WO2005046023A1 - Permanentmagnetischer rotor einer elektrischen maschine für hohe temperaturbeständigkeit - Google Patents

Permanentmagnetischer rotor einer elektrischen maschine für hohe temperaturbeständigkeit Download PDF

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WO2005046023A1
WO2005046023A1 PCT/DE2004/001827 DE2004001827W WO2005046023A1 WO 2005046023 A1 WO2005046023 A1 WO 2005046023A1 DE 2004001827 W DE2004001827 W DE 2004001827W WO 2005046023 A1 WO2005046023 A1 WO 2005046023A1
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rotor
electrical machine
magnetic element
machine according
cover
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PCT/DE2004/001827
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Susanne Evans
Wolf-Joachim Eggers
Helmut Aesche
Juergen Herp
Markus Heidrich
Steven-Andrew Evans
Tilo Koenig
Markus Peters
Joachim Van Wijhe
Lin Feuerrohr
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Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2726—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of a single magnet or two or more axially juxtaposed single magnets
    • H02K1/2733—Annular magnets
    • 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
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for an electrical machine and in particular to a rotor for an EC motor with improved temperature resistance, which is constructed in particular with NdFeB magnets, and to an electrical machine with such a rotor.
  • Electrical machines are known, for example, as electric motors in which a ring magnet is attached to the rotor. This results in the need for manufacturing technology to attach the ring magnet to the rotor shaft. Usually an adhesive is used for fastening.
  • the hollow cylindrical ring magnets are also often used on the
  • Rotor shaft attached cylindrical carrier bodies (often for a magnetic yoke made of steel) connected by applying adhesive in the gap between the ring magnet and the carrier body. In operation, however, it happens due to the different
  • Another disadvantage of the adhesive process is that the adhesive is brought into the gap between the carrier body and the ring magnets. In this case, the gap must have a pre-formed thickness in order to be able to carry out the gluing process at all in terms of production technology.
  • the greater the distance between the ring magnet and the carrier body the higher the magnetic losses.
  • a complete temperature compensation can be carried out between the parts made of different materials.
  • the magnetic losses are minimized by a minimized gap between the magnetic element and a component arranged inside the magnetic element. This is achieved according to the invention in that the magnetic element is fastened to at least one end lying in the axial direction by means of an elastic cover disk.
  • no adhesive has to be provided on the inner cladding area of the magnetic element, so that the gap to an adjacent component can be selected to be significantly smaller.
  • the other end of the hollow cylindrical magnetic element lying in the axial direction is preferably in contact with a shaft shoulder of the rotor shaft.
  • the magnetic element is fastened at its two ends lying in the axial direction by means of elastic cover disks. This enables a symmetrical rotor arrangement to be obtained which has particularly good temperature compensation properties due to two cover disks arranged at the ends of the magnetic element.
  • the magnetic element is preferably attached to the cover disks by means of an adhesive. This significantly simplifies and improves the processing and positioning of the adhesive compared to the prior art. Furthermore, the positioning of the connection between the magnetic element and the rotor shaft at the axial ends of the magnetic element enables adhesives with both high and low viscosities to be used.
  • the cover disks preferably each have at least one radially extending slot.
  • the slot particularly preferably runs inwards from the outer circumference of the cover disk.
  • a plurality of radially extending slots, which can have different lengths, are preferably provided in the cover disks.
  • the cover disks preferably have slots with a first length and slots with a second length, the first length being greater than the second length.
  • the cover disks are preferably designed symmetrically.
  • the cover disks preferably have a resilient area.
  • the resilient area can be provided, for example, by a bead that runs completely around the circumference.
  • an excellent compensation function can be provided by the cover plates.
  • At least one slot should have a length that extends from the outer circumference of the cover plate to the resilient area or also beyond the resilient area.
  • a metallic carrier body is preferably arranged within the cylindrical tubular magnetic element for improved magnetic inference.
  • the carrier body is at a predetermined distance from both the magnetic element and the cover disks.
  • this distance from the other components can be chosen to be significantly smaller than in the prior art, since no space has to be provided for holding adhesive, so that the magnetic losses can be minimized by forming a minimum distance.
