WO2025157463A1 - Rotor mit stützkorsettartigen faserflächenstrukturen - Google Patents

Rotor mit stützkorsettartigen faserflächenstrukturen

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WO2025157463A1
WO2025157463A1 PCT/EP2024/084496 EP2024084496W WO2025157463A1 WO 2025157463 A1 WO2025157463 A1 WO 2025157463A1 EP 2024084496 W EP2024084496 W EP 2024084496W WO 2025157463 A1 WO2025157463 A1 WO 2025157463A1
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rotor
fiber
winding
salient
fiber surface
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PCT/EP2024/084496
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kirstin Riener
Herbert Holzer
Henryk Freund
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/527—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to rotors only

Definitions

  • the invention relates to a rotor for a separately excited salient-pole electric machine.
  • the rotor comprises a rotor core with a rotor yoke and a plurality of salient poles projecting radially from the rotor yoke, each having a rotor tooth and a pole shoe.
  • the rotor comprises rotor windings for exciting a rotor magnetic field with winding conductors wound in multiple layers around the rotor teeth of the salient poles and forming winding heads on axially opposite end faces of the rotor core, and at least one fiber for securing and supporting the rotor windings.
  • the invention also relates to a separately excited salient-pole electric machine and a motor vehicle.
  • the focus is on electrical machines that can be used, for example, as drive motors for electrified motor vehicles, i.e., electric or hybrid vehicles.
  • Such electrical machines typically have a stationary stator with energizable stator windings and a rotor mounted so as to be rotatable relative to the stator.
  • the rotor also has energizable rotor windings.
  • the rotor windings have winding conductors, for example wires, which, in the case of a rotor with a salient pole design, can be wound around salient poles or rotor poles of a rotor core and form winding heads on axially opposite end faces of the rotor core.
  • the wires can shift due to centrifugal forces, which can lead to imbalance and rotor failure. Therefore, the winding conductors are usually fixed and stabilized, for example by introducing a potting resin or a drip resin into the free spaces between the winding conductors and allowing it to harden there.
  • the disadvantage is that a rotor cast with resin or potting compound is heavy, has high costs due to additional process steps, components and additional effort, and is also difficult to recycle.
  • a rotor which comprises a tensioning and deflection device and a roving winding with a roving, through which several windings are formed, offset in the circumferential direction, spanning the rotor windings of each salient pole pair.
  • roving sections are guided over the winding heads to form a winding between radially opposite salient poles and are deflected along the circumferential direction as they are guided over the winding heads to form a winding transition between two windings.
  • Such a roving winding eliminates the need for encapsulation of the rotor; however, the production of the roving winding and thus the manufacture of the rotor are highly complex.
  • a rotor according to the invention for a separately excited electric salient-pole machine has a rotor core with a rotor yoke and a plurality of salient poles projecting radially from the rotor yoke, each of which has a rotor tooth and a pole shoe. Furthermore, the rotor has rotor windings for exciting a rotor magnetic field with winding conductors wound in several layers around the rotor teeth of the salient poles and forming winding heads on axially opposite end faces of the rotor core. Furthermore, the rotor has at least one fiber for securing and supporting the rotor windings.
  • the at least one fiber is wound around the rotor windings to form a support corset-like fiber surface structure for each salient pole and encloses an outer layer of the winding conductors for axial and radial securing of the rotor windings.
  • a separately excited electric salient pole machine according to the invention for a motor vehicle comprises a stator and a rotor according to the invention that is rotatably mounted relative to the stator. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with at least one salient pole machine according to the invention.
  • the motor vehicle is designed in particular as an electrified motor vehicle and has the at least a salient-pole machine as the drive machine.
  • the salient-pole machine is designed, in particular, as a current-excited internal-rotor synchronous machine (SSM).
  • SSM current-excited internal-rotor synchronous machine
  • the rotor core of the salient-pole rotor is designed, for example, as a laminated core made of axially stacked and interconnected electrical steel laminations.
