WO2019115043A1 - Rotor sowie verfahren zum herstellen eines rotors - Google Patents

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WO2019115043A1
WO2019115043A1 PCT/EP2018/076260 EP2018076260W WO2019115043A1 WO 2019115043 A1 WO2019115043 A1 WO 2019115043A1 EP 2018076260 W EP2018076260 W EP 2018076260W WO 2019115043 A1 WO2019115043 A1 WO 2019115043A1
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rotor
groove
separating element
separating
potting compound
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PCT/EP2018/076260
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Daniel Loos
Florian Beck
Endre Barti
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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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
    • H02K15/12—Impregnating, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
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Definitions

  • the present invention relates to a rotor for an electric machine and a method for manufacturing a rotor.
  • a rotor for an electric machine comprises at least one groove, wherein the at least one groove has a groove bottom and, in particular or substantially radially extending, groove walls, and where between the groove walls a separating element is provided which extends along the groove or extends along a rotational axis of the rotor and wherein the separating element is at least partially arranged or fixed on the groove bottom, or extends radially away from this, that along the groove groove chambers are formed.
  • the electric machine is according to a preferred embodiment, a foreign or current-excited synchronous machine. Among other things, this type of motor offers the advantage that no rare earths are needed for its production.
  • the rotor comprises a plurality of grooves, for example, eight, and a corresponding number of rotor teeth and Trennelemen th.
  • the groove walls are formed by the pole teeth or the rotor teeth.
  • the winding is arranged around the rotor teeth or pole teeth, so that the separating element (s) are, as it were, arranged between the windings of adjacent rotor teeth.
  • the separating element completely separates the groove chambers.
  • the separator is thus preferably over its entire length on the groove bottom positively and / or non-positively or materially secured.
  • the separating element is completely free of gaps attached to the groove bottom.
  • the separating element is preferably closed or sealed, so that it is ensured that a closed groove chamber or a closed groove chamber segment can be formed.
  • the separating element at least in sections, and recesses, openings or the like, whereby an additional form circuit and an additional holding of the separating element by the potting mass can be effected.
  • the separating element or a wall of the separating element comprises a (surface structure, for example comprising projections and / or recesses, which allow a positive connection with the potting compound, whereby the potting compound with the separating element advantageously, for example, can clamp if the separating element is straight or essentially straight along the axis of rotation, it may alternatively be shaped differently, at least in sections, in order, for example, to influence the flow behavior of the casting compound.
  • the separating element is in particular arranged or fastened in a form-fitting manner on the groove bottom.
  • a geometry is formed, in which the separating element along the rotation or rotor axis, in particular special form-fitting, can be inserted and held.
  • a rotor laminated core is seen ver with an impregnation, which applied WUR de, for example, with an injection molding process.
  • WUR de for example, with an injection molding process.
  • a corresponding geometry for example in the form of a clamp, an undercut or a groove held, which allows the arrangement and holding the separating element he.
  • the separating element or the separating elements are formed or formed directly by the aforementioned injection molding, in particular so together with the impregnation or together men formed with an insulating layer.
  • the separating element is in cross-section wedge-shaped or substantially wedge-shaped, in particular as a wedge tapering in the direction of the axis of rotation.
  • the separating element is particularly designed so that a Ab from the separating element to the adjacent windings in the radial direction Rich is substantially constant, which may be beneficial for the casting before.
  • the separating element is formed in such a way that it touches the windings at least in sections in the radial direction and / or along the axis of rotation or abuts against these, whereby an additional fixation of the winding (s) can be achieved.
  • the separating element as such is rigid and thus suitable for stiffening the entire arrangement.
  • the separating element is made of a plastic material, such as a thermoplastic or a thermosetting plastic, or of a composite material. Alternatively or in combination that is Separating element made of a metal material, such as aluminum, taken gefer.
  • the separating element is designed as a hollow body, whereby the weight of the entire arrangement can be lowered.
  • the separating element is elastic and is formed for example by an elastomer or Nomex strip.
  • the separating element is formed as an I-profile, so advantageously has a very simple and therefore inexpensive to manufacture loosely shape.
  • the separating element has or comprises a cover element, wherein the cover element is designed to close the groove in the radial direction or to the outside.
  • Such De ckel element is referred to, for example, as a cover slide.
  • the lid member Before given to the lid member is designed to fully close the groove, in particular along the ro tationsachse.
  • the lid member may be formed as a separate component, which is arranged subsequently, or else be formed as a part or portion of the separating element.
  • the separating element is wedge-shaped, the wedge may be designed such that the cover element is formed quasi with.
  • the separating element example is designed as a T-profile, which in a simple way the separation function, for the formation of the two groove chambers, as well as the cover function, from the groove close to the outside, is provided.
  • the rotor preferably comprises a multiplicity of rotor teeth, groove elements which encircle the rotor teeth being formed by the separating elements.
  • the formation of critical weld lines can advantageously be largely avoided or at least moved into noncritical regions.
  • the respective groove chamber segments are filled separately with each other, but preferably at the same time, with potting compound, for which purpose is provided for each Nuthuntsegment an injection point moderately.
  • the projecting or overhanging elements project beyond a rotor core of the rotor at the end face.
  • the separating element projects beyond the rotor laminated core at the ends on both ends. This ensures that a complete revolution of the groove chamber segment can be formed around each rotor tooth around, which comprises two axially duri Fende groove chambers and two frontally extending groove chambers.
  • end plates or star disks are arranged at the ends of the Ro torblechuns, which serve to deflect the wires of the windings and this in addition to fixie ren.
  • the separating elements protrude into the winding head area.