  • the magnetic element is preferably surrounded by a cylindrical protective tube in order to prevent damage to the Avoid magnetic element.
  • the cylindrical protective tube provides anti-skid protection for chipped parts, so that jamming of the rotor can be prevented.
  • the magnetic element is preferably made of a rare earth magnetic material such as e.g. NdFeB or SmCo.
  • the cover disks are preferably made of a non-magnetic material, in particular stainless steel.
  • the cover disks are further preferably non-positively, positively or integrally with the rotor shaft, e.g. connected by pressing, laser welding or gluing.
  • the connection between the cover plate and the rotor shaft must be designed such that the required torques can be transmitted.
  • the rotor according to the invention is preferably used in an electrical machine designed as an EC motor, which is particularly preferably used as a drive for
  • Comfort devices in vehicles e.g. is used as a drive for electric windows, electric seat adjustments, electric sunroof, wiper motor, etc. It can also be used as an EC generator, for EC steering and as an engine compartment controller, e.g. Gear actuator or clutch actuator possible.
  • FIG. 1 is a schematic, exploded perspective view of a rotor unit of an electrical machine according to a first exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of the rotor arrangement shown in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a cover plate used in FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 4 shows a perspective sectional view of a cover plate according to a second exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of a cover plate of a third exemplary embodiment according to the present invention
  • Figure 6 is a schematic sectional view of the cover plate shown in Figure 5.
  • Figure 7 is a schematic sectional view of a rotor assembly according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an exploded perspective view of a rotor arrangement 1 of the electrical machine.
  • the rotor arrangement 1 comprises a rotor shaft 2, a carrier body 4, a hollow cylindrical magnetic element 3, a first cover plate 5, a second cover plate 6 and a protective tube 10.
  • the carrier body 4 is fastened on the rotor shaft 2. This can be done, for example, by means of gluing or by means of a press fit.
  • the first cover plate 5 and the second cover plate 6 are also connected to the rotor shaft 2 in a rotationally fixed and axially fixed manner.
  • the magnetic element 3 is connected at its axial ends to a cover plate.
  • the axial end 3a of the magnetic element 3 is connected to the first cover plate 5 and the axial end 3b to the second cover plate 6 (cf. FIG. 2).
  • the connection between the cover plates 5, 6 and the axial ends 3a and 3b takes place by means of an adhesive.
  • the magnetic element 3 is arranged centrally to the rotor shaft 2.
  • Gap 11 extending circumferentially.
  • the gap is shown enlarged for clarity. Since the magnetic element 3 is fastened at its axial ends, the gap 11 between the magnetic element 3 and the carrier body 4 can have a minimal size. This also minimizes magnetic losses due to the gap 11.
  • between the two cover discs 5 and 6 and the support body 4 are also in each case a small 'gap 12 exists. This can prevent the carrier body 4 from touching one of the two cover disks 5, 6 at high temperatures during operation as a result of different thermal expansion coefficients.
  • the magnetic element 3 is made of a rare earth material and has a different thermal expansion from the carrier body 4 or the rotor shaft 2.
  • the different thermal expansion is compensated for by the first and second cover plates 5 and 6.
  • the cover disks 5 and 6 have a resilient area 7, which is provided by a circumferential bead.
  • a plurality of slots are formed in the cover plates. More precisely, long slots 8 with a first length A are formed in the cover disks. Between the long slots 8, several small slots 9 with a length B are formed.
  • the cover disks 5, 6 can perform length compensation in the radial direction as well as in the axial direction.
  • the cover plates 5, 6 are made of a non-magnetic stainless steel.
  • the adhesive connection between the cover disks 5, 6 and the magnetic element 3 can be provided in a simple method step.
  • the adhesive only has to be applied to the corresponding sections of the cover disks 5 and 6 lying on the radially outer region and / or the axial ends of the magnetic element and then the cover disks 5, 6 with the Magnetic element 3 are joined axially. This results in a significant simplification of the manufacturing process according to the invention, compared to the application of adhesive in a narrow, radial gap between the magnetic element and the carrier body as in the prior art.
  • the electrical machine with the integrated temperature compensation according to the invention thus has improved temperature resistance and thus improved possible uses.
