WO2025012003A1 - Vibrationsreduzierung durch verhinderung von radialem verschieben von rotormodulen - Google Patents

Vibrationsreduzierung durch verhinderung von radialem verschieben von rotormodulen Download PDF

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rotor components
hard particles
end wall
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Daniel Fischer
Andreas Weigand
Thomas Hofmann
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Vitesco Technologies GmbH
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    • 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
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2213/12—Machines characterised by the modularity of some components
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/24—Casings; Enclosures; Supports specially adapted for suppression or reduction of noise or vibrations

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for an electrical machine.
  • the present invention particularly relates to a rotor for an electrical machine which has low noise and vibration emissions during operation.
  • the present invention further relates to an electrical machine which has such a rotor.
  • Electric motors are becoming more and more of a focus in mobility.
  • Electric motors also known as electric machines, are often made up of a rotor and stator arrangement.
  • the rotor often has a rotor package designed as a laminated core.
  • the laminated cores are excited to vibrate via the electromagnetic tooth forces. These vibrations form both over the circumference and over the axial length. Ultimately, these vibrations are transmitted to the housing and the air and perceived as noise, which is generally perceived as disturbing.
  • a rotor for an electrical machine comprising a shaft on which a plurality of rotor components are arranged, wherein the rotor components are positioned axially adjacent to one another, wherein at least one means for preventing or reducing a relative movement between at least two adjacent rotor components is provided on at least one axial end wall of at least one rotor component.
  • Such a rotor has significant advantages over state-of-the-art solutions, particularly with regard to reduced noise and/or vibration emissions.
  • the rotor described here is part of a stator-rotor arrangement which is part of an electrical machine or an electric motor.
  • the rotor is driven by the stator in order to drive, for example, a shaft or a wheel of a motor vehicle.
  • the rotor is set in rotation, which can lead to noise emissions.
  • the rotor is constructed as described below.
  • the rotor comprises a shaft on which a plurality of rotor components are arranged.
  • the rotor components can be freely selected and can include, for example, a fan wheel, a compensating wheel or other attachments of the rotor located on the shaft, such as a rotor component.
  • the rotor components preferably comprise one or more of the rotor packages, also referred to as stacks, and/or their attachments.
  • Existing rotor packages can basically be designed as is known to those skilled in the art from electrical machines.
  • the rotor packages can be designed as laminated cores.
  • the rotor components are usually pressed onto the shaft and positioned in such a way that the rotor components are positioned axially adjacent to one another.
  • the rotor components can touch axially, form a particularly small gap between them or one or more Intermediate elements may be provided axially between two rotor components, as described below.
  • a means for preventing or reducing a relative movement of at least two adjacent rotor components to one another is provided on at least one axial end wall of at least one rotor component, i.e. a rotor component located on the shaft.
  • An axial end wall is to be understood in particular as meaning that this wall is a wall arranged on an axial end region and arranged in a radially extending plane, which corresponds approximately to the base area of a cylinder.
  • a relative movement of the rotor components to one another can result in particular from the fact that when the rotor components are pressed onto a shaft, no axial force remains between the rotor components. This basically enables a relative rotational or axial movement between the rotor components.
  • any resulting noise or vibration emission can be prevented or at least reduced.
  • the selection of the specific means to be used is generally optional and can be possible, for example, as described below.
  • At least one means for preventing or reducing a relative movement between all rotor components can be provided.
  • all rotor components are preferably arranged in such a way that relative movement between all adjacent rotor components can be reduced or completely prevented.
  • a relative movement between the rotor components is prevented or at least reduced.
  • a relative movement should not be limited to this, but can also include, for example, an axial relative movement or others.
  • NVH behavior refers in particular to audible or noticeable vibrations in motor vehicles or machines.
  • this can also improve the long-term stability of a rotor or an electrical machine. This is because reducing vibrations can also reduce wear-related damage.
  • the invention is very easy to implement because the basic arrangement of the rotor and stator does not need to be changed.
  • the corresponding means only need to be arranged at the axial ends or at the end walls located there or axially between the rotor components, which makes implementation in existing systems easy.
  • no additional axial installation space is required, as would be the case with additional screw connections.
  • production can be simplified because the axial fit can be reduced if necessary depending on the means used. For example, even the smallest gaps in the axial direction between the rotor components may not be sufficient to reliably prevent relative movements. However, according to the invention, it is possible that even if there are small gaps axially between the rotor components, the relative movement can be reduced or prevented by the appropriate means.
  • the at least one means may comprise hard particles for increasing the friction between at least two adjacent rotor components.
