WO2013091943A2 - Rotor für eine elektromaschine mit durch thermoplastisches material fixierten magneten sowie entsprechendes herstellungsverfahren - Google Patents

Rotor für eine elektromaschine mit durch thermoplastisches material fixierten magneten sowie entsprechendes herstellungsverfahren Download PDF

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WO2013091943A2
WO2013091943A2 PCT/EP2012/070963 EP2012070963W WO2013091943A2 WO 2013091943 A2 WO2013091943 A2 WO 2013091943A2 EP 2012070963 W EP2012070963 W EP 2012070963W WO 2013091943 A2 WO2013091943 A2 WO 2013091943A2
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rotor
thermoplastic material
magnets
recesses
rotor body
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Armin Ploeger
Frank Brenner
Tilman Miehle
Johannes Horn
Mercedes Herranz Gracia
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
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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
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for an electric machine and a method for manufacturing such a rotor.
  • Electric machines are often used, for example in the form of synchronous machines as motors or generators in electric or hybrid drives for motor vehicles.
  • the electric machine in this case has a stationary stator and a rotor, which is relative to this stator to a
  • the rotor has a generally substantially cylindrical rotor body.
  • the rotor body is usually made of a magnetizable material, e.g. made of a metal such as iron or an iron-containing alloy. Frequently, the rotor body is composed of a plurality of circular plates which form fins of the rotor body.
  • a plurality of recesses are provided.
  • permanent magnets can be inserted during assembly of the rotor, which generate the necessary for the operation of the rotor in the electric machine magnetic field.
  • bodies of nonmagnetic but magnetizable material may be introduced into the recesses and subsequently magnetized.
  • the term "magnet" is used as a generic term for both permanent magnetic material and for subsequently magnetizable material.
  • the magnets or the magnetizable body in the recesses in the rotor body they are generally designed to be slightly smaller than the recesses, so that there is a small clearance each between a magnet and walls of the recess.
  • the magnets must be fixed in relation to the rotor body.
  • the magnets are fixed, for example by means of thermosetting adhesives within the recesses.
  • DE 10 2009 054584 A1 describes such a rotor for an electric machine.
  • the invention proposed herein makes possible in its embodiments a simplified manufacture of a rotor for an electric machine with simultaneous reliable fixing of the magnets in the rotor body.
  • thermoplastic material to fix them in this way in the recesses.
  • the magnets arranged in the recesses of the rotor body can be fixed in the recesses by injecting a thermoplastic material.
  • thermoset material usually needs during a
  • Curing phase are kept at an elevated temperature. This hardening phase can take between ten and 60 minutes.
  • Thermoplastic materials are typical
  • Plastics that can be deformed in a certain temperature range at elevated temperatures, for example, more than 220 ° C. This process is reversible, that is, it can be repeated as often as desired by cooling and reheating to the molten state, unless thermal deterioration of the material occurs, for example, as a result of overheating.
  • thermoplastic material can be liquefied during the manufacturing process by heating to suitable temperatures and introduced into the recesses of the rotor body, for example by injection molding, in order to surround the magnets and fix them in this way in the recesses. Upon cooling of the thermoplastic material hardens this.
  • thermoplastic material usually due to poor adhesion capabilities with the material of the magnet no permanent cohesive bonding of the magnets in the recesses of the
  • Rotor body permits, it comes to a positive fixing of the
  • Thermoplastic materials are generally composed of little or no branched, ie linear carbon chains which are interconnected only by weak physical bonds. Due to these weak bonds thermoplastic materials can be reversibly brought into a flowable state by heating. In this flowable state thermoplastic materials can be advantageously processed in the so-called injection molding process. Also in a thermoplastic
  • the thermoplastic material can be processed molding. Before heating or after cooling, the thermoplastic material is solid. However, the thermoplastic material does not have to be stiff in this state, but may have some elasticity or flexibility.
  • thermoplastic materials are e.g. Acrylonitrile butadine styrene (ABS), polyamides (PA), polyphthalamides (PPA), polyphenylene sulfide (PPS), polylactate (PLA), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyetheretherketone
  • PEEK polyvinyl chloride
  • PVC polyvinyl chloride
  • Polyphenylene sulfide and polyetheretherketone are in terms of temperature requirements of 140 ° C up to 200 ° C due to their
  • thermoplastic material may also be formed as a thermoplastic elastomer.