  • a cover disk for a rotor according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment of the present invention is described below with reference to FIG.
  • the cover disk 5 has a substantially cylindrical region 11 and a region 12 oriented essentially in the radial direction.
  • the cylindrical region 11 serves as a fastening region on a rotor shaft.
  • the radial region 12 comprises a resilient region 13 and a holding region 14 for the magnetic element.
  • the radial region 12 is arranged at an end of the cylindrical region 11 lying in the axial direction.
  • the resilient region 13 has an essentially U-shaped shape in section and provides a spring travel both in the radial direction and in the axial direction.
  • the cover plate 5 of the second embodiment is formed in one piece and is made, for example, by stamping and reshaping cylindrical tube piece manufactured.
  • the slots 8 between the individual radial segments of the radial region 12 are of the same depth.
  • the cylindrical region 11 of the cover disk ensures a fastening to the rotor shaft that is twisted in the circumferential direction and is fixed in the axial direction. This can be achieved, for example, by means of a press fit.
  • a cover plate 5 according to a third exemplary embodiment of the present invention is described below with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the cover plate of the third exemplary embodiment essentially corresponds to the cover plate of the second exemplary embodiment and comprises a cylindrical region 11 and a radial region 12.
  • the radial region 12 is arranged at an axial end of the cylindrical region 11 and comprises a plurality of tab-like elements, which essentially are aligned in the radial direction.
  • the tab-like elements are each spaced apart from one another by a slot 8 of the same depth.
  • a holding area 14 for the magnetic element and a connecting area 15 are formed on the tab-like elements, which provides the connection between the cylindrical area 11 and the holding area 14.
  • connection area 15 is arranged at a predetermined angle to the cylindrical area 11. As shown in FIG. 6, the connection area 15 is inclined with a
  • the angle ⁇ is approximately 60 °.
  • the cover plate 5 of the third exemplary embodiment thus works on the principle of the springing open of the tab-like elements of the radial region 12.
  • the cover plate of the third exemplary embodiment also provides length compensation both in the radial and in the axial direction.
  • the cover plate of the third embodiment has a particularly compact and simple structure.
  • FIG. 7 shows a rotor arrangement according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • the view of the fourth exemplary embodiment essentially corresponds to the view of FIG. 2 of the first exemplary embodiment.
  • a cover plate 5 is used in the fourth exemplary embodiment.
  • a shaft shoulder 2a is formed on the rotor shaft 2, which has at least the same diameter as the outer diameter of the magnetic element 3.
  • the magnetic element 3 is supported at its second axial end 3b on the shaft shoulder 2a.
  • the first axial end 3a of the magnetic element 3 is fastened to a cover plate 5 as in the previous exemplary embodiments.
  • this cover disk 5 takes over all compensating movements in the axial and radial directions. It should be noted that, instead of the shaft shoulder 2a, another separate component which is fastened on the rotor shaft 2 can also be used. Otherwise, the fourth corresponds Embodiment in particular the first embodiment, so that reference can be made to the description given there.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, umfassend eine Rotorwelle (2), ein hohlzylindrisches Magnetelement (3), eine erste Deckscheibe (5) und eine zweite Deckscheibe (6), wobei die erste und zweite Deckscheibe (5, 6) an der Rotorwelle (2) befestigt sind und das Magnetelement (3) an seinem ersten axialen Ende (3a) an der ersten Deckscheibe (5) befestigt ist und an seinem zweiten axialen Ende (3b) an der zweiten Deckscheibe (6) befestigt ist.

