EP4721239A1 - Rotor, verfahren zur herstellung eines rotors und axialflussmaschine - Google Patents

Rotor, verfahren zur herstellung eines rotors und axialflussmaschine

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Publication number
EP4721239A1
EP4721239A1 EP24722475.1A EP24722475A EP4721239A1 EP 4721239 A1 EP4721239 A1 EP 4721239A1 EP 24722475 A EP24722475 A EP 24722475A EP 4721239 A1 EP4721239 A1 EP 4721239A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
bandage
outer ring
inner ring
stiffening struts
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.)
Pending
Application number
EP24722475.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Schwarz
Axel Brenzinger
Johann Oswald
Daniel Mahler
Carsten Sonntag
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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 Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4721239A1 publication Critical patent/EP4721239A1/de
Pending 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
    • H02K1/2793—Rotors axially facing stators
    • H02K1/2795—Rotors axially facing stators the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2796—Rotors axially facing stators the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets where both axial sides of the rotor face a stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • 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
    • H02K1/2793—Rotors axially facing stators
    • H02K1/2795—Rotors axially facing stators the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2798—Rotors axially facing stators the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets where both axial sides of the stator face a rotor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos

Definitions

  • Rotor Method for producing a rotor and axial flow machine
  • the present invention relates to a rotor for an axial flux machine, in particular for an axial flux machine within a drive train of a motor vehicle, comprising an inner ring and an outer ring arranged coaxially thereto, wherein stiffening struts extending in the radial direction between the inner ring and the outer ring are arranged like spokes, and a magnetic element is arranged between two stiffening struts adjacent in the circumferential direction.
  • the invention further relates to a method for producing a rotor and an axial flux machine.
  • Electric motors are increasingly being used to power motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels.
  • Considerable efforts have already been made to improve the everyday suitability of electric drives and to offer users the driving comfort they are used to.
  • An axial flux machine is a dynamoelectric machine in which the magnetic flux between the rotor and stator runs parallel to the axis of rotation of the rotor. Often both the stator and the rotor are largely disk-shaped. Axial flux machines are particularly advantageous when the axially available installation space in a given application is is limited. This is often the case, for example, with the electric drive systems for electric vehicles described at the beginning. In addition to the shortened axial length, another advantage of the axial flux machine is its comparatively high torque density. The reason for this is the larger air gap area that is available in a given installation space compared to radial flux machines. Furthermore, a smaller iron volume is required compared to conventional machines, which has a positive effect on the efficiency of the machine.
  • an axial flow machine Due to its disk-shaped main components, an axial flow machine is particularly well suited for applications where a very short length of the electric motor is important and where a relatively large motor diameter is still acceptable. When developing corresponding axial flow machines, it is therefore usually sensible to aim for the shortest possible design, although the outer diameter of the axial flow machine should not be larger than absolutely necessary. Axial flow machines for motor vehicles also always have to meet the requirements of low weight, high power density and low costs.
  • One of the tasks of the disk-shaped rotor is to transfer the force transmitted to the rotor magnets to the rotor shaft.
  • the magnets In addition to the circumferential direction, the magnets must be held in both the radial and axial direction or position between the stator.
  • centrifugal forces acting in or on the rotor which are caused in particular by the magnets.
  • the centrifugal force and the outward-striving components result in unfavorable, extensive tensile stresses between and in the components of the rotor.
  • a rotor for an axial flow machine in particular for an axial flow machine within a drive train of a motor vehicle, comprising an inner ring and an outer ring arranged coaxially thereto, wherein stiffening struts extending in the radial direction between the inner ring and the outer ring are arranged like spokes, and a magnetic element is arranged between two stiffening struts adjacent in the circumferential direction, wherein an annular bandage element rests on the outer ring by means of a press fit, so that a preload is introduced into the rotor via the bandage element.
  • the preload is applied at a time when the rotor cannot support itself radially on the shaft or flange, whereby particularly preferred compressive stresses can be realized in the rotor.
  • the magnetic flux in an electric axial flux machine is directed axially to a direction of rotation of the rotor of the axial flux machine in the air gap between stator and rotor.
  • an electric axial flux machine such as an electric drive machine of a motor vehicle designed as an axial flux machine
  • the rotor is arranged axially next to a stator or between two stators.
  • two rotors are arranged on opposite axial sides of a stator.
  • the axial flow machine according to the invention is preferably configured in an I-arrangement.
  • rotor-stator configurations as I-type and/or H-type to be arranged axially next to one another.
  • the rotor-stator configurations of the H-type and/or the I-type it is also preferable for the rotor-stator configurations of the H-type and/or the I-type to be essentially identical so that they can be combined in a modular manner to form an overall configuration.
  • Such rotor-stator configurations can in particular be arranged coaxially to one another and connected to a common rotor shaft or to several rotor shafts.
  • the stator of the electric axial flow machine preferably has a stator body with several stator windings arranged in the circumferential direction.
  • the stator body can be designed as a single piece or in segments when viewed in the circumferential direction.
  • the stator body can be formed from a stator lamination package with several laminated electrical laminations.
  • the stator body can also be formed from a pressed soft magnetic material, such as the so-called SMC material (Soft Magnetic Compound).
  • the stator is housed in a housing.
  • the housing can be made of one or more parts.
  • the housing is particularly preferably made of plastic.
  • the housing can be closed on all sides. It is also possible to provide openings in the housing, for example to reduce weight or to provide access to a component.
  • the magnetic elements can be designed as permanent magnets, for example.
  • the magnetic elements are preferably designed to be essentially identical.
  • a rotor shaft is a rotatably mounted shaft of an electrical machine to which the rotor or rotor body is rotationally coupled.
  • the electric axial flow machine can also have a control device.
  • a control device as can be used in the present invention serves in particular for the electronic control and/or regulation of one or more technical systems of the electric axial flow machine.
  • the electric axial flux machine is intended in particular for use within a drive train of a hybrid or fully electric motor vehicle.
  • the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds of greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved.
  • the electric motor particularly preferably has an output of greater than 30 kW, preferably greater than 50 kW and in particular greater than 70 kW. It is further preferred that the electric machine provides speeds of greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, most particularly preferably greater than 12,500 rpm.
  • the electric axial flux machine can preferably also be installed in an electrically operated axle drive train.
  • An electric axle drive train of a motor vehicle comprises an electric axial flux machine and a transmission, wherein the electric axial flux machine and the transmission form a structural unit.
  • the electric axial flux machine and the transmission are arranged in a common drive train housing.
  • a drive train housing can also form a connection structure for the axial flux machine.
  • the electric axial flux machine it would of course also be possible for the electric axial flux machine to have a motor housing and the transmission to have a transmission housing, wherein the structural unit can then be effected by fixing the transmission relative to the electric axial flux machine.
  • This structural unit is sometimes also referred to as an E-axle.
  • a magnetic element preferably has a longitudinal extension and has a circumferential contour, wherein on a first side, which faces a first direction of rotation of the rotor when the magnetic element is installed in the rotor, a first flat surface section extending in the longitudinal direction and a second flat or freely formed surface section extending in the longitudinal direction are formed, wherein when the magnetic element is installed in the rotor, the first surface section is positioned radially above the second surface section, and on a second side, which faces a second direction of rotation of the rotor when the magnetic element is installed in the rotor, a third flat surface section extending in the longitudinal direction and a fourth flat or freely formed surface section extending in the longitudinal direction are formed.
  • the third surface section is positioned radially above the fourth surface section, wherein a first plane running through the first surface section and a third plane running through the third surface section intersect radially above the magnetic element in the direction of the longitudinal extent when the magnetic element is installed in the rotor, and a second plane running through the second surface section and a fourth plane running through the fourth surface section intersect radially below the magnetic element in the direction of the longitudinal extent when the magnetic element is installed in the rotor.
  • first flat surface section and the third flat surface section provide the advantage that, in particular via the first flat surface section and the third flat surface section, a straight and flat surface that can be produced precisely and economically can be provided in a partial area of the peripheral contour of the magnetic element, which can be sealed well in an injection molding or bonding process to form the rotor.
  • first flat surface section and the third flat surface section allow particularly precise radial positioning of the magnetic elements.
  • a reference “center of gravity to contact surface” of the magnetic element can be established via the first flat surface section and the third flat surface section. They can therefore be used as a reference when sorting or assigning the magnetic elements to their center of gravity. This allows geometric balancing to be carried out or the imbalance of the rotor to be minimized through geometric sorting.
  • Sorting and/or arranging the magnetic elements to reduce imbalance can then be carried out in addition to or in combination with an assessment of the weight of the magnetic elements.
  • the accuracy of the positioning of the magnetic elements is thereby optimized in order to minimize the imbalance caused by uneven positioning of the sorted magnetic elements in the rotor.
  • the accuracy of the balance of the rotor - influenced by the magnetic elements - is thus optimized by sorting the magnets taking into account the geometric and mass deviations and assigning them to a specific position in the rotor.
  • the first flat surface section and the third flat surface section provide areas along the peripheral magnet contour that are geometrically simplified (flat, straight surface sections) and can therefore be manufactured inexpensively and precisely. As already mentioned above, they can also be used as a sealing surface in production.
  • the circumferential contour of the magnetic elements can, for example, be implemented directly in a sintering tool, on the individual disks of a layered magnetic element or on the entire magnet.
  • the geometric features of the circumferential contour can be formed before passivation or after passivation with additional passivation or subsequent processes with a passivating effect. They can be used on both segmented and complete magnets.
  • the geometric details of the circumferential contour can be implemented symmetrically or asymmetrically and/or in sections on or in the circumferential contour.
  • a flat surface section is, in the sense of this invention, a flat two-dimensional surface. This means that for every two points in a surface section, a straight line runs completely within the surface section.
  • the surface section itself can also have local unevenness, in which case an average plane is laid through the corresponding surface section.
  • the magnetic elements can be designed as permanent magnets, for example.
  • the magnetic elements are preferably designed to be essentially identical.
  • the magnetic element is formed mirror-symmetrically with respect to its longitudinal extent.
  • the advantage of this embodiment is that the ease of assembly and the balancing of the rotor can be improved.
  • the circumferential contour has a chamfer at least in sections, which is formed at the transition between the circumferential contour and an axial surface.
  • the chamfer also allows for a more elastic connection to an injection molded or adhesive surface.
  • the first flat surface section and/or the second flat or freely formed surface section and/or the third flat surface section and/or the fourth flat or freely formed surface section each have structures that protrude or protrude from the respective flat surface at least in sections.
  • macroscopic shape details can also be provided on one or more surface sections of the magnetic element, which improve the transfer of the (centrifugal) forces to the corresponding adhesive surfaces and/or directly molded areas when the magnetic element is installed.
  • the circumferential contour has a fifth surface section which, when installed in the rotor, is oriented radially outward and connects the first surface section to the third surface section, wherein the fifth surface section has a circular arc-shaped contour whose axis of rotation runs coaxially to a rotation axis of the rotor.
  • the invention can also be further developed in such a way that the circumferential contour has a sixth surface section which, when installed in the rotor, is oriented radially inwards and connects the second surface section to the fourth surface section, wherein the sixth surface section has a chamfer which is formed at the transition between the sixth surface section and an axial surface.
  • This enables a wedge-like shape of the sixth surface section, by means of which, for example, the connection to an inner ring of the rotor can be improved.
  • a magnetic element it is possible for a magnetic element to be positioned via contact surfaces, but also via contact points.
  • the magnetic element has an upper region and a lower region, wherein the upper region runs above half of the longitudinal extension of the magnetic element and the lower region runs below half of the longitudinal extension of the magnetic element, and the first surface section and the third surface section run exclusively within the upper region of the magnetic element. This enables balancing or a defined installation of the magnetic element in the rotor by the upper region of the magnetic element.
  • a coupling element is arranged in the circumferential direction on both sides of one of the stiffening struts between one of the magnetic elements and the corresponding stiffening strut, wherein the coupling elements are formed from a material different from the inner ring and/or the outer ring and/or the magnetic elements and/or the stiffening struts.
  • At least one coupling element is arranged between two magnetic elements adjacent in the circumferential direction, which is coupled to at least one of the magnetic elements in a force-transmitting manner in the radial direction.
  • the coupling elements can be made of a material that has an E-modulus between 400MPa and 46,000MPa.
  • the advantage of this embodiment is that it provides a sufficient stiffness difference to the magnets of the Rotor can be provided in order to realize particularly good coupling properties.
  • the coupling elements are formed from a material that exhibits elastic behavior during operation of the rotor. This can ensure that the contact surfaces of the coupling elements with the adjacent components can be relieved.
  • the coupling elements are rod-shaped and have an average thickness of at least 0.4 mm, preferably 0.4-2 mm, particularly preferably 0.5-1.5 mm in the circumferential direction.
  • the advantageous effect of this embodiment is based on the fact that a minimum elasticity for decoupling can be developed as a result.
  • the coupling elements have at least one connection section that deviates from a rod shape and that at least partially rests against one of the magnetic elements. This makes it possible in particular to achieve the effect that radially acting force components between the coupling elements and the magnetic elements can be better transmitted, for example by the magnetic elements being positively encompassed by the corresponding connection sections of the coupling elements.
  • the invention can also be further developed in such a way that the coupling elements are essentially identical, which can also have a positive influence on the manufacturing costs due to the higher degree of uniformity.
  • the stiffening struts are cuboid-shaped, wherein the coupling elements at least partially rest against a longitudinal surface of one of the stiffening struts. This can achieve that the load transfer from one of the stiffening elements to one of the coupling elements occurs homogeneously without local over-emphasis.
  • stiffening struts are positioned like spokes and a magnetic element is arranged between two stiffening struts adjacent in the circumferential direction, and wherein an air space is provided on both sides of one of the stiffening struts between one of the magnetic elements and the corresponding stiffening strut in the molding tool,
  • a rotor can also be produced by a method for producing a rotor for an axial flow machine, in particular for an axial flow machine within a drive train of a motor vehicle, comprising the following steps:
  • stiffening struts are positioned like spokes and a magnetic element is arranged between two stiffening struts adjacent in the circumferential direction, and wherein an air space is provided on both sides of one of the stiffening struts between one of the magnetic elements and the corresponding stiffening strut in the molding tool,
  • the rotor can have an inner ring and an outer ring arranged coaxially thereto, wherein stiffening struts extending in the radial direction between the inner ring and the outer ring are arranged in a spoke-like manner, and a magnetic element is arranged between two stiffening struts adjacent in the circumferential direction, wherein an annular The bandage element is press-fitted so that a preload is introduced into the rotor via the bandage element.
  • the bandage element can be manufactured, for example, using machining processes. It is also conceivable that a bandage element is completely or partially pressed, wound or laid. The bandage element can also be completely or partially formed from injection molding or by means of a casting. Furthermore, the bandage element can be formed using a wet winding process or a prepreg.
  • a bandage element has a circumferentially closed contour.
  • the bandage element has a polygonal cross-sectional contour that deviates from a circular path on its inner surface facing the outer ring.
  • the auxiliary bandage of the bandage element has a polygonal cross-sectional contour that deviates from a circular path on its inner surface facing the outer ring. It is also preferred that the auxiliary bandage of the bandage element has a polygonal cross-sectional contour that deviates from a circular path on its outer surface facing away from the outer ring.
  • the polygonal cross-sectional contour on the outer surface preferably corresponds essentially to the polygonal cross-sectional contour of the inner surface of the auxiliary bandage.
  • the load bandage of the bandage element also preferably has a polygonal cross-sectional contour that deviates from a circular path on its inner surface facing the auxiliary bandage.
  • a bandage element can be formed from a plastic, at least in sections. It is particularly preferred that the plastic is arranged in a continuous closed manner on the bandage element. Reinforced plastics, in particular fiber-reinforced plastics, are particularly preferred. A fiber-reinforced plastic can contain a short fiber, long fiber or continuous fiber, as well as a mixture thereof. It is also conceivable that a bandage element at least partially, and preferably continuously closed, is made of a metallic material, in particular steel, and/or a ceramic.
  • a bandage element can be made of several parts with the same or partially different materials, whereby preferably at least one material in the circumferential direction of the bandage must have an E-modulus >48000MPa.
  • a bandage element can be molded directly onto the outer ring of the rotor in a primary molding process or can be attached to the outer ring subsequently after it has been formed.
  • a bandage element is machined again, at least in some areas, before being attached to the outer ring and also afterwards.
  • the bandage element can cover the outer ring of the rotor completely or in sections in the axial direction. In this case, the most complete axial coverage possible is preferred, as this enables a particularly high and even pressure application.
  • bandage element can be constructed modularly and flexibly adapted to the length of a rotor.
  • annular auxiliary bandage is applied to the outer ring.
  • the coupling elements, together with the pre-stressed auxiliary bandage, allow the rotor disk to be subjected to pressure all around. This can ensure that the mean stresses of the stress amplitudes are moved towards pressure during operation, which in turn has a positive effect on durability.
  • the bandage element is designed in several parts with at least one outer ring and at least one annular load bandage that is adjacent to the auxiliary bandage.
  • the advantage of this design is that it allows the prestresses introduced into the rotor and the operating stresses in the rotor and in the bandage to be controlled better and more precisely.
  • the material of the auxiliary bandage is different from the material of the load bandage, whereby the adjustability of the preloads and the operating stresses in the rotor and in the bandage can be further optimized.
  • magnets and radial struts at least partially determine the deflection points of the polygonal line and the initial stiffness of the installed bandage is thereby increased.
  • At least one material of a multi-part bandage element in particular the load bandage, has an E-modulus of >48,000 MPa in the circumferential direction of the bandage element.
  • the advantageous effect of this embodiment is based on the fact that the bandage can absorb a relevant operating load due to the increased circumferential stiffness and thus reduces the stress on the rotor disk.
  • the prestress introduced into the rotor by the auxiliary bandage is greater than the prestress introduced by the load bandage. This can achieve the effect, particularly when using different materials, that the ratio of mean stress to stress amplitudes in the bandages can be controlled in a targeted manner. This can also optimize the pressing force in relation to the tolerance situation.
  • the invention can also be further developed in such a way that the load bandage is applied to the auxiliary bandage in such a way that it does not introduce any pre-tension into the rotor.
  • the advantage of this design is that the mean stress in the load bandage is minimized.
  • the outer ring has a polygonal peripheral outer contour with a plurality of support points.
  • the support points of the polygonal line are determined by the load-introducing elements. This allows, for example, the magnets and radial struts to at least partially determine the deflection points of the polygonal line and thereby increase the initial stiffness of the installed bandage.
  • the first load range is a load range caused by centrifugal force or thermal expansion during operation of the rotor, for example.
  • the bandage element is polygonalized along its load introduction and support points, it can have advantageous rigidity and absorb corresponding loads particularly well.
  • the bandage element is formed in one piece, in particular monolithically, with the outer ring.
  • This has the advantage that the load-bearing bandage moves even closer to the load-generating components (magnets) and can therefore absorb the load more effectively.
  • less rigid load transfer paths are reduced, which leads to a more rigid connection with fewer relative movements.
  • the rotor can be manufactured, for example, by a process comprising the following steps:
  • the method can also be adapted to provide a rotor with an inner ring and an outer ring arranged coaxially thereto, wherein stiffening struts extending in the radial direction between the inner ring and the outer ring are arranged like spokes, and a magnetic element is arranged between each of two stiffening struts adjacent in the circumferential direction.
  • the inner ring can be partially or completely removed from the rotor, for example by milling.
  • At least one of the stiffening struts and/or at least one of the magnetic elements is connected to at least one cover plate, which at least partially spans the rotor on a second end face of the rotor, so that during operation of the rotor a force transmission can be effected from one of the stiffening struts and/or at least one of the magnetic elements to the at least one cover plate and/or vice versa. It can This enables a further improvement in axial rigidity, the distribution of stress peaks, the acoustic properties and the wear resistance to be achieved by covering the rotor at least in sections on both of its front sides by a cover plate.
  • the cover disk on the first end face of the rotor and/or the cover disk on the second end face of the rotor are/is designed in the shape of an annular disk, which has proven to be particularly advantageous in terms of manufacturing costs and for reasons of operational reliability.
  • the cover disk on the first end face of the rotor and/or the cover disk on the second end face of the rotor are/is designed in multiple parts.
  • the cover disk on the first end face of the rotor and/or the cover disk on the second end face of the rotor are/is formed from disc elements stacked in layers.
  • the stacked disc elements can be made of the same or different materials.
  • the cover disk on the first end face of the rotor and/or the cover disk on the second end face of the rotor to be designed in multiple parts in the circumferential direction, for example as ring segments.
  • cover disk on the first end face of the rotor and/or the cover disk on the second end face of the rotor can also be advantageous for the cover disk on the first end face of the rotor and/or the cover disk on the second end face of the rotor to be designed in multiple parts in the radial direction, for example as ring disks arranged coaxially to one another.
  • cover disk on the first end face of the rotor and the cover disk on the second end face of the rotor each have a ferromagnetic material in an overlap region and/or contact region with a magnetic element.
  • cover plate on the first face of the rotor and the cover plate on the second face of the rotor have a respective Cover the front side in sections, cover it completely or even protrude.
  • the cover plate on the first end face of the rotor and/or the cover plate on the second end face of the rotor can be flat or contoured.
  • the cover plate on the first end face of the rotor and/or the cover plate on the second end face of the rotor has been surface-treated at least in sections, preferably completely, on its surface facing away from the rotor and/or towards the rotor, thereby enabling further modification and adaptation of a cover plate to specific operating conditions of the rotor.
  • the cover plate on the first end face of the rotor and the cover plate on the second end face of the rotor have been coated at least in sections, preferably completely, on its surface facing away from the rotor and/or towards the rotor, for example with a varnish.
  • cover plate on the first end face of the rotor and/or the cover plate on the second end face of the rotor can thus be attached directly to these components in the original molding process or can also be attached subsequently.
  • the cover plate on the first end face of the rotor and/or the cover plate on the second end face of the rotor can be reworked, at least in partial areas, in particular by means of machining processes, even after assembly on the rotor.
  • the cover plate on the first end face of the rotor and/or the cover plate on the second end face of the rotor are made of a Plastic, in particular a fiber-reinforced and/or spherically reinforced plastic, non-magnetic steel, aluminum or ceramic.
  • the cover disk on the first end face of the rotor and the cover disk on the second end face of the rotor protrude radially beyond the edge of the outer ring and that a bandage element rests axially on the outer ring between the cover disks.
  • the invention can also be further developed in such a way that the cover plate on the first end face of the rotor and/or the cover plate on the second end face of the rotor have fastening means by means of which a torque can be transmitted from the rotor to a rotor flange, via which the torque can be introduced into a rotor shaft.