  • TPE Thermoplastic elastomers
  • thermoplastic behavior In conventional elastomers are
  • thermoplastic elastomers elastic polymer chains are typically incorporated into thermoplastic material. Therefore, such materials can be prepared by a combination of high physical processes
  • thermoplastic elastomers may have rubber-elastic properties, although no chemical crosslinking by a time and
  • Thermoplastic elastomers can thus be processed by injection molding. From the group of Thermoplastic elastomers are suitable for example thermoplastic
  • Polyester elastomers due to the temperature resistance up to 160 ° C especially.
  • the thermoplastic material may contain magnetic or magnetizable particles.
  • thermoplastic material used to fix the magnets can thus contribute to the magnetic field generated by the rotor due to the magnetic particles contained therein.
  • the thermoplastic material may have a proportion of magnetic or magnetizable particles in the range of 10 to 90 vol% (volume percent), preferably in the range of 20% to 70 vol%.
  • a high proportion of particles can lead to reduced flowability during the injection of the thermoplastic material during manufacture of the rotor.
  • the magnetic or magnetizable particles can in principle consist of any ferromagnetic or magnetizable materials.
  • the particles may be provided as a fine metal powder, for example as iron, ferrite and / or Nd FeB powder.
  • the particles may be homogeneously distributed within the thermoplastic material.
  • each of the magnets used for the rotor made entirely of a permanent magnetic material and fills an associated recess in the rotor body or in one or more of the fins of the rotor body except for an adjacent gap.
  • This necessary for an introduction of the magnet into the recess gap is filled to fix the magnet with the thermoplastic material.
  • the thermoplastic material thus adjoins the magnet and can partially or completely surround it and thus fix it in a form-fitting manner in the recess after curing of the thermoplastic material. Since the thermoplastic material itself is generally not magnetic, similar to previously used thermoset adhesives, the gap filled with the thermoplastic material initially acts as an air gap, thus reducing the magnetic field caused by the rotor. If the thermoplastic material but with magnetic or
  • Magnetisierbaren particles is offset, can also be provided in the gap mixture of thermoplastic material and magnetic particles for
  • the gap i. a clearance between the magnet and the wall of the recess, be sized larger than conventional rotors, without this would be accompanied by excessive deterioration of the magnetic properties of the rotor. This makes it easier to assemble the rotor with regard to introducing the magnets into the rotor body.
  • thermoplastic material completely fill a recess in the rotor body.
  • Permanent magnets are dispensed in the rotor body. Instead, the magnets accommodated in the recesses of
  • thermoplastic material formed permanent magnetic particles contained in the thermoplastic material.
  • the recesses in the rotor body can in such a
  • Embodiment simply be filled by injection molding with the thermoplastic material.
  • the thermoplastic material added with permanent magnetic particles will generally produce a lower magnetic field than a single solid permanent magnet, such a rotor configuration for an electric machine may be of particular interest in applications where lower power requirements exist. It should be noted that possible features and benefits of
  • Embodiments of the invention are described herein in part with reference to a rotor for an electric machine and partially with respect to a method of manufacturing such a rotor.
  • One skilled in the art will recognize that the various features may be suitably combined or interchanged with each other and, in particular, may also be transferred from the rotor to the manufacturing process and vice versa in order to arrive at further embodiments and possibly synergy effects.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a device according to the invention
  • Figure 2 shows a partial plan view of an inventive
  • FIG. 1 shows a rotor body 9 of a rotor 15 for an electric machine.
  • the rotor body 9 is composed of a plurality of disk packs 1, which in turn are formed by a plurality of stacked lamellae 3 in the form of thin stamped metal sheets.
  • each of the fins 3 are in the area near the outer circumference in
  • cuboid bodies of magnetizable material can be introduced into the recesses 5 and subsequently magnetized.
  • the cuboid magnets 7 in this case have a geometry which is substantially equal to the geometry of the recesses 5, wherein the magnets
  • thermoplastic material 13 is injected during manufacture of the rotor and filled this gap in this way.
  • thermoplastic material 13 is heated to an elevated temperature in order to bring it into a liquid or at least plastically deformable state. To avoid too rapid cooling of the thermoplastic material 13 during injection into the recesses 5, and the
  • Rotor body 9 are preheated. By a subsequent cooling solidifies the thermoplastic material 13 and thereby fixes the adjacent
  • thermoplastic material 13 also magnetic properties and thus to prevent the gap 11 magnetically acts as an air gap
  • thermoplastic material 13 magnetic or magnetizable particles are mixed, for example in the form of an iron powder.
