WO2023052362A1 - Rotor für eine elektrische maschine mit einem verbindungskanal - Google Patents

Rotor für eine elektrische maschine mit einem verbindungskanal Download PDF

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WO2023052362A1
WO2023052362A1 PCT/EP2022/076847 EP2022076847W WO2023052362A1 WO 2023052362 A1 WO2023052362 A1 WO 2023052362A1 EP 2022076847 W EP2022076847 W EP 2022076847W WO 2023052362 A1 WO2023052362 A1 WO 2023052362A1
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rotor
laminated core
pockets
magnet
connecting channel
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PCT/EP2022/076847
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Christoph Wieczorek
Markus Rubi
Alexander Schlereth
Kay Lemmert
Stephan Hellmuth
Robert Werner
Robin Büsch
Sebastian Dieterich
Original Assignee
Valeo Eautomotive Germany Gmbh
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Publication date
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    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
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    • 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
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    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
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    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
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    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]

Definitions

  • the invention relates to a rotor for an electric machine, an electric machine with a rotor, a vehicle with an electric machine and a method for producing a rotor.
  • the rotor has a laminated core formed from stacked electrical laminations (rotor core) with magnet pockets arranged therein and a plurality of magnets, of which at least one is inserted in each of the magnet pockets.
  • Electrical machines with such a rotor are increasingly being used in electrically powered vehicles and hybrid vehicles, primarily as an electric motor for driving a wheel or an axle of such a vehicle.
  • Such an electric motor is usually mechanically coupled to a gear for speed adjustment.
  • the electric motor is usually electrically coupled to an inverter, which generates an AC voltage for the operation of the electric motor, for example a polyphase AC voltage, from a DC voltage supplied by a battery.
  • the rotor must ensure that the magnets maintain their position in the magnet pockets, especially at high speeds.
  • it is customary to encapsulate the magnets in the magnet pockets with an encapsulating compound, so that the magnets are securely fastened or fixed in the laminated core.
  • the encapsulation is complex and it can happen that unwanted cavities or air bubbles remain in the laminated core.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a rotor for an electrical machine whose magnets can be cast in a particularly simple manner, with no cavities or air bubbles remaining in the laminated core of the rotor.
  • the invention provides for a rotor of the type mentioned at the outset to have a plurality of free spaces, each of which is delimited by the magnets inserted in one of the magnet pockets and the laminated core. Furthermore, the rotor has a first connecting channel, which connects a first of the free spaces, which is assigned to a first of the magnetic pockets, with a second of the free spaces, which is assigned to a second of the magnetic pockets.
  • the free spaces can be cast with a casting compound, as a result of which the magnets are fixed in the laminated core, in particular glued to the laminated core. Potting is a comparatively simple and inexpensive way of attaching the magnets.
  • both free spaces can be cast in a single process step. Consequently, different magnetic pockets are cast in the same process step.
  • a free space is assigned to a magnetic pocket can be understood here in such a way that the free space belongs to the magnetic pocket or forms part of the magnetic pocket. In other words, the free space takes up part of the volume of the magnet pocket.
  • the laminated core can be formed from the electrical laminations by these being welded, glued, stamped or fastened to one another in some other way.
  • the laminated core can have a cylindrical shape.
  • each electrical lamination can have a central opening which, in the installed state, forms an axial borehole in the laminated core through which a rotor shaft of the rotor can lead.
  • the axis of the rotor shaft or the rotor corresponds to the axial axis of the laminated core.
  • the laminated core can be composed of a plurality of laminated core segments, it being possible for one or more of the laminated core segments to be twisted relative to one or more of the other laminated core segments. In this way, the rotational behavior of the rotor can be improved.
  • the laminated cores can be twisted against each other in such a way that that the axial free spaces otherwise running parallel to the rotor axis run obliquely to the rotor axis.
  • the electrical machine can have a stator relative to which the rotor can rotate.
  • the stator can have a further laminated core (stator core), which is formed from stacked electrical laminations.
  • stator can have windings of electrical conductors, for example as coil windings or flat wire windings.
  • the machine can be equipped with a housing in which the rotor and the stator are accommodated, with the rotor shaft being able to protrude from the housing.
  • the magnets used in one of the magnet pockets are preferably lined up axially. As a result, the magnets can simply be inserted or pushed into the magnet pocket one after the other when assembling the rotor.
  • the magnets lined up axially are referred to as "magnet stacks".
  • the rotor can have several such magnet stacks, each of which is arranged in a magnet pocket. As an alternative to a magnet stack, a single magnet can also be arranged in one or more of the magnet pockets.
  • a space may be formed on one side surface of a magnet pocket, and another space may be formed on an opposite side surface of the magnet pocket. This allows the magnets arranged between the two free spaces to be fixed particularly well with the encapsulation.
  • the two free spaces can be separated from one another by a magnet or a magnet stack.
  • the volume of the free spaces is generally selected to be significantly smaller than the volume of the magnet stack in order to limit the amount of potting compound required to fill the free spaces.
  • the first free space, the second free space and the first connecting channel form a continuous channel belong, which connects a filling port with a vent port of the rotor.
  • the continuous channel can be completely filled with casting compound in a single method step.
  • the first connecting channel runs on an axial side of the laminated core. This is preferably the axial side on which the filling opening is arranged. Alternatively, it can be the opposite axial side.
  • a further embodiment of the invention provides a second connecting channel which runs on an opposite axial side of the laminated core and connects the second free space to a third of the free spaces.
  • the first connecting channel and the second connecting channel each run on a different axial side.
  • the third free space is preferably assigned to the second magnetic pocket.
  • the third free space can be assigned to a third magnetic pocket.
  • the rotor can have further connecting channels for connecting further free spaces to the free spaces mentioned so far.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the first connecting channel and/or the second connecting channel each run in an end plate of the rotor.
