DE102024119407A1

DE102024119407A1 - Befestigungsklammer und Rotorblechschnitt eines Elektromotors

Info

Publication number: DE102024119407A1
Application number: DE102024119407.3A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Götze
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2024-07-09
Filing date: 2024-07-09
Publication date: 2026-01-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsklammer (16) zur Fixierung eines Magneten (14, 15) in einem Rotorblechschnitt (10) eines Elektromotors. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsklammer (16) wenigstens eine Schwalbenschwanzstruktur (17) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Rotorblechschnitt (10). Sie ermöglicht die Herstellung besonders leistungs- und drehmomentkräftiger Elektromotoren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigungsklammer zur Fixierung eines Magneten in einem Rotorblechschnitt eines Elektromotors. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Rotorblechschnitt.
Stand der Technik
Die Offenlegungsschrift DE102022206513 A1 beschreibt einen Rotor für eine elektrische Maschine, bei dem durch eine radial außen wirkende Verspannung von Polinnensegmenten eine Rotorhülse eine mechanische Vorspannung aufweist, um Magnete in Magnettaschen einzuklemmen und Luftspalte zu minimieren. An Rändern der Rotorpole sind axiale Kühlkanäle vorgesehen, die zwischen Schenkeln benachbarter Magnettaschen angeordnet sind. Ein Nabenabschnitt des Rotorkörpers weist radiale Schlitze auf, die in die Kühlkanäle münden.
Die Offenlegungsschrift CN113852226 A beschreibt einen Magnetmotor, dessen Stator durch das Laminieren von Siliziumstahlblechen gebildet wird. Der Rotor verwendet eine Halbach-Permanentmagnetanordnung und kann als Innen- oder Außenläufer ausgeführt sein. Ein tangential magnetisierter Permanentmagnet ist mit einer Schwalbenschwanznut versehen, die mit der rotierenden Welle zusammenpasst. Durch diese Befestigung mit rotierenden Wellenschwalbenschwanzzähnen kann der tangential magnetisierte Permanentmagnet den radial magnetisierten Permanentmagneten einklemmen.
Die Offenlegungsschrift CN116365817 A beschreibt einen Motor, der zwei Rotoren umfasst. Der erste Rotor enthält vergrabene Permanentmagnete. Die Kavitäten sind mit Klemmen versehen, welche den jeweils enthaltenen Magneten fixieren. Die Rotor-Siliziumstahlbleche sind in einem bestimmten Winkel versetzt angeordnet. Der erste und der zweite Rotor sind ebenfalls in einem bestimmten Winkel versetzt auf der Welle befestigt.
Die Offenlegungsschrift CN117941222 A beschreibt einen Rotor-Kern mit von beiden Seiten verspannten Magneten.
Die Offenlegungsschrift CN116885867 A beschreibt ein Verfahren zum Einbetten von Magneten in Rotorblechschnitte, bei welchem die Magnete durch spezielle Klammern in den Magnetnuten fixiert werden.
Die internationale Veröffentlichung der internationalen Anmeldung WO2023186453 A1 beschreibt einen Rotor für eine elektrische Maschine, bei dem die Magnete ebenfalls in ihren Magnettaschen eingespannt sind. Diese Taschen können verschiedene Formen wie U, V oder C haben und besitzen jeweils zwei spiegelsymmetrische Schenkel.
Das Dokument CN201008106 Y beschreibt die Verwendung eines niederpermeablen Materials für Klammern, welche die Magnete im Rotor halten.
Die Offenlegungsschrift JP2012080608 A schlägt vor, durch einen parallel zu einer Wand eines äußeren Magnetpols verlaufenden Klemmvorsprung zu verhindern, dass ein Permanentmagnet aus seiner Kavität herausspringt.
Offenbarung der Erfindung
Leistungsdaten eines Elektrofahrzeugs hängen wesentlich von den in seinen Elektromotoren verbauten Vorrichtungen ab. Wünschenswert ist dabei, dass ein solches Elektrofahrzeug möglichst verlustarm und mit hoher Leistung arbeitet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Vorrichtungen anzubieten, die den Aufbau eines besonders leistungsstarken Elektromotors ermöglichen.
Gelöst wird die Aufgabe zunächst durch eine Befestigungsklammer zur Fixierung eines Magneten in einem Rotorblechschnitt eines Elektromotors, wobei die Befestigungsklammer wenigstens eine Schwalbenschwanzstruktur aufweist.
Mithilfe solcher Befestigungsklammer können Magnete in dem Rotorblechschnitt fixiert werden. Über die Schwalbenschwanzstruktur können Teile des Rotorblechschnitts miteinander verbunden werden. Durch eine solche Art der Verbindung können Stege, welche sonst die Teile des Blechschnitts miteinander verbinden, entfallen. Die hierzu bisher verwendeten Stege sind üblicherweise eisenhaltig. Durch Entfall dieses eisenhaltigen Materials können magnetische Streuflüsse und damit Streuverluste reduziert werden.