  • the fastening means comprise fastening openings arranged equidistantly on a circular path. This makes it possible to produce a preferred connection to a flange, with the fastening openings then being penetrated, for example, by screws that connect the flange to the rotor in a torque-transmitting manner.
  • the cover plate on the first end face of the rotor and/or the cover plate on the second end face of the rotor has/has indentations directed into the interior of the rotor.
  • the advantage of these indentations is based in particular on a local voltage conduction and relief of a cover plate.
  • the cover plate on the first end face of the rotor and/or the cover plate on the second end face of the rotor has/has an average axial extension which corresponds to between 1 - 80% of the axial extension of the magnetic elements, which has proven to be particularly advantageous with regard to the desirable axial rigidity of a rotor.
  • the invention can also be advantageously designed such that the cover plate on the first end face of the rotor and the cover plate on the second end face of the rotor are essentially identical, which can have a positive influence on the manufacturing costs of the rotor due to the increased proportion of identical parts.
  • cover plate on the first end face of the rotor and the cover plate on the second end face of the rotor are made of different materials and/or have a different geometric design.
  • the cover plate on the first face of the rotor and/or the cover plate on the second face of the rotor can be specifically designed with regard to fire protection requirements and thus serve as a protective layer for the other components of the rotor. This means that, for example, the overall fire protection qualification of the rotor can be guaranteed without the individual components hidden under the cover plates having to meet these requirements directly.
  • the rotor for an axial flux machine in particular for an axial flux machine within a drive train of a motor vehicle, has a plurality of magnetic elements which are arranged circumferentially distributed in the rotor, wherein the magnetic elements are supported radially inwardly on an inner ring.
  • the inner ring can also be formed, for example, by a rotor shaft, so that the magnetic elements are supported radially inward on the rotor shaft, which functions as the inner ring.
  • the magnetic elements can be supported radially directly on the inner ring, at least in sections, or indirectly, at least in sections, for example via a support rib formed radially between the inner ring and a magnetic element.
  • the support rib can in particular be designed as one piece with the inner ring.
  • the inner surface of the inner ring can be used for repeated machining processes, for example by coupling a corresponding handling tool to the inner surface of the inner ring.
  • the inner ring can also help to provide as little resistance as possible to circumferential preloading of the rotor by means of external preloading, so that the preloading can generate circumferential residual stresses.
  • the inner ring therefore represents a less rigid inner contour, which allows the rotor to be preloaded in the circumferential direction, for example by means of a bandage element, or allows the formation of circumferential residual stresses through the preloading.
  • the inner ring also allows the individual tolerances of as many of the other components of the rotor as possible to be increased.
  • the inner ring can "buffer" component tolerances.
  • the inner ring can therefore also define the inner diameter of the rotor very precisely.
  • the inner ring can be connected to other components of the rotor as a separate component or can be manufactured as a common component with them.
  • the inner ring can be formed by machining, pressing, injection molding or casting with filled or unfilled or reinforced or unreinforced polymer. It can be attached directly to the contact ribs and/or the stiffening struts using the primary molding process or attached to them later. In particular, it can also be cut from an extruded profile and connected to the rotor.
  • the inner surface of the inner ring has a contour and/or a form-fitting means, by means of which a circumferentially defined reception of the rotor can be ensured, for example in a handling tool.
  • the rotor has an outer ring arranged coaxially to the inner ring, on which the magnetic elements are supported radially outward.
  • a plurality of contact ribs extend radially outwards from the inner ring and that a plurality of the magnetic elements are supported on the contact ribs. This can ensure that the magnetic elements are fixed in the radial and/or axial and/or circumferential direction. can rest on the contact ribs.
  • a contact rib on the contact surface to the magnetic element can have a corresponding contour.
  • a contact rib has a V-like contour in cross section, wherein the tip of the V-shaped contour is oriented radially inward.
  • the number of support ribs corresponds to the number of magnetic elements.
  • the advantageous effect of this embodiment is based on the fact that it enables a particularly precisely adjustable support of the magnetic elements to be achieved.
  • a plurality of the contact ribs have an opening that axially penetrates the respective contact rib. This allows a contact rib to be connected to a rotor flange, for example, in order to transmit a torque from the rotor to the rotor flange via the contact ribs.
  • the invention can also be further developed in such a way that a stiffening strut extending in the radial direction between the inner ring and the outer ring is arranged between two adjacent contact ribs in the circumferential direction.
  • the inner ring and the contact ribs are formed in one piece, in particular monolithically. This makes it possible to simplify the manufacture of the inner ring and the contact ribs. According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can therefore also be provided that the inner ring is formed by means of an extrusion process. It may also be advantageous to further develop the invention in such a way that the inner ring is made of a material with an E-modulus of less than 47 GPa. The advantage that can be achieved in this way is that the circumferential prestress builds up in the structure of the rotor disk and is less blocked by the ring.
  • the axial extension of the inner ring corresponds to at least 20% of the axial extension of the rotor.
  • the invention can also be advantageously designed such that the inner ring can be removed from the rotor.
  • the inner ring can thus be removed, for example, before the rotor shaft is pressed in. It is therefore particularly preferred that the contact ribs remain in the rotor when the inner ring is removed.
  • the inner ring serves as a type of protective element for the radially outer components, for example for the front sides of the stiffening struts towards the rotor shaft.
  • the inner ring can preferably be designed with play relative to the rotor shaft.
  • the inner ring does not transmit any torque to the rotor shaft via its inner surface.
  • the rotor for an axial flux machine in particular for an axial flux machine within a drive train of a motor vehicle, can comprise a plurality of magnetic elements which are arranged circumferentially distributed in the rotor, wherein the magnetic elements are supported radially inwardly on a plurality of contact ribs.
  • the torque generated by the magnetic elements is directed to the contact ribs, via which it can then be passed on to the rotor shaft, for example with the interposition of a rotor flange. It is also possible to transmit part of the torque to the rotor shaft via the contact ribs directly or with the interposition of an inner ring (radially). This can be done, for example, by means of frictional engagement and/or positive engagement and/or material bonding.
  • the contact ribs can also transmit the torque to a component or a chain of components, which then introduce the torque into the shaft.
  • the contact ribs provide a support effect against axial tilting of the magnetic elements during operation of the rotor. This can also ensure that the magnetic elements can be fixed to the contact ribs in the radial and/or axial and/or circumferential direction.
  • a contact rib on the contact surface to the magnetic element can have a corresponding contour.
  • a contact rib has a V-like contour in cross section, wherein the tip of the V-shaped contour is oriented radially inward.
  • a support rib can be made of one or more parts.
  • a contact rib is preferably designed so that it has a radial extension which corresponds to at least 48% of the radial extension between the radially outer edge of the rotor shaft and the radially outer edge of the magnetic elements
  • a support rib can be connected to other components of the rotor.
  • a support rib can be present as a separate component in the rotor. It is also possible for several support ribs, preferably all support ribs, to be connected to one another, for example via an inner ring.
  • a support rib can be produced by machining, pressing, injection molding or casting, with filled or unfilled or reinforced or unreinforced polymer. It can also be made from non-magnetic steel or ceramic.
  • a support rib can be attached directly to a magnetic element and/or the rotor shaft in a primary forming process or can be attached subsequently. It is also possible for a support rib to be connected to a single or multi-layer interface on both the shaft side and the magnet side.
  • the number of magnetic elements corresponds to the number of contact ribs, which can contribute to a particularly good support of the magnetic elements.
  • one support rib is provided for the installation of several magnetic elements or that several support ribs are used per magnet.
  • a plurality of the contact ribs have an opening that axially penetrates the respective contact rib.
  • a support rib can be connected to a rotor flange in order to transfer torque from the rotor to the rotor flange via the support ribs.
  • At least one stiffening strut extending in the radial direction is arranged between two adjacent support ribs in the circumferential direction.
  • a plurality of contact ribs each extend radially outward from an inner ring.
  • the inner ring can thus help to offer as little resistance as possible to a circumferential prestress of the rotor by an external prestress, so that the prestress can generate circumferential internal stresses.
  • the inner ring thus represents a less rigid inner contour, which allows the rotor to be prestressed in the circumferential direction, for example by a bandage element, or allows the formation of circumferential internal stresses by the prestress.
  • the inner surface of the inner ring can be used for repeated machining processes, for example by coupling a corresponding handling tool to the inner surface of the inner ring.
  • the invention can also be further developed in such a way that a plurality of contact ribs, preferably all contact ribs, are essentially identical.
  • the increased degree of uniformity of the rotor can reduce manufacturing costs in particular.
  • a majority of the contact ribs are formed from a plastic, in particular a fiber-reinforced plastic, a non-magnetic steel or a ceramic. It may also be advantageous to further develop the invention in such a way that the contact ribs are formed from an extruded profile. This makes it possible to simplify the manufacture of the contact ribs and any inner ring that may be present.
  • the support ribs are formed from punched and packaged sheets.
  • the invention can also be advantageously designed such that at least one contact rib has a form-locking means on its surface directed radially inwards towards a rotor shaft, via which a torque-transmitting connection can be established between the rotor shaft and the contact rib.
  • the advantage that this results in is in particular that a clear positioning of the rotor shaft and the contact rib relative to one another can be provided.
  • the rotor for an axial flux machine in particular for an axial flux machine within a drive train of a motor vehicle, comprises a plurality of magnetic elements which are arranged circumferentially distributed in the rotor, wherein the magnetic elements are supported radially outwardly on an outer ring.
  • This support can be direct or indirect.
  • direct support the magnetic element rests against the outer ring at least in sections.
  • indirect support there is at least a layer of material between the magnetic element and the outer ring in sections.
  • the outer ring provides the magnetic elements with a "soft bedding" in order to protect the brittle material of the magnetic elements well from unwanted stress peaks.
  • the outer ring can therefore preferably cling to the magnetic elements, which can be achieved in terms of manufacturing technology, for example, by an injection molding process and/or via an interface layer such as an adhesive and/or via a material whose modulus of elasticity is lower than the material of the magnetic elements. This allows the force emanating from a magnetic element to be diverted over the largest possible contact area, which can reduce local pressure stresses.
  • the outer ring can increase the axial rigidity of the rotor.
  • the outer ring can be produced by injection molding or casting, with filled or unfilled or reinforced or unreinforced polymer. It is also conceivable to form the outer ring from non-magnetic steel or ceramic.
  • an annular bandage element rests on the outer ring by means of a press fit, so that a preload is introduced into the rotor via the bandage element.
  • the outer ring can provide the bandage element with a uniform bed on its outer surface, which can simplify the pressing-on process of the bandage element and support an even load transfer to the bandage element. Furthermore, local (over)stressing of the bandage element in the transverse direction can be reduced or completely avoided.
  • the outer ring can also provide a uniform outer surface over which a bandage element can be pressed on. This surface can also be brought to an exact size before the pressing-on process, with which the overlap to the pressed-on bandage element can be adjusted.
  • the outer ring therefore locally absorbs and concentrates the forces that occur during operation of the rotor from the magnetic elements and/or from the stiffening struts and passes these on to the bandage element in a homogenized manner over a larger area.
  • the outer ring is circumferentially closed, which is particularly advantageous in terms of manufacturing technology but also with regard to the axial rigidity of the rotor can be beneficial.
  • the outer ring is formed from individual ring segments.
  • a ring segment of the outer ring and a magnetic element can form a structural unit, which is then formed into a ring by circumferentially arranging a plurality of these structural units.
  • the outer ring can therefore be formed as a closed ring or from ring segments which are arranged to form a ring.
  • the outer ring can be rolled up from a punched strip or cut from an extruded profile. It is also conceivable that an outer ring can be punched out of a plate and fanned out as a longitudinal structure.
  • the outer ring can comprise a plurality of pockets, each of which has a contact surface for a magnetic element extending in the circumferential direction and has a coupling section extending radially inward from the outer ring on both sides of the magnetic element in the circumferential direction.
  • This can achieve the effect in particular of improving the guidance and contact of the magnetic elements in the circumferential direction.
  • the pockets also facilitate the manufacture of the rotor, since the magnetic elements can be positioned in a predefined position relative to the outer ring via the pockets, for example before an injection molding or casting process.
  • the invention can also be further developed in such a way that between two magnetic elements adjacent in the circumferential direction at least one stiffening strut extending in the radial direction towards the outer ring is arranged, whereby load paths can also be transferred in a defined manner to the outer ring through the stiffening struts.
  • a plurality of stiffening struts are each supported in the radial direction on the outer ring, so that the stiffening struts can be prevented from tipping. This also allows the forces of the stiffening struts to be transferred particularly homogeneously to the bandage element. This contributes positively to the overall axial stiffness of the rotor disk.
  • the outer ring is formed by means of an extrusion process, which is particularly favorable in terms of manufacturing technology.
  • the invention can also be advantageously designed such that the outer ring has a polygonal outer contour with a plurality of support points. It has been shown that if the outer ring is polygonalized along its load introduction and support points, it has an advantageous rigidity and can absorb corresponding loads particularly well.
  • the support points of the polygon are determined by the load-introducing elements. This means that the shape during loading is already anticipated in the unloaded structure, which leads to increased initial stiffness.
  • the rotor for an axial flux machine in particular for an axial flux machine within a drive train of a motor vehicle, comprises an inner ring and an outer ring arranged coaxially thereto, and magnetic elements arranged between the inner ring and the outer ring, wherein stiffening struts extending in the radial direction are arranged in a spoke-like manner between the inner ring and the outer ring, and in the circumferential direction on both sides of a stiffening strut one of the magnetic elements is arranged and operatively connected to a stiffening strut such that a force component caused by centrifugal force acting on the magnetic elements during operation of the rotor can be transferred from a magnetic element to a stiffening strut and/or vice versa.
  • At least one of the stiffening struts and/or at least one of the magnetic elements is connected to at least one cover plate which spans the rotor at least in sections on a first end face of the rotor, so that during operation of the rotor a force transmission can be effected from one of the stiffening struts and/or at least one of the magnetic elements to the at least one cover plate and/or vice versa.
  • the rotor according to the invention allows the centrifugal loads of the magnetic elements to be distributed more evenly radially outwards, for example in the outer ring and/or in a bandage element.
  • the inner ring can also be formed, for example, by a rotor shaft, so that the magnetic elements are supported radially inward on the rotor shaft, which functions as the inner ring.
  • stiffening struts can partially or completely have direct contact with the bandage.
  • the cover plate allows the provision of a homogeneous contact surface for contacting and absorbing the operating forces, for example through a flange.
  • the flange can advantageously be connected to the cover plate via a closely tolerated contact surface in order to to be able to absorb the operating forces that occur evenly and safely.
  • the cover plate can distribute stress peaks caused by inhomogeneities in the rotor over larger areas and thus reduce them.
  • the cover plate can have a beneficial effect on the acoustics and air friction during operation of the rotor thanks to a homogeneous, particularly flat, surface.
  • the cover plate can also minimize the effects of the contact and the wear of the functional components of the rotor.
  • the cover plate can also serve as a type of wear element for the rotor to rub against the stator. On the one hand, this serves to protect the internal structure, and on the other hand, the cover plate can be treated locally to minimize the effects of the rub, for example by means of a sliding layer for lower energy input, a local wear-resistant layer, and/or a sensor in the area of a contact point to detect the start-up.
  • stiffening struts extending in the radial direction between the inner ring and the outer ring are arranged in a spoke-like manner, with a magnetic element being arranged between each two stiffening struts adjacent in the circumferential direction.
  • a coupling element is arranged in the circumferential direction on both sides of one of the stiffening struts between one of the magnetic elements and the corresponding stiffening strut, wherein the coupling elements are formed from a material different from the inner ring and/or the outer ring and/or the magnetic elements and/or the stiffening struts.
  • At least one of the stiffening struts is designed in several parts. It can also be provided that a majority of the stiffening struts are designed in several parts. Furthermore, it is possible that all stiffening struts are designed in several parts. Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that at least one of the stiffening struts is formed in one piece with the inner ring and/or the outer ring. It can also be preferred that a majority of the stiffening struts are formed in one piece with the inner ring and/or the outer ring. Most preferably, all stiffening struts are formed in one piece with the inner ring and/or the outer ring.
  • the stiffening struts can be inserted directly into the rotor in a primary forming process or can be arranged in it later.
  • the stiffening struts can be processed before being attached to the rotor and again afterwards, at least in some areas.
  • At least one material of at least one stiffening strut has an E-modulus of greater than 6000MPa in the radial extension of the stiffening strut. It can also be preferred that at least one material of a plurality of stiffening struts has an E-modulus of greater than 6000MPa in the radial extension of the stiffening struts. Furthermore, it is also preferred that at least one material of all stiffening struts has an E-modulus of greater than 6000MPa in the radial extension of the stiffening strut.
  • the invention can also be further developed in such a way that at least one of the stiffening struts is formed from a plastic, in particular a fiber-reinforced plastic, non-magnetic steel, aluminum or a ceramic.
  • the material of one of the stiffening struts is different from the material of the coupling elements and/or the inner ring and/or the outer ring and/or the magnetic elements
  • the stiffening struts can be machined, pressed, wound, laid from injection molding, potting, wet winding or PrePreg with filled or unfilled or reinforced or unreinforced polymer.
  • the reinforcements can be spherical, short fiber, long fiber or continuous fiber or a mixture thereof.
  • stiffening struts, the magnetic elements and/or the inner ring have an opposite prestress to a load bandage and/or an auxiliary bandage at the operating point of the rotor.
  • stiffening struts are cuboid-shaped.
  • a majority of the stiffening struts are cuboid-shaped.
  • all stiffening struts are cuboid-shaped.
  • stiffening struts preferably all stiffening struts, are designed essentially identically, which is advantageous in particular with regard to the manufacturing costs.
  • the invention can also be advantageously designed such that at least one of the stiffening struts is connected on one of its axial surfaces to a cover plate, which at least partially spans the rotor on one end face of the rotor.
  • a plurality of the stiffening struts are each connected on one of their axial surfaces to a cover plate, which at least partially spans the rotor on one end face of the rotor.
  • all stiffening struts are each connected on one of their axial surfaces to a cover plate, which at least partially spans the rotor on one end face of the rotor.
  • Figure 1 is a perspective view of a rotor for an axial flow machine
  • Figure 2 is an exploded view of a rotor for an axial flow machine
  • Figure 3 is a cross-sectional view of a rotor of an axial flow machine
  • Figure 4 is a cross-sectional detail view of the rotor shown in Figure 3,
  • Figure 5 isolated stiffening struts, outer ring and bandage element in a perspective view
  • Figure 6 an outer ring in a cross-sectional view
  • Figure 7 is a detailed view of the contact surface of the outer ring in a cross-sectional view
  • Figure 8 is a detailed view of a coupling element in the rotor in a cross-sectional view
  • Figure 9 shows a rotor in three different manufacturing states in a cross-sectional view
  • Figure 10 shows a first embodiment of a magnetic element in a cross-sectional view
  • Figure 11 shows a first embodiment of a magnetic element in a perspective view
  • Figure 12 shows a second embodiment of a magnetic element in a perspective view
  • Figure 13 shows a third embodiment of a magnetic element in a perspective view
  • Figure 14 shows a fourth embodiment of a magnetic element in a perspective view
  • Figure 15 two embodiments of a bandage element in a perspective sectional view
  • Figure 16 a rotor in a perspective axial section view
  • Figure 17 a rotor with cover disks in an axial section
  • Figure 18 shows a free-standing inner ring with contact ribs and magnetic elements in a cross-sectional view
  • Figure 19 a rotor without inner ring in a cross-sectional view
  • Figure 20 two embodiments of an axial flow machine in a schematic axial sectional view
  • Figure 21 a motor vehicle with an axial flow machine in a schematic representation
  • Figure 1 and Figure 2 show a rotor 1 for an axial flow machine 2, in particular for an axial flow machine 2 within a drive train 3 of a motor vehicle 4, as also sketched in Figure 21.
  • the rotor 1 comprises an inner ring 5 and an outer ring 6 arranged coaxially thereto, wherein rod-like, rectangular in cross-section, Stiffening struts 7 are arranged like spokes.
  • a magnetic element 8 is arranged between each two stiffening struts 7 adjacent in the circumferential direction.
  • a coupling element 9 is arranged in the circumferential direction on both sides of one of the stiffening struts 7 between one of the magnetic elements 8 and the corresponding stiffening strut 7.
  • the coupling elements 9 are essentially identical.
  • the coupling elements 9 are formed from a material different from the inner ring 5 and/or the outer ring 6 and/or the magnetic elements 8 and/or the stiffening struts 7 and/or the contact ribs 60.
  • the magnetic elements 8 are held radially on the outside by a closed outer ring 6.
  • the ring-shaped auxiliary bandage 12 with the ring-shaped load bandage 17 is connected to this.
  • Radially on the inside, the magnetic elements 8 rest on the inner ring 5 via the contact ribs 60, which is coupled to the rotor shaft 23 via the flange 16.
  • a cover disk 18, 19 is attached axially on both sides.
  • the flange 16 holds the inner ring 5 or the contact ribs 60 and is connected to the flange ring 20 with screws.
  • the compression limiters 21 support the inner ring 5 and act as screw support elements.
  • the coupling element 9 serves to compensate for relative displacements between the magnetic elements 8 and other components, and at the same time to reduce the normal tensile stress on the coupling elements 9. At the same time, the coupling elements 9 are used to transfer centrifugal forces of the magnetic elements 8 to the stiffening struts 7 and thus relieve the cover layers, among other things.
  • the coupling elements 9 bind the cover layers, i.e. the cover disks 18, 19, axially to the rotor 1 in order to keep the air gap between the rotor 1 and the stator 22 stable.
  • Coupling elements 9 also allow the rotor 1 to be subjected to circumferential pressure together with the pre-tensioned bandage (before the shaft is pressed in). For this purpose, an annular auxiliary bandage 12 is applied to the outer ring 6.
  • the elasticity of the coupling element 9 ensures that the The overall stiffness of the rotor 1 is defined or adjusted to the desired level.
  • the rotor 1 is shown with an inner ring 5 on which the stiffening struts are supported radially.
  • the inner ring 5 from Figures 3-4 can also have been removed, for example by milling, before mounting on the rotor shaft 26, so that in the mounted state the inner ring 5 is formed by the outer surface of the rotor shaft 26. This is shown in Figure 19, where the stiffening struts 7 are then supported radially directly on the rotor shaft 26.
  • the rotor 1 can be used in an axial flow machine 2 in H-configuration, as shown in figure a of Figure 20, or in I-configuration, which is shown in figure b of Figure 20.
  • Figure 4 shows a detailed view of the rotor 1 known from Figure 3.
