WO2018219390A1

WO2018219390A1 - Kostenoptimierter rotor einer elektrischen maschine

Info

Publication number: WO2018219390A1
Application number: PCT/DE2018/100434
Authority: WO
Inventors: Julian Botiov; Markus Dietrich; Arthur-Richard Matyas; Thomas KAMMERER
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2018-12-06
Also published as: DE102017111955A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Rotor (1) für eine elektrische Maschine mit einem Rotorblechpaket (2) und Magneten (3), wobei in dem Rotorblechpaket (2) mehrere langgestreckte Magnetaufnahmeschlitze (23) zur Aufnahme jeweils eines Magnets (3) in radialer Richtung angeordnet sind, wobei die äußeren Enden der Magnetaufnahmeschlitze (23) offen sind, wobei zwischen zwei Magnetaufnahmeschlitzen (23) in der Nähe des radial inneren Endes der Magnetaufnahmeschlitze (23) ein in Axial-richtung durch das Rotorblechpaket (2) verlaufendes Magnetflusslenkloch (22) an-geordnet ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Herstellverfahren für einen Rotor (1) für eine elektrische Maschine.

Description

Kostenoptimierter Rotor einer elektrischen Maschine

Diese Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine mit einem Rotorblechpaket und Magneten. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Ma- schine. Weiter betrifft diese Erfindung ein Herstellungsverfahren eines Rotors für eine elektrische Maschine.

Im Rotorblechpaket des Rotors sind mehrere langgestreckte Magnetaufnahmeschlitze zur Aufnahme jeweils eines Magnets in radialer Richtung angeordnet, wobei die äußeren Enden der Magnetaufnahmeschlitze offen sind. Ein Luftspalt am Ende der Mag- netaufnahmeschlitze ist sinnvoll, um keinen magnetischen Kurzschluss zu erzeugen. Ein starker magnetischer Kurzschluss würde eine Nutzung der Magnete zur Umwandlung von elektrische in mechanische Energie und umgekehrt weitgehend unmöglich machen.

Vorzugsweise wird ein solcher Rotor in einem Aktor eingesetzt, beispielsweise in ei- nem Verkehrsmittel. Insbesondere kann ein solcher Rotor bei Anforderungen an eine hohe Kompaktheit, Vibrationsrobustheit und gleichzeitig der Forderung nach niedrigen Produktionskosten eingesetzt werden.

Aus im Stand der Technik ist die Patentanmeldung WO2015048955 bekannt, gemäß der ein Rotorblechpaket am Innenumfang mit einer Verzahnung versehen wird, wel- che auf eine Welle mit komplementärer Außenverzahnung aufgepresst wird.

Bei bürstenlosen Gleichstrommotoren mit einem Stator, der einen Rotor umgibt, ist es üblich, Rotormagneten in einem Rotorblechpaket mechanisch zu fixieren, z.B. durch Kleben oder Umspritzung mit Kunststoff.

Ein Rotor mit Oberflächenmagneten an der Außenoberfläche des Rotors, die eine längliche Ausdehnung entlang des Außenumfangs des Rotors haben, weist im Allgemeinen eine Berstschutzhülse auf, die die Oberflächenmagneten umgibt, um den Rotor zusammenzuhalten. In typischen Anwendungen sind solche Rotoren für 1 bis 1 ,5 Nm Drehmoment und eine Drehzahl von 4000 bis 6000 Umdrehungen pro Minute dimensioniert. In einer als Speichen-Anordnung bezeichneten Positionierung von Magneten sind Magnete mit einer länglichen Ausdehnung in radialer Richtung im Rotor angeordnet. Die Speichen- Anordnung der Magneten hat den Vorteil gegenüber der Anordnung mit Oberflächenmagneten, dass die Magneten bei einer Ansteuerung in einem Modus mit Feldschwächung und dergleichen besser gegenüber Entmagnetisierung geschützt sind. Gemäß dem Stand der Technik sind die Magnete in den meisten Applikationen in das Rotorblechpaket eingeklebt. Dabei ist der Klebeprozess aufwendig und empfindlich hinsichtlich Anforderungen an den Klebeflächen, Sauberkeit, Beschichtungen an den Magneten etc. Es ist auch bekannt, das Rotorblechpaket mit den Magneten zu umspritzen.

Diesen Lösungen ist gemeinsam, dass sie in der Fertigung zeit- und damit kostenauf- wendig sind, da Klebstoff aushärten muss bzw. ein Rotorblechpaket mit Magneten in ein Werkzeug eingeführt und umspritzt werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Rotor für einen Elektromotor zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist. Außerdem soll der Rotor den magnetischen Fluss der Magnete gut ausnutzen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gegenstand der Erfindung ist ein Rotor für eine elektrische Maschine, der zwischen zwei Magnetaufnahmeschlitzen in der Nähe des radial inneren Endes der Magnetauf- nahmeschlitze ein in Axialrichtung durch das Rotorblechpaket verlaufendes Magnet- flusslenkloch aufweist.