  • Such an end plate is arranged on an axial side of the laminated core.
  • a connecting channel can be formed, for example, as a groove in the end plate, preferably on an inner side of the end plate.
  • the rotor according to the invention can have no end plate.
  • the first connection channel and/or the second connection channel can each run in an end plate of the laminated core.
  • Such an end plate is arranged on an axial side of the laminated core.
  • a Connection channel can be formed, for example, in a bulge of the end plate.
  • the filling opening and the ventilation opening are preferably arranged on the same axial side of the laminated core.
  • the filling opening and the ventilation opening can be arranged on different axial sides of the laminated core.
  • a particularly preferred embodiment of the rotor provides two, three or four continuous channels corresponding to the above-mentioned continuous channel, which each connect a different filling opening of the rotor to a different ventilation opening of the rotor.
  • a large part of the connection channels or even all of the connection channels can be connected in such a way that the magnets of the rotor can be cast in a few process steps or in a single process step.
  • the magnets of the rotor according to the invention are preferably cast with a casting compound that fills the free spaces. Normally the voids are completely filled with potting compound. However, it is also possible to only partially fill the free spaces with casting compound.
  • An epoxy resin or an adhesive, among others, can be used as the casting compound.
  • the invention relates to an electrical machine with a rotor of the type described.
  • the electrical machine can have a stator relative to which the rotor can be rotated.
  • the stator can have a further laminated core (stator core), which is formed from stacked electrical laminations.
  • the stator can have windings of electrical conductors, for example in the form of coil windings or flat wire windings.
  • the invention relates to a vehicle with such an electric machine, which is provided for driving the vehicle.
  • the machine can drive a wheel or an axle of the vehicle.
  • the invention relates to a method for producing a rotor for an electrical machine, with the following steps:
  • free spaces that are assigned to different magnet pockets can be cast simultaneously or in the same method step, which means that the method can be carried out particularly easily and quickly.
  • the casting compound flows out of the first free space through the connecting channel into the second free space.
  • FIG. 1 is a perspective view of a laminated core and a rotor shaft of a rotor according to the invention
  • FIG. 2 shows a section of the laminated core shown in FIG. 1,
  • FIG. 5 shows a perspective view of the rotor without the laminated core and the rotor shaft
  • Fig. 6 is a view of the arrangement shown in Fig. 5 from a different perspective
  • FIG. 7 shows a vehicle with an electric machine with the rotor.
  • the rotor 1 shown in FIG. 1 is intended for an electrical machine and comprises a cylindrical laminated core 2 composed of stacked electrical laminations.
  • the laminated core 2 encloses a rotor shaft 4 in a positive and/or non-positive manner.
  • the electrical laminations are divided into five laminated core segments, in which case the rotor 1 could also have a different number of laminated core segments or an unsegmented laminated core. Each laminated core segment is rotated by the same angle of rotation relative to an adjacent laminated core segment in the circumferential direction.
  • FIG. 2 shows a detail of the rotor 1 . It can be seen there that a plurality of magnetic pockets 3, 5 are arranged in the laminated core 2 along the circumference of the rotor 1, each of which extends from the shown axial side of the laminated core 2 to its opposite axial side. In a magnet pocket 3, 5, several cuboid magnets 6, 7 are lined up axially, forming a magnet stack. A total of 32 such magnet stacks are accommodated in the laminated core, although a different number of magnet stacks can also be used.
  • the magnetic pockets 3, 5 are of different sizes. In particular, a distinction can be made between larger magnetic pockets 3 with longer axial openings and smaller magnetic pockets 5 with shorter axial openings. In the larger magnet pockets 3, larger magnets 6 with longer axial faces are lined up axially, while in the smaller magnet pockets 5 smaller magnets 7 with shorter axial faces are lined up axially.
  • Two adjacent, larger magnet pockets 3 are arranged symmetrically to one another with respect to a radial axis (not shown) of the laminated core 2, with the two magnet pockets 3 forming a V-shape which opens radially outwards.
  • two adjacent smaller magnet pockets 5 are arranged symmetrically to one another with respect to the radial axis, with the two magnet pockets 5 also forming a V-shape.
  • each magnetic pocket 3, 5 has a free space 8 formed on one side face of the magnetic pocket 3, 5 and a free space 9 formed on an opposite side face of the magnetic pocket 3, 5, between which a magnet stack is located.
  • the free spaces 8 , 9 each run from one axial side to the opposite axial side of the laminated core 2 , with the free space 9 running radially outside of the free space 8 .
  • FIG. 3 shows the rotor 1 with a first end plate 10 and a second end plate 11 in a side view.
  • the end plates 10, 11 are arranged on opposite axial sides of the laminated core 2 and are connected to one another using clamping elements.
  • the laminated core 2 is permanently subjected to a compressive force or prestressing force. This prevents the electrical laminations of the laminated core 2 from becoming detached from one another, in particular at high speeds of the rotor 1 .
  • FIG. 4 is a perspective view of the rotor 1 with the end plates 10, 11.
  • the clamping elements are in the form of screws 12, the ends of which can be seen in FIG.
  • Each of the eight bolts 12 runs axially through the first end plate 10 , the laminated core 2 and the second end plate 11 .
  • the end plates 10, 11 and the laminated core 2 are each provided with axial bores.
  • the heads of the screws 12 (not visible) are arranged on the first end plate 10 .
  • the screws 12 are screwed with nuts.
  • FIG. 5 is a view of the rotor from the same perspective as in FIG. 4, with the laminated core 2, the rotor shaft 4 and the screws 12 not being shown. On the other hand, the two end plates 10, 11 and the axial free spaces and connecting channels filled with the casting compound are shown.
  • the second end plate 11 has a filling opening 13 which is connected to a ventilation opening 14 via the free spaces and connecting channels.
