WO2021047713A1 - Rotor, verfahren zum auswuchten eines rotors, verfahren zum auswuchten eines rotors einer elektrischen rotationsmaschine sowie elektrische rotationsmaschine - Google Patents

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WO2021047713A1
WO2021047713A1 PCT/DE2020/100688 DE2020100688W WO2021047713A1 WO 2021047713 A1 WO2021047713 A1 WO 2021047713A1 DE 2020100688 W DE2020100688 W DE 2020100688W WO 2021047713 A1 WO2021047713 A1 WO 2021047713A1
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rotor
balancing
balancing element
rotor body
rotation machine
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Andreas Bexel
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Definitions

  • Rotor Procedure for balancing a rotor. Method for balancing a rotor of an electric rotating machine as well as electric
  • the invention relates to a rotor of an electrical rotating machine, a method for balancing a rotor of an electrical rotating machine and an electrical rotating machine with a stator and a rotor.
  • rotors for electrical machines are known from the prior art, which include a rotor shaft and a laminated core.
  • DE102017001 321 A1 describes a rotor for an electrical machine with a rotor shaft and a laminated core arranged on the rotor shaft and connected to it in a rotationally fixed manner, so-called balancing elements being arranged between the rotor shaft and the laminated core to enable balancing of the stator.
  • the laminated core and the rotor shaft are connected to one another via a tooth system, a balancing element being arranged at least partially in at least one tooth gap.
  • a balancing process is often necessary to ensure that the rotor in question runs smoothly and free of vibrations.
  • the rotor 1 shows a rotor 1 of an electric rotating machine according to the prior art in a perspective view.
  • the rotor 1 comprises a rotor body 10 which is composed of several laminated cores 11.
  • the individual laminated cores 11 are rotated with respect to one another about an axis of rotation 2 of the rotor 1, so that the rotor body 10 of the rotor 1 is designed to be crossed.
  • the rotor 1 can essentially be divided into three areas 20, 21, 22, namely a radially inner area 20, a radially central area 21 and a radial one outer area 22, are divided.
  • a respective region 20, 21, 22 extends in the radial direction over approximately one third of the radius of the rotor 1.
  • a shaft receptacle in the form of a hub 40 is arranged in the radially inner region 20.
  • the hub 40 is an essentially circular, axially continuous receptacle through which a rotor shaft (not shown) can be guided.
  • the hub 40 extends essentially in the axial direction and has a contour which can be positively connected to a counter contour formed by the rotor shaft in such a way that a non-rotatable connection can be realized.
  • the radially central region 21 is formed only from the material of the rotor body 10 or the laminated core 11 of the rotor 1.
  • Openings 35 and magnets 12 are arranged in the radially outer region 22.
  • a magnet 12, in particular a permanent magnet, is arranged in a respective receptacle, as a result of which the rotor 1 realizes or can realize a magnetic field in the radially outer area 22 or in the area of its radial outer side in order to make the rotor 1 a counterpart to a stator (not shown) to design an electric rotary machine.
  • a respective magnet 12 is inclined to a tangential direction so that two adjacent magnets 12 realize a V-shape.
  • V-shapes that are open radially inward and radially outward alternate along the circumference, so that the arrangement of the magnets along the circumferential direction corresponds to a jagged course.
  • two openings 35 are realized in each case.
  • the openings 35 are in the axial direction each formed essentially as a flea cylinder and arranged on a common radius.
  • FIG. 1 also shows a balancing element 30 arranged in one of these openings 35.
  • balancing element 30 is shown enlarged in FIG. From Figure 2 it can be seen that the balancing element 30 has notches on its circumference and is designed like a pin.
  • balancing element is associated with corresponding restrictions on possible positions of the balancing element, namely exclusively in the existing openings.
  • introduction of balancing elements is associated with a corresponding technological effort for the preparation of the introduction as well as for the introduction itself.
  • the present invention is based on the object of providing a rotor and an electric rotary machine equipped therewith and a method for balancing a rotor of an electric rotary machine, which allow cost-effective and flexible high-precision equalization of the mass distribution of a rotor with a long service life.
  • the invention relates to a rotor of an electric rotating machine, comprising a rotor body made of a first material with magnets and / or windings, with at least one balancing element made of a second material being arranged on at least one axial side of the rotor body, in which a Material recess can be introduced or introduced.
  • the second material is a different material than the first material.
