WO2012031694A2 - Rotor einer elektrischen maschine - Google Patents

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WO2012031694A2
WO2012031694A2 PCT/EP2011/004266 EP2011004266W WO2012031694A2 WO 2012031694 A2 WO2012031694 A2 WO 2012031694A2 EP 2011004266 W EP2011004266 W EP 2011004266W WO 2012031694 A2 WO2012031694 A2 WO 2012031694A2
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rotor
core
rotor core
axial direction
fastening bolt
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WO2012031694A3 (de
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Tobias Buban
Michael GRÜNER
Volker Hartmann
Hans-Peter Merten
Ulrich Schweizer
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Daimler Ag
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the invention relates to a rotor of an electric machine according to the preamble of claim 1.
  • the generic DE 102008020779 A1 shows a rotor of an electric
  • Machine with a rotor core and a shaft as a rotor carrier.
  • the rotor core is supported on the shaft and has sub-segments, which are formed as laminated cores.
  • a recess in the axial direction penetrates the rotor core.
  • a fastening bolt is disposed in the recess and connects the sub-segments of the rotor core with each other.
  • the object is achieved by a rotor of an electrical machine with the features of claim 1.
  • the rotor of an electric machine has a rotor carrier and a rotor core, wherein the rotor core for magnetic flux guidance consists in particular of soft magnetic material.
  • the rotor core has a recess in the axial direction, which penetrates the rotor core.
  • the rotor carrier is arranged in the axial direction next to the rotor core.
  • the rotor carrier is arranged coaxially in the axial direction next to the rotor core.
  • a fastening bolt is disposed in the recess of the rotor core and penetrates the rotor core in the axial direction.
  • the rotor core is over the
  • Fixing bolts firmly connected to the rotor carrier Under a fixed connection between the rotor carrier and the rotor core through the fastening bolt in particular to understand a connection state in the operating state of the electric machine, in which a fixed connection is necessary for a torque transmission.
  • a solid compound in addition to permanent bonds such as welding, gluing or riveting also releasable connections to understand, such as screw that connect the rotor core firmly in the operating state of the electric machine with the rotor and the rotor
  • a rotor according to the invention can be used in various embodiments in particular in synchronous machines, permanent-magnet synchronous machines, asynchronous machines, reluctance machines and the like, wherein the electric machine can be operated both as a motor and as a generator.
  • Such an electrical machine is particularly suitable for vehicle drives.
  • the rotor carrier is rotatably connected to a shaft for torque transmission.
  • the fixed connection between the rotor core and the rotor carrier transmits a torque from the rotor core via the rotor carrier to the shaft.
  • the rotor core has a substantially cylindrical ring-shaped basic shape, so that a surface in the axial direction has a shape of a flat ring.
  • the recesses in the axial direction penetrate the rotor core, wherein the fastening bolt is arranged in the recess.
  • the fastening bolt connects the rotor core through the recess in the axial direction with the rotor carrier.
  • the rotor carrier is in contact with the surface of the rotor core in the axial direction, wherein a large contact surface with the planar surface of the rotor core is possible by a flat surface of the rotor carrier.
  • a flat surface of the rotor carrier In particular, by a
  • Fixing bolt has a high contact surface between the rotor carrier and the rotor core by a high contact surface.
  • the rotor core has a plurality of recesses in the axial direction and is connected via a plurality of fastening bolts with the rotor carrier, wherein the arrangement of the recesses and the fastening bolts in the rotor core
  • a rotationally symmetrical arrangement of Recesses and the fastening bolt leads to a rotationally symmetrical mass distribution without creating an imbalance on the rotating rotor.
  • the fastening bolt takes over by the connection with the rotor carrier a
  • Preload function from rotor core to rotor arm Preload function from rotor core to rotor arm.
  • forces acting on the rotor core are distributed over a plurality of fastening bolts, so that the single fastening bolt only supports a part of the force and shearing forces on the rotor core due to a tension between the two
  • the fastening bolt can in particular be designed in one piece with the rotor carrier, so that the rotor core can be plugged through the recess onto the fastening bolt of the rotor carrier and the fastening bolt produces a firm connection on the rotor core opposite side of the rotor core.
  • the recess of the rotor core in the axial direction is arranged in particular at a position of the rotor core, which has only a small magnetic flux in the rotor core in the operating state of the electric machine.
  • the recess prevents the magnetic flux, so that a disturbance of the magnetic flux passes through the recess in the axial direction at a position with a low magnetic flux in the operating state.
  • a magnetic flux in a rotor with permanent magnets is a magnetic flux in a rotor with permanent magnets.
  • Rotor core held in the circumferential direction between the magnets From the magnetic center in the radial direction inward, the magnetic flux is low, so that in the case of a rotor with permanent magnets, the recess is advantageously arranged from the center of the magnet inwards in the radial direction.
  • connection between the rotor core and the rotor arm is through the
  • a flat surface of the rotor carrier which forms the contact surface with the rotor core in the assembled state of the rotor, is easy to produce, in particular by twisting off, so that production of a rotor carrier according to the invention is simple and inexpensive.
  • the rotor carrier has an essentially disc-shaped basic shape. An extension in the axial direction of the rotor carrier is smaller than an extension in the axial direction of the rotor core.
  • the rotor carrier with a disk-shaped basic shape is arranged in the axial direction next to the rotor core and, due to the disk shape, has a substantially planar surface, which in the assembled state is in contact with the rotor core.
  • a material cost for the rotor carrier is small in disc shape, so that the
  • Rotor carrier light and with little material is ausformbar, so that with a structural stability to transmit a torque, a mass inertia of the rotor carrier is low.
  • the rotor carrier does not completely penetrate an internal space within a cylindrical rotor core.
  • the rotor arm does not cover the extension in the axial direction of the rotor core, so that a possible contact surface of a surface of the rotor support with a surface of the rotor core in the radially inward direction is always smaller than the surface of the rotor core in the radially inward direction.
  • a lateral surface in the interior of the cylinder ring only partially makes contact with the rotor carrier.
  • a region of the rotor core which is not covered by the rotor carrier in the axial direction and whose surface in the radial direction has no contact with the rotor carrier is connected to the rotor carrier only via the fastening bolts and is supported only via the fastening bolts.
  • the rotor carrier in particular only in contact via the contact surface in the axial direction between the rotor carrier and the rotor core, it has no contact with the surface of the rotor core in the radial direction inwards.
  • the surface of the rotor core in the radial direction inwards is thus not covered by the rotor carrier and the rotor core is supported only via the fastening bolts in the radial direction.
  • a cooling of the rotor is possible in particular by a direct contact of a coolant with the surface of the rotor core in the radial direction inwards.
  • a one-sided storage of a rotor according to the invention is advantageous.
  • the shaft is rotatably connected to the rotor carrier or the rotor carrier per se only on one side of the rotor, on which the rotor carrier is arranged stored. Since the rotor carrier does not completely penetrate the rotor core and, for reasons of storage, it is not necessary to penetrate the rotor core from the shaft, a space is available on a side of the rotor opposite the rotor carrier and in the interior of the rotor core in the radial direction.
  • a rotor has a rotor core of in particular two parts which are arranged on both sides of the rotor carrier in the axial direction and are referred to below as the right-hand part of the rotor core and as the left-hand part of the rotor core, the rotor core is in the axial direction on both via a fastening bolt Sides connected to the rotor arm.
  • connection via the fixing bolt may be generated by biasing the right part of the rotor core with the left part of the rotor core, in which the fixing bolt integrally penetrates the right part of the rotor core, the rotor carrier and the left part of the rotor core and in the axial direction at the outer ends the two parts of the rotor core generates a tensile stress.
  • the fixing bolt integrally penetrates the right part of the rotor core, the rotor carrier and the left part of the rotor core and in the axial direction at the outer ends the two parts of the rotor core generates a tensile stress.
  • Fixing bolts penetrate the rotor arm without contact, touch the rotor arm without force or supported on the rotor arm, as a bias voltage at the outer ends of the rotor core, the rotor core connects to the rotor arm.
  • a fastening bolt in the form of a threaded rod or screw, penetrates the rotor core and the rotor carrier and can even be bolted to the rotor carrier.
  • the right part of the rotor core can also independently via a first
  • Fixing bolt to be connected to the rotor carrier and the left part of the
  • Rotor core can be independently connected via a second fastening bolt on the opposite side to the rotor carrier. Every part of the
  • Rotor core is thus connected via a fastening bolt in the axial direction with the rotor carrier, wherein the right part of the rotor core and the left part of the rotor core have a common rotor carrier and are independently connected to the rotor carrier.
  • the rotor core has a pocket in the axial direction for receiving a
  • the pocket in the axial direction of the rotor core is limited in the radial direction and in the circumferential direction of the rotor, so that a position of the permanent magnet can be fixed.
  • a shape of the pocket is particularly corresponding to a shape of the permanent magnet, so that the permanent magnet is well insertable into the pocket in the axial direction and a position of the permanent magnet in the radial direction and circumferentially defined by the pocket.
  • the bag supports the
  • Permanent magnets against forces in the radial direction and circumferential direction, so that forces occurring during operation of the electric machine are transmitted to the permanent magnet via the pocket to the rotor core without the permanent magnet requires additional attachment.
  • for fixing the permanent magnet in the pocket especially in the axial direction of the permanent magnet may be poured into the pocket.
  • the rotor core has one or more laminated cores, so that the fastening bolt firmly connects the laminated cores of a rotor core to one another and to the rotor arm.
  • a laminated core made of a soft magnetic material is easy and inexpensive to manufacture by punching and embossing of individual sheet metal layers.
  • a length in the axial direction of the laminated core can be determined and tuned to a desired extent in the axial direction of the rotor core.
  • the laminated core has favorable magnetic properties, whereby it counteracts eddy currents within the laminated core by means of insulated metal layers.
  • the length of the laminated core corresponds in particular to a length of
  • Permanent magnet which is inserted in the laminated core.
  • the pocket of the rotor core is contained in a punched form of the sheet metal section, so that the pocket penetrates the laminated core in the axial direction with identical sheet metal sections of a laminated core.
  • Insertion of a permanent magnet in the axial direction into a laminated core whose length in the axial direction corresponds to the length of the permanent magnet is simple.
  • a juxtaposition of individual laminated cores is advantageous because the individual laminated core is simple and inexpensive to manufacture.
  • the fastening bolt connects the individual laminated cores with each other and with the rotor arm, so that no additional connection is necessary to connect a stable rotor core with the rotor arm.
  • the recess of the rotor core is configured in the axial direction as a slot.
  • the slot is formed such that the fastening bolt connects a laminated core and an axially adjacent by an angle twisted laminated core through the recess as a slot firmly fixed to the rotor carrier.
  • the fastening bolt generates in particular a solid connection, which is loadable to train.
  • the fastening bolt By tensile forces in the fastening bolt, the laminated cores
  • a relative position of the laminated cores relative to each other can be determined.
  • an angular adjustment is possible through the slot, so that in particular the laminated cores are arranged rotated by an angle to each other.
  • the angle of the laminated core is also an angular arrangement of
  • Permanent magnets adjustable and by a twisted arrangement of the laminated cores in the axial direction to each other a restriction of the permanent magnets over the extension of the rotor core in the axial direction is adjustable.
  • a laminated core in addition to recesses in the form of an elongated hole still has a recess in the axial direction with a to the cross section of the
  • Sheet metal packages are rotated by the slot against each other and through the
  • Mounting bolt with the rotor support the laminated cores have a fixed angular position to each other and to the rotor arm through the defined position of the fastening bolt in the recess.
  • the angle between two adjacent laminated cores is continuously adjustable in one embodiment of the slot, so that the slot no predetermined
  • Fixing bolt is still changeable after insertion of the fastening bolt through the slot.
