WO2023274634A1 - Rotor mit einer endplatte mit einer radialen entlüftungsöffnung - Google Patents

Rotor mit einer endplatte mit einer radialen entlüftungsöffnung Download PDF

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WO2023274634A1
WO2023274634A1 PCT/EP2022/063986 EP2022063986W WO2023274634A1 WO 2023274634 A1 WO2023274634 A1 WO 2023274634A1 EP 2022063986 W EP2022063986 W EP 2022063986W WO 2023274634 A1 WO2023274634 A1 WO 2023274634A1
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laminated core
rotor
end plate
magnets
magnet
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PCT/EP2022/063986
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Dieterich
Bianca Hofmann
Dieter Sonnack
Markus Rubi
Alexander Schlereth
Christoph Wieczorek
Stephan Hellmuth
Kay Lemmert
Robin Büsch
Robert Werner
Original Assignee
Valeo Eautomotive Germany Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • 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]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • 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

Definitions

  • Rotor having an end plate with a radial vent
  • 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.
  • Such a 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.
  • Electric machines with such a rotor are increasingly being used in electrically powered vehicles and hybrid vehicles, primarily as electric motors 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.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a rotor for an electrical machine in which it is ensured that the magnets inserted into the magnet pockets retain their position.
  • 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.
  • the rotor has on one axial side of the
  • Laminated core arranged first end plate with a radial vent. Furthermore, the rotor has a second end plate arranged on the opposite axial side of the laminated core.
  • 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. When shedding air contained in the spaces through the
  • the ventilation opening can be connected to one of the free spaces.
  • the ventilation opening can connect one of the free spaces to the outside or the surroundings of the rotor.
  • the arrangement of the ventilation opening radially in the first end plate makes it possible to dispense with a corresponding ventilation opening as an axial bore in the first end plate, which would be aerodynamically unfavorable.
  • Vent opening can be realized, among other things, with a groove running on the inside of the first end plate, which is axially closed off by the laminated core will.
  • the vent opening and/or the groove can have a rectangular or semi-circular cross-section, for example.
  • 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 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 magnets inserted into one of the magnet pockets are preferably lined up axially. This means that the magnets can simply be inserted or pushed into the magnet pocket one after the other during assembly.
  • the lined-up magnets are called a "magnet stack".
  • the rotor can have several such magnet stacks, each of which is arranged in a magnet pocket.
  • Each of the magnetic pockets preferably has a first of the free spaces formed on a side surface of the magnetic pocket and a second of the free spaces formed on an opposite side surface of the magnetic pocket. In this way, the magnets arranged between the two free spaces can be encapsulated particularly well.
  • the two free spaces can be separated from one another by a magnet or a magnet stack.
  • the volume of free spaces becomes clear smaller than the volume of the magnet stack to limit the amount of potting compound needed to fill the voids.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the first free space is connected to the second free space to form a continuous channel.
  • potting compound introduced into the first free space can flow into the second free space.
  • the entire channel can be filled with potting compound.
  • the connection of the first free space with the second free space can be realized, among other things, with a connecting channel that is formed in the second end plate, for example in the form of a groove running along the inside of the second end plate, which is axially closed off by the laminated core. Potting compound injected into the first free space can thus reach the second free space through the third connecting channel.
  • the passage extends from a fill port located in the first endplate to a vent port located radially in the first endplate.
  • the laminated core has a plurality of laminated core segments.
  • one of the laminated core segments can be twisted in the circumferential direction relative to another of the laminated core segments.
  • the rotational behavior of the rotor can thus be improved.
  • the first end plate and the second end plate can be connected to each other using clamping members.
  • the laminated core is permanently subjected to a prestressing force.
  • the electrical steel sheets are thus pressed together and undesired detachment of the electrical steel sheets from one another is avoided, even at high speeds.
  • One of the clamping elements is preferably designed as a tie rod which runs axially through the laminated core and the end plates.