  • the rotor core has the rotor yoke, for example an annular one, through which a rotor shaft can be passed and connected in a rotationally fixed manner to the rotor core.
  • the salient poles project radially from the rotor yoke, each having a rotor tooth, in particular one with parallel flanks, and a pole piece, in particular one shaped like a segment of a circle.
  • the rotor teeth project radially from the rotor yoke and are arranged at a distance from one another in the circumferential direction.
  • Partial regions of the pole pieces project beyond the rotor teeth along the circumferential direction, so that the winding conductors of the rotor windings, which are wound around the rotor teeth, are arranged radially between the pole pieces and the rotor yoke and are held on the rotor teeth by the pole pieces when the salient-pole rotor rotates.
  • the axial winding sections of the rotor windings are arranged in axial slots formed between the tooth flanks of two adjacent rotor teeth, and the end-face winding sections of the rotor windings extend over the end faces of the rotor teeth.
  • the tooth flanks and end faces of a rotor tooth form its outer sides.
  • a fiber surface structure is provided for each salient pole, which encloses the respective rotor winding like a support corset.
  • the fiber surface structures are applied in particular to the outer layer or the last upper winding of the respective rotor winding and cover it completely.
  • the fiber surface structure is arranged overlapping the outer sides of the respective rotor tooth.
  • the fiber surface structure has two axial structural sections for each salient pole, which are arranged parallel to the tooth flanks in the slots of the associated salient pole and cover the axial winding sections, and two end-face structural sections, which are arranged parallel to the end faces of the rotor teeth and cover the end-face winding sections.
  • These fiber surface structures particularly replace encapsulation of the rotor, so that the rotor windings are designed without encapsulation and thus no encapsulation compound is arranged between the winding conductors.
  • the rotor is thus designed without any potting compound.
  • the fiber surface structures are significantly lighter than a potting compound and are easier to manufacture. In contrast to a potting compound, the fiber surface structure can be easily removed to recycle the rotor.
  • the fiber surface structures comprise at least one high-tensile fiber, for example a carbon fiber, a glass fiber, an amide or a sisal fiber.
  • a high-tensile fiber for example a carbon fiber, a glass fiber, an amide or a sisal fiber.
  • several fibers are bundled into a roving, for example a ribbon-like roving, which is wound into the fiber surface structure.
  • the fiber surface structures can be designed as fiber layups or as fiber braids and can have one or more layers. In a fiber layup, the fibers are laid in one or more layers on the upper layer of the rotor winding, whereby the fibers within a layer can run parallel to one another, for example, and the fibers of two layers can have different orientations. In a fiber braid or fiber knit, the fibers are woven or braided within a layer.
  • a curable impregnating resin can be used to stabilize the fiber surface structure.
  • the at least one fiber is pre-impregnated with the impregnating resin, forming a prepreg, or is impregnated or laminated with the impregnating resin in a separate process step prior to the production of the fiber surface structure.
  • This impregnating resin can then be thermally activated after the salient poles have been wound, causing it to liquefy, spread within the fiber surface structure, and harden there.
  • each salient pole is thus wound separately by winding the fiber around the rotor winding and fixing one fiber end, for example, by gluing it, to the associated fiber surface structure.
  • the fiber surface structures of different salient poles are therefore not connected to one another.
  • the fiber surface structures can be wound with a continuous fiber, so that the fiber surface structures are connected via at least one fiber section, for example, partially extending across the end face of the rotor core.
  • the fiber surface structures can be wound successively. This means that as soon as a fiber surface structure is completely wound, the fiber can be guided to another salient pole, which is then wound.
  • fiber surface structures can be wound in parallel by at least partially winding another fiber surface structure with the same fiber before completing a fiber surface structure.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a rotor design
  • Fig. 1 and Fig. 2 show different perspectives of a rotor 1 for an electrical machine.