  • a braking effect can be induced by increasing the friction between the rotor components at different rotation speeds. Therefore, the rotor components will rotate at a uniform speed or a relative movement can at least be significantly reduced. It has been shown that this is already sufficient to significantly prevent noise emissions as well as the occurrence of disturbing vibrations and thus improve the NVH behavior.
  • hard particles can be understood as those which have a Vickers hardness [HV] of at least 800 HV 10, preferably of at least 1000 HV 10.
  • HV Vickers hardness
  • the Vickers hardness can preferably be determined according to ISO 6507.
  • the at least one means can comprise a carrier designed as a disk body, arranged on the shaft and between two rotor components and provided with hard particles on at least one axial end wall.
  • conventional rotor components can thus be used. All that is needed is a disk element between the rotor components, which is provided with hard particles on at least one axial end wall or preferably on both of its axial end walls.
  • the provision of hard particles can be made possible, for example, by a coating in which hard particles are present.
  • a matrix made of a resin for example, can be used as a coating in which hard particles are present.
  • the hard particles expediently protrude from the matrix in order to come into contact with the adjacent rotor component and thus increase the friction during a relative movement.
  • Alternative embodiments include, for example, a disk element formed from plastic, into which the hard particles can be introduced directly onto the surface, for example in a melted state of the disk element, in such a way that they protrude from the surface.
  • the material of the disk element can be selected. For example, as described above, it can be selected from a plastic or from a metal or ceramic.
  • the disk element like the rotor components, can be pressed onto the shaft.
  • the at least one means comprises a surface arranged on the shaft and between two rotor components and coated with hard particles at least one axial end wall.
  • the disk element essentially applies.
  • the advantage of a textile material, such as a nonwoven material, as a carrier for the hard particles can have the advantage that the carrier is thinner than a solid disk element.
  • weight can be saved compared to a disk element, which can be advantageous in particular in mobile applications.
  • a possible negative influence on the performance of the electrical machine can be prevented in this way.
  • the carrier for the hard particles can also be designed in a different way, so that as a basic design it is possible for the at least one means to comprise a carrier arranged on the shaft and between two rotor components and provided with hard particles on at least one axial end wall.
  • the at least one means can comprise a coating comprising hard particles on at least one axial end wall of a rotor component.
  • all axial end walls of a rotor component aligned with another rotor component can comprise a corresponding coating.
  • an intermediate element such as the protruding disk element, can be dispensed with.
  • the coating can in turn be applied as described above with reference to the disk element.
  • a matrix comprising hard material particles for example in the form of a resin layer, can be applied to the corresponding axial surface or to the axial surfaces of the rotor component or the rotor components.
  • the coating can be applied over the entire surface, i.e. on the entire axial end wall of the rotor component.
  • the coating it is also possible for the coating to be applied only partially, i.e. locally.
  • the hard particles are selected from boron nitride particles, diamond particles, silicon carbide particles. It has been shown that the particles described above in particular have advantageous properties in the application described. In particular, a relative movement between adjacent rotor components can be achieved using the The particles described above can be particularly effectively prevented or reduced, and the particles are also very stable over the long term.
  • the at least one means comprises a tensioning means for increasing the contact tension of adjacent rotor components.
  • a tensioning of the rotor components in the axial direction takes place in such a way that a relative movement can be effectively reduced or prevented.
  • This design can be achieved, for example, by providing axially outwardly curved formations, such as embossed areas, which can increase the local contact stress and improve elasticity.
  • the same can be made possible, for example, by reworking the rotor components in such a way that an axially outwardly curved elevation is formed locally.
  • an existing follow-up process can be used, for example.
  • the permanent magnets can be introduced into a rotor stack by caulking or by overmolding with plastic. The follow-up processes can then be specifically designed to create axial elevations that lead to locally increased contact stresses.
  • At least one means comprises an axial material connection between at least two adjacent rotor components.
  • An axial material connection is understood to mean a connection that is formed on opposite axial end walls of adjacent rotor components. This design can be achieved, for example, by welding or gluing the adjacent rotor components together at their axial end surfaces facing each other. Welding or gluing can be carried out over the entire surface or in certain locally limited areas. For example, spot welding or spot gluing can be used for a material connection between adjacent rotor components.
  • Such an electrical machine can be used in particular to drive a vehicle, such as a motor vehicle.
  • a vehicle such as a motor vehicle.
  • An electrically powered vehicle can generally be understood as a purely electrically powered vehicle or a hybrid vehicle.
  • a vehicle can also be understood as a motor vehicle.
  • the electric machine can be designed in a manner known per se and have the above-described rotor and a corresponding actuator, which can drive the rotor in a manner known per se or set it in rotation.
  • the electric motor can be adapted to the selected area of application, for example the type of vehicle that is to be driven by the electric motor.