  • the free spaces and connecting channels thus form a continuous channel which extends from the filling opening 13 to the ventilation opening 14 .
  • the continuous channel includes, among other things, a free space 15 which extends axially from the filling opening 13 to the first end plate 10 and is part of a first magnetic pocket.
  • connection channel 16 formed in the first end plate 10 adjoins the first free space 15 and runs between a magnet stack (not shown in FIG. 5) arranged in the first magnet pocket and the first end plate 10 .
  • a further free space 17 connects to the connecting channel 16, which extends axially from the first end plate 10 to the second end plate 11 and is part of the first magnetic pocket.
  • the free space 17 can be referred to as "first free space”.
  • connection channel 18 connects to the free space 17.
  • the connection channel 18 is formed in the second end plate 11 and extends to another space 19. Referring to the claims, the connection channel 18 can be referred to as “first connection channel” and the space 19 as "second space”.
  • the free space 19 is part of a second magnet pocket and runs axially from the second end plate 11 to the first end plate 10.
  • a further connecting channel 20 formed in the first end plate 10 adjoins the free space 19, which connects between a magnet stack arranged in the second magnet pocket and the first end plate 10 runs.
  • the connecting duct 20 may be referred to as a "second connecting duct”.
  • the connecting channel 20 connects the free space at 19 with a further free space 25 which extends axially from the first end plate 10 to the second end plate 11 and is part of the second magnetic pocket.
  • the space 25 can be referred to as a "third space”.
  • the third free space can also be part of a third magnetic pocket.
  • connection channels and free spaces which extend up to the ventilation opening 14 , are connected to the free space 25 .
  • the continuous channel formed by the free spaces and connecting channels mentioned runs in a meandering manner between the two end plates 10, 11 and connects the filling opening 13 with the ventilation opening 14.
  • the channel is characterized in that it is cast with casting compound in a single process step can be.
  • the casting compound can be introduced or pressed into the filling opening 13 so that the casting compound flows up to the ventilation opening 14 .
  • the continuous channel extends over approximately a quarter of the circumference of the laminated core 2.
  • other embodiments of the invention are also possible in which such a channel extends over approximately half the circumference or over the entire circumference.
  • connection channels can also be formed in end plates of the laminated core, for example using curvatures in the end plates.
  • FIG. 7 schematically shows a vehicle 21 with an electric machine 22, which is used to drive the vehicle 21.
  • the electrical machine 22 has a housing 23 in which the rotor 1 and a stator 24 which surrounds the rotor 1 are accommodated.
  • the laminated core 2, in which the magnet pockets 3.5 are arranged is formed from stacked electrical laminations.
  • a second step the magnets 6, 7 are inserted into each of the magnet pockets 3.5, with free spaces remaining, which are each delimited by the magnets 6.7 inserted into one of the magnet pockets 3.5 and the laminated core 2.
  • a first connecting channel is formed, which connects a first of the free spaces, which is assigned to a first of the magnetic pockets 3.5, with a second of the free spaces, which is assigned to a second of the magnetic pockets.
  • the magnets 6, 7 inserted into the magnet pockets 3, 5 are cast with a casting compound.
  • a portion of the potting compound can flow from the first free space through the first connecting channel into the second free space.
  • a nozzle of a filling device is placed on the filling opening 13 (or each filling opening) of the first end plate 10 .
  • the casting compound is pressed into the free spaces with overpressure, so that the casting compound flows through the axially extending connecting channels, as was explained with reference to FIG. 5 and FIG. Meanwhile, air escapes from the laminated core 2 , in particular from the free spaces and connecting channels, through the ventilation opening 14 .
  • the casting compound hardens.
  • the rotor shaft 4 is inserted through an axially extending central through opening of the laminated core 2 (and corresponding openings of the end plates 10, 11) so that the laminated core 2 encloses the rotor shaft 4 and is fixed thereto.

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Abstract

Rotor (1) für eine elektrische Maschine (22), umfassend: ein aus gestapelten Elektroblechen gebildetes Blechpaket (2) mit darin angeordneten Magnettaschen (3, 5), mehrere Magnete (6, 7), von denen in jede der Magnettaschen (3, 5) mindestens einer eingesetzt ist, mehrere Freiräume (8, 9, 17, 19, 25), die jeweils von den in eine der Magnettaschen (3, 5) eingesetzten Magneten (6, 7) und dem Blechpaket (2) begrenzt sind, und einen ersten Verbindungskanal (18), der einen ersten der Freiräume (17), der einer ersten der Magnettaschen (3) zugeordnet ist, mit einem zweiten der Freiräume (19) verbindet, der einer zweiten der Magnettaschen (5) zugeordnet ist. Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine (22) mit einem derartigen Rotor (1), ein Fahrzeug (21) mit einer solchen elektrischen Maschine (22) und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rotors (1).

Description

Rotor für eine elektrische Maschine mit einem Verbindungskanal
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine mit einem Rotor, ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors.
Der Rotor weist ein aus gestapelten Elektroblechen gebildetes Blechpaket (Rotorpaket) mit darin angeordneten Magnettaschen und mehreren Magneten auf, von denen in jede der Magnettaschen mindestens einer eingesetzt ist.
Elektrische Maschinen mit einem derartigen Rotor werden in zunehmendem Maße in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen verwendet, überwiegend als Elektromotor für den Antrieb eines Rads oder einer Achse eines derartigen Fahrzeugs.
Ein solcher Elektromotor ist zumeist mechanisch mit einem Getriebe zur Drehzahlanpassung gekoppelt. Daneben ist der Elektromotor in der Regel elektrisch mit einem Wechselrichter gekoppelt, der aus einer von einer Batterie gelieferten Gleichspannung eine Wechselspannung für den Betrieb des Elektromotors erzeugt, beispielsweise eine mehrphasige Wechselspannung.