  • the size of the particles and their volume fraction in the thermoplastic material can be adapted to the magnetic properties to be achieved and / or rheological. For example, particle sizes of
  • Curing itself can serve as a magnet. Although the magnetic field strength that can be generated by such a thermoplastic material will generally be lower than in the case of one-piece permanent magnet bodies, the reduced production outlay can justify such formation of injectable magnets that can be injection-molded into the recesses 5 ,

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Abstract

Es wird ein Rotor für eine Elektromaschine sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors beschrieben. Der Rotor (15) weist einen Rotorkörper (9) mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen (5) und einer Mehrzahl von Magneten (7), die in die Ausnehmungen (5) des Rotorkörpers (9) aufgenommen sind, auf. Die Magneten (7) sind wenigstens teilweise von einem thermoplastischen Material umgeben und durch dieses in den Ausnehmungen (5) fixiert. Im Vergleich zu herkömmlichen duroplastischen Klebstoffen ermöglichen thermoplastische Materialien ein einfacheres, formschlüssiges Fixieren der Magneten (7) in dem Rotorkörper (9). In das thermoplastische Material (13) können magnetische oder magnetisierbare Partikel eingelagert sein, so dass ein mit dem thermoplastischen Material (13) aufgefüllter Spalt (11) zwischen den Magneten (7) und den Wandungen der Ausnehmungen (5) zum gesamten, von dem Rotor erzeugten Magnetfeld beitragen kann.

Description

Beschreibung
Rotor für eine Elektromaschine mit durch thermoplastisches Material fixierten Magneten sowie entsprechendes Herstellungsverfahren
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine Elektromaschine sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors.
Stand der Technik
Elektromaschinen werden beispielsweise in Form von Synchronmaschinen häufig als Motoren bzw. Generatoren in Elektro- oder Hybridantrieben für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Die Elektromaschine weist dabei einen ortsfesten Stator sowie einen Rotor, der sich relativ zu diesem Stator um eine
Rotationsachse rotieren lässt, auf.
Der Rotor weist einen in der Regel im Wesentlichen zylindrischen Rotorkörper auf. Der Rotorkörper besteht meist aus einem magnetisierbaren Material, z.B. aus einem Metall wie Eisen oder einer eisenhaltigen Legierung. Häufig ist der Rotorkörper aus einer Vielzahl von kreisförmigen Blechen zusammengesetzt, die Lamellen des Rotorkörpers bilden.
In der Nähe der Mantelfläche des Rotorkörpers sind mehrere Ausnehmungen vorgesehen. In diese Ausnehmungen können bei der Montage des Rotors Permanentmagneten eingeschoben werden, die das für den Betrieb des Rotors in der Elektromaschine nötige Magnetfeld erzeugen. Alternativ können Körper aus unmagnetischem, aber magnetisierbarem Material in die Ausnehmungen eingebracht werden und anschließend magnetisiert werden. Nachfolgend wird der Begriff„Magnet" als Oberbegriff sowohl für permanentmagnetisches Material als auch für nachträglich magnetisierbares Material verwendet. Um die Magnete bzw. die magnetisierbaren Körper in die Ausnehmungen in dem Rotorkörper einbringen zu können, werden diese im Allgemeinen geringfügig kleiner ausgestaltet als die Ausnehmungen, so dass sich ein kleiner Spielraum jeweils zwischen einem Magneten und Wandungen der Ausnehmung ergibt. Während des Betriebs der Elektromaschine können hohe Kräfte auf den Rotor und die darin aufgenommenen Magneten wirken. Um zu verhindern, dass sich die Magneten dabei unerwünscht innerhalb der Ausnehmungen verlagern, müssen die Magneten in Bezug auf den Rotorkörper fixiert werden.
Herkömmlich werden die Magneten beispielsweise mit Hilfe von duroplastischen Klebstoffen innerhalb der Ausnehmungen fixiert. DE 10 2009 054584 AI beschreibt einen derartigen Rotor für eine Elektromaschine.
Es wurde jedoch beobachtet, dass das Verkleben der Magneten mit Hilfe von duroplastischen Klebstoffen nachteilig hinsichtlich des Verarbeitungsaufwandes und hinsichtlich der Verarbeitungsdauer sein kann.