  • Mounting bolt is not freely positionable within the slot.
  • a possible position of the elongated hole of contiguous holes that define a grid of the elongated hole a possible position of the elongated hole
  • Fixing bolt specified in a hole The fixing bolt is to be inserted in a hole corresponding to the angle of rotation without repositioning after insertion is possible.
  • the screening of the elongated hole supports an adjustment to specified angles.
  • the rotor core has individual segments in the circumferential direction. Each individual segment has one of the recesses of the rotor core in the axial direction and is connected in each case via one of said fastening bolts with the rotor carrier.
  • a segmentation of the rotor core in the circumferential direction is particularly advantageous in a rotor core made of laminated cores.
  • Magnetic properties in particular a preferred magnetic direction, can be transferred from a metal strip to the individual segment, so that all the individual segments have the same magnetic properties.
  • a metal strip in which all the individual segments are of the same shape, an advantageous rotational symmetry of the body, of the mass distribution and of the magnetic properties arises.
  • each individual segment has in particular a positive connection in the radial direction and in the circumferential direction to each other, so that the individual segments can be assembled to form a cylindrical rotor core and are thus connected to the rotor carrier via the fastening bolts.
  • each individual segment has one of said recesses in the axial direction and is via one of said fastening bolts through the recess
  • the forces that act on the single segment in the operating state of the electric machine transmits the fastening bolt on the rotor carrier and a possible positive connection between the individual segments distributes the forces evenly over the rotor core.
  • a rotor with a rotor core of identically shaped individual segments, which are connected via in each case one of said fastening bolts with the rotor carrier, has a high stability and is easy to manufacture.
  • the rotor of an electric machine has a holding device.
  • the holding device is arranged coaxially, in the axial direction next to the rotor core, on a side opposite the rotor arm.
  • Mounting bolt connects the fixture to the rotor core.
  • the holding device is on the fastening bolts with the rotor core and the
  • Coupled rotor arm supports the mounting bolts against each other and braces the mounting bolts with each other and with the rotor core on the opposite side of the rotor arm.
  • the rotor arm supports the side on one side
  • the holding device supports the fastening bolts and clamps the fastening bolts with each other and with the rotor core, that the deformation load on the Rotor carrier opposite side of the rotor core is caught by the holding device.
  • the holding device By the holding device, a large-area distribution of the force feedback of a bias voltage between the rotor carrier, the rotor core and the fastening bolt, in particular a fastening bolt head of the fastening bolt is realized.
  • a rotor core which has individual segments, or whose recesses are formed as slots, lead attacking forces to a high deformation load.
  • a rotor having the holding device has a high stability and resists high deformation loads.
  • the holding device is in particular formed as a ring whose extension in the radial direction is smaller than the radial extent of the rotor core in the radial direction. It is arranged coaxially so that the ring of the holding device covers with the rotor core in the radial direction.
  • the holding device is made in one piece and connected to each mounting bolt.
  • the fastening bolt is formed as a welded rivet.
  • a welded rivet is a simple and inexpensive way to produce a stable connection that can withstand high tractive forces.
  • An assembly of a welded rivet is possible from one side, so that in a rotor according to the invention, a
  • Weld rivet is performed from one side through the recess of the rotor core and welded on the opposite side with the rotor carrier.
  • the fastening bolt has a cooling channel which can be flooded by a coolant. Losses in the operating state of the electric machine also generates heat in the rotor. The rotor requires cooling to remove the heat.
  • a cooling of the rotor is necessary to keep the performance of the permanent magnets high and to prevent irreversible processes in the permanent magnet.
  • a goal of the rotor cooling is therefore primarily a cooling of the permanent magnets, so that cooling channels are arranged within the rotor core in the vicinity of the permanent magnets.
  • the fastening bolts penetrate the rotor core in the axial direction in the vicinity of the permanent magnets, so that the cooling channels are made in one piece with the fastening bolts.
  • An independent cooling channel and further work steps during assembly of the rotor are not necessary with a fastening bolt which has a cooling channel.
  • the cooling channel of the fastening bolt is connected to a cooling channel in the rotor carrier so as to be flooded.
  • a cooling of the rotor takes place by a removal of heat by a coolant, so that for cooling the rotor, the cooling channel of the fastening bolt must be flooded with a coolant.
  • the cooling channel of the fastening bolt is connected to a cooling channel of the rotor carrier, so that coolant flows from the rotor carrier into the cooling channel of the fastening bolt.
  • a flooding of the cooling channel in the rotor carrier by a cooling channel in the shaft to which the rotor carrier is rotatably connected possible.
  • the shaft has a cooling channel in the axial direction, which is fed by an external connection and which is connected to the cooling channel in the rotor arm.
  • the cooling channel in the rotor carrier extends substantially in the radial direction from the shaft to the fastening bolt and is connected to the cooling channel of the fastening bolt.
  • the cooling channel of the fastening bolt is on the rotor arm
  • the rotor has the holding devices and if the holding device has cooling channels in the circumferential direction of the rotor, then in particular coolant can be used
  • a cooling channel in the holding device in each case connects two cooling channels of adjacent fastening bolts, so that the coolant flows from the shaft via the cooling channel in the rotor carrier to a first cooling channel of a first fastening bolt and from the cooling channel of the holding device via a second cooling channel of a second fastening bolt in a cooling channel of the rotor carrier and from there back into the shaft.
  • a through-flow connection of two cooling channels of adjacent fastening bolts is in particular also with other components instead of
  • Fig. 1 is a schematic view of a rotor along a section B-B in
  • FIG. 2 parallel to the axis of rotation of the rotor
  • Fig. 2 is a schematic view of the rotor of Figure 1 taken along a section
  • Fig. 3 is a schematic view of an alternative embodiment of a
  • Fig. 4 is a schematic view of the rotor of Figure 3 along a section
  • Fig. 5 is a schematic view of the rotor of Figure 3 along a section
  • Fig. 6 is a schematic view of a similar to Figure 3, alternative
  • Fig. 7 is a schematic view of an alternative embodiment of a
  • the rotor 1 shows a schematic view of a rotor 1 of an electric machine along a section B-B in Figure 2 parallel to the axis of rotation 11 of the rotor 1.
  • the rotor 1 has a rotor carrier 2 and a rotor core 3, which are both rotationally symmetrical.
  • the rotor arm 2 is arranged coaxially with the axis of rotation 11, in the axial direction next to the rotor core 3.
  • the rotor carrier 2 has a disc-shaped basic shape and has a central bore 12 for receiving a shaft, not shown, via which a torque from the rotor 1 can be transmitted.
  • a central area around the bore 12 is reinforced to support forces occurring on the shaft.
  • the rotor core 3 has a cylindrical ring-shaped basic shape, with an inner
  • the disc-shaped rotor carrier 2 is arranged in the axial direction next to the rotor core 3 and has only one contact surface 15 in axial Direction and no contact surface with the inner circumferential surface 7.
  • Mantle surface 7 is suitable for cooling the rotor core 3, since a coolant, which flows on the inner circumferential surface 7, is pressed by the centrifugal force of the rotating rotor to the inner circumferential surface 7 and is in direct contact with the rotor core 3, so that a cooling without heat conduction through other components is possible.
  • each sub-segment has a laminated core 4a, 4b, 4c, 4d.
  • the rotor core 3 has a plurality of recesses 10, which penetrate the rotor core 3 in the axial direction.
  • a fastening bolt 5 is arranged, which is the
  • a holding device 17 is annular and coaxial, in the axial direction adjacent to the rotor core 3 on the
  • Rotor carrier 2 opposite side arranged.
  • Holding device 17 in the radial direction is smaller than an extension of the rotor core 3 in the radial direction, so that the holding device 17 in the radial direction of the
  • Rotor core 3 is covered.
  • the fastening bolt 5 completely penetrates the rotor core 3 and the holding device 17 and connects the holding device 17, the four
  • the fastening bolt 5 is designed as a welded rivet and connects the rotor core 3 with the rotor carrier 2 in the axial direction by a tensile force via a rivet head 5a.
  • the tensile force of the fastening bolt 5 is transmitted to contact surfaces between the four laminated cores 4 a, 4 b, 4 c, 4 d and the contact surface 15 formed between the rotor arm 2 and the rotor core 3.
  • the tensile force of the fastening bolt 5 generates a static friction on contact surfaces, which braces and stabilizes the rotor 1 in itself.
  • the rotor core 3 has a pocket 9 in the axial direction for receiving a
  • Each laminated core 4a, 4b, 4c, 4d has a pocket 9 in the axial direction, so that a permanent magnet 6a, 6b is contained in each pocket 9.
  • the laminated core 4a has an extension in the axial direction, which is equal to a length of the permanent magnet 6a.
  • All four laminated core 4a, 4b, 4c, 4d are the same shape and arranged congruent, so that a relative arrangement of the four laminated cores 4a, 4b, 4c, 4d in the rotor core 3 is interchangeable and statements to one of the laminated cores 4a, 4b, 4c, 4d also refer to the others.
  • the permanent magnet 6a in the laminated core 4a has the same angular position as the permanent magnet 6b in the laminated core 4b, so that there is no angular difference between the permanent magnets 6a, 6b and all permanent magnets 6a, 6b are arranged parallel to the axis of rotation, so that the rotor 1 is unrestricted ,
  • FIG. 2 shows a schematic view of the rotor from FIG. 1 along a section A - A perpendicular to the axis of rotation 11 of the rotor 1.
  • FIG. 1 The designations of FIG. 1 are to be assumed in FIG. 2 without each designation being explained again here.
  • the rotor core 3 has a rotationally symmetrical shape, which is visible in the sectional view perpendicular to the axis of rotation 11 as a ring with the inner circumferential surface 7 and the outer lateral surface 8.
  • the laminated core 4b is divided in the circumferential direction into individual segments 18, wherein each individual segment 18 has a pocket 9 in the axial direction and a recess 10 in the axial direction.
  • the permanent magnet 6 b is arranged, which is supported by the pocket 9 in the radial direction and in the circumferential direction and is fixed in the pocket 9.
  • the recess 10 is arranged centrally in the circumferential direction to the permanent magnet 6b and in the radial direction within the permanent magnet 6b on the laminated core 4b.
  • each of the individual segments 18 has one of the recesses 10 and is connected via one of the fastening bolts 5 with the
  • Rotor carrier 2 connected.
  • the fastening bolt 5 connects the individual segment 18 of the laminated core 4 b of the rotor core 3 with the rotor carrier 2 in the axial direction.
  • Figure 3 shows a schematic view of an alternative embodiment of a
  • the fastening bolt 105 is designed as a screw with a screw head 105a and a screw thread 105b.
  • the screw thread 105b engages toothed in the Rotor carrier 102, so that by turning the fastening bolt 105, the screw screwed into the rotor carrier 102 and the rotor core 103 fixedly connected to the rotor carrier 102.
  • the recess 110 penetrates the rotor core 103 in the axial direction, wherein each laminated core 104a, 104b, 104c, 104d has a recess 110a, 110b, 110c, 11dd which are arranged congruent to one another such that the fastening bolt 105 is arranged in the recess 110 ,
  • the recess 10a, 0b, 110c, 110d is formed as a slot, so that an angular arrangement of a laminated core 104a, 104b, 104c, 104d is adjustable.
  • Laminated core 104a has a different angular position than the laminated core 104b, so that an angular difference forms between the permanent magnet 106a and the permanent magnet 106b.