  • the electric machine has the advantage of reduced noise and/or vibration emissions and thus fundamentally improved NVH behavior.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a rotor according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 shows an embodiment of a rotor component for the rotor of Figure 1;
  • FIG. 3 shows an embodiment of a carrier for hard particles for a rotor according to Figure 1 .
  • Figure 1 shows a rotor 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the rotor 10 is designed for use in an electrical machine and has a shaft 12 on which a plurality of rotor components 16 are arranged, in particular pressed on.
  • the rotor components 16 are positioned axially adjacent to one another, although a small gap 18 can still be provided between the rotor components 16, which is shown greatly enlarged in Figure 1 for clarity.
  • at least one means 20 is provided for preventing or reducing a relative movement between at least two adjacent rotor components 16. Exemplary means 20 are described in detail below.
  • Figure 2 shows a rotor component 16. This has an axial end wall 22, which is arranged at an axial end of the rotor component 16 and runs in a radial plane. A receptacle 24 is also shown, which serves to hold the shaft 12 or with which the rotor component 16 can be pressed onto the shaft 12. Hard particles 26, which can serve as means 20, are shown on the end wall 22 and optionally on the axially opposite end wall. The hard particles 26 can, for example, be applied in a coating or can also be introduced directly into the end wall 22. In the rotor according to Figure 1, the hard particles 26 can come into contact with an adjacent rotor component 16 and thus reduce or prevent a relative movement between two rotor components 16.
  • tensioning means are provided to increase the contact tension of adjacent rotor components 16. These can be designed, for example, as embossed elements that project axially outwards.
  • a carrier 28 which can be arranged in a gap 18 and thus between two rotor components 16 and can be in contact with them.
  • the carrier 28 has an end wall 30 running in a radial plane and also an axially opposite end wall, which point outwards in the axial direction.
  • one or both end walls 30 can be provided with hard particles 26, which can serve as means 20.
  • the hard particles 26 can, for example, be in a coating applied or also introduced directly into the end wall 30.
  • the hard particles 26 can come into contact with an adjacent rotor component 16 and thus reduce or prevent a relative movement between two rotor components 16.
  • the carrier 28 can be designed, for example, as a rigid disc element 14 or as a textile carrier 28.

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Abstract

Ein Rotor ist ausgebildet zur Verwendung in einer elektrischen Maschine und weist eine Welle auf, auf welcher eine Mehrzahl an Rotorbauteilen (16) angeordnet ist. Die einzelnen Rotorbauteile (16) sind axial benachbart zueinander positioniert und weisen eine Aufnahme (24) für die Welle auf. An wenigstens einer axialen Endwandung (22) eines Rotorbauteils (16) ist ein Mittel (20) zum Verhindern oder Reduzieren einer Relativbewegung zwischen wenigstens zwei benachbarten Rotorbauteilen (16) vorgesehen.

Description

Beschreibung
VIBRATIONSREDUZIERUNG DURCH VERHINDERUNG VON RADIALEM VERSCHIEBEN VON ROTORMODULEN
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Rotor für eine elektrische Maschine, der beim Betrieb eine geringe Geräusch- und Vibrationsemission aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine, welche einen derartigen Rotor aufweist.
Elektromotoren rücken immer weiter in den Fokus der Mobilität. Elektromotoren, auch als elektrische Maschinen bezeichnet, sind oftmals aus einer Anordnung aus Rotor und Stator ausgebildet. Der Rotor weist oftmals ein als Blechpaket ausgestaltetes Rotorpaket auf. Im Betrieb der elektrischen Maschine werden die Blechpakete über die elektromagnetischen Zahnkräfte zu Schwingungen angeregt. Diese Schwingungen bilden sich sowohl über den Umfang als auch über die axiale Länge aus. Letztlich werden diese Schwingungen an das Gehäuse und die Luft übertragen und als Geräusch wahrgenommen, welches in der Regel als störend empfunden wird.
Es ist ein ständiges Bedürfnis, die Geräuschbelastung, welche von einem Rotor beziehungsweise allgemein von einer elektrischen Maschine ausgeht, zu reduzieren. Die Lösungen aus dem Stand der Technik können somit noch weiter verbessert werden, insbesondere hinsichtlich eines geräuscharmen und vibrationsarmen Betriebs einer elektrischen Maschine.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche wenigstens ein Nachteil des Stands der Technik zumindest teilweise überwunden werden kann. Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche die von einer elektrischen Maschine ausgehende Geräuschbelastung und/oder Vibrationsbelastung reduziert werden kann.