  • the rotor body can be formed from carrier material, magnets and / or windings, so that the first material is a proportionate mixture of different materials, namely materials of a carrier body of the rotor, in or on which magnets and / or windings made of other materials may be arranged or are trained.
  • the first material is a proportionate mixture of the material of the carrier body and any magnets or windings that may be present.
  • the rotor body is composed only of magnet material and winding material.
  • the first material is therefore a proportionate mixture of magnet material and winding material.
  • An uneven mass distribution can result in particular from positional deviations of windings or winding segments.
  • An equalization of the mass distribution leads to an equalization of the mass moment of inertia of the rotor.
  • a material recess is to be understood in particular as a recess in the relevant material.
  • the material of the carrier body can be formed from individual metal sheets or laminated cores, wherein the metal sheets or laminated cores can all have an identical design. Furthermore, it can be provided that the laminated cores are different in relation to the axis of rotation of the rotor Have angular positions so that the laminated cores are positioned crossed to one another.
  • the balancing element is fastened to the rotor body by means of an integral and / or form-fitting connection.
  • the balancing element is arranged on the surface of the rotor body by means of an adhesive connection.
  • the balancing element is arranged in a groove in an end-face surface of the rotor body by means of a form fit and / or by means of an adhesive connection.
  • the balancing element is sprayed directly onto the rotor body by means of an injection molding process, so that an additional assembly step can be omitted.
  • the second material has a significantly lower density compared to the first material, which makes it possible to carry out a mass balance at at least one defined position on the end face of the rotor while removing the second material over a relatively large area.
  • the first material has a first density p1 in a range from 6 to 9 kg / dm 3 and the second material has a second density p2 in a range from 0.5 to 2.8 kg / dm 3 .
  • the first material is preferably steel with a density of approximately 7.8 kg / dm 3 and the second material is a plastic with a high glass fiber content with a density of approximately 1.5 kg / dm 3 .
  • the plastic can be a PPA with a glass fiber content of at least 40%.
  • the balancing element can essentially have the shape of a ring, at least in a section running transversely to the axis of rotation of the rotor.
  • a ring made of a second material is arranged at least on one end face of the rotor body.
  • the balancing element has, at least in a section running transversely to the axis of rotation of the rotor, essentially the shape of an essentially radially extending strip element.
  • a respective strip-shaped balancing element can be designed in such a way that, when it is installed on one end face of the rotor body, it is inserted into a receptacle running axially through the entire rotor body and has an axial extension which at least corresponds to the axial extension of the rotor body, so that it itself forms a surface area of a respective end face of the rotor body, or protrudes axially therefrom.
  • the material recess forms an axial recess in the balancing element.
  • An axial depth of such a material recess in the balancing element can be as deep as desired. It is also not excluded that a material recess is realized which axially completely penetrates the balancing element, so that an interruption is realized in the body of the balancing element.
  • the balancing element extends radially up to a maximum diameter DEmax, which has the following ratio in relation to the outer diameter DA of the rotor body: DEmax / DA ⁇ 0.8.
  • the extension of the balancing element radially outward is limited by magnets arranged in a radially outer region of the rotor body.
  • the balancing element extends radially at least up to a diameter DEmin, which has the following ratio in relation to the outer diameter DA of the rotor body: DEmin / DA> 0.5.
  • the material can be removed at the corresponding defined angular positions of the strip elements at different radial distances from the axis of rotation in order to achieve an equalization of the respective mass moments of inertia between the respective angular segments.
  • the extension of the balancing element radially inward is limited by a shaft receptacle or hub arranged in a radially inner region of the rotor body.
  • the hub is an essentially circular, axially continuous receptacle through which a rotor shaft can be guided for the purpose of a non-rotatable arrangement of the rotor on the rotor shaft.
  • the mass distribution of the rotor in relation to the axis of rotation can thus be made more uniform overall, without having to introduce stresses into the rotor.
  • a method for balancing a rotor according to the invention of an electric rotary machine which has a rotor body made of a first material with magnets and / or windings, with at least one balancing element made of a second material being arranged on at least one axial side of the rotor body, in which a material cutout is made for the purpose of equalizing the mass distribution of the rotor body.
  • the material recess or recess is made in the balancing element by means of a laser, in particular by means of a CO2 laser.
  • the detection of the material area, which is to be removed for the purpose of balancing, can in particular take place by means of an optical device, such as a camera, for example.