Das Magnetflusslenkloch dient u.A. dazu, in einem Kurzschlusspfad des magnetischen Flusses von einer Austrittsfläche eines Magneten von magnetischen Fluss aus dem Magneten zu einer Eintrittsfläche desselben Magneten für den magnetischen Fluss den magnetischen Widerstand zu erhöhen. Die Anordnung in der Nähe des radial inneren Endes der Magnetaufnahmeschlitze bewirkt, dass Magnetfluss schlechter in Richtung des inneren des Rotorblechpakets fließen kann. Dadurch fließt mehr magnetischer Fluss zu Polschuhen neben den Magnetaufnahmeschlitzen, wo er zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie genutzt werden kann. Vorzugsweise ist zwischen dem Magnetflusslenkloch und einer Magnetflusslenkaus- nehmung am radial inneren Ende eines Magnetaufnahmeschlitzes eine Engstelle angeordnet, welche den magnetischen Widerstand eines magnetischen Kurzschlusspfa- des eines Magneten erhöht. Vorzugsweise beträgt der Querschnitt der Engstelle ein Fünfzehntel bis ein Fünfunddreißigstel, bevorzugt etwa ein Fünfundzwanzigstel einer Austrittsfläche von magnetischem Fluss aus einem Magneten. Durch ein solches Verhältnis wird erreicht, dass die Engstelle in vielen Betriebszuständen magnetisch gesät- tigt ist und auf diese Weise einen hohen magnetischen Widerstand in dem Kurzschlusspfad erzeugt. Das Verhältnis von etwa einem Fünfundzwanzigstel Ist magnetisch und zusätzlich auch mechanisch bezüglich der Festigkeit der Engstelle optimiert. Diese mechanische Optimierung betrifft von einem Polschuh eines Jochabschnitts, in dem sich das Magnetflusslenkloch befindet, zu übertragende Kräfte. Vorzugsweise verläuft ein Niet zum Zusammenhalten des Rotorblechpakets und/oder zur Befestigung einer Fixiereinrichtung an dem Rotorblechpaket durch ein Magnetflusslenkloch in dem Rotorblechpaket. Auf diese Weise kann ein weiterer Nutzen durch das Magnetflusslenkloch erzielt werden. Die Niete sind bevorzugt nichtmagnetisch ausgestaltet. Vorzugsweise weist der Rotor eine Wellenaufnahmeöffnung auf, welche an ihrem Innenumfang Verbindungsausnehmungen zur Aufnahme von Zähnen einer Rotorwelle aufweist, wobei die Verbindungsausnehmungen an ihrem radial äußeren Ende mit einer Verrundung ausgeführt sind. Dieser Ausgestaltung einer Verbindungsausneh- mung bewirkt insbesondere in Zusammenwirkung mit einem nicht bis in die Verrun- dung verlaufenden Verbindungszahn einer Rotorwelle, dass die Wellenaufnahmeöffnung nachgiebig ist. Dies ist vorteilhaft, um eine Presspassung zwischen der Rotorwelle und der Wellenaufnahmeöffnung einzusetzen.

Vorzugsweise beträgt ein Abstand zwischen einer Verrundung am Ende einer Verbin- dungsausnehmung und einer Magnetflusslenkausnehmung etwa ein Zehntel bis ein Dreißigstel, vorzugsweise etwa ein Zwanzigstel, des Außendurchmessers aller radial äußeren Spitzen der Verrundungen der Verbindungsausnehmungen. Zur Einstellung der Nachgiebigkeit der Wellenaufnahmeöffnung kann die Magnetflusslenkausnehmung am inneren Ende eines Magnetaufnahmeschlitzes beitragen. Eine besonders gute Optimierung, auch hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften in Bezug auf ei- nen magnetischen Kurzschlusspfad, kann mit dem o.g. Verhältnis von etwa einem Zwanzigstel erreicht werden. Insbesondere weist der Rotor eine Fixiereinrichtung zum axialen Fixieren von wenigstens einem Magneten in einem Magnetaufnahmeschlitz auf. Die Fixiereinrichtung bewirkt, dass der Magnet sich nicht axial aus den Magnetaufnahmeschlitzen bewegen kann. Bevorzugt ist an beiden axialen Enden des Rotorblechpakets jeweils eine Fixie- reinrichtung angeordnet.

Die Fixiereinrichtung bewirkt insbesondere eine axiale Vorspannung der Magnete. Wenn die Magnete vorgespannt sind, können sie keine Relativbewegung zu dem Rotorblechpaket ausführen, was den Verschleiß und entsprechend eventuellen Abrieb bei Vibrationen erheblich mindert. Die Fixiereinrichtung kann als Kappe für ein axiales Ende des Rotors oder als ein Teil davon ausgestaltet sein. Die Kappe kann beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, besonders bevorzugt aus glasfaserverstärktem Kunststoff.