Die Lösung Aufgabe erfolgt durch einen Rotor für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Die Lösung der Aufgabe erfolgt ferner durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Beschrieben wird ein Rotor für eine elektrische Maschine, aufweisend eine Welle, auf welcher eine Mehrzahl an Rotorbauteilen angeordnet ist, wobei die Rotorbauteile axial benachbart zueinander positioniert sind, wobei an wenigstens einer axialen Endwandung wenigstens eines Rotorbauteils wenigstens ein Mittel zum Verhindern oder Reduzieren einer Relativbewegung zwischen wenigstens zwei benachbarten Rotorbauteilen vorgesehen ist.
Ein derartiger Rotor weist gegenüber Lösungen aus dem Stand der Technik deutliche Vorteile auf, insbesondere hinsichtlich einer reduzierten Geräuschemission und/oder Vibrationsemission.
Der hier beschriebene Rotor ist Teil einer Stator-Rotor-Anordnung welche Teil einer elektrischen Maschine beziehungsweise eines Elektromotors ist. In an sich bekannter Weise wird der Rotor durch den Stator angetrieben um dadurch beispielsweise eine Welle oder ein Rad eines Kraftfahrzeugs anzutreiben.
Entsprechend wird der Rotor in Rotation versetzt, was zu einer Geräuschemission führen kann. Um dies zu verhindern oder zumindest zu reduzieren ist der Rotor wie folgt beschrieben aufgebaut.
Der Rotor umfasst eine Welle, auf welcher eine Mehrzahl an Rotorbauteilen angeordnet ist. Grundsätzlich können die Rotorbauteile frei wählbar sein und etwa Lüfterrad, Ausgleichsrad oder andere auf der Welle befindliche Anbauteile des Rotors, etwa eines Rotorbauteils, umfassen. Bevorzugt umfassen die Rotorbauteile jedoch ein oder mehrere der auch als Stacks zu bezeichnenden Rotorpakete und/oder deren Anbauteile.
Vorhandene Rotorpakete können dabei grundsätzlich ausgestaltet sein, wie es dem Fachmann aus elektrischen Maschinen bekannt ist. Insbesondere können die Rotorpakete als Blechpakete ausgestaltet sein. Die Rotorbauteile werden meist auf die Welle aufgepresst und derart positioniert, dass die Rotorbauteile axial benachbart zueinander positioniert sind.
Beispielsweise können sich die Rotorbauteile axial berühren, einen insbesondere geringen Spalt zwischen sich ausbilden oder es können ein oder mehrere Zwischenelemente axial zwischen zwei Rotorbauteilen vorgesehen sein, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass an wenigstens einer axialen Endwandung wenigstens eines Rotorbauteils, also eines auf der Welle befindlichen Rotorbauteils, ein Mittel zum Verhindern oder Reduzieren einer Relativbewegung wenigstens zweier benachbarter Rotorbauteile zueinander vorgesehen ist. Unter einer axialen Endwandung soll insbesondere verstanden werden, dass diese Wandung eine an einem axialen Endbereich angeordnete und in einer radial verlaufenden Ebene angeordnete Wandung ist, welche etwa der Grundfläche eines Zylinders entspricht.
Eine Relativbewegung der Rotorbauteile zueinander kann insbesondere daraus resultieren, dass bei einem Aufpressen der Rotorbauteile auf eine Welle keine axiale Kraft zwischen den Rotorbauteilen verbleibt. Dies ermöglicht grundsätzlich eine relative Dreh- beziehungsweise Axialbewegung zwischen den Rotorbauteilen.
Dadurch, dass erfindungsgemäß entsprechende Mittel vorgesehen sind, welche eine Relativbewegung zwischen benachbarter Rotorbauteilen reduzieren oder gänzlich verhindern, kann eine hieraus resultierende Geräuschemission beziehungsweise Vibrationsemission verhindert oder zumindest reduziert werden. Die Auswahl der spezifisch zu verwendeten Mittel ist grundsätzlich wählbar und kann beispielsweise wie nachfolgend beschrieben möglich sein.
Besonders bevorzugt kann wenigstens ein Mittel zum Verhindern oder Reduzieren einer Relativbewegung zwischen sämtlichen Rotorbauteilen vorgesehen sein.
Entsprechend sind sämtliche Rotorbauteile bevorzugt derart angeordnet, dass eine Relativbewegung zwischen sämtlichen benachbarten Rotorbauteilen reduziert oder gänzlich verhindert werden kann.
Erfindungsgemäß wird es erreicht, dass eine ausreichende Kopplung der jeweiligen Rotorbauteile, etwa der Rotorpakete, ermöglicht wird, ohne eine hohe konstante Axialkraft zwischen den Rotorbauteilen aufbringen zu müssen.