  • the angular difference of the permanent magnets 106a, 106b, 106c, 06d is in section in Figure 3 as a different radius of a cuboid
  • Permanent magnets 106a, 106b, 106c, 106d visible. Due to the different angular position of the permanent magnets 106a, 106b, 106c, 106d, the permanent magnets 106a, 106b, 106c, 106d are no longer aligned in the axial direction parallel to the axis of rotation 11 and the rotor 101 has a setback.
  • FIG. 4 shows a schematic view of the rotor from FIG. 3 along a section C-C perpendicular to the axis of rotation 1 1 of the rotor 101.
  • FIG. 3 The designations of FIG. 3 are to be assumed in FIG. 4 without any designation being explained here again.
  • the recess 10 b is formed as a slot, so that a positioning of an angular arrangement of the laminated core 104 b even after insertion of the fastening bolt 105 in the slot 110 b is still possible.
  • the slot 1 10b has a curved elongated shape, so that the fastening bolt 105 is freely positionable within the elongated hole 110b.
  • the rotor core 103 is rotatably connected to the rotor arm 102 over a length of the elongated hole 110b.
  • the fastening bolt 114 is also arranged in the laminated core 104b in a slot 110b.
  • the laminated core 104b has a recess 113b in the axial direction with a to
  • Fixing bolts 115 corresponding, round shape, so that the fastening bolt 115, which is arranged in the recess 113 b, determines the angular position of the laminated core 104 b.
  • the recess 113b is centrally in the circumferential direction to a permanent magnet 106b and in the radial direction within the
  • FIG. 5 shows a schematic view of the rotor from FIG. 3 along a section DD perpendicular to the axis of rotation 111 of the rotor 101.
  • FIG. 3 The designations of FIG. 3 can be assumed in FIG. 5 without any designation being explained here again.
  • the section D-D through the laminated core 104c is parallel to the section C-C through the laminated core 104b of the rotor core 103.
  • the laminated core 104b of FIG. 4 and the laminated core 104c of FIG. 5 are of the same design, so that a recess 113c in the axial direction, in the circumferential direction centered to a permanent magnet 106c and in the radial direction within the
  • Permanent magnet 106 c is arranged on the laminated core 04 c and a for
  • Fastening bolt 114 has corresponding, round shape.
  • the permanent magnets 106b, 106c of the laminated cores 104b, 104c are
  • the laminated core 104b from FIG. 4 and the laminated core 104c from FIG. 5 are arranged rotated relative to one another by the angle ⁇ , the angle ⁇ being selected such that the fastening bolt 105 is arranged in the slot 110b and in the slot 110c.
  • Permanent magnets 106c in the laminated core 104c results in an angular difference ß, which forms with analog arranged laminated cores 104a, 104d a tilting of the rotor core 103 in the axial direction.
  • the recess 110c is formed as a slot, so that a positioning of an angular arrangement of the laminated core 104c even after insertion of the fastening bolt 105 in the slot 110c is still possible.
  • the elongated hole 110c has a curved elongate shape, so that the fastening bolt 105 is freely positionable within the elongated hole 110c.
  • the fastening bolt 114 corresponding to the round shape of the recess 113c, defines an angular arrangement of the fastening bolt 1 14, which is arranged in the recess 113c, the angular position of the laminated core 104c defines.
  • the laminated core 104c is arranged rotated in relation to the identically designed laminated core 104b from FIG. 4 by the angle .alpha., which is due to an angular difference of
  • Fixing pin 114 in the recess 113c to the fastening bolt 1 15 in the recess 1 3b is visible.
  • the permanent magnets 106b, 106c are
  • the fastening bolt 114 has an angle ⁇ to the fastening bolt 115, so that an arrangement of the fastening bolts 105, 114, 115 is not rotationally symmetrical and the fastening bolt 114 is arranged rotated relative to a rotationally symmetrical arrangement by the angle ⁇ .
  • connection points of the fastening bolts 105, 114, 115 are arranged with the rotor arm 102 is not rotationally symmetrical and the connection point of
  • the mutually twisted arrangement of the laminated core 104b of Figure 4 and the laminated core 104c of Figure 5 can be seen on the axis 116 along the section E-E.
  • the fastening bolt penetrates the laminations 104b, 104c in the axial direction, so that the fastening bolt 105 in FIG. 4 and in FIG. 5 lies on the axis 116.
  • the permanent magnet 106b of Figure 4 is symmetrical to the axis 1 16 and the
  • Permanent magnet 106c of Figure 5 is rotated by the angle ß to the axis 116 arranged.
  • Permanent magnet 106b is rotated, resulting in the axial direction of the rotor core 103, a rotation of the rotor 101.
  • the angle ß is smaller than the symmetry angle (a + ß) / 2 of the rotationally symmetric permanent magnet assembly.
  • a radius to the mounting bolt 115 corresponds to an ittelsenkrechten one
  • Permanent magnet 106b in the laminated core 104b of Figure 4 since the recess 113b is arranged with the fastening bolt 115 in the circumferential direction centered to the permanent magnet 106b. Between an average perpendicular of the permanent magnet 106c in the fastening bolt 115 in the laminated core 104c and the radius of the fastening bolt 115, therefore, also the angle .beta.
  • the laminated cores 104a, 104b 104c, 104d along the slot 110a, 110b, 110c, 11 Od rotatably connected to the rotor carrier and the angular position of the laminated cores 104a, 104b, 104c, 104d is selectable.
  • the fastening bolt 115 in the recess 110a, 113b, 110c, 11 Od and connecting the fastening bolt 115 with the rotor arm 102 the angular position of the laminated core 104b is fixed.
  • Mounting bolt 114 in the recess 110 a, 110 b, 113 c, 110 d and connecting the fastening bolt 114 with the rotor arm 102 is the angular position of the
  • Fixing bolts 105, 114, 115 build a tensile force, which generates a fixed connection between the laminated cores 104a, 104b, 104c, 104d with each other and between the rotor core 103 and the rotor arm 102 by a static friction of the contact surfaces.
  • the fastening bolts 114, 115 support by their defined position in the recesses 113 b, 113 c, the rotationally fixed connection of the rotor core 103 with the rotor carrier 102nd
  • FIG. 6 shows a schematic view of an alternative embodiment of a rotor 101 'to FIG. 3.
  • the rotor 101 ' has the laminated core 104b from FIG. 4 and a laminated core 104c' which is rotated by the angle ⁇ .
  • Sheet metal package 104c ' is very similar to the sheet metal package 104c of Figure 5, so that explanations and descriptions of the designations are taken from Figures 3, 4, 5, with the terms of the alternative embodiment being indicated by a prime. In the description of Figure 6, only the differences of the laminated core 104c 'to the laminated core 104c are shown.
  • the fastening bolts 105 ', 114', 115 ' are rotationally symmetrical with a
  • Fixing bolts 105 ', 114', 115 'in the axial direction and the connection points of the fastening bolts 105', 114 ', 115' with the rotor carrier 102 rotationally symmetrical with the symmetry angle (oc + ß) / 2 are arranged.
  • the fastening bolt 115 ' is arranged in the recess 113b of the laminated core 104b and defines the angular position of the laminated core 104b.
  • the fastening bolt 114 ' is arranged in a recess 113c' of the laminated core 104c 'and defines the angular position of the laminated core 104c'.
  • the Permanent magnets 106b are corresponding to the angle ß over the
  • Permanent magnet 106c ' arranged twisted, whereby the rotor 101' is entangled.
  • the laminated core 104b and the laminated core 104c ' are similar, with many features being identical, but the angular position of the recess 13b to the permanent magnet 106b in the laminated core 104b differs from the angular position of the recess 113c' to the permanent magnet 106c 'in the laminated core 104c' Angle ß. Assigning the laminated core 104b and the laminated core 104c 'according to the slots 1 10b, 1 10c' congruent, so there is a difference in the angular position of
  • all laminated cores 104a, 104b, 104c, 104d are the same and the pitch of the rotor 101 results from the change in the angular position of the fastening bolt 114 by the angle ⁇ with respect to one
  • connection points of the fastening bolts 105, 114, 115 are not rotationally symmetrical with the rotor arm 102 and depending on a
  • the fastening bolts 105, 114, 115 and the connection points of the fastening bolts 105, 114, 115 with the rotor carrier 102 are arranged in the same rotationally symmetrical manner for all inclinations.
  • the angular position of the recess 1 13b to the angular position of the recess 113c' is different, so that the laminated cores 104b, 104c 'are different.
  • the laminated core 104b without the recess 113b is made equal to the laminated core 104c 'without the recess 113c', so that in particular the laminated cores 104b, 104c 'by drilling the recess 113b and the recess 113c' to
  • the design of the rotor 101, 101 ' is shown for a permanent magnet synchronous machine, wherein an alternative embodiment of a rotor according to the invention is also possible for other electrical machines, in which case the permanent magnets are replaced by other magnetically interactive components.
  • the permanent magnets in a rotor for a reluctance machine are characterized by teeth soft magnetic material to replace or by windings in a current-excited machine.
  • Figure 7 shows a schematic view of an alternative embodiment of a
  • Rotor 201 along a section parallel to the axis of rotation of the rotor 201.
  • the fastening bolt 205 has a cooling channel 214, which can be flooded by a coolant.
  • the rotor carrier 202 has a central bore 212 for
  • the shaft not shown, has a cooling channel in the axial direction, through which from an external coolant source, a coolant for
  • Rotor carrier 202 flows.
  • the cooling channel 213 in the rotor carrier 202 is connected to the cooling channel of the shaft and to the cooling channel 214 floatable and is arranged substantially in the radial direction from the shaft to the fastening bolt 205.
  • Coolant flows via the cooling channel of the shaft through the cooling channel 213 into the cooling channel 214 of the fastening bolt 205 and cools the rotor core 203 there.
  • the cooling channel 214 is open on the rotor carrier 202 opposite end, so that the coolant as spray cooling of an open cooling circuit, the electric machine cools.

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Abstract

Ein Rotor einer elektrischen Maschine verfügt über einem scheibenförmigen Rotorträger (2) und einem zylinderringförmigen Rotorkern (3). Der Rotorträger (2) ist in axialer Richtung neben dem Rotorkern (3) koaxial zur Rotationsachse (11) angeordnet. Der Rotorkern (3) weist eine Ausnehmung (10) in axiale Richtung auf, die den Rotorkern (3) vollständig durchdringt und verfügt über Blechpakete (4a, 4b, 4c, 4d) mit jeweils einer Tasche (9) zur Aufnahme eines Permanentmagneten (6a, 6b). Ein Befestigungsbolzen (5) ist in der Ausnehmung (10) angeordnet und verbindet den Rotorkern (3) fest mit dem Rotorträger (2).

Description

Rotor einer elektrischen Maschine
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die gattungsgemäße DE 102008020779 A1 zeigt einen Rotor einer elektrischen
Maschine mit einem Rotorkern und einer Welle als Rotorträger. Der Rotorkern stützt sich auf der Welle ab und verfügt über Teilsegmente, die als Blechpakete ausgeformt sind. Eine Ausnehmung in axialer Richtung durchdringt den Rotorkern. Ein Befestigungsbolzen ist in der Ausnehmung angeordnet und verbindet die Teilsegmente des Rotorkernes miteinander.
Dem gegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Rotor einer elektrischen
Maschine vorzuschlagen, der einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Rotor einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß verfügt der Rotor einer elektrischen Maschine über einen Rotorträger und einen Rotorkern, wobei der Rotorkern zur magnetischen Flussführung insbesondere aus weichmagnetischem Material besteht. Der Rotorkern verfügt über eine Ausnehmung in axialer Richtung, die den Rotorkern durchdringt. Der Rotorträger ist in axialer Richtung neben dem Rotorkern angeordnet. Insbesondere bei einer rotationssymmetrischen Ausformung des Rotors mit Rotorträger und einem zylinderringförmigen Rotorkern, ist der Rotorträger koaxial in axialer Richtung neben dem Rotorkern angeordnet.