Es ist auch möglich, eine elektrische Maschine mit einem derartigen Rotor als Generator zur Rekuperation von Bewegungsenergie eines Fahrzeugs zu betreiben. Hierzu wird die Bewegungsenergie zunächst in elektrische Energie und dann in chemische Energie einer Fahrzeugbatterie umgewandelt.
Bei dem Rotor muss sichergestellt werden, dass die Magnete ihre Position in den Magnettaschen beibehalten, insbesondere bei hohen Drehzahlen. Hierzu ist es üblich, die Magnete in den Magnettaschen mit einer Vergussmasse zu vergießen, so dass die Magnete sicher in dem Blechpaket befestigt beziehungsweise fixiert werden. Allerdings ist das Vergießen aufwändig und es kann dazu kommen, dass dabei unerwünschte Hohlräume beziehungsweise Luftblasen im Blechpaket verbleiben. Diese beeinträchtigen die Stabilität der Fixierung der Magnete und können zu einer Unwucht des Rotors führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, dessen Magnete sich besonders einfach vergießen lassen, wobei keine Hohlräume beziehungsweise Luftblasen im Blechpaket des Rotors verbleiben.
Zur Lösung der Aufgabe ist bei einem Rotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass er mehrere Freiräume aufweist, die jeweils von den in eine der Magnettaschen eingesetzten Magneten und dem Blechpaket begrenzt sind. Ferner verfügt der Rotor über einen ersten Verbindungskanal, der einen ersten der Freiräume, welcher einer ersten der Magnettaschen zugeordnet ist, mit einem zweiten der Freiräume verbindet, der einer zweiten der Magnettaschen zugeordnet ist.
Die Freiräume können mit einer Vergussmasse vergossen werden, wodurch die Magnete in dem Blechpaket fixiert, insbesondere mit dem Blechpaket verklebt werden. Das Vergießen stellt eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Art dar, die Magnete zu befestigen.
Da ein erster der Freiräume, der einer ersten der Magnettaschen zugeordnet ist, durch den ersten Verbindungskanal mit einem zweiten der Freiräume verbunden ist, der einer zweiten der Magnettaschen zugeordnet ist, können beide Freiräume bei einem einzigen Verfahrensschritt vergossen werden. Folglich werden unterschiedliche Magnettaschen beim selben Verfahrensschritt vergossen.
Es entfällt dadurch das mehrfache Positionieren einer Düse, mit der das Harz injiziert wird, für jede der Magnettaschen separat. Der Prozess des Vergießens der Magnettaschen kann somit beträchtlich beschleunigt werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass beim Einfüllen der Vergussmasse Luft, die sich in dem ersten Freiraum befindet, über den Verbindungskanal und den zweiten Freiraum nach außen entweichen kann. Dadurch lassen sich sowohl die beiden Freiräume als auch der Verbindungskanal vollständig mit Vergussmasse füllen, ohne dass ein unerwünschter Hohlraum verbleibt.
Auf diese Weise werden die Magnete stabil befestigt und außerdem wird eine Unwucht des Rotors vermieden. Damit ist gewährleistet, dass der Rotor seine magnetischen Eigenschaften dauerhaft beibehält. Folglich ist ein störungsfreier Betrieb der elektrischen Maschine, die den erfindungsgemäßen Rotor umfasst, sichergestellt.
Dass ein Freiraum einer Magnettasche zugeordnet ist, kann hierin so verstanden werden, dass der Freiraum zu der Magnettasche gehört beziehungsweise einen Teil der Magnettasche bildet. Mit anderen Worten beansprucht der Freiraum einen Teil des Volumens der Magnettasche.
Das Blechpaket kann aus den Elektroblechen gebildet werden, indem diese verschweißt, verklebt, stanzpaketiert oder auf andere Weise aneinander befestigt werden. Insbesondere kann das Blechpaket eine zylindrische Form haben. Ferner kann jedes Elektroblech eine zentrale Öffnung besitzen, die im montierten Zustand eine axiale Bohrung des Blechpakets bilden, durch die eine Rotorwelle des Rotors führen kann. Die Achse der Rotorwelle beziehungsweise des Rotors entspricht der Axialachse des Blechpakets.
Weiterhin kann das Blechpaket aus mehreren Blechpaketsegmenten zusammengesetzt sein, wobei eines oder mehrere der Blechpaketsegmente gegenüber einem oder mehreren der anderen Blechpaketsegmente verdreht sein können. Auf diese Weise kann das Rotationsverhalten des Rotors verbessert werden. Insbesondere können die Blechpakete so gegeneinander verdreht sein, dass die ansonsten parallel zur Rotorachse verlaufenden axialen Freiräume schräg zur Rotorachse verlaufen.
Neben dem Rotor kann die elektrische Maschine über einen Stator verfügen, gegenüber dem der Rotor drehbar ist. Der Stator kann ein weiteres Blechpaket (Statorpaket) aufweisen, das aus gestapelten Elektroblechen gebildet ist.
Daneben kann der Stator Wicklungen elektrischer Leiter besitzen, zum Beispiel als Spulenwicklungen oder Flachdrahtwicklungen. Zusätzlich kann die Maschine mit einem Gehäuse ausgestattet sein, in dem der Rotor und der Stator aufgenommen sind, wobei die Rotorwelle aus dem Gehäuse ragen kann.
Die in eine der Magnettaschen eingesetzten Magnete sind vorzugsweise axial aneinandergereiht. Dadurch können bei der Montage des Rotors die Magnete einfach nacheinander in die Magnettasche eingesetzt beziehungsweise eingeschoben werden. Die axial aneinandergereihten Magnete werden als „Magnetstapel“ bezeichnet. Der Rotor kann mehrere solcher Magnetstapel aufweisen, die jeweils in einer Magnettasche angeordnet sind. Alternativ zu einem Magnetstapel kann in einer oder mehreren der Magnettaschen jeweils auch ein einzelner Magnet angeordnet sein.