  • the second material of the balancing element comprises glass fibers or carbon fibers at least in some areas. That is, according to the invention, a material recess or recess in the second Material is introduced. This material recess or recess can also be implemented at several points of the ring-shaped balancing element or at several points of radially extending strip elements and / or at several radially extending strip elements.
  • an electric rotary machine which has a stator and at least one rotor according to the invention arranged radially inside the stator.
  • Fig. 2 a balancing element according to the prior art
  • FIG 3 shows a rotor 1 according to the invention according to a first embodiment.
  • the rotor 1 from FIG. 3 largely corresponds to the rotor 1 from FIG. 1.
  • rotor 1 according to the invention in FIG. 3 shows a balancing element 30 which is designed as a ring 31 made of a relatively light material.
  • the ring 31 is arranged on an axial side 13 of the rotor body 10 of the rotor in the radially central region 21.
  • the ring 31 is designed as a closed ring with a constant radius along its circumference, positioned coaxially to the axis of rotation 2 and fixed to the axial side 13 of the rotor body 10 by means of an adhesive connection (not shown here).
  • FIG. 1 An enlarged section of the rotor 1 according to the invention according to the first embodiment from FIG. 3 is shown in FIG.
  • the detail shows part of the balancing element 30 designed as a ring 31, in which the ring 31 has a material recess 33.
  • the material recess 33 extends in the side of the ring 31 facing away from the rotor in the axial direction towards the rotor body.
  • the material recess 33 extends axially over only part of the axial extent of the balancing element 30 and does not reach the axial side 13 of the rotor body 10. In the radial direction, the material recess 33 runs through the entire radial thickness of the ring 31.
  • the mass distribution of the rotor 1 can be changed accordingly, so that the mass moment of inertia of the rotor 1 can be made more uniform.
  • FIG. 5 shows a rotor 1 according to the invention according to a second embodiment.
  • the second embodiment of the rotor 1 from FIG. 5 differs from the first embodiment of the rotor 1 from FIG. 3 in the configuration of the balancing element 30.
  • the rotor 1 comprises a plurality of balancing elements 30 running transversely to the axis of rotation 2 of the rotor 1 and essentially having the shape of a radially extending strip element 32.
  • the plurality of strip elements 32 are distributed at regular angular intervals on the circumference of the rotor 1.
  • the strip elements 32 extend Star-shaped radially over the entire radially central region 21 and in regions into the radially outer region 22.
  • a respective strip element 32 is arranged at an angular position at which two adjacent magnets 12 border with edge areas on the circumference or the radial outside of the rotor 1, so that the respective strip element 32 can also extend right up to the radial outside of the rotor 1 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine sowie eine elektrische Rotationsmaschine mit einem Stator und dem Rotor. Ein Rotor (1) einer elektrischen Rotationsmaschine umfasst einen Rotorkörper (10) aus einem ersten Material mit Magneten (12) und/oder Wicklungen, wobei wenigstens an einer axialen Seite (13) des Rotorkörpers (10) zumindest ein Wuchtelement (30) aus einem zweiten Material angeordnet ist, in welchem zwecks Vergleichmäßigung der Massenverteilung des Rotorkörpers (10) eine Materialaussparung einbringbar oder eingebracht ist. Mit dem erfindungsgemäßen Rotor sowie der damit ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Auswuchten eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine lässt sich kostengünstig und flexibel eine hochgenaue Vergleichmäßigung der Masseverteilung des Rotors mit langer Lebensdauer erreichen.

Description

Rotor. Verfahren zum Auswuchten eines Rotors. Verfahren zum Auswuchten eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine sowie elektrische
Rotationsmaschine
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine, ein Verfahren zum Auswuchten eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine sowie eine elektrische Rotationsmaschine mit einem Stator und einem Rotor.
Elektrische Maschinen sind weitgehend bekannt. Aus dem Stand der Technik sind außerdem Rotoren für elektrische Maschinen bekannt, welche eine Rotorwelle sowie ein Blechpaket umfassen. Die DE102017001 321 A1 beschreibt dazu einen Rotor für eine elektrische Maschine mit einer Rotorwelle und einem auf der Rotorwelle angeordneten und mit dieser drehfest verbundenen Blechpaket, wobei zwischen der Rotorwelle und dem Blechpaket sogenannte Wuchtelemente angeordnet sind, um ein Wuchten des Stators zu ermöglichen. Das Blechpaket und die Rotorwelle sind dabei über eine Verzahnung miteinander verbunden, wobei ein Wuchtelement zumindest teilweise in wenigstens einer Zahnlücke angeordnet ist.