Offenbarung der Erfindung
Die hierin vorgeschlagene Erfindung ermöglicht in ihren Ausführungsformen eine vereinfachte Herstellung eines Rotors für eine Elektromaschine bei gleichzeitig zuverlässiger Fixierung der Magneten in dem Rotorkörper.
Es wird gemäß Ausführungsformen der Erfindung vorgeschlagen, die in den Ausnehmungen des Rotorkörpers aufgenommenen Magneten wenigstens teilweise mit einem thermoplastischen Material zu umgeben, um sie auf diese Weise in den Ausnehmungen zu fixieren.
Beim Herstellen des Rotors können die in den Ausnehmungen des Rotorkörpers angeordneten Magneten durch Einspritzen eines thermoplastischen Materials in den Ausnehmungen fixiert werden.
Eine diesen Ausführungsformen der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis bzw. Idee kann darin gesehen werden, dass beobachtet wurde, dass beim herkömmlichen Einkleben von Magneten in den Rotorkörper erheblicher Prozessierungsaufwand betrieben werden muss. Das zum Verkleben verwendete duroplastische Material muss in der Regel während einer
Aushärtungsphase auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden. Diese Aushärtungsphase kann zwischen zehn und 60 Minuten dauern. Die
Notwendigkeit, den Rotorkörper während dieser Aushärtungsphase zu heizen und ein Aushärten des Klebstoffes abzuwarten, hat sich als für eine
Großproduktion erschwerend herausgestellt.
Es wurde daher erkannt, dass ein Fixieren der Magneten innerhalb der
Ausnehmungen besser mit Hilfe von thermoplastischen Materialien
vorgenommen werden kann. Thermoplastische Materialien sind typischerweise
Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise mehr als 220 °C verformen lassen. Dieser Vorgang ist reversibel, d.h., er kann durch Abkühlen und Wiedererwärmen bis in den schmelzflüssigen Zustand beliebig häufig wiederholt werden, solange nicht beispielsweise durch Überhitzen eine thermische Schädigung des Materials eintritt.
Das thermoplastische Material kann dabei während des Herstellungsvorgangs durch Erhitzen auf geeignete Temperaturen verflüssigt werden und in die Ausnehmungen des Rotorkörpers beispielsweise im Spritzgussverfahren eingebracht werden, um dort die Magneten zu umgeben und sie auf diese Weise in den Ausnehmungen zu fixieren. Beim Abkühlen des thermoplastischen Materials erhärtet dieses. Obwohl das thermoplastische Material meist aufgrund mangelhafter Adhäsionsfähigkeiten mit dem Material der Magneten kein dauerhaft stoffschlüssiges Verkleben der Magneten in den Ausnehmungen des
Rotorkörpers zulässt, kommt es zu einem formschlüssigen Fixieren der
Magneten innerhalb der Ausnehmungen.
Thermoplastische Materialien sind im Allgemeinen aus wenig oder nicht verzweigten, also linearen Kohlenstoffketten aufgebaut, die nur durch schwache physikalische Bindungen miteinander verbunden sind. Aufgrund dieser schwachen Bindungen können thermoplastische Materialien durch Erwärmen reversibel in einen fließfähigen Zustand gebracht werden. In diesem fließfähigen Zustand können thermoplastische Materialien vorteilhaft im sogenannten Spritzgussverfahren verarbeitet werden. Auch in einem thermoplastischen
Zustand, bei dem das Material noch nicht so stark erwärmt wird, dass es fließfähig ist, aber bereits weich und nicht mehr formstabil ist, kann das thermoplastische Material formend verarbeitet werden. Vor dem Erwärmen bzw. nach dem Abkühlen ist das thermoplastische Material fest. Das thermoplastische Material muss in diesem Zustand jedoch nicht steif sein, sondern kann eine gewisse Elastizität bzw. Flexibilität aufweisen.
Typische thermoplastische Materialien sind z.B. Acrylnitril-Butadin-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polyphtalamide (PPA), Polyphenylensulfid (PPS), Polylactat (PLA), Polymethylmetacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephtalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon
(PEEK) und Polyvinylchlorid (PVC). Polyamide, Polyphtalamide,
Polyphenylensulfid und Polyetheretherketon sind hinsichtlich der auftretenden Temperaturanforderungen von 140°C bis zu 200°C aufgrund ihrer
Temperaturbeständigkeiten besonders geeignet, wobei die
Temperaturbeständigkeit und Kosten der angegebenen Materialien in der angegebenen Reihenfolge ansteigen.