Description

PERMANΞNTMAGNETISCHER ROTOR EINER ELEKTRISCHEN MASCHINE FÜR HOHE TEMPERATURBESTÄNDIGKEIT
Stand der Technik Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine und insbesondere einen Rotor für einen EC-Motor mit verbesserter Temperaturbeständigkeit, der insbesondere mit NdFeB-Magneten aufgebaut ist, sowie eine elektrische Maschine mit einem derartigen Rotor. Elektrische Maschinen sind beispielsweise als Elektromotoren bekannt, bei denen ein Ringmagnet am Rotor befestigt ist. Hierbei ergibt sich die fertigungstechnische Notwendigkeit, den Ringmagneten an der Rotorwelle zu befestigen. Üblicherweise wird hierbei zur Befestigung ein Klebstoff verwendet. Häufig werden die hohlzylindrischen Ringmagnete- auch mit an der
Rotorwelle befestigten zylindrischen Trägerkörpern (oftmals für einen magnetischen Rückschluss aus Stahl) durch Aufbringen von Klebstoff in den Spalt zwischen dem Ringmagnet und dem Trägerkörper miteinander verbunden. Im Betrieb kommt es jedoch aufgrund der unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien für den Ringmagnet, den Trägerkörper und den Klebstoff zu einer Relativbewegung der Bauteile zueinander. Insbesondere im hohen Temperaturbereich kann es aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungen der Materialien zu einem Bruch des Ringmagneten kommen. Ξin weiterer Nachteil des Klebverfahrens besteht darin, den Klebstoff in den Spalt zwischen den Trägerkörper und den Ringmagneten zu bringen. Hierbei muss der Spalt eine gev/isse Dicke aufweisen, um fertigungstechnisch überhaupt den Klebvorgang ausführen zu können. Je größer der Abstand zwischen Ringmagnet und Trägerkörper jedoch ist, umso höher sind die magnetischen Verluste. Weiterhin wird seit mehreren Jahren versucht, als Magnetmaterial seltene Erden zu verwenden. Dieses Material hat jedoch bei Temperaturerhöhung im Vergleich mit den ferritischen Magnetmaterialien eine noch geringere Ausdehnung bis hin zu einer negativen Ausdehnung, sodass sich bei Verwendung dieser Materialien die Gefahr eines Magnetbruches deutlich erhöht.
Vorteile der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 kann jedoch ein vollständiger Temperaturausgleich (Längenausgleich) zwischen den aus unterschiedlichen Materialien hergestellten Teilen ausgeführt werden. Weiterhin sind bei dem erfindungsgemäßen Rotor für eine elektrische Maschine die magnetischen Verluste durch einen minimierten Spalt zwischen dem Magnetelement und einem im inneren des Magnetelements angeordneten Bauteil minimiert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Magnetelement an mindestens einem in Axialrichtung liegenden Ende mittels einer elastischen Deckscheibe befestigt wird. Somit muss kein Klebstoff am inneren Mantelbereich des Magnetelements vorgesehen werden, sodass der Spalt zu einem benachbarten Bauteil deutlich kleiner gewählt werden kann. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
Um dem Rotor eine verbesserte Stabilität zu geben, ist das andere in Axialrichtung liegende Ende des hohlzylindrischen Magnetelements vorzugsweise an einem Wellenabsatz der Rotorwelle anliegend.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Magnetelement an seinen beiden in Axialrichtung liegenden Enden mittels elastischer Deckscheiben befestigt. Dadurch kann eine symmetrische Rotoranordnung erhalten werden, welche besonders gute Temperaturausgleichseigenschaften aufgrund zweier an den Enden des Magnetelements angeordneter Deckscheiben aufweist.
Vorzugsweise wird das Magnetelement mittels eines Klebstoffs an den Deckscheiben befestigt. Dadurch ist die Verarbeitung und Positionierung des Klebstoffs im Vergleich mit dem Stand der Technik deutlich erleichtert und verbessert. Weiterhin ermöglicht die Positionierung der Verbindung zwischen Magnetelement und Rotorwelle an die axialen Enden des Magnetelements, dass Klebestoffe sowohl mit hohen als auch mit niedrigen Viskositäten verwendet werden können.
Um eine verbesserte Elastizität der Deckscheiben sowohl in radialer als auch in axialer Hinsicht bereitzustellen, weisen die Deckscheiben vorzugsweise jeweils wenigstens einen radial verlaufenden Schlitz auf. Besonders bevorzugt verläuft der Schlitz dabei vom Außenumfang der Deckscheibe nach innen. Vorzugsweise sind in den Deckscheiben eine Vielzahl von radial verlaufenden Schlitzen vorgesehen, welche unterschiedliche Längen aufweisen können. Besonders bevorzugt weisen die Deckscheiben dabei Schlitze mit einer ersten Länge und Schlitze mit einer zweiten Länge auf, wobei die erste Länge größer als die zweite Länge ist. Um eine möglichst gleichmäßige Aufnahme der Wärmeausdehnungen der Bauteile bereitzustellen, sind die Deckscheiben vorzugsweise symmetrisch ausgebildet.