Ein Befestigungsbolzen ist in der Ausnehmung des Rotorkerns angeordnet und durchdringt den Rotorkern in axialer Richtung. Der Rotorkern ist über den
Befestigungsbolzen fest mit dem Rotorträger verbunden. Unter einer festen Verbindung zwischen dem Rotorträger und dem Rotorkern durch den Befestigungsbolzen ist insbesondere ein Verbindungszustand im Betriebzustand der elektrischen Maschine zu verstehen, bei dem zu einer Drehmomentübertragung eine feste Verbindung notwendig ist. Insbesondere sind unter einer festen Verbindung neben dauerfesten Verbindungen wie zum Beispiel Schweißen, Kleben oder Nieten auch wieder lösbare Verbindungen zu verstehen, wie zum Beispiel Schraubverbindungen, die im Betriebszustand der elektrischen Maschine den Rotorkern fest mit dem Rotorträger verbinden und zur
Montage, Demontage oder Wartung auch wieder gelöst werden können.
Ein erfindungsgemäßer Rotor ist in verschiedenen Ausführungsformen insbesondere bei Synchronmaschinen, permanenterregte Synchronmaschinen, Asynchronmaschinen, Reluktanzmaschinen und dergleichen nutzbar, wobei die elektrische Maschine sowohl als Motor als auch als Generator betreibbar ist. Eine solche elektrische Maschine eignet sich insbesondere für Fahrzeugantriebe.
Der Rotorträger ist zur Drehmomentübertragung drehfest mit einer Welle verbunden. In einem Betriebzustand der elektrischen Maschine überträgt die feste Verbindung zwischen dem Rotorkern und dem Rotorträger ein Drehmoment vom Rotorkern über den Rotorträger zur Welle.
Der Rotorkern weist insbesondere eine im Wesentlichen zylinderringförmige Grundform auf, so dass eine Oberfläche in axialer Richtung eine Form eines ebenen Ringes aufweist. Die Ausnehmungen in axialer Richtung durchdringen den Rotorkern, wobei der Befestigungsbolzen in der Ausnehmung angeordnet ist. Durch eine Anordnung des Rotorträgers in axialer Richtung neben dem Rotorkern verbindet der Befestigungsbolzen den Rotorkern durch die Ausnehmung in axialer Richtung mit dem Rotorträger. Der Rotorträger steht mit der Oberfläche des Rotorkerns in axialer Richtung in Kontakt, wobei durch eine ebene Oberfläche des Rotorträgers eine große Kontaktfläche mit der ebenen Oberfläche des Rotorkerns möglich ist. Insbesondere ist durch eine
Oberflächenrauhigkeit der ebenen Oberflächen ein hohes Drehmoment übertragbar. Die Verbindung zwischen dem Rotorkern und dem Rotorträger durch den
Befestigungsbolzen weist durch eine große Kontaktfläche zwischen dem Rotorträger und dem Rotorkern eine hohe Stabilität auf.
Insbesondere verfügt der Rotorkern über mehrere Ausnehmungen in axialer Richtung und ist über mehrere Befestigungsbolzen mit dem Rotorträger verbunden, wobei die Anordnung der Ausnehmungen und der Befestigungsbolzen im Rotorkern
rotationssymmetrisch ausgeführt ist. Eine rotationssymmetrische Anordnung der Ausnehmungen und der Befestigungsbolzen führt zu einer rotationssymmetrischen Massenverteilung, ohne eine Unwucht am sich drehenden Rotor zu erzeugen. Der Befestigungsbolzen übernimmt durch die Verbindung mit dem Rotorträger eine
Vorspannfunktion vom Rotorkern mit dem Rotorträger. Im Betriebszustand der elektrischen Maschine verteilen sich am Rotorkern angreifende Kräfte auf mehrere Befestigungsbolzen, so dass der einzelne Befestigungsbolzen nur einen Teil der Kraft abstützt und Scherkräfte am Rotorkern durch eine Verspannung zwischen den
Befestigungsbolzen abgestützt sind.
Der Befestigungsbolzen kann insbesondere einstückig mit dem Rotorträger ausgeführt sein, so dass der Rotorkem durch die Ausnehmung auf den Befestigungsbolzen des Rotorträgers aufsteckbar ist und der Befestigungsbolzen auf der dem Rotorträger gegenüberliegenden Seite des Rotorkerns eine feste Verbindung erzeugt.
Die Ausnehmung des Rotorkerns in axialer Richtung ist insbesondere an einer Position des Rotorkerns angeordnet, die im Betriebszustand der elektrischen Maschine nur einen geringen Magnetfluss im Rotorkern aufweist. Die Ausnehmung hindert den Magnetfluss, so dass eine Störung des Magnetflusses durch die Ausnehmung in axialer Richtung an einer Position mit einem im Betriebszustand geringen Magnetfluss zustande kommt. Insbesondere bei einem Rotor mit Permanentmagneten findet ein Magnetfluss im
Rotorkern in Umfangsrichtung zwischen den Magneten statt. Vom Magnetmittelpunkt aus in radialer Richtung nach innen ist der Magnetfluss gering, so dass bei einem Rotor mit Permanentmagneten die Ausnehmung vorteilhaft vom Magnetmittelpunkt aus in radialer Richtung nach innen angeordnet ist.
Die Verbindung zwischen den Rotorkern und dem Rotorträger ist durch den
Befestigungsbolzen einfach und kostengünstig herzustellen. Eine ebene Oberfläche des Rotorträgers, die im zusammengebauten Zustand des Rotors die Kontaktfläche mit dem Rotorkern bildet, ist insbesondere durch Abdrehen einfach herzustellen, so dass eine Herstellung eines erfindungsgemäßen Rotorträgers einfach und kostengünstig ist.
Eine Fertigungstoleranz in radialer Richtung zwischen Rotorträger und Rotorkern entfällt, da die Verbindung durch die Befestigungsbolzen in axiale Richtung zustande kommt. Ein Zusammenfügen des Rotorkerns und des Rotorträgers ist durch einen Kontakt von ebenen Flächen einfach und mit einer geringen Produktionsgenauigkeit möglich, so dass die Herstellung des Rotors an sich einfach und kostengünstig ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung des Rotors einer elektrischen Maschine weist der Rotorträger eine im Wesentlichen scheibenförmige Grundform auf. Eine Erstreckung in axialer Richtung des Rotorträgers ist kleiner als eine Erstreckung in axialer Richtung des Rotorkerns.
Der Rotorträger mit einer scheibenförmigen Grundform ist in axialer Richtung neben dem Rotorkern angeordnet und weist durch die Scheibenform eine im Wesentlichen eben Oberfläche auf, die im zusammengebauten Zustand mit dem Rotorkern in Kontakt steht. Ein Materialaufwand für den Rotorträger ist in Scheibenform gering, so dass der
Rotorträger leicht und mit wenig Material ausformbar ist, so dass bei einer strukturellen Stabilität um ein Drehmoment zu übertragen, eine Massenträgheit des Rotorträgers gering ist.
Ist die Erstreckung in axialer Richtung des Rotorträgers kleiner als eine Erstreckung in axialer Richtung des Rotorkerns, durchdringt der Rotorträger einen Innenraum innerhalb eines zylinderringförmigen Rotorkernes nicht vollständig. Der Rotorträger überdeckt nicht die Erstreckung in axialer Richtung des Rotorkerns, so dass eine mögliche Kontaktfläche einer Oberfläche des Rotorträgers mit einer Oberfläche des Rotorkerns in radialer Richtung nach Innen immer kleiner ist als die Oberfläche des Rotorkerns in radialer Richtung nach Innen. Insbesondere bei einem Rotorkern mit einer zylinderringförmigen Grundform weist eine Mantelfläche im Inneren des Zylinderringes nur teilweise einen Kontakt zum Rotorträger auf. Ein Bereich des Rotorkem, der in axialer Richtung nicht vom Rotorträger überdeckt ist und dessen Oberfläche in radialer Richtung keinen Kontakt mit dem Rotorträger aufweist, ist nur über die Befestigungsbolzen mit dem Rotorträger verbunden und ist nur über die Befestigungsbolzen abgestützt.
Steht der Rotorträger insbesondere nur über die Kontaktfläche in axialer Richtung zwischen dem Rotorträger und dem Rotorkern in Kontakt, weist er keinen Kontakt mit der Oberfläche des Rotorkerns in radialer Richtung nach innen auf. Die Oberfläche des Rotorkerns in radiale Richtung nach innen ist so nicht vom Rotorträger verdeckt und der Rotorkern ist nur über die Befestigungsbolzen in radiale Richtung abgestützt.
Eine Kühlung des Rotors ist insbesondere durch einen direkten Kontakt eines Kühlmittels mit der Oberfläche des Rotorkerns in radialer Richtung nach innen möglich. Eine
Wärmeübertragung vom Rotorkern zu anderen Bauteilen, die als ein Wärmetauscher mit dem Kühlmittel in Kontakt stehen, würde eine mögliche Kühlleistung senken, so dass eine Kühlung des Rotorkerns durch direkten Kontakt mit dem Kühlmittel vorteilhaft ist. Insbesondere ist eine einseitige Lagerung eines erfindungsgemäßen Rotors vorteilhaft. Hierbei ist die Welle mit der der Rotorträger drehfest verbunden ist oder der Rotorträger an sich nur auf einer Seite des Rotors, auf der der Rotorträger angeordnet ist, gelagert. Da der Rotorträger den Rotorkern nicht vollständig durchdringt und aus Lagergründen ein Durchdringen des Rotorkerns von der Welle nicht notwendig ist, steht ein Bauraum auf einer dem Rotorträger gegenüberliegenden Seite des Rotors und in radialer Richtung im Inneren des Rotorkerns zur Verfügung.
Weist ein Rotor einen Rotorkern aus insbesondere zwei Teilen auf, die auf beiden Seiten des Rotorträgers in axialer Richtung angeordnet sind und im folgenden als rechter Teil des Rotorkerns und als linker Teil des Rotorkerns bezeichnet sind, ist der Rotorkern über einen Befestigungsbolzen in axiale Richtung auf beiden Seiten mit dem Rotorträger verbunden.
Die Verbindung über den Befestigungsbolzen kann durch Vorspannung des rechten Teiles des Rotorkerns mit dem linken Teil des Rotorkerns erzeugt sein, bei der der Befestigungsbolzen einstückig den rechten Teil des Rotorkerns, den Rotorträger und den linken Teil des Rotorkerns durchdringt und in axialer Richtung an den äußeren Enden der beiden Teile des Rotorkems eine Zugspannung erzeugt. Hierbei kann der
Befestigungsbolzen den Rotorträger berührungsfrei durchdringen, den Rotorträger kräftefrei berühren oder sich am Rotorträger abstützen, da eine Vorspannung an den äußeren Enden des Rotorkerns, den Rotorkern mit dem Rotorträger verbindet.
Insbesondere ein Befestigungsbolzen in Form einer Gewindestange oder Schraube, durchdringt den Rotorkern und den Rotorträger und kann selbst mit dem Rotortäger verschraubt sein.