  • support rings are additionally provided on both rotor ends, which allow additional stability and fixation and are mounted, for example by means of a press fit on the star discs.
  • the rotor comprises at least one Stirnele element which is frontally arranged on the rotor or on the rotor laminated core (preferably at both ends) or can be arranged, wherein the end element is shaped such that it leads a shape or geometry of the separating elements.
  • the end element has an inner structure or a Ver rib, which forms webs which are adapted in cross section to the cross section of the separating elements.
  • the groove chambers can be continued on the end faces.
  • the end element for weight reduction of an aluminum material or composite material, such. As a glass or carbon fiber reinforced plastic.
  • the end element has a cylindrical Section and a front portion, wherein the end portion is formed according to an embodiment as an approximately perpendicular to the axis of rotation disc, while the cylindrical portion is laid out and shaped so that it radially surrounds the winding head region of the rotor.
  • the cylindrical portion comprises an outer sealing area or an outer sealing surface, which is vorgese to rest on the rotor.
  • the end element has a flange region, which extends away from the end portion in the direction of the rotor. The aforementioned ribbing expediently extends between the cylindri rule section, the end portion and the flange portion.
  • An inner sealing region or an inner sealing surface is expediently formed on the end face on the flange region, which is shaped, for example, as a circular ring surface and designed for abutment or arrangement on a corresponding surface of the rotor in the winding head region.
  • the groove chamber segment can be closed inwardly, ie towards the axis of rotation.
  • the Nuthuntsegment is closed by the cylindrical portion, comprising the outer sealing region, ge. Rich on both the inner sealing area and the outer Dichtbe can be provided for additional sealing sealing elements.
  • the function and geometry of the end section can also be provided by a tool, in particular an injection molding tool, in which the rotor is inserted or arranged for encapsulation.
  • a tool in particular an injection molding tool, in which the rotor is inserted or arranged for encapsulation.
  • the use of the end elements is quite advantageous because their arrangement provides additional stability.
  • the rotor comprises a potting compound, wherein the United casting compound applied by an axial injection molding of the rotor or appli is graced.
  • the potting compound may be a plastic material, eg. B. to a thermoplastic, but in particular before given to a thermosetting act.
  • the injection points can be For example, be provided in the aforementioned end portion of a Stirnelements.
  • the application of the potting compound by injection molding.
  • the rotor is placed for this purpose in a suitable injection mold and, preferably, encapsulated with a thermosetting plastic.
  • a plurality of injection points is provided, where is passed over the injection points the potting compound on the rotor.
  • the invention is also directed to a method for producing a rotor, comprising the steps:
  • a main flow direction of the potting compound is thus directed along the rotor axis.
  • the on or overmolding is preferably carried out with or in an injection molding tool, with work being carried out for complete injection molding with injection pressures of 500 bar and more.
  • the rotor or the method makes it possible to avoid critical stress states and thus leads to lower internal stresses in the rotor. In particular, the number of binding seams can be reduced or shifted into non-critical areas. It is also possible a better sheathing of the windings or wires te, as when applying or encapsulating the grout does not fill the groove and solidifies there before it has flowed between the wires, but is quasi "squeezed" by the wires. Further support measures can be dispensed with with advantage.
  • the method comprises the steps:
  • the injection points are positioned substantially above the winding heads when the rotor is vertical for encapsulation.
  • the method comprises the step:
  • the invention also relates to an electric motor, comprising a fiction, contemporary rotor.
  • the electric motor can be designed as a foreign or current-excited Syn chronmaschine. It can be designed both as an inner and as an outer rotor.
  • the engine can also be a permanent excited synchronous machine.
  • Fig. 1 a schematic sketch to illustrate the formation of weld lines
  • Fig. 2 a rotor without separating elements and the formation of
  • 3 shows a rotor with separating elements
  • 4 shows a rotor with separating elements, viewed along an axis of rotation
  • Fig. 5 two partial views of rotors with differently shaped
  • FIG. 6 shows a perspective view of a rotor
  • Fig. 7 two views of an embodiment of a Stirnelements.
  • Fig. 1 shows schematically the formation of two flow fronts 62, which arise from the fact that potting compound 60, as indicated by the arrows, is injected through a channel or the like.
  • a weld line 64 is formed in the contact region, cf. the lower half of the picture.
  • Their strength values are well below the actual strength values of the potting compound 60.
  • a ro tor arises in particular the challenge of avoiding such weld lines so well as to lay at least in non-critical areas.
  • Fig. 2 shows schematically a rotor 10, which is arranged in an injection molding 80 zeug.
  • the rotor has a plurality of rotor teeth or pole teeth 30, wherein between these rotor slots 20 are formed.
  • the distribution of the potting compound 60 results in the formation of weld lines 64 within the grooves 20 as well as on the face side.
  • the flow of the potting compound is schematically outlined by the small arrows.
  • Fig. 3 shows, in contrast, that are formed by separating elements 40 groove chambers 26, which prevent the formation of weld lines 64 in these areas chen. Instead, only the front side tie lines 64 are present.
  • the separating elements 40 are positioned where formerly the binding seams 64 have emerged. Instead of now at this point or at these Stel len flow fronts of potting compound 60 abut, they meet dividing elements 40.
  • the position of the frontal weld lines 64 can be moved in addition.
  • the shape and position of the separating elements 40 which project beyond the rotor 10 on the front side, depending Weil, the individual rotor teeth or rotor teeth surrounding, groove chamber segments 29 can be formed.
  • FIG. 4 shows, viewed along an axis of rotation R, a schematic view of a rotor 10 comprising a plurality of rotor teeth or pole teeth 30 and grooves 20 disposed therebetween.
