WO2011057703A1 - Rotor einer elektrischen maschine - Google Patents

Abstract

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

Description

Rotor einer elektrischen Maschine

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Rotoren für elektrische Maschinen sind in vielfältiger Art und Weise bekannt und können je nach Aufgabe der elektrischen Maschine besonders ausgeformt sein.

In der Schrift DE 10037410 A1 ist ein Rotor einer elektrischen Maschine dargestellt, der aus einem Blechband gefertigt wird. Hierzu wird aus einem Blechband eine Kette von Teilsegmenten des Rotors gestanzt, wobei diese Teilsegmente an einem Punkt fest miteinander verbunden sind. Über diesen Verbindungspunkt wird die Kette dann zu einem Rotor gebogen, der durch Überlagerung mehrerer Blechlagen an axialer Tiefe gewinnt. Da die Teilsegmente über den Verbindungspunkt schon fest miteinander verbunden sind, wird für diesen Rotor keine zusätzliche Befestigung der Teilsegmente benötigt. Die Teilsegmente sind über die Materialbrücke des Verbindungspunktes schon befestigt.

Aus der gattungsgemäßen Schrift WO 2003/003541 A1 ist ein Rotor einer elektrischen Maschine bekannt, der aus Einzelsegmenten aufgebaut ist. Dieser wird in der Schrift vor allem für elektrische Motoren mit einem größeren Innen-Durchmesser vorgeschlagen um deren Montage und Handhabung zu erleichtern. Die Segmente sind für den Fall eines Synchronmotors als Trägerplatten mit außen aufliegenden Permanentmagneten beschrieben. Diese Segmente werden dann auf dem Rotor so befestigt, dass im Falle einer Reparatur die einzelnen Segmente wieder entfernt und ausgetauscht werden können. In der Fertigung muss somit jedes einzelne Segment auf dem Rotor befestigt werden, was den Montageaufwand und die Arbeitsschritte erhöht. Aufgabe der Erfindung ist es die Fertigung eines Rotors zu vereinfachen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Demgemäß weist ein Rotor, der aus Einzelsegmenten gebildet ist, einen ersten Teil des Einzelsegmentes und einen zweiten korrespondierenden Teil des benachbarten

Einzelsegmentes auf, die derart ausgebildet sind, dass sich ein Formschluss zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil in radialer Richtung und in Umfangsrichtung ergibt. Durch den Formschluss in radialer Richtung und in Umfangsrichtung wird erreicht, dass im zusammengebauten Zustand eine stabile, selbsttragende Ringstruktur entsteht. Somit sind zum Zusammenfügen aller Einzelsegmente zu einem Ring keine weiteren

Befestigungen oder Haltevorrichtungen nötig.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kennzeichnet sich der Rotor dadurch aus, dass der erste Teil des Einzelsegmentes und der zweite korrespondierende Teil des benachbarten Einzelsegmentes derart ausgebildet sind, dass sich die beiden benachbarten

Einzelsegmente nach dem Zusammenbau im Wesentlichen entlang des ersten Teiles berühren.

Aus Produktionsgründen ist eine vollständige Berührung des ersten Teiles des

Einzelsegmentes und des zweiten korrespondierenden Teiles des benachbarten

Einzelsegmentes erschwert. Dennoch soll die Form derart ausgestaltet sein, dass sich eine möglichst große Kontaktfläche zwischen den beiden benachbarten Einzelsegmenten im zusammengefügten Rotor bildet, da durch diese Kontaktfläche eine Veränderung eines magnetischen Flusses im Rotor wenig beeinflusst ist. Hierzu ist es empfehlenswert wenn die Kontaktfläche der beiden benachbarten Einzelsegmente über 90% der theoretisch möglichen Kontaktfläche des ersten Teiles des Einzelsegmentes und des zweiten korrespondierenden Teiles des benachbarten Einzelsegmentes ausmacht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors sind der erste Teil des

Einzelsegmentes und der zweite korrespondierende Teil des benachbarten

Einzelsegmentes derart ausgeformt, dass nur ein Teilbereich des ersten Teiles des Einzelsegmentes und ein entsprechender Teilbereich des zweite korrespondierende Teil des benachbarten Einzelsegmentes den Formschluss zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil in radialer Richtung und in Umfangsrichtung bewirken.

Somit lässt sich der Formschluss in radialer Richtung und in Umfangsrichtung mit einfachen Formen gewährleistet, welche sich nicht über das gesamte Teil des Einzelsegmentes erstrecken müssen. Einfachen Formen sind in der Produktion besser herzustellen.

In einer weiteren Ausgestaltung des Rotors ist die Form des ersten Teiles des Einzelsegmentes und des zweiten korrespondierenden Teiles des benachbarten Einzelsegmentes vorteilhaft als eine Schwalbenschwanzverbindung ausgeformt.

Diese Form erfüllt die Bedingungen des Formschlusses in radialer Richtung und in Um- fangsrichtung. Die Herstellung der Form lässt sich mit einfachen Mitteln realisieren und entsprechend den Materialeigenschaften der Einzelsegmente auch einfach dimensionieren.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors ist die Form des ersten Teiles des Einzelsegmentes und des zweiten korrespondierenden Teiles des benachbarten Einzelsegmentes als eine Tannenbaumverbindung ausgeformt.

Durch die Verteilung des Formschlusses in radialer Richtung und in Umfangsrichtung auf mehrere Überdeckungsbereiche, kann jeder einzelne Überdeckungsbereich kleiner dimensioniert sein. Hierdurch kann bei der Herstellung der Verschnitt reduziert sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors weisen alle Einzelsegmente eine gleiche Form auf.

Dies erleichtert die Produktion, da nur eine Form des Einzelsegmentes hergestellt werden muss und die Position eines Einzelsegmentes innerhalb des Ringes unbestimmt ist. Somit ist beim Zusammenfügen auch nicht auf die Position und Reihenfolge des jeweiligen Einzelsegmentes zu achten.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors ist jedes Einzelsegment aus einem Blechpaket aufgebaut.