  • the tie rod may be in the form of a bolt secured to the lamination stack (and end plates) with a nut.
  • the tie rod may be secured to the lamination stack (and end plates) with two nuts. For this purpose, each of the nuts is screwed to a thread of the tie rod.
  • the laminated core can also be braced without screwing.
  • 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, a mixture of an epoxy resin and a hardener, 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 has a stator relative to which the rotor can be rotated.
  • the stator may have a stator pack formed from stacked electrical laminations.
  • the stator can have windings of electrical conductors, for example as
  • the machine can also be equipped with a housing in which the rotor and the stator are housed.
  • the rotor shaft can protrude from the housing.
  • the invention relates to a vehicle with an electric machine of the type described, which is provided for driving the vehicle.
  • the The machine can be coupled to an axle or a wheel of the vehicle, among other things.
  • the invention relates to a method for producing a rotor for an electrical machine, with the following steps: forming a laminated core, in which magnet pockets are arranged, from stacked electrical laminations, inserting at least one magnet in each of the magnet pockets, so that free spaces remain, the respective are delimited by the magnets inserted into one of the magnetic pockets and the laminated core, arranging a first end plate with a radial vent opening on one axial side of the laminated core, arranging a second end plate on the opposite axial side of the laminated core, clamping the two end plates together using clamping elements and potting of the magnets used in the magnet pockets with a casting compound that is introduced into the free spaces.
  • the method according to the invention is preferably carried out in such a way that when the casting compound is cast, air escapes from the laminated core through the ventilation opening.
  • air in the duct can flow out of the laminated core through the ventilation opening.
  • 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,
  • 3 is a perspective view of the rotor
  • 4 shows a section of an end plate of the rotor
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion of the rotor;
  • FIG. 6 is a sectional view of a portion of the rotor;
  • FIG. 7 shows a vehicle with an electric machine with the rotor.
  • the cylindrical laminated core 2 shown in FIGS. 1 and 2 belongs to a rotor according to the invention for an electrical machine.
  • the laminated core 2 encloses a rotor shaft 4 of the rotor and is composed of electrical laminations stacked in the axial direction, which are stamped parts of identical design.
  • a plurality of magnet pockets 3, 5 are arranged in the laminated core 2 along its circumference, each extending from one axial side of the laminated core 2 to the opposite axial side of the laminated core 2.
  • each magnet pocket 3, 5 several cuboid magnets 6, 7 are lined up, 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.
  • 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 (not shown) radial axis of the laminated core 2, with the two magnet pockets 3 forming a V-shape.
  • two are adjacent smaller magnetic pockets 5 are arranged symmetrically to one another with respect to the radial axis, the two magnetic pockets 5 also forming a V-shape.
  • each magnetic pocket 3, 5 has a first free space 8 formed on a first side face of the magnetic pocket 3, 5 and a second free space 9 formed on an opposite second side face of the magnetic pocket 3, 5, which are separated from one another by a magnet stack.
  • the first free space 8 and the second free space 9 run parallel to one another from one axial side to the opposite axial side of the laminated core 2 , the second free space 9 running radially outside of the first free space 8 .
  • FIG. 3 shows the rotor 1 with a first end plate 10 and a second end plate 11 in a perspective 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 .
  • the clamping elements are designed as screws 12 .
  • 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 are each provided with axial bores.
  • the heads of the bolts 12 are arranged on the first end plate 10 and on the second end plate 11 the bolts 12 are screwed with nuts.
  • FIG. 4 shows a section of the first end plate 10 in a perspective view.
  • the first end plate 10 has a first filling opening 13 and a second filling opening 14 which are intended for filling the laminated core 2 with casting compound.
  • the first filling opening 13 exposes two of the first free spaces 8 which belong to larger magnet pockets 3 . Two more of the first free spaces 8 are exposed through the second filling opening 14 , which belong to smaller magnetic pockets 5 .
  • Figure 5 shows an enlarged view of a portion of the rotor.