Um eine besonders leichtgängige Aufnahme der Wärmeausdehnungen der Bauteile bereitstellen zu können, weisen die Deckscheiben vorzugsweise einen federnden Bereich auf. Der federnde Bereich kann beispielsweise durch eine in Umfangsrichtung vollständig umlaufende Sicke bereitgestellt werden. Insbesondere in Kombination mit den Schlitzen der Deckscheibe kann dadurch eine hervorragende Ausgleichsfunktion durch die Deckscheiben bereitgestellt werden. Wenigstens ein Schlitz sollte hierbei eine Länge aufweisen, welche vom Außenumfang der Deckscheibe bis zum federnden Bereich oder auch über den federnden Bereich hinausreicht .
Für einen verbesserten magnetischen Rückschluss ist innerhalb des zylinderrohrförmigen Magnetelements vorzugsweise ein metallischer Trägerkörper angeordnet. Der Trägerkörper weist dabei sowohl vom Magnetelement als auch von den Deckscheiben jeweils einen vorbestimmten Abstand auf. Dabei kann dieser Abstand zu den anderen Bauteilen jedoch deutlich geringer als im Stand der Technik gewählt werden, da kein Raum zur Aufnahme von Klebstoff vorgesehen , werden muss, sodass die magnetischen Verluste durch Ausbildung eines minimalen Abstands minimiert werden können.
Weiterhin bevorzugt ist das Magnetelement durch ein zylindrisches Schutzrohr umgeben, um Beschädigungen des Magnetelements zu vermeiden. Weiterhin stellt das zylindrische Schutzrohr einen Schleuderschutz für abgeplatzte Teile bereit, so dass ein Verklemmen des Rotors verhindert werden kann.
Das Magnetelement ist vorzugsweise aus einem Seltene-Erden- Magnetmaterial, wie z.B. NdFeB oder SmCo, hergestellt.
Die Deckscheiben sind vorzugsweise aus einem nicht- magnetischen Material, insbesondere aus Edelstahl, hergestellt.
Weiterhin bevorzugt sind die Deckscheiben kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig mit der Rotorwelle z.B. durch Pressen, Laserschweißen oder Kleben verbunden. Die Verbindung zwischen Deckscheibe und Rotorwelle muss dabei derart ausgelegt sein, um die erforderlichen Drehmomente übertragen zu können.
Der erfindungsgemäße Rotor wird vorzugsweise in einer als EC-Motor ausgebildeten elektrischen Maschine verwendet, welche besonders bevorzugt als Antrieb für
Komforteinrichtungen in Fahrzeugen, wie z.B. als Antrieb für elektrische Fensterheber, elektrische Sitzverstellungen, elektrisches Schiebedach, Wischermotor usw., verwendet wird. Weiterhin ist auch eine Verwendung als EC-Generator, bei einer EC-Lenkung und als Motorraumsteller, z.B. Getriebesteller oder Kupplungssteller, möglich.