Der rechte Teil des Rotorkerns kann auch eigenständig über einen ersten
Befestigungsbolzen mit dem Rotorträger verbunden sein und der linke Teil des
Rotorkerns kann eigenständig über einen zweiten Befestigungsbolzen auf der gegenüberliegenden Seite mit dem Rotorträger verbunden sein. Jeder Teil des
Rotorkerns ist so über einen Befestigungsbolzen in axialer Richtung mit dem Rotorträger verbunden, wobei der rechte Teil des Rotorkerns und der linke Teil des Rotorkerns über einen gemeinsamen Rotorträger verfügen und eigenständig mit dem Rotorträger verbunden sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Rotors einer elektrischen Maschine verfügt der Rotorkern über eine Tasche in axialer Richtung zur Aufnahme eines
Permanentmagneten. Die Tasche in axialer Richtung des Rotorkerns ist in radialer Richtung und in Rotor- Umfangsrichtung begrenzt, so dass eine Position des Permanentmagneten fixierbar ist. Eine Form der Tasche ist insbesondere zu einer Form des Permanentmagneten korrespondierend, so dass der Permanentmagnet in die Tasche in axialer Richtung gut einführbar ist und eine Position des Permanentmagneten in radialer Richtung und in Umfangsrichtung durch die Tasche festgelegt ist. Die Tasche stützt den
Permanentmagneten gegen Kräfte in radialer Richtung und Umfangsrichtung ab, so dass im Betrieb der elektrischen Maschine auftretende Kräfte am Permanentmagneten über die Tasche an den Rotorkern übertragen werden ohne das der Permanentmagnet eine zusätzliche Befestigung benötigt. Insbesondere zur Fixierung des Permanentmagneten in der Tasche, vor allem in axialer Richtung, kann der der Permanentmagnet in der Tasche eingegossen sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Rotors einer elektrischen Maschine weist der Rotorkern ein oder mehrere Blechpakete auf, so dass der Befestigungsbolzen die Blechpakete eines Rotorkerns fest miteinander und mit dem Rotorträger verbindet.
Unter einer festen Verbindung ist insbesondere auch hier eine im Betriebzustand der elektrischen Maschine feste Verbindung zu verstehen, die wieder lösbar ist, wie eine Schraubverbindung, um eine Wartung zu ermöglichen.
Ein Blechpaket aus einem weichmagnetischen Material ist einfach und kostengünstig durch Stanzen und Prägen von einzelnen Blechlagen zu fertigen. Durch eine Anzahl der Blechschnitte ist eine Länge in axialer Richtung des Blechpaketes bestimmbar und auf eine gewünschte Erstreckung in axialer Richtung des Rotorkerns abstimmbar. Das Blechpaket weist günstige magnetische Eigenschaften auf, wobei es durch isolierte Blechschichten Wirbelströme innerhalb des Blechpaketes entgegenwirkt.
Die Länge des Blechpaketes entspricht insbesondere einer Länge des
Permanentmagneten, der in das Blechpaket eingesetzt ist. Die Tasche des Rotorkerns ist in einer Stanzenform des Blechschnittes enthalten, so dass die Tasche bei identischen Blechschnitten eines Blechpaketes das Blechpaket in axialer Richtung durchdringt.
Ein Einfügen eines Permanentmagneten in axialer Richtung in ein Blechpaket, dessen Länge in axialer Richtung der Länge des Permanentmagneten entspricht, ist einfach. Zum Aufbau der Erstreckung in axialer Richtung des Rotorkerns ist insbesondere ein Aneinanderreihen einzelner Blechpakete vorteilhaft, da das einzelne Blechpaket einfach und kostengünstig herzustellen ist. Der Befestigungsbolzen verbindet die einzelnen Blechpakete miteinander und mit dem Rotorträger, so dass keine zusätzliche Verbindung notwendig ist um einen stabilen Rotorkern mit dem Rotorträger zu verbinden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Rotors einer elektrischen Maschine ist die Ausnehmung des Rotorkerns in axialer Richtung als Langloch ausgestaltet. Das Langloch ist derart ausgeformt, dass der Befestigungsbolzen ein Blechpaket und ein in axialer Richtung benachbartes um einen Winkel verdrehtes Blechpaket durch die Ausnehmung als Langloch hindurch fest mit dem Rotorträger verbindet.
Der Befestigungsbolzen erzeugt insbesondere eine feste Verbindung, die auf Zug belastbar ist. Durch Zugkräfte im Befestigungsbolzen werden die Blechpakete
gegeneinander gepresst und der Rotorkern gegen den Rotorträger gepresst, so dass sich die Zugkraft des Befestigungsbolzen über die Kontaktflächen zwischen Bauteilen verteilt und eine feste Verbindung über eine Haftreibung der Kontaktflächen erzeugt.
Über die Zugkraft des Befestigungsbolzens und die resultierende Haftreibung zwischen Kontaktflächen entsteht eine feste Verbindung ohne, dass sich der Befestigungsbolzen an der Ausnehmung des Rotorkerns an sich abstützt. So ist eine Form der Ausnehmung nicht für eine Verbindungserzeugung ausschlaggebend und kann ohne weiteres als Langloch ausgeformt sein.
Durch eine Ausformung der Ausnehmung als Langloches ist eine relative Position der Blechpakete zueinander bestimmbar. Bei einer koaxialen Anordnung der Blechpakete zueinander und zum Rotorträger ist durch das Langloch eine Winkeleinstellung möglich, so dass insbesondere die Blechpakete um einen Winkel zueinander verdreht angeordnet sind. Mit dem Winkel des Blechpaketes ist auch eine Winkelanordnung der
Permanentmagnete einstellbar und durch eine verdrehte Anordnung der Blechpakete in axialer Richtung zueinander ist eine Schränkung der Permanentmagnete über die Erstreckung des Rotorkerns in axialer Richtung einstellbar.
Insbesondere verfügt ein Blechpaket neben Ausnehmungen in Form eines Langloches noch über eine Ausnehmung in axiale Richtung mit einer zum Querschnitt des
Befestigungsbolzens korrespondierenden Ausformung, so dass der Befestigungsbolzen in der Ausnehmung an einer definierten Position angeordnet ist. Mit der definierten Position des Befestigungsbolzens in der Ausnehmung ist auch die Winkellage des Blechpaketes zum Befestigungsbolzen und somit zum Rotorträger festgelegt. Die Blechpakete sind im Rotorkern derart verdreht zueinander angeordnet, dass der
Befestigungsbolzen nur durch eine Ausnehmung mit korrespondierender Ausformung eines Blechpaketes hindurchragt und bei anderen Blechpaketen in axialer Richtung innerhalb einer Ausnehmung mit Ausformung als Langloch angeordnet ist. Die
Blechpakete sind durch das Langloch gegeneinander verdrehbar und durch die
Ausnehmung mit einer zum Befestigungsbolzen korrespondierender Ausformung nach einer Verbindung des Befestigungsbolzens mit dem Rotorträger drehfest angeordnet. Eine Schränkung der Blechpakete ist so möglich wobei nach der Verbindung des
Befestigungsbolzens mit dem Rotorträger die Blechpakete durch die definierte Lage des Befestigungsbolzens in der Ausnehmung eine feste Winkellage zueinander und zum Rotorträger aufweisen.
Die Winkel zwischen zwei benachbarten Blechpaketen ist in einer Ausführung des Langloch kontinuierlich einstellbar, so dass das Langloch keine vorbestimmte
Positionierung des Befestigungsbolzens innerhalb des Langloches vorgibt und der Befestigungsbolzen innerhalb des Langloches frei beweglich ist. Die Position des
Befestigungsbolzens ist noch nach einem Einführen des Befestigungsbolzens durch das Langloch veränderbar.
In einer alternativen Ausführung des Langloches, sind bestimmte Positionen des
Befestigungsbolzens innerhalb des Langloches vorgegeben, so dass der
Befestigungsbolzen nicht frei innerhalb des Langloches positionierbar ist. Insbesondere in einer Ausformung des Langloches aus aneinanderhängenden Bohrungen, die eine Rasterung des Langloches definieren, ist eine mögliche Position des
Befestigungsbolzens in einer Bohrung vorgegeben. Der Befestigungsbolzen ist in eine dem Winkel der Verdrehung entsprechende Bohrung einzuführen, ohne dass eine Umpositionierung nach dem Einführen möglich ist. Die Rasterung des Langloches unterstützt eine Justierung auf vorgegebene Winkel.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Rotors einer elektrischen Maschine verfügt der Rotorkern in Umfangsrichtung über Einzelsegmente. Jedes Einzelsegment weist eine der genannten Ausnehmungen des Rotorkerns in axialer Richtung auf und ist jeweils über einen der genannten Befestigungsbolzen mit dem Rotorträger verbunden.
Eine Segmentierung des Rotorkerns in Umfangsrichtung ist insbesondere bei einem Rotorkern aus Blechpaketen vorteilhaft. Beim Stanzen der Blechschnitte der
Einzelsegmente sind kleine Formen in großer Stückzahl zu fertigen, was günstig und einfach herzustellen ist. Durch Blechpaketierung der Blechschnitte sind die
Einzelsegmente einfach herzustellen. Magnetische Eigenschaften, wie insbesondere eine magnetische Vorzugsrichtung, sind von einem Blechband auf das Einzelsegment übertragbar, so dass alle Einzelsegmente gleiche magnetische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere bei einem Rotorkern, bei dem alle Einzelsegmenten gleich geformt sind, entsteht eine vorteilhafte Rotationssymmetrie des Körpers, der Massenverteilung und der magnetischen Eigenschaften.
Im Vergleich zum Stanzen eines Vollringes eines Rotorkerns, entsteht beim Stanzen von Einzelsegmenten weniger Verschnitt, was Produktionskosten spart.
Die Einzelsegmente weisen insbesondere eine formschlüssige Verbindung in radialer Richtung und in Unfangsrichtung zu einander auf, so dass die Einzelsegmente zu einem zylinderringförmigen Rotorkern zusammensetzbar sind und so mit dem Rotorträger über die Befestigungsbolzen verbunden sind. Um eine hohe Stabilität des Rotorkerns auch im Betriebzustand der elektrischen Maschine bei hohen Zentrifugalkräften zu gewährleisten, verfügt jedes Einzelsegment über eine der genannten Ausnehmungen in axialer Richtung und ist über einen der genannten Befestigungsbolzen durch die Ausnehmung
eigenständig mit dem Rotorträger verbunden.
Die Kräfte, die im Betriebzustand der elektrischen Maschine am Einzelsegment angreifen, überträgt der Befestigungsbolzen auf den Rotorträger und eine eventuelle formschlüssige Verbindung zwischen den Einzelsegmenten verteilt die Kräfte über den Rotorkern gleichmäßig.
Insbesondere ein Rotor mit einem Rotortkern aus gleich ausgeformten Einzelsegmenten, die über jeweils einem der genannten Befestigungsbolzen mit dem Rotorträger verbunden sind, verfügt über eine hohe Stabilität und ist einfach herzustellen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung verfügt der Rotor einer elektrischen Maschine über eine Haltevorrichtung. Die Haltevorrichtung ist koaxial, in axialer Richtung neben dem Rotorkern, auf einer dem Rotorträger gegenüberliegenden Seite angeordnet. Der
Befestigungsbolzen verbindet die Haltevorrichtung mit dem Rotorkern.
Die Haltevorrichtung ist über die Befestigungsbolzen mit dem Rotorkern und dem
Rotorträger verbunden, stützt die Befestigungsbolzen gegeneinander ab und verspannt die Befestigungsbolzen untereinander und mit dem Rotorkern auf der dem Rotorträger gegenüberliegenden Seite.
Zentrifugalkräfte eines sich drehenden Rotors oder Scherkräfte verursachen eine
Verformungsbelastung im Rotorkern. Der Rotorträger stützt auf einer Seite die
Befestigungsbolzen ab und verspannt die Befestigungsbolzen miteinander und mit dem Rotorkern. Auf der dem Rotorträger gegenüberliegenden Seite des Rotorkerns stützt die Haltevorrichtung die Befestigungsbolzen ab und verspannt die Befestigungsbolzen so miteinander und mit dem Rotorkern, dass die Verformungsbelastung auf der, dem Rotorträger gegenüberliegenden Seite des Rotorkerns von der Haltevorrichtung abgefangen ist.