  • the rotor 1 is manufactured in a salient pole design and has a rotor core 2 with a rotor yoke 3 and salient poles 4.
  • the salient poles 4 each have a rotor tooth 5 and a pole shoe 6.
  • the rotor yoke 3 encloses a rotor shaft 7, which is connected in a rotationally fixed manner to the rotor core 2.
  • the rotor 2 also has energizable rotor windings 8 for exciting a rotor magnetic field.
  • the rotor windings 8 have winding conductors 9, which are designed as wires and are wound around the rotor teeth 5.
  • Star disks 10 can also be arranged on axially opposite end faces of the rotor core 2, which serve to guide the winding conductors 9 over the end faces of the rotor core 2.
  • a geometric The shape of the star disks 8 corresponds to the salient pole design of the rotor core 2.
  • the sections of the winding conductors 9 extending over the end faces form winding heads 11. These can be held on the star disks 10 by axially projecting projections 12 of the star disks 10 as the rotor 1 rotates, thus supporting them against the centrifugal forces acting during rotation.
  • the rotor 1 also has a fiber surface structure 13 for each salient pole 4, for example a fiber fabric or a fiber knit, although only one fiber surface structure 13 is shown here.
  • the fiber surface structure 13 encloses or surrounds the associated rotor winding 8.
  • the fiber surface structure 13 covers the uppermost layer of the rotor winding 8 and encloses the winding heads 11 and the axial winding sections 14 of the rotor windings 8.
  • the fiber surface structure 13 thus forms a support corset for the associated rotor winding 8.
  • the fiber surface structure 13 can be formed by at least one fiber, in that the at least one fiber is wound around the salient pole 4 equipped with the winding conductor 8, parallel to the outer surfaces of the rotor tooth 5.
  • the at least one fiber can, for example, comprise a carbon fiber-reinforced plastic.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine fremderregte elektrische Schenkelpolmaschine aufweisend: - einen Rotorkern (2) mit einem Rotorjoch (3) und mehreren, von dem Rotorjoch (3) radial abstehenden Schenkelpolen (4), welche jeweils einen Rotorzahn (5) und einen Polschuh (6) aufweisen, - Rotorwicklungen (8) zur Erregung eines Rotormagnetfeldes mit Wicklungsleitern (9), welche in mehreren Lagen um die Rotorzähne (5) der Schenkelpole (4) gewickelt sind und an axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotorkerns (2) Wickelköpfe (11) ausbilden, - zumindest eine Faser zum Fixieren und Abstützen der Rotorwicklungen (8), wobei die zumindest eine Faser unter Ausbildung von jeweils einer stützkorsettartigen Faserflächenstruktur (13) pro Schenkelpol (4) um die zugehörige Rotorwicklung (8) gewickelt ist und dabei eine äußere Lage der Wicklungsleiter (9) zur axialen und radialen Fixierung der zugehörigen Rotorwicklung (8) umschließt.