Die Formen des ersten Teiles des Einzelsegmentes und des zweiten korrespondierenden Teiles des benachbarten Einzelsegmentes lassen sich besonders einfach durch Stanzen der kompletten Form des Einzelsegmentes aus einem Blechband herstellen. Um nun aus der Form des Einzelsegmentes mit der Tiefe eines Blechbandes die erforderliche axiale Tiefe des Einzelsegmentes für den Rotor zu bekommen, werden mehrere ausgestanzte Formen zu einem Blechpaket aufgebaut. Außerdem bietet das Material des Blechbandes eine vorteilhafte magnetische Eigenschaft.

Zum Erzeugen eines magnetischen Flusses im Rotor, ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors in jedem Einzelsegment eine Öffnung in axialer Richtung enthalten, die zur Aufnahme eines Permanentmagneten dient. Die Öffnung in axialer Richtung bildet eine Tasche welche in radialer Richtung und in Rotor-Umfangsrichtung begrenzt ist. Vorteilhaft ist die Form der Öffnung über die axiale Richtung hinweg konstant, so dass die Produktion und weitere Verarbeitung der Öffnung erleichtert sind. Weiterhin vorteilhaft ist auch die Form der Öffnung in axialer Richtung entsprechend des einzusetzenden Permanentmagneten zu wählen, so dass dieser einfach einfügbar und in der Öffnung fixierbar ist.

Durch das Einfügen des Permanentmagneten in eine Öffnung in axialer Richtung ist die Position des Permanentmagneten in radialer Richtung durch die Außenkontur der Öffnung beschränkt. Die Zentrifugalkräfte des sich drehenden Rotors, die an dem

Permanentmagneten angreifen, wirken in radialer Richtung und werden an die

Außenkontur der Öffnung in axialer Richtung übertragen, ohne den Permanentmagneten besonders befestigen zu müssen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors verfügt jedes Einzelsegment über einen verformbaren Bereich. Der verformbare Bereich ist zwischen dem ersten Teil des Einzelsegmentes und der Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten und/oder zwischen dem zweiten korrespondierenden Teil des Einzelsegmentes und der Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten angeordnet. Nach einem

Zusammenfügen der Einzelsegmente, bei dem der erste Teil des Einzelsegmentes mit dem zweiten, korrespondierenden Teil des benachbarten Einzelsegmentes in Eingriff steht, ist der verformbare Bereich derart verformt, dass die Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten in radialer und/oder in Umfangsrichtung verkleinert ist.

Vorteilhaft ist der Permanentmagnet vor dem Zusammenfügen der Einzelsegmente in die Öffnung des Einzelsegmentes eingesetzt. Die Verkleinerung der Öffnung durch den verformbaren Bereich des Einzelsegmentes nach dem Zusammenfügen der

Einzelsegmente fixiert den Permanentmagneten in der Öffnung. Weitere

Befestigungsschritte und Befestigungsmittel entfallen.

Die Öffnung in axialer Richtung und der verformbare Bereich sind derart ausgestaltet, dass ein Permanentmagnet einfach in die Öffnung einsetzbar ist und der verformbare Bereich die Öffnung nach dem Zusammenfügen der Einzelsegmente soweit verkleinert, dass der Permanentmagnet in der Öffnung eingepresst ist ohne dass die Anpresskräfte eine kritische Kraft übersteigen, bei der im Permanentmagneten strukturelle Schäden entstehen.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Rotors ist der verformbare Bereich in radialer Richtung innerhalb der Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten angeordnet. Der verformbare Bereich ist so ausgeformt, dass nach einem Aufpressen der

zusammengefügten Einzelsegmente auf einen Rotorträger, der verformbare Bereich derart verformt ist, dass die Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten in radialer Richtung verkleinert ist.

Vorteilhaft sind die Permanentmagnete vor dem Aufpressen der zusammengefügten Einzelsegmente auf den Rotorträger in die Öffnungen der Einzelsegmente eingesetzt. Die Verkleinerungen in radialer Richtung der Öffnungen nach dem Aufpressen auf den Rotorträger durch die verformbaren Bereiche der Einzelsegmente, fixieren die

Permanentmagnete in den Öffnungen. Weitere Befestigungsschritte und

Befestigungsmittel entfallen.

Die Öffnung in axialer Richtung des Einzelsegmentes und der verformbare Bereich sind derart ausgestaltet, dass ein Permanentmagnet einfach in die Öffnung einsetzbar ist und der verformbare Bereich die Öffnung nach dem Aufpressen auf den Rotorträger soweit verkleinert, dass der Permanentmagnet in der Öffnung eingepresst ist ohne dass die Anpresskräfte eine kritische Kraft übersteigen, bei der im Permanentmagneten strukturelle Schäden entstehen.

Erfindungsgemäß ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Rotors, die axiale Öffnung im Einzelsegment durch einen dritten beweglichen Teil begrenzt. Dieser bewegliche Teil ist so ausgestaltet, dass bei einer Bewegung des dritten Teiles sich die radiale Erstreckung der Öffnung verändert. Diese Veränderung der radialen Erstreckung der Öffnung muss erfindungsgemäß nicht überall gleich sein, so dass ein Ende des dritten beweglichen Teiles ortsfest mit dem Einzelsegment verbunden ist und das andere Ende radial um diesen Punkt beweglich ist. Dieses bewegliche Ende weist eine Form auf, die mit einer Auswölbung des Einzelsegmentes oder des benachbarten Einzelsegmentes in geschlossenem Zustand in Eingriff kommt, so dass die Auswölbung das bewegliche Teil fixiert. Erfindungsgemäß kann die Auswölbung auch ein Teil des benachbarten Einzelsegmentes des zusammengebauten Rotors sein.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen zusammengesetzten, segmentierten Rotor einer elektrischen Maschine, Fig. 2 eine Stanzanordnung von Einzelsegmenten auf einem Blechband,