Erfindungsgemäß kann somit erreicht werden, dass eine Relativbewegung zwischen den Rotorbauteilen verhindert oder zumindest reduziert wird. Beispielsweise soll reduziert oder verhindert werden, dass die Rotorbauteile eine unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeit aufweisen und somit die Relativbewegung durch eine unterschiedliche Rotation erfolgt. Eine Relativbewegung soll jedoch nicht hierauf beschränkt sein, sondern kann beispielsweise auch eine axiale Relativbewegung oder andere umfassen.
Durch das erfindungsgemäß mögliche Verhindern oder Reduzieren einer Relativbewegung zwischen den Rotorbauteilen kann somit der Komfort eines mit einer entsprechend ausgestatteten elektrischen Maschine ausgestatteten Fahrzeugs signifikant erhöht werden. Denn eine Relativbewegung zwischen den Rotorbauteilen kann zu Resonanzen und zur Vibration führen. Dies kann weiterhin zu Nachteilen bei dem NVH-Verhalten der elektrischen Maschine führen. Unter einem NVH-Verhalten (Noise, Vibration, Harshness und Modulation) sind dabei insbesondere hör- oder spürbare Schwingungen in Kraftfahrzeugen oder an Maschinen zu verstehen.
Zusätzlich zu einem verbesserten Komfort kann es so ermöglicht werden, dass die Langzeitstabilität eines Rotors beziehungsweise einer elektrischen Maschine verbessert wird. Denn durch die Reduzierung von Vibrationen können auch verschleißbedingte Beschädigungen reduziert werden.
Die Erfindung ist dabei sehr einfach umsetzbar da die grundsätzliche Anordnung von Rotor und Stator nicht zu verändert werden braucht. Es brauchen lediglich die entsprechenden Mittel an den axialen Enden beziehungsweise an den dort befindlichen Endwandungen oder axial zwischen den Rotorbauteilen angeordnet werden, was jedoch eine Implementierung in bestehende Systeme auf einfache Weise ermöglicht. Darüber hinaus wird kein weiterer axialer Bauraum benötigt, wie dies etwa bei zusätzlichen Schraubverbindungen der Fall wäre.
Darüber hinaus kann die Herstellung vereinfacht werden da eine axiale Passgenauigkeit in Abhängigkeit der verwendeten Mittel gegebenenfalls reduzierbar ist. Beispielsweise können auch Spalte von nur geringstem Ausmaß in axialer Richtung zwischen den Rotorbauteilen nicht hinreichend sein, um Relativbewegungen sicher zu verhindern. Erfindungsgemäß wird es jedoch möglich, dass selbst dann, wenn kleine Spalte axial zwischen den Rotorbauteilen vorhanden sind, durch die entsprechenden Mittel die Relativbewegung reduziert oder verhindert wird.
Bevorzugt kann das wenigstens eine Mittel Hartpartikel zum Erhöhen der Friktion zwischen wenigstens zwei benachbarten Rotorbauteilen umfassen. Dadurch kann ein Bremseffekt hervorgerufen werden indem etwa die Reibung zwischen den Rotorbauteilen bei einer unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeit vergrößert wird. Daher werden die Rotorbauteile in einer einheitlichen Geschwindigkeit rotieren oder eine Relativbewegung kann zumindest signifikant reduziert werden. Es konnte gezeigt werden, dass dies bereits ausreicht, um eine Geräuschemission wie auch das Auftreten von störenden Vibrationen deutlich zu verhindern und somit das NVH-Verhalten zu verbessern.
Grundsätzlich können im Sinne der vorliegenden Erfindung unter Hartpartikeln solche verstanden werden, die eine Vickershärte [HV] aufweisen von wenigstens 800 HV 10, bevorzugt von wenigstens 1000 HV 10. Die Vickershärte ist dabei bevorzugt bestimmbar nach ISO 6507.
Beispielsweise kann das wenigstens eine Mittel einen auf der Welle und zwischen zwei Rotorbauteilen angeordneten und mit Hartpartikeln an wenigstens einer axialen Endwandung versehenen als Scheibenkörper ausgebildeten Träger umfassen. In dieser Ausgestaltung können somit herkömmliche Rotorbauteile verwendet werden. Es braucht lediglich ein Scheibenelement zwischen den Rotorbauteilen vorgesehen sein, welches an wenigstens einer axialen Endwandung oder bevorzugt an seinen beiden axialen Endwandungen mit Hartpartikeln versehen ist. Das Versehen mit Hartpartikeln kann beispielsweise durch eine Beschichtung ermöglicht werden, in welcher Hartpartikel vorliegen. In einer nicht beschränkenden Ausführungsform kann beispielsweise eine Matrix etwa aus einem Harz als Beschichtung verwendet werden, in welcher Hartpartikel vorliegen. Zweckmäßigerweise ragen die Hartpartikel aus der Matrix heraus, um mit dem benachbarten Rotorbauteil in Kontakt zu gelangen und so die Reibung bei einer Relativbewegung zu erhöhen. Alternative Ausgestaltungen umfassen beispielsweise ein aus Kunststoff geformtes Scheibenelement, in welches unmittelbar auf die Oberfläche, etwa in einem angeschmolzen Zustand des Scheibenelements, die Hartpartikel eingebracht werden können derart, dass sie aus der Oberfläche herausragen. Grundsätzlich ist das Material des Scheibenelements wählbar. Beispielsweise kann es wie vorstehend beschrieben aus einem Kunststoff oder auch aus einem Metall oder einer Keramik ausgewählt sein. Ferner kann das Scheibenelement, wie auch die Rotorbauteile, auf die Welle aufgepresst sein.