Description

Rotor mit stützkorsettartigen Faserflächenstrukturen
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine fremderregte elektrische Schenkelpolmaschine. Der Rotor umfasst einen Rotorkern mit einem Rotorjoch und mehreren, von dem Rotorjoch radial abstehenden Schenkelpolen, welche jeweils einen Rotorzahn und einen Polschuh aufweisen. Außerdem umfasst der Rotor Rotorwicklungen zur Erregung eines Rotormagnetfeldes mit Wicklungsleitern, welche in mehreren Lagen um die Rotorzähne der Schenkelpole gewickelt sind und an axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotorkerns Wickelköpfe ausbilden, und zumindest eine Faser zum Fixieren und Abstützen der Rotorwicklungen. Die Erfindung betrifft außerdem eine fremderregte elektrische Schenkelpolmaschine sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Maschinen, welche beispielsweise als Antriebsmaschinen für elektrifizierte Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge, eingesetzt werden können. Solche elektrischen Maschinen weisen üblicherweise einen ortsfesten Stator mit bestrombaren Statorwicklungen sowie einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor auf. Im Falle einer fremderregten Maschine weist auch der Rotor bestrombare Rotorwicklungen auf. Die Rotorwicklungen weisen Wicklungsleiter, beispielsweise Drähte, auf, welche bei einem Rotor in Schenkelpolbauweise um Schenkelpole bzw. Rotorpole eines Rotorkerns des Rotors gewickelt sein können und an axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotorkerns Wickelköpfe ausbilden. Die Drähte können sich bei hohen Drehzahlen aufgrund der Fliehkräfte verschieben, sodass es zu Umwuchten und zum Versagen des Rotors kommen kann. Daher werden die Wicklungsleiter üblicherweise fixiert und stabilisiert, beispielsweise indem ein Vergussharz oder ein Träufelharz in Freiräume zwischen die Wicklungsleitern eingebracht wird und dort aushärtet. Nachteilig ist, dass ein mit Harz bzw. Vergussmasse vergossener Rotor ein hohes Gewicht, hohe Kosten durch zusätzliche Prozessschritte, Bauteile und Mehraufwand aufweist und außerdem schwer zu recyclen ist.
Auch ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 10 2021 124234 A1 , ein Rotor bekannt, welcher eine Spann- und Umlenkeinrichtung und eine Rovingwicklung mit einem Roving aufweist, durch welchen mehrere, in Umfangsrichtung versetzte, die Rotorwicklungen jeweils eines Schenkelpolpaars umspannende Windungen gebildet sind. Mittels der Spann- und Umlenkeinrichtung sind Rovingabschnitte zum Ausbilden einer Windung zwischen radial gegenüberliegenden Schenkelpolen über die Wickelköpfe geführt und zum Ausbilden eines Windungsübergangs zwischen zwei Windungen beim Führen über die Wickelköpfe entlang der Umfangsrichtung umgelenkt. Durch eine solche Rovingwicklung kann auf einen Verguss des Rotors verzichtet werden, jedoch weisen die Herstellung der Rovingwicklung und damit die Fertigung des Rotors eine hohe Komplexität auf.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach und kostengünstig herzustellende Faserwicklung für einen Rotor einer elektrischen Maschine mit einer besonders hohen Stützwirkung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor, eine Schenkelpolmaschine sowie ein Kraftfahrzeug sowie eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine fremderregte elektrische Schenkelpolmaschine weist einen Rotorkern mit einem Rotorjoch und mehreren, von dem Rotorjoch radial abstehenden Schenkelpolen auf, welche jeweils einen Rotorzahn und einen Polschuh aufweisen. Außerdem weist der Rotor Rotorwicklungen zur Erregung eines Rotormagnetfeldes mit Wicklungsleitern auf, welche in mehreren Lagen um die Rotorzähne der Schenkelpole gewickelt sind und an axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotorkerns Wickelköpfe ausbilden. Ferner weist der Rotor zumindest eine Faser zum Fixieren und Abstützen der Rotorwicklungen auf. Die zumindest eine Faser ist unter Ausbildung von jeweils einer stützkorsettartigen Faserflächenstruktur pro Schenkelpol um die Rotorwicklungen gewickelt und umschließt dabei zur axialen und radialen Fixierung der Rotorwicklungen eine äußere Lage der Wicklungsleiter.
Eine erfindungsgemäße fremderregte elektrische Schenkelpolmaschine für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Stator und einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten erfindungsgemäßen Rotor. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer erfindungsgemäßen Schenkelpolmaschine. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug ausgebildet und weist die zumindest eine Schenkelpolmaschine als Antriebsmaschine auf. Die Schenkelpolmaschine ist insbesondere als eine stromerregte Innenläufer-Synchronmaschine (SSM) ausgebildet.