Vorzugsweise weist die axiale Fixiereinrichtung einen Anpressbereich auf, der in axia- ler Richtung des Rotors elastisch ausgestaltet ist und der an einem Magnet anliegt, wobei der Magnet den Anpressbereich elastisch auslenkt, so dass der Magnet von dem Anpressbereich in Axialrichtung des Rotors vorgespannt ist. Der Anpressbereich kann zum Beispiel eine Weichstelle in einer Kappe sein. Eine solche Weichstelle ist in axialer Richtung des Rotors nachgiebiger als ihre Umgebung. Der Anpressbereich kann von seiner Umgebung durch wenigstens einen Elastifizierungsschlitz getrennt sein. Dieser entzieht dem Anpressbereich die mechanische Verbindung zu seiner unmittelbaren Umgebung, so dass der Anpressbereich in Axialrichtung nachgiebiger ist als diese. Insbesondere ist der Anpressbereich an wenigstens zwei Seiten von Elasti- fizierungsschlitzen umgeben. Die Fixiereinrichtung kann eine Auskragung und/oder einen Vorsprung aufweisen, welche zur Ausrichtung der Fixiereinrichtung in einen Magnetaufnahmeschlitz und/oder eine Magnetflusslenkausnehmung eingreifen können. Die Auskragung begrenzt den Weg des Magneten radial nach innen und der Vorsprung begrenzt den Weg des Magneten radial nach außen. Ein Magnet kann in radialer Richtung von zwei Seiten von der Fixiereinrichtung umfasst sein. Durch geeignete Auslegung der Auskragung und des Vorsprungs kann der Magnet radial vorgespannt werden. Die Vorsprünge können eine primäre Berstschutzfunktion für die Magneten erfüllen. Durch das Eingreifen in einen Magnetaufnahmeschlitz bzw. in eine Magnetfluss- lenkausnehmung kann die Fixiereinrichtung an dem Rotorblechpaket ausgerichtet sein. Eine Befestigung kann durch Nieten durch die Magnetflusslenklöcher erreicht werden. Wenigstens ein Magnetaufnahmeschlitz weist eine formschlüssige Rückhalteeinrichtung auf, mit der ein Magnet in dem Magnetaufnahmeschlitz in radial nach außen zurückhaltbar ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Magnete durch Zentrifugalkräfte nicht aus ihren Magnetaufnahmeschlitzen geschleudert werden. Die Rückhalteeinrichtung kann eine sekundäre Berstschutzfunktion erfüllen. Vorzugsweise ist die Rückhalteeinrichtung als Rückhaltevorsprung am äußeren Ende des Magnetaufnahmeschlitzes ausgebildet. Auf diese Weise kann der Rückhaltevorsprung unaufwendig hergestellt werden. Der Rückhaltevorsprung ist auf wenigstens einer Seite am radial äußeren Ende eines Magnetaufnahmeschlitzes ausgebildet, bevorzugt jedoch an beiden Seiten. Der Überstand der Rückhalteeinrichtung nach innen beträgt vorzugsweise etwa zwischen 10% und 30% der Breite des Magnetaufnahmeschlitzes an der Stelle der Rückhalteeinrichtung. Eine zu großer Überstand erzeugt einen magnetischen Kurz- schluss, während ein zu kleiner Überstand eine zu hohe Flächenpressung an dem zurückgehaltenen Magneten erzeugen kann. Außerdem kann die Rückhalteeinrichtung magnetische Funktionen an einem Polschuh erfüllen.

Vorzugsweise ist der Rotor in der Nähe der Rückhalteeinrichtung in Umfangsrichtung ohne Aussparungen ausgeführt, die ermöglichen, dass sich ein Magnetaufnahmeschlitz aufweiten kann. Dann kann die Rückhalteeinrichtung in Umfangsrichtung nicht ausweichen und den Magneten freigeben. In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen, welche einen Rotor nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsform umfasst.

In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors eines Elektromotors vorgeschlagen. In einem ersten Schritt wird ein Ro- torblechpaket hergestellt, welches länglich ausgebildete Magnetaufnahmeschlitze aufweist, die in radialer Richtung des Rotorblechpakets ausgerichtet sind, wobei der Rotor an jedem Magnetaufnahmeschlitz eine formschlüssige radiale Magnethalteein- richtung aufweist. Die formschlüssige radiale Magnethalteeinrichtung bewirkt, dass ein Magnet in dem Magnethalteschlitz radial und vom Zentrum des Rotors in dem Magnethalteschlitz gehalten wird. In einem zweiten Schritt werden Magnete in die Magnetaufnahmeschlitze eingebracht. In einem dritten Schritt werden die Magnete in den Magnetaufnahmeschlitzen in axialer Richtung des Rotors mittels einer Fixiereinrichtung wie vorstehend und/oder mit Bezug auf die Figuren beschrieben fixiert.

Vorzugsweise wird bei dem Herstellverfahren zur axialen Fixierung der Magnete wenigstens eine Fixiereinrichtung, die insbesondere einen nachgiebigen Anpressbereich zum Aufbringen einer axialen Vorspannung auf die Magnete aufweist, auf ein axiales Ende des Rotorblechpakets aufgesetzt.

Bevorzugt wird die Fixiereinrichtung bevorzugt durch Nieten mit dem Rotorblechpaket fest verbunden.

Vorzugsweise werden de Nieten zum Zusammenhalten des Rotorblechpakets und bevorzugt auch der Fixiereinrichtungen durch ein Magnetflusslenkloch hindurch ver- nietet.

Mit anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung wie folgt beschrieben werden. Bei einer Speichen-Anordnung der Magneten in einem Rotor für einen bürstenlosen Gleichstrommotor kann das Design des Rotors so ausgeführt werden, dass gleichzeitig die Anforderungen einer optimalen Gestaltung des Magnetkreises und die Erfüllung der mechanischen Funktion des Rotors (Drehmoment übertragen, Robustheit gegenüber Vibration, Berstschutzfunktion vorgesehen, einfache Montage auf eine Motorwelle) zusammen mit der Anforderung eines kostenoptimierten Montageprozesses erfüllt werden. Wenn die Magneten in die Magnetaufnahmeschlitze des Rotorblechpakets eingeschoben werden, können die Magnete durch zwei beidseitig an den axialen En- den des Rotors angeordneten Kunststoffkappen axial und radial vorspannen, zum Beispiel durch Rippen, Nasen oder andere vorstehende Abschnitte.