Durch die Haltevorrichtung ist eine großflächige Verteilung der Kraftrückkopplung einer Vorspannung zwischen dem Rotorträger, dem Rotorkern und dem Befestigungsbolzen insbesondere eines Befestigungsbolzenkopf des Befestigungsbolzens realisiert.
Insbesondere bei einem Rotorkern, der über Einzelsegmente verfügt, oder dessen Ausnehmungen als Langlöcher ausgeformt sind, führen angreifende Kräfte zu einer hohen Verformungsbelastung. Ein Rotor, der die Haltevorrichtung aufweist, verfügt über eine hohe Stabilität und widersteht hohen Verformungsbelastungen.
Die Haltevorrichtung ist insbesondere als Ring ausgeformt, dessen Erstreckung in radialer Richtung kleiner als die radiale Erstreckung des Rotorkerns in radialer Richtung ist. Sie ist so koaxial angeordnet, dass sich der Ring der Haltevorrichtung mit dem Rotorkern in radialer Richtung überdeckt. Die Haltevorrichtung ist einstückig ausgeführt und mit jedem Befestigungsbolzen verbunden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Rotors einer elektrischen Maschine ist der Befestigungsbolzen als Schweißniet ausgeformt.
Ein Schweißniet ist eine einfache und kostengünstige Möglichkeit eine stabile Verbindung herzustellen, die auf große Zugkräfte belastbar ist. Eine Montage eines Schweißniets ist von einer Seite her möglich, so dass bei einem erfindungsgemäßen Rotor, ein
Schweißniet von einer Seite durch die Ausnehmung des Rotorkerns durchgeführt ist und auf der gegenüberliegenden Seite mit dem Rotorträger verschweißt ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Rotors einer elektrischen Maschine verfügt der Befestigungsbolzen über einen Kühlkanal, der von einem Kühlmittel durchflutbar ist. Durch Verluste im Betriebszustand der elektrischen Maschine entsteht auch im Rotor Wärme. Der Rotor bedarf einer Kühlung, um die Wärme abzutransportieren.
Insbesondere bei Rotoren, die über Permanentmagnete verfügen, ist eine Kühlung des Rotors notwendig, um die Leistungsfähigkeit der Permanentmagnete hoch zu halten und irreversiblen Prozesse in den Permanentmagneten zu verhindern.
Ein Ziel der Rotorkühlung ist daher vor allem ein Kühlen der Permanentmagnete, so dass Kühlkanäle innerhalb des Rotorkerns in der Nähe der Permanentmagnete angeordnet sind. Die Befestigungsbolzen durchdringen den Rotorkern in axialer Richtung in der Nähe der Permanentmagnete, so dass die Kühlkanäle einstückig mit den Befestigungsbolzen ausgeführt sind. Ein eigenständiger Kühlkanal und weitere Arbeitschritte bei einer Montage des Rotors sind mit einem Befestigungsbolzen, der über einen Kühlkanal verfügt, nicht notwendig.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Rotors einer elektrischen Maschine ist der Kühlkanal des Befestigungsbolzens mit einem Kühlkanal im Rotorträger durchflutbar verbunden.
Eine Kühlung des Rotors findet durch einen Abtransport von Wärme durch ein Kühlmittel statt, so dass zur Kühlung des Rotors der Kühlkanal des Befestigungsbolzens mit einem Kühlmittel durchflutet sein muss. Der Kühlkanal des Befestigungsbolzens ist mit einem Kühlkanal des Rotorträgers verbunden, so dass Kühlmittel aus dem Rotorträger in den Kühlkanal des Befestigungsbolzens fließt.
Insbesondere ist eine Beflutung des Kühlkanals im Rotorträger durch einen Kühlkanal in der Welle, mit der der Rotorträger drehfest verbunden ist, möglich. Die Welle verfügt über einen Kühlkanal in axialer Richtung, der von einer externen Verbindung gespeist ist und der mit dem Kühlkanal im Rotorträger verbunden ist. Der Kühlkanal im Rotorträger verläuft im Wesentlichen in radiale Richtung von der Welle bis zum Befestigungsbolzen und ist mit dem Kühlkanal des Befestigungsbolzens verbunden. Bei einem offenen Kühlkreis ist der Kühlkanal des Befestigungsbolzens auf der dem Rotorträger
gegenüberliegenden Seite offen, so dass das Kühlmittel als Sprühkühlung in die elektrische Maschine austritt.
Verfügt der Rotor über die Haltevorrichtungen und weist die Haltevorrichtung Kühlkanäle in Umfangsrichtung des Rotors auf, kann insbesondere Kühlmittel in einem
geschlossener Kühlkreis über die Kühlkanäle des Befestigungsbolzens zirkulieren.
Hierbei verbindet ein Kühlkanal in der Haltevorrichtung jeweils zwei Kühlkanäle von benachbarten Befestigungsbolzen, so dass das Kühlmittel aus der Welle über den Kühlkanal im Rotorträger zu einem ersten Kühlkanal eines ersten Befestigungsbolzens fließt und vom Kühlkanal der Haltevorrichtung weiter über einen zweiten Kühlkanal eines zweiten Befestigungsbolzens in einen Kühlkanal des Rotorträgers und von dort wieder zurück in die Welle. Eine durchflutbare Verbindung zweier Kühlkanäle benachbarter Befestigungsbolzen ist insbesondere auch mit anderen Bauteilen anstatt der
Haltevorrichtung möglich.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Rotors entlang eines Schnittes B-B in
Figur 2 parallel zur Rotationsachse des Rotors,
Fig. 2 eine schematische Ansicht des Rotors aus Figur 1 entlang eines Schnittes
A-A senkrecht zur Rotationsachse des Rotors,
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführung eines
erfindungsgemäßen Rotors entlang eines Schnittes E-E in Figur 4 parallel zur Rotationsachse des Rotors,
Fig. 4 eine schematische Ansicht des Rotors aus Figur 3 entlang eines Schnittes
C-C senkrecht zur Rotationsachse des Rotors,
Fig. 5 eine schematische Ansicht des Rotors aus Figur 3 entlang eines Schnittes
D-D senkrecht zur Rotationsachse des Rotors,
Fig. 6 eine schematische Ansicht einer zu Figur 3 ähnlichen, alternativen
Ausführung eines Rotors,
Fig. 7 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführung eines
erfindungsgemäßen Rotors entlang eines Schnittes parallel zur
Rotationsachse des Rotors.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Rotors 1 einer elektrischen Maschine entlang eines Schnittes B-B in Figur 2 parallel zur Rotationsachse 11 des Rotors 1. Der Rotor 1 verfügt über einen Rotorträger 2 und einen Rotorkern 3, die beide rotationssymmetrisch ausgeformt sind.
Der Rotorträger 2 ist koaxial zur Rotationsachse 11 , in axialer Richtung neben dem Rotorkern 3 angeordnet. Der Rotorträger 2 weist eine scheibenförmige Grundform auf und verfügt über eine zentrale Bohrung 12 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Welle auf, über die ein Drehmoment vom Rotor 1 übertragen werden kann. Ein zentraler Bereich um die Bohrung 12 ist zur Abstützung von auftretenden Kräften an der Welle verstärkt.
Der Rotorkern 3 weist eine zylinderringförmige Grundform auf, mit einer inneren
Mantelfläche 7, in radialer Richtung nach innen, und einer äußeren Mantelfläche 8, in radialer Richtung nach außen. Der scheibenförmige Rotorträger 2 ist in axialer Richtung neben dem Rotorkern 3 angeordnet und weist nur eine Kontaktfläche 15 in axiale Richtung und keine Kontaktfläche mit der inneren Mantelfläche 7 auf. Die innere
Mantelfläche 7 eignet sich zur Kühlung des Rotorkerns 3, da ein Kühlmittel, welches auf die innere Mantelfläche 7 fließt, durch die Zentrifugalkraft des sich drehenden Rotors an die innere Mantelfläche 7 gepresst ist und in direktem Kontakt mit dem Rotorkern 3 steht, so dass eine Kühlung ohne Wärmeleitung über andere Bauteile möglich ist.
In axialer Richtung ist der Rotorkern 3 in vier Teilsegmente unterteilt, wobei jedes Teilsegment ein Blechpaket 4a, 4b, 4c, 4d aufweist. Der Rotorkern 3 verfügt über mehrere Ausnehmungen 10, die den Rotorkern 3 in axialer Richtung durchdringen.
Innerhalb der Ausnehmung 10 ist ein Befestigungsbolzen 5 angeordnet, der den
Rotorkern 3 mit dem Rotorträger 2 fest verbindet. Eine Haltevorrichtung 17 ist ringförmig ausgestaltet und koaxial, in axialer Richtung neben dem Rotorkern 3 auf der dem
Rotorträger 2 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Eine Erstreckung der
Haltevorrichtung 17 in radialer Richtung ist kleiner als eine Erstreckung des Rotorkerns 3 in radialer Richtung, so dass die Haltevorrichtung 17 in radialer Richtung von dem
Rotorkern 3 überdeckt ist. Der Befestigungsbolzen 5 durchdringt den Rotorkern 3 und die Haltevorrichtung 17 vollständig und verbindet die Haltevorrichtung 17, die vier
Blechpakete 4a, 4b, 4c, 4d des Rotorkerns 3 und den Rotorträger 2 in axialer Richtung fest miteinander.
Der Befestigungsbolzen 5 ist als ein Schweißniet ausgeführt und verbindet den Rotorkern 3 mit dem Rotorträger 2 in axialer Richtung durch eine Zugkraft über einen Nietkopf 5a. Die Zugkraft des Befestigungsbolzens 5 überträgt sich auf Kontaktflächen zwischen den vier Blechpakete 4a, 4b, 4c, 4d und der Kontaktfläche 15, die zwischen dem Rotorträger 2 und dem Rotorkern 3 gebildet ist. Die Zugkraft des Befestigungsbolzens 5 erzeugt an Kontaktflächen eine Haftreibung, die den Rotor 1 in sich verspannt und stabilisiert.
Der Rotorkern 3 weist eine Tasche 9 in axialer Richtung zur Aufnahme eines
Permanentmagneten 6a, 6b auf. Jedes Blechpaket 4a, 4b, 4c, 4d verfügt über eine Tasche 9 in axialer Richtung, so dass in jeder Tasche 9 ein Permanentmagnet 6a, 6b enthalten ist. Hierbei ist zur besseren Veranschaulichung in der Darstellung nur der Permanentmagnet 6a im Blechpaket 4a und der Permanentmagnet 6b im Blechpaket 4b bezeichnet. Das Blechpaket 4a weist in axialer Richtung eine Erstreckung auf, die gleich mit einer Länge des Permanentmagneten 6a ist. Alle vier Blechpaket 4a, 4b, 4c, 4d sind gleich ausgeformt und deckungsgleich angeordnet, so dass eine relative Anordnung der vier Blechpakete 4a, 4b, 4c, 4d im Rotorkern 3 austauschbar ist und Aussagen zu einem der Blechpakete 4a, 4b, 4c, 4d sich auch auf die anderen beziehen. Der Permanentmagnet 6a im Blechpaket 4a weist eine gleiche Winkellage wie der Permanentmagnet 6b im Blechpaket 4b auf, so dass zwischen den Permanentmagneten 6a, 6b keine Winkeldifferenz vorhanden ist und alle Permanentmagnete 6a, 6b parallel zur Rotationsachse angeordnet sind, so dass der Rotor 1 ungeschränkt ist.
Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht des Rotors aus Figur 1 entlang eines Schnittes A-A senkrecht zur Rotationsachse 11 des Rotors 1.
Die Bezeichnungen aus Figur 1 sind in Figur 2 zu übernehmen ohne das hier jede Bezeichnung erneut erklärt ist.
Der Rotorkern 3 weist eine rotationssymmetrische Form auf, die in der Schnittdarstellung senkrecht zur Rotationsachse 11 als ein Ring mit der inneren Mantelfläche 7 und der äußeren Mantelfläche 8 sichtbar ist.
Das Blechpaket 4b ist in Umfangsrichtung in Einzelsegmente 18 unterteilt, wobei jedes Einzelsegment 18 eine Tasche 9 in axialer Richtung und eine Ausnehmung 10 in axialer Richtung aufweist. In der Tasche 9 ist der Permanentmagnete 6b angeordnet, der durch die Tasche 9 in radiale Richtung und in Umfangsrichtung abgestützt ist und in der Tasche 9 fixiert ist. Die Ausnehmung 10 ist in Umfangsrichtung mittig zum Permanentmagneten 6b und in radialer Richtung innerhalb des Permanentmagneten 6b am Blechpaket 4b angeordnet.
In der Ausnehmung 10 ist der Befestigungsbolzen 5 angeordnet, der das Blechpaket 4b und den gesamten Rotorkern 3 durchdringt. Jedes der Einzelsegmente 18 verfügt über eine der Ausnehmungen 10 und ist über einen der Befestigungsbolzen 5 mit dem
Rotorträger 2 verbunden.
Der Befestigungsbolzen 5 verbindet in axialer Richtung das Einzelsegment 18 des Blechpaketes 4b des Rotorkerns 3 mit dem Rotorträger 2.
Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführung eines
erfindungsgemäßen Rotors 01 entlang eines Schnittes E-E in Figur 4 parallel zur Rotationsachse 11 1 des Rotors 101.
Viele grundlegende Teile sind schon beim Rotor 1 aus Figur 1 beschrieben. Daher werden gleiche oder gleichwirkende Teile aus Figur 1 übernommen ohne eine nähere Erklärung zu wiederholen. Die gleichen oder gleichwirkenden Teile unterscheiden sich in der Benennung um 100. Im Folgenden sind nur die wesentlichen Unterschiede des Rotors 101 zum Rotor 1 aus Figur 1 beschrieben und erklärt.
Der Befestigungsbolzen 105 ist als Schraube mit einem Schraubenkopf 105a und einem Schraubgewinde 105b ausgeführt. Das Schraubengewinde 105b greift verzahnend in den Rotorträger 102, so dass durch drehen des Befestigungsbolzen 105 sich die Schraube in den Rotorträger 102 hineinschraubt und den Rotorkern 103 fest mit dem Rotorträger 102 verbindet.
Die Ausnehmung 110 durchdringt den Rotorkern 103 in axialer Richtung, wobei jedes Blechpaket 104a, 104b, 104c, 104d eine Ausnehmung 110a, 110b, 110c, 11 Od aufweist, die derart deckungsgleich zueinander angeordnet sind, dass der Befestigungsbolzen 105 in der Ausnehmung 110 angeordnet ist.
Die Ausnehmung 1 0a, 0b, 110c, 1 0d ist als ein Langloch ausgeformt, so dass eine Winkelanordnung eines Blechpaketes 104a, 104b, 104c, 104d einstellbar ist. Das
Blechpaket 104a weist eine andere Winkellage auf als das Blechpaket 104b, so dass sich zwischen dem Permanentmagneten 106a und dem Permanentmagneten 106b eine Winkeldifferenz bildet. Die Winkeldifferenz der Permanentmagnete 106a, 106b, 106c, 06d ist im Schnitt in Figur 3 als unterschiedlicher Radius eines quaderförmigen
Permanentmagneten 106a, 106b, 106c, 106d sichtbar. Durch die unterschiedliche Winkellage der Permanentmagnete 106a, 106b, 106c, 106d sind die Permanentmagnete 106a, 106b, 106c, 106d in axialer Richtung nicht mehr parallel zur Rotationsachse 1 11 ausgerichtet und der Rotor 101 weist eine Schränkung auf.
Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht des Rotors aus Figur 3 entlang eines Schnittes C-C senkrecht zur Rotationsachse 1 1 des Rotors 101.
Die Bezeichnungen aus Figur 3 sind in Figur 4 zu übernehmen ohne das hier jede Bezeichnung erneut erklärt ist.
Die Ausnehmung 1 0b ist als ein Langloch ausgeformt, so dass eine Positionierung einer Winkelanordnung des Blechpaketes 104b auch nach Einführen des Befestigungsbolzens 105 in das Langloch 110b noch möglich ist. Das Langloch 1 10b weist eine gebogene längliche Form auf, so dass der Befestigungsbolzen 105 innerhalb des Langloches 110b frei positionierbar ist. Durch ein leichtes Einschrauben des Befestigungsbolzen 05 ohne dass eine Zugkraft durch den Befestigungsbolzen 105 entsteht, ist der Rotorkern 103 mit dem Rotorträger 102 über eine Länge des Langlochs 110b drehbar verbunden. Auch der Befestigungsbolzen 114 ist im Blechpaket 104b in einem Langloch 110b angeordnet. Das Blechpaket 104b weist eine Ausnehmung 113b in axialer Richtung mit einer zum
Befestigungsbolzen 115 korrespondierende, runden Ausformung auf, so dass der Befestigungsbolzen 115, der in der Ausnehmung 113b angeordnet ist, die Winkellage des Blechpaketes 104b festlegt. Die Ausnehmung 113b ist in Umfangsrichtung mittig zu einem Permanentmagneten 106b und in radialer Richtung innerhalb des
Permanentmagneten 106b am Blechpaket 104b angeordnet. Figur 5 zeigt eine schematische Ansicht des Rotors aus Figur 3 entlang eines Schnittes D-D senkrecht zur Rotationsachse 111 des Rotors 101.
Die Bezeichnungen aus Figur 3 sind in Figur 5 zu übernehmen ohne das hier jede Bezeichnung erneut erklärt ist.
Der Schnitt D-D durch das Blechpaket 104c ist parallel zum Schnitt C-C durch das Blechpaket 104b des Rotorkerns 103.
Das Blechpaket 104b aus Figur 4 und das Blechpaket 104c aus Figur 5 sind gleich ausgeführt, so dass eine Ausnehmung 113c in axialer Richtung, in Umfangsrichtung mittig zu einem Permanentmagneten 106c und in radialer Richtung innerhalb des
Permanentmagneten 106c am Blechpaket 04c angeordnet ist und eine zum
Befestigungsbolzen 114 korrespondierende, runden Ausformung aufweist.
Die Permanentmagnete 106b, 106c der Blechpakete 104b, 104c sind
rotationssymmetrisch mit einem Symmetriewinkel (a + ß)/2 angeordnet.
Das Blechpaket 104b aus Figur 4 und das Blechpaket 104c aus Figur 5 sind um den Winkel α gegeneinander verdreht angeordnet, wobei der Winkel α ist so gewählt, dass der Befestigungsbolzen 105 im Langloch 110b und im Langloch 110c angeordnet ist. Analoges gilt für das Blechpaket 104a und 104d und wird nicht näher erläutert.
Zwischen dem Permanentmagnet 106b im Blechpaket 104b und dem
Permanentmagneten 106c im Blechpaket 104c ergibt sich eine Winkeldifferenz ß, die mit analog angeordneten Blechpaketen 104a, 104d einer Schränkung des Rotorkerns 103 in axialer Richtung bildet.
Die Ausnehmung 110c ist als Langloch ausgeformt, so dass eine Positionierung einer Winkelanordnung des Blechpaketes 104c auch nach Einführen des Befestigungsbolzens 105 in das Langloch 110c noch möglich ist. Das Langloch 110c weist eine gebogene längliche Form auf, so dass der Befestigungsbolzen 105 innerhalb des Langloches 110c frei positionierbar ist. Durch ein leichtes Einschrauben des Befestigungsbolzen 105 ohne dass eine Zugkraft durch den Befestigungsbolzen 105 entsteht, ist der Rotorkern 103 mit dem Rotorträger 102 über eine Länge des Langlochs 110c drehbar verbunden. Auch der Befestigungsbolzen 115 ist im Blechpaket 104c in einem Langloch 110c angeordnet. Durch die zum Befestigungsbolzen 114 korrespondierende, runde Ausformung der Ausnehmung 113c, legt eine Winkelanordnung des Befestigungsbolzen 1 14, der in der Ausnehmung 113c angeordnet ist, die Winkellage des Blechpaketes 104c festlegt. Das Blechpaket 104c ist gegenüber dem gleich ausgeführten Blechpaket 104b aus Figur 4 um den Winkel oc verdreht angeordnet, was an einer Winkeldifferenz des
Befestigungsbolzen 114 in der Ausnehmung 113c zum Befestigungsbolzen 1 15 in der Ausnehmung 1 3b sichtbar ist. Die Permanentmagneten 106b, 106c sind
rotationssymmetrisch mit einem Symmetriewinkel (a + ß)/2 im Blechpaket 104b, 104c angeordnet, so dass der Permanentmagnet 106b um den Winkel ß verdreht gegenüber dem Permanentmagneten 106c angeordnet ist.
Der Befestigungsbolzen 114 weist zum Befestigungsbolzen 115 einen Winkel α auf, so dass eine Anordnung der Befestigungsbolzen 105, 114, 115 nicht rotationssymmetrisch ist und der Befestigungsbolzen 114 gegenüber einer rotationssymmetrischen Anordnung um den Winkel ß verdreht angeordnet ist.
Durch die Ausrichtung der Befestigungsbolzen 105, 114, 115 in axialer Richtung, sind auch die Verbindungspunkte der Befestigungsbolzen 105, 114, 115 mit dem Rotorträger 102 nicht rotationssymmetrisch angeordnet und der Verbindungspunkt des
Befestigungsbolzen 114 mit dem Rotorträger 102 gegenüber einer
rotationssymmetrischen Anordnung um den Winkel ß verdreht angeordnet.
Die gegeneinander verdrehte Anordnung des Blechpaketes 104b aus Figur 4 und des Blechpaketes 104c aus Figur 5 ist an der Achse 116 entlang des Schnitt E-E zu sehen. Der Befestigungsbolzen durchdringt die Blechpakete 104b, 104c in axialer Richtung, so dass der Befestigungsbolzen 105 in Figur 4 und in Figur 5 auf der Achse 116 liegt. Der Permanentmagnet 106b aus Figur 4 liegt symmetrisch zur Achse 1 16 und der
Permanentmagnet 106c aus Figur 5 ist um den Winkel ß verdreht zur Achse 116 angeordnet. Der Winkel ß, um den der Permanentmagnet 106c gegenüber dem
Permanentmagneten 106b verdreht ist, ergibt in axialer Richtung des Rotorkerns 103 eine Schränkung des Rotors 101. Der Winkel ß ist kleiner als der Symmetriewinkel (a + ß)/2 der rotationssymmetrischen Permanentmagnetanordnung.
Ein Radius zum Befestigungsbolzen 115 entspricht einer ittelsenkrechten eines
Permanentmagneten 106b im Blechpaket 104b aus Figur 4, da die Ausnehmung 113b mit dem Befestigungsbolzen 115 in Umfangsrichtung mittig zum Permanentmagneten 106b angeordnet ist. Zwischen einer Mittelsenkrechten des Permanentmagneten 106c beim Befestigungsbolzen 115 im Blechpaket 104c und dem Radius zum Befestigungsbolzen 115 ergibt sich daher ebenfalls der Winkel ß.