Der Rotorkern des Schenkelpolrotors ist beispielsweise als ein Blechpaket aus axial gestapelten und miteinander verbundenen Elektroblechlamellen ausgebildet. Der Rotorkern weist das, beispielsweise ringförmige, Rotorjoch auf, durch welches eine Rotorwelle hindurchgeführt und drehfest mit dem Rotorkern verbunden werden kann. An dem Rotorjoch stehen die Schenkelpole radial ab, welche jeweils einen, insbesondere parallelflankigen, Rotorzahn und einen, insbesondere kreissegmentförmigen, Polschuh aufweisen. Die Rotorzähne sind radial an dem Rotorjoch abstehend und in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnet. Teilbereiche der Polschuhe stehen dabei entlang der Umfangsrichtung an den Rotorzähnen über, sodass die Wicklungsleiter der Rotorwicklungen, welche um die Rotorzähne gewickelt sind, radial zwischen den Polschuhen und dem Rotorjoch angeordnet und beim Rotieren des Schenkelpolrotors von den Polschuhen auf den Rotorzähnen gehalten sind. Axiale Wicklungsabschnitte der Rotorwicklungen sind dabei in axialen Nuten, welche zwischen Zahnflanken zweier benachbarten Rotorzähnen ausgebildet sind, angeordnet und stirnseitige Wicklungsabschnitte der Rotorwicklungen verlaufen über Stirnseiten des Rotorzähne. Die Zahnflanken und Stirnseiten eines Rotorzahns bilden dessen Außenseiten.
Um die Wicklungsleiter, welche vorzugsweise als Drähte ausgebildet sind und in mehreren Lagen sowie mehreren Windungen pro Lage um die Rotorzähne gewickelt sind, zu fixieren und stabilisieren, wird pro Schenkelpol eine Faserflächenstruktur bereitgestellt, welches die jeweilige Rotorwicklung stützkorsettartig umschließt. Die Faserflächenstrukturen sind insbesondere an die äußere Lage bzw. die letzte Oberwicklung der jeweiligen Rotorwicklung angelegt und bedecken diese insbesondere vollständig. Die Faserflächenstruktur ist dabei überlappend mit den Außenseiten des jeweiligen Rotorzahns angeordnet. Dabei weist die Faserflächenstruktur pro Schenkelpol zwei axiale Strukturabschnitte auf, welche parallel zu den Zahnflanken in den Nuten des zugehörigen Schenkelpols angeordnet sind und die axialen Wicklungsabschnitte bedecken, und zwei stirnseitige Strukturabschnitte auf, welche parallel zu den Stirnseiten der Rotorzähne angeordnet sind und die stirnseitigen Wicklungsabschnitte bedecken. Diese Faserflächenstrukturen ersetzen insbesondere einen Verguss des Rotors, sodass die Rotorwicklungen unvergossen ausgebildet sind und somit keine Vergussmasse zwischen den Wicklungsleitern angeordnet ist. Der Rotor ist somit insbesondere vergussmasselos ausgebildet. Die Faserflächenstrukturen weisen dabei ein deutlich geringeres Gewicht auf als eine Vergussmasse und sind einfacher zu fertigen. Zudem können, im Gegensatz zu einer Vergussmasse, die Faserflächenstruktur zum Recyclen des Rotors auf einfache Weise wieder entfernt werden.
Die Faserflächenstrukturen weisen dabei zumindest eine zugfeste Faser, beispielsweise eine Kohlenstofffaser, eine Glasfaser, eine Armid oder eine Sisalfaser, auf. Insbesondere sind mehrere Fasern zu einem, beispielsweise bandartigen Roving, gebündelt, welcher zu der Faserflächenstruktur gewickelt wird, die Faserflächenstrukturen können dabei als Fasergelege oder als Fasergeflechte ausgebildet sein und dabei eine oder mehrere Schichten aufweisen. Bei einem Fasergelege sind die Fasern in einer oder mehreren Schichten an der oberen Lage der Rotorwicklung abgelegt, wobei die Fasern innerhalb einer Schicht beispielsweise parallel zueinander verlaufen können und die Fasern zweier Schichten unterschiedliche Orientierungen aufweisen können. Bei einem Fasergeflecht bzw. Fasergestrickt sind die Fasern innerhalb einer Lage verwoben bzw. verflochten.