Es kann weiter bevorzugt sein, dass das wenigstens eine Mittel einen auf der Welle und zwischen zwei Rotorbauteilen angeordneten und mit Hartpartikeln an wenigstens einer axialen Endwandung versehenen textilen Träger umfasst. In dieser Ausgestaltung gilt im Wesentlichen das zuvor zu dem Scheibenelement Gesagte. Der Vorteil eines Textilmaterials, wie etwa eines Vliesmaterials, als Träger für die Hartpartikel kann etwa den Vorteil haben, dass der Träger dünner ist als ein festes Scheibenelement. Darüber hinaus kann insbesondere in dieser Ausgestaltung gegenüber einem Scheibenelement Gewicht eingespart werden was insbesondere bei mobilen Anwendungen von Vorteil sein kann. Darüber hinaus kann so ein möglicher negativer Einfluss auf die Performance der elektrischen Maschine verhindert werden.
Grundsätzlich kann der Träger für die Hartpartikel auch auf andere Weise ausgestaltet sein, so dass als grundsätzliche Ausgestaltung es möglich ist, dass das wenigstens eine Mittel einen auf der Welle und zwischen zwei Rotorbauteilen angeordneten und mit Hartpartikeln an wenigstens einer axialen Endwandung versehenen Träger umfasst.
Weiter bevorzugt kann das wenigstens eine Mittel eine Hartpartikel aufweisende Beschichtung an wenigstens einer axialen Endwandung eines Rotorbauteils umfassen. Bevorzugt können sämtliche zu einem weiteren Rotorbauteil ausgerichteten axialen Endwandungen eines Rotorbauteils eine entsprechende Beschichtung umfassen. In dieser Ausgestaltung kann auf ein Zwischenelement, wie etwa das vorstehende Scheibenelement, verzichtet werden. Die Beschichtung kann wiederum aufgebracht werden, wie vorstehend mit Bezug auf das Scheibenelement beschrieben. Beispielsweise kann eine Hartstoffpartikel aufweisende etwa als Harzschicht ausgebildete Matrix auf die entsprechende axiale Oberfläche oder auf die axialen Oberflächen des Rotorbauteils oder der Rotorbauteile aufgebracht werden.
Grundsätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Beschichtung vollflächig, also an der gesamten axialen Endwandung des Rotorbauteils vorgesehen ist. Alternativ ist es ebenfalls möglich, dass die Beschichtung nur teilweise, also lokal begrenzt, aufgebracht ist.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Hartpartikel ausgewählt sind aus Bornitrid-Partikeln, Diamant-Partikeln, Siliziumcarbid-Partikeln. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die vorstehend beschriebenen Partikel in der beschriebenen Anwendung vorteilhafte Eigenschaften aufweisen. Insbesondere kann eine Relativbewegung zwischen benachbarten Rotorbauteilen unter Verwendung der vorbeschriebenen Partikel besonders effektiv verhindert oder reduziert werden, wobei die Partikel ferner sehr langzeitstabil sind.
Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass das wenigstens eine Mittel ein Verspannungsmittel zur Erhöhung der Kontaktspannung benachbarter Rotorbauteile umfasst. In dieser Ausgestaltung kann es ermöglicht werden, dass ohne eine konstante Axialkraft zwischen den Rotorbauteilen an sich eine Verspannung der Rotorbauteile in axialer Richtung derart erfolgt, dass eine Relativbewegung effektiv reduziert oder verhindert werden kann.