  • separating elements 40 are arranged circumferentially, so that groove chambers 26 are ge forms, which extend along the axis of rotation R.
  • the separating elements 40 are arranged directly or directly on a groove bottom 22 and secured there. Thus, a complete separation in along the rotation axis R extending groove chambers 26 is ensured.
  • Fig. 5 shows schematically in its left half of a section of a rotor with two rotor teeth 30 and a substantially wedge-shaped separating element 40 arranged therebetween. Wires or windings 32 are also indicated in this embodiment.
  • the wedge-shaped form of the separating element 40 includes a groove 20 towards the outside.
  • an approximately T-shaped separating element 40 which comprises a separate cover element 42, is shown in the right-hand half of the figure.
  • the separating element 40 comprising the cover element 42, can be formed in one piece or integrally or else separately, in particular in two parts. According to one embodiment, the cover element 42 is also arranged only subsequently, wherein it is for this purpose, for example, positively connected to the separating element 40 a related party.
  • the reference numeral 24 denotes a groove wall, while the reference numeral 22 denotes a groove bottom.
  • an injection point 66 (dashed lines) is outlined relative to this.
  • this can also be offset to the symmetry line S positio ned, whereby the encapsulation or encapsulation and thus also the shape and position of a weld line can be adjusted.
  • Also in the radial direction of the injection point 66 may be moved.
  • a plurality of injection points 66 is provided, as becomes clear, for example, with reference to FIG. 7.
  • Fig. 6 shows in a perspective view of a rotor 10, comprising a rotor core 12 and adjacent thereto winding head areas 14. End side on the rotor core 12 are respectively front or star washers 16 arranged on which deflect the wires or windings and this, in particular special by their form, fix additionally. On the star discs or end discs 16 support rings can be arranged for additional stability and fixation, for example by means of interference fit, which, however, are not shown here. These can also support the Trennele elements in the radial direction.
  • Fig. 6 is intended to illustrate in particular form and La ge of the winding head regions 14, in which separating elements can protrude.
  • Fig. 7 shows two views of a Stirnelements 50, wherein in the right half of a sectional view is shown, see. the cutting line in the left half of the picture.
  • a plurality of webs 52 can be seen in the left half of the image, these webs are suitably ge formed such that they interact with separating elements, as outlined for example in the ro tor of FIG. 4, or continue this.
  • Such a front element 50 or such end elements 50 are attached to the front ends of the rotor ends, see. For this purpose, in particular the figure 6.
  • end chambers 28 are formed, which continue the axial Nutkam chambers, whereby Nutbattingsegmente around the rotor teeth around can be formed.
  • the end-side groove chambers 28 are closed by a cylindrical portion 55 of Stirnelements 50, radially inwardly over a flange 56.
  • the axial conclusion to the outside forms a front portion 54, inwardly, ie towards the rotor, an inner sealing region 57th
  • the position can also be seen in the right half of the image, in this arrangement, in particular, the basic structure of the end element 50, comprising the end portion 54 and the cylindrical Ab section 55, can be seen.
  • an outer sealing portion 58 is formed on the cylindrical portion 55. From the end portion 54, the flange portion 56 extends in the direction of or a rotor, which has the end face of the inner sealing portion 57.
  • the effect of the sealing surfaces 57 and 58 and the possible arrangement of the Stirnelements 50 to a rotor is very clear and understandable.

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Abstract

Rotor für eine elektrische Maschine, umfassend zumindest eine Nut, wobei die zumindest eine Nut einen Nutboden und Nutwände aufweist, und wobei zwischen den Nutwänden ein Trennelement vorgesehen ist, welches sich entlang der Nut erstreckt, und wobei das Trennelement zumindest abschnittsweise derart am Nutboden angeordnet ist, dass entlang der Nut Nutkammern gebildet sind.

Description

Rotor sowie Verfahren zum Herstellen eines Rotors
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors.
Der Einsatz von elektrischen Traktionsmaschinen für Hybrid- und Elektro fahrzeuge erfordert eine hohe Leistungsdichte und einen bestmöglichen Wir kungsgrad bei gleichzeitig geringen Kosten. Um den Anforderungen gerecht zu werden, ist zum einen eine kostenoptimierte Konstruktion sowie zum an deren eine Auslegung an der Grenze der Bauteilfestigkeit notwendig. Hoch drehende Elektromaschinen sorgen für eine hohe Leistungsdichte, führen allerdings auch zu hohen mechanischen Belastungen. Aus dem Stand der Technik ist es in diesem Zusammenhang bekannt, die Rotoren mit einer Ver gussmasse zu versehen, vgl. beispielswiese die EP 2 807 728 B1 , insbeson dere für stromerregte Synchronmaschinen, oder die DE 10 2009 046 716 A1 , für permanenterregte Maschinen. Die DE 10 2016 205 813 A1 lehrt bei spielsweise das Umspritzen im Spritzguss. Problematisch dabei ist, dass beim Vergießen oder Umspritzen Bindenähte entstehen, wenn zwei Fließ fronten aufeinander treffen. Die Festigkeitswerte der Bindenähte liegen deut lich unter den Werkstoff kennwerten des Materials der Vergussmasse. In der Folge entstehen, insbesondere bei hohen Drehzahlen, kritische Spannungs zustände während des Betriebs, welche zu Rissbildungen in der Verguss masse führen können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und insbesondere höchste Motordrehzahlen ermögli chen.