  • the inner ring 5 and the outer ring 6 arranged coaxially thereto can be clearly seen, with stiffening struts 7 extending in the radial direction between the inner ring 5 and the outer ring 6 being arranged like spokes, and a magnetic element 8 being arranged between each of two stiffening struts 7 adjacent in the circumferential direction.
  • An annular bandage element 44 rests on the outer ring 6 by means of a press fit, so that a preload is introduced into the rotor 1 via the bandage element 44.
  • the bandage element 44 can cover the outer ring 6 of the rotor 1 completely or in sections in the axial direction.
  • the bandage element 44 is designed in several parts, with at least one annular auxiliary bandage 12 resting on the outer ring 6 and at least one annular load bandage 17 resting on the auxiliary bandage 12. In principle, it would also be possible to design the bandage element 44 in one piece. Furthermore, it is also possible for only the auxiliary bandage 12 to be applied via a press fit, and the load bandage 17 to be positioned on it without any load.
  • the coupling elements 9 of the rotor 1 are explained in more detail below with reference to Figure 8.
  • the coupling element 9 serves primarily to compensate for relative displacements between the magnetic elements 8 and other components, and at the same time to reduce the normal tensile stress on the coupling elements 9.
  • the coupling elements 9 are used to transfer centrifugal forces of the magnetic elements 8 to the stiffening struts 7 and thus, among other things, to relieve the cover layers.
  • the coupling elements 9 bind the cover layers, i.e. the cover disks 18, 19, axially to the rotor 1 in order to keep the air gap between the rotor 1 and the stator 22 stable.
  • Coupling elements 9 also allow the rotor 1 to be subjected to circumferential pressure together with the pre-tensioned bandage (before the shaft is pressed in). For this purpose, an annular auxiliary bandage 12 rests on the outer ring 6. The elasticity of the coupling element 9 defines the overall stiffness of the rotor 1 or adjusts it to the desired level.
  • the coupling elements 9 are preferably formed from a material that has an E-modulus between 400MPa and 46,000MPa and an elastic behavior during operation of the rotor 1.
  • the coupling elements 9 are rod-shaped and have an average thickness 10 of at least 0.47 mm, preferably 0.5-10 mm, particularly preferably 0.5-5 mm in the circumferential direction.
  • the coupling elements 9 also have a connection section 13 in the area of the magnetic elements 8 that differs from a rod shape and which partially rests on one of the magnetic elements 8.
  • the stiffening struts 7 are cuboid-shaped, with the coupling elements 9 each resting at least partially on a longitudinal surface 11 of one of the stiffening struts 7.
  • the central bore and shaft mount are then produced by removing most or all of the inner ring 5. Pressing on the rotor shaft 23 with axial fixation of the flange 16 represents the interface to the rotor 1.
  • the rotor 1 is balanced in a balancing process on the flange 16, the flange slide 20, the outer ring 6 or on the coupling elements 9.
  • a first method for producing a rotor 1 for an axial flow machine 2 can, as explained again, comprise the following steps: First, a molding tool 14, a plurality of stiffening struts 7, and a plurality of magnetic elements 8 are provided.
  • stiffening struts 7 and the magnetic elements 8 are then arranged in the mold 14 so that the stiffening struts 7 are positioned like spokes and a magnetic element 8 is arranged between two stiffening struts 7 adjacent in the circumferential direction, and an air space 15 is provided on both sides of one of the stiffening struts 7 between one of the magnetic elements 8 and the corresponding stiffening strut 7 in the mold 14.
  • This manufacturing state can be seen in illustration a of Figure 9.
  • the air spaces 15 on both sides of one of the stiffening struts 7 are filled with a material which is different from the material of the inner ring 5 and/or the Outer ring 6 and/or the magnetic elements 8 and/or the stiffening struts 7 are different, so that a coupling element 9 is formed between one of the magnetic elements 8 and the corresponding stiffening strut 7.
  • the filling can be carried out by means of an injection molding process in the mold 14 or a casting process. However, the filling can also only take place after one or both cover disks 18, 19 have been applied.
  • a molding tool 14 a plurality of stiffening struts 7, a plurality of magnetic elements 8, and a plurality of coupling elements 9 with a material that is different from the material of an inner ring 5 and/or an outer ring 6 and/or the magnetic elements 8 and/or the stiffening struts 7.
  • an arrangement of the stiffening struts 7 and the magnetic elements 8 is then first carried out in the molding tool, so that the stiffening struts 7 are positioned like spokes and a magnetic element 8 is arranged between two stiffening struts 7 adjacent in the circumferential direction, and wherein on both sides of one of the stiffening struts 7 an air space 15 is provided between one of the magnetic elements 8 and the corresponding stiffening strut 7 in the molding tool 14.
  • the inner ring 5 and the outer ring 6 are then injection molded using the mold 14 so that the position of the stiffening struts 7, the magnetic elements 8, the inner ring 5 and the outer ring 6 relative to one another is fixed. Finally, the coupling elements 9 are inserted into the air spaces 15 on both sides of one of the stiffening struts 7.
  • Figure c of Figure 9 then shows the rotor 1 with the coupling elements 9 inserted.
  • the rotor 1 can be used in an axial flow machine 2 in H configuration, as shown in figure a of Figure 9, or in I configuration, which is shown in figure b of Figure 9.
  • Figure 10 shows a magnetic element 8 for a rotor 1 of an axial flow machine 2, wherein the magnetic element 8 has a longitudinal extension 24 and a circumferential contour 25.
  • a first flat surface section 27 extending in the longitudinal direction and a second flat surface section 28 extending in the longitudinal direction are formed on a first side 26, which faces a first direction of rotation of the rotor 1 when the magnetic element 8 is installed in the rotor 1.
  • the first surface section 27 is positioned radially above the second surface section 28.
  • the magnetic element 8 is formed mirror-symmetrically with respect to its longitudinal extent 24.
  • a third flat surface section 30 extending in the longitudinal direction and a fourth flat surface section 31 extending in the longitudinal direction are formed, wherein when the magnetic element 8 is installed in the rotor 1, the third surface section 30 is positioned radially above the fourth surface section 31.
  • the surface sections 27, 28, 30, 31 are arranged and shaped such that a first plane 32 running through the first surface section 27 and a third plane 33 running through the third surface section 30 intersect radially above the magnetic element 8 in the direction of the longitudinal extent 24 when the magnetic element 8 is installed in the rotor 1, and a second plane 34 running through the second surface section 28 and a fourth plane 35 running through the fourth surface section 31 intersect radially below the magnetic element 8 in the direction of the longitudinal extent 24 when the magnetic element 8 is installed in the rotor 1.
  • the first flat surface section 27 and the third flat surface section 30 have a length in the circumferential direction of the magnetic element 8 of at least 2mm and a maximum of 48mm.
  • the first flat surface section 27 and the third flat surface section 30 can be used for sealing, radial positioning in the tool during the manufacture of the rotor 1 and as a reference surface for magnet sorting (center of gravity relative to geometric shape).
  • Figure 10 further shows that the circumferential contour 25 has a fifth surface section 39 which, when installed in the rotor 1, is oriented radially outwards and connects the first surface section 27 to the third surface section 30, wherein the fifth surface section 39 has a circular arc-shaped contour whose axis of rotation runs coaxially to a rotation axis of the rotor 1.
  • the magnetic element 8 therefore has a contour on its radially outer surface which essentially follows a circular arc whose center is concentric to the axis of rotation of the rotor 1. Through this contour, the (centrifugal) loads generated by the magnetic element 8 are evenly transmitted to the radially outer component areas (e.g. the auxiliary bandage 12 or the load bandage 17). In addition, the magnetic element 8 supports these outer areas evenly.
  • the magnetic element 8 has an upper region 42 and a lower region 43, wherein the upper region 42 runs above half of the longitudinal extension 24 of the magnetic element 8 and the lower region 43 runs below half of the longitudinal extension 24 of the magnetic element 8.
  • the first surface section 27 and the third surface section 30 run exclusively within the upper region 42 of the magnetic element 8.
  • the peripheral contour 25 can have a chamfer 36, which is formed at the transition between the peripheral contour 25 and an axial surface 37.
  • the chamfer 36 runs all the way around the peripheral contour 25.
  • the chamfer 36 can help to improve the adhesion of a magnetic element 8 to the neighboring components in the area of the peripheral contour 25, for example in order to provide a thicker and thus more elastic adhesive layer or connecting layer towards the Magnetic element 8 can be enabled.
  • the chamfer 36 can vary in terms of its contour over its course along the circumference of the magnet.
  • Figure 12 shows an embodiment of a magnetic element 8 in which the circumferential contour 25 has a sixth surface section 40 which, when installed in the rotor 1, is oriented radially inward and connects the second surface section 28 to the fourth surface section 31, wherein the sixth surface section 40 has a chamfer 41 which is formed at the transition between the sixth surface section 28 and an axial surface 37.
  • the second flat surface section 28 and the fourth flat surface section 31 can each have structures 38 that protrude or protrude from the respective flat surface, at least in sections.
  • These structures 38 are designed as a profile, which provides a type of undercut in the radial direction for a positive connection in the adhesive connection or connection. At the very least, this profile is to be designed in such a way that it results in an increase in the surface area for the connection and optimization of the support of operating loads.
  • an annular bandage element 44 can be pressed against the outer ring 6 of the rotor 1, so that a prestress is introduced into the rotor 1 via the bandage element 44.
  • the bandage element 44 is designed in several parts, with at least one annular auxiliary bandage 12 resting on the outer ring 6 and at least one annular load bandage 17 resting on the auxiliary bandage 12, wherein the material of the auxiliary bandage 12 is different from the material of the load bandage 17.
  • At least one material of the multi-part bandage element 44, in particular the load bandage 17, has an E-modulus >48,000MPa in the circumferential direction of the bandage element 44.
  • the load introduced into the rotor by the auxiliary bandage 12 is 1 is greater than the preload introduced by the load bandage 17.
  • the bandage element 44 can even be configured such that the load bandage 17 rests against the auxiliary bandage 12 in such a way that it does not introduce any preload into the rotor 1.
  • the outer ring 6 has a polygonal outer contour 45 with a plurality of support points 46.
  • the bandage element 44 can be attached to the rotor 1 as follows, for example: First, a rotor 1 is provided with an inner ring 5 and an outer ring 6 arranged coaxially thereto, wherein stiffening struts 7 extending in the radial direction between the inner ring 5 and the outer ring 6 are arranged like spokes, and a magnetic element 8 is arranged between two stiffening struts 7 adjacent in the circumferential direction. Then, an annular bandage element 44 is arranged on the outer ring 6 by means of a press fit, so that a preload is introduced into the rotor 1 via the bandage element 44. Finally, the rotor 1 is coupled to a rotor shaft 23.
  • FIG. 4 shows the rotor 1 comprising an inner ring 5 and an outer ring 6 arranged coaxially thereto, and magnetic elements 8 arranged between the inner ring 5 and the outer ring 6, wherein stiffening struts 7 are arranged like spokes in radial R between the inner ring 5 and the outer ring 6.
  • one of the magnetic elements 8 is arranged and operatively connected to a stiffening strut 7 in such a way that a force component caused by centrifugal force acting on the magnetic elements 8 during operation of the rotor 1 can be transferred from a magnetic element 8 to a stiffening strut 7 and/or vice versa.
  • a coupling element 9 is arranged between one of the magnetic elements 8 and the corresponding stiffening strut 7, wherein the coupling elements 9 are formed from a material different from the inner ring 5 and/or the outer ring 6 and/or the magnetic elements 8 and/or the stiffening struts 7.
  • the material of a stiffening strut 7 has an E-modulus of greater than 6000MPa in the radial extension of the stiffening strut 7.
  • the stiffening struts 7 are cuboid-shaped and essentially identical.
  • the stiffening struts 7 are connected at least on one of their axial surfaces 50 to a cover plate 18, 19, which spans at least some sections of the rotor 1 on an end face 51 of the rotor, which can also be clearly seen from Figure 16.
  • the magnetic load path can be closed via the bandage element 44, the rotor shaft 23 or the inner ring 5 and the contact ribs 60.
  • the stiffening struts 7 contribute directly to the overall stiffness of the rotor 1. This reduces the amount of the radial stress amplitudes in the magnetic elements and, if applicable, in their coupling elements 9.
  • the overall radial stiffness of the rotor 1 increases (in relation to the magnet displacement per centrifugal load), which reduces the displacement amplitudes and thus the relative stresses between the components.
  • the stiffening struts 7 thus introduce the magnetic centrifugal loads at other points via the outer ring 6 into the bandage element 444 in order to generate a more homogeneous and less strongly polygonal load introduction into the load bandage.
  • the magnetic forces are transferred to the stiffening struts 7 via the load paths "magnetic element-cover plate-stiffening strut” and “magnetic element-coupling element-stiffening strut”.
  • the stiffening struts 7 then transfer the loads into the bandage element 44.
  • the stiffening struts 7 are prestressed against the bandage element 44 via a press fit to the rotor shaft 23. In this case, not only is a prestressing force introduced into the bandage element 44, but it is also polygonized in order to be able to absorb the operating forces more effectively (higher operating point stiffness than an originally round bandage element 44).
  • the stiffening struts 7 are located between the two cover plates 18, 19, which can be clearly seen in Figure 16. They serve as shear field transmitters for the cover plates 18, 19 in order to increase their effect on the axial stiffness. This effect can be increased further by partially aligning the direction of some of the reinforcing fibers in the stiffening struts 7 with the main load direction of the shear field.
  • the stiffening struts 7 also contribute directly to increasing the axial rotor stiffness via their own area moment of inertia.
  • Figure 7 shows the rotor 1, comprising a plurality of magnetic elements 8, which are arranged distributed around the circumference in the rotor 1, wherein the magnetic elements 8 are supported radially outward on an outer ring 6.
  • An annular bandage element 44 rests against the outer ring 6 by means of a press fit, so that a preload is introduced into the rotor 1 via the bandage element 44.
  • the outer ring 6 is designed to be closed around its circumference. In principle, it would also be conceivable for the outer ring to be designed in segments.
  • Figure 6 also shows that the outer ring 6 comprises a plurality of pockets 70, each of which has a contact surface 71 extending in the circumferential direction for a magnetic element 8 and, on both sides of the magnetic element 8 in the circumferential direction, has a coupling section 72 extending radially inwards from the outer ring 6.
  • a stiffening strut 7 extending in the radial direction towards the outer ring 6 is arranged between two magnetic elements 8 adjacent in the circumferential direction. These stiffening struts 7 are each supported in the radial direction on a coupling section 72 of the outer ring 6.
  • the outer ring 6 has a polygonal outer contour 45 with a plurality of support points 46.
  • Figure 16 shows a rotor 1 comprising an inner ring 5 and an outer ring 6 arranged coaxially thereto, and magnetic elements 8 arranged between the inner ring 5 and the outer ring 6, wherein stiffening struts 7 extending in the radial direction are arranged like spokes between the inner ring 5 and the outer ring 6.
  • one of the magnetic elements 8 is arranged on each side of a stiffening strut 7 and is operatively connected to a stiffening strut 7 in such a way that a force component caused by centrifugal force acting on the magnetic elements 8 during operation of the rotor 1 can be transferred from a magnetic element 8 to a stiffening strut 7 and/or vice versa.
  • At least one of the stiffening struts 7 and/or at least one of the magnetic elements 8 is connected to at least one cover plate 18, which spans the rotor 1 at least in sections on a first end face 51 of the rotor, so that during operation of the rotor 1, a force transmission can be effected from one of the stiffening struts 7 and/or at least one of the magnetic elements 8 to the at least one cover plate 18 and/or vice versa.
  • At least one of the stiffening struts 7 and/or at least one of the magnetic elements 8 is connected to at least one cover plate 19, which spans the rotor 1 at least in sections on a second end face 52 of the rotor, so that during operation of the rotor 1, a force transmission from one of the stiffening struts 7 and/or at least one of the magnetic elements 8 to the at least one cover plate 19 and/or vice versa.
  • the cover disk 18 on the first end face 51 of the rotor 1 and the cover disk 19 on the second end face 52 of the rotor 1 are each designed in the shape of an annular disk.
  • the cover disk 18 on the first end face 51 of the rotor 1 and the cover disk 19 on the second end face 52 of the rotor 1 each have a mean axial extension 58 which corresponds to between 1 - 80% of the axial extension 59 of the magnetic elements 8.
  • the cover disk 18 on the first end face 51 of the rotor 1 and the cover disk 19 on the second end face 52 of the rotor 1 have fastening means 55, by means of which a torque can be transmitted from the rotor 1 to a rotor flange 16, via which the torque can be introduced into a rotor shaft 23.
  • the fastening means 55 comprise fastening openings 56 arranged equidistantly on a circular path.
  • the cover disk 18 on the first end face 51 of the rotor 1 and the cover disk 19 on the second end face 52 of the rotor 1 are essentially identical.
  • the axial rigidity of the rotor 1 is increased, since the cover disk 18, 19 has a rigidity in its plane.
  • a thrust field is transferred at least into the rotor structure, preferably to the other cover disk 18, 19. This results in an increase in the area moment of inertia and thus the axial rigidity of the rotor 1.
  • the cover disks 18, 19 also cause a centrifugal load transfer from the magnetic elements 8 via cover disks 18, 19 to the stiffening struts 7 for uniform load introduction of the centrifugal loads into the outer ring 6 or the bandage element 44.
  • the cover plates 18,19 also equalize the forces acting in the rotor 1 in the area of the flange connection. This allows the Operating forces of the rotor 1 are transmitted homogeneously to the flange 16 via the contact surface. The pressing forces of the flange connection can also be evenly introduced into the rotor 1. Any auxiliary elements, such as knurls in the flange 16, can also be caught in a cover plate 18,19.
  • Figure 16 further shows that the cover disk 18 on the first end face 51 of the rotor 1 and/or the cover disk 19 on the second end face 52 of the rotor 1 can have indentations 57 directed towards the inside or outside of the rotor 1, which result in a lower overall rigidity with respect to the radial rotor plane and can thus locally relieve the cover disks 18, 19 or the rotor 1.
  • a radially inner region of a cover plate 18,19, which is in contact with the flange 16, can be used as a processing layer in order to achieve a defined surface with desired properties to improve the connection to the flange 16.
  • Figure 17 shows a variant in which the cover disk 18 on the first end face 51 of the rotor 1 and the cover disk 19 on the second end face 52 of the rotor 1 protrude radially beyond the edge of the outer ring 6 and a bandage element 44 rests axially on the outer ring 6 between the cover disks 18, 19.
  • the cover disks 18, 19 can thus be used, for example, as a direct winding form or as an auxiliary form for the production of the load bandage 17. They can also act to protect the bandage element.
  • FIG. 18 shows the rotor 1 comprising a plurality of magnetic elements 8, which are arranged distributed around the circumference in the rotor 1, wherein the magnetic elements 8 are supported radially inwardly via the contact ribs 60 on an inner ring 5.
  • the rotor 1 also has an outer ring 6 arranged coaxially to the inner ring 5, on which the magnetic elements 8 are supported radially outward, as can be seen in Figure 4.
  • a stiffening strut 7 is arranged, extending in the radial direction between the inner ring 5 and the outer ring 6.
  • a plurality of contact ribs 60 extend radially outward from the inner ring 5, with the magnetic elements 8 being supported inwardly in the radial direction on the contact ribs 60.
  • the number of contact ribs 60 corresponds to the number of magnetic elements 8.
  • the inner ring 5 and the contact ribs 60 are formed integrally, in particular monolithically.
  • the inner ring 5 and the contact ribs 60 are formed by means of an extrusion process.
  • the inner ring 5 thus also connects the inner components of the rotor 1 in particular in order to make them manageable during the manufacturing process.
  • the inner ring 5 thus provides a defined inner contour, a cylindrical inner contour in the embodiment shown, in order to be able to specifically accommodate the rotor 1 in a handling tool during the manufacturing process.
  • Each of the support ribs 60 has an opening 61 which extends axially through the respective support rib 60 and through which a screw passes, by means of which the rotor flange 16 can be connected to the rotor 1.
  • the inner ring 5 with its contact ribs 60 and the magnetic elements 8 supported thereon are each arranged in alignment and mirror-symmetrically along a radially extending axis of symmetry 65.
  • the inner ring 5 can also be removed from the rotor 1, as can be seen in the embodiment of Figure 19.
  • the inner ring 5 can be completely machined off for this purpose.
  • the support ribs 60 are now described in more detail with reference to Figure 4, Figure 18 and Figure 19.
  • Figure 4 shows the rotor 1 comprising a plurality of magnetic elements 8, which are arranged distributed around the circumference of the rotor 1, wherein the magnetic elements 8 are supported radially inwardly on a plurality of contact ribs 60.
  • the contact ribs 60 thus directly or indirectly create a positive connection to the corresponding magnetic elements in order to be able to absorb and transmit its torque.
  • the contact ribs 60 make it possible to design a defined axial rigidity of the rotor 1 in order, for example, to be able to establish a force-fitting (axial) frictional connection to a cover disk 18, 19 in order to axially support the cover disk 18, 19 and to be able to transmit the torque.
  • the number of magnetic elements 8 corresponds to the number of contact ribs 60.
  • the contact ribs 60 each have an opening 61 that axially penetrates the respective contact rib 60 in order to direct the torque into a cover plate 18, 19 and/or a rotor flange 16 and/or to enable a screw connection.
  • the opening can have an internal thread or be designed as a through hole.
  • a stiffening strut 7 extending in the radial direction is arranged, which extends radially outward from an inner ring 5.
  • the support ribs 60 are essentially identical.
  • the contact ribs 60 between the shaft connection and the magnetic elements 8 can also enable the rotor shaft 23 to be pressed in in order to achieve the interference fit and frictional connection to the magnetic elements 8 and the rotor shaft 23. This in turn enables torque to be transmitted to the rotor shaft 23. Additionally or alternatively, form-locking details can be provided at the contact point between the contact rib and the shaft press fit in order to enable the torque transmission and the torsion-proof seating of the contact ribs 60 on the rotor shaft 23.
  • At least one contact rib 60 can have a form-locking means 63 on its surface 62 directed radially inwards towards a rotor shaft 23, via which a torque-transmitting connection can be established between the rotor shaft 23 and the contact rib 60.
  • the rotor 1 then has no inner ring 5, since the contact ribs 60 are directly coupled to the rotor shaft 23. This is shown in Figure 19.
  • the contact ribs 60 thus also serve to transfer the contact rib/rotor shaft overlap by pressing in the rotor shaft in order to bring the load path rotor shaft-contact rib-magnetic element-outer ring-bandage element into a favorable compressive preload.