Zum Stabilisieren der Faserflächenstruktur kann ein aushärtbares Imprägnierharz verwendet werden. Hierzu ist die zumindest eine Faser insbesondere mit dem Imprägnierharz vorgetränkt und somit als Prepreg ausgebildet oder wird in einem separaten Prozessschritt vor dem Herstellen der Faserflächenstruktur mit dem Imprägnierharz imprägnier oder laminiert. Dieses Imprägnierharz kann dann nach bewickeln der Schenkelpole thermisch aktiviert werden, wodurch es sich verflüssigt, innerhalb der Faserflächenstruktur ausbreitet und dort aushärtet.
Dabei kann vorgesehen sein, dass für jeden Schenkelpol eine separate, abgeschlossene Faserflächenstruktur ausgebildet ist. Jeder Schenkelpol wird somit separat bewickelt, indem die Faser um die Rotorwicklung gewickelt wird und ein Faserende an der zugehörigen Faserflächenstruktur fixiert, beispielsweise festgeklebt, wird. Die Faserflächenstrukturen unterschiedlicher Schenkelpole sind also nicht miteinander verbunden. Alternativ dazu können die Faserflächenstrukturen mit einer fortlaufenden Faser gewickelt sein, sodass die Faserflächenstrukturen, über zumindest einen, beispielsweise bereichsweise stirnseitig über den Rotorkern verlaufenden, Faserabschnitt verbunden sind. Die Faserflächenstrukturen können sukzessive gewickelt werden. Das heißt, sobald eine Faserflächenstruktur fertiggewickelt ist, kann die Faser zu einem weiteren Schenkelpol geführt werden, welcher daraufhin bewickelt wird. Alternativ dazu können auch mehrere Faserflächenstrukturen parallel gewickelt werden, indem vor Fertigstellung einer Faserflächenstruktur mit derselben Faser zumindest eine andere Faserflächenstruktur zumindest teilweise gewickelt wird. Es kann also während des Wickelns der fortlaufenden Endlosfaser auch zwischen den Schenkelpolen hin- und hergesprungen, um die Stabilität der Faserflächenstrukturen zu erhöhen. Wenn der letzte Schenkelpol bewickelt ist, wird das Faserende an der zugehörigen Faserflächenstruktur befestigt.
Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Rotor vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Schenkelpolmaschine sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung einer Ausgestaltung eines Rotors; und
Fig. 2 eine schematische Querschnittdarstellung des Rotors.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen unterschiedliche Perspektiven eines Rotors 1 für eine elektrische Maschine. Der Rotor 1 ist in Schenkelpolbauweise gefertigt und weist einen Rotorkern 2 mit einem Rotorjoch 3 und Schenkelpolen 4 auf. Die Schenkelpole 4 weisen jeweils einen Rotorzahn 5 und einen Polschuh 6 auf. Das Rotorjoch 3 umschließt eine Rotorwelle 7, welche drehfest mit dem Rotorkern 2 verbunden ist. Der Rotor 2 weist außerdem bestrombare Rotorwicklungen 8 zur Erregung eines Rotormagnetfeldes auf. Die Rotorwicklungen 8 weisen Wicklungsleiter 9 auf, welche als Drähte ausgebildet sind und um die Rotorzähne 5 gewickelt sind. An axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotorkerns 2 können außerdem Sternscheiben 10 angeordnet sein, welche zum Führen der Wicklungsleiter 9 über die Stirnseiten des Rotorkerns 2 dienen. Eine geometrische Form der Sternscheiben 8 korrespondiert dabei mit der Schenkelpolbauweise des Rotorkerns 2. Die über die Stirnseiten geführten Abschnitte der Wicklungsleiter 9 bilden Wickelköpfe 11 aus. Diese können dabei von axial abstehenden Auskragungen 12 der Sternscheiben 10 beim Rotieren des Rotors 1 auf den Sternscheiben 10 gehalten und somit gegen die beim Rotieren wirkenden Fliehkräfte abgestützt werden.