  • a plurality of radial ventilation openings 15 can be seen there on the circumference of the first end plate 10, which are each connected to the second free space 9 of a magnetic pocket 3, 5.
  • the ventilation openings 15 each have a rectangular cross section. They are each delimited on three sides by the first end plate 10 and on the fourth side by the laminated core 2 .
  • Fig. 6 shows a sectional view of a region of the rotor 1.
  • a first free space 8 of a larger magnetic pocket 3 and a second free space 9 of the magnetic pocket 3 lie in the sectional plane.
  • a ventilation opening 15 can be seen, which connects the second free space 9 of the magnet pocket 3 to the outside or surroundings of the rotor 1 .
  • the ventilation opening 15 is realized with a groove running on the inside of the first end plate 10 and axially closed off by the laminated core 2 .
  • the ventilation opening 15 goes inwards into a channel section, which extends from the second free space 9 to the
  • Filling opening 13 extends and is closed off by a magnet 6 at the bottom.
  • the channel section is designed so wide that the magnet 6 can protrude.
  • the channel section can also be dispensed with.
  • the first free space 8 is connected to the second free space 9 via a connecting channel (not shown) formed in the second end plate 11 to form a continuous channel. This creates a continuous connection from the filling opening 13 to the ventilation opening 15 of the magnet pocket 3.
  • the connecting channel can be implemented with a groove (not shown) running on the inside of the second end plate 11, which is axially closed off by the laminated core 2.
  • the magnets 6 , 7 of the laminated core 2 can be cast with a casting compound introduced into the free spaces 8 , 9 , so that the magnets 6 , 7 are fastened in the laminated core 2 .
  • Figure 7 shows schematically a vehicle 16 with an electric machine 17, to which the rotor 1 belongs.
  • the machine 17 has a housing 18 in which a stator 19 surrounding the rotor 1 is accommodated.
  • the electric machine 17 is used to drive the vehicle 16.
  • the following method steps are carried out:
  • the laminated core 2, in which the magnetic pockets 3, 5 are arranged is assembled from stacked electrical laminations.
  • each magnetic pocket 3 5
  • the magnets 6, 7 are lined up axially so that the magnets form 6, 7 magnet stacks.
  • Two free spaces 8 , 9 remain next to each magnet stack, each of which is delimited by the magnet stack and the laminated core 2 .
  • the first end plate 10 with the radial ventilation openings 15 is arranged on an axial side of the laminated core 2 .
  • the second end plate 11 is arranged on the opposite axial side of the laminated core 2 .
  • the two end plates 10, 11 are braced with the screws 12 and the associated nuts.
  • the rotor 1 thus completed is oriented vertically, with the first end plate 10 at the top.
  • the magnets 6, 7 are cast with a casting compound, so that the free spaces 8, 9 are filled with the casting compound.
  • a nozzle of a filling device is placed through each filling opening 13, 14 of the first end plate 10 onto the first free spaces 8, which are exposed through the filling opening 13, 14. Furthermore, the casting compound is pressed into the first free spaces 8 with excess pressure, so that the casting compound flows through the first free spaces 8 into the second free spaces 9 .
  • the casting compound is pressed into the first free spaces 8 with excess pressure, so that the casting compound flows through the first free spaces 8 into the second free spaces 9 .
  • Potting compound are simultaneously pressed into both first spaces 8 of a filling opening 13, 14.
  • the casting compound first flows through the first free spaces 8 axially downwards to the second end plate 11, then through connecting channels horizontally to the second free spaces 9 and then through the second free spaces 9 axially upwards to the opposite axial side of the laminated core 2. Meanwhile escapes Air from the laminated core 2, in particular from the

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Abstract

Rotor (1) für eine elektrische Maschine (17), umfassend ein aus gestapelten Elektroblechen gebildetes zylinderförmiges 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), die jeweils von den in eine der Magnettaschen (3, 5) eingesetzten Magneten (6, 7) und dem Blechpaket (2) begrenzt sind, eine an einer Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete erste Endplatte (10) mit einer radialen Entlüftungsöffnung (15) und eine an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete zweite Endplatte (11). Daneben werden eine elektrische Maschine (17) mit einem Rotor (1), ein Fahrzeug (16) mit einer elektrischen Maschine (17) und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) beschrieben.