Durch ein leichtes Einschrauben des Befestigungsbolzens 105 sind die Blechpakete 104a, 104b 104c, 104d entlang des Langloches 110a, 110b, 110c, 11 Od verdrehbar mit dem Rotorträger verbunden und die Winkellage der Blechpakete 104a, 104b, 104c, 104d ist wählbar. Durch ein Einfügen des Befestigungsbolzens 115 in die Ausnehmung 110a, 113b, 110c, 11 Od und ein Verbinden des Befestigungsbolzens 115 mit dem Rotorträger 102 ist die Winkellage des Blechpaketes 104b festgelegt. Durch ein Einfügen des
Befestigungsbolzens 114 in die Ausnehmung 110a, 110b, 113c, 110d und ein Verbinden des Befestigungsbolzens 114 mit dem Rotorträger 102 ist die Winkellage des
Blechpaketes 104c festgelegt.
Nach einer Positionierung der Winkellage der einzelnen Blechpakete 104a, 104b, 104c, 104d sind die Befestigungsbolzen 105, 114, 115 soweit eingeschraubt, dass die
Befestigungsbolzen 105, 114, 115 eine Zugkraft aufbauen, die durch eine Haftreibung der Kontaktflächen eine feste Verbindung zwischen den Blechpaketen 104a, 104b, 104c, 104d untereinander und zwischen dem Rotorkern 103 und dem Rotorträger 102 erzeugt. Die Befestigungsbolzen 114, 115 unterstützen durch ihre definierte Position in den Ausnehmungen 113b, 113c die drehfeste Verbindung des Rotorkerns 103 mit dem Rotorträger 102.
Figur 6 zeigt eine schematische Ansicht einer zu Figur 3 alternativen Ausführung eines Rotors 101 '.
Der Rotor 101' verfügt über das Blechpaket 104b aus Figur 4 und ein um den Winkel α verdreht angeordnetes Blechpaket 104c'. Die Ausführung des alternativen
Blechpaketes 104c' ist sehr ähnlich zur Ausführung des Blechpaketes 104c aus Figur 5, so dass Erklärungen und Beschreibungen der Bezeichnungen von den Figuren 3, 4, 5 übernommen sind, wobei die Bezeichnungen der alternativen Ausführung mit einem Strich gekennzeichnet sind. In der Beschreibung von Figur 6 sind nur die Unterschiede des Blechpaketes 104c' zum Blechpaket 104c aufgezeigt.
Die Befestigungsbolzen 105', 114', 115' sind rotationssymmetrisch mit einem
Symmetriewinkel (a + ß)/2 angeordnet, so dass durch die Ausrichtung der
Befestigungsbolzen 105', 114', 115' in axialer Richtung auch die Verbindungspunkte der Befestigungsbolzen 105', 114', 115' mit dem Rotorträger 102 rotationssymmetrisch mit dem Symmetriewinkel (oc + ß)/2 angeordnet sind.
Der Befestigungsbolzen 115' ist in der Ausnehmung 113b des Blechpaketes 104b angeordnet und legt die Winkellage des Blechpaketes 104b fest. Der Befestigungsbolzen 114' ist in einer Ausnehmung 113c' des Blechpaketes 104c' angeordnet und legt die Winkellage des Blechpaketes 104c' fest. Der Befestigungsbolzen 114' weist zum
Befestigungsbolzen 115' einen Winkel (oc + ß) auf, so dass zur Verdrehung des
Blechpaketes 104c' um den Winkel α die Ausnehmung 113c' um den Winkel ß
gegenüber einer Mittellage des Permanentmagneten 06c' verdreht angeordnet ist. Die Permanentmagnete 106b sind entsprechend um den Winkel ß gegenüber den
Permanentmagneten 106c' verdreht angeordnet, wodurch der Rotor 101 ' verschränkt ist.
Das Blechpaket 104b und das Blechpaket 104c' sind ähnlich ausgeführt, wobei viele Merkmale identisch sind, jedoch unterscheidet sich die Winkellage der Ausnehmung 1 13b zum Permanentmagneten 106b im Blechpaket 104b von der Winkellage der Ausnehmung 113c' zum Permanentmagneten 106c' im Blechpaket 104c' um den Winkel ß. Ordnet man das Blechpakete 104b und das Blechpaket 104c' entsprechend der Langlöcher 1 10b, 1 10c' deckungsgleich an, so ergibt sich eine Differenz der Winkellage der
Ausnehmung 113b zur Winkellage der Ausnehmung 113c' um dem Winkel ß.
In der Ausführung des Rotors 101 sind alle Blechpakete 104a, 104b, 104c, 104d gleich ausgeführt und die Schränkung des Rotors 101 ergibt sich durch die Änderung der Winkellage des Befestigungsbolzens 114 um den Winkel ß gegenüber einer
rotationssymmetrischen Anordnung zum Befestigungsbolzen 105, 115. Vorteilhaft ist nur eine Ausführung des Blechpaketes 104a, 104b, 104c, 104d für den Rotor 101
herzustellen, wobei die Verbindungspunkte der Befestigungsbolzen 105, 114, 115 mit dem Rotorträger 102 nicht rotationssymmetrisch sind und abhängig von einer
Schränkung des Rotors 101 angeordnet sind.
In der Ausführung des Rotors 101' sind die Befestigungsbolzen 105, 114, 115 und die Verbindungspunkte der Befestigungsbolzen 105, 114, 115 mit dem Rotorträger 102 bei allen Schränkungen gleich rotationssymmetrisch angeordnet. Um eine Schränkung des Rotors 101 ' zu erzeugen, ist die Winkellage der Ausnehmung 1 13b zur Winkellage der Ausnehmung 113c' unterschiedlich, so dass die Blechpakete 104b, 104c' unterschiedlich sind. Das Blechpaket 104b ohne die Ausnehmung 113b ist gleich zum Blechpaket 104c' ohne die Ausnehmung 113c' ausgeführt, so dass insbesondere die Blechpakete 104b, 104c' durch Bohren der Ausnehmung 113b und der Ausnehmung 113c' an
unterschiedlichen Winkellagen aus einem gleich ausgeführten Blechpaket erzeugbar sind.
Die Ausführung des Rotors 101 , 101' ist für eine permanenterregte Synchronmaschine dargestellt, wobei eine alternative Ausführung eines erfindungsgemäßen Rotors ebenfalls für andere elektrische Maschinen möglich ist, wobei dann die Permanentmagnete durch andere magnetisch wechselwirkende Bauteile ersetzbar sind. Insbesondere sind die Permanentmagnete bei einem Rotor für eine Reluktanzmaschine durch Zähne aus weichmagnetischem Material zu ersetzten oder durch Wicklungen bei einer stromerregten Maschine.
Figur 7 zeigt eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführung eines
erfindungsgemäßen Rotors 201 entlang eines Schnittes parallel zur Rotationsachse des Rotors 201.
Viele grundlegende Teile sind schon beim Rotor 1 aus Figur 1 beschrieben. Daher werden gleiche oder gleichwirkende Teile aus Figur 1 übernommen ohne eine nähere Erklärung zu wiederholen. Die gleichen oder gleichwirkenden Teile unterscheiden sich in der Benennung um 200. Im Folgenden sind nur die wesentlichen Unterschiede des Rotors 201 zum Rotor 1 aus Figur 1 beschrieben und erklärt.
Der Befestigungsbolzen 205 verfügt über einen Kühlkanal 214, der von einem Kühlmittel durchflutbar ist. Der Rotorträger 202 verfügt über eine zentrale Bohrung 212 zur
Aufnahme eine Welle und über einen Kühlkanal 213, der mit dem Kühlkanal 214 durchflutbar verbunden ist. Die nicht dargestellte Welle weist einen Kühlkanal in axialer Richtung auf, durch den von einer externen Kühlmittelquelle ein Kühlmittel zum
Rotorträger 202 fließt. Der Kühlkanal 213 im Rotorträger 202 ist mit dem Kühlkanal der Welle und mit dem Kühlkanal 214 durchflutbar verbunden und ist im Wesentlichen in radiale Richtung von der Welle bis zum Befestigungsbolzen 205 angeordnet. Ein
Kühlmittel fließt über den Kühlkanal der Welle durch den Kühlkanal 213 in den Kühlkanal 214 des Befestigungsbolzen 205 und kühl dort den Rotorkern 203. Der Kühlkanal 214 ist auf der dem Rotorträger 202 gegenüberliegenden Ende offen, so dass das Kühlmittel als Sprühkühlung eines offenen Kühlkreislaufes die elektrische Maschine kühlt.

Claims

Patentansprüche
Rotor einer elektrischen Maschine,
mit einem Rotorträger (2, 102, 202) und einem Rotorkern (3, 103, 203),
wobei der Rotorkern (3, 103, 203) über eine Ausnehmung (10, 110, 210) verfügt, die den Rotorkern (3, 103, 203) in axialer Richtung durchdringt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotorträger (2, 102, 202) in axialer Richtung neben dem Rotorkern (3, 103, 203) angeordnet ist und der Rotorkern (3, 103, 203) über einen Befestigungsbolzen (5, 105, 205), der die Ausnehmung (10, 110, 210) im Rotorkern (3, 103, 203) in axialer Richtung durchdringt, fest mit dem Rotorträger (2, 102, 202) verbunden ist.
Rotor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotorträger (2, 102, 202) im Wesentlichen eine scheibenförmige Grundform aufweist, so dass eine Erstreckung in axialer Richtung des Rotorträgers (2, 102, 202) kleiner ist als eine Erstreckung des Rotorkern (3, 103, 203) in axialer Richtung.
Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotorkern (3, 103, 203) über eine Tasche (9) in axialer Richtung zur Aufnahme eines Permanentmagneten (6a, 6b, 06a, 106b, 106c, 106d, 206) verfügt.
Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotorkern (3, 103, 203) in axialer Richtung ein oder mehreren Blechpakete (4a, 4b, 4c, 4d, 104a, 104b, 104c, 104d, 204a, 204b) aufweist, so dass der Befestigungsbolzen (5, 105, 205) die Blechpakete (4a, 4b, 4c, 4d, 104a, 104b, 104c, 104d, 204a, 204b) eines Rotorkern (3, 103, 203) fest miteinander und mit dem Rotorträger (2, 102, 202) verbindet.
5. Rotor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausnehmung (110) als ein Langloch (110) so ausgestaltet ist, dass der
Befestigungsbolzen (105) ein erstes Blechpaket (104b) und ein zweites, in axialer Richtung benachbartes, um einen Winkel verdrehtes Blechpaket (104c) durch die Ausnehmung (110) hindurch fest mit dem Rotorträger (102) verbindet.
6. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotorkern (3, 203) in Umfangsrichtung über Einzelsegmente (18) verfügt, wobei jedes Einzelsegment (18) eine der genannten Ausnehmung (10, 210) in axialer Richtung aufweist, durch das das Einzelsegment (18) über jeweils einen der genannten Befestigungsbolzen (5, 205) mit dem Rotorträger (2, 202) verbunden ist.
7. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine ringförmige Haltevorrichtung (17), welche so koaxial, in axialer Richtung neben dem Rotorkern (3) auf einer dem Rotorträger (2) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, dass der Befestigungsbolzen (5) die Haltevorrichtung (17) mit dem Rotorkern (3) verbindet.
8. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Befestigungsbolzen (5,105) als ein Schweißniet ausgeformt ist.
9. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Befestigungsbolzen (205) über einen Kühlkanal (214) verfügt, der von einem Kühlmittel durchflutbar ist. Rotor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlkanal (214) des Befestigungsbolzen (205) mit einem Kühlkanal (213) Rotorträger (202) durchflutbar verbunden ist.
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