Zeichnung Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: Figur 1 eine schematische, perspektivische Explosionsdarstellung einer Rotoreinheit einer elektrischen Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 2 eine schematische Schnittansicht der in Figur 1 gezeigten Rotoranordnung,
Figur 3 eine schematische Seitenansicht einer in den Figuren 1 und 2 verwendeten Deckscheibe,
Figur 4 eine perspektivische geschnittene Ansicht einer Deckscheibe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 5 eine schematische geschnittene Ansicht einer Deckscheibe eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 6 eine schematische Schnittansicht der in Figur 5 gezeigten Deckscheibe, und
Figur 7 eine schematische Schnittansicht einer Rotoranordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
Beschreibung der Ausführungsbeispiele In den Figuren 1 bis 3 ist eine elektrische Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt . Figur 1 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Rotoranordnung 1 der elektrischen Maschine. Die Rotoranordnung 1 umfasst eine Rotorwelle 2, einen Trägerkörper 4, ein hohlzylindrisches Magnetelement 3, eine erste Deckscheibe 5, eine zweite Deckscheibe 6 und ein Schutzrohr 10. Der Trägerkörper 4 ist auf der Rotorwelle 2 befestigt. Dies kann z.B. mittels Kleben oder mittels einer Presspassung ausgeführt sein. Ebenfalls sind die erste Deckscheibe 5 und die zweite Deckscheibe 6 drehfest sowie axial fest mit der Rotorwelle 2 verbunden. Das Magnetelement 3 ist an seinen axialen Enden jeweils mit einer Deckscheibe verbunden. Genauer ist das axiale Ende 3a des Magnetelements 3 mit der ersten Deckscheibe 5 und das axiale Ende 3b mit der zweiten Deckscheibe 6 verbunden (vgl. Figur 2) . Die Verbindung zwischen den Deckscheiben 5, 6 und den axialen Enden 3a und 3b erfolgt mittels eines Klebstoffs. Das Magnetelement 3 ist hierbei zentrisch zur Rotorwelle 2 angeordnet .
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist zwischen dem Magnetelement 3 und dem Trägerkörper 4 ein in
Umfangsrichtung verlaufender Spalt 11 vorhanden. In Figur 2 ist der Spalt zur besseren Darstellbarkeit vergrößert dargestellt. Da die Befestigung des Magnetelements 3 an dessen axialen Enden erfolgt, kann der Spalt 11 zwischen dem Magnetelement 3 und dem Trägerkörper 4 eine minimale Größe aufweisen. Dadurch können magnetische Verluste infolge des Spalts 11 ebenfalls minimiert werden. Wie aus Figur 2 weiterhin ersichtlich ist, ist zwischen den beiden Deckscheiben 5 und 6 sowie dem Trägerkörper 4 ebenfalls jeweils ein kleiner' Spalt 12 vorhanden. Dadurch kann verhindert werden, dass bei hohen Temperaturen während des Betriebs infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der Trägerkörper 4 eine der beiden Deckscheiben 5, 6 berührt.
Das Magnetelement 3 ist aus einem Seltene-Erden-Material hergestellt und weist eine vom Trägerkörper 4 bzw. der Rotorwelle 2 unterschiedliche Wärmeausdehnung auf. Die unterschiedliche Wärmeausdehnung wird durch die erste und zweite Deckscheibe 5 und 6 ausgeglichen. Hierzu weisen die Deckscheiben 5 und 6 einen federnden Bereich 7 auf, welcher durch eine in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildete Sicke bereitgestellt wird. Weiterhin, wie in Figur 3 gezeigt, sind in den Deckscheiben eine Vielzahl von Schlitzen gebildet. Genauer, sind in den Deckscheiben einerseits lange Schlitze 8 mit einer ersten Länge A gebildet. Zwischen den langen Schlitzen 8 sind mehrere kleine Schlitze 9 mit einer Länge B gebildet. Dadurch können die Deckscheiben 5, 6 sowohl einen Längenausgleich in radialer Richtung als auch in axialer Richtung ausführen. Um die bei dem Längenausgleich auftretenden Kräfte bzw. Verformungen der Deckscheiben 5, 6 problemlos zu ermöglichen, sind die Deckscheiben 5, 6 aus einem nicht-magnetischen Edelstahl hergestellt.
Die Klebverbindung zwischen den Deckscheiben 5, 6 und dem Magnetelement 3 kann dabei in einem einfachen Verfahrensschritt bereitgestellt werden. Hierbei muss der Klebstoff nur auf die entsprechenden am radial äußeren Bereich liegenden Abschnitte der Deckscheiben 5 und 6 und/oder die axialen Enden des Magnetelements aufgebracht werden und anschließend die Deckscheiben 5, 6 mit dem Magnetelement 3 axial zusammengefügt werden. Hierdurch ergibt sich erfindungsgemäß eine deutliche Vereinfachung beim Herstellungsprozess , im Vergleich mit dem Aufbringen von Klebstoff in einen schmalen, radialen Spalt zwischen dem Magnetelement und dem Trägerkörper wie im Stand der Technik.