  • the contact ribs 60 also serve as radial stiffness elements in the bracing diagram with, among others, bandage element 44 and stiffening struts 7 in order to distribute the total load amplitude over various preloaded spring paths and thus reduce the stress amplitude in the components involved. To do this, the radial stiffness of the contact ribs 60 must be less than 92% of the radial stiffness of the magnetic elements 8.
  • the rotor 1 has as little ferromagnetic material as possible.
  • the components of the rotor 1, with the exception of the magnetic elements 8, are therefore preferably made of a non-ferromagnetic material, such as plastic, ceramic, non-magnetic steel or aluminum.
  • all components from the group comprising the inner ring 5, the outer ring 6, the stiffening struts 7, the coupling elements 9, the auxiliary bandage 12, the load bandage 17, the cover disks 18, 19 and the support ribs 60 are made of a plastic.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine Axialflussmaschine (2), insbesondere für eine Axialflussmaschine (2) innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend einen Innenring (5) und einen koaxial dazu angeordneten Außenring (6), wobei in radialer Richtung zwischen dem Innenring (5) und dem Außenring (6) erstreckende Versteifungsstreben (7) speichenartig angeordnet sind, und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben (7) jeweils ein Magnetelemente (8) angeordnet ist, wobei an dem Außenring (6) ein ringförmiges Bandageelement (44) mittels eines Presssitzes anliegt, so dass eine Vorspannung über das Bandageelement (44) in dem Rotor (1) eingetragen ist.

Description

Rotor, Verfahren zur Herstellung eines Rotors und Axialflussmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine Axialflussmaschine, insbesondere für eine Axialflussmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Innenring und einen koaxial dazu angeordneten Außenring, wobei in radialer Richtung zwischen dem Innenring und dem Außenring erstreckende Versteifungsstreben speichenartig angeordnet sind, und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben jeweils ein Magnetelemente angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors und eine Axialflussmaschine.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
Zunehmend werden in derartigen E-Achsen auch Axialflussmaschinen eingesetzt. Eine Axialflussmaschine bezeichnet eine dynamoelektrische Maschine, bei der der magnetische Fluss zwischen Rotor und Stator parallel zur Drehachse des Rotors verläuft. Häufig sind sowohl Stator als auch Rotor weitgehend scheibenförmig ausgebildet. Axialflussmaschinen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn der axial zur Verfügung stehende Bauraum in einem gegebenen Anwendungsfall begrenzt ist. Dies ist beispielsweise vielfach beiden eingangs beschriebenen elektrischen Antriebsystemen für Elektrofahrzeuge der Fall. Neben der verkürzten axialen Baulänge liegt ein weiterer Vorteil der Axialflussmaschine in ihrer vergleichsweisen hohen Drehmomentdichte. Ursächlich hierfür ist die im Vergleich zu Radialflussmaschinen größere Luftspaltfläche, die bei einem gegebenen Bauraum zur Verfügung steht. Ferner ist auch ein geringeres Eisenvolumen im Vergleich zu konventionellen Maschinen notwendig, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt.
Durch seine scheibenförmigen Hauptbaugruppen eignet sich eine Axialflussmaschine besonders gut für Anwendungen, bei denen es auf eine sehr kurze Baulänge des Elektromotors ankommt und bei denen ein relativ großer Motordurchmesser noch akzeptabel ist. Bei der Entwicklung von entsprechenden Axialflussmaschinen ist es daher regemäßig sinnvoll, eine möglichst kurze Bauweise anzustreben, wobei der Außendurchmesser der Axialflussmaschine jedoch nicht größer werden sollte als unbedingt nötig. Bei Axialflussmaschinen für Kraftfahrzeuge bestehen zusätzlich auch immer die Anforderungen nach geringem Gewicht, hoher Leistungsdichte und geringen Kosten.
Der scheibenförmige Rotor hat unter anderem die Aufgabe, die auf die Magnete des Rotors übertragene Kraft auf die Rotorwelle zu übertragen. Dabei müssen die Magnete neben der umfänglichen sowohl in radialer als auch in axialer Richtung bzw. Position zwischen dem Stator gehalten werden.
Die in bzw. auf den Rotor einwirkenden Zentrifugalkräfte, welche insbesondere durch die Magnete hervorgerufen werden. Durch die Fliehkraft und den nach außen strebenden Bauteilen entstehen wenig günstige, umfängliche Zugspannungen zwischen und in den Bauteilen des Rotors.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Rotor für eine Axialflussmaschine bereitzustellen, der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest abmildert oder gar vollständig vermeidet. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein optimiertes Verfahren zur Herstellung eines Rotors sowie eine verbesserte Axialflussmaschine zu realisieren. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor für eine Axialflussmaschine, insbesondere für eine Axialflussmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Innenring und einen koaxial dazu angeordneten Außenring, wobei in radialer Richtung zwischen dem Innenring und dem Außenring erstreckende Versteifungsstreben speichenartig angeordnet sind, und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben jeweils ein Magnetelemente angeordnet ist, wobei an dem Außenring ein ringförmiges Bandageelement mittels eines Presssitzes anliegt, so dass eine Vorspannung über das Bandageelement in dem Rotor eingetragen ist.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die durch die im Betrieb des Rotors wirkende Zentrifugalkraft und die hervorgerufenen Radialkräfte in umfängliche Kräfte des Bandageelements umgewandelt werden. Durch das Aufbringen einer Vorspannung in den Rotor über das umfängliche Bandageelement können günstige Druckspannungen in Umfangsrichtung in und zwischen den Bauteilen des Rotors erzeugt werden, so dass insbesondere auch Verschiebungsamplituden in dem Rotor unter Zentrifugallast geringgehalten werden können.
Bevorzugt geschieht das Aufbringen der Vorspannung zu einem Zeitpunkt, an dem der Rotor sich radial nicht an der Welle bzw. dem Flansch abstützen kann, wodurch sich ganz besonders bevorzugte Druckspannungen in dem Rotor realisieren lassen.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Der magnetische Fluss in einer elektrischen Axialflussmaschine (AFM), wie beispielsweise eine als Axialflussmaschine ausgebildete elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial zu einer Rotationsrichtung des Rotors der Axialflussmaschine gerichtet. Es kann, je nach Anwendungsgebiet, vorteilhaft sein, eine Axialflussmaschine in I- Anordnung oder H-Anordnung auszubilden. Bei einer I-Anordnung ist der Rotor axial neben einem Stator oder zwischen zwei Statoren angeordnet. Bei einer H- Anordnung sind zwei Rotoren auf gegenüberliegenden axialen Seiten eines Stators angeordnet. Die erfindungsgemäße Axialflussmaschine ist bevorzugt in I- Anordnung konfiguriert.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass eine Mehrzahl von Rotor-Stator- Konfigurationen als I-Typ und/oder H-Typ axial nebeneinander angeordnet sind. Auch wäre es in diesem Zusammenhang möglich, mehrere Rotor-Stator- Konfigurationen des I-Typs in axialer Richtung nebeneinander anzuordnen. Insbesondere ist es auch zu bevorzugen, dass die Rotor-Stator-Konfiguration des H-Typs und/oder des I-Typs jeweils im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, so dass diese modulartig zu einer Gesamtkonfiguration zusammengefügt werden können. Derartige Rotor-Stator-Konfigurationen können insbesondere koaxial zueinander angeordnet sein sowie mit einer gemeinsamen Rotorwelle oder mit mehrere Rotorwellen verbunden sein.
Der Stator der erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussmaschine weist bevorzugt einen Statorkörper mit mehreren in Umfangsrichtung angeordneten Statorwicklungen auf. Der Statorkörper kann in Umfangsrichtung gesehen einteilig oder segmentiert ausgebildet sein. Der Statorkörper kann aus einem Statorblechpaket mit mehreren laminierten Elektroblechen gebildet sein. Alternativ kann der Statorkörper auch aus einem verpressten weichmagnetischen Material, wie dem sogenannten SMC-Material (Soft Magnetic Compound) gebildet sein.
Der Stator ist in einem Gehäuse aufgenommen. Das Gehäuse kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist das Gehäuse aus einem Kunststoff gefertigt. Das Gehäuse kann allseitig geschlossen ausgeführt sein. Auch ist es möglich, Öffnungen in dem Gehäuse vorzusehen, beispielsweise zur Gewichtsreduktion oder für einen Zugang zu einem Bauteil.
Die Magnetelemente können beispielsweise als Permanentmagnete ausgeführt sein. Bevorzugt sind die Magnetelemente im Wesentlichen identisch ausgeführt. Als Rotorwelle wird eine drehbar gelagerte Welle einer elektrischen Maschine bezeichnet, mit der der Rotor bzw. Rotorkörper drehtest gekoppelt ist.
Die elektrische Axialflussmaschine kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen. Eine Steuereinrichtung, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, dient insbesondere der elektronischen Steuerung und/oder Reglung eines oder mehrerer technischer Systeme der elektrischen Axialflussmaschine.
Die elektrische Axialflussmaschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/rnin, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/rnin, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/rnin bereitstellt.
Die elektrische Axialflussmaschine kann bevorzugt auch in einem elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang verbaut sein. Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine elektrische Axialflussmaschine und ein Getriebe, wobei die elektrische Axialflussmaschine und das Getriebe eine bauliche Einheit bilden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Axialflussmaschine und das Getriebe in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Insbesondere bevorzugt kann ein derartiges Antriebsstranggehäuse auch eine Anschlussstruktur für die Axialflussmaschine bilden. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Axialflussmaschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Axialflussmaschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
Ein Magnetelement weist bevorzugt eine Längserstreckung auf und verfügt über eine umlaufende Umfangskontur, wobei die auf einer ersten Seite, die im in dem Rotor verbauten Zustand des Magnetelements einer ersten Drehrichtung des Rotors zugewandt ist, ein sich in Längsrichtung erstreckender erster ebener Flächenabschnitt und ein sich in Längsrichtung erstreckender zweiter ebener oder frei geformter Flächenabschnitt ausgebildet ist, wobei im in dem Rotor verbauten Zustand des Magnetelements der erste Flächenabschnitt radial oberhalb des zweiten Flächenabschnitts positioniert ist, und auf einer zweiten Seite, die im in dem Rotor verbauten Zustand des Magnetelements einer zweiten Drehrichtung des Rotors zugewandt ist, ein sich in Längsrichtung erstreckender dritter ebener Flächenabschnitt und ein sich in Längsrichtung erstreckender vierter ebener oder frei geformter Flächenabschnitt ausgebildet ist.
Bevorzugt ist im in dem Rotor verbauten Zustand des Magnetelements der dritte Flächenabschnitt radial oberhalb des vierten Flächenabschnitts positioniert, wobei sich eine erste durch den ersten Flächenabschnitt verlaufende Ebene und eine dritte durch den dritten Flächenabschnitt verlaufende Ebene im in dem Rotor verbauten Zustand des Magnetelements in Richtung der Längserstreckung radial oberhalb des Magnetelements schneiden und sich eine zweite durch den zweiten Flächenabschnitt verlaufende Ebene und eine vierte durch den vierten Flächenabschnitt verlaufende Ebene im in dem Rotor verbauten Zustand des Magnetelements in Richtung der Längserstreckung radial unterhalb des Magnetelements schneiden.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass insbesondere über den ersten ebenen Flächenabschnitt und den dritten ebenen Flächenabschnitt jeweils eine gerade und ebene, exakt und wirtschaftlich produzierbare Fläche in einem Teilbereich der Umfangskontur des Magnetelements bereitgestellt werden kann, welche in einem Spritzguss- oder Verklebeprozess zur Ausbildung des Rotors gut abdichtet werden kann. Ferner erlauben der erste ebene Flächenabschnitt und der dritte ebene Flächenabschnitt eine besonders exakte radiale Positionierung der Magnetelemente. Ferner kann über den ersten ebenen Flächenabschnitt und den dritten ebenen Flächenabschnitt ein Bezug „Masseschwerpunt zu Anlagefläche“ des Magnetelements hergestellt werden. Sie können somit als Referenz bei der Sortierung bzw. Zuordnung der Magnetelemente gegenüber deren Massenschwerpunktlage verwendet werden. Hierdurch kann ein geometrisches Wuchten erfolgen bzw. durch geometrische Sortierung die Unwucht des Rotors minimiert werden
Eine Sortierung und / oder Anordnung der Magnetelemente zur Unwuchtreduzierung kann zusätzlich oder in Kombination dann über eine Gewichtsbetrachtung der Magnetelemente stattfinden. Die Genauigkeit der Positionierung der Magnetelemente wird hierdurch optimiert, um die Unwucht durch ungleiche Positionierung der sortierten Magnetelemente in dem Rotor zu minimieren. Die Genauigkeit der Wucht des Rotors - beeinflusst durch die Magnetelemente - wird somit optimiert, indem die Magnete unter Berücksichtigung der geometrischen und Masseabweichungen sortiert und einer bestimmten Position im Rotor zugeordnet werden.
Durch den ersten ebenen Flächenabschnitt und den dritten ebenen Flächenabschnitt sind also Bereiche entlang der umfänglichen Magnetkontur vorgesehen, welche geometrisch vereinfacht sind (ebene, gerade Flächenabschnitte) und dadurch günstig und präzise gefertigt werden können. Sie können - wie bereits oben erwähnt - insbesondere auch als Abdichtfläche bei der Produktion zur Verfügung stehen.
Dadurch das sich eine erste durch den ersten Flächenabschnitt verlaufende Ebene und eine dritte durch den dritten Flächenabschnitt verlaufende Ebene im in dem Rotor verbauten Zustand des Magnetelements in Richtung der Längserstreckung radial oberhalb des Magnetelements schneiden, besitzen der erste ebene Flächenabschnitt und der dritte ebene Flächenabschnitt Kontaktlinien, die eine schließende Richtung nach außen hin einnehmen, und somit als Positioniermöglichkeit des Magnetelements in der Rotorfertigung verwendet werden können. Die Umfangskontur der Magnetelemente kann beispielsweise direkt in einem Sinterwerkzeug, an den Einzelscheiben eines geschichteten Magnetelements oder an dem Gesamtmagneten umgesetzt werden. Die geometrischen Merkmale der Umfangskontur können vor der Passivierung oder nach der Passivierung mit zusätzlicher Passivierung oder Folgeprozessen mit passivierender Wirkung ausgeformt werden. Sie können sowohl an segmentierten als auch an Komplettmagneten angewendet werden. Die geometrischen Details der Umfangskontur können symmetrisch als auch unsymmetrisch und/oder abschnittsweise an oder in der Umfangskontur umgesetzt werden.
Ein ebener Flächenabschnitt ist im Sinne dieser Erfindung eine flache zweidimensionale Fläche. Das bedeutet, dass zu je zwei Punkten in einem Flächenabschnitt eine Gerade vollständig in dem Flächenabschnitt liegend verläuft. Hierbei kann der Flächenabschnitt selbst auch lokale Unebenheiten aufweisen, wobei dann eine gemittelte Ebene durch den entsprechenden Flächenabschnitt gelegt wird.
Die Magnetelemente können beispielsweise als Permanentmagnete ausgeführt sein. Bevorzugt sind die Magnetelemente im Wesentlichen identisch ausgeführt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Magnetelement bezogen auf seine Längserstreckung spiegelsymmetrisch ausgeformt ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Montagefreundlichkeit sowie das Auswuchten des Rotors verbessert werden kann.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Umfangskontur zumindest abschnittsweise eine Fase aufweist, die am Übergang zwischen der Umfangskontur und einer Axialfläche ausgebildet ist. Durch die Bereitstellung einer Kontur im Übergang von axialem zu umlaufender Magnetbereich können beispielsweise adhäsive Fügestellen in diesen Bereichen entlastet bzw. deren Beanspruchbarkeit erhöht werden.
Auch erlaubt die Fase eine elastischere Anbindung an eine Spritzguss- oder Klebefläche. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der erste ebene Flächenabschnitt und/oder der zweite ebene oder frei geformte Flächenabschnitt und/oder der dritte ebene Flächenabschnitt und/oder der vierte ebene oder frei geformte Flächenabschnitt jeweils zumindest abschnittsweise aus der jeweiligen ebenen Fläche herausragende oder hineinragende Strukturen aufweist. Hierdurch können insbesondere auch makroskopische Formdetails an einem oder mehreren Flächenabschnitten des Magnetelements bereitgestellt werden, die den Übertrag der (Flieh-) Kräfte an die entsprechenden Klebeflächen und/oder direkt angespritzten Bereiche im verbauten Zustand des Magnetelements verbessern.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Umfangskontur einen fünften Flächenabschnitt aufweist, der im in dem Rotor verbauten Zustand radial nach außen orientiert ist und den ersten Flächenabschnitt mit dem dritten Flächenabschnitt verbindet, wobei der fünfte Flächenabschnitt eine kreisbogenförmige Kontur aufweist, deren Drehachse koaxial zu einer Drehachse des Rotors verläuft. Durch das Vorgeben der kreisbogenförmigen, radial äußeren Kontur, kann bei ungeschichteten und geschichteten Magnetelementen eine homogene (Fliehkraft-) Lastabgabe an die stützenden Bauteile, wie beispielsweise die Hilfsbandage oder Lastbandage, des Rotors ermöglicht werden.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Umfangskontur einen sechsten Flächenabschnitt aufweist, der im in dem Rotor verbauten Zustand radial nach innen orientiert ist und den zweiten Flächenabschnitt mit dem vierten Flächenabschnitt verbindet, wobei der sechste Flächenabschnitt eine Fase aufweist, die am Übergang zwischen dem sechsten Flächenabschnitt und einer Axialfläche ausgebildet ist. Hierdurch ist eine keilartige Ausformung des sechsten Flächenabschnitts möglich, durch welche beispielsweise die Anbindung an einen Innenring des Rotors verbessert werden kann.
Grundsätzlich ist es möglich, dass ein Magnetelement über Anlageflächen, aber auch über Anlagepunkte positioniert werden kann. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Magnetelement einen oberen Bereich und einen unteren Bereich aufweist, wobei der obere Bereich oberhalb der Hälfte der Längserstreckung des Magnetelements und der untere Bereich unterhalb der Hälfte der Längserstreckung des Magnetelements verläuft, und der erste Flächenabschnitt und der dritte Flächenabschnitt ausschließlich innerhalb des oberen Bereichs des Magnetelements verlaufen. Hierdurch wird ein Wuchten bzw. eine definierte Anlage des Magnetelements in dem Rotor durch den oberen Bereich des Magnetelements realisiert.
Ferner ist es auch denkbar, dass ein Wuchten des Rotors durch den unteren Bereich realisiert ist.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das Magnetelement geschichtet oder monolithisch ausgeformt ist.
Es ist des Weiteren bevorzugt, dass in Umfangsrichtung beidseits einer der Versteifungsstreben jeweils ein Kopplungselement zwischen einem der Magnetelemente und der entsprechenden Versteifungsstrebe angeordnet ist, wobei die Kopplungselemente aus einem von dem Innenring und/oder dem Außenring und/oder den Magnetelementen und/oder den Versteifungsstreben verschiedenen Material geformt sind.
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Magnetelementen wenigstens ein Kopplungselement angeordnet ist, dass mit wenigstens einem der Magnetelemente in radialer Richtung kraftübertragend gekoppelt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kopplungselemente aus einem Material geformt sind, dass einen E-Modul zwischen 400MPa und 46.000MPa aufweist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass hierdurch eine hinreichende Steifigkeitsdifferenz zu den Magneten des Rotors bereitgestellt werden kann, um hierdurch besonders gute Kopplungseigenschaften zu realisieren.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Kopplungselemente aus einem Material geformt sind, dass im Betrieb des Rotors ein elastisches Verhalten aufweist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Kontaktflächen der Kopplungselemente mit den angrenzenden Bauteilen entlastet werden können.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Kopplungselemente stabförmig ausgebildet sind und in Umfangsrichtung eine mittlere Stärke von wenigstens 0,4mm, bevorzugt 0,4-2mm, besonders bevorzugt 0,5-1 ,5 mm aufweisen. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass hierdurch eine mindest-Elastizität zur Entkopplung ausgeprägt werden kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Kopplungselemente wenigstens einen von einer Stabform abweichenden Anbindungsabschnitt aufweisen, welcher zumindest abschnittsweise an einem der Magnetelemente anliegt. Hierdurch lässt sich insbesondere die Wirkung erzielen, dass radial wirkende Kraftkomponenten zwischen den Kopplungselementen und den Magnetelementen besser übertragbar sind, indem beispielsweise die Magnetelemente formschlüssig von den entsprechenden Anbindungsabschnitten der Kopplungselemente umgriffen werden.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Kopplungselemente im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, was durch den höheren Grad der Gleichteiligkeit auch einen positiven Einfluss auf die Herstellkosten haben kann.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Versteifungsstreben quaderförmig ausgebildet sind, wobei die Kopplungselemente zumindest abschnittsweise jeweils an einer Längsfläche einer der Versteifungsstreben anliegen. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Lastübertrag von einem der Versteifungselemente zu einem der Kopplungselemente homogen ohne lokale Überhöhungen geschieht.
Der Rotor kann hergestellt werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine Axialflussmaschine, insbesondere für eine Axialflussmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellung eines Formwerkzeugs,
- Bereitstellung einer Mehrzahl von Versteifungsstreben,
- Bereitstellung einer Mehrzahl von Magnetelementen,
- Anordnung der Versteifungsstreben und der Magnetelemente in dem Formwerkzeug, so dass die Versteifungsstreben speichenartig positioniert sind und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben jeweils ein Magnetelement angeordnet ist, und wobei beidseits einer der Versteifungsstreben jeweils ein Luftraum zwischen einem der Magnetelemente und der entsprechenden Versteifungsstrebe in dem Formwerkzeug vorgesehen ist,
- Spritzgießen eines Innenrings und eines Außenrings mithilfe des Formwerkzeugs, so dass die Position der Versteifungsstreben, der Magnetelemente, des Innenrings sowie des Außenrings zueinander festgelegt ist,
- Befüllen der Lufträume beidseits einer der Versteifungsstreben mit einem Material, dass von dem Material des Innenrings und/oder des Außenrings und/oder der Magnetelemente und/oder der Versteifungsstreben verschiedenen ist, so dass jeweils ein Kopplungselement zwischen einem der Magnetelemente und der entsprechenden Versteifungsstrebe ausgeformt ist.