Diese Aufgabe wird durch einen Rotor gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale erge- ben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beige fügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst ein Rotor für eine elektrische Maschine zumindest eine Nut, wobei die zumindest eine Nut einen Nutboden und, sich insbeson dere bzw. im Wesentlichen radial erstreckende, Nutwände aufweist, und wo bei zwischen den Nutwänden ein Trennelement vorgesehen ist, welches sich entlang der Nut bzw. entlang einer Rotationsachse des Rotors erstreckt und wobei das Trennelement zumindest abschnittsweise derart am Nutboden angeordnet oder befestigt ist, bzw. sich radial von diesem wegerstreckt, dass entlang der Nut Nutkammern gebildet sind. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform um eine fremd- bzw. stromerregte Synchronmaschine. Dieser Motortyp bietet unter anderem den Vorteil, dass zu dessen Herstellung keine seltenen Erden benötigt wer den. Bevorzugt umfasst der Rotor eine Vielzahl von Nuten, beispielsweise acht, sowie eine entsprechende Anzahl von Rotorzähnen und Trennelemen ten. Die Nutwände werden durch die Polzähne bzw. die Rotorzähne gebildet. Um die Rotorzähne bzw. Polzähne herum ist die Wicklung angeordnet, so- dass das bzw. die Trennelemente sozusagen zwischen den Wicklungen be nachbarter Rotorzähne angeordnet sind. Dabei ist das bzw. sind die Trenn elemente insbesondere derart am Nutboden angeordnet bzw. auch befestigt, dass entlang der Nut die Nutkammern gebildet sind. Mit Vorteil kann hier durch ein um einen Rotorzahn umlaufendes Nutkammersegment gebildet werden, welches den Rotorzahn bzw. einen Polzahn, bevorzugt vollumfäng lich - und damit auch stirnseitig - umschließt. Die vorgenannten Nutkam mern bilden dabei den axialen Teil der Nutkammersegmente. Ein derart um laufendes Nutkammersegment kann die Entstehung von Bindenähten weit gehend vermeiden bzw. erleichtert deren Positionierung an unkritischen Stel len, da die Nutkammern die Vergussmasse beim Vergießen führen bzw. lei ten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform trennt das Trennelement die Nutkammern vollständig. Das Trennelement ist also bevorzugt über seine ganze Länge am Nutboden form- und/oder kraftschlüssig bzw. auch stoff schlüssig befestigt. Dies bedeutet nicht, dass es durchgehend befestigt sein muss. Dies ist möglich, aber nicht zwingend erforderlich. Ebenso ist es nicht zwingend erforderlich, dass das Trennelement vollständig spaltfrei am Nut boden befestigt ist. Das Trennelement ist als solches bevorzugt geschlossen bzw. dicht, sodass sichergestellt ist, dass eine geschlossene Nutkammer bzw. ein geschlossenes Nutkammersegment gebildet werden kann. Alterna tiv kann das Trennelement, zumindest abschnittsweise, auch Aussparungen, Öffnungen oder dergleichen aufweisen, wodurch ein zusätzlicher Form schluss und ein zusätzliches Halten des Trennelements durch die Verguss masse bewirkt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Trennelement bzw. eine Wand des Trennelements eine (Oberflächen struktur, beispielsweise umfassend Vor- und/oder Rücksprünge, welche einen Formschluss mit der Vergussmasse ermöglichen, wodurch sich die Vergussmasse mit dem Trennelement vorteilhafterweise z. B. verklammern kann. Bevorzugt ist das Trennelement entlang der Rotationsachse gerade bzw. im Wesentlichen gerade ausgebildet, kann alternativ aber zumindest abschnittsweise auch davon abweichend geformt sein, um beispielsweise das Fließverhalten der Vergussmasse zu beeinflussen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Trennelement insbesondere form schlüssig am Nutboden angeordnet bzw. befestigt. Gemäß einer Ausfüh rungsform ist beispielsweise am Nutboden eine Geometrie ausgebildet, in welche das Trennelement entlang der Rotations- bzw. Rotorachse, insbe sondere formschlüssig, eingeschoben und gehalten werden kann. Gemäß einer Ausführungsform ist ein Rotorblechpaket mit einer Imprägnierung ver sehen, welche beispielsweise mit einem Spritzgussverfahren appliziert wur de. Hierbei ist beispielsweise am Nutboden eine entsprechende Geometrie, beispielsweise in Form einer Klammer, eines Hinterschnitts oder einer Nut vorgehalten, welche die Anordnung und ein Halten des Trennelements er möglicht.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Trennelement bzw. sind die Trenn elemente direkt durch das vorgenannte Spritzgussverfahren geformt bzw. gebildet, insbesondere also zusammen mit der Imprägnierung bzw. zusam men mit einer Isolationsschicht ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Trennelement im Querschnitt keilför mig bzw. im Wesentlichen keilförmig ausgebildet, insbesondere als ein sich in Richtung der Rotationsachse verjüngender Keil. Gemäß einer Ausfüh rungsform ist das Trennelement insbesondere derart gestaltet, dass ein Ab stand des Trennelements zu den benachbarten Wicklungen in radialer Rich tung im Wesentlichen konstant ausgebildet ist, was für das Umgießen vor teilhaft sein kann. Zusätzlich oder alternativ ist das Trennelement derart aus gebildet, dass es die Wicklungen zumindest abschnittsweise in radialer Rich tung und/oder entlang der Rotationsachse berührt bzw. an diesen anliegt, wodurch eine zusätzliche Fixierung der Wicklung(en) erreicht werden kann.
