WO2024149505A1 - Permanentmagnetrotor für eine elektrische maschine sowie verfahren zur herstellung eines solchen rotors - Google Patents

Permanentmagnetrotor für eine elektrische maschine sowie verfahren zur herstellung eines solchen rotors Download PDF

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WO2024149505A1
WO2024149505A1 PCT/EP2023/082812 EP2023082812W WO2024149505A1 WO 2024149505 A1 WO2024149505 A1 WO 2024149505A1 EP 2023082812 W EP2023082812 W EP 2023082812W WO 2024149505 A1 WO2024149505 A1 WO 2024149505A1
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laminated core
permanent magnet
seal
rotation axis
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PCT/EP2023/082812
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Michael DIENBAUER
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Magna powertrain gmbh & co kg
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    • H02K1/2753Inner 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
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    • H02K1/279Magnets embedded in the magnetic core

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for an electrical machine comprising a rotor shaft, a laminated core (1) fixedly arranged on the rotor shaft, wherein the laminated core has at least two individual sheets which are lined up in an axial direction with respect to a rotation axis of the rotor, a plurality of receiving areas which run axially with respect to the rotation axis of the rotor and are evenly spaced around the outside, in each of which a permanent magnet is inserted and fixed, and a method for producing such a rotor for an electrical machine.
  • Electrical machines of the above-mentioned type are used to convert electrical energy into mechanical energy and vice versa and are often used as motors and/or generators in the field of automotive engineering.
  • Electrical machines comprise a fixed stator and a movable rotor, whereby the rotor in the most common design of an electrical machine is rotatably mounted within a ring-shaped or hollow-cylindrical stator.
  • drive arrangements with electrical machines usually include a cooling device that cools the parts of the electrical machine that need to be cooled.
  • Coolant circulates, for example, in a housing of the electrical machine or in a rotor shaft designed as a hollow shaft.
  • coolant is guided directly through the rotor shaft and/or through cooling channels in a laminated core fixed to the rotor shaft.
  • the rotor according to the invention is particularly suitable for use in an electric machine for a motor vehicle.
  • the rotor comprises a rotor shaft and a laminated core fixedly arranged on the rotor shaft.
  • the laminated core is hollow-cylindrical, i.e. hollow-cylindrical in shape, and according to the invention comprises at least two individual laminated cores which are arranged in an axial direction with respect to a rotation axis of the rotor.
  • the laminated core of the rotor has a plurality of receiving areas which extend axially with respect to the axis of rotation of the rotor and are evenly spaced around the outside, into each of which a permanent magnet is inserted and fixed.
  • the receiving areas are designed such that a coolant can be passed through the receiving area for the direct cooling of the respective permanent magnet.
  • the coolant is preferably oil, but it can be any other common coolant.
  • the coolant can be supplied, for example, via cooling channels in the rotor's laminated core, which are formed between the individual laminations, or via end plates of the rotor. tors are directed directly into the receiving areas of the permanent magnets and flow around the permanent magnets there. This drastically shortens the heat conduction distances and increases the cooling performance.
  • the laminated core of the rotor is essentially hollow-cylindrical in shape and has an inner surface facing the surface of the rotor shaft and an outer surface facing away from the surface of the rotor shaft.
  • outer circumferential refers to a circumferential area close to the outer surface of the laminated core.
  • a seal is formed on an outer surface of the laminated core and/or at least in regions in a gap between the individual sheets of the laminated core.
  • the seal is preferably made of a varnish, a resin or a powder. If the seal is made of a resin, the resin can be an epoxy resin, for example.
  • the seal on the outer surface of the laminated core can have a thickness of 0 mm or more.
  • the seal can penetrate into the space between the individual sheets due to capillary action. This allows the thickness of the seal on the outer surface of the laminated core to be reduced to a minimum.
  • the method for producing a rotor according to the present invention comprises at least the following steps:
  • the design of the rotor according to the invention not only improves the cooling of the permanent magnets but also results in a higher and longer continuous output of the electric machine. This is achieved by reducing the hydraulic drag losses caused by coolant in the air gap between the rotor and the stator. As a result, such an increase in efficiency at the level of the electric machine results in, for example, an increased range of an electric vehicle.
  • Fig. 1 shows a schematic detailed plan view of a laminated core of a rotor with an outer circumferential seal.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a laminated core of a
  • a rotor generally comprises a rotor shaft and a substantially hollow-cylindrical, i.e. hollow-cylindrical, laminated core 1 (Fig. 2) that is fixedly arranged on the rotor shaft.
  • the rotor shaft is guided through the central opening 8 of the hollow-cylindrical laminated core 1 of the rotor (not shown).
  • the laminated core 1 of the rotor has an inner lateral surface facing a lateral surface of the rotor shaft and an outer lateral surface 4 facing away from the lateral surface of the rotor shaft (Fig. 1, Fig. 2).
  • the laminated core 1 essentially comprises a plurality of individual laminated cores which are arranged in an axial direction with respect to a rotation axis 7 of the rotor as laminated core segments or individually (not shown in detail).
  • the receiving areas 2 are designed such that a coolant can be passed through the respective receiving area 2 for the direct cooling of the respective permanent magnet 3 (Fig. 1).
  • the outer surface 4 of the laminated core 1 of the rotor has a seal 5 (Fig. 1 ).
  • the method for manufacturing a rotor according to the present invention comprises at least the following steps (Fig. 2): - immersing the laminated core 1 of the rotor in a sealing bath 6 so that the outer surface 4 of the laminated core 1 is immersed in the sealing bath 6,