Das thermoplastische Material kann auch als thermoplastisches Elastomer ausgebildet sein.
Thermoplastische Elastomere (TPE) sind typischerweise Kunststoffe, die sich bei Raumtemperatur vergleichbar den klassischen Elastomeren verhalten, sich jedoch unter Wärmezufuhr plastisch verformen lassen und somit ein
thermoplastisches Verhalten aufweisen. Bei üblichen Elastomeren sind
Raumnetzmoleküle normalerweise chemisch weitmaschig vernetzt, wobei die
Vernetzungen nicht ohne ein Zersetzen des Materials gelöst werden können. Bei thermoplastischen Elastomeren sind typischerweise elastische Polymerketten in thermoplastisches Material eingebunden. Daher lassen sich solche Materialien mit Hilfe rein physikalischer Prozesse durch eine Kombination von hohen
Scherkräften, Wärmezufuhr und anschließender Abkühlung verarbeiten. Die thermoplastischen Elastomere können dabei gummielastische Eigenschaften aufweisen, obwohl keine chemische Vernetzung durch eine zeit- und
temperaturaufwendige Vulkanisation durchgeführt wird. Ein erneutes Erwärmen kann dabei wieder zu einem Aufschmelzen und damit zur Möglichkeit der plastischen Verformung des Materials führen. Thermoplastische Elastomere lassen sich somit im Spritzgussverfahren verarbeiten. Aus der Gruppe der thermoplastischen Elastomere eigenen sich z.B. thermoplastische
Polyesterelastomere (TPC)aufgrund der Temperaturbeständigkeit bis 160°C besonders.
Das thermoplastische Material kann magnetische oder magnetisierbare Partikel enthalten.
Das zum Fixieren der Magnete verwendete thermoplastische Material kann somit aufgrund der darin enthaltenen magnetischen Partikel zu dem von dem Rotor erzeugten Magnetfeld beitragen.
Das thermoplastische Material kann dabei einen Anteil an magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln im Bereich von 10 - 90 vol-% (Volumenprozent), vorzugsweise im Bereich von 20% - 70 vol-% aufweisen. Je höher hierbei der Anteil an magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikeln ist, um so stärker kann das von dem thermoplastischen Material erzeugte Magnetfeld sein. Andererseits kann ein hoher Anteil an Partikeln zu einer verringerten Fließfähigkeit während des Einspritzens des thermoplastischen Materials beim Herstellen des Rotors führen.
Die magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikel können prinzipiell aus beliebigen ferromagnetischen oder magnetisierbaren Materialien bestehen.
Beispielsweise können die Partikel als feines Metallpulver, beispielsweise als Eisen-, Ferrit- und/oder Nd FeB-Pulver, bereitgestellt sein. Die Partikel können innerhalb des thermoplastischen Materials homogen verteilt sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht jeder der für den Rotor verwendeten Magnete vollständig aus einem permanentmagnetischen Material und füllt eine zugehörige Ausnehmung in dem Rotorkörper bzw. in einer oder mehrerer der Lamellen des Rotorkörpers bis auf einen angrenzenden Spalt aus. Dieser für ein Einbringen des Magnetes in die Ausnehmung nötige Spalt wird dabei zur Fixierung des Magneten mit dem thermoplastischen Material ausgefüllt. Das thermoplastische Material grenzt somit an den Magneten an und kann diesen teilweise oder vollständig umgeben und diesen nach dem Aushärten des thermoplastischen Materials somit formschlüssig in der Ausnehmung fixieren. Da das thermoplastische Material selbst, ähnlich wie bisher verwendete duroplastische Klebstoffe, im Allgemeinen nicht magnetisch ist, wirkt der mit dem thermoplastischen Material ausgefüllte Spalt aus magnetischer Sicht zunächst wie ein Luftspalt und verringert somit das von dem Rotor bewirkte Magnetfeld. Wenn das thermoplastische Material jedoch mit magnetischen bzw.
magnetisierbaren Partikeln versetzt ist, kann auch das in dem Spalt vorgesehene Gemisch aus thermoplastischem Material und Magnetpartikeln zum
Gesamtmagnetfeld des Rotors beitragen.