Ein Freiraum kann an einer Seitenfläche einer Magnettasche ausgebildet sein, wobei ein anderer Freiraum an einer gegenüberliegenden Seitenfläche der Magnettasche ausgebildet ist. Damit lassen sich die zwischen den beiden Freiräumen angeordneten Magnete mit dem Vergießen besonders gut befestigen.
Die beiden Freiräume können durch einen Magneten oder einen Magnetstapel voneinander getrennt sein. Das Volumen der Freiräume wird in der Regel deutlich kleiner als das Volumen des Magnetstapels gewählt, um die Menge der zum Füllen der Freiräume benötigten Vergussmasse zu begrenzen.
Im Rahmen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der erste Freiraum, der zweite Freiraum und der erste Verbindungskanal zu einem durchgängigen Kanal gehören, der eine Einfüllöffnung mit einer Entlüftungsöffnung des Rotors verbindet. Dadurch kann der durchgängige Kanal bei einem einzelnen Verfahrensschritt vollständig mit Vergussmasse befällt werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung verläuft der erste Verbindungskanal an einer Axialseite des Blechpakets. Vorzugsweise handelt es sich dabei um die Axialseite, an der die Einfüllöffnung angeordnet ist. Alternativ dazu kann es sich um die gegenüberliegende Axialseite handeln.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht einen zweiten Verbindungskanal vor, der an einer gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets verläuft und den zweiten Freiraum mit einem dritten der Freiräume verbindet. Somit verlaufen der erste Verbindungskanal und der zweite Verbindungskanal jeweils an einer anderen Axialseite.
Der dritte Freiraum ist vorzugsweise, genau wie der zweite Freiraum, der zweiten Magnettasche zugeordnet. Alternativ dazu kann der dritte Freiraum einer dritten Magnettasche zugeordnet sein. Zusätzlich kann der Rotor weitere Verbindungskanäle zum Verbinden weiterer Freiräume mit den bisher genannten Freiräumen aufweisen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der erste Verbindungskanal und/oder der zweite Verbindungskanal jeweils in einer Endplatte des Rotors verlaufen. Eine solche Endplatte ist an einer Axialseite des Blechpakets angeordnet. Ein Verbindungskanal kann beispielsweise als Nut der Endplatte ausgebildet sein, bevorzugt an einer Innenseite der Endplatte.
Es auch möglich, dass der erfindungsgemäße Rotor keine Endplatte aufweist. In diesem Fall können der erste Verbindungskanal und/oder der zweite Verbindungskanal jeweils in einem Endblech des Blechpakets verlaufen. Ein solches Endblech ist an einer Axialseite des Blechpakets angeordnet. Ein Verbindungskanal kann beispielsweise in einer Wölbung des Endblechs ausgebildet sein.
Die Einfüllöffnung und die Entlüftungsöffnung sind bevorzugt an derselben Axialseite des Blechpakets angeordnet. Alternativ dazu können die Einfüllöffnung und die Entlüftungsöffnung an unterschiedlichen Axialseiten des Blechpakets angeordnet sein.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Rotors sieht zwei, drei oder vier dem oben genannten durchgängigen Kanal entsprechende durchgängige Kanäle vor, die jeweils eine andere Einfüllöffnung des Rotors mit einer anderen Entlüftungsöffnung des Rotors verbinden. Auf diese Weise können ein großer Teil der Verbindungskanäle oder sogar sämtliche Verbindungskanäle so verbunden sein, so dass die Magnete des Rotors bei wenigen Verfahrensschritten oder einem einzigen Verfahrensschritt vergossen werden können.
Wie bereits erwähnt, sind die Magnete des erfindungsgemäßen Rotors vorzugsweise mit einer Vergussmasse vergossen, welche die Freiräume füllt. Normalerweise werden die Freiräume vollständig mit Vergussmasse gefüllt. Es ist jedoch auch möglich, die Freiräume nur teilweise mit Vergussmasse zu füllen. Als Vergussmasse kann unter anderem ein Epoxidharz oder ein Klebstoff verwendet werden.
Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Rotor der beschriebenen Art. Neben dem Rotor kann die elektrische Maschine über einen Stator verfügen, gegenüber dem der Rotor drehbar ist. Der Stator kann ein weiteres Blechpaket (Statorpaket) aufweisen, das aus gestapelten Elektroblechen gebildet ist. Daneben kann der Stator Wicklungen elektrischer Leiter besitzen, zum Beispiel in Form von Spulenwicklungen oder Flachdrahtwicklungen. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer derartigen elektrischen Maschine, die zum Antreiben des Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Maschine kann insbesondere ein Rad oder eine Achse des Fahrzeugs antreiben.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine, mit den folgenden Schritten:
- Bilden eines Blechpakets, in dem Magnettaschen angeordnet sind, aus gestapelten Elektroblechen,
- Einsetzen mindestens eines Magneten in jede der Magnettaschen, wobei Freiräume verbleiben, die jeweils von den in eine der Magnettaschen eingesetzten Magneten und dem Blechpaket begrenzt werden,
- Bilden wenigstens eines ersten Verbindungskanals, der einen ersten der Freiräume, der einer ersten der Magnettaschen zugeordnet ist, mit einem zweiten der Freiräume verbindet, der einer zweiten der Magnettaschen zugeordnet ist, und
- Vergießen der in die Magnettaschen eingesetzten Magnete mit einer Vergussmasse.
Bei dem Verfahren können Freiräume, die unterschiedlichen Magnettaschen zugeordnet sind, gleichzeitig beziehungsweise beim selben Verfahrensschritt vergossen werden, wodurch das Verfahren besonders einfach und schnell ausführbar ist.