Ein Wuchtvorgang ist oftmals notwendig, um für einen ruhigen, vibrationsfreien Lauf des betreffenden Rotors zu sorgen.
Es ist diesbezüglich bekannt, dass beim Wuchten von rotierenden Teilen sogenannte Wuchtnieten auf einem Trägerelement angenietet werden oder Wuchtgewichte aufgeschweißt werden.
In Fig. 1 ist ein Rotor 1 einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß dem Stand der Technik in perspektivischer Ansicht dargestellt. Der Rotor 1 umfasst einen Rotorkörper 10, welcher aus mehreren Blechpaketen 11 zusammengesetzt ist.
Die einzelnen Blechpakete 11 sind dabei zueinander um eine Rotationsachse 2 des Rotors 1 verdreht, so dass der Rotorkörper 10 des Rotors 1 verschränkt ausgeführt ist.
Der Rotor 1 kann dabei im Wesentlichen in drei Bereiche 20, 21, 22, nämlich einen radial inneren Bereich 20, einen radial mittleren Bereich 21 sowie einen radial äußeren Bereich 22, unterteilt werden. Ein jeweiliger Bereich 20, 21 , 22 erstreckt sich in radialer Richtung etwa über ein Drittel des Radius des Rotors 1.
Im radial inneren Bereich 20 ist eine Wellenaufnahme in Form einer Nabe 40 angeordnet. Die Nabe 40 ist dabei eine im Wesentlichen kreisförmige axial durchgängige Aufnahme, durch welche eine Rotorwelle (nicht dargestellt) geführt werden kann. Die Nabe 40 erstreckt sich im Wesentlichen in axialer Richtung und weist eine Kontur auf, welche mit einer von der Rotorwelle ausgebildeten Gegenkontur derart formschlüssig verbindbar ist, dass eine drehfeste Verbindung realisierbar ist.
Der radial mittlere Bereich 21 ist lediglich aus dem Material des Rotorkörpers 10 bzw. der Blechpakete 11 des Rotors 1 ausgebildet.
Im radial äußeren Bereich 22 sind Öffnungen 35 sowie Magnete 12 angeordnet. In einer jeweiligen Aufnahme ist ein Magnet 12, insbesondere ein Permanentmagnet, angeordnet, wodurch der Rotor 1 im radial äußeren Bereich 22 bzw. im Bereich seiner radialen Außenseite ein Magnetfeld realisiert oder realisieren kann, um den Rotor 1 als Gegenstück zu einem Stator (hier nicht dargestellt) einer elektrischen Rotationsmaschine auszugestalten.
Ein jeweiliger Magnet 12 ist dabei zu einer tangentialen Richtung geneigt, so dass zwei benachbarte Magnete 12 eine V-Form realisieren. Nach radial innen offene und nach radial außen offene V-Formen wechseln sich dabei entlang des Umfangs ab, so dass die Anordnung der Magnete entlang der Umfangsrichtung einem gezackten Verlauf entspricht. In einer nach radial innen offenen V-Form zweier Magneten 12 sind jeweils zwei Öffnungen 35 realisiert.
Die Öffnungen 35 sind dabei in axialer Richtung jeweils im Wesentlichen als Flohlzylinder ausgebildet und auf einem gemeinsamen Radius angeordnet.
Figur 1 zeigt zudem ein in einer dieser Öffnungen 35 angeordnetes Wuchtelement 30. Das Wuchtelement 30 ist ergänzend zu Figur 1 in Figur 2 vergrößert dargestellt. Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass das Wuchtelement 30 an seinem Umfang Kerben aufweist und stiftartig ausgestaltet ist. Durch Anordnung des Wuchtelements 30 in einer Öffnung 35 bzw. weiterer Wuchtelemente 30 in Öffnungen 35 kann die Gesamt-Masse des Rotors 1 derart vergleichmäßigt werden, dass der Rotor 1 mit dem Wuchtelement 30 bzw. den Wuchtelementen 30 einen Schwerpunkt aufweist, der sich dichter an der Rotationsachse 2 befindet als der Schwerpunkt des Rotors 1 ohne Wuchtelemente 30.