Diese Ausgestaltung kann beispielsweise erreicht werden, indem axial nach außen gewölbte Ausformungen, etwa Prägebereiche, vorgesehen sind, dadurch kann die lokale Kontaktspannung erhöht und Elastizität verbessert werden. Gleiches kann beispielsweise ermöglicht werden, in dem die Rotorbauteile derart nachbearbeitet werden, dass lokal eine axial nach außen gewölbte Erhöhung ausgebildet wird. Alternativ kann beispielsweise ein ohnehin vorhandener Folgeprozess verwendet werden. Beispielsweise kann das Einbringen der Permanentmagnete in einen Rotorstapel über Verstemmen oder durch ein Umspritzen mit Kunststoff erfolgen. Die Folgeprozesse können dann gezielt so ausgestaltet werden, dass sich axiale Erhebungen ergeben, die zu lokalen überhöhten Kontaktspannungen führen.
Weiterhin kann es bevorzugt sein, das wenigstens eine Mittel eine axiale stoffschlüssige Verbindung wenigstens zweier benachbarter Rotorbauteile umfasst. Unter einer axialen stoffschlüssigen Verbindung ist dabei eine solche Verbindung zu verstehen, die an sich gegenüberliegenden axialen Endwandungen benachbarter Rotorbauteile ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung kann beispielsweise erreicht werden indem die benachbarten Rotorbauteile an ihren zueinander zeigenden axialen Endflächen miteinander verschweißt oder verklebt werden. Eine Verschweißung oder ein Verkleben kann vollflächig realisiert werden oder an bestimmten lokal begrenzten Bereichen. Beispielsweise kann ein punktförmiges Verschweißen oder ein punktförmiges Verkleben für eine stoffschlüssige Verbindung benachbarter Rotorbauteile verwendet werden.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale oder Vorteile des Rotors wird auf die Beschreibung der elektrischen Maschine, auf die Figuren wie auf die Beschreibung der Figuren verwiesen. Beschrieben wird ferner eine elektrische Maschine, aufweisend eine Anordnung aus einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor ausgebildet ist wie vorstehend beschrieben.
Eine derartige elektrische Maschine kann insbesondere dem Antreiben eines Fahrzeugs, wie etwa eines Kraftfahrzeugs, dienen. Dabei kann unter einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug grundsätzlich ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder auch ein Hybrid-Fahrzeug verstanden werden. Ferner kann unter einem Fahrzeug etwa ein Kraftfahrzeug verstanden werden.
Die elektrische Maschine kann in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein und den vorbeschrieben Rotor und einen entsprechenden Aktor aufweisen, welcher den Rotor in an sich bekannter Weise antreiben beziehungsweise in Rotation versetzen kann. Hinsichtlich der Leistungsdaten kann der Elektromotor an das gewählte Anwendungsgebiet angepasst sein, also beispielsweise die Art des Fahrzeugs, welches durch den Elektromotor angetrieben werden soll.
Dadurch, dass der Rotor ausgebildet ist, wie vorstehend beschrieben, ergibt sich bei der elektrischen Maschine der Vorteil einer reduzierten Geräuschemission und /oder Vibrationsemission und somit grundsätzlich ein verbessertes NVH-Verhalten.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale oder Vorteile der elektrischen Maschine wird auf die Beschreibung des Rotors, auf die Figuren wie auf die Beschreibung der Figuren verwiesen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Figuren weiter erläutert, wobei einzelne oder mehrere Merkmale der Figuren für sich oder in Kombination ein Merkmal der Erfindung sein können. Ferner sind die Figuren nur exemplarisch aber in keiner Weise beschränkend zu sehen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Rotors gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung eines Rotorbauteils für den Rotor aus Figur 1 ; und
Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung eines Trägers für Hartpartikel für einen Rotor gemäß Figur 1 . In der Figur 1 ist ein Rotor 10 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Rotor 10 ist ausgebildet zur Verwendung in einer elektrischen Maschine und weist eine Welle 12 auf, auf welcher eine Mehrzahl an Rotorbauteilen 16 angeordnet, insbesondere aufgepresst, ist. Die Rotorbauteile 16 sind axial benachbart zueinander positioniert, wobei dennoch zwischen den Rotorbauteilen 16 ein geringer Spalt 18 vorgesehen sein kann, welcher in Figur 1 zur Verdeutlichung stark vergrößert gezeigt ist. Um trotz eines derartigen potenziellen Spalts 18 eine Relativbewegung zwischen den einzelnen Rotorbauteilen zu verhindern, ist es vorgesehen, dass wenigstens ein Mittel 20 zum Verhindern oder Reduzieren einer Relativbewegung zwischen wenigstens zwei benachbarten Rotorbauteilen 16 vorgesehen ist. Beispielhafte Mittel 20 sind nachfolgend im Detail beschrieben.