In dieser Ausgestaltung kann der Spalt, d.h. ein Spielraum zwischen dem Magneten und der Wandung der Ausnehmung, auch größer dimensioniert werden als bei herkömmlichen Rotoren, ohne dass hiermit eine übermäßige Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften des Rotors einhergehen würde. Dadurch lässt sich ein Zusammenbauen des Rotors hinsichtlich eines Einbringens der Magneten in den Rotorkörper vereinfachen.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann mit
permanentmagnetischen Partikeln versetztes thermoplastisches Material eine Ausnehmung in dem Rotorkörper vollständig ausfüllen.
Gemäß dieser Ausführungsform kann auf großvolumige, teure
Permanentmagnete in dem Rotorkörper verzichtet werden. Stattdessen werden die in den Ausnehmungen aufgenommenen Magnete von
permanentmagnetischen Partikeln gebildet, die in dem thermoplastischen Material enthalten sind.
Die Ausnehmungen in dem Rotorkörper können in einer solchen
Ausführungsform einfach im Spritzgussverfahren mit dem thermoplastischen Material befüllt werden. Das mit permanentmagnetischen Partikeln versetzte thermoplastische Material wird im Allgemeinen zwar ein geringeres Magnetfeld erzeugen als ein einzelner Vollkörper- Permanentmagnet, trotzdem kann aufgrund der vereinfachten Herstellungsmöglichkeit eine solche Ausgestaltung eines Rotors für eine Elektromaschine insbesondere für Anwendungen, bei denen geringere Leistungsanforderungen bestehen, interessant sein. Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von
Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf einen Rotor für eine Elektromaschine und teilweise mit Bezug auf ein Verfahren zum Herstellen eines solches Rotors beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die verschiedenen Merkmale in geeigneter Weise miteinander kombiniert oder ausgetauschtwerden können und insbesondere auch von dem Rotor auf das Herstellungsverfahren und umgekehrt übertragen werden können, um zu weiteren Ausführungsformen und möglicherweise Synergieeffekten zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Rotors während des Zusammenbaus;
Figur 2 zeigt eine teilweise Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen
Rotor.
Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt einen Rotorkörper 9 eines Rotors 15 für eine Elektromaschine. Der Rotorkörper 9 setzt sich aus mehreren Lamellenpaketen 1 zusammen, die wiederum von einer Vielzahl übereinander gestapelter Lamellen 3 in Form dünner gestanzter Metallbleche gebildet werden.
In jeder der Lamellen 3 sind im Bereich nahe dem Außenumfang im
Wesentlichen rechteckige Ausstanzungen vorgesehen. Die übereinander gestapelten Lamellen 3 bilden durch die fluchtend angeordneten Ausstanzungen Ausnehmungen 5 innerhalb des Rotorkörpers 9. In den Ausnehmungen 5 werden quaderförmige Permanentmagnete
aufgenommen. Alternativ können quaderförmige Körper aus magnetisierbarem Material in die Ausnehmungen 5 eingebracht und nachträglich magnetisiert werden. Die quaderförmigen Magnete 7 weisen dabei eine Geometrie auf, die im Wesentlichen gleich der Geometrie der Ausnehmungen 5 ist, wobei die Magnete
7 geringfügig kleiner sind als die Ausnehmungen 5, um beim Einbringen der Magnete 7 in die Ausnehmungen 5 aufgrund eines ausreichenden seitlichen Spielraums ein Verklemmen oder Verkanten der Magnete 7 in den
Ausnehmungen 5 zu vermeiden.
Wie in der vereinfacht dargestellten teilweisen Draufsicht aus Figur 2 ersichtlich, bildet sich aufgrund der im Vergleich zu den Ausnehmungen 5 kleineren
Abmessungen der Magnete 7 angrenzend an die Magnete 7 ein Spalt 11. In diesen Spalt 11 wird beim Herstellen des Rotors ein thermoplastisches Material 13 eingespritzt und dieser Spalt auf diese Weise ausgefüllt. Das
thermoplastische Material 13 wird hierzu auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, um es in einen flüssigen oder zumindest plastisch verformbaren Zustand zu bringen. Um ein zu schnelles Auskühlen des thermoplastischen Materials 13 beim Einspritzen in die Ausnehmungen 5 zu vermeiden, kann auch der
Rotorkörper 9 vorgewärmt werden. Durch ein nachfolgendes Abkühlen erstarrt das thermoplastische Material 13 und fixiert dadurch den angrenzenden
Magneten 7 formschlüssig in der Ausnehmung 5.