Bei dem Verfahren wird es insbesondere bevorzugt, dass die Vergussmasse aus dem ersten Freiraum durch den Verbindungskanal in den zweiten Freiraum strömt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Blechpakets und einer Rotorwelle eines erfindungsgemäßen Rotors, Fig. 2 einen Ausschnitt des in Fig. 1 gezeigten Blechpakets,
Fig. 3 den mit Endplatten versehenen Rotor in einer Seitenansicht,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Rotors,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Rotors ohne das Blechpaket und die Rotorwelle,
Fig. 6 eine Ansicht der in Fig. 5 gezeigten Anordnung aus einer anderen Perspektive, und
Fig. 7 ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine mit dem Rotor.
Der in Figur 1 gezeigte Rotor 1 ist für eine elektrische Maschine vorgesehen und umfasst ein aus gestapelten Elektroblechen zusammengesetztes zylinderförmiges Blechpaket 2. Das Blechpaket 2 umschließt eine Rotorwelle 4 form- und/oder kraftschlüssig. Die Elektrobleche sind auf fünf Blechpaketsegmente aufgeteilt, wobei der Rotor 1 stattdessen auch eine andere Anzahl von Blechpaketsegmenten oder ein unsegmentiertes Blechpaket aufweisen könnte. Jedes Blechpaketsegment ist gegenüber einem benachbarten Blechpaketsegment in Umfangsrichtung um denselben Drehwinkel verdreht.
Figur 2 zeigt ein Detail des Rotors 1 . Man erkennt dort, dass entlang des Umfangs des Rotors 1 mehrere Magnettaschen 3, 5 in dem Blechpaket 2 angeordnet sind, die sich jeweils von der gezeigten Axialseite des Blechpaktes 2 bis zu seiner gegenüberliegenden Axialseite erstrecken. In einer Magnettasche 3, 5 sind axial mehrere quaderförmige Magnete 6, 7 aneinandergereiht, die einen Magnetstapel bilden. In dem Blechpaket sind insgesamt 32 solche Magnetstapel untergebracht, wobei auch eine andere Anzahl Magnetstapel verwendbar ist. Die Magnettaschen 3, 5 sind unterschiedlich groß. Insbesondere kann zwischen größeren Magnettaschen 3 mit längeren axialen Öffnungen und kleineren Magnettaschen 5 mit kürzeren axialen Öffnungen unterschieden werden. In den größeren Magnettaschen 3 sind größere Magnete 6 mit längeren axialen Stirnflächen axial aneinandergereiht, während in den kleineren Magnettaschen 5 kleinere Magnete 7 mit kürzeren axialen Stirnflächen axial aneinandergereiht sind.
Zwei benachbarte größere Magnettaschen 3 sind bezüglich einer (nicht gezeigten) radialen Achse des Blechpakets 2 symmetrisch zueinander angeordnet, wobei die beiden Magnettaschen 3 eine V-Form bilden, die radial nach außen geöffnet ist. Ebenso sind zwei benachbarte kleinere Magnettaschen 5 bezüglich der radialen Achse symmetrisch zueinander angeordnet, wobei die beiden Magnettaschen 5 ebenfalls eine V-Form bilden.
Neben jedem Magnetstapel befinden sich zwei Freiräume 8, 9, die jeweils von dem Magnetstapel und dem Blechpaket 2 begrenzt sind. Mit anderen Worten weist jede Magnettasche 3, 5 einen an einer Seitenfläche der Magnettasche 3, 5 ausgebildeten Freiraum 8 und einen an einer gegenüberliegenden Seitenfläche der Magnettasche 3, 5 ausgebildeten Freiraum 9 auf, zwischen denen sich ein Magnetstapel befindet. Die Freiräume 8, 9 verlaufen jeweils von einer Axialseite bis zur gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets 2, wobei der Freiraum 9 radial außerhalb des Freiraums 8 verläuft.
Figur 3 zeigt den Rotor 1 mit einer ersten Endplatte 10 und einer zweiten Endplatte 11 in einer Seitenansicht. Die Endplatten 10, 11 sind an gegenüberliegenden Axialseiten des Blechpakets 2 angeordnet und unter Verwendung von Spannelementen miteinander verbunden. Dadurch wird das Blechpaket 2 permanent mit einer Druckkraft beziehungsweise Vorspannkraft beaufschlagt. Damit wird vermieden, dass sich die Elektrobleche des Blechpakets 2 voneinander lösen, insbesondere bei hohen Drehzahlen des Rotors 1 . Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht des Rotors 1 mit den Endplatten 10, 11. Die Spannelemente sind als Schrauben 12 ausgebildet, deren Enden in Figur 4 sichtbar sind. Jede der acht Schrauben 12 verläuft axial durch die erste Endplatte 10, das Blechpaket 2 und die zweite Endplatte 11 . Hierfür sind die Endplatten 10, 11 und das Blechpaket 2 jeweils mit axialen Bohrungen versehen. Die Köpfe der Schrauben 12 (nicht sichtbar) sind an der ersten Endplatte 10 angeordnet. An der zweiten Endplatte 11 sind die Schrauben 12 mit Muttern verschraubt.
Figur 5 ist eine Ansicht des Rotors aus derselben Perspektive wie in Figur 4, wobei das Blechpaket 2, die Rotorwelle 4 und die Schrauben 12 nicht dargestellt sind. Dagegen sind die beiden Endplatten 10, 11 und mit der Vergussmasse verfüllte axialen Freiräume und Verbindungskanäle gezeigt.