In der Figur 2 ist ein Rotorbauteil 16 gezeigt. Dieses weist eine axiale Endwandung 22 auf, welche an einem axialen Ende des Rotorbauteils 16 angeordnet ist und in einer radialen Ebene verläuft. Es ist ferner eine Aufnahme 24 gezeigt, welche zum Aufnehmen der Welle 12 dient beziehungsweise womit das Rotorbauteil 16 auf die Welle 12 aufgepresst werden kann. Auf der Endwandung 22 und gegebenenfalls auf der axial gegenüberliegenden Endwandung sind Hartpartikel 26 gezeigt, welche als Mittel 20 dienen können. Die Hartpartikel 26 können beispielsweise in einer Beschichtung aufgebracht werden oder auch unmittelbar in die Endwandung 22 eingebracht sein. In dem Rotor gemäß Figur 1 können die Hartpartikel 26 in Kontakt zu einem benachbarten Rotorbauteil16 kommen und so eine Relativbewegung zwischen zwei Rotorbauteilen 16 reduzieren oder verhindern.
Gleiches kann ermöglicht werden, wenn anstatt der Hartpartikel 26 Verspannungsmittel zur Erhöhung der Kontaktspannung benachbarter Rotorbauteile 16 vorgesehen sind. Diese können etwa als axial nach außen ragende Prägemaie ausgebildet sein.
In der Figur 3 ist ein Träger 28 gezeigt, der in einem Spalt 18 angeordnet sein kann und so zwischen zwei Rotorbauteilen 16 und mit diesen in Kontakt sein kann. Der Träger 28 weist eine in einer radialen Ebene verlaufende Endwandung 30 auf und ebenfalls eine axial gegenüberliegende Endwandung, welche in axialer Richtung nach außen zeigen. Vergleichbar zu Figur 2 kann eine oder können beide Endwandungen 30 mit Hartpartikeln 26 versehen sein, welche als Mittel 20 dienen können. Die Hartpartikel 26 können beispielsweise in einer Beschichtung aufgebracht werden oder auch unmittelbar in die Endwandung 30 eingebracht sein. In dem Rotor 10 gemäß Figur 1 können die Hartpartikel 26 in Kontakt zu einem benachbarten Rotorbauteil 16 kommen und so eine Relativbewegung zwischen zwei Rotorbauteilen 16 reduzieren oder verhindern.
Der Träger 28 kann beispielsweise als starres Scheibenelement 14 oder als textiler Träger 28 ausgebildet sein.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass eine axiale stoffschlüssige Verbindung wenigstens zweier benachbarter Rotorbauteile 16 vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste
10 Rotor
12 Welle 14 Scheibenelement
16 Rotorbauteil
18 Spalt
20 Mittel
22 Endwandung 24 Aufnahme
26 Hartpartikel
28 Träger
30 Endwandung

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (10) für eine elektrische Maschine, aufweisend eine Welle (12), auf welcher eine Mehrzahl an Rotorbauteilen (16) angeordnet ist, wobei die Rotorbauteile (16) axial benachbart zueinander positioniert sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass an wenigstens einer axialen Endwandung (22) wenigstens eines Rotorbauteils (16) wenigstens ein Mittel (22) zum Verhindern oder Reduzieren einer Relativbewegung zwischen wenigstens zwei benachbarten Rotorbauteilen (16) vorgesehen ist.
2. Rotor (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mittel (22) Hartpartikel (26) zum Erhöhen der Friktion zwischen wenigstens zwei benachbarten Rotorbauteilen (16) umfasst.
3. Rotor (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mittel (22) einen auf der Welle (12) und zwischen zwei Rotorbauteilen (16) angeordneten und mit Hartpartikeln (26) an wenigstens einer axialen Endwandung (30) versehenen Scheibenkörper (14) umfasst.
4. Rotor (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mittel (22) einen auf der Welle (12) und zwischen zwei Rotorbauteilen (16) angeordneten und mit Hartpartikeln (26) an wenigstens einer axialen Endwandung (30) versehenen textilen Träger (28) umfasst.
5. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mittel (22) eine Hartpartikel (26) aufweisende Beschichtung an wenigstens einer axialen Endwandung (22) eines Rotorbauteils (16) umfasst.
6. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartpartikel (26) ausgewählt sind aus Bornitrid-Partikeln, Diamant-Partikeln, Siliziumcarbid-Partikeln.
7. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mittel (22) ein Verspannungsmittel zur Erhöhung der Kontaktspannung benachbarter Rotorbauteile (16) umfasst.
8. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mittel (22) eine axiale stoffschlüssige Verbindung wenigstens zweier benachbarter Rotorbauteile (16) umfasst. 9. Rotor (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Mittel
(22) zum Verhindern oder Reduzieren einer Relativbewegung zwischen sämtlichen Rotorbauteilen (16) vorgesehen ist.
10. Elektrische Maschine, aufweisend eine Anordnung aus einem Rotor (10) und einem Stator, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) ausgebildet ist nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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