Description

Rotor mit einer Endplatte mit einer radialen Entlüftungsöffnung
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.
Ein solcher 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 Elektromotoren 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. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, bei dem sichergestellt ist, dass die in die Magnettaschen eingesetzten Magnete ihre Position beibehalten. 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 eine an einer Axialseite des
Blechpakets angeordnete erste Endplatte mit einer radialen Entlüftungsöffnung. Weiterhin besitzt der Rotor eine an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets angeordnete zweite Endplatte. 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. Beim Vergießen kann in den Freiräumen enthaltene Luft durch die
Entlüftungsöffnung aus dem Blechpaket entweichen. Dadurch verbleiben in dem Blechpaket keine unerwünschten Hohlräume, welche die Fixierung der Magnete beeinträchtigen oder einer Unwucht des Rotors verursachen könnten. Daher behalten die Magnete ihre Position bei, so dass ein störungsfreier Betrieb der elektrischen Maschine, zu welcher der Rotor gehört, sichergestellt ist.
Dazu kann die Entlüftungsöffnung mit einem der Freiräume verbunden sein. Insbesondere kann die Entlüftungsöffnung einen der Freiräume mit der Außenseite beziehungsweise der Umgebung des Rotors verbinden. Dadurch kann beim Befüllen des Freiraums mit der Vergussmasse Luft aus dem Freiraum durch die Entlüftungsöffnung nach außen strömen.
Die Anordnung der Entlüftungsöffnung radial in der ersten Endplatte ermöglicht den Verzicht auf eine entsprechende Entlüftungsöffnung als axiale Bohrung in der ersten Endplatte, was aerodynamisch ungünstiger wäre. Dazu kann die
Entlüftungsöffnung unter anderem mit einer an der Innenseite der ersten Endplatte verlaufenden Nut realisiert sein, die axial von dem Blechpaket abgeschlossen wird. Die Entlüftungsöffnung und/oder die Nut können zum Beispiel einen rechteckförmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt haben.
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.
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.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor sind die in eine der Magnettaschen eingesetzten Magnete vorzugsweise axial aneinandergereiht. Dadurch können bei der Montage die Magnete einfach nacheinander in die Magnettasche eingesetzt beziehungsweise eingeschoben werden. Die aneinandergereihten Magnete werden als „Magnetstapel“ bezeichnet. Der Rotor kann mehrere solcher Magnetstapel aufweisen, die jeweils in einer Magnettasche angeordnet sind. Vorzugsweise weist jede der Magnettaschen einen an einer Seitenfläche der Magnettasche ausgebildeten ersten der Freiräume und einen an einer gegenüberliegenden Seitenfläche der Magnettasche ausgebildeten zweiten der Freiräume auf. Damit lassen sich die zwischen den beiden Freiräumen angeordneten Magnete besonders gut vergießen.
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.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Freiraum mit dem zweiten Freiraum zu einem durchgängigen Kanal verbunden ist. Dadurch kann in den ersten Freiraum eingebrachte Vergussmasse in den zweiten Freiraum strömen. Auf diese Weise kann der gesamte Kanal mit Vergussmasse gefüllt werden. Die Verbindung des ersten Freiraums mit dem zweiten Freiraum kann unter anderem mit einem Verbindungskanal realisiert werden, der in der zweiten Endplatte gebildet ist, beispielsweise in Form einer entlang der Innenseite der zweiten Endplatte verlaufenden Nut, die axial von dem Blechpaket abgeschlossen wird. Somit kann in den ersten Freiraum injizierte Vergussmasse durch den dritten Verbindungskanal in den zweiten Freiraum gelangen.