Fig. 3 einen Ausschnitt eines Rotors, der aus Einzelsegmenten zusammengesetzt ist, wobei die Einzelsegmente einen ersten Teil des Einzelsegmentes und einen zweite korrespondierende Teil des benachbarten Einzelsegmentes aufzeigen,

Fig. 4 einen Ausschnitt eines alternativen Rotors aus Einzelsegmenten, bei dem ein dritter, beweglicher Teil des Einzelsegmentes so positioniert ist, dass die axiale Öffnung zum Bestücken mit Permanentmagneten radial vergrößert ist,

Fig. 5 einen Ausschnitt eines alternativen Rotors aus Einzelsegmenten, die über einen verformbaren Bereich verfügen,

Fig. 6 einen Ausschnitt eines alternativen Rotors aus Einzelsegmenten, bei denen jeweils ein verformbarer Bereich in radialer Richtung innerhalb der Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten angeordnet ist.

Figur 1 zeigt eine axiale Sicht eines segmentierten Rotors 1 einer elektrischen Maschine. Der Rotor 1 ist aus Einzelsegmenten 2 aufgebaut, welche zu einem Ring angeordnet sind.

Die Herstellung eines Rotors 1 aus Einzelsegmente 2 biete im Vergleich zur Herstellung eines Rotors aus einer Kette von Teilsegmenten, die keine unabhängigen

Einzelsegmente sind, den Vorteil, dass die Einzelsegmente 2 leichter zu stanzen sind, da die Einzelsegmente 2 variabler auf dem Blechband angeordnet werden können und dies weniger Verschnitt des Blechbandes bedeutet. Außerdem muss beim Stanzen der Kette von Teilsegmenten besonders Rücksicht auf den Verbindungspunkt genommen werden, was eine erhöhte Arbeitsgenauigkeit erfordert.

Die Einzelsegmente 2 zeigen eine axiale Öffnung 3, welche zur Aufnahme eines

Permanentmagneten dient. Die axiale Öffnung 3 begrenzt die Position des

Permanentmagneten in radialer Richtung und in Umfangsrichtung derart, dass hierdurch der Permanentmagnet in der Öffnung positioniert ist. Dies hat den Vorteil, dass die Permanentmagnete nicht zusätzlich gegen die Zentrifugalkräfte des sich drehenden Rotors abgesichert werden müssen und nur leicht in axiale Richtung befestigt sein müssen. Auch die Krafteinwirkung des magnetischen Feldes auf den

Permanentmagneten wird auf die Außenkontur der axialen Öffnung 3 übertragen und wirkt nicht in axiale Richtung.

Der hier dargestellte Rotor 1 ist dementsprechend zur Verwendung in einem permanent erregten Synchronmotor geeignet.

Vorteilhaft zeigt sich in Figurl , dass der Rotor 1 aus gleichen Einzelsegmenten 2 aufgebaut ist. Dies erleichtert die Herstellung der Einzelsegmente, da nur identische Einzelsegmente 2 produziert werden müssen und auch die Montage des Rotors 1 , da die Reihenfolge der Einzelsegmente 2 innerhalb der Ringanordnung austauschbar und damit frei wählbar ist.

Jedes Einzelsegment 2 hat einen ersten Teil 4 der mit einem zweiten korrespondierenden Teil 5 des benachbarten Einzelsegmentes 2 in Kontakt steht. Der erste Teil 4 ist in dieser Ausführung des Rotors 1 ein Abschnitt der Seitenfläche des Einzelsegmentes 2 in Umfangsrichtung. Entsprechend ist der zweite Teil 5 ein Abschnitt der

gegenüberliegenden Seitenfläche des Einzelsegmentes 2. Durch die Ringstruktur gilt dies für alle Einzelsegmente 2, da jedes Einzelsegment 2 einen Nachbarn hat und gleichzeitig auch einen Nachbar für das nächste Einzelsegment 2 darstellt. In Fig. 1 ist eine besondere Ausformung des ersten Teiles 4 des Einzelsegmentes 2 und des zweiten korrespondierenden Teiles 5 dargstellt. Zwischen den beiden benachbarten

Einzelsegmenten 2 wird durch den ersten Teil 4 und den zweiten korrespondierenden Teil 5 ein Formschluss in radialer Richtung und in Unfangsrichtung erzeugt. Diese vorteilhafte Ausformung des ersten Teiles 4 und des zweiten korrespondierenden Teiles 5 stabilisiert den Ring aus Einzelsegmenten 2 und erzeugt eine selbsttragende Struktur. Eine vorteilhafte Ausformung des ersten Teiles 4 und des zweiten korrespondierende Teiles 5 wird an einem Ausschnitt des Rotors 1 in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt und dort näher dargelegt.

Durch einen Formschluss sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung, ist die Montage der Einzelsegmente zu einem Ring nur in axialer Richtung möglich. Die

Einzelsegmente sind gegeneinander axial verschiebbar, wobei hier mit axial die

Orientierung des Einzelsegmentes 2 bezüglich der späteren Lage innerhalb des Rotors 1 zu dessen Drehachse gemeint ist.

Durch den Formschluss in radialer und in Umfangsrichtung bildet sich eine

selbsttragende Struktur des Rotorringes, welche sich auf einen Rotorträger aufpressen lässt. Hierdurch wird der Rotor 1 fest mit dem Rotorträger verbunden und stützt sich auch zur Momentenübertragung an diesem ab. Der Rotorträger ist in den Figuren nicht dargestellt. Es sind keine weiteren Befestigungen nötig um die Einzelsegmente 2 auf dem Rotorträger zu halten. Gleichzeitig wird durch das Aufpressen des Rotorringes auf den Rotorträger, der Formschluss der benachbarten Einzelsegmente 2 unter eine

Verspannung gesetzt, so dass sich die Einzelsegmente 2 nicht mehr gegeneinander in axiale Richtung verschieben können. Die Einzelsegmente 2 sind somit in alle Richtungen auf dem Rotorträger fixiert.