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Abstract

Rotor für eine elektrische Maschine umfassend eine Rotorwelle, ein auf der Rotorwelle fest angeordnetes Blechpaket (1), wobei das Blechpaket zumindest zwei Einzelbleche aufweist, die in einer bezüglich einer Rotationsachse (7) des Rotors axialen Richtung aneinandergereiht sind, mehrere innerhalb des Blechpakets (1) ausgebildete, axial verlaufende und gleichmäßig beabstandete Aufnahmebereiche (2). In jeweils einen Aufnahmebereich (2) ist ein Permanentmagnet (3) eingesetzt und fixiert. Dabei sind die Aufnahmebereiche (2) derart ausgebildet, dass ein Kühlmittel zur direkten Kühlung des jeweiligen Permanentmagnets (3) durch den Aufnahmebereich (2) geleitet werden kann. Dabei ist an einer äußeren Mantelfläche (4) des Blechpakets (1) oder bereichsweise in einem Zwischenraum zwischen den Einzelblechen des Blechpakets (1) eine Versiegelung (5) ausgebildet. Hinzukommt das direkt daraus abgeleitete Herstellungsverfahren eines solchen Rotors.

Description

PERMANENTMAGNETROTOR FÜR EINE ELEKTRISCHE MASCHINE SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SOLCHEN ROTORS
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine umfassend eine Rotorwelle, ein auf der Rotorwelle fest angeordnetes Blechpaket (1 ), wobei das Blechpaket zumindest zwei Einzelbleche aufweist, die in einer bezüglich einer Rotationsachse des Rotors axialen Richtung aneinandergereiht sind, mehrere bezüglich der Rotationsachse des Rotors axial verlaufende, außenum laufend gleichmäßig beabstandete Aufnahmebereiche, in die jeweils ein Permanentmagnet eingesetzt und fixiert ist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors für eine elektrische Maschine.
Stand der Technik
Elektrische Maschinen der oben genannten Art dienen der Energiewandlung von elektrischer in mechanischer Energie und umgekehrt und werden als Motor und/oder Generator vielfach im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt.
Elektrische Maschinen umfassen einen feststehenden Stator und einen beweglichen Rotor, wobei der Rotor in der gängigsten Bauform einer elektrischen Maschine drehbar innerhalb eines ringförmig bzw. hohlzylinderförmig ausgebildeten Stators gelagert ist.
Elektrische Maschinen erzeugen aufgrund des elektrischen Verlusts während ihres Betriebs Wärme, was zum einen eine Verschlechterung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine bewirkt und zum anderen einen zuverlässigen Betrieb der elektrischen Maschine über ihre Lebensdauer negativ beeinflusst. Deshalb ist in Antriebsanordnungen mit elektrischen Maschinen in der Regel eine Kühlvorrichtung vorgesehen, die die zu kühlenden Teile der elektrischen Maschine kühlt.
Konventionelle Kühlungen für elektrische Maschinen bedienen sich eines zirkulierenden gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels, das aufgrund seiner Wärmekapazität die Wärme aufnimmt und diese abtransportiert. Das Kühlmittel zirkuliert beispielsweise in einem Gehäuse der elektrischen Maschine oder in einer als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle. Bei einem weiteren Konzept zur Kühlmittelführung wird Kühlmittel direkt durch die Rotorwelle und/oder durch Kühlkanäle in einem auf der Rotorwelle fest angeordneten Blechpaket geführt.
Das Dokument US 8,674,574 B2 offenbart beispielsweise einen Rotor mit einer direkten Kühlung von Permanentmagneten innerhalb eines Blechpakets des Rotors. Eine derartige direkte Kühlung der Permanentmagnete ist zwar sehr effizient, jedoch muss dabei Kühlmittel, in der Regel Öl, an die am Außenumfang des Rotorblechpakets platzierten Magneten geleitet werden. Dieses Kühlmittel wird in der Regel durch die Rotation des Rotors in den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator geschleudert, wo es hohe Schleppverluste durch Scherströmung und somit eine verschlechterte Effizienz bedingt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen hinsichtlich Effizienz verbesserten Rotor für eine elektrische Maschine, der insbesondere eine effiziente Kühlung der Permanentmagnete des Rotors erlaubt, darzustellen. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen verbesserten Rotors anzugeben. Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 4 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Der erfindungsgemäße Rotor dient insbesondere dem Einsatz in einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug.
Der Rotor umfasst erfindungsgemäß eine Rotorwelle sowie ein auf der Rotorwelle fest angeordnetes Blechpaket.
Das Blechpaket ist hohlzylindrisch, d.h. hohlzylinderförmig ausgeführt und weist erfindungsgemäß zumindest zwei Einzelbleche auf, die in einer bezüglich einer Rotationsachse des Rotors axialen Richtung aneinandergereiht sind.
Weiterhin erfindungsgemäß weist das Blechpaket des Rotors mehrere bezüglich der Rotationsachse des Rotors axial verlaufende, außenum laufend gleichmäßig beabstandete Aufnahmebereiche, in die jeweils ein Permanentmagnet eingesetzt und fixiert ist, auf.
Die Aufnahmebereiche sind erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass ein Kühlmittel zur direkten Kühlung des jeweiligen Permanentmagnets durch den Aufnahmebereich geleitet werden kann.