Vorzugsweise verläuft der Kanal von einer in der ersten Endplatte angeordneten Einfüllöffnung zu einer in der ersten Endplatte radial angeordneten Entlüftungsöffnung. Dadurch kann beim Einfüllen von Vergussmasse in die Einfüllöffnung in dem Kanal verdrängte Luft aus der Entlüftungsöffnung ausströmen. Das ermöglicht, die entlang des Kanals angeordneten Magnete blasenfrei zu vergießen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Blechpaket mehrere Blechpaketsegmente auf.
In diesem Fall kann eines der Blechpaketsegmente gegenüber einem anderen der Blechpaketsegmente in Umfangsrichtung verdreht sein. Damit kann das Rotationsverhalten des Rotors verbessert sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor können die erste Endplatte und die zweite Endplatte unter Verwendung von Spannelementen miteinander verbunden sein. Dadurch wird das Blechpaket permanent mit einer Vorspannkraft beaufschlagt. Die Elektrobleche werden so zusammengepresst und ein unerwünschtes Lösen der Elektrobleche voneinander wird auch bei hohen Drehzahlen vermieden. Vorzugsweise ist eines der Spannelemente als Zugstange (engl tie rod) ausgebildet, welche axial durch das Blechpaket und die Endplatten verläuft. Die Zugstange kann als Schraube ausgebildet sein, die an dem Blechpaket (und den Endplatten) mit einer Mutter gesichert ist. Alternativ dazu kann die Zugstange mit zwei Muttern an dem Blechpaket (und den Endplatten) gesichert sein. Hierfür ist jede der Muttern mit einem Gewinde der Zugstange verschraubt. Die
Verspannung des Blechpakets kann jedoch auch ohne Verschraubung realisiert sein.
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, eine Mischung aus einem Epoxidharz und einem Härter, oder ein Klebstoff verwendet werden.
Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Rotor der beschriebenen Art. Neben dem Rotor verfügt die elektrische Maschine über einen Stator, gegenüber dem der Rotor drehbar ist. Der Stator kann ein Statorpaket besitzen, das aus gestapelten Elektroblechen gebildet ist. Daneben kann der Stator Wicklungen elektrischer Leiter aufweisen, zum Beispiel als
Spulenwicklungen oder Flachdrahtwicklungen. Optional kann die Maschine außerdem mit einem Gehäuse ausgestattet sein, in dem der Rotor und der Stator aufgenommen sind. In diesem Fall kann die Rotorwelle aus dem Gehäuse ragen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine der beschriebenen Art, die zum Antreiben des Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Maschine kann unter anderem mit einer Achse oder einem Rad des Fahrzeugs gekoppelt sein.
Daneben 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, so dass Freiräume verbleiben, die jeweils von den in eine der Magnettaschen eingesetzten Magneten und dem Blechpaket begrenzt sind, Anordnen einer ersten Endplatte mit einer radialen Entlüftungsöffnung an einer Axialseite des Blechpakets, Anordnen einer zweiten Endplatte an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets, Verspannen der beiden Endplatten miteinander unter Verwendung von Spannelementen und Vergießen der in die Magnettaschen eingesetzten Magnete mit einer Vergussmasse, die in die Freiräume eingebracht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, dass beim Vergießen der Vergussmasse Luft aus dem Blechpaket durch die Entlüftungsöffnung entweicht. Unter anderem kann beim Einfüllen von Vergussmasse in die Einfüllöffnung in dem Kanal befindliche Luft durch die Entlüftungsöffnung aus dem Blechpaket strömen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf 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 eine perspektivische Ansicht des Rotors, Fig. 4 einen Ausschnitt einer Endplatte Rotors,
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs des Rotors, Fig. 6 eine Schnittansicht eines Bereichs des Rotors und
Fig. 7 ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine mit dem Rotor.
Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte zylinderförmige Blechpaket 2 gehört zu einem erfindungsgemäßen Rotor für eine elektrische Maschine. Das Blechpaket 2 umschließt eine Rotorwelle 4 des Rotors und ist aus in Axialrichtung gestapelten Elektroblechen zusammengesetzt, bei denen es sich um identisch ausgebildete Stanzteile handelt. Entlang seines Umfanges sind mehrere Magnettaschen 3, 5 in dem Blechpaket 2 angeordnet, die sich jeweils von einer Axialseite des Blechpaktes 2 bis zur gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets 2 erstrecken. In jeder Magnettasche 3, 5 sind 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 verwendet werden kann.
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. 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. Insbesondere weist jede Magnettasche 3, 5 einen an einer ersten Seitenfläche der Magnettasche 3, 5 ausgebildeten ersten Freiraum 8 und einen an einer gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche der Magnettasche 3, 5 ausgebildeten zweiten Freiraum 9 auf, die durch einen Magnetstapel voneinander getrennt sind. Der erste Freiraum 8 und der zweite Freiraum 9 verlaufen parallel zueinander von einer Axialseite bis zur gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets 2, wobei der zweite Freiraum 9 radial außerhalb des ersten Freiraums 8 verläuft.
Figur 3 zeigt den Rotor 1 mit einer ersten Endplatte 10 und einer zweiten Endplatte 11 in einer perspektivischen Ansicht. 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 oder Vorspannkraft beaufschlagt. Damit wird vermieden, dass sich die Elektrobleche des Blechpakets 2 voneinander lösen, insbesondere bei hohen Drehzahlen des Rotors 1 .
Die Spannelemente sind als Schrauben 12 ausgebildet. 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 jeweils mit axialen Bohrungen versehen. Die Köpfe der Schrauben 12 sind an der ersten Endplatte 10 angeordnet und an der zweiten Endplatte 11 sind die Schrauben 12 mit Muttern verschraubt.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt der ersten Endplatte 10 in einer perspektivischen Ansicht. Die erste Endplatte 10 weist eine erste Einfüllöffnung 13 und eine zweite Einfüllöffnung 14 auf, die zum Einfüllen von Vergussmasse in das Blechpaket 2 bestimmt sind. Durch die erste Einfüllöffnung 13 sind zwei der ersten Freiräume 8 freigelegt, die zu größeren Magnettaschen 3 gehören. Durch die zweite Einfüllöffnung 14 sind zwei weitere der ersten Freiräume 8 freigelegt, die zu kleineren Magnettaschen 5 gehören.
Figur 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs des Rotors. Dort sind am Umfang der ersten Endplatte 10 mehrere radiale Entlüftungsöffnungen 15 zu erkennen, die jeweils mit dem zweiten Freiraum 9 einer Magnettasche 3, 5 verbunden sind. Die Entlüftungsöffnungen 15 haben jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt. Sie werden jeweils an drei Seiten von der ersten Endplatte 10 und an der vierten Seite von dem Blechpaket 2 begrenzt.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht eines Bereichs des Rotors 1. In der Schnittebene liegen ein erster Freiraum 8 einer größeren Magnettasche 3 und ein zweiter Freiraum 9 der Magnettasche 3.
Insbesondere ist eine Entlüftungsöffnung 15 zu erkennen, die den zweiten Freiraum 9 der Magnettasche 3 mit der Außenseite beziehungsweise Umgebung des Rotors 1 verbindet. Die Entlüftungsöffnung 15 ist mit einer an der Innenseite der ersten Endplatte 10 verlaufenden Nut realisiert, die axial von dem Blechpaket 2 abgeschlossen wird.