Durch die Trennelemente kann eine bessere und vollständigere Ummante lung der Wicklungen/Drähte mit Vergussmasse erreicht werden, da die Ver gussmasse beim Umgießen bzw. Umspritzen nicht die Nut(en) vorfüllt und dort erstarrt, bevor sie zwischen die Drähte geflossen ist, sondern stattdes- sen quasi durch die Drähte/Wicklungen gedrückt bzw.„gezwängt“ oder ge presst wird. Damit kann ein derart stabiler und fester Rotoraufbau erreicht werden, dass auf weitere Stützmaßnahmen verzichtet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Trennelement als solches fest bzw. steif ausgebildet und damit geeignet, die gesamte Anordnung zu versteifen. Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist das Trennelement aus einem Kunststoffwerkstoff, wie einem Thermoplast oder einem Duroplast, oder aus einem Verbundwerkstoff gefertigt. Alternativ oder in Kombination ist das Trennelement aus einem Metallwerkstoff, beispielsweise Aluminium, gefer tigt. Gemäß einer Ausführungsform ist das Trennelement als Hohlkörper ausgebildet, wodurch das Gewicht der gesamten Anordnung gesenkt werden kann. Alternativ ist das Trennelement elastisch ausgebildet und wird bei spielsweise durch einen Elastomer- oder Nomex-Streifen gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Trennelement als I-Profil ausgebildet, weist also mit Vorteil eine sehr einfache und damit kostengünstig herzustel lende Form auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Trennelement ein Deckelement auf bzw. umfasst ein solches, wobei das Deckelelement ausgelegt ist, die Nut in radialer Richtung bzw. nach außen hin zu schließen. Ein derartiges De ckelelement wird beispielsweise auch als Deckschieber bezeichnet. Bevor zugt ist das Deckelelement ausgelegt, die Nut, insbesondere entlang der Ro tationsachse vollständig zu schließen. Dabei kann das Deckelelement als gesondertes Bauteil ausgebildet sein, welches nachträglich angeordnet wird, oder aber auch als ein Teil oder Abschnitt des Trennelements geformt sein. Insbesondere wenn das Trennelement keilförmig ausgebildet ist, kann der Keil derart gestaltet sein, dass das Deckelement quasi mit ausgebildet wird. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Trennelement beispiels weise als T-Profil ausgebildet, wodurch in einfacher Weise die Trennfunktion, für die Bildung der beiden Nutkammern, sowie die Deckelfunktion, zum Ab schließen der Nut nach außen hin, bereitgestellt ist.
Wie bereits erwähnt, umfasst der Rotor bevorzugt eine Vielzahl von Rotor zähnen, wobei durch die Trennelemente um die Rotorzähne umlaufende Nutkammersegmente gebildet sind. Damit kann vorteilhafterweise die Bil dung von kritischen Bindenähten weitgehend vermieden oder zumindest in unkritische Bereiche hinein verlegt werden. Gemäß einer Ausführungsform werden die jeweiligen Nutkammersegmente getrennt voneinander, bevorzugt aber durchaus gleichzeitig, mit Vergussmasse befüllt, wobei hierzu zweck- mäßigerweise für jedes Nutkammersegment ein Anspritzpunkt vorgesehen ist.
Gemäß einer Ausführungsform überragt bzw. überragen das oder die Trenn elemente ein Rotorblechpaket des Rotors stirnseitig. Bevorzugt überragt das Trennelement das Rotorblechpaket stirnseitig an beiden Enden. Damit wird erreicht, dass um jeweils einen Rotorzahn herum ein vollständig umlaufen des Nutkammersegment gebildet werden kann, welches zwei axial verlau fende Nutkammern sowie zwei stirnseitig verlaufende Nutkammern umfasst. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind an den Enden des Ro torblechpakets Stirnscheiben bzw. Sternscheiben angeordnet, welche dazu dienen, die Drähte der Wicklungen umzulenken und diese zusätzlich zu fixie ren. Zweckmäßigerweise gibt es also einen Blechpaket-Bereich und einen Wickelkopfbereich. Mit Vorteil können die Trennelemente in den Wickelkopf bereich hineinragen.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass gemäß einer bevorzugten Ausführungs form zusätzlich an beiden Rotorenden Stützringe vorgesehen sind, welche eine zusätzliche Stabilität und Fixierung ermöglichen und beispielsweise mit Hilfe einer Presspassung auf die Sternscheiben montiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Rotor zumindest ein Stirnele ment, welches stirnseitig am Rotor bzw. am Rotorblechpaket (bevorzugt an beiden Enden) angeordnet oder anordenbar ist, wobei das Stirnelement der art geformt ist, dass es eine Form oder Geometrie der Trennelemente fort führt. Insbesondere weist das Stirnelement eine Innenstruktur bzw. eine Ver rippung auf, welche Stege formt, die im Querschnitt an den Querschnitt der Trennelemente angepasst sind. Dadurch können an den Stirnseiten die Nut kammern weitergeführt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stirnelement zur Gewichtsreduktion aus einem Aluminiumwerkstoff oder Verbundwerkstoff, wie z. B. einem glas- oder kohlefaserverstärkten Kunststoff, gefertigt. Bevorzugt weist das Stirnelement einen zylindrischen Abschnitt sowie einen Stirnabschnitt auf, wobei der Stirnabschnitt gemäß einer Ausführungsform als eine etwa senkrecht zur Rotationsachse stehende Kreisscheibe ausgebildet ist, während der zylindrische Abschnitt derart aus gelegt und geformt ist, dass er den Wickelkopfbereich des Rotors radial um schließt. Bevorzugt umfasst der zylindrische Abschnitt einen äußeren Dicht bereich bzw. eine äußere Dichtfläche, welche zur Anlage am Rotor vorgese hen ist. Mit Vorteil weist das Stirnelement einen Flanschbereich auf, welcher sich vom Stirnabschnitt weg in Richtung des Rotors erstreckt. Die vorge nannte Verrippung erstreckt sich zweckmäßigerweise zwischen dem zylindri schen Abschnitt, dem Stirnabschnitt und dem Flanschbereich. Stirnseitig am Flanschbereich ist zweckmäßigerweise ein innerer Dichtbereich bzw. eine innere Dichtfläche ausgebildet, welche beispielsweise als Kreisringfläche geformt und zur Anlage oder Anordnung an einer korrespondierenden Fläche des Rotors im Wickelkopfbereich ausgelegt ist. Zweckmäßigerweise kann dadurch nach innen, also zu Rotationsachse hin, das Nutkammersegment geschlossen werden. Nach außen hin wird das Nutkammersegment durch den zylindrischen Abschnitt, umfassend den äußeren Dichtbereich, ge schlossen. Sowohl am inneren Dichtbereich als auch am äußeren Dichtbe reich können für eine zusätzliche Abdichtung Dichtelemente vorgesehen sein.