Der Formschluss in radialer Richtung ermöglicht nicht nur das Verpressen des Rotors 1 auf dem Rotorträger, sondern wirkt auch der Zentrifugalkraft des sich drehenden Rotors 1 entgegen. Somit erlaubt der Formschluss in radialer Richtung und Umfangsrichtung, die Einzelsegmente ohne weitere Befestigungsvorrichtungen zu einem stabilen Rotor 1 zusammenzufügen. Die sonst zur Montage von Einzelsegmenten 2 zu einem Rotor 1 benötigten Befestigungen, wie Verschweißen, Verkleben oder Verschrauben der

Einzelsegmente, entfallen. Somit entfallen auch die sich wiederholenden Arbeitsschritte zur Befestigung eines jeden Einzelsegmentes 2 am Rotorträger, deren Anzahl der Anzahl der Einzelsegmente 2 entspricht.

Dieser segmentierte Rotor 1 ist durch den radialen Formschluss in sich so stabil, dass er auch bei schnell-drehenden, elektrischen Maschinen eingesetzt werden kann.

Zusätzliche Befestigungsvorrichtungen würden durch zusätzliche Massen auch das Trägheitsmoment des Rotors 1 erhöhen, welches sich wiederum negativ auf den

Wirkungsgrad der elektrischen Maschine auswirkt.

Separate Befestigungsvorrichtungen, Verschweißen oder Verkleben stören auch die magnetischen Eigenschaften des Rotors 1.

Der magnetische Fluss wird auch bei einem Materialübergang beeinflusst. Dies ist schon im Fall eines Spaltes zwischen den Einzelsegmenten 2 gegeben. Wird dieser

Zwischenraum nicht vergossen, was technisch nur schwer möglich ist und wieder zusätzlichen Arbeitsaufwand darstellt, bildet sich ein Luftspalt und der magnetische Fluss muss erst den Materialübergang Rotormaterial-Luft und dann wieder den

Materialübergang Luft-Rotormaterial überbrücken. Um dies zu verhindern ist es vorteilhaft, dass sich die Einzelsegmente 2 im Wesentlichen entlang des ersten Teiles 4 berühren. Figur 1 , sowie Figur 3 und Figur 4, zeigen dass bevorzugt der erste Teil 4 des Einzelsegmentes 2 und der zweite korrespondierende Teil 5 des benachbarten

Einzelsegmentes 2 derart ausgeformt sind, dass diese sich im Wesentlichen über die gesamte theoretisch mögliche Kontaktfläche hinweg berühren, ohne dass sich zwischen den beiden Teilen ein Luftspalt bildet.

Die magnetischen Eigenschaften des in Figur 1 dargestellten Rotors 1 entsprechen somit weitgehend den Eigenschaften eines nicht-segmentierten Rotors und weisen einen analogen magnetischen Fluss auf.

Da ein Luftspalt zwischen den Einzelsegmenten 2 den magnetischen Fluss im Rotor 1 beeinflusst, bezieht sich die wesentliche Berührung der Einzelsegmente und eine

Vermeidung eines Luftspaltes vor allem auf einen Bereich des ersten Teiles 4 und des zweiten Teiles 5 der Einzelsegmente 2, in dem sich der magnetischen Flusses des Rotors 1 befindet. Konstruktionsbedingt kann es im Rotor 1 kleine Bereiche ohne magnetischen Fluss geben. Befindet sich an der Kontaktfläche zweier benachbarter Einzelsegmente 2 so ein Bereich ohne magnetischen Fluss, ist an dieser Stelle ein Luftspalt unschädlich. Durch den Luftspalt erstreckt sich nun die Kontaktfläche der beiden benachbarten

Einzelsegmente 2 nicht mehr über das gesamte erste Teil 4.

In Figur 2 ist eine mögliche Stanz-Anordnung einer Form der Einzelsegmente 2 auf einem Blechband dargstellt.

Bleche bieten gute magnetische Eigenschaften für Rotoren und einfache

Produktionsbedingungen. So werden die Formen der Rotoren aus Blechen gestanzt und dann zu Blechpaketen zusammengefügt. Bei nicht-segmentierten Rotoren muss der ganze Rotorring aus dem Blech gestanzt werden, was viel Blechverschnitt erzeugt. Die Anordnung der Form der Einzelsegmente lässt sich wesentlich besser wählen, so dass der Verschnitt verringert werden kann. Zum Stanzen der Einzelsegmente werden auch kleinere Stanzwerkzeuge benötigt, welche die Einzelsegmente 2 in sehr großer Stückzahl produzieren. Vorteilhaft wird beim Stanzen der Außenform des Einzelsegmentes 2 gleich die axiale Öffnung 3 zur Aufnahme des Permanentmagneten mitgestanzt.

Bleche weisen durch ihre Herstellungsweise meist eine magnetische Vorzugsrichtung auf, die bei einer Stanzanordnung der Einzelsegmente 2 berücksichtigt ist, so dass ein Rotor 1 aus Einzelsegmenten 2 mit gleichartigen magnetischen Eigenschaften auch

symmetrische magnetische Eigenschaften aufweist.

Figur 3 zeigt einen Ausschnitt des Rotors 1 mit Einzelsegmenten 2 und einer Öffnung 3 in axialer Richtung zum Einfügen von Permanentmagneten. Die Einzelsegmente 2 sind alle gleich ausgeführt und weisen eine gleiche Form auf. Daher ist eine Reihenfolge und eine Position eines Einzelsegmentes innerhalb des Rotors 1 austauschbar, was eine Montage erleichtert.