Allerdings ist eine derartige Anordnung eines Wuchtelements mit entsprechenden Einschränkungen möglicher Positionen des Wuchtelements verbunden, nämlich ausschließlich in den vorhandenen Öffnungen. Zudem ist die Einbringung von Wuchtelementen mit einem entsprechenden technologischen Aufwand für die Vorbereitung der Einbringung sowie für die Einbringung selbst verbunden.
Zudem wird bei Einpressung eines derartigen Wuchtelements eine Spannung im Rotor erzeugt, die sich insbesondere bei hohen Umdrehungszahlen und daraus resultierenden hohen Belastungen negativ auswirken können.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rotor sowie eine damit ausgestattete elektrische Rotationsmaschine und ein Verfahren zum Auswuchten eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine zur Verfügung zu stellen, die kostengünstig und flexibel eine hochgenaue Vergleichmäßigung der Masseverteilung eines Rotors mit langer Lebensdauer ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 1 sowie das Verfahren zum Auswuchten eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Rotors sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Ergänzend wird eine elektrische Rotationsmaschine, welche den Rotor aufweist, gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen. Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Rotationsachse des Rotors.
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend einen Rotorkörper aus einem ersten Material mit Magneten und/oder Wicklungen, wobei wenigstens an einer axialen Seite des Rotorkörpers zumindest ein Wuchtelement aus einem zweiten Material angeordnet ist, in welchem zwecks Vergleichmäßigung der Massenverteilung des Rotorkörpers eine Materialaussparung einbringbar oder eingebracht ist.
Insbesondere handelt es sich bei dem zweiten Material um ein anderes Material als bei dem ersten Material.
Der Rotorkörper kann aus Trägermaterial, Magneten und/oder Wicklungen ausgebildet sein, so dass das erste Material eine anteilige Mischung verschiedener Werkstoffe ist, nämlich Werkstoffe eines Trägerkörpers des Rotors, in bzw. an dem gegebenenfalls vorhandene Magnete und/oder Wicklungen aus weiteren Werkstoffen angeordnet bzw. ausgebildet sind. In diesem Fall ist das erste Material eine anteilige Mischung des Materials des Trägerkörpers und gegebenenfalls vorhandener Magnete bzw. Wicklungen.
In einer alternativen Ausgestaltung ist der Rotorkörper lediglich aus Magnet-Werkstoff und Wicklungs-Werkstoff zusammengesetzt. In diesem Fall ist somit das erste Material eine anteilige Mischung aus Magnet-Werkstoff und Wicklungs-Werkstoff.
Eine ungleichmäßige Massenverteilung kann sich insbesondere durch Positions- Abweichungen von Wicklungen bzw. Wicklungssegmenten ergeben.
Eine Vergleichmäßigung der Massenverteilung führt zu einer Vergleichmäßigung des Massenträgheitsmoments des Rotors.
Unter einer Materialaussparung ist insbesondere eine Ausnehmung im betreffenden Material zu verstehen.
Das Material des Trägerkörpers kann dabei aus einzelnen Blechen oder Blechpaketen ausgebildet sein, wobei die Bleche bzw. Blechpakete alle eine identische Ausgestaltung aufweisen können. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Blechpakete in Bezug zur Rotationsachse des Rotors unterschiedliche Winkelpositionen aufweisen, so dass die Blechpakete verschränkt zueinander positioniert sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Wuchtelement mittels stoffschlüssiger und/oder formschlüssiger Verbindung am Rotorkörper befestigt.
Es kann vorgesehen sein, dass das Wuchtelement mittels einer adhäsiven Verbindung auf der Oberfläche des Rotorkörpers angeordnet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Wuchtelement mittels Formschluss und/ oder mittels einer Klebeverbindung in einer Nut in einer stirnseitigen Oberfläche des Rotorkörpers angeordnet ist. Weiterhin alternativ kann vorgesehen sein, dass das Wuchtelement mittels Spritzverfahren direkt auf den Rotorkörper aufgespritzt ist, so dass ein zusätzlicher Montageschritt entfallen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Material eine erste Dichte p1 aufweist und das zweite Material eine zweite Dichte p2 aufweist, wobei gilt: p1/p2 = 3,5 ... 10.