Alternativ kann ein Rotor auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine Axialflussmaschine, insbesondere für eine Axialflussmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, gefertigt werden, umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellung eines Formwerkzeugs,
- Bereitstellung einer Mehrzahl von Versteifungsstreben,
- Bereitstellung einer Mehrzahl von Magnetelementen,
- Bereitstellung einer Mehrzahl von Kopplungselementen mit einem Material, dass von dem Material eines Innenrings und/oder eines Außenrings und/oder der Magnetelemente und/oder der Versteifungsstreben verschiedenen ist,
- Anordnung der Versteifungsstreben und der Magnetelemente in dem Formwerkzeug, so dass die Versteifungsstreben speichenartig positioniert sind und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben jeweils ein Magnetelement angeordnet ist, und wobei beidseits einer der Versteifungsstreben jeweils ein Luftraum zwischen einem der Magnetelemente und der entsprechenden Versteifungsstrebe in dem Formwerkzeug vorgesehen ist,
- Spritzgießen des Innenrings und des Außenrings mithilfe des Formwerkzeugs, so dass die Position der Versteifungsstreben, der Magnetelemente, des Innenrings sowie des Außenrings zueinander festgelegt ist,
- Einsetzen der Kopplungselemente in die Lufträume beidseits einer der Versteifungsstreben
Bandaqeelement
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung kann der Rotor einen Innenring und einen koaxial dazu angeordneten Außenring aufweisen, wobei in radialer Richtung zwischen dem Innenring und dem Außenring erstreckende Versteifungsstreben speichenartig angeordnet sind, und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben jeweils ein Magnetelemente angeordnet ist, wobei an dem Außenring ein ringförmiges Bandageelement mittels eines Presssitzes anliegt, so dass eine Vorspannung über das Bandageelement in dem Rotor eingetragen ist.
Das Bandageelement kann beispielsweise mittels spanender Fertigungsverfahren hergestellt sein. Auch ist es denkbar, dass ein Bandageelement ganz oder teilweise gepresst, gewickelt oder gelegt ausgeführt ist. Das Bandageelement kann ferner ganz oder teilweise aus Spritzguss ausgebildet sein oder mittels eines Vergusses. Des weiteren kann das Bandageelement mittels eines Nasswickelverfahres oder eines PrePregs ausgeformt sein
Bevorzugt weist ein Bandageelement eine umlaufend geschlossene Kontur auf. Besonders bevorzugt besitzt das Bandageelement an seiner dem Außenring zugewandten inneren Mantelfläche eine von einer Kreisbahn abweichende Polygon-Querschnittskontur.
Höchst bevorzugt besitzt die Hilfsbandage des Bandageelements an ihrer dem Außenring zugewandten inneren Mantelfläche eine von einer Kreisbahn abweichende Polygon-Querschnittskontur auf. Auch ist es bevorzugt, dass die Hilfsbandage des Bandageelements an seiner dem Außenring abgewandten äußeren Mantelfläche eine von einer Kreisbahn abweichende Polygon- Querschnittskontur auf. Bevorzugt entspricht die Polygon-Querschnittskontur an der äußeren Mantelfläche im Wesentlichen der Polygon-Querschnittskontur der inneren Mantelfläche der Hilfsbandage. Analog hierzu weist auch in bevorzugter Weise die Lastbandage des Bandageelements an ihrer der Hilfsbandage zugewandten inneren Mantelfläche eine von einer Kreisbahn abweichende Polygon- Querschnittskontur auf.
Ein Bandageelement kann zumindest abschnittsweise, aus einem Kunststoff geformt sein. Besonders bevorzugt ist es, dass der Kunststoff um laufend geschlossen an dem Bandageelement angeordnet ist. Besonders bevorzugt sind hierbei verstärkte Kunststoffe, insbesondere faserverstärkte Kunststoffe. Ein faserverstärkter Kunststoff kann eine Kurzfaser, Langfaser oder Endlosfaser sowie eine Mischung daraus enthalten. Ebenso ist es denkbar, dass ein Bandageelement zumindest abschnittsweise, und bevorzugt um laufend geschlossen, aus einem metallischen Material, insbesondere Stahl, und/oder einer Keramik hergestellt ist.
Ein Bandageelement kann mehrteilig mit gleichen oder teilweise unterschiedlichen Materialien gefertigt sein, wobei bevorzugt mindestens ein Material in Umfangsrichtung der Bandage einen E-Modul >48000MPa aufweisen muss.
Ein Bandageelement kann direkt an den Außenring des Rotors in einem Urformverfahren angeformt sein oder nachträglich, nach der Ausformung des Außenrings, an diesem angebracht werden.
Auch ist es denkbar, dass ein Bandageelement vor der Anbringung an den Außenring sowie auch danach nochmals zumindest in Teilbereichen bearbeitet wird.
Das Bandageelement kann den Außenring des Rotors in axialer Richtung vollständig oder abschnittsweise überdecken. Dabei wird eine axiale möglichst vollständige Überdeckung bevorzugt, da hierdurch eine besonders hohe wie auch gleichmäßige Druckbeaufschlagung ermöglicht wird.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, dass mehrere Bandageelemente axial hintereinander an dem Rotor angeordnet sind, was den Vorteil hat, dass man das Bandageelement modular aufbauen und der Länge eines Rotors flexibel anpassen kann.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass an dem Außenring eine ringförmige Hilfsbandage anliegt. Die Kopplungselemente erlauben zusammen mit der vorgespannten Hilfsbandage die Rotorscheibe umfänglich unter Druck zu setzen. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Mittelspannungen der Beanspruchungsamplituden im Betrieb Richtung Druck bewegt werden, was sich wiederum günstig auf die Haltbarkeit auswirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Bandageelement mehrteilig ausgeführt ist mit wenigstens einer an dem Außenring anliegenden ringförmigen Hilfsbandage und wenigstens einer an der Hilfsbandage anliegenden ringförmigen Lastbandage. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass sich hierdurch die in den Rotor eingetragenen Vorspannungen sowie die Betriebsbeanspruchungen im Rotor und in der Bandage besser und genauer steuern lassen.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Material der Hilfsbandage von dem Material der Lastbandage verschieden ist, wodurch die Einstellbarkeit der Vorspannungen sowie die Betriebsbeanspruchungen im Rotor und in der Bandage weiter optimiert werden können. Dies bedeutet, dass z.B. Magnete sowie Radialstreben zumindest zum Teil die Umlenkpunkte des Polygonzuges bestimmen und dadurch die Initialsteifigkeit der verbauten Bandage erhöht wird.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass wenigstens ein Material eines mehrteiligen Bandageelements, insbesondere die Lastbandage, in Umfangsrichtung des Bandageelements einen E-Modul >48.000MPa aufweist. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass die Bandage durch die erhöhte Umfangssteifigkeit eine relevante Betriebsbelastung aufnehmen kann und somit die Beanspruchung der Rotorscheibe reduziert.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die durch die Hilfsbandage in den Rotor eingebrachte Vorspannung größer ist als die durch die Lastbandage eingebrachte Vorspannung. Hierdurch lässt sich insbesondere bei Verwendung unterschiedlicher Materialien die Wirkung erzielen, dass das Verhältnis Mittelspanunng zu Beanspruchungsamplituden in den Bandagen gezielt gesteuert werden kann. Ebenfalls kann dadurch die Aufpresskraft im Verhältnis zur Toleranzsituation optimiert werden.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Lastbandage so an der Hilfsbandage anliegt, dass sie keine Vorspannung in den Rotor einträgt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die Mittelspannung in der Lastbandage dadurch minimiert wird.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Außenring eine polygonförmig umlaufende äußere Kontur mit einer Mehrzahl von Stützstellen aufweist.
Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass die Stützstellen des Polygonzuges durch die lasteinleitenden Elemente bestimmt werden. Hierdurch können beispielsweise die Magnete sowie Radialstreben zumindest zum Teil die Umlenkpunkte des Polygonzuges bestimmen und dadurch die Initialsteifigkeit der verbauten Bandage erhöhen.
Wird in ein zylindrisches oder annähernd zylindrisches Bandageelement die Zentrifugallast der Magnete relativ diskret eingeleitet, so kann ein derartiges Bandageelement im ersten Belastungsbereich nur mit einer geringen Steifigkeit aufwarten. Hierbei ist der erste Belastungsbereich ein durch z.B. Fliehkraft oder Temperaturdehnung hervorgerufener Belastungsbereich im Betrieb des Rotors.
Dies hat wiederum große Bewegungsamplituden zwischen den Bauteilen mit entsprechenden Lastamplituden zur Folge. Wenn das Bandageelement entlang seiner Lasteinleitungs- und Abstützpunkte polygonialisiert ist, kann es eine vorteilhafte Steifigkeit aufweisen und entsprechende Lasten besonders gut aufnehmen.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das Bandageelement einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Außenring ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die lastaufnehmende Bandage noch näher an die lastgenerierenden Bauteile (Magnete) heranrückt und dadurch effektiver die Last aufnehmen kann. Ebenso werden weniger steife Last- Transferstrecken reduziert, was zu einer steiferen Anbindung mit weniger Relativbewegungen führt. Der Rotor kann beispielsweise durch ein Verfahren hergestellt werden, dass die folgenden Schritte umfasst:
• Bereitstellung eines Rotors mit einem Innenring wobei sich in radialer Richtung vom Innenring aus nach außen erstreckende Versteifungsstreben speichenartig im Rotor angeordnet sind, und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben jeweils ein Magnetelemente angeordnet ist,
• Anordnung eines ringförmigen Bandageelements an der äußeren Kontur des Rotors mittels eines Presssitzes, so dass eine Vorspannung über das Bandageelement in dem Rotor eingetragen ist,
• Kopplung des Rotors an eine Rotorwelle.
Das Verfahren kann auch dahingehend angepasst sein, dass eine Bereitstellung eines Rotors mit einem Innenring und einem koaxial dazu angeordneten Außenring erfolgt, wobei in radialer Richtung zwischen dem Innenring und dem Außenring erstreckende Versteifungsstreben speichenartig angeordnet sind, und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben jeweils ein Magnetelemente angeordnet ist.
Ferner kann in einem weiteren Verfahrensschritt die Innenring teilweise oder vollständig aus dem Rotor entfernt werden, beispielsweise durch ein Abfräsen.
Abdeckscheibe
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Versteifungsstreben und/oder wenigstens eines der Magnetelemente mit wenigstens einer Abdeckscheibe verbunden ist, welche an einer zweiten Stirnseite des Rotors diesen zumindest abschnittsweise überspannt, so dass im Betrieb des Rotors eine Kraftübertragung von einer der Versteifungsstreben und/oder wenigstens eines der Magnetelemente auf die wenigstens eine Abdeckscheibe und/oder umgekehrt bewirkbar ist. Es kann hierdurch eine weitere Verbesserung der Axialsteifigkeit, der Verteilung von Beanspruchungsspitzen, der akustischen Eigenschaften sowie der Verschleißfestigkeit erreicht werden, indem der Rotor an seinen beiden Stirnseiten von jeweils einer Abdeckscheibe zumindest abschnittsweise abgedeckt ist.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors ringscheibenförmig ausgebildet sind/ist, was sich hinsichtlich der Herstellkosten sowie aus Gründen der Betriebssichergeit als besonders günstig erwiesen hat.
Hierbei kann es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors mehrteilig ausgebildet sind/ist. Insbesondere ist es denkbar, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors aus schichtweise paketierten Scheibenelementen gebildet sind/ist. Die paketierten Scheibenelemente können aus dem gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sein. Neben einem schichtweisen, axial mehrteiligen Aufbau ist es auch möglich, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors in Umfangsrichtung mehrteilig ausgebildet sind, beispielsweise als Ringsegmente. Grundsätzlich kann es auch vorteilhaft sein, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors in radialer Richtung mehrteilig ausgeführt sind/ist, beispielsweise als koaxial zueinander angeordnete Ringscheiben.
Es kann des Weiteren bevorzugt sein, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors jeweils in einem Überdeckungsbereich und/oder Anlagebereich mit einem Magnetelement ein ferromagnetisches Material aufweist.
Ebenfalls ist es möglich, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors eine jeweilige Stirnseite abschnittsweise überdecken, vollständig überdecken oder auch überstehen.
Grundsätzlich kann die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors eben oder konturiert ausgeführt werden.
Auch kann es vorteilhaft sein, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors an ihrer vom Rotor weg und/oder zum Rotor hin gerichteten Fläche zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, oberflächenbehandelt wurde, wodurch eine weitere Modifizierung und Anpassung einer Abdeckscheibe an spezielle Betriebsbedingungen des Rotors ermöglicht wird. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors an ihrer vom Rotor weg und/oder zum Rotor hin gerichteten Fläche zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig beschichtet ist, beispielsweise mit einem Lack.
Es ist insbesondere auch denkbar, die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors einstückig mit einem oder mehreren anderen Bauteilen des Rotors auszuführen, beispielsweise mit dem Außenring und/oder dem Bandageelement. So können die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors direkt an diesen Bauteilen im Urform verfahren angebracht sein oder aber auch nachträglich angebracht werden.
Die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors können insbesondere auch nach einer Montage an dem Rotor zumindest in Teilbereichen nachbearbeitet werden, insbesondere mittels spanender Verfahren.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten und/oder sphärisch verstärkten Kunststoff, amagnetischen Stahl, aus einem Aluminium oder einer Keramik geformt sind/ist.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors radial über den Rand des Außenrings hinausragen und axial zwischen den Abdeckscheiben, ein Bandageelement an dem Außenring anliegt. Hierdurch lässt sich insbesondere die Wirkung erzielen, dass die Abdeckscheiben als Aufnahme- und Führungselement für das Bandageelement während dessen Montage an dem Rotor sowie während des Betriebs des Rotors fungieren können.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors Befestigungsmittel aufweisen, mittels derer ein Drehmoment von dem Rotor auf einen Rotorflansch übertragbar ist, über welchen das Drehmoment in eine Rotorwelle einleitbar ist. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Befestigungsmittel auf einer Kreisbahn äquidistant angeordnete Befestigungsöffnungen umfassen. Hierdurch kann eine bevorzugte Verbindung zu einem Flansch hergestellt werden, wobei die Befestigungsöffnungen dann beispielsweise von Schrauben durchgriffen sind, die den Flansch drehmomentübertragend mit dem Rotor verbinden.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors ins Innere des Rotors gerichtete Einwölbungen aufweisen/aufweist. Der Vorteil dieser Einwölbungen ist insbesondere in einer lokalen Spannungsleitung und -entlastung einer Abdeckscheibe begründet.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors eine mittlere axiale Erstreckung aufweisen/aufweist, die zwischen 1 - 80% der axialen Erstreckung der Magnetelemente entspricht, was sich hinsichtlich der wünschenswerten Axialsteifigkeit eines Rotors als besonders günstig erwiesen hat.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, was durch den gesteigerten Anteil an Gleichteilen einen positiven Einfluss auf die Fertigungskosten des Rotors haben kann.
Des Weiteren ist es jedoch auch möglich, dass die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors aus unterschiedlichen Materialien und/oder eine voneinander unterschiedliche geometrische Ausgestaltung aufweisen.
Die Abdeckscheibe an der ersten Stirnseite des Rotors und/oder die Abdeckscheibe an der zweiten Stirnseite des Rotors, können hinsichtlich Brandschutzerfordernissen gezielt ausgelegt werden, und damit als Schutzlage für die weiteren Bauteile des Rotors dienen. Damit kann beispielsweise die Gesamt- Brandschutz-Qualifizierung des Rotors gewährleistet werden, ohne dass die unter den Abdeckscheiben verborgenen Einzelbauteile diese direkt erfüllen müssen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Rotor für eine Axialflussmaschine, insbesondere für eine Axialflussmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, eine Mehrzahl an Magnetelementen auf, die umfänglich verteilt in dem Rotor angeordnet ist, wobei die Magnetelemente sich radial nach innen an einem Innenring abstützen.
Der Innenring kann beispielsweise auch durch eine Rotorwelle ausgebildet sein, so dass sich die Magnetelemente radial nach innen an der als Innenring fungierenden Rotorwelle abstützen.
Ferner ist es möglich, dass sich die Magnetelemente zumindest abschnittsweise radial direkt an dem Innenring abstützen oder aber auch zumindest abschnittsweise indirekt, beispielsweise über radial zwischen dem Innenring und einem Magnetelement ausgeformten Anlagerippe. Die Anlagerippe kann insbesondere einstückig mit dem Innenring ausgeführt sein.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass über den Innenring bereits während des Fertigungsprozesses die bereits teilweise vereinigten Bauteile des Rotors gemeinsam gehandhabt werden können.
Dabei kann die innere Mantelfläche des Innenrings für die wiederholte Aufnahme zu Bearbeitungsprozessen dienen, beispielsweise indem ein entsprechendes Handhabungswerkzeug mit der inneren Mantelfläche des Innenrings gekoppelt wird.
Ebenso kann der Innenring dazu beitragen, einer umfänglichen Vorspannung des Rotors durch eine Außenvorspannung möglichst wenig Widerstand entgegenzusetzen, so dass die Vorspannung umfängliche Eigenspannungen generieren kann. Der Innenring stellt somit eine wenig steife Innenkontur dar, welche ein Vorspannen des Rotors in umfänglicher Richtung beispielsweise durch ein Bandageelement zulässt, bzw. die Ausbildung von umfänglichen Eigenspannungen durch die Vorspannung erlaubt. Auch erlaubt der Innenring eine Vergrößerung der Einzeltoleranzen möglichst vieler der weiteren Bauteile des Rotors. Durch den Innenring können Bauteiltoleranzen in diesem „abgepuffert“ werden. So ist es beispielsweise möglich, dass nachdem die steifigkeitsbestimmenden Bauteile gemeinsam in dem Rotor verbaut wurden, jedoch vor dem Einpressen der Welle, der Innendurchmesser des Rotors bzw. des Innenrings auf ein gemeinsames Sollmaß gebracht werden kann. Der Innenring kann so insbesondere auch den Innendurchmesser des Rotors sehr genau definieren.
Der Innenring kann als separates Bauteil mit anderen Bauteilen des Rotors verbunden oder auch als ein mit diesen gemeinsames Bauteil gefertigt sein.
Der Innenring kann spanend, gepresst, aus Spritzguss oder Verguss mit gefülltem oder ungefülltem bzw. verstärktem oder unverstärktem Polymer geformt werden. Er kann hierbei direkt an die Anlagerippen und/oder die Versteifungsstreben im Urformverfahren angebracht sein oder nachträglich an diesen angebracht werden. Er kann insbesondere auch aus einem Strangprofil abgeschnitten und mit dem Rotor verbunden werden.
Es ist vorteilhaft, dass die innere Mantelfläche des Innenrings eine Kontur aufweist und/oder ein Formschlussmittel besitzt, durch welche zusätzlich eine umfänglich definierte Aufnahme des Rotors beispielsweise in einem Handhabungswerkzeug gewährleistet werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Rotor einen koaxial zu dem Innenring angeordneten Außenring aufweist, am dem sich die Magnetelemente radial nach außen abstützen.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass sich aus dem Innenring eine Mehrzahl von Anlagerippen jeweils radial nach außen erstrecken und sich eine Mehrzahl der Magnetelemente an den Anlagerippen abstützt. Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Magnetelemente in radialer und/oder axialer und/oder umfänglicher Richtung fixiert an den Anlagerippen anliegen können. Hierzu kann eine Anlagerippe an der Anlagefläche zum Magnetelement eine entsprechende Kontur aufweisen.
Es ist bevorzugt, dass eine Anlagerippe eine im Querschnitt V-artige Kontur aufweist, wobei die Spitze der V-förmigen Kontur radial nach innen orientiert ist.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Anzahl der Anlagerippen der Anzahl der Magnetelemente entspricht. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass sich hierdurch eine besonders exakt einstellbare Abstützung der Magnetelemente erreichen lässt.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der Anlagerippen eine die jeweilige Anlagerippe axial durchgreifende Öffnung aufweist. Hierdurch kann eine Anlagerippe beispielsweise an einen Rotorflansch angebunden werden, um ein Drehmoment von dem Rotor über die Anlagerippen auf den Rotorflansch zu übertragen.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Anlagerippen jeweils ein sich in radialer Richtung zwischen dem Innenring und dem Außenring erstreckende Versteifungsstrebe angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass sich hierdurch das im Betrieb des Rotors auftretende Schwingungsverhalten durch die zentrifugalkraftbeaufschlagten Bauteile des Rotors besser kompensieren lassen.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Innenring und die Anlagerippen einstückig, insbesondere monolithisch, miteinander ausgebildet sind. Hierdurch kann eine vereinfachte Fertigung des Innenrings und der Anlagenrippen realisiert werden. Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann es daher auch vorgesehen sein, dass der Innenring mittels eines Strangpressverfahrens geformt ist. Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Innenring aus einem Material mit einem E-Modul von weniger als 47GPa gefertigt ist. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist dass sich die umfängliche Vorspannung in der Struktur der Rotorscheibe aufbaut und weniger durch den Ring geblockt wird.
Es ist ferner bevorzugt, dass die axiale Erstreckung des Innenrings wenigstens 20% der axialen Erstreckung des Rotors entspricht.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass der Innenring aus dem Rotor entnehmbar ist. Der Innenring kann somit beispielsweise vor dem Einpressen der Rotorwelle entnommen werden. Es ist somit ganz besonders bevorzugt, dass bei einer Entnahme des Innenrings die Anlagerippen im Rotor verbleiben.
Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, dass der Innenring als eine Art von Schutzelement für die radial äußeren Bauteile dient, beispielsweise auch für die Stirnseiten der Versteifungsstreben hin zur Rotorwelle.
Hierbei kann der Innenring bevorzugt spielbehaftet gegenüber der Rotorwelle ausgebildet sein. Insbesondere überträgt der Innenring kein Drehmoment über seine innere Mantelfläche an die Rotorwelle.
Bevorzugt kann der Rotor für eine Axialflussmaschine, insbesondere für eine Axialflussmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, eine Mehrzahl an Magnetelementen umfassen, die umfänglich verteilt in dem Rotor angeordnet ist, wobei die Magnetelemente sich radial nach innen an einer Mehrzahl von Anlagerippen abstützen.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass sich das an dem Magnetelementen erzeugte Drehmoment zumindest zum Teil über die Anlagerippen an eine Rotorwelle übertragen lässt.
Hierzu wird das von den Magnetelementen erzeugte Drehmoment an die Anlagerippen geleitet, über welche es dann, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Rotorflansches, an die Rotorwelle weitergegeben werden kann. Auch ist es möglich, einen Teil des Drehmoments über die Anlagerippen direkt oder unter Zwischenschaltung eines Innenrings (radial) an die Rotorwelle zu übermitteln. Dies kann beispielsweise mittels Reibschluss und/oder Formschluss und/oder Stoffschluss erfolgen. Ebenso können die Anlagerippen das Drehmoment an ein Bauteil oder eine Kette von Bauteilen übertragen, welche das Drehmoment dann in die Welle einleiten.