Die dargestellte Ausformung des ersten Teiles 4 des Einzelsegmentes 2 und des zweiten korrespondierenden Teiles 5 des benachbarten Einzelsegmentes 2 stellt einen

Formschluss in axialer Richtung und in Umfangsrichtung dar. Hierbei bildet ein erster Bereich von Punkt 8a bis Punkt 8b des Teiles 4 eine Auswölbung des Einzelsegmentes 2 die zu einer Einwölbung eines ersten Bereiches von Punkt 8a bis Punkt 8b des Teiles 5 des benachbarten Einzelelementes 2 korrespondiert und derart geformt sind, dass sich die Auswölbung mit der Einwölbung sowohl in radialer Richtung als auch in

Umfangsrichtung überdeckt. Eine geeignete Dimensionierung der Überdeckungen der Auswölbung des Teiles 4 und der Einwölbung des Teiles 5 stellt einen Formschluss in radiale Richtung und in Umfangsrichtung dar.

In der bevorzugten Ausformung in Fig. 3 enthält der Teil 4 noch einen zweiten Bereich von Punkt 8b bis Punkt 8c mit einer Einwölbung des Einzelsegmentes 2 die zu einer Auswölbung eines zweiten Bereiches von Punkt 8b bis Punkt 8c des Teiles 5 des benachbarten Einzelelementes 2 korrespondiert und ebenfalls derart geformt sind, dass sich die Auswölbung mit der Einwölbung sowohl in radialer Richtung als auch in

Umfangsrichtung überdeckt. Durch diesen zweiten Bereich der ebenfalls einen

Formschluss in radialer Richtung und in Umfangsrichtung darstellt, kann die

Dimensionierung sowohl des ersten Bereiches von Punkt 8a bis Punkt 8b als auch des zweiten Bereiches von Punkt 8b bis Punkt 8c des ersten Teiles 4 und des zweiten korrespondierenden Teiles 5 kleiner gestaltet werden, da sich die Kräfte des

Formschlusses auf die beiden Bereiche aufteilen. Durch die Verkleinerungen der

Dimensionen der Auswölbung und Einwölbungen fällt beim Stanzen der Blechsegmente weniger Verschnitt an.

Die Auswölbungen sind derart gestaltet, dass sich keine Kanten bilden, was sich vorteilhaft beim Stanzen von Blechen erweist. Die genaue Ausformungen der

Auswölbungen und Einwölbungen, sowie die Dimensionierung der Überdeckungen, hängen von den erwarteten Kräften und den Eigenschaften des verwendeten Materials der Einzelsegmente 2 ab.

Figur 4 stellt ein alternatives erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Rotors 11 mit Einzelsegmenten 12 dar, bei dem einige Merkmale mit dem Rotor 1 aus Figur 3 übereinstimmen, so dass hier im Wesentlichen die Unterschiede beschrieben sind und gleiche oder gleichwirkende Bauteile aus Figur 3 zu übernehmen sind.

Alle Einzelsegmente 12 des Rotors 11 sind gleich ausgeführt und untereinander vertauschbar. Um in der Darstellung unterschiedliche Montagezustände besser zu unterscheiden, kennzeichnet ein Bezeichnungszusatz a, b zwei unterschiedliche

Montagezustände der gleich ausgeführten Einzelsegmente 12.

Eine Einwölbung eines ersten Bereiches eines zweiten Teiles 15 des Einzelsegmentes 12 von Punkt 18a bis Punkt 18b ist derart geformt, dass die Einwölbung bis zu einer Öffnung 13, 13a, 13b in axialer Richtung reicht, die zur Aufnahme eines Permanentmagneten 10 dient. In Umfangsrichtung auf der gegenüberliegenden Seite des zweiten Teiles 15 ist an der Öffnung 13, 13a, 13b ein verformbarer Bereich 16 angeordnet. Der verformbare Bereich 16 ist zwischen der Öffnung 13, 13a, 13b und einem ersten Teil 14 des

Einzelsegmentes 12 angeordnet und bildet mit der Einwölbung des ersten Bereiches des zweiten Teiles 15, welche bis zur Öffnung 13, 13a, 13b reicht, dazwischen einen dritten beweglichen Teil 17a, 17b des Einzelsegmentes 12. Durch den verformbaren Bereich 16 auf einer Seite der Öffnung 13, 13a, 13b und die Einwölbung bis zur Öffnung 13, 13a, 13b hin in Umfangsrichtung auf der anderen Seite der Öffnung 13, 13a, 13b, ist mit dem beweglichen dritten Teil 17a, 17b dazwischen eine radiale Erstreckung der axialen Öffnung 13, 13a, 13b veränderbar. Mit dem beweglichen dritten Teil 17a und dem beweglichen dritten Teil 17b sind unterschiedliche Positionen eines gleichen Bauteiles dargestellt, sowie die daraus resultierenden unterschiedlichen Ausformungen der entsprechenden Öffnungen 13a, 13b.

Ein zweiter Bereich von Punkt 18b bis Punkt 18c des Teiles 15 des Einzelsegmentes 12 und ein zweiter Bereich von Punkt 18b bis Punkt 18c eines Teiles 14 eines benachbarten Einzelsegmentes 12 stellen analog zu Figur 3 einen Formschluss in radialer Richtung und in Umfangsrichtung zwischen den beiden benachbarten Einzelsegmenten 12 dar.