Um dem thermoplastischen Material 13 auch magnetische Eigenschaften zu geben und somit zu verhindern, dass der Spalt 11 magnetisch als Luftspalt wirkt, können dem thermoplastischen Material 13 magnetische oder magnetisierbare Partikel beispielsweise in Form eines Eisenpulvers beigemischt werden. Die Größe der Partikel und ihr Volumenanteil in dem thermoplastischen Material können dabei an die zu erzielenden magnetischen Eigenschaften und/oder rheologischen angepasst werden. Beispielsweise können Partikelgrößen von
5μηη bis 50μηη und Volumenanteile im Bereich von 20% bis 70% verwendet werden. Statt Eisen können auch andere ferromagnetische oder magnetisierbare Materialien für die Partikel verwendet werden. In einer alternativen Ausgestaltung (nicht zeichnerisch dargestellt) wird auf die Verwendung einstückiger Permanentmagnete bzw. einstückiger Körper aus magnetisierbarem Material verzichtet. Stattdessen wird die gesamte
Ausnehmung 5 mit einem thermoplastischen Material aufgefüllt, das aufgrund der darin eingelagerten magnetischen oder magnetisierbaren Partikel nach dem
Aushärten selbst als Magnet dienen kann. Obwohl die von einem solchen thermoplastischen Material erzeugbare Magnetfeldstärke in der Regel geringer sein wird, als dies bei einstückigen Permanentmagnet- Körpern der Fall ist, kann der verringerte Herstellungsaufwand eine solche Bildung von einspritzbaren Magneten, die im Spritzgussverfahren in die Ausnehmungen 5 eingebracht werden können, rechtfertigen.

Claims

Ansprüche 1 . Rotor (15) für eine Elektromaschine, aufweisend:
einen Rotorkörper (9) mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen (5);
eine Mehrzahl von Magneten (7), die in den Ausnehmungen (5) des
Rotorkörpers (9) aufgenommen sind;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Magneten (7) wenigstens teilweise von einem thermoplastischen Material
(13) umgeben sind und durch dieses in den Ausnehmungen (5) fixiert sind.
2. Rotor nach Anspruch 1 , wobei das thermoplastische Material (13) ein
thermoplastisches Elastomer ist.
3. Rotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das thermoplastische
Material (13) magnetische oder magnetisierbare Partikel enthält.
4. Rotor nach Anspruch 3, wobei das thermoplastische Material (13) einen
Anteil von zwischen 10 und 90 vol-% an magnetischen oder
magnetisierbaren Partikeln enthält.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder der Magnete (7)
vollständig aus permanentmagnetischem Material besteht und eine zugehörige Ausnehmung (5) bis auf einen angrenzenden Spalt (1 1 ) ausfüllt und wobei der Spalt (1 1 ) mit dem thermoplastischen Material (13) ausgefüllt ist.
6. Rotor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei mit
permanentmagnetischen Partikeln versetztes thermoplastisches Material
(13) eine Ausnehmung (5) in dem Rotorkörper (9) vollständig ausfüllt.
7. Verfahren zum Herstellen eines Rotors (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend:
Bereitstellen eines Rotorkörpers (9) mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen
(5); Anordnen und Fixieren einer Mehrzahl von Magneten (7) in den
Ausnehmungen (5) des Rotorkörpers (9);
dadurch gekennzeichnet, dass
die Magnete (7) durch Einspritzen eines thermoplastischen Materials (13) in den Ausnehmungen (5) des Rotorkörpers (9) fixiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei jeder der Magnete (7) vollständig aus permanentmagnetischem Material besteht und eine zugehörige
Ausnehmung (5) bis auf einen angrenzenden Spalt (1 1 ) ausfüllt und wobei der Spalt (1 1 ) durch Einspritzen des thermoplastischen Materials (13) in den Spalt (1 1 ) ausgefüllt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Ausnehmung (5) in dem Rotorkörper vollständig mit mit magnetischen Partikeln versetztem thermoplastischem Material (13) ausfüllt wird.
10. Elektromaschine ( ), aufweisend:
einen Stator,
einen relativ zu dem Stator um eine Rotationsachse rotierbaren Rotor (15) dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (15) als ein Rotor (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
PCT/EP2012/070963 2011-12-21 2012-10-23 Rotor für eine elektromaschine mit durch thermoplastisches material fixierten magneten sowie entsprechendes herstellungsverfahren WO2013091943A2 (de)

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