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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, etwa eine Synchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Nutverschlusskeil zur Abstützung der Wicklungen eines Rotors einer elektrischen Maschine.
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Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator, der einen Rotor der elektrischen Maschine umschließt.
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Die Rotornuten des (stromerregten) Rotors einer elektrischen Maschine werden typischerweise jeweils mit einem Nutverschlusskeil abgedeckt, um in den einzelnen Rotornuten jeweils einen abgeschlossenen Hohlraum zu bilden, der jeweils mit einer Vergussmasse aufgefüllt werden kann, um die Wicklungen innerhalb der Hohlräume der einzelnen Rotornuten örtlich zu fixieren und/oder elektrisch von dem Rotorkörper zu isolieren.
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Die Verwendung von Vergussmasse führt zu einem relativ hohen Fertigungsaufwand und zu einem erhöhten Gewicht des Rotors. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine besonders effiziente Herstellung eines stromerregten Rotors einer elektrischen Maschine zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Nutverschlusskeil zum Abdecken einer Rotornut eines Rotorkörpers eines Rotors einer elektrischen Maschine beschrieben. Die Rotornut wird durch einen ersten Schenkelpol und einen zweiten Schenkelpol des Rotorkörpers begrenzt. Die einzelnen Schenkelpole können jeweils einen Polschuh mit Schenkeln aufweisen, wobei die Schenkel sich jeweils in Umfangsrichtung des Rotorkörper erstrecken. Zwischen den Schenkelpolen, insbesondere zwischen einander zugewandten Schenkeln der Polschuhe der Schenkelpole, wird typischerweise eine Öffnung der Rotornut gebildet. Die Öffnung kann sich entlang der Längsachse des Rotorkörpers von der ersten Stirnfläche bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers erstrecken. Ferner kann sich die Öffnung in Umfangsrichtung der Mantelfläche des Rotorkörpers von dem ersten Schenkelpol (insbesondere von dem ersten Schenkel des Polschuhs des ersten Schenkelpols) bis zu dem zweiten Schenkelpol (insbesondere bis zu dem zweiten Schenkel des Polschuhs des zweiten Schenkelpols) erstrecken. Die Öffnung kann dabei die Form eines (fehlenden) Segments der Mantelfläche des Rotorkörpers aufweisen.
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Der Nutverschlusskeil umfasst einen Abdeckbereich, der ausgebildet ist, die Öffnung zwischen den beiden Schenkelpolen (insbesondere die Öffnung zwischen den beiden Schenkeln der Polschuhe der beiden Schenkelpole) des Rotorkörpers zu bedecken.
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Der Abdeckbereich kann ein entlang der Längsachse verlaufendes erstes Profil aufweisen, das komplementär zu einem entsprechenden ersten Gegenprofil des ersten Schenkels ausgebildet ist. Des Weiteren kann der Abdeckbereich (auf der gegenüberliegenden Längsseite) ein entlang der Längsachse verlaufendes zweites Profil aufweisen, das komplementär zu einem entsprechenden zweiten Gegenprofil des zweiten Schenkels ausgebildet ist. Ein Profil des Abdeckbereichs kann z.B. als Einkerbung oder Vertiefung oder Nut (entlang der Längsachse) ausgebildet sein, in die eine komplementäre Feder des jeweiligen Schenkels als Gegenprofil angeordnet werden kann. Alternativ oder ergänzend kann ein Profil des Abdeckbereichs als Feder ausgebildet sein, die in einer Einkerbung oder Vertiefung oder Nut (entlang der Längsachse) des jeweiligen Schenkels als Gegenprofil angeordnet werden kann.
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Der Abdeckbereich kann somit die Form eines Segments der Mantelfläche des Rotorkörpers aufweisen. Insbesondere kann der Abdeckbereich des Nutverschlusskeils derart ausgebildet sein, dass der Abdeckbereich die Mantelfläche des Rotorkörpers an der Stelle der Öffnung der Rotornut vervollständigt, wenn der Nutverschlusskeil die Öffnung der Rotornut bedeckt.
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Die Länge des Segments entlang der Längsachse kann der Länge des Rotorkörpers (von der ersten bis zu der zweiten Stirnfläche) entsprechen. Die Ausbreitung des Segments in Umfangsrichtung kann dem Abstand zwischen den beiden, einander zugewandten, Schenkeln der Polschuhe entsprechen, durch die die Öffnung der Rotornut begrenzt wird. Der Abdeckbereich kann über der Öffnung der Rotornut angeordnet werden, sodass der Nutverschlusskeil durch die einander zugewandten Schenkel der Polschuhe örtlich fixiert wird, und sodass der Nutverschlusskeil durch die Schenkel der Polschuhe auch bei Vorliegen von Fliehkräften (bis zum Erreichen einer bestimmten Grenz-Fliehkraft) in der Rotornut gehalten wird.
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Der Nutverschlusskeil umfasst ferner einen Eintauchbereich, der derart ausgebildet ist, dass sich der Eintauchbereich ausgehend von dem Abdeckbereich (in radialer Richtung) in die Rotornut (zu der Rotorachse hin) erstreckt, wenn der Abdeckbereich die Öffnung der Rotornut bedeckt. Der Eintauchbereich kann Seitenwände aufweisen, die (in einem nicht-verformten Zustand) jeweils im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind, die durch die Längsachse und durch eine in radialer Richtung verlaufenden Radialachse aufgespannt wird.
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Der Eintauchbereich kann sich entlang der Längsachse zumindest von der ersten bis zu der zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers erstrecken. Ferner kann der Eintauchbereich entlang der radialen Richtung (ausgehend von dem Abdeckbereich zu der Rotorachse des Rotorkörpers hin) eine bestimmte Eintauchtiefe aufweisen.