Bei dem Kühlmittel handelt es sich vorzugsweise um Öl, es kann sich jedoch auch um jedes andere gebräuchliche Kühlmittel handeln.
Das Kühlmittel kann beispielsweise über Kühlkanäle im Blechpaket des Rotors, die zwischen den Einzelblechen ausgebildet sind, oder über Endplatten des Ro- tors direkt in die Aufnahmebereiche der Permanentmagnete geleitet werden und dort die Permanentmagnete umspülen. Damit werden die Wärmeleitstrecken drastisch gekürzt und die Kühlleistung erhöht.
Das Blechpaket des Rotors ist im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet und weist einer Mantelfläche der Rotorwelle zugewandte innere Mantelfläche und eine der Mantelfläche der Rotorwelle abgewandte äußere Mantelfläche auf. Unter der Begrifflichkeit „außenumlaufend“ ist in diesem Zusammenhang ein umlaufender Bereich nahe der äußeren Mantelfläche des Blechpakets zu verstehen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist an einer äußeren Mantelfläche des Blechpakets und/oder zumindest bereichsweise in einem Zwischenraum zwischen den Einzelblechen des Blechpakets eine Versiegelung ausgebildet.
Die Versiegelung ist vorzugsweise aus einem Lack, einem Harz oder einem Pulver ausgeführt. Ist die Versiegelung aus einem Harz, so kann es sich bei dem Harz beispielsweise um ein Epoxidharz handeln.
Die Versiegelung an der äußeren Mantelfläche des Blechpakets kann eine Dicke von 0 mm oder mehr aufweisen. Die Versiegelung kann aufgrund einer Kapillarwirkung in den Zwischenraum zwischen die Einzelbleche gelangen. Dadurch kann die Dicke der Versiegelung an der äußeren Mantelfläche des Blechpakets auf ein Minimum reduziert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Rotors entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst zumindest die folgenden Schritte:
Eintauchen des Blechpakets des Rotors in ein Versiegelungsbad, sodass die äußere Mantelfläche des Blechpakets in das Versiegelungsbad eintaucht, Drehen des Blechpakets um 360° in Bezug auf die Rotationsachse des Rotors, Herausheben des Blechpakets des Rotors aus dem Versiegelungsbad, Trocknen der Versiegelung.
Neben dem Eintauchen des Blechpakets des Rotors in ein Versiegelungsbad ist es auch vorstellbar die Versiegelung auf die äußere Mantelfläche des Blechpakets zu Sprühen oder die Versiegelung aufzurollen.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Rotors wird neben einer verbesserten Kühlung der Permanentmagnete eine höhere sowie zeitlich längere Dauerleistung der elektrischen Maschine erzielt. Dies wird durch eine Reduzierung der hydraulischen Schleppverluste bedingt durch Kühlmittel im Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator erreicht. In weiterer Folge bedingt eine derartige Effizienzsteigerung auf Ebene der elektrischen Maschine beispielsweise eine erhöhte Reichweite eines Elektrofahrzeugs.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Detaildraufsicht eines Blechpakets eines Rotors mit einer außenumfänglichen Versiegelung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Blechpakets eines
Rotors in einem Versiegelungsbad. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Ein Rotor umfasst im Allgemeinen eine Rotorwelle und ein auf der Rotorwelle fest angeordnetes, im Wesentlichen hohlzylindrisches, also hohlzylinderförmiges, Blechpaket 1 (Fig. 2). Die Rotorwelle ist durch die zentrale Öffnung 8 des hohlzylinderförmigen Blechpakets 1 des Rotors geführt (nicht dargestellt).
Das Blechpaket 1 des Rotors weist eine einer Mantelfläche der Rotorwelle zugewandte innere Mantelfläche und eine der Mantelfläche der Rotorwelle abgewandte äußere Mantelfläche 4 auf (Fig. 1 , Fig. 2).
Das Blechpaket 1 umfasst im Wesentlichen eine Vielzahl von Einzelblechen, die in einer in Bezug auf eine Rotationsachse 7 des Rotors axialen Richtung als Blechsegmente oder einzeln aneinandergereiht sind (nicht im Detail dargestellt).
In dem Blechpaket 1 sind außenum laufend mehrere gleichmäßig beabstandete Aufnahmebereiche 2 ausgebildet, in die jeweils ein Permanentmagnet 3 eingesetzt und fixiert ist (Fig. 1 ).
Die Aufnahmebereiche 2 sind derart ausgebildet, dass ein Kühlmittel zur direkten Kühlung des jeweiligen Permanentmagneten 3 durch den jeweiligen Aufnahmebereich 2 geleitet werden kann (Fig. 1 ).
Die äußere Mantelfläche 4 des Blechpakets 1 des Rotors weist eine Versiegelung 5 auf (Fig. 1 ).
Das Verfahren zur Herstellung eines Rotors entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst zumindest die folgenden Schritte (Fig. 2): - Eintauchen des Blechpakets 1 des Rotors in ein Versiegelungsbad 6, sodass die äußere Mantelfläche 4 des Blechpakets 1 in das Versiegelungsbad 6 eintaucht,
Drehen des Blechpakets 1 um 360° in Bezug auf die Rotationsachse 7 des Rotors (in Fig. 2 durch den Richtungspfeil X dargestellt), sodass die äußere Mantelfläche 4 gänzlich mit der Versiegelung 5 bedeckt ist,
Herausheben des Blechpakets 1 des Rotors aus dem Versiegelungsbad 6, Trocknen der Versiegelung 5.
Bezuqszeichenliste
1 Blechpaket
2 Aufnahmebereich
3 Permanentmagnet
4 Äußere Mantelfläche
5 Versiegelung
6 Versiegelungsbad
7 Rotationsachse
8 Zentrale Öffnung
X Richtungspfeil