Die zweite Endplatte 11 weist eine Einfüllöffnung 13 auf, die über die Freiräume und Verbindungskanäle mit einer Entlüftungsöffnung 14 verbunden ist. Somit bilden die Freiräume und Verbindungskanäle einen durchgängigen Kanal, der sich von der Einfüllöffnung 13 bis zu der Entlüftungsöffnung 14 erstreckt. Insgesamt sind vier solche durchgängigen Kanäle in dem Rotor 1 vorhanden, von denen aber nur einer gezeigt ist.
Zu dem durchgängigen Kanal gehört unter anderem ein Freiraum 15, der sich von der Einfüllöffnung 13 bis zur ersten Endplatte 10 axial erstreckt und Teil einer ersten Magnettasche ist.
An den ersten Freiraum 15 schließt sich ein in der ersten Endplatte 10 gebildeter Verbindungskanal 16 an, der zwischen einem in der ersten Magnettasche angeordneten Magnetstapel (in Figur 5 nicht gezeigt) und der ersten Endplatte 10 verläuft.
An den Verbindungskanal 16 schließt sich ein weiterer Freiraum 17 an, welcher sich von der ersten Endplatte 10 bis zur zweiten Endplatte 11 axial erstreckt und Teil der ersten Magnettasche ist. Bezugnehmend auf die Ansprüche kann der Freiraum 17 als „erster Freiraum“ bezeichnet werden.
Betrachtet man nun Figur 6, welche die Rückseite, d. h. die innere Seite der zweiten Endplatte 11 zeigt, erkennt man, dass sich an den Freiraum 17 ein weiterer Verbindungskanal 18 anschließt. Der Verbindungskanal 18 ist in der zweiten Endplatte 11 ausgebildet und erstreckt sich bis zu einem weiteren Freiraum 19. Bezugnehmend auf die Ansprüche können der Verbindungskanal 18 als „erster Verbindungskanal“ und der Freiraum 19 als „zweiter Freiraum“ bezeichnet werden.
Der Freiraum 19 ist Teil einer zweiten Magnettasche und verläuft axial von der zweiten Endplatte 11 bis zur ersten Endplatte 10. Dort schließt sich an den Freiraum 19 ein in der ersten Endplatte 10 gebildeter weiterer Verbindungskanal 20 an, welcher zwischen einem in der zweiten Magnettasche angeordneten Magnetstapel und der ersten Endplatte 10 verläuft. Bezugnehmend auf die Ansprüche kann der Verbindungskanal 20 als „zweiter Verbindungskanal“ bezeichnet werden.
Der Verbindungskanal 20 verbindet den Freiraum an 19 mit einem weiteren Freiraum 25, der sich von der ersten Endplatte 10 bis zur zweiten Endplatte 11 axial erstreckt und Teil der zweiten Magnettasche ist. Bezugnehmend auf die Ansprüche kann der Freiraum 25 als „dritter Freiraum“ bezeichnet werden. Alternativ zur zweiten Magnettasche kann der dritte Freiraum, bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, auch Teil einer dritten Magnettasche sein.
An den Freiraum 25 schließen sich weitere Verbindungskanäle und Freiräume an, die sich bis zu der Entlüftungsöffnung 14 erstrecken. Der von den genannten Freiräumen und Verbindungskanälen gebildete durchgängige Kanal verläuft mäanderförmig zwischen den beiden Endplatten 10, 11 und verbindet die Einfüllöffnung 13 mit der Entlüftungsöffnung 14. Der Kanal zeichnet sich dadurch aus, dass er in einem einzigen Verfahrensschritt mit Vergussmasse vergossen werden kann. Dazu kann die Vergussmasse in die Einfüllöffnung 13 eingebracht beziehungsweise eingepresst werden, so dass die Vergussmasse bis zu der Entlüftungsöffnung 14 strömt.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der durchgängige Kanal über etwa ein Viertel des Umfangs des Blechpakets 2. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen sich ein solcher Kanal über etwa die Hälfte des Umfangs oder über den gesamten Umfang erstreckt.
Alternativ zu der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ausbildung der Verbindungskanäle in der ersten Endplatte 10 und der zweiten Endplatte 11 können die Verbindungskanäle auch in Endblechen des Blechpakets ausgebildet sein, zum Beispiel unter Verwendung von Wölbungen der Endbleche.
Figur 7 zeigt schematisch ein Fahrzeug 21 mit einer elektrischen Maschine 22, die zum Antreiben des Fahrzeugs 21 dient. Die elektrische Maschine 22 weist ein Gehäuse 23 auf, in dem der Rotor 1 und ein Stator 24 aufgenommen sind, der den Rotor 1 umgibt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Rotors 1 werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
Bei einem ersten Schritt wird das Blechpaket 2, in dem die Magnettaschen 3,5 angeordnet sind, aus gestapelten Elektroblechen gebildet.
Bei einem zweiten Schritt werden die Magnete 6, 7 in jede der Magnettaschen 3,5 eingesetzt, wobei Freiräume verbleiben, die jeweils von den in eine der Magnettaschen 3,5 eingesetzten Magneten 6,7 und dem Blechpaket 2 begrenzt werden. Bei einem dritten Schritt wird ein erster Verbindungskanal gebildet, der einen ersten der Freiräume, der einer ersten der Magnettaschen 3,5 zugeordnet ist, mit einem zweiten der Freiräume verbindet, der einer zweiten der Magnettaschen zugeordnet ist.
Bei einem fünften Schritt werden die in die Magnettaschen 3, 5 eingesetzten Magnete 6, 7 mit einer Vergussmasse vergossen. Dabei kann ein Teil der Vergussmasse von dem ersten Freiraum durch den ersten Verbindungskanal in den zweiten Freiraum strömen.