Somit weist die elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen integrierten Temperaturausgleich eine verbesserte Temperaturbeständigkeit und somit verbesserte Einsatzmöglichkeiten auf.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 4 eine Deckscheibe für einen erfindungsgemäßen Rotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in Figur 4 gezeigt, weist die Deckscheibe 5 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen im Wesentlichen zylindrischen Bereich 11 und einen im Wesentlichen in Radialrichtung ausgerichteten Bereich 12 auf. Der zylindrische Bereich 11 dient als Befestigungsbereich an einer Rotorwelle. Der radiale Bereich 12 umfasst einen federnden Bereich 13 und einen Haltebereich 14 für das Magnetelement. Wie in Figur 4 dargestellt, ist der radiale Bereich 12 an einem in Axialrichtung liegenden Ende des zylindrischen Bereichs 11 angeordnet. Der federnde Bereich 13 weist dabei eine im Schnitt im Wesentlichen U-förmige Form auf und stellt einen Federweg sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung bereit. Dadurch ermöglicht die Deckscheibe 5 einen Temperaturausgleich für unterschiedliche temperaturbedingte Längenänderungen des Magnetelements und der Rotorwelle. Die Deckscheibe 5 des zweiten Ausführungsbeispiels ist dabei einstückig ausgebildet und wird beispielsweise durch Stanzen und Umformen eines zylindrischen Rohrstücks hergestellt. Die Schlitze 8 zwischen den einzelnen Radialsegmenten des radialen Bereichs 12 sind dabei gleich tief ausgebildet. Weiterhin stellt der zylindrische Bereich 11 der Deckscheibe eine in Umfangsrichtung verdrehfeste und in Axialrichtung verschiebefeste Befestigung mit der Rotorwelle sicher. Dies kann beispielsweise mittels einer Presspassung realisiert werden . Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 eine Deckscheibe 5 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Deckscheibe des dritten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen der Deckscheibe des zweiten Ausführungsbeispiels und umfasst einen zylindrischen Bereich 11 sowie einen radialen Bereich 12. Der radiale Bereich 12 ist an einem axialen Ende des zylindrischen Bereichs 11 angeordnet und umfasst eine Vielzahl von lappenartigen Elementen, welche im Wesentlichen in Radialrichtung ausgerichtet sind. Die lappenartigen Elemente sind jeweils über einen gleich tiefen Schlitz 8 von einander beabstandet. Wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt, sind an den lappenartigen Elementen ein Haltebereich 14 für das Magnetelement sowie ein Verbindungsbereich 15 ausgebildet, welcher die Verbindung zwischen dem zylindrischen Bereich 11 und dem Haltebereich 14 bereitstellt .
Der Verbindungsbereich 15 ist dabei in einem vorbestimmten Winkel zum zylindrischen Bereich 11 angeordnet. Wie in Figur 6 gezeigt, ist der Verbindungsbereich 15 geneigt mit einem
Winkel zum Befestigungsbereich 11 angeordnet. Der Winkel α beträgt dabei ungefähr 60° . Bei unterschiedlichen temperaturbedingten Längenänderungen der einzelnen Bauteile ändern die lappenartigen Elemente ihren Auffederungswinkel zur Rotorwelle bzw. zum zylindrischen Bereich 11. Dadurch wird ein Ausgleich sowohl in radialer als auch in axialer Richtung bereitgestellt. Die Deckscheibe 5 des dritten Ausführungsbeispiels funktioniert somit nach dem Prinzip der Auffederung der lappenartigen Elemente des radialen Bereichs 12. Somit stellt auch die Deckscheibe des dritten Ausführungsbeispiels einen Längenausgleich sowohl in radialer als auch in axialer Richtung bereit. Dabei weist die Deckscheibe des dritten Ausführungsbeispiels einen besonders kompakten und einfachen Aufbau auf.