Ferner bewirken die Anlagerippen einen Stützeffekt gegen axiales Verkippen der Magnetelemente im Betrieb des Rotors. Es kann hierdurch auch erreicht werden, dass die Magnetelemente in radialer und/oder axialer und/oder umfänglicher Richtung fixiert an den Anlagerippen anliegen können. Hierzu kann eine Anlagerippe an der Anlagefläche zum Magnetelement eine entsprechende Kontur aufweisen.
Des Weiteren unterstützen die Anlagerippen innerhalb des Rotors die Ausbildung eines überwiegend unter Druck-Vorspannung setzbaren Lastpfad von der Rotorwelle zu den Magnetelementen bis zu einem Bandageelement. Hierdurch können insbesondere die Beanspruchungsamplituden in diesem Pfad minimiert werden. Es ist bevorzugt, dass eine Anlagerippe eine im Querschnitt V-artige Kontur aufweist, wobei die Spitze der V-förmigen Kontur radial nach innen orientiert ist.
Eine Anlagerippe kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt werden.
Eine Anlagerippe ist bevorzugt so auszuführen, dass sie eine radiale Erstreckung aufweist, die wenigstens 48% der radialen Erstreckung zwischen der radial äußeren Kante der Rotorwelle und radial äußeren Kante der Magnetelemente entspricht
Eine Anlagerippe kann an weitere Bauteile des Rotors angebunden sein. Eine Anlagerippe kann als separates Bauteil in dem Rotor vorliegen. Auch ist es möglich, dass mehrere Anlagerippen, bevorzugt alle Anlagerippen, miteinander verbunden sind, beispielsweise über einen Innenring.
Eine Anlagerippe kann spanend, gepresst, aus Spritzguss oder Verguss, mit gefülltem oder ungefülltem bzw. verstärktem oder unverstärktem Polymer erzeugt werden. Ebenso kann es aus amagnetischem Stahl oder Keramik hergestellt werden.
Eine Anlagerippe kann direkt an einem Magnetelement und/oder die Rotorwelle in einem Urformverfahren angebracht sein oder nachträglich angebracht werden. Ferner ist es möglich, dass eine Anlagerippe sowohl wellenseitig wie auch magnetseitig an ein ein- oder mehrlagiges Interface angebunden sein kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Anzahl an Magnetelementen der Anzahl der Anlagerippen entspricht, was zu einer besonders guten Abstützung der Magnetelemente beitragen kann.
Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, dass eine Anlagerippe für die Anlage von mehreren Magnetelementen vorgesehen ist oder mehrere Anlagerippen pro Magnet verwendet werden.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der Anlagerippen eine die jeweilige Anlagerippe axial durchgreifende Öffnung aufweist. Hierdurch kann eine Anlagerippe beispielsweise an einen Rotorflansch angebunden werden, um ein Drehmoment von dem Rotor über die Anlagerippen auf den Rotorflansch zu übertragen.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Anlagerippen jeweils mindestens ein sich in radialer Richtung erstreckende Versteifungsstrebe angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass sich hierdurch das im Betrieb des Rotors auftretende Schwingungsverhalten durch die zentrifugalkraftbeaufschlagten Bauteile des Rotors besser kompensieren lassen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass sich eine Mehrzahl von Anlagerippen jeweils radial nach außen aus einem Innenring erstrecken. So kann der Innenring dazu beitragen, einer umfänglichen Vorspannung des Rotors durch eine Außenvorspannung möglichst wenig Widerstand entgegenzusetzen, so dass die Vorspannung umfängliche Eigenspannungen generieren kann. Der Innenring stellt somit eine wenig steife Innenkontur dar, welche ein Vorspannen des Rotors in umfänglicher Richtung beispielsweise durch ein Bandageelement zulässt, bzw. die Ausbildung von umfänglichen Eigenspannungen durch die Vorspannung erlaubt. Ferner kann die innere Mantelfläche des Innenrings für die wiederholte Aufnahme zu Bearbeitungsprozessen dienen, beispielsweise indem ein entsprechendes Handhabungswerkzeug mit der inneren Mantelfläche des Innenrings gekoppelt wird.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass eine Mehrzahl von Anlagerippen, bevorzugt alle Anlagerippen, im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. Durch den hiermit erhöhten Grad der Gleichteiligkeit des Rotors können insbesondere Herstellkosten gesenkt werden.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der Anlagerippen aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, einem amagnetischem Stahl oder einer Keramik gebildet ist. Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Anlagerippen aus einem Strangpressprofil gebildet sind. Hierdurch kann eine vereinfachte Fertigung der Anlagenrippen und eines ggf. vorhandenen Innenrings realisiert werden.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Anlagerrippen aus gestanzten und paketierten Blechen gebildet sind.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass bei wenigstens einer Anlagerippe an ihrer radial nach innen zu einer Rotorwelle hin gerichteten Fläche ein Formschlussmittel aufweist, über welches eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen der Rotorwelle und der Anlagerippe herstellbar ist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt ist insbesondere, dass eine eindeutige Positionierung von Rotorwelle und Anlagerippe zueinander bereitgestellt werden kann.
Besonders bevorzugt umfasst der Rotor für eine Axialflussmaschine, insbesondere für eine Axialflussmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Mehrzahl an Magnetelementen, die umfänglich verteilt in dem Rotor angeordnet ist, wobei die Magnetelemente sich radial nach außen an einem Außenring abstützen.
Diese Abstützung kann direkt oder indirekt erfolgen. Bei einer direkten Abstützung liegt das Magnetelement zumindest abschnittsweise an dem Außenring an. Bei einer indirekten Abstützung befindet sich zumindest abschnittsweise noch eine Materiallage zwischen dem Magnetelement und dem Außenring.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die üblicherweise recht spröden Magnetelemente besser vor mechanischen Einflüssen geschützt werden und gleichmäßig ihre im Betrieb des Rotors zentrifugalkraftbewirkten Lasten abgeben können. Diese durch die Magnetelemente hervorgerufenen Kräfte können so gleichmäßig über einen weiten umfänglichen Bereich des Außenrings an andere Bauteile des Rotors, wie beispielsweise einem Bandageelement, weitergeleitet werden.
Es ist daher bevorzugt, dass der Außenring den Magnetelementen eine „sanfte Bettung“ zur Verfügung stellt, um das spröde Material der Magnetelemente gut vor unerwünschten Spannungsspitzen zu schützen. Der Außenring kann sich daher bevorzugt an die Magnetelemente anschmiegen, was fertigungstechnisch beispielsweise durch einen Spritzgussprozess und/oder über eine Interface-Schicht wie eine Klebemasse und/oder über ein Material, dessen E-Modul geringer ist als das Material der Magnetelemente, bewirkt werden kann. Hierdurch kann die von einem Magnetelement ausgehende Kraft über eine möglichst große Kontaktfläche abgeleitet werden, was lokale Druckbeanspruchungen reduzieren kann.
Ferner kann durch den Außenring die Axialsteifigkeit des Rotors erhöht werden. Der Außenring kann aus Spritzguss oder Verguss, mit gefülltem oder ungefülltem bzw. verstärktem oder unverstärktem Polymer erzeugt werden. Ebenso ist es denkbar, den Außenring aus amagnetischem Stahl oder Keramik zu formen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an dem Außenring ein ringförmiges Bandageelement mittels eines Presssitzes anliegt, so dass eine Vorspannung über das Bandageelement in dem Rotor eingetragen ist.
Hierdurch kann ein Bandageelement vor einen direkten Kontakt mit den üblicherweise recht rauen Magnetelementen geschützt werden. Somit trennt der Außenring die spröden, rauen Magnetelemente von dem in der Regel vergleichsweise kerbempfindlichen Bandageelement.
Des Weiteren kann dem Bandageelement über den Außenring an seiner äußeren Mantelfläche ein gleichmäßiges Bett zur Verfügung gestellt werden, was den Aufpressvorgang des Bandageelements vereinfachen und eine gleichmäßige Lasteintragung in das Bandageelement unterstützen kann. Ferner können lokale (Über-) Beanspruchungen des Bandageelements in Querrichtung reduziert oder vollständig vermieden werden. Zusätzlich kann der Außenring auch eine gleichmäßige äußere Mantelfläche zur Verfügung stellen, über welche ein Bandageelement aufgepresst werden kann. Diese Fläche kann zusätzlich vor dem Aufpressvorgang auf ein exaktes Maß gebracht werden, mit welchem die Überdeckung zum aufgepressten Bandageelement eingestellt werden kann.
Der Außenring nimmt also lokal und konzentriert die im Betrieb des Rotors auftretenden Kräfte aus den Magnetelementen und/oder aus den Versteifungsstreben auf, und gibt diese homogenisiert über einen größeren Bereich an das Bandageelement weiter.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Außenring umfänglich geschlossen ausgeführt ist, was insbesondere fertigungstechnisch aber auch mit Hinblick auf die Axialsteifigkeit des Rotors von Vorteil sein kann.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Außenring aus einzelnen Ringsegmenten gebildet ist. Hierbei können insbesondere ein Ringsegment des Außenrings und ein Magnetelement eine bauliche Einheit bilden, welche dann durch umfängliche Anordnung einer Mehrzahl dieser baulichen Einheiten, zu einem Ring geformt werden.
Der Außenring kann also als ein geschlossener Ring oder aus Ringsegmenten gebildet werden, welche zu einem Ring angeordnet werden. Der Außenring kann aus einem gestanzten Band aufgerollt oder aus einem Strangprofil abgeschnitten werden. Ferner ist es denkbar, dass ein Außenring als Längsstruktur aus einer Platte gestanzt und aufgefächert werden kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Außenring eine Mehrzahl von Taschen umfasst, welche jeweils eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Anlagefläche für ein Magnetelement besitzt und in Umfangsrichtung beidseits des Magnetelements jeweils einen sich aus dem Außenring radial nach Innen erstreckenden Kopplungsabschnitt aufweist. Hierdurch lässt sich insbesondere die Wirkung erzielen, dass die Führung und Anlage der Magnetelemente in Umfangsrichtung verbessert werden kann. Ferner erleichtern die Taschen auch die Fertigung des Rotors, da die Magnetelemente über die Taschen in einer vordefinierten Position gegenüber dem Außenring positionierbar sind, beispielsweise vor einem Spritzguss oder Vergussprozess.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Magnetelementen jeweils mindestens eine sich in radialer Richtung zum Außenring hin erstreckende Versteifungsstrebe angeordnet ist, wodurch auch Lastpfade durch die Versteifungsstreben definiert auf den Außenring übertragbar sind. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass sich eine Mehrzahl von Versteifungsstreben jeweils in radialer Richtung an dem Außenring abstützen, so dass die Versteifungsstreben an einem Verkippen gehindert werden können. Hierdurch können ferner auch die Kräfte der Versteifungsstreben besonders homogen auf das Bandageelement übertragen werden. Dies trägt positiv zur Gesamt-Axialsteifigkeit der Rotorscheibe bei.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass sich mindestens eine Versteifungsstrebe jeweils in radialer Richtung an einem Kopplungsabschnitt des Außenrings abstützt, was die Kraftübertragung zwischen den Versteifungsstreben und dem Außenring weiter verbessern kann.
Es wäre auch möglich, dass sich eine Mehrzahl von Versteifungsstreben jeweils in radialer Richtung an einem Kopplungsabschnitt des Außenrings abstützen.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass der Außenring mittels eines Strangpressverfahrens geformt ist, was insbesondere fertigungstechnisch besonders günstig ist.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass der Außenring eine polygonförmig umlaufende äußere Kontur mit einer Mehrzahl von Stützstellen aufweist. Es hat sich gezeigt, dass wenn der Außenring entlang seiner Lasteinleitungs- und Abstützpunkte polygonialisiert ist, er eine vorteilhafte Steifigkeit aufweisen und entsprechende Lasten besonders gut aufnehmen kann.
Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, dass die Stützstellen des Polygonzuges durch die lasteinleitenden Elemente bestimmt werden. Dadurch ist die Form während der Belastung in der unbelasteten Struktur bereits vorweg genommen, was zu einer erhöhten initialen Steifigkeit führt.
Bevorzugt umfasst der Rotor für eine Axialflussmaschine, insbesondere für eine Axialflussmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, einen Innenring und einen koaxial dazu angeordneten Außenring, und zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Magnetelemente, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring sich in radialer Richtung erstreckende Versteifungsstreben speichenartig angeordnet sind, und in Umfangsrichtung beidseits einer Versteifungsstrebe jeweils eines der Magnetelemente so angeordnet und mit einer Versteifungsstrebe wirkverbunden ist, dass eine durch im Betrieb des Rotors auf die Magnetelemente einwirkende Zentrifugalkraft hervorgerufene Kraftkomponente von einem Magnetelement auf eine Versteifungsstrebe und/oder umgekehrt übertragbar ist. wobei wenigstens eine der Versteifungsstreben und/oder wenigstens eines der Magnetelemente mit wenigstens einer Abdeckscheibe verbunden ist, welche an einer ersten Stirnseite des Rotors diesen zumindest abschnittsweise überspannt, so dass im Betrieb des Rotors eine Kraftübertragung von einer der Versteifungsstreben und/oder wenigstens eines der Magnetelemente auf die wenigstens eine Abdeckscheibe und/oder umgekehrt bewirkbar ist.
Hierdurch kann zum einen die Axialsteifigkeit des Rotors erhöht werden. Ferner erlaubt der erfindungsgemäße Rotor die Zentrifugallasten der Magnetelemente gleichmäßiger radial nach außen, beispielsweise in Außenring und/oder in ein Bandageelement einzutragen.
Der Innenring kann beispielsweise auch durch eine Rotorwelle ausgebildet sein, so dass sich die Magnetelemente radial nach innen an der als Innenring fungierenden Rotorwelle abstützen.
Ferner können die Versteifungsstreben teilweise oder ganz auch direkten Kontakt zur Bandage haben.
Des Weiteren erlaubt die Abdeckscheibe die Bereitstellung einer homogenen Kontaktfläche zur Kontaktierung und Aufnahme der Betriebskräfte, beispielsweise durch einen Flansch. Der Flansch kann hierbei in vorteilhafter Weise über eine eng tolerierte Kontaktfläche an die Abdeckscheibe angebunden sein, um hierdurch die auftretenden Betriebskräfte gleichmäßig und sicher aufnehmen zu können. So kann beispielsweise die Abdeckscheibe auch Beanspruchungsspitzen durch Inhomogenitäten in dem Rotor auf größere Bereiche verteilen und somit reduzieren.
Ferner kann die Abdeckscheibe vorteilhafte Auswirkungen auf die Akustik und Luftreibung im Betrieb des Rotors durch eine homogene, insbesondere auch ebene, Oberfläche realisieren. Auch kann die Abdeckscheibe im Falle eines eventuellen Kontakts des Rotors mit dem Stator die Auswirkungen durch den Kontakt sowie der Verschleiß der Funktionsbauteile des Rotors minimieren. Die Abdeckscheibe kann als auch als eine Art von Verschleißelement zum Anstreifen des Rotors an den Stator dienen. Dies dient zum einen dem Schutz der inneren Struktur, zum anderen kann die Abdeckscheibe lokal behandelt werden, um Auswirkungen durch das Anstreifen zu minimieren, beispielsweise durch eine Gleitschicht für geringeren Energieeintrag, lokale verschleißresistente Schicht, und/oder einem Sensor im Bereich einer Anlaufstelle zur Detektierung des Anlaufs.
Bevorzugt sind in radialer Richtung sich zwischen dem Innenring und dem Außenring erstreckende Versteifungsstreben speichenartig angeordnet, wobei zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben jeweils ein Magnetelement angeordnet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in Umfangsrichtung beidseits einer der Versteifungsstreben jeweils ein Kopplungselement zwischen einem der Magnetelemente und der entsprechenden Versteifungsstrebe angeordnet ist, wobei die Kopplungselemente aus einem von dem Innenring und/oder dem Außenring und/oder den Magnetelementen und/oder den Versteifungsstreben verschiedenen Material geformt sind.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Versteifungsstreben mehrteilig ausgeführt ist. Auch kann es vorgesehen werden, dass eine Mehrzahl der Versteifungsstreben mehrteilig ausgeführt ist. Des Weiteren ist es möglich, dass alle Versteifungsstreben mehrteilig ausgeführt sind. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Versteifungsstreben einstückig mit dem Innenring und/oder dem Außenring ausgeformt ist. Es kann ferner bevorzugt sein, dass eine Mehrzahl der Versteifungsstreben einstückig mit dem Innenring und/oder dem Außenring ausgeformt ist. Höchst bevorzugt, sind alle Versteifungsstreben einstückig mit dem Innenring und/oder dem Außenring ausgeformt.
Die Versteifungsstreben können direkt in einem Urformverfahren in den Rotor eingebracht oder nachträglich in diesem angeordnet werden. Die Versteifungsstreben können vor der Anbringung in den Rotor sowie danach nochmals zumindest in Teilbereichen bearbeitet werden.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zumindest ein Material wenigstens einer Versteifungsstrebe in radialer Erstreckung der Versteifungsstrebe einen E-Modul von größer als 6000MPa aufweist. Es kann darüber hinaus auch bevorzugt sein, dass zumindest ein Material einer Mehrzahl an Versteifungsstreben in radialer Erstreckung der Versteifungsstreben einen E-Modul von größer als 6000MPa aufweist. Des Weiteren ist es auch bevorzugt, dass zumindest ein Material aller Versteifungsstreben in radialer Erstreckung der Versteifungsstrebe einen E-Modul von größer als 6000MPa aufweisen.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass wenigstens eine der Versteifungsstreben aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, amagnetischen Stahl, aus einem Aluminium oder einer Keramik geformt ist.
Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass das Material einer der Versteifungsstreben von dem Material der Kopplungselemente und/oder des Innenrings und/oder des Außenrings und/oder der Magnetelemente verschieden ist
Die Versteifungsstreben können spanend, gepresst, gewickelt, gelegt aus Spritzguss, Verguss, Nasswickelverfahren oder PrePreg mit gefülltem oder ungefülltem bzw. verstärktem oder unverstärktem Polymer erzeugt werden. Die Verstärkungen können sphärisch, Kurzfaser, Langfaser oder Endlosfaser sowie eine Mischung daraus sein.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Versteifungsstreben, die Magnetelemente und/oder der Innenring eine gegengleiche Vorspannung zu einer Lastbandage und/oder einer Hilfsbandage im Betriebspunkt des Rotors aufweisen.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass wenigstens eine der Versteifungsstreben quaderförmig ausgeformt ist. Bevorzugt ist eine Mehrzahl der Versteifungsstreben quaderförmig ausgeformt. Höchst bevorzugt sind alle Versteifungsstreben quaderförmig ausgeformt.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der Versteifungsstreben, bevorzugt alle Versteifungsstreben, im Wesentlichen identisch ausgeführt sind, was insbesondere hinsichtlich der Herstellkosten vorteilhaft ist.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass wenigstens eine der Versteifungsstreben an einer ihrer Axialflächen mit einer Abdeckscheibe, verbunden ist, welche an einer Stirnseite des Rotors diesen zumindest abschnittsweise überspannt. In diesem Zusammenhang kann es auch bevorzugt sein, dass eine Mehrzahl der Versteifungsstreben jeweils an einer ihrer Axialflächen mit einer Abdeckscheibe verbunden ist, welche an einer Stirnseite des Rotors diesen zumindest abschnittsweise überspannt. Höchst bevorzugt ist es ebenfalls, dass alle Versteifungsstreben jeweils an einer ihrer Axialflächen mit einer Abdeckscheibe verbunden sind, welche an einer Stirnseite des Rotors diesen zumindest abschnittsweise überspannt.
Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt ist insbesondere, dass die Versteifungsstreben so eine Schubfeldübertragung zu den Abdeckscheiben und/oder umgekehrt ermöglichen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Es zeigt:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht auf einen Rotor für eine Axialflussmaschine,
Figur 2 eine Explosionsdarstellung eines Rotors for eine Axialflussmaschine,
Figur 3 eine Querschnittsansicht auf einen Rotor einer Axialflussmaschine,
Figur 4 eine Querschnittsdetailansicht auf in der Figur 3 gezeigten Rotor,
Figur 5 freigestellte Versteifungsstreben, Außenring und Bandageelement in einer perspektivischen Ansicht,
Figur 6 ein Außenring in einer Querschnittsdarstellung,
Figur 7 eine Detailansicht auf die Anlagefläche des Außenrings in einer Querschnittsdarstellung,
Figur 8 eine Detailansicht auf ein Kopplungselement in dem Rotor in einer Querschnittsdarstellung,
Figur 9 einen Rotor in drei verschiedenen Herstellungszuständen in jeweils einer Querschnittsansicht,
Figur 10 eine erste Ausführungsform eines Magnetelements in einer Querschnittsdarstellung,
Figur 11 eine erste Ausführungsform eines Magnetelements in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 12 eine zweite Ausführungsform eines Magnetelements in einer perspektivischen Darstellung, Figur 13 eine dritte Ausführungsform eines Magnetelements in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 14 eine vierte Ausführungsform eines Magnetelements in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 15 zwei Ausführungsformen eines Bandageelements in jeweils einer perspektivischen Schnittansicht
Figur 16 ein Rotor in einer perspektivischen Axialschnittansicht,
Figur 17 ein Rotor mit Abdeckscheiben in einer Axialschnittdarstellung,
Figur 18 einen freigestellten Innenring mit Anlagerippen und Magnetelementen in einer Querschnittsdarstellung,
Figur 19 einen Rotor ohne Innenring in einer Querschnittsdarstellung
Figur 20 zwei Ausführungsformen einer Axialflussmaschine in jeweils einer schematischen Axialschnittdarstellung,
Figur 21 ein Kraftfahrzeug mit einer Axialflussmaschine in einer schematischen Darstellung
Die Figur 1 und die Figur 2 zeigen einen Rotor 1 für eine Axialflussmaschine 2, insbesondere für eine Axialflussmaschine 2 innerhalb eines Antriebsstrangs 3 eines Kraftfahrzeugs 4, wie es auch in der Figur 21 skizziert ist.
Der Rotor 1 umfasst einen Innenring 5 und einen koaxial dazu angeordneten Außenring 6, wobei in radialer Richtung zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 6 erstreckende stabartige, im Querschnitt rechteckige Versteifungsstreben 7 speichenartig angeordnet sind. Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben 7 ist jeweils ein Magnetelement 8 angeordnet.