Durch Magnetflusslenklöcher in den Rotorblechen soll so viel magnetischer Fluss wie möglich in Richtung des Luftspalts der elektrischen Maschine am Außenumfang des Rotors gebracht werden. Die in den Figuren dargestellten Magnetflusslenklöcher sind mittels FE-Rechnung hinsichtlich Form und Magnetfluss besonders optimiert. Gleichzeitig können diese Magnetflusslenklöcher für die Hindurchführung von Nieten zum axialen Zusammenhalten des Rotorblechpakets, der Magnete und der Kunststoffbefestigungsscheiben als Fixiereinrichtungen genutzt werden.

Das Rotorblechpaket umfasst bevorzugt zusammengepresste und üblicherweise durch Stanznoppen gehaltene gestanzte Elektrobleche mit speichenförmig angeord- neten Magnetaufnahmeschlitzen. Die Magnete sind üblicherweise gesinterte Permanentmagnete (bevorzugt Seltenerdwerkstoffe) in Form eines Quaders. Die als Kappe ausgestaltete Fixiereinrichtung kann aus Kunststoff, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt sein, insbesondere beide Kappen. Die Niete können dem axialen Zusammenhalten des Rotorblechpakets, der Magnete und der Kunststoffbefestigungsscheiben dienen. Als Nieten können Hohlnieten eingesetzt werden, um eine niedrige Montagekraft in axialer Richtung beim Vernieten zu erreichen. Es können jedoch auch andere übliche Niete eingesetzt werden.

Die Stanzbleche des Rotors weisen radial verlaufende Magnetaufnahmeschlitze auf. Durch einen leichten Überstand nach innen in dem Außenbereich der Magnetaufnah- meschlitze wird eine sekundäre Berstschutzfunktion dargestellt. Die Magnetflusslenklöcher in den Rotorblechen für Flusslenkung zwischen den Magneten haben folgende Funktion: so viel magnetischer Fluss wie möglich soll nach außen in den des Luftspalt der elektrischen Maschine am Außenumfang des Rotors gebracht werden. Diese Magnetflusslenklöcher sind in den Figuren dargestellt und mittels Finite- Elemente-Rechnung hinsichtlich Form und Magnetfluss optimiert. Gleichzeitig können diese Magnetflusslenklöcher für die Durchführung der Nietverbindungen für axiale Befestigung beim Zusammenbau von Rotorblechpaket, Magneten und Kunststoffbefestigungsscheiben genutzt werden. Die Strukturschwächungen nahe dem Innendurchmesser durch die Magnetflusslenklöcher, Magnetflusslenkausnehmungen sowie Ver- bindungsausnehmungen am Innenumfang des Rotors erfüllen 2 Funktionen:

- Ermöglichen eines minimalen Streuflusses von dem Magnetfeld im Rotor und

- lokale Steifigkeitsreduzierung, um einen segmentierten Pressverband mit einer Welle zu realisieren.

Die Kunststoffkappen können die Permanentmagneten in dem Rotorblechpaket fixie- ren und befestigen.

In axialer Richtung können die Magneten des Rotors beidseitig fixiert werden, indem die beiden Kunststoffkappen mittels Nieten am Umfang des Rotors fixiert werden. Die Anzahl und die Anordnung der Nieten sind vorzugsweise so ausgewählt, dass diese eine minimale Unwucht des Rotors verursachen. An Kontaktstellen zwischen Plastikkappen und Magneten können jeweils Verdickungen vorgesehen sein, die in einem nicht deformierten Zustand mit einem Überstand gegenüber Anlageflächen der Mag- nete vorgesehen sind. Diese Anpressbereiche können beim Vernieten deformiert werden. Die Steifigkeit der Plastikkappe ist in unmittelbarer Nähe dieser Erhöhungen reduziert. Dies resultiert in einer Deformation der Anpressbereiche und leichter beidseitiger axialer Vorspannkraft auf die Magneten.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel in Verbin- dung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Rotors;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Rotorblechpakets des Rotors: Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf eine dem Rotor abgewandte Seite einer Kappe des Rotors,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht auf eine dem Rotor zugewandte Seite einer Kappe des Rotors,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Rotorblechpakets mit beidseitig aufgesetzten Kappen in vernietetem Zustand;

Fig. 6 eine Ansicht der Stirnseite des Rotorblechpakets mit aufgesetzter

Kappen in vernietetem Zustand:

Fig. 7 einen Schnitt parallel zu einer Stirnfläche des Rotors durch den

Rotor in vernietetem Zustand; und Fig. 8 einen Schnitt des Rotors in vernietetem Zustand längs und durch die Mitte des Rotors.