Die Figur 7 zeigt eine Rotoranordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Ansicht des vierten Ausführungsbeispiels entspricht dabei im Wesentlichen der Ansicht von Figur 2 des ersten Ausführungsbeispiels. Im Gegensatz zu den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird beim vierten Ausführungsbeispiel jedoch nur noch eine Deckscheibe 5 verwendet. Anstelle einer zweiten Deckscheibe ist beim vierten Ausführungsbeispiel an der Rotorwelle 2 ein Wellenabsatz 2a gebildet, welcher mindestens den gleichen Durchmesser wie der Außendurchmesser des Magnetelements 3 aufweist. Dadurch stützt sich das Magnetelement 3 an seinem zweiten axialen Ende 3b am Wellenabsatz 2a ab. Das erste axiale Ende 3a des Magnetelements 3 ist wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen an einer Deckscheibe 5 befestigt. Somit übernimmt diese Deckscheibe 5 beim vierten Ausführungsbeispiel sämtliche Ausgleichsbewegungen in axialer und radialer Richtung. Es sei angemerkt, dass anstelle des Wellenabsatzes 2a auch ein anderes separates Bauteil, welches auf der Rotorwelle 2 befestigt wird, verwendet werden kann. Ansonsten entspricht das vierte Ausführungsbeispiel insbesondere dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Rotor für eine elektrische Maschine, umfassend eine Rotorwelle (2), ein hohlzylindrisches Magnetelement (3) und eine Deckscheibe (5, 6), wobei die Deckscheibe (5, 6) an der Rotorwelle (2) befestigt ist und das Magnetelement (3) an einem ersten axialen Ende (3a) an der Deckscheibe (5, 6) befestigt ist.
2. Rotor für eine elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites axiales Ende (3b) des Magnetelements (3) an einem Wellenabsatz (2a) der Rotorwelle (2) anliegt.
3. Rotor für eine elektrische Maschine nach Anspruch 1, umfassend eine erste Deckscheibe (5) und eine zweite Deckscheibe (6), wobei die erste und zweite Deckscheibe (5, 6) an der Rotorwelle (2) befestigt sind und das Magnetelement (3) an seinem ersten axialen Ende (3a) an der ersten Deckscheibe (5) befestigt ist und an seinem zweiten axialen Ende (3b) an der zweiten Deckscheibe (6) befestigt ist.
4. Rotor für eine elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (3) mittels eines Klebstoffs an den Deckscheiben (5, 6) befestigt ist.
5. Rotor für eine elektrische Maschine nach einem der 5 vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheiben (5, 6) jeweils wenigstens einen radial verlaufenden Schlitz (8, 9) aufweisen.
6. Rotor für eine elektrische Maschine nach einem der
•10 vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheiben (5, 6) eine Vielzahl von radial verlaufenden Schlitzen (8, 9) mit unterschiedlichen Längen aufweisen.
15 7. Rotor für eine elektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheiben (5, 6) radiale Schlitze (8) mit einer ersten Länge (A) und radiale Schlitze (9) mit einer zweiten Länge (B) aufweisen, wobei die erste Länge (A) größer als die
20 zweite Länge (B) ist.
8. Rotor für eine elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheiben (5, 6) einen federnden Bereich (7)
25 aufweisen.
9. Rotor für eine elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der federnde Bereich (7) durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Sicke 0 bereitgestellt wird.
10. Rotor für eine elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der federnde Bereich der Deckscheiben (5, 6) durch einen im Wesentlichen im Schnitt U-förmigen Bereich (13) bereitgestellt wird.
11. Rotor für eine elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der federnde Bereich als ein zwischen einem Befestigungsbereich (11) und einem Haltebereich (14) für das Magnetelement angeordneten Verbindungsbereich (15) ausgebildet ist, wobei der Verbindungsbereich (15) in einem Winkel (α) zum Befestigungsbereich geneigt angeordnet ist.
12. Rotor für eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheiben (5, 6) wenigstens einen Schlitz mit einer Länge aufweisen, welche vom Außenumfang der Deckscheibe bis zum federnden Bereich (7) verläuft.
13. Rotor für eine elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Magnetelements (3) ein Trägerkörper (4) angeordnet ist, welcher vom Magnetelement (3) in Radialrichtung beabstandet ist und welcher von den Befestigungsscheiben (5, 6) in Axialrichtung beabstandet ist.
14. Rotor für eine elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Schutzrohr (10), welches das Magnetelement (3) umgibt.
15. Elektrische Maschine, umfassend einen Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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