Zum Vergießen wird auf die Einfüllöffnung 13 (beziehungsweise jede Einfüllöffnung) der ersten Endplatte 10 eine Düse einer Befülleinrichtung aufgesetzt. Die Vergussmasse wird mit Überdruck in die Freiräume gepresst, so dass die Vergussmasse durch die sich axial erstreckenden Verbindungskanäle strömt, wie anhand von Figur 5 und Figur 6 erläutert wurde. Währenddessen entweicht Luft aus dem Blechpaket 2, insbesondere aus den Freiräumen und Verbindungskanälen, durch die Entlüftungsöffnung 14. Das ermöglicht ein blasenfreies Vergießen der Magnete 6, 7, so dass diese sicher an dem Blechpaket 2 befestigt werden.
Nach dem Vergießen härtet die Vergussmasse aus. Außerdem wird die Rotorwelle 4 durch eine axial verlaufende zentrale Durchgangsöffnung des Blechpakets 2 (und entsprechende Öffnungen der Endplatten 10, 11) eingeführt, so dass das Blechpaket 2 die Rotorwelle 4 umschließt und daran befestigt wird.
Bezugszeichenliste
1 Rotor
2 Blechpaket
3 Magnettasche
4 Rotorwelle
5 Magnettasche
6 Magnet
7 Magnet
8 Freiraum
9 Freiraum
10 erste Endplatte
11 zweite Endplatte
12 Schraube
13 Einfüllöffnung
14 Entlüftungsöffnung
15 Freiraum
16 Kanalabschnitt
17 Freiraum
18 Verbindungskanal
19 Freiraum
20 Verbindungskanal
21 Fahrzeug
22 elektrische Maschine
23 Gehäuse
24 Stator
25 Freiraum

Claims

Patentansprüche
1 . Rotor (1 ) für eine elektrische Maschine (22), umfassend:
- ein aus gestapelten Elektroblechen gebildetes Blechpaket (2) mit darin angeordneten Magnettaschen (3, 5),
- mehrere Magnete (6, 7), von denen in jede der Magnettaschen (3, 5) mindestens einer eingesetzt ist,
- mehrere Freiräume (8, 9, 17, 19, 25), die jeweils von den in eine der Magnettaschen (3, 5) eingesetzten Magneten (6, 7) und dem Blechpaket (2) begrenzt sind, und
- einen ersten Verbindungskanal (18), der einen ersten der Freiräume (17), der einer ersten der Magnettaschen (3) zugeordnet ist, mit einem zweiten der Freiräume (19) verbindet, der einer zweiten der Magnettaschen (5) zugeordnet ist.
2. Rotor nach Anspruch 1 , wobei der erste Freiraum (17), der zweite Freiraum
(19) und der erste Verbindungskanal (18) zu einem durchgängigen Kanal gehören, der eine Einfüllöffnung (13) mit einer Entlüftungsöffnung (14) des Rotors (1 ) verbindet.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Verbindungskanal (18) an einer Axialseite des Blechpakets (2) verläuft.
4. Rotor nach Anspruch 3, mit einem zweiten Verbindungskanal (20), der an einer gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets (2) verläuft und den zweiten Freiraum (19) mit einem dritten der Freiräume (25) verbindet.
5. Rotor nach Anspruch 4, wobei der dritte Freiraum (25) der zweiten Magnettasche (5) oder einer dritten Magnettasche (5) zugeordnet ist.
6. Rotor nach Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Verbindungskanal (18) in einer Endplatte (11 ) des Rotors (1 ) verläuft und/oder der zweite Verbindungskanal
(20) in einer Endplatte (10) des Rotors (1 ) verläuft. 7. Rotor nach Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Verbindungskanal (18) in einem Endblech des Blechpakets (2) verläuft und/oder der zweite Verbindungskanal (20) in einem Endblech des Blechpakets (2) verläuft.
8. Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Einfüllöffnung (13) und die Entlüftungsöffnung (14) an derselben Axialseite oder an unterschiedlichen Axialseiten des Blechpakets (2) angeordnet sind.
9. Rotor nach Anspruch 8, mit zwei, drei oder vier dem durchgängigen Kanal entsprechenden durchgängigen Kanälen, die jeweils eine andere Einfüllöffnung (13) des Rotors (1) mit einer anderen Entlüftungsöffnung (14) des Rotors (1) verbinden.
10. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Blechpaket
(2) mehrere in Axialrichtung gestapelte Blechpaketsegmente umfasst, wobei eines der Blechpaketsegmente in Umfangsrichtung gegenüber einem benachbarten der Blechpaketsegmente verdreht ist.
11 . Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magnete (6, 7) mit einer in die Freiräume (8, 9, 15, 17, 19, 25) eingebrachten Vergussmasse vergossen sind.
12. Elektrische Maschine (22) mit einem Rotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
13. Fahrzeug (21) mit einer elektrischen Maschine (22) nach Anspruch 12, die zum Antreiben des Fahrzeugs (21) vorgesehen ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) für eine elektrische Maschine (22), mit den folgenden Schritten: 17
- Bilden eines Blechpakets (2), in dem Magnettaschen (3, 5) angeordnet sind, aus gestapelten Elektroblechen,
- Einsetzen mindestens eines Magneten (6, 7) in jede der Magnettaschen (3, 5), wobei Freiräume (8, 9, 15, 17, 19, 25) verbleiben, die jeweils von den in eine der Magnettaschen (3, 5) eingesetzten Magneten (6, 7) und dem Blechpaket (2) begrenzt werden,
- Bilden wenigstens eines ersten Verbindungskanals (18), der einen ersten der Freiräume (17), der einer ersten der Magnettaschen (3) zugeordnet ist, mit einem zweiten der Freiräume (19) verbindet, der einer zweiten der Magnettaschen (5) zugeordnet ist, und
- Vergießen der in die Magnettaschen (3, 5) eingesetzten Magnete (6, 7) mit einer Vergussmasse.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein Teil der Vergussmasse von dem ersten Freiraum (17) durch den ersten Verbindungskanal (18) in den zweiten Freiraum (19) strömt.
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