Claims

Patentansprüche
1. Rotor für eine elektrische Maschine umfassend eine Rotorwelle, ein auf der Rotorwelle fest angeordnetes Blechpaket (1 ), wobei das Blechpaket zumindest zwei Einzelbleche aufweist, die in einer bezüglich einer Rotationsachse (7) des Rotors axialen Richtung aneinandergereiht sind, mehrere in dem Blechpaket (1) ausgebildete, bezüglich der Rotationsachse (7) des Rotors axial verlaufende, außenumlaufend gleichmäßig beabstandete Aufnahmebereiche (2), in die jeweils ein Permanentmagnet (3) eingesetzt und fixiert ist, wobei die Aufnahmebereiche (2) derart ausgebildet sind, dass ein Kühlmittel zur direkten Kühlung des jeweiligen Permanentmagnets (3) durch den Aufnahmebereich geleitet werden kann, wobei an einer äußeren Mantelfläche (4) des Blechpakets (1) und/oder zumindest bereichsweise in einem Zwischenraum zwischen den Einzelblechen des Blechpakets (1) eine Versiegelung (5) ausgebildet ist.
2. Rotor nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Versiegelung (5) aus einem Lack, einem Harz oder einem Pulver ausgeführt ist.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Versiegelung (5) an der äußeren Mantelfläche (4) des Blechpakets (1) eine Dicke von 0 mm oder mehr aufweist.
4. Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zumindest umfassend die folgenden Schritte:
Eintauchen des Blechpakets (1 ) des Rotors in ein Versiegelungsbad (6), sodass die äußere Mantelfläche (4) des Blechpakets (1 ) in das Versiegelungsbad (6) eintaucht, - Drehen des Blechpakets (1 ) um 360° in Bezug auf die Rotationsachse (7) des Rotors, Herausheben des Blechpakets (1 ) des Rotors aus dem Versiegelungsbad (6), Trocknen der Versiegelung (5).
PCT/EP2023/082812 2023-01-11 2023-11-23 Permanentmagnetrotor für eine elektrische maschine sowie verfahren zur herstellung eines solchen rotors WO2024149505A1 (de)

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