Im Ergebnis kann ein mit solchen Befestigungsklammern bzw. Rotorblechschnitten versehener Elektromotor aufgrund seiner geringen Streuverluste besonders leistungsstark sein. Auch kann ein solcher Elektromotor ein besonders hohes maximales Drehmoment aufweisen.
Dabei kann unter einer Schwalbenschwanzstruktur ein Teil einer einen Formschluss ermöglichenden Struktur verstanden werden. Die Struktur, insbesondere der Teil, kann einen, Hinterschnitt, eine Einkerbung und / oder einen Vorsprung aufweisen.
Die Geometrie der Befestigungsklammer kann in einem weiten Bereich flexibel gestaltbar sein. Insbesondere lässt sich die Befestigungsklammer an unterschiedliche Geometrien des Magneten und / oder des Rotorblechschnitts anpassen.
Eine solche Schwalbenschwanzstruktur lässt sich beispielsweise bilden, wenn die Schwalbenschwanzstruktur wenigstens einen kreisförmigen oder halbkreisförmigen Abschnitt aufweist. Der kreisförmige Abschnitt kann einfach gefertigt werden und ermöglicht es unter anderem, einen Hinterschnitt herzustellen.
Alternativ oder ergänzend kann die Schwalbenschwanzstruktur wenigstens einen dreieckigen und / oder einen trapezförmigen Abschnitt aufweisen. Auch solche Abschnitte können zur Ausbildung eines Hinterschnitts verwendet werden.
Der Magnet kann in die Befestigungsklammer eingesetzt werden. Er kann insbesondere in die Befestigungsklammer eingeklebt sein. Alternativ oder ergänzend kann der Magnet auch in die Befestigungsklammer eingeklemmt sein.
Denkbar ist, dass die Befestigungsklammer zweiteilig ausgebildet ist. Somit können die beiden Teile der Befestigungsklammer den Magneten umschließen und dann zusammengefügt werden. So lässt sich der Magnet besonders einfach in die Befestigungsklammer einsetzen. Die Teile können einzelnen mit Klebstoff versehen werden. So lässt sich der Magnet somit auch besonders einfach einkleben. Auch kann der Magnet besonders einfach zwischen den beiden Teilen der Befestigungsklammer eingeklemmt werden.
Um Teile der Befestigungsklammer zusammenfügen zu können, kann die Befestigungsklammer einen Rastabschnitt aufweisen. Die Teile der Befestigungsklammer können somit aneinander verrastet werden.
Je nach ausgewähltem Material für die Befestigungsklammer kann der Elektromotor, insbesondere sein Rotor, eine hohe Drehzahlfestigkeit und / oder eine hohe maximal erreichbare Geschwindigkeit ermöglichen.
Dazu kann die Befestigungsklammer aus einem niederpermeablen Material ausgebildet sein.
Denkbar ist insbesondere, dass die Befestigungsklammer aus einem Edelstahl und / oder Siliziumkarbid gebildet ist. Diese Materialien weisen unter anderem eine niedrige Permeabilität auf.
Die vorgeschlagene Befestigungsklammer kann insbesondere für Rotoren mit vergrabenen Magneten verwendet werden. Im Hinblick auf magnetische Streufelder kann es besonders günstig sein, die vorgeschlagene Lösung zu verwenden, wenn der Magnet und damit auch die - unwesentlich größere - Befestigungsklammer eine Breite im Bereich von ca. 1 bis ca. 6 cm und eine Höhe im Bereich von ca. 0,2 bis ca. 1 cm aufweisen.
In den Rahmen der Erfindung fällt des Weiteren ein Rotorblechschnitt für einen Elektromotor, umfassend wenigstens einen Magneten, wobei der Magnet von einer Befestigungsklammer der vorangehend beschriebenen Art eingefasst ist. Aufgrund geringer magnetische Streuverluste kann ein mit einem solchen Rotorblechschnitt ausgestatteter Elektromotor eine hohe Leistung und / oder ein hohes Drehmoment aufweisen.
Der Magnet kann ein Permanentmagnet sein. Permanentmagnete können im Vergleich zu Elektromagneten eine geringere Feldstärke aufweisen, sodass sich Streuverluste besonders stark auswirken können. Ein Elektromotor, der auf Permanentmagnete angewiesen ist, kann somit von der vorgeschlagenen Lösung besonders profitieren.
Der Rotorblechschnitt kann mehrere Einzelelemente aufweisen. Die Einzelelemente können durch die Befestigungsklammer miteinander verbunden sein. Beispielsweise kann ein einen oberen Bereich des Magneten umschließender Teil mit einem einen unteren Bereich des Magneten umschließender Teil der Befestigungsklammer miteinander verbunden sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, sowie aus den Ansprüchen.
Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:

1 einen Rotorblechschnitt;
2 den Rotorblechschnitt gemäß 1 mit Abmessungen;
3 Abmessungen eines ersten Satzes von Magneten;
4 Abmessungen eines zweiten Satzes von Magneten und
5 bis 10 verschiedene Ausführungsformen von Befestigungsklammern.

Ausführungsformen der Erfindung
Zur Erleichterung des Verständnisses der Beschreibung der Figuren werden über verschiedene Figuren hinweg für sich entsprechende Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt einen Rotorblechschnitt 10 mit einem Blech 12, in dem Magnete 14, 15 angeordnet sind. Die Magnete 14, 15 sind Permanentmagnete.
Die Magnete 14 sind durch Befestigungsklammern 16 im Blech 12 fixiert. Die Befestigungsklammern 16 verbinden dabei auch jeweils verschiedene Blechabschnitte 19 des Blechs 12 miteinander. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in 1 beispielshaft lediglich zwei der Blechabschnitte 19 mit Bezugszeichen markiert.
Die Magnete 14 und die Magnete 15 sind jeweils paarweise nach Art eines „V“ angeordnet.
Sonst an Positionen 18, von denen beispielhaft in 1 eine mit einem Bezugszeichen versehen ist, erforderliche Stege sind bei dieser Konstruktion nicht erforderlich.
Für den Rotorblechschnitt 10 sind in 2 bis 4 bestimmte Abmessungen markiert.
Abhängig von der Anzahl p von Sektoren ergibt sich eine Weite tau_p der Sektoren zu $t a u_{p} = \frac{360}{2 p} .$ Insbesondere definieren 2 bis 4 einen Innendurchmesser D_R,I sowie einen Außendurchmesser D_R,A des Blechs 12 sowie Höhen h1, h2 und Breiten b1, b2 der Magnete 14 und 15.

Für besonders vorteilhafte Elektromotoren können Blechschnitte 10 mit den in der nachfolgenden Tabelle 1 benannten Angaben und Abmessungen hergestellt werden: Tabelle 1

	BevorzugteBereiche	BesondersbevorzugteBereiche	GanzbesondersbevorzugteBereiche
Anzahl Sektoren p	2 bis 5	2 bis 5	2 bis 5
Außendurchmesser D_R,Ain mm	90 bis 170	110 bis 170	120 bis 170
Innendurchmesser D_R,Iin mm	10 bis 110	30 bis 80	40 bis 80
Breite b₁ der Magnete14 in mm	10 bis 60	15 bis 55	20 bis 50
Höhe h₁ der Magnete 14in mm	2 bis 10	3 bis 9	4 bis 8
Breite b₂ der Magnete 15in mm	10 bis 30	12 bis 28	15 bis 26
Höhe h₂ der Magnete 15in mm	2 bis 9	3 bis 9	3 bis 9