Alternativ kann die Funktion und Geometrie des Stirnabschnitts auch durch ein Werkzeug, insbesondere ein Spritzgusswerkzeug, bereitgestellt werden, in welches der Rotor zum Umspritzen eingelegt bzw. angeordnet wird. Die Verwendung der Stirnelemente ist allerdings durchaus vorteilhaft, da deren Anordnung für zusätzliche Stabilität sorgt.
Zweckmäßigerweise umfasst der Rotor eine Vergussmasse, wobei die Ver gussmasse durch ein axiales Anspritzen des Rotors aufgebracht bzw. appli ziert ist. Bei der Vergussmasse kann es sich je nach Ausführungsform um einen Kunststoffwerkstoff, z. B. um einen Thermoplast, insbesondere bevor zugt aber um einen Duroplast, handeln. Die Anspritzpunkte können bei- spielsweise im vorgenannten Stirnabschnitt eines Stirnelements vorgesehen sein. Bevorzugt erfolgt das Aufbringen der Vergussmasse im Spritzguss. Der Rotor wird hierzu in ein geeignetes Spritzgusswerkzeug eingelegt und, be vorzugt, mit einem Duroplast umspritzt.
Zweckmäßigerweise ist eine Vielzahl von Anspritzpunkten vorgesehen, wo bei über die Anspritzpunkte die Vergussmasse auf den Rotor geleitet wird.
Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines Ro tors, umfassend die Schritte:
- Anordnen eines erfindungsgemäßen Rotors in einem Spritzgusswerk zeug;
- Axiales Um- oder Anspritzen des Rotors mit Vergussmasse.
Eine Haupt-Strömungsrichtung der Vergussmasse ist also entlang der Rotor achse gerichtet. Bevorzugt erfolgt das An- oder Umspritzen mit bzw. in einem Spritzgusswerkzeug, wobei für ein vollständiges Umspritzen mit Einspritzdrü cken von 500 bar und mehr gearbeitet wird. Der Rotor bzw. das Verfahren ermöglicht ein Vermeiden kritischer Spannungszustände und führt damit zu geringeren Eigenspannungen im Rotor. Insbesondere die Anzahl von Binde nähten kann reduziert bzw. in unkritische Bereiche hinein verlagert werden. Ermöglicht wird auch eine bessere Ummantelung der Wicklungen bzw. Dräh te, da beim An- bzw. Umspritzen die Vergussmasse nicht die Nut vorfüllt und dort erstarrt bevor sie zwischen die Drähte geflossen ist, sondern quasi durch die Drähte„gezwängt“ wird. Auf weitere Stützmaßnahmen kann mit Vorteil verzichtet werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- Vorsehen einer Vielzahl von Anspritzpunkten;
- Positionieren der Anspritzpunkte jeweils umfänglich zwischen zwei Trennelementen.
Bevorzugt werden die Anspritzpunkte im Wesentlichen oberhalb der Wickel köpfe positioniert, wenn der Rotor zum Umspritzen vertikal steht. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Positionieren zumindest eines Anspritzpunktes versetzt zu einer
Symmetrielinie eines Rotorzahns.
Damit kann erreicht werden, die beim Umgießen entstehende Bindenaht bei spielsweise in die Nut bzw. in die Nutkammer im Bereich des Blechpaketes zu legen. Insbesondere wenn dort das Trennelement ein Deckelement um fasst, ist diese Stelle bzw. Position äußerst unkritisch.
Die Erfindung betrifft auch einen Elektromotor, umfassend einen erfindungs gemäßen Rotor. Der Elektromotor kann als fremd- bzw. stromerregte Syn chronmaschine ausgebildet sein. Er kann sowohl als Innen- als auch als Au ßenläufer ausgebildet sein. Daneben kann der Motor auch eine permanenter regte Synchronmaschine sein.
Für das Verfahren und den Elektromotor gelten die im Zusammenhang mit dem Rotor erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend so wie umgekehrt.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung verschiedener Rotoren bzw. Komponenten mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Verschiedene Merkmale können dabei im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Skizze zum Verdeutlichen der Entstehung von Bindenähten;
Fig. 2: einen Rotor ohne Trennelemente sowie die Ausbildung von
Bindenähten;
Fig. 3: einen Rotor mit Trennelementen; Fig. 4: einen Rotor mit Trennelementen, entlang einer Rotationsachse gesehen;
Fig. 5: zwei Teilansichten von Rotoren mit unterschiedlich geformten
Trennelementen;
Fig. 6: eine perspektivische Ansicht eines Rotors;
Fig. 7: zwei Ansichten einer Ausführungsform eines Stirnelements.