Die Möglichkeit einer Veränderung der radialen Ersteckung der Öffnung 13, 13a, 13b in axialer Richtung erleichtert ein Einfügen der Permanentmagneten 10 in die Öffnung 13, 13a, 13b. Ist das dritte bewegliche Teil 17a des Einzelsegmentes 12 in einer Position mit vergrößerter radialer Erstreckung der Öffnung 13a, wie abgebildet in Figur 4, dann ist der Permanentmagnet 10 einfach, mit wenig Aufwand in die axiale Öffnung 13a einfügbar. Ist nach dem Einfügen des Permanentmagneten 10 der dritte bewegliche Teil 17b in eine Position mit verkleinerter radialer Erstreckung der axialen Öffnung 13b bewegt, ist hierdurch die axiale Öffnung 13b in radialer Richtung geschlossen und der

Permanentmagnet 10 in der Öffnung 13b fixiert.

Der bewegliche Teil 17b wird in der geschlossenen Position durch eine Auswölbung eines ersten Bereiches von Punkt 18a bis Punkt 18b des Teiles 14 des Einzelsegmentes 12 fixiert.

Hierzu bildet die Einwölbung des ersten Bereiches von Punkt 8a bis Punkt 8b des Teiles 15 mit der Auswölbung des ersten Bereiches von Punkt 8a bis Punkt 8b des Teiles 14 des benachbarten Einzelsegmentes 12 derart eine geringe Überdeckung aus, dass mit einem externen Kraftaufwand das bewegliche Teil 17b bei einer Bewegung zur Fixierung des Permanentmagneten 10 die Überdeckung überwinden kann aber nach der Fixierung des Permanentmagneten 10 eine Anpresskraft des beweglichen Teiles 17b auf den Permanentmagneten 10 eine geringe interne Kraft darstellt, die nicht groß genug ist, die Überdeckung zu überwinden.

Die geringe Überdeckung des ersten Bereiches des Teiles 14 mit dem ersten Bereich des Teiles 15 hält das bewegliche Teil 17a, 17b an Position und fixiert es, wie bei dem beweglichen Teil 17b dargestellt und fixiert gleichzeitig den Permanentmagneten 10 in der Öffnung 13b. Die Anpresskraft auf dem Permanentmagneten 10 ist immer kleiner als eine kritische Kraft, ab der strukturelle Schäden am Permanentmagneten 10 entstehen können. Weitere Befestigungsmittel und Befestigungsschritte des Permanentmagneten 10 entfallen. Vorteilhaft ist in Figur 4 auch dargstellt, dass der bewegliche Teil 17a, 17b des

Einzelelementes 12 sich in radialer Richtung innerhalb der axialen Öffnung 13, 13a, 13b befindet, da die Fixierung des beweglichen Teiles 17a, 17b und die Fixierung des

Permanentmagneten 10 in der Öffnung 13, 13a, 13b durch die nach außen wirkenden Zentrifugalkräfte des sich drehenden Rotors 11 und durch das Aufpressen des Rotors 11 auf einen Rotorträger verstärkt wird.

Die Auswölbungen und Einwölbungen des Teiles 14 und des Teiles 15 sind wieder kantenfrei gestaltet, da diese Formen die Arbeit beim Stanzen der Bleche vereinfacht.

Figur 5 stellt ein alternatives erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Rotors 21 mit Einzelsegmenten 22 dar, bei dem einige Merkmale mit dem Rotor 11 aus Figur 4 übereinstimmen, so dass hier im Wesentlichen die Unterschiede beschrieben sind und gleiche oder gleichwirkende Bauteile aus Figur 4 zu übernehmen sind.

Der Rotors 21 in Figur 5 ist in der Darstellung erst teilweise zusammengefügt, so dass noch nicht alle Einzelsegmente 22 eingefügt sind und nicht jedes Einzelsegment 22 auf beiden Seiten über ein benachbartes Einzelsegment 22 verfügt. Die Einzelsegmente 22 sind alle gleich ausgeführt und um in diesem Montagezustand eine bessere

Unterscheidung innerhalb des Rotors 21 zu ermöglichen, weisen die Einzelsegmente 22 ein Bezeichnungszusatz a, b auf, um ein Einzelsegment 22a mit nur einem benachbarten Einzelsegment 22 von einem Einzelsegment 22b mit zwei benachbarten Einzelsegmenten 22 zu unterscheiden.

Das Einzelsegment 22 verfügt über ein erstes Teil 24 und über ein zweites Teil 25, wobei das erste Teil 24 eines Einzelsegmentes 22 mit dem zweiten Teil 25 eines benachbarten Einzelsegmentes 22 im zusammengefügten Zustand eine formschlüssige Verbindung in Umfangsrichtung und in radialer Richtung ergibt. Das Einzelsegment 22 verfügt über eine Öffnung 23a, 23b in axialer Richtung zur Aufnahme eines Permanentmagneten 20.

Zwischen der Öffnung 23a, 23b und dem ersten Teil 24, 24a ist ein verformbarer Bereich 26a, 26b angeordnet.

Das Einzelsegment 22a ist in diesem Montagezustand über das zweiten Teil 25 des Einzelsegmentes 22a mit dem ersten Teil 24 des benachbartes Einzelsegment 22b formschlüssig verbunden. Das erste Teil 24a des Einzelsegmentes 22a weist noch keine Verbindung zu einem benachbarten Einzelsegment 22 auf. Das erste Teil 24a, die Öffnung 23a und der verformbare Bereich 26a, der zwischen der Öffnung 23a und dem ersten Teil 24a des Einzelsegmentes 22a angeordnet ist, sind in ihrer ursprünglichen Form dargestellt, ohne dass durch eine externe Krafteinwirkung der verformbare Bereich 26a verformt ist. Die Öffnung 23a ist in ihrer Grundform derart ausgeführt, dass der Permanentmagnet 20 einfach und ohne große Anstrengung in die Öffnung 23a einfügbar ist. Hierzu kann insbesondere eine Erstreckung der Öffnung 23a in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung größer sein, als die jeweilige Erstreckung des

Permanentmagneten 20. Der Permanentmagnet 20 ist in diesem Montagezustand in die Öffnung 23a eingefügt, bevor bei einem weiteren Montageschritt ein weiteres

Einzelsegment 22 mit dem ersten Teil 24a des Einzelsegmentes 22a verbunden wird.