Das bedeutet, dass das zweite Material im Vergleich zum ersten Material eine deutlich geringere Dichte aufweist, was es ermöglicht, unter relativ großflächiger Wegnahme des zweiten Materials einen Massenausgleich an zumindest einer definierten Position an der Stirnseite des Rotors vorzunehmen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das erste Material eine erste Dichte p1 in einem Bereich von 6 bis 9 kg/dm3 aufweist und das zweite Material eine zweite Dichte p2 in einem Bereich von 0,5 bis 2,8 kg/dm3 aufweist. Bevorzugt ist das erste Material Stahl mit einer Dichte von etwa 7,8 kg/dm3 und das zweite Material ein Kunststoff mit hohem Glasfaseranteil mit einer Dichte von etwa 1 ,5 kg/dm3.
So kann der Kunststoff zum Beispiel ein PPA mit einem Glasfaser-Anteil von wenigstens 40 % sein.
Das Wuchtelement kann zumindest in einem quer zur Rotationsachse des Rotors verlaufenden Schnitt im Wesentlichen die Form eines Ringes aufweisen.
Das heißt, dass zumindest an einer Stirnseite des Rotorkörpers ein Ring aus einem zweiten Material angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Wuchtelement zumindest in einem quer zur Rotationsachse des Rotors verlaufenden Schnitt im Wesentlichen die Form eines sich im Wesentlichen radial erstreckenden Streifenelements hat. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass vorzugsweise mehrere punktsymmetrisch angeordnete, sich radial erstreckende Streifenelemente vorhanden sind.
Entsprechend verlaufen mehrere derartige Wuchtelemente sternförmig nach außen. Ein jeweiliges streifenförmiges Wuchtelement kann dabei derart ausgestaltet sein, dass es bei seiner Montage auf einer Stirnseite des Rotorkörpers in eine axial durch den gesamten Rotorkörper verlaufende Aufnahme eingesteckt wird und dabei eine axiale Erstreckung aufweist, die wenigstens der axialen Erstreckung des Rotorkörpers entspricht, sodass es selbst einen Flächenbereich einer jeweiligen Stirnseite des Rotorkörpers ausbildet, oder von dieser axial absteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bildet die Materialaussparung eine axiale Vertiefung im Wuchtelement aus. Eine axiale Tiefe einer derartigen Materialaussparung im Wuchtelement kann beliebig tief sein. Dabei ist auch nicht ausgeschlossen, dass eine Materialaussparung realisiert wird, die das Wuchtelement axial gänzlich durchsetzt, so dass eine Unterbrechung im Körper des Wuchtelements realisiert ist.
Insbesondere erstreckt sich das Wuchtelement radial maximal bis zu einem Durchmesser DEmax, der in Bezug zum Außendurchmesser DA des Rotorkörpers im folgenden Verhältnis steht: DEmax/DA<0,8.
Gegebenenfalls ist die Erstreckung des Wuchtelements nach radial außen durch in einem radial äußeren Bereich des Rotorkörper angeordnete Magnete begrenzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich das Wuchtelement radial wenigstens bis zu einem Durchmesser DEmin erstreckt, der in Bezug zum Außendurchmesser DA des Rotorkörpers im folgenden Verhältnis steht: DEmin/DA>0,5. Bei der Ausgestaltung des Wuchtelements als Ring kann somit an einer definierten radialen Position in unterschiedlichen Winkelabständen Material abgetragen werden, um je Winkelsegment ein jeweils gleiches Massenträgheitsmoment zu erreichen.
Bei der Ausgestaltung des Wuchtelements als radial verlaufendes Streifenelement bzw. mehreren derartiger Streifenelemente lassen sich an den entsprechenden definierten Winkelpositionen der Streifenelemente in unterschiedlichen radialen Abständen zur Rotationsachse die Materialabtragungen vornehmen, um derart zwischen den jeweiligen Winkelsegmenten eine Vergleichmäßigung der jeweiligen Massenträgheitsmomente zu realisieren.
Insbesondere ist die Erstreckung des Wuchtelements nach radial innen durch eine in einem radial inneren Bereich des Rotorkörpers angeordnete Wellenaufnahme bzw. Nabe begrenzt. Die Nabe ist dabei eine im Wesentlichen kreisförmige, axial durchgängige Aufnahme, durch welche eine Rotorwelle geführt werden kann, zwecks drehfester Anordnung des Rotors auf der Rotorwelle.
Durch das erfindungsgemäße Wuchtelement lässt sich somit eine Vergleichmäßigung der Massenverteilung des Rotors in Bezug auf die Rotationsachse insgesamt erreichen, ohne Spannungen in den Rotor einbringen zu müssen.