5 bis 10 zeigen in schematischen Darstellungen verschiedene Ausführungsformen von Befestigungsklammern 16, in die beispielsweise Magnete 14 eingesetzt sind oder eingesetzt werden können.
Die Ausführungsformen unterscheiden sich unter anderem in der Form ihrer Schwalbenschwanzstrukturen 17. Insbesondere sind in den Ausführungsformen gemäß 5 und 8 bis 10 Schwalbenschwanzstrukturen 17 mit kreisförmigen Abschnitten dargestellt.
Die Ausführungsform gemäß 6 verwendet dreieckige Schwalbenschwanzstrukturen 17.
Die Ausführungsform gemäß 7 verwendet halbkreisförmige Schwalbenschwanzstrukturen 17.
8 bis 10 zeigen eine mehrteilige Ausführungsform einer Befestigungsklammer 16. Dazu zeigt 8 ein erstes Teil der Befestigungsklammer 16 und 9 ein zweites Teil der Befestigungsklammer 16.
In 8 ist zudem zu erkennen, wie ein Magnet 14 in diesen ersten Teil der Befestigungsklammer 16 eingesetzt werden kann.
Um die beiden Teile der Befestigungsklammer 16 miteinander verbinden zu können, weist der erste Teil Rastabschnitte 20 und der zweite Teil zu diesen Rastabschnitten 20 komplementär ausgebildete Rastöffnungen 22 auf.
Somit lässt sich der Magnet 14, wie in 10 zu erkennen, zwischen den beiden Teilen der Befestigungsklammer 16 sicher einklemmen.
Alternativ oder ergänzend ist denkbar, dass Innenseiten der beiden Teile der Befestigungsklammer 16 beispielsweise mit einem Klebstoff vorab beschichtet werden, sodass beim Zusammenfügen der beiden Teile der Magnet 14 in die Befestigungsklammer 16 eingeklebt wird.
Bezugszeichenliste

10: Rotorblechschnitt
12: Blech
14: Magnet
15: Magnet
16: Befestigungsklammer
17: Schwalbenschwanzstruktur
18: (entfallender) Steg
19: Blechabschnitt
20: Rastabschnitt
22: Rastöffnung
b1, b2: Breite
DR,I: Durchmesser
DR,A: Durchmesser
h1, h2: Höhe
taup: Winkel
14: Magneten
16: Befestigungsklammern

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102022206513 A1 [0002]
CN 113852226 A [0003]
CN 116365817 A [0004]
CN 117941222 A [0005]
CN 116885867 A [0006]
WO 2023186453 A1 [0007]
CN 201008106 Y [0008]
JP 2012080608 A [0009]

Claims

Befestigungsklammer (16) zur Fixierung eines Magneten (14, 15) in einem Rotorblechschnitt (10) eines Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsklammer (16) wenigstens eine Schwalbenschwanzstruktur (17) aufweist.
Befestigungsklammer (16) nach dem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwalbenschwanzstruktur (17) wenigstens einen kreisförmigen oder halbkreisförmigen Abschnitt aufweist.
Befestigungsklammer (16) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwalbenschwanzstruktur (17) wenigstens einen dreieckigen und / oder einen trapezförmigen Abschnitt aufweist.
Befestigungsklammer (16) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsklammer (16) wenigstens zweiteilig ausgebildet ist.
Befestigungsklammer (16) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsklammer (16) einen Rastabschnitt (20) aufweist.
Befestigungsklammer (16) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsklammer (16) aus einem niederpermeablen Material ausgebildet ist.
Befestigungsklammer (16) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsklammer (16) aus einem Edelstahl und / oder aus Siliziumkarbid gebildet ist.
Befestigungsklammer (16) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsklammer (16) eine Breite (b1, b2) im Bereich von 1 bis 6 cm und eine Höhe (h1, h2) im Bereich von 0,2 bis 1 cm aufweist.
Rotorblechschnitt (10) für einen Elektromotor, umfassend wenigstens einen Magneten (14, 15), dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (14, 15), insbesondere ein Permanentmagnet, von einer Befestigungsklammer (16) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche eingefasst ist.
Rotorblechschnitt (10) nach dem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorblechschnitt (10) mehrere Blechabschnitte (19) aufweist, die durch wenigstens eine Befestigungsklammer (16) nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 miteinander verbunden sind.