Das Einzelsegment 22b verfügt über zwei benachbarte Einzelsegmente 22, so dass sowohl über das erste Teil 24 des Einzelsegment 22b als auch über das zweite Teil 25b Einzelsegment 22b eine formschlüssige Verbindung zu einem benachbarten

Einzelsegment 22 hergestellt ist. Durch das Zusammenfügen des zweiten Teiles 25 des Einzelsegmente 22a mit dem ersten Teil 24 des Einzelsegment 22b wird eine externe Kraft ausgeübt, die beim Zusammenfügen des Einzelsegmentes 22a mit dem

Einzelsegment 22b das verformbare Teil 26b des Einzelsegmentes 22b derart verformt, dass die Öffnung 23b mit bereits eingelegtem Permanentmagneten 20 in

Umfangsrichtung und/oder radialer Richtung verkleinert ist. Eine Verkleinerung der Öffnung 23b beim Zusammenfügen der Einzelsegmente 22 durch den verformbaren Bereich 26b erzeugt eine Anpresskraft der Öffnung 23b auf den Permanentmagneten 20, so dass der Permanentmagnet 20 durch die Anpresskraft in der Öffnung 23b fixiert ist. . Die Anpresskraft auf dem Permanentmagneten 20 ist immer kleiner als eine kritische Kraft, ab der strukturelle Schäden am Permanentmagneten 20 entstehen können.

Weitere Befestigungsmittel und Befestigungsschritte des Permanentmagneten 20 entfallen.

Insbesondere kann bei weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der verformbare Bereich auch zwischen einem zweiten Teil des Einzelsegmentes und der Öffnung in axialer Richtung zur Aufnahme eines Permanentmagneten angeordnet sein, oder jeweils ein verformbarer Bereich zwischen dem ersten Teil und der Öffnung und zwischen dem zweiten Teil und der Öffnung angeordnet sein. Eine jeweilige Verformung eines verformbaren Bereiches kann bei zwei verformbaren Bereichen auf beiden Seiten der Öffnung zur Aufnahme eines Permanentmagneten gering ausfallen und dennoch den Permanentmagneten durch eine insgesamte Verkleinerung der Öffnung in der Öffnung fixieren. Eine zur Verformung des verformbaren Bereiches notwendige externe

Kraftaufwendung ist bei einer kleinen Verformung gering, so dass ein Zusammenfügen der Einzelsegmente einfach und material schonend möglich ist. Figur 6 stellt ein alternatives erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Rotors 31 mit Einzelsegmenten 32 dar, bei dem einige Merkmale mit dem Rotor 21 aus Figur 5 übereinstimmen, so dass hier im Wesentlichen die Unterschiede beschrieben sind und gleiche oder gleichwirkende Bauteile aus Figur 5 zu übernehmen sind.

Der Rotors 31 in Figur 6 ist in der Darstellung erst teilweise zusammengefügt, so dass noch nicht alle Einzelsegmente 32 eingefügt sind und nicht jedes Einzelsegment 32 auf beiden Seiten über ein benachbartes Einzelsegment 32 verfügt. Die Einzelsegmente 32 sind alle gleich ausgeführt und um in diesem Montagezustand eine bessere

Unterscheidung innerhalb des Rotors 31 zu ermöglichen, weisen die Einzelsegmente 32 ein Bezeichnungszusatz a, b auf um ein Einzelsegment 32a mit nur einem benachbarten Einzelsegment 32 von einem Einzelsegment 32b mit zwei benachbarten Einzelsegmenten 32 zu unterscheiden.

Das Einzelsegment 32 verfügt über ein erstes Teil 34 und über ein zweites Teil 35, wobei das erste Teil 34 eines Einzelsegmentes 32 mit dem zweiten Teil 35 eines benachbarten Einzelsegmentes 32 im zusammengefügten Zustand eine formschlüssige Verbindung in Umfangsrichtung und in radialer Richtung ergibt. Das Einzelsegment 32 verfügt über eine Öffnung 33a, 33b in axiale Richtung zur Aufnahme eines Permanentmagneten 30.

Zwischen der Öffnung 33a, 33b und dem ersten Teil 34, 34a ist ein verformbarer Bereich 36a, 36b angeordnet, wobei ein Teilbereich 36c des verformbare Bereiches 36a, 36b in radialer Richtung innerhalb der Öffnung 33a, 33b angeordnet ist. Der Teilbereich 36c des verformbaren Bereiches 36a, 36b überdeckt sich in Umfangsrichtung mit der Öffnung 33a, 33b, so dass bei einer Verformung des verformbaren Bereiches 36a, 36b, der Teilbereich 36c die Öffnung 33a, 33b in radiale Richtung verkleinert. Der

Permanentmagnet 30 ist vor einer Verformung in die Öffnung 33a, 33b eingefügt. Durch die Verkleinerung der Öffnung 33a, 33b in radialer Richtung durch die Verformung des Teilbereiches 36c wird der Permanentmagnet 30 durch Anpresskräfte der Öffnung 33a, 33b in der Öffnung 33a, 33b fixiert.

Bei dem in Figur 6 dargestelltem Zustand der Montage des Rotors 31 ist der verformbare Bereich 36a und die Öffnung 33a noch unverformt und zeigt eine Ausformung des Einzelsegmentes 32a vor dem Zusammenfügen zum Rotor 31.