Zudem wird ein Verfahren zum Auswuchten eines erfindungsgemäßen Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine zur Verfügung gestellt, der einen Rotorkörper aus einem ersten Material mit Magneten und/oder Wicklungen aufweist, wobei an wenigstens einer axialen Seite des Rotorkörpers zumindest ein Wuchtelement aus einem zweiten Material angeordnet ist, in welchem zwecks Vergleichmäßigung der Massenverteilung des Rotorkörpers eine Materialaussparung eingebracht wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Materialaussparung bzw. Ausnehmung mittels Laser, insbesondere mittels CO2-Laser, in das Wuchtelement eingebracht wird.
Die Erkennung des Materialbereichs, welcher zwecks Wuchten zu entfernen ist, kann insbesondere mittels einer optischen Einrichtung, wie zu Beispiel einer Kamera, erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Material des Wuchtelements zumindest bereichsweise Glasfasern oder Kohlefasern umfasst. Das heißt, dass erfindungsgemäß gezielt eine Materialaussparung bzw. Ausnehmung in dem zweiten Material eingebracht wird. Diese Materialaussparung bzw. Ausnehmung kann auch an mehreren Stellen des ringförmigen Wuchtelements bzw. an mehreren Stellen sich radial erstreckender Streifenelemente und/oder an mehreren sich radial erstreckenden Streifenelementen ausgeführt werden.
Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine elektrische Rotationsmaschine zur Verfügung gestellt, die einen Stator sowie radial innerhalb des Stators angeordnet wenigstens einen erfindungsgemäßen Rotor aufweist.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in
Fig. 1 : ein Rotor gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2: ein Wuchtelement gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 3: ein erfindungsgemäßer Rotor gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 4: ein vergrößerter Ausschnitt des erfindungsgemäßen Rotors gemäß der ersten Ausführungsform und
Fig. 5: ein erfindungsgemäßer Rotor gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Auf die Figuren 1 und 2 wurde bereits zur Erläuterung des Standes der Technik Bezug genommen.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Rotor 1 gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt.
Der Rotor 1 aus Figur 3 entspricht dabei weitestgehend dem Rotor 1 aus Figur 1. Im Gegensatz zum Rotor 1 in Figur 1 , der mit mehreren Öffnungen und darin angeordneten bzw. anordbaren Kerbstiften ausgestaltet ist, umfasst der erfindungsgemäße Rotor 1 in Figur 3 jedoch ein Wuchtelement 30, welches als ein Ring 31 aus einem relativ leichten Material ausgestaltet ist.
Der Ring 31 ist auf einer axialen Seite 13 des Rotorkörpers 10 des Rotors im radial mittleren Bereich 21 angeordnet. Der Ring 31 ist als ein geschlossener Ring mit konstantem Radius entlang seines Umfangs ausgestaltet, koaxial zur Rotationsachse 2 positioniert und mittels einer Klebeverbindung (hier nicht dargestellt) an der axialen Seite 13 des Rotorkörpers 10 fixiert.
Ein vergrößerter Ausschnitt des erfindungsgemäßen Rotors 1 gemäß der ersten Ausführungsform aus Figur 3 ist in Figur 4 dargestellt.
Der Ausschnitt zeigt einen Teil des als Ring 31 ausgestalteten Wuchtelements 30, in welchem der Ring 31 eine Materialaussparung 33 aufweist. Ausgestaltet in Form einer Vertiefung, erstreckt sich die Materialaussparung 33 in der dem Rotor abgewandten Seite des Rings 31 in axialer Richtung hin zum Rotorkörper. Die Materialaussparung 33 erstreckt sich axial dabei jedoch nur über einen Teil der axialen Erstreckung des Wuchtelements 30 und erreicht nicht die axiale Seite 13 des Rotorkörpers 10. In radialer Richtung verläuft die Materialaussparung 33 durch die gesamte radiale Dicke des Rings 31.
Durch den Abtrag von Material von dem fest mit dem Rotorkörper 10 des Rotors 1 verbundenem Wuchtelement 30 kann entsprechend die Massenverteilung des Rotors 1 verändert werden, so dass eine Vergleichmäßigung des Massenträgheitsmoments des Rotors 1 realisierbar ist.
Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform des Rotors 1 aus Figur 5 unterscheidet sich dabei von der ersten Ausführungsform des Rotors 1 aus Figur 3 in der Ausgestaltung des Wuchtelements 30.