Im vorliegenden Fall ist geht die Entlüftungsöffnung 15 nach innen in einen Kanalabschnitt über, der sich von dem zweiten Freiraum 9 bis zu der
Einfüllöffnung 13 erstreckt und nach unten von einem Magneten 6 abgeschlossen wird. Optional ist der Kanalabschnitt so breit ausgebildet, dass der Magnet 6 hineinragen kann. Auf den Kanalabschnitt kann jedoch auch verzichtet werden. Der erste Freiraum 8 ist über einen in der zweiten Endplatte 11 ausgebildeten (nicht gezeigten) Verbindungskanal mit dem zweiten Freiraum 9 zu einem durchgängigen Kanal verbunden. Damit besteht eine durchgängige Verbindung von der Einfüllöffnung 13 bis zur Entlüftungsöffnung 15 der Magnettasche 3. Der Verbindungskanal kann mit einer an der Innenseite der zweiten Endplatte 11 verlaufenden Nut (nicht gezeigt) realisiert sein, die axial von dem Blechpaket 2 abgeschlossen wird.
Optional können die Magnete 6, 7 des Blechpakets 2 mit einer in die Freiräume 8, 9 eingebrachten Vergussmasse vergossen sein, so dass die Magnete 6, 7 in dem Blechpaket 2 befestigt sind. Figur 7 zeigt schematisch ein Fahrzeug 16 mit einer elektrischen Maschine 17, zu welcher der Rotor 1 gehört. Die Maschine 17 weist ein Gehäuse 18 auf, in dem ein Stator 19 aufgenommen ist, der den Rotor 1 umgibt. Die elektrische Maschine 17 dient zum Antreiben des Fahrzeugs 16. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Rotors 1 werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
Bei einem ersten Verfahrensschritt wird das Blechpaket 2, in dem die Magnettaschen 3, 5 angeordnet sind, aus gestapelten Elektroblechen zusammengesetzt.
Bei einem zweiten Verfahrensschritt werden in jede Magnettasche 3, 5 mehrere Magnete 6, 7 eingesetzt. Insbesondere werden die Magnete 6, 7 axial aneinandergereiht, so dass die Magnete 6,7 Magnetstapel bilden. Neben jedem Magnetstapel verbleiben zwei Freiräume 8, 9, die jeweils von dem Magnetstapel und dem Blechpaket 2 begrenzt sind.
Bei einem dritten Verfahrensschritt wird die erste Endplatte 10 mit den radialen Entlüftungsöffnungen 15 an einer Axialseite des Blechpakets 2 angeordnet.
Bei einem vierten Verfahrensschritt wird die zweite Endplatte 11 an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets 2 angeordnet. Bei einem fünften Verfahrensschritt werden die beiden Endplatten 10, 11 mit den Schrauben 12 und den zugehörigen Muttern verspannt. Der auf diese Weise komplettierte Rotor 1 wird senkrecht ausgerichtet, mit der ersten Endplatte 10 oben.
Bei einem sechsten Verfahrensschritt werden die Magnete 6, 7 mit einer Vergussmasse vergossen, so dass die Freiräume 8, 9 mit der Vergussmasse gefüllt werden.
Dazu wird durch jede Einfüllöffnung 13, 14 der ersten Endplatte 10 eine Düse einer Befülleinrichtung auf die ersten Freiräume 8 aufgesetzt, welche durch die Einfüllöffnung 13, 14 freigelegt sind. Ferner wird die Vergussmasse mit Überdruck in die ersten Freiräume 8 gepresst, so dass die Vergussmasse durch die ersten Freiräume 8 bis in die zweiten Freiräume 9 strömt. Optional kann die
Vergussmasse gleichzeitig in beide erste Freiräume 8 einer Einfüllöffnung 13, 14 gepresst werden.
Im Einzelnen strömt die Vergussmasse zunächst durch die ersten Freiräume 8 axial nach unten bis zur zweiten Endplatte 11 , dann durch Verbindungskanäle horizontal bis zu den zweiten Freiräumen 9 und anschließend durch die zweiten Freiräume 9 axial nach oben bis zur gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets 2. Währenddessen entweicht Luft aus dem Blechpaket 2, insbesondere aus den
Freiräumen 8, 9 und Verbindungskanälen, durch die Entlüftungsöffnungen 15. Das ermöglicht ein blasenfreies Vergießen der Magnete 6, 7, so dass diese sicher in dem Blechpaket 2 befestigt werden. Nach dem Vergießen wird die Vergussmasse ausgehärtet. Außerdem kann die Rotorwelle 4 durch eine axial verlaufende zentrale Durchgangsöffnung des Blechpakets 2 (und entsprechende Öffnungen der Endplatten 10, 11) geführt werden, so dass das Blechpaket 2 die Rotorwelle 4 umschließt beziehungsweise daran befestigt wird.