Figur 1 zeigt eine Explosionsansicht eines Rotors 1 nach der Erfindung für eine elektrische Maschine. Der Rotor 1 umfasst ein Rotorblechpaket 2, welches eine durchgehende Wellenaufnahmeöffnung 21 und genau zehn Magnetaufnahmeschlitze 23 auf- weist. Weiter weist das Rotorblechpaket 2 zehn Magnetflusslenklöcher 22 auf, die das Rotorblechpaket 2 vollständig durchdringen.

Figur 1 zeigt weiter zehn quaderförmige Magnete 3, welche in die Magnetaufnahmeschlitze 23 passen. Die Magnete 3 haben dieselbe Länge wie das Rotorpaket 2. Die Magnete 3 sind jeweils von einer Austrittsfläche 31 in Tangentialrichtung zur gegenüberliegenden Eintrittsfläche 32 in Tangentialrichtung magnetisiert, so dass Nordbzw. Südpol sich an der Eintrittsfläche 31 bzw. der Austrittsfläche 32 befinden. Die Magnetisierungsrichtung wechselt zwischen jedem Magneten 3 und seinem benachbarten Magneten 3. Auf beiden Stirnseiten des Rotorblechpakets 2 sind Fixiereinrichtungen 4 abgebildet, welche als Kappen zur Befestigung der Magnete 3 in dem Rotorblechpaket 2 ausgebildet sind.

Ganz links in der Figur 1 sind fünf Niete 5 gezeigt, die als geschlitzte Hohlniete mit einem Schlitz 51 ausgestaltet und mit angenietetem Kopf 52 gezeigt sind. Diese sind zur Befestigung der Fixiereinrichtung 4 an dem Rotorblechpaket 2 und zum Zusammenhalten des Rotorblechpakets 2 vorgesehen.

Figur 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das Rotorblechpaket 2. Mittig weist das Rotorblechpaket 2 eine Wellenaufnahmeöffnung 21 auf. Am Innenumfang der Wellen- aufnahmeöffnung 21 sind abwechselnd je zehn Verbindungsausnehmungen 21 1 und Verbindungszähne angeordnet, welche jeweils in axialer Richtung des Rotorblechpakets 2 durch das ganze Rotorblechpaket 2 verlaufen.

Die zehn Magnetaufnahmeschlitze 23 weisen nahe am Umfang des Rotorpakets 2 jeweils zwei Rückhalteeinrichtungen 231 auf, welche von den Seitenwänden der Magnetaufnahmeschlitze 23 jeweils in Richtung des Inneren der Magnetaufnahmeschlitze 23 vorstehen. Die Rückhalteeinrichtung 231 steht jeweils etwa um 20 % der inneren Weite der Magnetaufnahmeschlitze 23 vor. Sie dienen dem Zurückhalten der Magneten 3 und bilden zusätzlich zu den unten beschriebenen Fixiervorsprüngen 41 einen sekundären Berstschutz.

An den nach innen gerichteten Enden der Magnetaufnahmeschlitze 23 ist jeweils eine Magnetflusslenkausnehmung 232 angeordnet. Diese Magnetflusslenkausnehmungen 232 dienen dazu, den Magnetfluss der Magnete 3 möglichst wenig kurz zu schließen. Der magnetische Fluss von einem Magneten 3 tritt aus einer Austrittsfläche 32 in Um- fangsrichtung aus dem Magneten 3 aus und tritt in einen Jochabschnitt 26 ein, der zwischen zwei benachbarten Magneten liegt. Prinzipiell kann der magnetische Fluss von einem Jochabschnitt 26 auf einer Seite des Magneten 3 in den benachbarten Jochabschnitt 26 auf der anderen Seite des Magneten 3 fließen und dabei einen magnetischen Kurzschluss bewirken. Dies ist jedoch dadurch erschwert, dass der magnetische Fluss dabei eine erste Engstelle 27 zwischen dem Magnetflusslenkloch 22 und einem Steg 24 passieren muss. Wenn der Magnetfluss den Steg 24 erreicht hat, muss er nochmals eine weitere erste Engstelle 27 zwischen derselben Magnet- flusslenkausnehmung 232 und dem Magnetflusslenkloch 22 des benachbarten

Jochabschnitts 26 passieren, um die Eintrittsfläche 31 desselben Magneten 3 zu erreichen. Die ersten Engstellen 27 gehen aufgrund ihres geringen Querschnittes schon bei geringem magnetischen Fluss in die Sättigung, so dass auf Grund des hohen magnetischen Widerstands die Kurzschlusswirkung des Pfades zwischen der Austrittsfläche 32 und der Eintrittsfläche 31 eines Magneten 3 nur gering ist. Der Großteil des magnetischen Flusses eines Magneten 3 tritt somit aus den Polschuhen 29 jedes der dem Magneten 3 benachbarte Jochabschnitte 26 aus bzw. dort ein, so dass dieser weit überwiegende Teil des magnetischen Flusses für die elektrische Maschine nutzbar ist.

Wenn der magnetische Fluss entlang eines Kurzschlusspfades die Engstelle 27 pas- siert hat, muss er eine zweite Engstelle 28 passieren, die zwischen einer Verbin- dungsausnehmung 21 1 und einer Magnetflusslenkausnehmung 232 angeordnet ist. Aufgrund des symmetrischen Aufbaus des Rotorblechpakets 22 um eine Mitte des Magnetaufnahmeschlitzes 23 herum muss eine weitere zweite Engstelle 28 in dem Pfad von der Austrittsfläche 32 zu der Eintrittsfläche 31 des Magneten 3 von dem Magnetfluss durchtreten werden. Diese zweiten Engstellen 28 erhöhen weiter den magnetischen Widerstand von der Austrittsfläche 32 zu der Eintrittsfläche 31 .