Wie gut aus der Figur 3 zu entnehmen ist, ist in Umfangsrichtung beidseits einer der Versteifungsstreben 7 jeweils ein Kopplungselement 9 zwischen einem der Magnetelemente 8 und der entsprechenden Versteifungsstrebe 7 angeordnet. Die Kopplungselemente 9 sind im Wesentlichen identisch ausgebildet.
Die Kopplungselemente 9 sind aus einem von dem Innenring 5 und/oder dem Außenring 6 und/oder den Magnetelementen 8 und/oder den Versteifungsstreben 7 und/oder den Anlagerippen 60 verschiedenen Material geformt.
Die Magnetelemente 8 werden radial außen durch einen geschlossenen Außenring 6 aufgenommen. An diesem schließt sich die ringförmige Hilfsbandage 12 mit der ringförmigen Lastbandage 17 an. Radial innen liegen die Magnetelemente 8 übder die Anlagerippen 60 an dem Innenring 5 an, welcher über den Flansch 16 mit der Rotorwelle 23 gekoppelt ist. Axial ist beidseitig je eine Abdeckscheibe 18,19 aufgebracht. Der Flansch 16 nimmt den Innenring 5 oder die Anlagerippen 60 auf und ist mit Schrauben an den Flanschring 20 angebunden. Die Compression- Limiter 21 stützen den Innenring 5 und wirken hierbei als Verschraubungs- Abstützelemente.
Das Kopplungselement 9 dient dazu Relativverschiebungen zwischen den Magnetelementen 8 und weiteren Bauteilen auszugleichen, und gleichzeitig die Normal-Zugbeanspruchung auf Kopplungselemente 9 zu reduzieren. Zugleich werden die Kopplungselemente 9 benutzt, um Zentrifugalkräfte der Magnetelemente 8 an die Versteifungsstreben 7 weiterzuleiten und somit u.a. die Decklagen zu entlasten. Die Kopplungselemente 9 binden die Decklagen, also die Abdeckscheiben 18,19 axial an den Rotor 1 , um den Luftspalt zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 22 stabil zu halten. Kopplungselemente 9 erlauben des Weiteren zusammen mit der vorgespannten Bandage (vor Einpressen der Welle) den Rotor 1 umfänglich unter Druck zu setzen. Hierzu liegt an dem Außenring 6 eine ringförmige Hilfsbandage 12 an. Durch die Elastizität des Kopplungselements 9 wird die umfängliche Steifigkeit des Rotors 1 mit definiert bzw. auf das gewünschte Niveau gezielt eingestellt.
In den Figuren 3-4 ist der Rotor 1 mit einem Innenring 5 gezeigt, an dem sich die Versteifungsstreben radial abstützen. Wenn dieser Rotor 1 jedoch auf eine Rotorwelle 26 drehfest montiert wird, kann der Innenring 5 aus den Figuren 3-4 auch, beispielsweise durch Abfräsen, vor der Montage auf der Rotorwelle 26 entfernt worden sein, so dass im montierten Zustand der Innenring 5 durch die äußere Mantelfläche der Rotorwelle 26 ausgebildet wird. Dies ist in der Figur 19 gezeigt, wo sich dann die Versteifungsstreben 7 direkt auf der Rotorwelle 26 radial abstützen.
Der Rotor 1 kann in einer Axialflussmaschine 2 in H-Konfiguration, wie sie in der Abbildung a der Figur 20 zu sehen ist, oder in I-Ausführung, die in der Abbildung b der Figur 20 gezeigt ist, verwendet werden.
Die Figur 4 zeigt eine Detailansicht des aus der Figur 3 bekannten Rotors 1. Man erkennt auch hier gut den Innenring 5 und den koaxial dazu angeordneten Außenring 6, wobei in radialer Richtung zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 6 erstreckende Versteifungsstreben 7 speichenartig angeordnet sind, und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben 7 jeweils ein Magnetelemente 8 angeordnet ist.
An dem Außenring 6 liegt ein ringförmiges Bandageelement 44 mittels eines Presssitzes an, so dass eine Vorspannung über das Bandageelement 44 in dem Rotor 1 eingetragen ist. Das Bandageelement 44 kann den Außenring 6 des Rotors 1 in axialer Richtung vollständig oder abschnittsweise überdecken. Das Bandageelement 44 ist mehrteilig ausgeführt, mit wenigstens einer an dem Außenring 6 anliegenden ringförmigen Hilfsbandage 12 und wenigstens einer an der Hilfsbandage 12 anliegenden ringförmigen Lastbandage 17. Grundsätzlich wäre es auch möglich, das Bandageelement 44 einteilig auszubilden. Ferner ist es auch möglich, dass nur die Hilfsbandage 12 über eine Presspassung aufgebracht ist, und die Lastbandage 17 lastfrei darauf positioniert ist. Es können natürlich auch Hilfsbandage 12 und Lastbandage 17 mit einer Presspassung versehen sein. Anhand der Figur 8 werden nachfolgend die Kopplungselemente 9 des Rotors 1 näher erläutert. Das Kopplungselement 9 dient zunächst dazu Relativverschiebungen zwischen den Magnetelementen 8 und weiteren Bauteilen auszugleichen, und gleichzeitig die Normal-Zugbeanspruchung auf Kopplungselemente 9 zu reduzieren. Zugleich werden die Kopplungselemente 9 benutzt, um Zentrifugalkräfte der Magnetelemente 8 an die Versteifungsstreben 7 weiterzuleiten und somit u.a. die Decklagen zu entlasten. Die Kopplungselemente 9 binden die Decklagen, also die Abdeckscheiben 18,19 axial an den Rotor 1 , um den Luftspalt zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 22 stabil zu halten. Kopplungselemente 9 erlauben des Weiteren zusammen mit der vorgespannten Bandage (vor Einpressen der Welle) den Rotor 1 umfänglich unter Druck zu setzen. Hierzu liegt an dem Außenring 6 eine ringförmige Hilfsbandage 12 an. Durch die Elastizität des Kopplungselements 9 wird die umfängliche Steifigkeit des Rotors 1 mit definiert bzw. auf das gewünschte Niveau gezielt eingestellt.
Die Kopplungselemente 9 sind bevorzugt aus einem Material geformt, dass einen E-Modul zwischen 400MPa und 46.000MPa und im Betrieb des Rotors 1 ein elastisches Verhalten aufweist.
Wie in der Figur 8 dargestellt, sind die Kopplungselemente 9 stabförmig ausgebildet und besitzen in Umfangsrichtung eine mittlere Stärke 10 von wenigstens 0,47 mm, bevorzugt 0,5-10mm, besonders bevorzugt 0,5-5 mm. Die Kopplungselemente 9 verfügen ferner im Bereich der Magnetelemente 8 über einen von einer Stabform abweichenden Anbindungsabschnitt 13, welcher abschnittsweise an einem der Magnetelemente 8 anliegt. Die Versteifungsstreben 7 sind quaderförmig ausgebildet, wobei die Kopplungselemente 9 zumindest abschnittsweise jeweils an einer Längsfläche 11 einer der Versteifungsstreben 7 anliegen.
Ein möglicher Herstellprozess des Rotors 1 ist in Figur 9 dargestellt: Hergestellt wird der Rotor 1 indem ein Werkzeug mindestens mit den Magnetelementen 8, erweiterbar u.a. mit den Compression-Limiter 21 und Versteifungsstreben 7 bestückt wird. Anschließend wird in einem oder mehreren Schritten der Außenring 6 und die Anlagerippen 60 inkl. dem möglicherweise nur temporär vorhandenen Innenring 5 angespritzt oder aufgesteckt bzw. verbunden. Danach können die Abdeckscheiben 18,19 aufgebracht sowie noch vorhandene Verfüllbereiche mit einer Verfüllmasse ausgefüllt werden. Über eine Hilfsbandage12 kann der Rotor 1 umfänglich vorgespannt werden, bevor die Rotorwelle 23 eingepresst wird. Eine Lastbandage 17 radial außerhalb der Hilfsbandage 12 kann ebenfalls wahlweise mit Vorspannung aufgebracht werden. Anschließend wird die Zentralbohrung und Wellenaufnahme hergestellt, indem der Innenring 5 größtenteils oder ganz entfernt wird. Ein Aufpressen der Rotorwelle 23 mit axialer Fixierung des Flansches 16 stellt das Interface zum Rotor 1 dar. In einem Wuchtprozess am Flansch 16, der Flanschschiebe 20, dem Außenring 6 oder an den Kopplunglungselementen 9 wird der Rotor 1 gewuchtet.
Ein erstes Verfahren zur Herstellung eines Rotors 1 für eine Axialflussmaschine 2, kann also nochmals erläutert die folgenden Schritte umfassen: Zunächst erfolgt die Bereitstellung eines Formwerkzeugs 14, einer Mehrzahl von Versteifungsstreben 7, sowie einer Mehrzahl von Magnetelementen 8.
Dann erfolgt die Anordnung der Versteifungsstreben 7 und der Magnetelemente 8 in dem Formwerkzeug 14, so dass die Versteifungsstreben 7 speichenartig positioniert sind und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben 7 jeweils ein Magnetelement 8 angeordnet ist, und wobei beidseits einer der Versteifungsstreben 7 jeweils ein Luftraum 15 zwischen einem der Magnetelemente 8 und der entsprechenden Versteifungsstrebe 7 in dem Formwerkzeug 14 vorgesehen ist. Dieser Herstellungszustand ist in der Abbildung a der Figur 9 zu erkennen.
Anschließend wird ein Spritzgießen zur Ausformung eines Innenrings 5 und eines Außenrings 6 mithilfe des Formwerkzeugs 14 durchgeführt, so dass die Position der Versteifungsstreben 7, der Magnetelemente 8, des Innenrings 5 sowie des Außenrings 6 zueinander festgelegt ist, was in der Abbildung b der Figur 9 abgebildet ist.
Nun erfolgt das Befüllen der Lufträume 15 beidseits einer der Versteifungsstreben 7 mit einem Material, das von dem Material des Innenrings 5 und/oder des Außenrings 6 und/oder der Magnetelemente 8 und/oder der Versteifungsstreben 7 verschiedenen ist, so dass jeweils ein Kopplungselement 9 zwischen einem der Magnetelemente 8 und der entsprechenden Versteifungsstrebe 7 ausgeformt. Das Befüllen kann mittels eines Spritzgussprozesses in dem Formwerkzeug 14 oder eines Gussprozesses erfolgen. Das Befüllen kann allerdings auch erst nach Aufbringen einer oder beider Abdeckscheiben 18, 19 erfolgen.
Alternativ wäre es auch möglich, dass zunächst eine Bereitstellung eines Formwerkzeugs 14, einer Mehrzahl von Versteifungsstreben 7, einer Mehrzahl von Magnetelementen 8, sowie die Bereitstellung einer Mehrzahl von Kopplungselementen 9 mit einem Material, dass von dem Material eines Innenrings 5 und/oder eines Außenrings 6 und/oder der Magnetelemente 8 und/oder der Versteifungsstreben 7 verschiedenen ist, vorgenommen wird.
So wird dann zunächst eine Anordnung der Versteifungsstreben 7 und der Magnetelemente 8 in dem Formwerkzeug vorgenommen, so dass die Versteifungsstreben 7 speichenartig positioniert sind und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben 7 jeweils ein Magnetelement 8 angeordnet ist, und wobei beidseits einer der Versteifungsstreben 7 jeweils ein Luftraum 15 zwischen einem der Magnetelemente 8 und der entsprechenden Versteifungsstrebe 7 in dem Formwerkzeug 14 vorgesehen ist.
Dann erfolgt das Spritzgießen des Innenrings 5 und des Außenrings 6 mithilfe des Formwerkzeugs 14, so dass die Position der Versteifungsstreben 7, der Magnetelemente 8, des Innenrings 5 sowie des Außenrings 6 zueinander festgelegt ist. Abschließend werden die Kopplungselemente 9 in die Lufträume 15 beidseits einer der Versteifungsstreben 7 eingesetzt.
Die Abbildung c der Figur 9 zeigt dann den Rotor 1 mit den eingesetzten Kopplungselementen 9.
Der Rotor 1 kann in einer Axialflussmaschine 2 in H -Konfiguration, wie sie in der Abbildung a der Figur 9 zu sehen ist, oder in I-Ausführung, die in der Abbildung b der Figur 9 gezeigt ist, verwendet werden. Die Figur 10 zeigt ein Magnetelement 8 für einen Rotor 1 einer Axialflussmaschine 2, wobei das Magnetelement 8 eine Längserstreckung 24 aufweist und über eine umlaufende Umfangskontur 25 verfügt.
Auf einer ersten Seite 26, die im in dem Rotor 1 verbauten Zustand des Magnetelements 8 einer ersten Drehrichtung des Rotors 1 zugewandt ist, ist ein sich in Längsrichtung erstreckender erster ebener Flächenabschnitt 27 und ein sich in Längsrichtung erstreckender zweiter ebener Flächenabschnitt 28 ausgebildet. Im in dem Rotor 1 verbauten Zustand des Magnetelements 8 ist der erste Flächenabschnitt 27 radial oberhalb des zweiten Flächenabschnitts 28 positioniert.
In der gezeigten Ausführung der Figur 10 ist das Magnetelement 8 bezogen auf seine Längserstreckung 24 spiegelsymmetrisch ausgeformt. So ist dann auch auf einer zweiten Seite 29, die im in dem Rotor 1 verbauten Zustand des Magnetelements 8 einer zweiten Drehrichtung des Rotors 1 zugewandt ist, ein sich in Längsrichtung erstreckender dritter ebener Flächenabschnitt 30 und ein sich in Längsrichtung erstreckender vierter ebener Flächenabschnitt 31 ausgebildet, wobei im in dem Rotor 1 verbauten Zustand des Magnetelements 8 der dritte Flächenabschnitt 30 radial oberhalb des vierten Flächenabschnitts 31 positioniert ist.
Die Flächenabschnitte 27,28,30,31 sind so angeordnet und ausgeformt, dass sich eine erste durch den ersten Flächenabschnitt 27 verlaufende Ebene 32 und eine dritte durch den dritten Flächenabschnitt 30 verlaufende Ebene 33 im in dem Rotor 1 verbauten Zustand des Magnetelements 8 in Richtung der Längserstreckung 24 radial oberhalb des Magnetelements 8 schneiden und sich eine zweite durch den zweiten Flächenabschnitt 28 verlaufende Ebene 34 und eine vierte durch den vierten Flächenabschnitt 31 verlaufende Ebene 35 im in dem Rotor 1 verbauten Zustand des Magnetelements 8 in Richtung der Längserstreckung 24 radial unterhalb des Magnetelements 8 schneiden.
Der erste ebene Flächenabschnitt 27 und der dritte ebene Flächenabschnitt 30 weisen hierbei eine Länge in Umfangsrichtung des Magnetelements 8 von mindestens 2mm und maximal 48mm auf. Der erste ebene Flächenabschnitt 27 und der dritte ebene Flächenabschnitt 30 können zur Abdichtung, radialen Positionierung im Werkzeug während der Herstellung des Rotors 1 sowie als Bezugsfläche zur Magnetsortierung (Masseschwerpunkt gegenüber geometrischer Form) dienen.
Die Figur 10 zeigt des Weiteren, dass die Umfangskontur 25 einen fünften Flächenabschnitt 39 aufweist, der im in dem Rotor 1 verbauten Zustand radial nach außen orientiert ist und den ersten Flächenabschnitt 27 mit dem dritten Flächenabschnitt 30 verbindet, wobei der fünfte Flächenabschnitt 39 eine kreisbogenförmige Kontur aufweist, deren Drehachse koaxial zu einer Drehachse des Rotors 1 verläuft. Das Magnetelement 8 besitzt also an seiner radial äußeren Fläche eine Kontur, welche im Wesentlichen einem Kreisbogen folgt, dessen Zentrum konzentrisch zur Drehachse des Rotors 1 ist. Durch diese Kontur werden die durch das Magnetelement 8 erzeugten (Fliehkraft-) Lasten gleichmäßig auf die radial äußeren Bauteilbereiche (z.B. die Hilfsbandage 12 oder die Lastbandage 17) weitergeleitet. Zudem stützt das Magnetelement 8 dadurch diese äußeren Bereiche gleichmäßig.
Was der Figur 10 auch entnommen werden kann, ist, dass das Magnetelement 8 einen oberen Bereich 42 und einen unteren Bereich 43 aufweist, wobei der obere Bereich 42 oberhalb der Hälfte der Längserstreckung 24 des Magnetelements 8 und der untere Bereich 43 unterhalb der Hälfte der Längserstreckung 24 des Magnetelements 8 verläuft. Der erste Flächenabschnitt 27 und der dritte Flächenabschnitt 30 verlaufen hierbei ausschließlich innerhalb des oberen Bereichs 42 des Magnetelements 8.
Der in der Figur 11 gezeigten Ausführungsform ist entnehmbar, dass die Umfangskontur 25 eine Fase 36 aufweisen kann, die am Übergang zwischen der Umfangskontur 25 und einer Axialfläche 37 ausgebildet ist. In diesem Beispiel läuft die Fase 36 umlaufend geschlossen um die Umfangskontur 25. Die Fase 36 kann im Bereich der Umfangskontur 25 dazu beitragen die Anhaftung eines Magnetelements 8 an die Nachbarbauteile zu verbessern, beispielsweise um eine dickere und somit elastischere Klebeschicht bzw. Verbindungsschicht hin zum Magnetelement 8 ermöglichen zu können. Die Fase 36 kann über ihren Verlauf entlang des Magnetumfangs hinsichtlich ihrer Kontur variieren.
In der Figur 12 ist eine Ausführungsform eines Magnetelements 8 gezeigt, bei dem die Umfangskontur 25 einen sechsten Flächenabschnitt 40 aufweist, der im in dem Rotor 1 verbauten Zustand radial nach innen orientiert ist und den zweiten Flächenabschnitt 28 mit dem vierten Flächenabschnitt 31 verbindet, wobei der sechste Flächenabschnitt 40 eine Fase 41 aufweist, die am Übergang zwischen dem sechsten Flächenabschnitt 28 und einer Axialfläche 37 ausgebildet ist. Hierdurch wird eine keilartige Kontur an dem sechsten Flächenabschnitt 40 definiert, was die Anbindung des Magnetelements 8 an beispielsweise einen Innenring 5 des Rotors 1 vereinfachen kann.
Wie in den Figuren 13-14 dargestellt, kann der zweite ebene Flächenabschnitt 28 und der vierte ebene Flächenabschnitt 31 jeweils zumindest abschnittsweise aus der jeweiligen ebenen Fläche herausragende oder hineinragende Strukturen 38 aufweisen. Diese Strukturen 38 sind als Profilierung ausgeführt, welche eine Art Hinterschnitt in radialer Richtung für einen Formschluss in der Klebeverbindung bzw. Anbindung bereitstellt. Zumindest ist diese Profilierung derart auszuführen, dass sie eine Flächenvergrößerung für die Anbindung sowie Optimierung der Abstützung von Betriebslasten zur Folge hat.
Wie beispielsweise in der Figur 4 zu sehen ist, kann an dem Außenring 6 des Rotors 1 ein ringförmiges Bandageelement 44 mittels eines Presssitzes anliegen, so dass eine Vorspannung über das Bandageelement 44 in dem Rotor 1 eingetragen ist. Das Bandageelement 44 ist in dieser gezeigten Ausführungsform mehrteilig ausgeführt, mit wenigstens einer an dem Außenring 6 anliegenden ringförmigen Hilfsbandage 12 und wenigstens einer an der Hilfsbandage 12 anliegenden ringförmigen Lastbandage 17, wobei das Material der Hilfsbandage 12 von dem Material der Lastbandage 17 verschieden ist.
Wenigstens ein Material des mehrteiligen Bandageelements 44, insbesondere die Lastbandage 17, weist in Umfangsrichtung des Bandageelements 44 einen E- Modul >48.000MPa auf. Hierbei ist dann die durch die Hilfsbandage 12 in den Rotor 1 eingebrachte Vorspannung größer ist als die durch die Lastbandage 17 eingebrachte Vorspannung. Das Bandageelement 44 kann sogar so konfiguriert sein, dass die Lastbandage 17 derart an der Hilfsbandage 12 anliegt, dass sie keine Vorspannung in den Rotor 1 einträgt.
Der Außenring 6 besitzt eine polygonförmig umlaufende äußere Kontur 45 mit einer Mehrzahl von Stützstellen 46.
Das Bandageelement 44 kann dabei beispielsweise wie folgt an dem Rotor 1 angebracht werden: Zunächst erfolgt eine Bereitstellung eines Rotors 1 mit einem Innenring 5 und einem koaxial dazu angeordneten Außenring 6, wobei in radialer Richtung zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 6 erstreckende Versteifungsstreben 7 speichenartig angeordnet sind, und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben 7 jeweils ein Magnetelement 8 angeordnet ist. Dann erfolgt die Anordnung eines ringförmigen Bandageelements 44 an dem Außenring 6 mittels eines Presssitzes, so dass eine Vorspannung über das Bandageelement 44 in dem Rotor 1 eingetragen ist. Abschließend wird die Kopplung des Rotors 1 an eine Rotorwelle 23 durchgeführt.
Die Versteifungsstreben 7 werden nachfolgend anhand der Figur 4 und der Figur 5 näher erläutert._Die Figur 4 zeigt den Rotor 1 umfassend einen Innenring 5 und einen koaxial dazu angeordneten Außenring 6, und zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 6 angeordnete Magnetelemente 8, wobei zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 6 sich in radialer R Versteifungsstreben 7 speichenartig angeordnet sind.
In Umfangsrichtung beidseits einer Versteifungsstrebe 7 ist jeweils eines der Magnetelemente 8 so angeordnet und mit einer Versteifungsstrebe 7 wirkverbunden, dass eine durch im Betrieb des Rotors 1 auf die Magnetelemente 8 einwirkende Zentrifugalkraft hervorgerufene Kraftkomponente von einem Magnetelement 8 auf eine Versteifungsstrebe 7 und/oder umgekehrt übertragbar ist. Aus der Figur 4 ist ferner ersichtlich, dass in Umfangsrichtung beidseits einer der Versteifungsstreben 7 jeweils ein Kopplungselement 9 zwischen einem der Magnetelemente 8 und der entsprechenden Versteifungsstrebe 7 angeordnet ist, wobei die Kopplungselemente 9 aus einem von dem Innenring 5 und/oder dem Außenring 6 und/oder den Magnetelementen 8 und/oder den Versteifungsstreben 7 verschiedenen Material geformt sind. Das Material einer Versteifungsstrebe 7 weist in radialer Erstreckung der Versteifungsstrebe 7 einen E-Modul von größer als 6000MPa auf.