Fig. 1 zeigt schematisch die Ausbildung von zwei Fließfronten 62, welche dadurch entstehen, dass Vergussmasse 60, wie durch die Pfeile angedeutet, durch einen Kanal oder dergleichen gespritzt wird. Beim Aufeinandertreffen zweier derartiger Fließfronten 62 entsteht im Kontaktbereich eine Bindenaht 64, vgl. die untere Bildhälfte. Deren Festigkeitswerte liegen deutlich unter den eigentlichen Festigkeitswerten der Vergussmasse 60. Im Falle eines Ro tors stellt sich insbesondere die Herausforderung, derartige Bindenähte so wohl zu vermeiden als auch zumindest in unkritische Bereiche zu verlegen.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Rotor 10, welcher in einem Spritzgusswerk zeug 80 angeordnet ist. Der Rotor weist eine Vielzahl von Rotorzähnen bzw. Polzähnen 30 auf, wobei zwischen diesen Rotornuten 20 ausgebildet sind. Beim axialen Anspritzen von Vergussmasse 60 über stirnseitig positionierte Anspritzpunkte 66 kommt es durch die Verteilung der Vergussmasse 60 so wohl innerhalb der Nuten 20 als auch stirnseitig zur Bildung von Bindenähten 64. Das Fließen der Vergussmasse ist schematisch durch die kleinen Pfeile skizziert.
Fig. 3 zeigt demgegenüber, dass durch Trennelemente 40 Nutkammern 26 geformt werden, welche die Ausbildung von Bindenähten 64 in diesen Berei chen unterbinden. Stattdessen sind nur noch stirnseitig Bindenähte 64 vor handen. Die Trennelemente 40 sind dort positioniert, wo vormals die Binde- nähte 64 entstanden sind. Anstatt dass an dieser Stelle bzw. an diesen Stel len nun Fließfronten von Vergussmasse 60 aneinanderstoßen, treffen diese auf Trennelemente 40. Je nach Positionierung der Anspritzpunkte 66 kann die Lage der stirnseitigen Bindenähte 64 zusätzlich verschoben werden. In dieser schematischen Ansicht ist deutlich zu erkennen, dass durch Form und Lage der Trennelemente 40, welche den Rotor 10 stirnseitig überragen, je weils, die einzelnen Rotorzähne bzw. Rotorzähne umgebende, Nutkammer segmente 29 gebildet werden können.
Fig. 4 zeigt, entlang einer Rotationsachse R gesehen, eine schematische Ansicht eines Rotors 10, umfassend eine Vielzahl von Rotorzähnen bzw. Polzähnen 30 sowie dazwischen angeordneten Nuten 20. In den Nuten 20 sind Trennelemente 40 umfänglich angeordnet, sodass Nutkammern 26 ge bildet sind, welche sich entlang der Rotationsachse R erstrecken. Hervorzu heben ist insbesondere, dass die Trennelemente 40 direkt bzw. unmittelbar an einen Nutboden 22 angeordnet bzw. dort befestigt sind. Somit ist eine vollständige Trennung in entlang der Rotationsachse R verlaufende Nut kammern 26 gewährleistet.
Fig. 5 zeigt schematisch in seiner linken Bildhälfte einen Ausschnitt eines Rotors mit zwei Rotorzähnen 30 sowie eines dazwischen angeordneten im Wesentlichen keilförmigen Trennelements 40. Angedeutet sind in dieser Aus führungsform auch Drähte bzw. Wicklungen 32. Die keilförmige Form des Trennelements 40 schließt eine Nut 20 nach außen hin ab. Demgegenüber ist in der rechten Bildhälfte ein etwa T-förmiges Trennelement 40 dargestellt, welches ein separates Deckelelement 42 umfasst. Das Trennelement 40, umfassend das Deckelement 42, kann einstückig bzw. integral oder auch getrennt, insbesondere zweiteilig, ausgebildet sein. Gemäß einer Ausfüh rungsform wird das Deckelelement 42 auch erst nachträglich angeordnet, wobei es hierzu beispielsweise formschlüssig mit dem Trennelement 40 ver bunden ist. Das Bezugszeichen 24 kennzeichnet eine Nutwand, während das Bezugszeichen 22 einen Nutboden bezeichnet. Zurückkommend auf die linke Bildhälfte sei noch auf eine Symmetrielinie S des Rotorzahns 30 verwiesen, wobei relativ zu dieser ein Anspritzpunkt 66 (gestrichelt) skizziert ist. Je nach Ausführungsform kann dieser auch versetzt zu der Symmetrielinie S positio niert werden, wodurch das Umspritzen bzw. Umgießen und damit auch Form und Lage einer Bindenaht eingestellt werden kann. Auch in radialer Richtung kann der Anspritzpunkt 66 verschoben sein. Bevorzugt ist eine Vielzahl von Anspritzpunkten 66 vorgesehen, wie beispielsweise mit Bezug auf die Fig. 7 deutlich wird.
Fig. 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Rotor 10, umfassend ein Rotorblechpaket 12 sowie daran angrenzende Wickelkopfbereiche 14. Stirn seitig am Rotorblechpaket 12 sind jeweils Stirn- bzw. Sternscheiben 16 an geordnet, welche die Drähte bzw. Wicklungen umlenken und diese, insbe sondere durch deren Form, zusätzlich fixieren. Auf den Sternscheiben bzw. Stirnscheiben 16 können für eine zusätzliche Stabilität und Fixierung, bei spielsweise mittels Presspassung, Stützringe angeordnet werden, welche allerdings hier nicht dargestellt sind. Diese können ebenfalls die Trennele mente in radialer Richtung abstützen. Fig. 6 soll insbesondere Form und La ge der Wickelkopfbereiche 14 verdeutlichen, in welche hinein Trennelemente ragen können.