Der Querschnitt der ersten Engstelle 27 an deren engster Stelle beträgt vorzugsweise etwa die Hälfte des Querschnitts des Steges 24 an dessen engster Stelle. Der Querschnitt der zweiten Engstelle 28 an deren engster Stelle ist vorzugsweise etwa ebenso groß wie der Querschnitt des Steges 24 an dessen engster Stelle.

Die Magnetflusslenklöcher 22 sind vorzugsweise eiförmig ausgebildet, wobei eine Ausspitzung 221 an der Spitze der Eiform radial nach außen gerichtet ist. Die Magnetflusslenklöcher 22 sind vorzugsweise in Umfangsrichtung in der Mitte zwischen zwei Magnetaufnahmeschlitzen 23 angeordnet. Das radial innere Ende der Magnetfluss- lenklöcher 22 liegt nahe dem Steg 24. Der Steg 24 liegt am radial äußeren Ende der Magnetflusslenkausnehmungen 232.

Die Geometrie des Rotorblechpakets 2 ist auch darauf ausgelegt, eine gute Verbin- dung zwischen der Wellenaufnahmeöffnung 21 und einer darin einzubringenden, in Längsrichtung gezahnten Rotorwelle zu gewährleisten. Dazu sollte eine gewisse radiale Nachgiebigkeit der Wellenaufnahmeöffnung 21 vorliegen. Die Wellenaufnahmeöffnung 21 ist für eine Presspassung mit der Welle vorgesehen und weitet sich daher im montierten Zustand elastisch auf. Die radial äußeren Enden der Verbindungsausneh- mungen 21 1 sind jeweils mit einer Verrundung 2121 ausgeführt. An diesen Verrun- dungen 2121 liegen die zweiten Engstellen 28. Deren Querschnitt trägt daher auch zur Nachgiebigkeit der Wellenaufnahmeöffnung 21 bei. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen einer Verrundung 2121 am Ende einer Verbindungsausnehmung 21 1 und einer Magnetflusslenkausnehmung 232 etwa ein Zwanzigstel des Außendurch- messers der radial äußeren Spitzen der Verrundungen 2121 der Verbindungsaus- nehmungen 21 1 . Auf der Rotorwelle in Längsrichtung angeordnete Zähne stehen vorzugsweise nicht bis zum radialen äußeren Ende der Verbindungsausnehmung 21 1 vor, sondern enden weiter innen.

Figur 3 zeigt eine Fixiereinrichtung 4 in einer perspektivischen Ansicht. Die Fixierein- richtung 4 ist als Kappe zum Aufsetzen auf ein axiales Ende des Rotorblechpakets 2 ausgestaltet. Die zum Betrachter gewandte Seite ist die Seite, die im montierten Zustand von dem Rotorblechpaket 92 weg gerichtet ist.

Die Fixiereinrichtung 4 ist ringförmig ausgestaltet. Sie weist für jedes zweite Magnet- flusslenkloch 22 ein Nietloch 42 auf. Jedes Nietloch 42 hat eine Fase 421 . Die Fase 421 ist zur Aufnahme eines Nietkopfs 52 eines Hohlniets vorgesehen. Die Fixiereinrichtung 4 ist bevorzugt aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt.

Die Fixiereinrichtung 4 weist für jeden Magneten 3 einen Anpressbereich 43 auf. Der Anpressbereich 43 ist von seiner Umgebung durch zwei Elastifizierungsschlitze 431 , von denen einer an zwei gegenüberliegenden Seiten umgeben ist, vom Rest der Fi- xiereinrichtung 4 teilweise getrennt. Dadurch wird eine größere Nachgiebigkeit der Anpressbereich 43 im Vergleich zum Rest der Fixiereinrichtung 4 hervorgerufen. Figur 4 zeigt die Fixiereinrichtung 4 in einer perspektivischen Ansicht. Die zum Betrachter gewandte Seite Ist die Seite, die im montierten Zustand dem Rotorblechpaket 92 zugewandt ist.

Die Fixiereinrichtung 4 weist an ihrem Umfang in axialer Richtung für jeden Magnet- aufnahmeschlitz 23 einen Fixiervorsprung 41 auf. Der Fixiervorsprung 41 ist schlank ausgestaltet. Er weist an seinem freien Ende eine Andrucknase 41 1 auf, die nach innen gerichtet ist.

Die Fixiereinrichtung 4 weist in der Nähe ihres Innenumfangs 45 für jeden Magnetaufnahmeschlitz eine Auskragung 44 auf. Die Auskragung 44 ist dazu vorgesehen, in ei- nem Magnetflusslenkausnehmung 232 des Rotorblechpakets 2 eingesteckt zu werden. Die Auskragung 44 weist in Umfangsrichtung zwei Flügel 443 auf, welche zur Anlage an die Magnetflusslenkausnehmung 232 vorgesehen sind. Weiter weist die Auskragung 44 einen Anlagesteg 442 auf, welcher zur Anlage an einen Magneten 3 vorgesehen ist. Der Abstand zwischen der Andrucknase 41 1 und dem Andrucksteg ist bevorzugt geringer als die Länge des Magneten, der sich im montierten Zustand dazwischen befindet. Auf diese Weise wird der Magnet in radialer Richtung vorgespannt in seiner Position gehalten. Die Fixiervorsprünge 41 dienen als primärer Berstschutz.