Der verformbare Bereich 36b wurde beim Montageschritt des Zusammenfügens des Einzelsegmentes 32a mit dem Einzelsegment 32b derart verformt, dass die Öffnung 33b in Umfangsrichtung verkleinert ist und den Permanentmagneten in der Öffnung 33b fixiert. Die Öffnung 33b weist im Überdeckungsbereich mit dem Teilbereich 36c des verformbaren Bereiches 36b noch eine Erstreckung in radialer Richtung auf, die größer als der Permanentmagnet 30 ist. Beim Aufpressen des Rotors 31 auf einen Rotorträger wirkt durch die Aufpresskraft eine externe Verformungskraft, die den Teilbereich 36c des verformbaren Bereiches 36a, 36b in radiale Richtung derart verformt, dass die

Erstreckung der Öffnung 33a, 33b in radiale Richtung verkleinert ist. Die Verkleinerung der Öffnung 33a, 33b in radiale Richtung erzeugt eine Anpresskraft der Öffnung 33a, 33b auf den Permanentmagneten 30, die den Permanentmagneten in der Öffnung 33a, 33b fixiert.

Insbesondere kann eine Verformung des Teilbereiches 36c auch zusammen mit einer Verformung des verformbaren Bereiches 36a, 36b beim Zusammenfügen der

Einzelsegmente 32 zum Rotor 31 erfolgen, bei dem zwischen dem ersten Teil 34 eines Einzelsegmentes 32 und dem zweiten Teil 35 eines benachbarten Einzelsegmentes 32 an einer Position in radialer Richtung innerhalb der Öffnung 33a, 33b durch das

Zusammenfügen eine Verformungskraft auf den Teilbereich 36c wirkt.

Die Anpresskraft auf dem Permanentmagneten 30 ist immer kleiner als eine kritische Kraft, ab der strukturelle Schäden am Permanentmagneten 30 entstehen können.

Weitere Befestigungsmittel und Befestigungsschritte des Permanentmagneten 30 entfallen.

Claims

Patentansprüche

1. Rotor einer elektrischen Maschine,

der aus Einzelsegmenten (2, 12, 22, 32) gebildet ist,

wobei jedes Einzelsegment (2, 12, 22, 32) einen ersten Teil (4, 14, 24, 34) aufweist, der in zusammengebautem Zustand mit einem zweiten korrespondierenden Teil (5, 15, 25, 35) des benachbarten Einzelsegmentes in Kontakt steht,

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Teil (4, 14, 24, 34) des Einzelsegmentes und der zweite

korrespondierende Teil (5, 15, 25, 35) des benachbarten Einzelsegmentes derart ausgebildet sind, dass sich ein Formschluss zwischen dem ersten Teil (4, 14, 24, 34) und dem zweiten korrespondierenden Teil (5, 15, 25, 35) in radialer Richtung und in Umfangsrichtung ergibt.

2. Rotor nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (4, 14, 24, 34) des Einzelsegmentes und der zweite korrespondierende Teil (5, 15, 25, 35) des benachbarten

Einzelsegmentes derart ausgebildet sind, dass sich die beiden benachbarten Einzelsegmente nach dem Zusammenbau im Wesentlichen entlang des ersten Teiles (4, 14, 24, 34) berühren.

3. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teilbereich des ersten Teiles (4, 14, 24, 34) des Einzelsegmentes und ein entsprechender Teilbereich des zweiten

korrespondierenden Teiles (5, 15, 25, 35) des benachbarten Einzelsegmentes den Formschluss zwischen dem ersten Teil (4, 14, 24, 34) und dem zweiten korrespondierenden Teil (5, 15, 25, 35) in radialer Richtung und in Umfangsrichtung bewirken.

4. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (4, 14, 24, 34) des Einzelsegmentes und der zweite korrespondierende Teil (5, 15, 25, 35) des benachbarten

Einzelsegmentes in Form einer Schwalbenschwanzverbindung ausgeführt sind.

5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (4, 14, 24, 34) des Einzelsegmentes und der zweite korrespondierende Teil (5, 15, 25, 35) des benachbarten

Einzelsegmentes in Form einer Tannenbaumverbindung ausgeführt sind.

6. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass alle Einzelsegmente (2, 12, 22, 32) eine gleiche Form aufweisen.

7. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelsegment (2, 12, 22, 32) aus einem Blechpaket gebildet ist.

8. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelsegment (2, 12, 22, 32) eine Öffnung (3, 13, 23, 33) in axialer Richtung zur Aufnahme eines Permanentmagneten enthält.

9. Rotor nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzelsegment (12, 22, 32) über einen verformbaren Bereich (16, 26a, 26b, 36a, 36b) verfügt, der zwischen dem ersten Teil (14, 24, 34) des Einzelsegmentes und der Öffnung (13, 23, 33) und/oder zwischen dem zweiten korrespondierenden Teil (15, 25, 35) des Einzelsegmentes und der Öffnung (13, 23, 33) angeordnet ist,

so dass der verformbare Bereich (16, 26a, 26b, 36a, 36b) nach einem

Zusammenfügen der Einzelsegmente (12, 22, 32) derart verformt ist,

dass die Öffnung (13, 23, 33) zur Aufnahme eines Permanentmagneten in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung verkleinert ist.

10. Rotor nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass der verformbare Bereich (16, 26a, 26b, 36a, 36b, 36c) in radialer Richtung innerhalb der Öffnung (13, 23, 33) angeordnet und so ausgeformt ist,

dass nach einem Aufpressen der zusammengefügten Einzelsegmente (12, 22, 32) auf einen Rotorträger, der verformbaren Bereich (16, 26a, 26b, 36a, 36b, 36c) derart verformt ist,

dass die Öffnung (13, 23, 33) zur Aufnahme eines Permanentmagneten in radialer Richtung verkleinert ist.

11. Rotor nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (13) teilweise durch einen dritten beweglichen Teil (17a, 17b) des Einzelsegmentes (12) begrenzt ist,

der derart ausgebildet ist, dass die Öffnung ( 3) in radialer Richtung vergrößert werden kann und dass der dritte bewegliche Teil (17a, 17b) im Betrieb des Rotors durch eine Auswölbung des Einzelsegmentes oder des benachbarten

Einzelsegmentes fixiert wird.