabdeckung 11 auf. Der Spulenträger 9 weist den Rotorpolen 2 zugeordnete Spulenkörper 12 sowie zwischen den Spulenkörpern 12 angeordnete Verbindungabschnitte 13 auf. Die Verbindungabschnitte 13 sind derart ausgestaltet, dass sie einen dauerhaften Verbund der Spulenkörper 12 sowie die Übernahme der Funktion der Nutabdeckung gewährleisten. Ebenfalls sind die Verbindungabschnitte 13 ausreichend flexibel, um eine Veränderung der relativen Lage der einzelnen Spulenkörper 12 zueinander für das Aufbringen der Wicklung 10, das Einbringen der Rotorpole 2 und der Isolationsabdeckung 11 sowie das Fertigstellen des Rotors 1 zu ermöglichen. Beispielsweise ist der Spulenträger 9 als Spritzgussteil ausgeführt und enthält Klemmstege für den Ausgleich von Toleranzen gegenüber den Rotorpolen 2.
Die Wicklung 10 beinhaltet Polspulen 14, welche aus Abschnitten der Wicklung 10 gewickelt sind und welche den einzelnen Rotorpolen 2 zugeordnete sind, sowie externe Anschlüsse 15. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Wicklung 10 mit einem rechteckigen Leiterquerschnitt orthozyklisch ausgeführt und, wie anhand des Wicklungsschemas gemäß Fig. 4 gezeigt ist, einteilig ausgebildet. Die Isolationsabdeckung 11 weist die elektrische Isolation gegenüber dem Rotorjoch 7, zwischen benachbarten Polspulen 14 liegende Polisolationsbereiche 16 sowie die Isolation gegenüber äußeren elektrisch leitenden Bauteilen auf. Dabei sind die Polisolationsbereich 16 analog zum Spulenträger 9 hinreichend flexibel ausgeführt. Durch die flexiblen Verbindungsabschnitte 13 und die flexiblen Polisolationsbereiche 16 können der Spulenträger 9 und die Isolationsabdeckung 11 zwischen einer Fertigungslage 17 (siehe Fig. 5) bzw. Fertigungsgeometrie und einer Einbaulage 18 (siehe Fig. 6) bzw. Einbaugeometrie überführt werden. Die Flexibilität gewährleistet bei dem Übergang von der Fertigungsgeometrie 17 in die von der Rotorkonstruktion vorgegebene Einbaugeometrie 18 eine Geometrieänderbarkeit der magnetfelderzeugenden Komponente 5. Die Fertigungsgeometrie 17 gewährleistet eine optimale Zugänglichkeit der Spulenkörper 12, welche für das Aufbringen der Wicklung 10 eine invertierte Kreisform des Spulenträgers 9 mit nach innen gerichteten Polschuhen ist. In der Fertigungslage 17 sind die Spulenträger 12 insbesondere in einer Reihe nebeneinander angeordnet. In der Einbaugeometrie 18 sind die Spulenträger 12 unter Ausbildung eines Kreises angeordnet.
In einer ersten Ausführung besteht die Isolationsabdeckung 11, wie in Fig. 3 gezeigt, aus einem flächigen Material, welches konturiert gestanzt und im Zusammenhang mit der Montage aufgefaltet wird. Im aufgefalteten Zustand überlappen sich die aufgefalteten Bereiche zur Sicherstellung ausreichender Kriechstrecken. In einer zweiten, hier nicht gezeigten Ausführung besteht die Isolationsabdeckung 11 aus einem entsprechend der Spulengeometrie vorgeformten elektrisch isolierenden Material, z.B. einem Spritzgussteil. In einer besonders vorteilhaften Ausführung unterstützt die Isolationsabdeckung 11 eine Imprägnierung 19 magnetfelderzeugenden Komponente 5 mittels durchlässiger, beispielsweise perforierter Teilbereiche. Die Imprägnierung 19 vervollständigt die elektrische Isolation und verfestigt den Verbund zwischen den Rotorpolen 2, dem Spulenträger 9, der Wicklung 10 und der Isolationsabdeckung 11.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum zumindest teilumfänglichen Herstellen eines Rotors (1) für eine stromerregte elektrische Maschine mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Rotorjochs (7),
- Bereitstellen von separat zu dem Rotorjoch (7) ausgebildeten Rotorpolen (2), welche mechanisch mit dem Rotorjoch (7) verbindbar sind, gekennzeichnet durch die Schritte
- Bereitstellen eines Spulenträgers (9), welcher mehrere Spulenkörper (12) sowie zwischen den Spulenkörpern (12) angeordnete, flexible Verbindungsabschnitte (13) aufweist, über welche eine relative Lage der Spulenkörper (12) zueinander änderbar ist,
- Bringen des Spulenträgers (9) in eine Fertigungslage (17) mittels der flexiblen Verbindungsabschnitte (13),
- Bestücken des Spulenträgers (9) mit einer bestrombaren Wicklung (10) durch Bewickeln der Spulenkörper (12) mit Wicklungsabschnitten,
- Zusammenfügen der Rotorpole (2) und der Spulenkörper (12), sodass die Rotorpole (2) unter Ausbildung von Polspulen (14) von dem jeweiligen Wicklungsabschnitt umwickelt sind,
- Überführen des Spulenträgers (9) von der Fertigungslage (17) in eine Einbaulage (18) mittels der flexiblen Verbindungsabschnitte (13), und
- mechanisches Verbinden der mit den Spulenkörpern (12) des Spulenträgers (9) verbundenen Rotorpole (2) mit dem Rotorjoch (7).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die über die Verbindungsabschnitte (13) verbundenen Spulenkörper (12) in der Fertigungslage (17) eine Spulenkörperkette bilden und in der Einbaulage (18) einen Spulenkörperring bilden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum mechanischen Verbinden der Rotorpole (2) mit dem Rotorjoch (7) der in die Einbaulage (18) gebrachte Spulenträger (9) axial mit dem Rotorjoch (7) zusammengeschoben wird und dabei eine formschlüssige Nut-Feder-Verbindung zwischen dem Rotorjoch (7) und den Rotorpolen (2) hergestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine flexible Isolationsabdeckung (11) an dem mit der Wicklung (10) bestückten Spulenträger (9) angeordnet wird, welche gemeinsam mit dem Spulenträger (9) von der Fertigungslage (17) in die Einbaulage (18) überführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsabdeckung (18) mit ersten, flexiblen Polisolationsbereiche (16) ausgebildet wird, welche in Pollücken zwischen zwei Polspulen (14) angeordnet werden, und mit zweiten Polisolationsbereichen ausgebildet wird, welche jeweils eine Durchgangsöffnung für den Rotorpol (2) ausweisen und im bei Zusammenfügen von Rotorjoch (7) und Spulenträger (9) zwischen dem Rotorjoch (7) und den Polspulen (14) angeordnet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Polisolationsbereiche (16) als, insbesondere dreieckförmige und/oder trapezförmige, Falze ausgebildet werden
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsabdeckung hergestellt wird, indem in ein elektrisch isolierendes Material die Durchgangsöffnungen ausgestanzt werden und das elektrisch isolierende Material unter Ausbildung der ersten Polisolationsbereiche aufgefaltet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsabdeckung (11) unter Ausbildung der ersten Polisolationsbereiche (16) und der Durchgangsöffnungen spritzgegossen wird.
9. Stromerregte elektrische Maschine mit einem Stator und einem bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor (1), welcher mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
10. Kraftfahrzeug mit zumindest einer stromerregten elektrischen Maschine nach Anspruch 9.
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