Zum Verbessern der Stützwirkung der Sternscheiben 10 gegen die Fliehkräfte und zum Fixieren der Wicklungsleiter 9 weist der Rotor 1 außerdem pro Schenkelpol 4 eine Faserflächenstruktur 13, beispielsweise ein Fasergelege oder ein Fasergestrickt, auf, wobei hier nur eine Faserflächenstruktur 13 gezeigt ist. Die Faserflächenstruktur 13 umhüllt bzw. umschließt die zugehörige Rotorwicklung 8. Dabei bedeckt die Faserflächenstruktur 13 die oberste Lage der Rotorwicklung 8 und umhüllt die Wickelköpfe 11 und die axialen Wicklungsabschnitte 14 der Rotorwicklungen 8. Die Faserflächenstruktur 13 bildet somit ein Stützkorsett für die zugehörige Rotorwicklung 8 aus. Die Faserflächenstruktur 13 kann durch zumindest eine Faser ausgebildet sein, indem die zumindest eine Faser um den mit dem Wicklungsleiter 8 bestückten Schenkelpol 4 parallel zu Außenflächen des Rotorzahns 5 gewickelt wird. Die zumindest eine Faser kann beispielsweise einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (1) für eine fremderregte elektrische Schenkelpolmaschine aufweisend:
- einen Rotorkern (2) mit einem Rotorjoch (3) und mehreren, von dem Rotorjoch (3) radial abstehenden Schenkelpolen (4), welche jeweils einen Rotorzahn (5) und einen Polschuh (6) aufweisen,
- Rotorwicklungen (8) zur Erregung eines Rotormagnetfeldes mit Wicklungsleitern (9), welche in mehreren Lagen um die Rotorzähne (5) der Schenkelpole (4) gewickelt sind und an axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotorkerns (2) Wickelköpfe (11) ausbilden,
- zumindest eine Faser zum Fixieren und Abstützen der Rotorwicklungen (8), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Faser unter Ausbildung von jeweils einer stützkorsettartigen Faserflächenstruktur (13) pro Schenkelpol (4) um die zugehörige Rotorwicklung (8) gewickelt ist und dabei eine äußere Lage der Wicklungsleiter (9) zur axialen und radialen Fixierung der zugehörigen Rotorwicklung (8) umschließt.
2. Rotor (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsleiter (9) als Drähte ausgebildet sind.
3. Rotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwicklungen (8) unvergossen ausgebildet sind.
4. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserflächenstrukturen (13) durch mehrere, Rovings ausbildende Fasern ausgebildet sind.
5. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Faser eine Kohlenstofffaser, eine Glasfaser, eine Aramidfaser oder eine Sisalfaser ist.
6. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Schenkelpol (4) eine separate, abgeschlossene Faserflächenstruktur (13) ausgebildet ist.
7. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserflächenstrukturen (13) mit einer fortlaufenden Faser gewickelt sind, sodass die Faserflächenstrukturen (13) über zumindest einen Faserabschnitt verbunden sind.
8. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Faserflächenstruktur (13) die zugehörige Rotorwicklung (8) vollständig bedeckt.
9. Fremderregte elektrische Schenkelpolmaschine für ein Kraftfahrzeug aufweisend einen Stator und einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Kraftfahrzeug mit zumindest einer Schenkelpolmaschine nach Anspruch 9.
PCT/EP2024/084496 2024-01-24 2024-12-03 Rotor mit stützkorsettartigen faserflächenstrukturen Pending WO2025157463A1 (de)

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