Gemäß der zweiten Ausführungsform des Rotors 1 umfasst dieser mehrere quer zur Rotationsachse 2 des Rotors 1 verlaufende und im Wesentlichen die Form eines sich radial erstreckenden Streifenelements 32 aufweisende Wuchtelemente 30. Die mehreren Streifenelemente 32 sind dabei in regelmäßigen Winkelabständen am Umfang des Rotors 1 verteilt angeordnet. Die Streifenelemente 32 erstrecken sich sternförmig radial über den gesamten radial mittleren Bereich 21 und bereichsweise in den radial äußeren Bereich 22 hinein.
Ein jeweiliges Streifenelement 32 ist dabei an einer Winkelposition angeordnet, an der zwei benachbarte Magneten 12 mit Randbereichen an den Umfang bzw. die radiale Außenseite des Rotors 1 grenzen, so dass das betreffende Streifenelement 32 ebenfalls bis dicht an die radiale Außenseite des Rotors 1 reichen kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Rotor sowie der damit ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Auswuchten eines Rotors einer elektrischen Rotationsmaschine lässt sich kostengünstig und flexibel eine hochgenaue Vergleichmäßigung der Masseverteilung des Rotors mit langer Lebensdauer erreichen.
Bezuqszeichenliste
1 Rotor 2 Rotationsachse
10 Rotorkörper 11 Blechpaket 12 Magnet 13 axiale Seite des Rotorkörpers 20 radial innerer Bereich 21 radial mittlerer Bereich 22 radial äußerer Bereich
30 Wuchtelement
31 Ring 32 Streifenelement
33 Materialaussparung
34 Kerbstift
35 Öffnung 40 Nabe DEmax Durchmesser der maximalen radialen Erstreckung des Wuchtelements DEmin Durchmesser der minimalen radialen Erstreckung des Wuchtelements DA Außendurchmesser des Rotorkörpers

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (1 ) einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend einen Rotorkörper (10) aus einem ersten Material mit Magneten (12) und/oder Wicklungen, wobei wenigstens an einer axialen Seite (13) des Rotorkörpers (10) zumindest ein Wuchtelement (30) aus einem zweiten Material angeordnet ist, in welchem zwecks Vergleichmäßigung der Massenverteilung des Rotorkörpers (10) eine Materialaussparung (33) einbringbar oder eingebracht ist.
2. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wuchtelement (30) mittels stoffschlüssiger und/oder formschlüssiger Verbindung am Rotorkörper (10) befestigt ist.
3. Rotor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material eine erste Dichte p1 aufweist und das zweite Material eine zweite Dichte p2 aufweist, wobei gilt: p1/p2 = 3,5 ... 10.
4. Rotor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wuchtelement (30) zumindest in einem quer zu einer Rotationsachse (2) des Rotors (1) verlaufenden Schnitt im Wesentlichen die Form eines Ringes (31) aufweist.
5. Rotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wuchtelement (30) zumindest in einem quer zu einer Rotationsachse (2) des Rotors (1) verlaufenden Schnitt im Wesentlichen die Form eines sich im Wesentlichen radial erstreckenden Streifenelements (32) hat.
6. Rotor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparung (33) eine axiale Vertiefung im Wuchtelement (30) ausbildet.
7. Rotor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Wuchtelement (30) radial maximal bis zu einem Durchmesser DEmax erstreckt, der in Bezug zum Außendurchmesser DA des Rotorkörpers (10) im folgenden Verhältnis steht: DEmax/DA<0,8.
8. Rotor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Wuchtelement (30) radial wenigstens bis zu einem Durchmesser DEmin erstreckt, der in Bezug zum Außendurchmesser DA des Rotorkörpers (10) im folgenden Verhältnis steht: DEmin/DA>0,5.
9. Verfahren zum Auswuchten eines Rotors (1) einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, der einen Rotorkörper (10) aus einem ersten Material mit Magneten (12) und/oder Wicklungen aufweist, wobei an wenigstens einer axialen Seite (13) des Rotorkörpers (10) zumindest ein Wuchtelement (30) aus einem zweiten Material angeordnet ist, in welchem zwecks Vergleichmäßigung der Massenverteilung des Rotorkörpers (10) eine Materialaussparung eingebracht wird.
10. Elektrische Rotationsmaschine, umfassend einen Stator sowie radial innerhalb des Stators angeordnet wenigstens einen Rotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
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