Die Anpressbereiche 43 tragen auf ihrer dem Rotorblechpaket 2 zugewandten Seite jeweils eine Erhöhung, welche zur Anlage an die Magnete 3 vorgesehen ist. Die Mag- nete sind zwischen zwei solchen Anpressbereichen 43 angeordnet. Die Geometrie des Rotors 1 ist derart gestaltet, dass die Anpressbereiche 43 im montierten Zustand axial von dem Rotorblechpaket 2 weg elastisch ausgelenkt werden. Auf diese Weise werden die Magnete 3 innerhalb des Rotors 1 in axialer Richtung vorgespannt.

Figur 5 zeigt den Rotor 1 in montiertem Zustand. Die als Kappen ausgebildeten Fixie- reinrichtungen 4 sind auf beide Enden des Rotorblechpakets 2 aufgesetzt. Die Fixiervorsprünge 41 greifen in die radialen Enden der Magnetaufnahmeschlitze 22 ein, von denen in Figur 5 nur die Rückhalteeinrichtungen 21 1 zu sehen sind. Die Fixiervorsprünge 41 sind jeweils zwischen den zugehörigen Rückhalteeinrichtungen 21 1 angeordnet. Die Fixiereinrichtungen 4 sind an dem Rotorblechpaket mit fünf Nieten 5 befestigt. Die Nieten 5 verlaufen durch die Magnetflusslenklöcher 22, die in Figur 5 nicht zu sehen sind. An den Nieten 5 sind auf beiden Seiten Nietköpfe 52 angeformt. Bei den Nieten 5 handelt es sich um Hohlniete. Die Niete sind mit einem Schlitz 51 in Längsrichtung ausgeführt.

Figur 6 zeigt eine Ansicht einer Stirnseite des montierten Rotors 1 . Hier ist zu erkennen, dass nur ein Teil der Verbindungsausnehmungen 21 1 innerhalb des Innenum- fangs 45 der Fixiereinrichtung 4 angeordnet ist.

Figur 7 zeigt einen Schnitt parallel zu einer Stirnfläche des Rotorblechpakets 2 durch das Rotorblechpaket 2 im montierten Zustand.

Es ist gezeigt, wie ein Magnet 3 zwischen einem Fixiervorsprung 41 und einem Andrucksteg 442 der Fixiereinrichtung 4 eingeklemmt ist. Durch die Nachgiebigkeit des Fixiervorsprungs 41 ist der Magnet 3 in radialer Richtung vorgespannt.

Die Auskragung 44 der Fixiereinrichtung 4 ist innerhalb der Magnetflusslenkausnehmung 232 angeordnet. Die Auskragung 44 liegt mit ihren Flügeln 443 an der inneren Oberfläche der Magnetflusslenkausnehmung 232 an. Dadurch werden die Magnete 3 in radialer Richtung an dem Rotorblechpaket 2 fixiert. Zugleich kann dieses Einklem- men der Auskragungen 44 die Fixiereinrichtung 4 an dem Rotorblechpaket 2 provisorisch befestigen. Um das einführen zu erleichtern, kann die Auskragung 44 eine Einfädelfase 441 aufweisen, die in Figur 4 dargestellt ist.

In Figur 27 ist zu erkennen, wie fünf Niete 5 durch jedes zweite der Magnetfluss- lenklöcher 22 Verlaufen. Figur 8 zeigt einen Längsschnitt durch einen Mond vierten Rotor 1 . Es ist deutlich zu erkennen, dass das Rotorblechpaket eine Vielzahl von gestapelten Rotorblechen 25 aufweist. Weiter ist zu erkennen, dass ein Niet 5 einen Kopf 52 an jedem seiner Enden aufweist. Jeder der Köpfe 52 liegt auf einer außenliegenden Stirnseite der Fixiereinrichtung 4 auf. Bezugszeichenliste

1 Rotor

2 Rotorblechpaket

21 Wellenaufnahmeöffnung

21 1 Verbindungsausnehmung

2121 Verrundung

212 Verbindungszahn

22 Magnetflusslenkloch

221 Ausspitzung

23 Magnetaufnahmeschlitz

231 Rückhalteeinrichtung

232 Magnetflusslenkausnehmung

24 Steg

25 Rotorblech

26 Jochabschnitt

3 Magnet

4 Axiale Fixiereinrichtung

41 Fixiervorsprung

41 1 Andrucknase

42 Nietloch

421 Fase

43 Anpressbereich

431 Elastifizierungsschlitz

44 Auskragung

441 Einfädelfase

442 Andrucksteg

443 Flügel

5 Niet

51 Nietschlitz

52 Nietkopf

Claims

Patentansprüche

Rotor (1 ) für eine elektrische Maschine mit einem Rotorblechpaket (2) und Magneten (3),

wobei in dem Rotorblechpaket (2) mehrere langgestreckte Magnetaufnahmeschlitze (23) zur Aufnahme jeweils eines Magnets (3) in radialer Richtung angeordnet sind, wobei die äußeren Enden der Magnetaufnahmeschlitze (23) offen sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen zwei Magnetaufnahmeschlitzen (23) in der Nähe des radial inneren Endes der Magnetaufnahmeschlitze (23) ein in Axialrichtung durch das Rotorblechpaket

(2) verlaufendes Magnetflusslenkloch (22) angeordnet ist.

Rotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Magnetflusslenkloch (42) und einer Magnetflusslenkausnehmung (232) am radial inneren Ende eines Magnetaufnahmeschlitzes (23) eine Engstelle (27) angeordnet ist, welche den magnetischen Widerstand eines magnetischen Kurzschlusspfades eines Magneten (3) erhöht,

wobei vorzugsweise der Querschnitt der Engstelle (27) ein Fünfzehntel bis ein Fünfunddreißigstel, bevorzugt etwa ein Fünfundzwanzigstel einer Austrittsfläche (32) von magnetischem Fluss aus einem Magneten

(3) beträgt.

Rotor (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Niet (5) zum Zusammenhalten des Rotorblechpakets (2) und/oder zur Befestigung einer Fixiereinrichtung

(4) an dem Rotorblechpaket (2) durch ein Magnetflusslenkloch (23) in dem Rotorblechpaket (2) verläuft.

Rotor (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1 ) eine Wellenaufnahmeöffnung (21 ) aufweist, welche an ihrem Innenumfang Verbindungsausnehmungen (21 1 ) zur Aufnahme von Zähnen einer Rotorwelle aufweist,

wobei die Verbindungsausnehmungen (21 1 ) an ihrem radial äußeren Ende mit ei- ner Verrundung (2121 ) ausgeführt sind,

wobei bevorzugt ein Abstand zwischen einer Verrundung (2121 ) am Ende einer Verbindungsausnehmung (21 1 ) und einer Magnetflusslenkausnehmung (232) etwa ein Zehntel bis ein Dreißigstel, vorzugsweise etwa ein Zwanzigstel, des Au- ßendurchmessers von radial äußeren Spitzen der Verrundungen (2121 ) der Ver- bindungsausnehmungen (21 1 ) beträgt.

5. Rotor (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1 ) eine Fixiereinrichtung (4) zum axialen Fixieren wenigstens ei- nes Magnets (3) in einem Magnetaufnahmeschlitz (23) aufweist,

wobei mittels der Fixiereinrichtung (4) insbesondere eine axiale Vorspannung der Magnete (3) im montierten Zustand des Rotors (1 ) bewirkbar ist, und/oder wobei die Fixiereinrichtung (4) vorzugsweise als Kappe für ein axiales Ende des Rotors (1 ) ausgestaltet ist.

6. Rotor (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Fixiereinrichtung (4) einen Anpressbereich (43) aufweist, der in axialer Richtung des Rotors (1 ) elastisch auslenkbar ist und der an einem Magneten (3) anliegt, wobei der Magnet (3) den Anpressbereich (43) elastisch auslenkt, derart, dass der Magnet (3) von dem Anpressbereich (43) in Axialrichtung des Rotors (1 ) vorgespannt ist, wobei insbesondere der Anpressbereich (43) von seiner Umgebung durch wenigstens einen Elastifizierungsschlitz (41 1 ) getrennt ist.

7. Rotor (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung (4) eine Auskragung (44) und/oder einen Vorsprung (41 ) aufweist, welche bzw. welcher

- zur Ausrichtung der Fixiereinrichtung (4) In Bezug auf das Rotorblechpaket (2) und/oder

- zur Vorspannung der Magnete (3) in radialer Richtung

eingreift in

- einen Magnetaufnahmeschlitz (23) und/oder

- eine Magnetflusslenkausnehmung (232).

8. Herstellverfahren für einen Rotor (1 ) einer elektrischen Maschine, bei dem

- in einem ersten Schritt ein Rotorblechpaket (2) hergestellt wird, welches mehrere länglich ausgebildete Magnetaufnahmeschlitze (23) aufweist, die in radialer Richtung des Rotorblechpakets (2) ausgerichtet sind,

- in einem nachfolgenden zweiten Schritt Magnete (3) in die Magnetaufnahmeschlitze (23) eingebracht werden und

- in einem nachfolgenden dritten Schritt die Magnete (3) in den Magnetaufnahmeschlitzen (23) mittels einer Fixiereinrichtung (4) in axialer Richtung des Rotors (1 ) fixiert werden.

9. Herstellverfahren nach Anspruch 8, bei dem zur axialen Fixierung der Magnete (3) wenigstens eine Fixiereinrichtung (4), die insbesondere einen nachgiebigen Anpressbereich (43) zum Aufbringen einer axialen Vorspannung auf die Magnete (3) aufweist, auf ein axiales Ende des Rotorblechpakets (2) aufgesetzt wird, wobei die Fixiereinrichtung (4) bevorzugt durch Nieten (5) mit dem Rotorblechpaket (2) fest verbunden wird.

10. Herstellverfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem Nieten (5) zum Zusammenhalten des Rotorblechpakets (2) durch ein Magnetflusslenkloch (22) hindurch ver- nietet wird, wobei vorzugsweise die Nieten (5) zumindest zum Großteil aus nichtmagnetischem Material bestehen.