Die Versteifungsstreben 7 sind quaderförmig und im Wesentlichen identisch ausgeführt. Die Versteifungsstreben 7 sind wenigstens an einer ihrer Axialflächen 50 mit einer Abdeckscheibe 18,19 verbunden, welche an einer Stirnseite 51 des Rotors 1 diesen zumindest abschnittsweise überspannt, was sich auch gut anhand der Figur 16 nachvollziehen lässt.
Durch das Einbringen der radialen Versteifungsstreben 7 parallel (bezogen auf Lastrichtung) zum Magnetelement-Lastpfad, kann der Magnetlastpfad über das Bandageelement 44, die Rotorwelle 23 bzw. den Innenring 5 sowie die Anlagerippen 60 geschlossen werden. Über eine gegengleiche Vorspannung der beteiligten Bauteile im Betriebspunkt des Rotors 1 , tragen die Versteifungsstreben 7 direkt zur Gesamtsteifigkeit des Rotors 1 bei. Dadurch werden die radialen Beanspruchungsamplituden in den Magnetelementen und ggf. in deren Kopplungselementen 9 im Betrag verringert. Zusätzlich erhöht sich die radiale Gesamtsteifigkeit des Rotors 1 (bezüglich der Magnetverschiebung pro Zentrifugallast), was die Verschiebungsamplituden und somit die relativen Beanspruchungen zwischen den Bauteilen zueinander reduziert.
Die Versteifungsstreben 7 leiten somit die Magnet-Zentrifugallasten an weiteren Stellen über den Außenring 6 in das Bandageelement 444 ein um so eine homogenere und weniger stark polygonial geprägte Lasteinleitung in die Lastbandage zu generieren. Über die Lastpfade „Magnetelement-Abdeckscheibe- Versteifungsstrebe“ und „Magnetelement-Kopplungselement-Versteifungsstrebe“ werden die Magnetkräfte an die Versteifungsstreben 7 übertragen. Die Versteifungsstreben 7 tragen die Lasten dann in das Bandageelement 44 ein. Über eine Presspassung zur Rotorwelle 23 werden die Versteifungsstreben 7 gegen das Bandageelement 44 vorgespannt. Dabei wird nicht nur eine Vorspannkraft in das Bandageelement 44 eingebracht, sondern diese auch polygonisiert, um die Betriebskräfte effektiver (höhere Betriebspunkt-Steifigkeit als ein ursprünglich rundes Bandageelement 44) aufnehmen zu können.
Die Versteifungsstreben 7 befinden sich zwischen den beiden Abdeckscheiben 18,19, was sich gut anhand der Figur 16 nachvollziehen lässt. Dabei dienen sie als Schubfeldübertrager für die Abdeckscheiben 18,19, um damit deren Wirkung auf die Axialsteifigkeit zu erhöhen. Dieser Effekt kann noch erhöht werden, indem die Richtung eines Teiles der Verstärkungsfasern in den Versteifungsstreben 7 teilweise auf die Hauptlastrichtung des Schubfeldes ausgerichtet ist. Natürlich tragen die Versteifungsstreben 7 auch schon bereits über ihr eigenes Flächenträgheitsmoment direkt zur Erhöhung der axialen Rotorsteifigkeit bei.
Der Außenring 6 ist beispielsweise gut aus den Figuren 6-7 entnehmbar und wird nachfolgend näher beschrieben. Die Figur 7 zeigt den Rotor 1 , umfassend eine Mehrzahl an Magnetelementen 8, die umfänglich verteilt in dem Rotor 1 angeordnet ist, wobei die Magnetelemente 8 sich radial nach außen an einem Außenring 6 abstützen.
An dem Außenring 6 liegt ein ringförmiges Bandageelement 44 mittels eines Presssitzes an, so dass eine Vorspannung über das Bandageelement 44 in dem Rotor 1 eingetragen ist.
Der Figur 6 ist gut entnehmbar, dass der Außenring 6 umfänglich geschlossen ausgeführt ist. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass der Außenring segmentiert ausgeführt ist. Die Figur 6 zeigt des Weiteren, dass der Außenring 6 eine Mehrzahl von Taschen 70 umfasst, welche jeweils eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Anlagefläche 71 für ein Magnetelement 8 besitzt und in Umfangsrichtung beidseits des Magnetelements 8 jeweils einen sich aus dem Außenring 6 radial nach Innen erstreckenden Kopplungsabschnitt 72 aufweist. Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Magnetelementen 8 ist jeweils ein sich in radialer Richtung zum Außenring 6 hin erstreckende Versteifungsstrebe 7 angeordnet. Diese Versteifungsstreben 7 stützen sich jeweils in radialer Richtung an einem Kopplungsabschnitt 72 des Außenrings 6 ab.
Der Außenring 6 besitzt eine polygonförmig umlaufende äußere Kontur 45 mit einer Mehrzahl von Stützstellen 46.
Anhand der Figuren 16-17 werden die Abdeckscheiben 18,19 näher erläutert. Die Figur 16 zeigt einen Rotor 1 umfassend einen Innenring 5 und einen koaxial dazu angeordneten Außenring 6, und zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 6 angeordnete Magnetelemente 8, wobei zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 6 sich in radialer Richtung erstreckende Versteifungsstreben 7 speichenartig angeordnet sind.
In Umfangsrichtung ist beidseits einer Versteifungsstrebe 7 jeweils eines der Magnetelemente 8 so angeordnet und mit einer Versteifungsstrebe 7 wirkverbunden, dass eine durch im Betrieb des Rotors 1 auf die Magnetelemente 8 einwirkende Zentrifugalkraft hervorgerufene Kraftkomponente von einem Magnetelement 8 auf eine Versteifungsstrebe 7 und/oder umgekehrt übertragbar ist.
Wenigstens eine der Versteifungsstreben 7 und/oder wenigstens eines der Magnetelemente 8 ist mit wenigstens einer Abdeckscheibe 18 verbunden, welche an einer ersten Stirnseite 51 des Rotors 1 diesen zumindest abschnittsweise überspannt, so dass im Betrieb des Rotors 1 eine Kraftübertragung von einer der Versteifungsstreben 7 und/oder wenigstens eines der Magnetelemente 8 auf die wenigstens eine Abdeckscheibe 18 und/oder umgekehrt bewirkbar ist.
Ferner ist wenigstens eine der Versteifungsstreben 7 und/oder wenigstens eines der Magnetelemente 8 mit wenigstens einer Abdeckscheibe 19 verbunden, welche an einer zweiten Stirnseite 52 des Rotors 1 diesen zumindest abschnittsweise überspannt, so dass im Betrieb des Rotors 1 eine Kraftübertragung von einer der Versteifungsstreben 7 und/oder wenigstens eines der Magnetelemente 8 auf die wenigstens eine Abdeckscheibe 19 und/oder umgekehrt bewirkbar ist.
Die Abdeckscheibe 18 an der ersten Stirnseite 51 des Rotors 1 und die Abdeckscheibe 19 an der zweiten Stirnseite 52 des Rotors 1 sind jeweils ringscheibenförmig ausgebildet. Die Abdeckscheibe 18 an der ersten Stirnseite 51 des Rotors 1 und die Abdeckscheibe 19 an der zweiten Stirnseite 52 des Rotors 1 weisen jeweils eine mittlere axiale Erstreckung 58 auf, die zwischen 1 -80% der axialen Erstreckung 59 der Magnetelemente 8 entspricht.
Die Abdeckscheibe 18 an der ersten Stirnseite 51 des Rotors 1 und die Abdeckscheibe 19 an der zweiten Stirnseite 52 des Rotors 1 weisen Befestigungsmittel 55 auf, mittels derer ein Drehmoment von dem Rotor 1 auf einen Rotorflansch 16 übertragbar ist, über weichen das Drehmoment in eine Rotorwelle 23 einleitbar ist. Die Befestigungsmittel 55 umfassen in der gezeigten Ausführungsform auf einer Kreisbahn äquidistant angeordnete Befestigungsöffnungen 56. In der gezeigten Ausführungsvariante des Rotors 1 sind die Abdeckscheibe 18 an der ersten Stirnseite 51 des Rotors 1 und die Abdeckscheibe 19 an der zweiten Stirnseite 52 des Rotors 1 im Wesentlichen identisch ausgebildet.
Durch das Anbringen mindestens einer Abdeckscheibe 18,19 erhöht sich die Axialsteifigkeit des Rotors 1 , da die Abdeckscheibe 18,19 eine Steifigkeit in ihrer Ebene besitzt. Durch ihre Anbindung an den Rotor 1 und die Lastübertragung über Versteifungsstreben 7 und/oder Magnetelemente 8 und/oder weitere Rotorbauteile wird ein Schubfeld zumindest in die Rotorstruktur, bevorzugt zur jeweils anderen Abdeckscheibe 18,19 übertragen. Dadurch ergibt sich eine Steigerung des Flächenträgheitsmomentes und somit der Axialsteifigkeit des Rotors 1. Die Abdeckscheiben 18,19 bewirken auch einen Zentrifugallast-Übertrag von den Magnetelementen 8 über Abdeckscheiben 18,19 auf die Versteifungsstreben 7 zur gleichmäßigen Lasteinleitung der Zentrifugallasten in den Außenring 6 bzw. das Bandageelement 44.
Die Abdeckscheiben 18,19 vergleichmäßigen ferner auch die in dem Rotor 1 wirkenden Kräfte im Bereich der Flanschanbindung. Dadurch können die Betriebskräfte des Rotors 1 homogen über die Kontaktfläche an den Flansch 16 übertragen werden. Ebenso können die Presskräfte der Flanschanbindung gleichmäßig in den Rotor 1 eingetragen werden. Auch können sich etwaige Hilfselemente, wie z.B. Rändel im Flansch 16 in einer Abdeckscheibe 18,19 verkrallen
In der Figur 16 wird ferner gezeigt, dass die Abdeckscheibe 18 an der ersten Stirnseite 51 des Rotors 1 und/oder die Abdeckscheibe 19 an der zweiten Stirnseite 52 des Rotors 1 ins Innere oder Äußere des Rotors 1 gerichtete Einwölbungen 57 aufweisen können, welche bezüglich der radialen Rotorebene eine geringere Gesamtsteifigkeit zur Folge haben und dadurch die Abdeckscheiben 18,19 bzw. den Rotor 1 lokal entlasten können.
Ein radial innerer Bereich einer Abdeckscheibe 18,19, welcher in Kontakt zum Flansch 16 steht, kann als Bearbeitungsschicht verwendet werden, um eine definierte Oberfläche mit gewünschten Eigenschaften zur Verbesserung der Anbindung an den Flansch 16 zu erzielen.
Die Figur 17 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Abdeckscheibe 18 an der ersten Stirnseite 51 des Rotors 1 und die Abdeckscheibe 19 an der zweiten Stirnseite 52 des Rotors 1 radial über den Rand des Außenrings 6 hinausragen und axial zwischen den Abdeckscheiben 18,19 ein Bandageelement 44 an dem Außenring 6 anliegt. Die Abdeckscheiben 18,19 können so beispielsweise als direkte Wickelform bzw. als Hilfsform für die Fertigung der Lastbandage 17 verwendet werden. Ebenso können sie so zum Schutz des Bandagenelementes wirken.
Der Innenring 5 des Rotors 1 wird anhand der Figur 4 und der Figur 18 näher erläutert. Die Figur 18 zeigt den Rotor 1 umfassend eine Mehrzahl an Magnetelementen 8, die umfänglich verteilt in dem Rotor 1 angeordnet ist, wobei die Magnetelemente 8 sich radial nach innen über die Anlagerippen 60 an einem Innenring 5 abstützen. Der Rotor 1 besitzt ferner einen koaxial zu dem Innenring 5 angeordneten Außenring 6 auf, am dem sich die Magnetelemente 8 radial nach außen abstützen, so wie es in der Figur 4 zu sehen ist. Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Anlagerippen 60 ist jeweils ein sich in radialer Richtung zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 6 erstreckende Versteifungsstrebe 7 angeordnet.
Aus dem Innenring 5 erstreckt sich eine Mehrzahl von Anlagerippen 60 jeweils radial nach außen, wobei sich die Magnetelemente 8 in radialer Richtung nach innen an den Anlagerippen 60 abstützen. Hierbei entspricht die Anzahl der Anlagerippen 60 der Anzahl der Magnetelemente 8. Der Innenring 5 und die Anlagerippen 60 sind einstückig, insbesondere monolithisch, miteinander ausgebildet. Der Innenring 5 und die Anlagerippen 60 sind hierbei mittels eines Strangpressverfahrens geformt.
Der Innenring 5 verbindet so insbesondere auch die inneren Bauteile des Rotors 1 , um sie insbesondere auch bereits während des Fertigungsprozesses handhabbar zu machen. Mit dem Innenring 5 wird somit eine definierte Innenkontur, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine zylindrische Innenkontur, bereitgestellt, um den Rotor 1 während des Fertigungsprozesses gezielt in einem Handhabungswerkzeug aufnehmen zu können.
Jede der Anlagerippen 60 weist eine die jeweilige Anlagerippe 60 axial durchgreifende Öffnung 61 auf, die von einer Schraube durchgriffen ist, mittels derer der Rotorflansch 16 ab den Rotor 1 angebunden werden kann.
Wie man anhand der Figur 18 ferner gut erkennen kann, sind der Innenring 5 mit seinen Anlagerippen 60 und den sich darauf abstützenden Magnetelementen 8 jeweils entlang einer radial verlaufenden Symmetrieachse 65 fluchtend und spiegelsymmetrisch angeordnet.
Der Innenring 5 kann auch aus dem Rotor 1 entnehmbar sein bzw. entnommen sein, wie es in der Ausführungsvariante der Figur 19 zu sehen ist. Beispielsweise kann der Innenring 5 hierzu vollständig abgedreht bearbeitet worden sein. Anhand der Figur 4, der Figur 18 sowie der Figur 19 werden nun die Anlagerippen 60 näher beschrieben.
Die Figur 4 zeigt den Rotor 1 umfassend eine Mehrzahl an Magnetelementen 8, die umfänglich verteilt in dem Rotor 1 angeordnet ist, wobei die Magnetelemente 8 sich radial nach innen an einer Mehrzahl von Anlagerippen 60 abstützen. Die Anlagerippen 60 erzeugen so direkt oder indirekt einen Formschluss zu den entsprechenden Magnetelementen, um dessen Drehmoment aufnehmen und weiterleiten zu können.
Ferner ermöglichen die Anlagerippen 60 eine definierte axiale Steifigkeit des Rotors 1 zu gestalten, um beispielsweise auch einen kraftschlüssigen (axialen) Reibschluss zu einer Abdeckscheibe 18,19 aufbauen zu können, um die Abdeckscheibe 18,19 axial zu stützen sowie das Drehmoment übertragen zu können.
Die Anzahl an Magnetelementen 8 entspricht in der gezeigten Ausführungsform der Anzahl der Anlagerippen 60. Die Anlagerippen 60 weisen jeweils eine die jeweilige Anlagerippe 60 axial durchgreifende Öffnung 61 auf, um über diese das Drehmoment in eine Abdeckscheibe 18,19 und/oder einen Rotorflansch 16 zu leiten und/oder eine Verschraubung zu ermöglichen. Hierzu kann die Öffnung ein Innengewinde aufweisen oder als Durchgansloch ausgeführt sein.
Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Anlagerippen 60 ist jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende Versteifungsstrebe 7 angeordnet, die sich radial nach außen aus einem Innenring 5 erstrecken. Die Anlagerippen 60 sind im Wesentlichen identisch ausgebildet.
Die Anlagerippen 60 zwischen dem Wellenanschluss und den Magnetelementen 8 können auch ein Einpressen der Rotorwelle 23 ermöglichen, um den Pressverband und Reibschluss zu den Magnetelementen 8 und zur Rotorwelle 23 zu erreichen. Damit ist wiederum eine Drehmomentübertragung an die Rotorwelle 23 möglich. Zusätzlich oder alternativ können am Kontaktpunkt Anlagerippe- Wellenpresspassung Formschlussdetails vorgesehen werden, um die Drehmomentübertragung und den verdrehsicheren Sitz der Anlagerippen 60 auf der Rotorwelle 23 zu ermöglichen. So kann wenigstens eine Anlagerippe 60 an ihrer radial nach innen zu einer Rotorwelle 23 hin gerichteten Fläche 62 ein Formschlussmittel 63 aufweisen, über welches eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen der Rotorwelle 23 und der Anlagerippe 60 herstellbar ist. Dabei weist der Rotor 1 dann keinen Innenring 5 auf, da die Anlagerippen 60 direkt mit der Rotorwelle 23 gekoppelt sind. Dies ist in der Figur 19 abgebildet.
Die Anlagerippen 60 dienen somit auch dem Weiterleiten der Überdeckung Anlagerippe/Rotorwelle durch Einpressen der Rotorwelle, um den Lastpfad Rotorwelle-Anlagerippe-Magnetelement-Außenring-Bandageelement in eine günstige Druckvorspannung zu bringen. Die Anlagerippen 60 dienen darüber hinaus als radiale Steifigkeitselemente im Verspannungsschaubild mit u.a. Bandageelement 44 und Versteifungsstreben 7, um die Gesamt-Lastamplitude auf verschiedene vorgespannte Federpfade zu verteilen und somit die Beanspruchungsamplitude in den beteiligten Bauteilen im Betrag zu verringern. Hierzu muss die radiale Steifigkeit der Anlagerippen 60 kleiner als 92% der radialen Steifigkeit der Magnetelemente 8 sein.
Bei allen gezeigten Ausführungsformen weist der Rotor 1 möglichst kein ferromagnetisches Material auf. Die Bauelemente des Rotors 1 , mit Ausnahme der Magnetelemente 8, bestehen daher bevorzugt aus einem nicht ferromagnetischen Material, wie beispielsweise Kunststoff, Keramik amagnetischem Stahl oder Aluminium. Höchst bevorzugt sind alle Bauteile aus der Gruppe umfassend den Innenring 5, den Außenring 6, die Versteifungsstreben 7, die Kopplungselemente 9, die Hilfsbandage 12, die Lastbandage 17, die Abdeckscheiben 18,19 und die Anlagerippen 60 aus einem Kunststoff gefertigt.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezuqszeichenliste
1 Rotor
2 Axialflussmaschine
3 Antriebsstrang
4 Kraftfahrzeug
5 Innenring
6 Außenring
7 Versteifungsstreben
8 Magnetelemente
9 Kopplungselement
10 Stärke
11 Längsfläche
12 Hilfsbandage
13 Anbindungsabschnitt
14 Formwerkzeug
15 Luftraum
16 Flansch
17 Lastbandage
18 Abdeckscheibe
19 Abdeckscheibe
20 Flanschring
21 Compression Limiter (deutscher Begriff???)
22 Stator
23 Rotorwelle
24 Längserstreckung
25 Umfangskontur
26 Seite
27 Flächenabschnitt
28 Flächenabschnitt
29 Seite
30 Flächenabschnitt
31 Flächenabschnitt
32 Ebene 33 Ebene
34 Ebene
35 Ebene
36 Fase
37 Axialfläche
38 Strukturen
39 Flächenabschnitt
40 Flächenabschnitt
41 Fase
42 Bereich
43 Bereich
44 Bandageelement
45 Kontur
46 Stützstellen
50 Axialflächen
51 Stirnseite
52 Stirnseite
55 Befestigungsmittel
56 Befestigungsmittel
57 Einwölbungen
58 Erstreckung
59 Erstreckung
60 Anlagerippen
61 Öffnung
62 Fläche
63 Formschlussmittel
65 Symmetrieachse
70 Taschen
71 Anlagefläche
72 Kopplungsabschnitt

Claims

Ansprüche
1. Rotor (1 ) für eine Axialflussmaschine (2), insbesondere für eine Axialflussmaschine (2) innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend einen Innenring (5) und einen koaxial dazu angeordneten Außenring (6), wobei in radialer Richtung zwischen dem Innenring (5) und dem Außenring (6) erstreckende Versteifungsstreben (7) speichenartig angeordnet sind, und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben (7) jeweils ein Magnetelemente (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Außenring (6) ein ringförmiges Bandageelement (44) mittels eines Presssitzes anliegt, so dass eine Vorspannung über das Bandageelement (44) in den Rotor (1 ) eingetragen ist.
2. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bandageelement (44) mehrteilig ausgeführt ist mit wenigstens einer an dem
Außenring (6) anliegenden ringförmigen Hilfsbandage (12) und wenigstens einer an der Hilfsbandage (12) anliegenden ringförmigen Lastbandage (17),
3. Rotor (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Hilfsbandage (12) von dem Material der Lastbandage (17) verschieden ist.
4. Rotor (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Material eines mehrteiligen Bandageelements (44), insbesondere die Lastbandage (17), in Umfangsrichtung des Bandageelements (44) einen E-Modul >48.000MPa aufweist
5. Rotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Hilfsbandage (12) in den Rotor (1 ) eingebrachte Vorspannung größer ist als die durch die Lastbandage (17) eingebrachte Vorspannung.
6. Rotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastbandage (17) so an der Hilfsbandage (12) anliegt, dass sie keine Vorspannung in den Rotor (1 ) einträgt.
7. Rotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (6) eine polygonförmig umlaufende äußere Kontur (45) mit einer Mehrzahl von Stützstellen (46) aufweist.
8. Rotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandageelement (44) einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Außenring (6) ausgebildet ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1 ) für eine Axialflussmaschine (2), insbesondere für eine Axialflussmaschine (2) innerhalb eines Antriebsstrangs (3) eines Kraftfahrzeugs (4), umfassend die folgenden Schritte:
• Bereitstellung eines Rotors (1 ) mit einem Innenring (5) wobei sich in radialer Richtung vom Innenring (5) aus nach außen erstreckende Versteifungsstreben (7) speichenartig im Rotor (1 ) angeordnet sind, und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Versteifungsstreben (7) jeweils ein Magnetelemente (8) angeordnet ist,
• Anordnung eines ringförmigen Bandageelements (44) an der äußeren Kontur des Rotors (1 ) mittels eines Presssitzes, so dass eine Vorspannung über das Bandageelement (44) in dem Rotor (1 ) eingetragen ist,
• Kopplung des Rotors (1 ) an eine Rotorwelle (23)
10. Axialflussmaschine (2) umfassend einen Rotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 - 8.
EP24722475.1A 2023-05-25 2024-04-19 Rotor, verfahren zur herstellung eines rotors und axialflussmaschine Pending EP4721239A1 (de)

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