Bezugszeichenliste
1 Rotor
2 Blechpaket 3 Magnettasche
4 Rotorwelle
5 Magnettasche
6 Magnet
7 Magnet 8 Freiraum
9 Freiraum
10 Endplatte
11 Endplatte
12 Schraube 13 Einfüllöffnung
14 Einfüllöffnung
15 Entlüftungsöffnung
16 Fahrzeug
17 elektrische Maschine 18 Gehäuse
19 Stator

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (1 ) für eine elektrische Maschine (17), 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), die jeweils von den in eine der Magnettaschen (3, 5) eingesetzten Magneten (6, 7) und dem Blechpaket (2) begrenzt sind, - eine an einer Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete erste Endplatte (10) mit einer radialen Entlüftungsöffnung (15) und
- eine an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete zweite Endplatte (11).
2. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 , wobei ein erster der Freiräume (8) an einer
Seitenfläche einer der Magnettaschen (3, 5) ausgebildet ist und ein zweiter der Freiräume (9) an einer gegenüberliegenden Seitenfläche der Magnettasche (3, 5) ausgebildet ist.
3. Rotor (1) nach Anspruch 2, wobei der erste Freiraum (8) mit dem zweiten
Freiraum (9) zu einem durchgängigen Kanal verbunden ist.
4. Rotor (1 ) nach Anspruch 3, wobei der Kanal von einer in der ersten Endplatte (10) angeordneten Einfüllöffnung (13, 14) zu der Entlüftungsöffnung (15) verläuft.
5. Rotor (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei in der Magnettasche (3, 5) mehrere Magnete (6, 7) axial aneinandergereiht sind.
6. Rotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das
Blechpaket (2) mehrere Blechpaketsegmente aufweist.
7. Rotor (1 ) nach Anspruch 6, wobei eines der Blechpaketsegmente gegenüber einem anderen der Blechpaketsegmente in Umfangsrichtung verdreht ist.
8. Rotor (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste
Endplatte (10) und die zweite Endplatte (11) unter Verwendung von Spannelementen miteinander verbunden sind.
9. Rotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magnete (6, 7) mit einer in die Freiräume (8, 9) eingebrachten Vergussmasse vergossen sind.
10. Elektrische Maschine (17) mit einem Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11. Fahrzeug (16) mit einer elektrischen Maschine (17) nach Anspruch 10, die zum Antreiben des Fahrzeugs vorgesehen ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) für eine elektrische Maschine (17), mit den folgenden Schritten:
- 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) verbleiben, die jeweils von den in eine der Magnettaschen (3, 5) eingesetzten Magneten (6, 7) und dem Blechpaket (2) begrenzt werden,
- Anordnen einer ersten Endplatte (10) mit einer radialen Entlüftungsöffnung (15) an einer Axialseite des Blechpakets (2),
- Anordnen einer zweiten Endplatte (11) an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets (2), - Verspannen der beiden Endplatten (10, 11) miteinander unter Verwendung von
Spannelementen und - Vergießen der in die Magnettaschen (3, 5) eingesetzten Magnete (6, 7) mit einer Vergussmasse, die in die Freiräume (8, 9) eingebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei beim Vergießen der Vergussmasse Luft aus dem Blechpaket (2) durch die Entlüftungsöffnung (15) entweicht.
PCT/EP2022/063986 2021-06-30 2022-05-24 Rotor mit einer endplatte mit einer radialen entlüftungsöffnung WO2023274634A1 (de)

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