Fig. 7 zeigt zwei Ansichten eines Stirnelements 50, wobei in der rechten Bildhälfte eine Schnittdarstellung dargestellt ist, vgl. die Schnittlinie in der linken Bildhälfte. Insbesondere ist in der linken Bildhälfte eine Vielzahl von Stegen 52 zu erkennen, wobei diese Stege zweckmäßigerweise derart ge formt sind, dass sie mit Trennelementen, wie sie beispielsweise bei dem Ro tor aus Fig. 4 skizziert sind, Zusammenwirken bzw. diese weiterführen. Ein derartiges Stirnelement 50 bzw. derartige Stirnelemente 50 werden stirnseitig an den Rotorenden befestigt, vgl. hierzu insbesondere die Figur 6. Durch die Struktur bzw. innenseitige Verrippung, umfassend die Stege 52, werden sozusagen stirnseitige Kammern 28 gebildet, welche die axialen Nutkam mern weiterführen, wodurch Nutkammersegmente um die Rotorzähne herum gebildet werden können. Radial nach außen werden die stirnseitigen Nut kammern 28 durch einen zylindrischen Abschnitt 55 des Stirnelements 50 geschlossen, radial nach innen über einen Flanschbereich 56. Den axialen Abschluss nach außen hin bildet ein Stirnabschnitt 54, nach innen, also zum Rotor hin, ein innerer Dichtbereich 57. Weiter umfasst das Stirnelement 50 eine Vielzahl von Anspritzpunkten 66, zweckmäßigerweise angeordnet im Stirnabschnitt 54. Deren Lage ist auch in der rechten Bildhälfte zu erkennen, wobei in dieser Anordnung insbesondere auch der Grundaufbau des Stirn elements 50, umfassend den Stirnabschnitt 54 sowie den zylindrischen Ab schnitt 55, erkennbar ist. Am zylindrischen Abschnitt 55 ist ein äußerer Dichtbereich 58 ausgebildet. Vom Stirnabschnitt 54 erstreckt sich der Flanschbereich 56 in Richtung des bzw. eines Rotors, welcher stirnseitig den inneren Dichtbereich 57 aufweist. In Zusammenschau mit der Figur 6 wird die Wirkung der Dichtflächen 57 und 58 bzw. die mögliche Anordnung des Stirnelements 50 an einen Rotor sehr gut deutlich und verständlich.
Bezugszeichenliste
10 Rotor
12 Rotorblechpaket
14 Wickelkopfbereich
16 Stern-/Stirnscheibe
20 (Rotor-)Nut
22 Nutboden
24 Nutwand
26 Nutkammer
28 stirnseitige Kammer
29 Nutkammersegment
30 (Rotor-)Zahn
32 Wicklung
40 Trennelement
42 Deckelement
50 Stirnelement
52 Steg
54 Stirnabschnitt
55 zylindrischer Abschnitt
56 Flanschbereich
57 innerer Dichtbereich
58 äußerer Dichtbereich
60 Vergussmasse
62 Fließfront
64 Bindenaht
66 Anspritzpunkt
80 Spritzgusswerkzeug
R Rotorachse, Rotationsachse
S Symmetrielinie

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (10) für eine elektrische Maschine,
umfassend zumindest eine Nut (20),
wobei die zumindest eine Nut (20) einen Nutboden (22) und Nutwände (24) aufweist, und
wobei zwischen den Nutwänden (24) ein Trennelement (40) vorgese hen ist, welches sich entlang der Nut (20) erstreckt, und
wobei das Trennelement (40) zumindest abschnittsweise derart am Nutboden (22) angeordnet ist, dass entlang der Nut (20) Nutkammern (26) gebildet sind.
2. Rotor (10) nach Anspruch 1 ,
wobei das Trennelement (40) die Nutkammern (26) vollständig trennt.
3. Rotor (10) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Trennelement (40) formschlüssig am Nutboden (22) ange ordnet/befestigt ist.
4. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Trennelement (40) im Querschnitt keilförmig ausgebildet ist.
5. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
umfassend eine Vielzahl von Rotorzähnen (30), und
wobei durch die Trennelemente (40) um die Rotorzähne (30) umlaufen des Nutkammersegmente (29) gebildet sind.
6. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das oder die Trennelemente (40) ein Rotorblechpaket (12) des Rotors (10) stirnseitig überragt bzw. überragen.
7. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
umfassend ein Stirnelement (50), welches stirnseitig am Rotor (10) an geordnet oder anordenbar ist, und
wobei das Stirnelement (50) derart geformt ist, dass es eine Geometrie der Trennelemente (40) fortführt.
8. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
aufweisend eine Vergussmasse (60), und
wobei die Vergussmasse (60) durch ein axiales Anspritzen des Rotors (10) aufgebracht ist.
9. Verfahren zum Herstellen eines Rotors,
umfassend die Schritte:
- Anordnen eines Rotors (10) nach einem der vorhergehenden An sprüche in einem Spritzgusswerkzeug (80);
- Axiales Um- oder Anspritzen des Rotors (10) mit Vergussmasse (60).
10. Verfahren nach Anspruch 9,
umfassend die Schritte:
- Vorsehen einer Vielzahl von Anspritzpunkten (66);
Positioneren der Anspritzpunkte (66) umfänglich zwischen zwei Trennelementen (40).
11. Verfahren nach Anspruch 10,
umfassend den Schritt:
- Positionieren zumindest eines Anspritzpunktes (66) versetzt zu ei ner Symmetrielinie (S) eines Rotorzahns (30).
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