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Der Nutverschlusskeil, insbesondere der Eintauchbereich des Nutverschlusskeils, kann (zumindest in einem Bereich, der dafür vorgesehen ist, zwischen der ersten und der zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers angeordnet zu werden) im Wesentlichen die Form eines (geraden) Prismas mit einer bestimmten Grundfläche aufweisen. Die Grundfläche kann z.B. eine Dreiecksform oder eine T-Form aufweisen.
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Der Eintauchbereich des Nutverschlusskeils kann ausgebildet sein, die Rotornut, in bzw. an der der Nutverschlusskeil angeordnet ist, entlang einer Trennebene, die durch die Längsachse und durch die Radialachse aufgespannt wird, in eine erste Hälfte und in eine zweite Hälfte zu unterteilen, wobei die erste Hälfte dem ersten Schenkelpol und die zweite Hälfte dem zweiten Schenkelpol zugewandt ist. In der ersten Hälfe der Rotornut können erste Wicklungen um den ersten Schenkelpol und in der zweiten Hälfte der Rotornut können zweite Wicklungen um den zweiten Schenkelpol angeordnet sein.
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Die Rotornut kann in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse des Rotors eine bestimmte Gesamttiefe aufweisen. Der Eintauchbereich kann entlang der radialen Richtung eine Eintauchtiefe aufweisen, die 50% oder mehr, insbesondere 70% oder mehr, der Gesamttiefe ist.
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Der Nutverschlusskeil ist bevorzugt derart ausgebildet, dass der Nutverschlusskeil in radialer Richtung (in Bezug auf die Rotorwelle des Rotors) in die Rotornut eingeführt und (anschließend) in der Rotornut mit dem Rotorkörper gefügt werden kann.
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Insbesondere kann der Abdeckbereich des Nutverschlusskeils derart ausgebildet sein, dass der Abdeckbereich in der zwischen dem ersten Schenkelpol und dem zweiten Schenkelpol verlaufenden Umfangsrichtung elastisch komprimiert werden kann (entlang der gesamten Länge des Nutverschlusskeils bzw. entlang der gesamten Länge der Rotornut). Der Abdeckbereich kann somit durch Bewirken einer in Umfangsrichtung wirkenden Kompressionskraft ausgehend von einem ausgedehnten Zustand in einen komprimierten Zustand überführt werden. Die Breite des Abdeckbereichs in Umfangsrichtung kann dabei derart reduziert werden, dass der Abdeckbereich in dem komprimierten Zustand in radialer Richtung durch die Öffnung zwischen den beiden Schenkelpolen geführt werden kann (um den Nutverschlusskeil in radialer Richtung in die Rotornut einzuführen).
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Der Abdeckbereich kann z.B. in dem ausgedehnten Zustand eine Breite in Umfangsrichtung aufweisen, die größer, insbesondere um 10% oder mehr oder um 20% oder mehr größer, als bei Breite der Öffnung zwischen den beiden Schenkelpolen (insbesondere als die Breite zwischen den Schenkeln der Polschuhe der Schenkelpole) ist. Andererseits kann die Breite des Abdeckbereichs im komprimierten Zustand kleiner als die Breite der Öffnung zwischen den beiden Schenkelpolen sein.
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Der Abdeckbereich kann insbesondere ausgebildet sein, zwischen dem ersten Schenkelpol und dem zweiten Schenkelpol eingeklemmt zu werden, sodass der Abdeckbereich einen Zwischenzustand zwischen dem komprimierten Zustand und dem ausgedehnten Zustand aufweist. In dem Zwischenzustand kann der Abdeckbereich die gleiche Breite aufweisen, wie die Öffnung zwischen den beiden Schenkelpolen.
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Der Abdeckbereich kann ausgebildet sein, in dem Zwischenzustand eine Klemmkraft in Umfangsrichtung auf den ersten und zweiten Schenkelpol zu bewirken. Ferner kann der Abdeckbereich ausgebildet sein, in dem Zwischenzustand eine radiale Kraft in radialer Richtung auf den Eintauchbereich des Nutverschlusskeils zu bewirken.
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Die bewirkten Kräfte sind bevorzugt derart hoch sind, dass der Nutverschlusskeil bei Fliehkräften, die während des Betriebs der elektrischen Maschine auf den Nutverschlusskeil wirken, in der Rotornut gehalten wird. Diese Fliehkräfte können auf Basis von Nenn-Betriebsparametern der elektrischen Maschine berechnet werden (wie z.B. die Nenn-Drehzahl des Rotors, der Durchmesser des Rotors, das Gewicht der Wicklungen, etc.).
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Der Abdeckbereich des Nutzverschlusskeils kann somit ausgebildet sein, in Umfangsrichtung elastisch komprimiert und im komprimierten Zustand in radialer Richtung in die Rotornut eingeführt zu werden. Dabei kann bewirkt werden, dass der Abdeckbereich zwischen dem ersten Schenkel und dem zweiten Schenkel eingeklemmt wird und dabei das erste Profil in das erste Gegenprofil und das zweite Profil in das zweite Gegenprofil eingreifen.
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Durch das radiale Fügen des Nutverschlusskeils kann eine effiziente Herstellung eines Rotors bewirkt werden. Ferner kann der Nutverschlusskeil dadurch befähigt werden, sich selbst innerhalb einer Rotornut des Rotors zu verriegeln.
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Wie bereits dargelegt sind in der Rotornut typischerweise Wicklungen des Rotors angeordnet, die einen Hohlraum begrenzen (der typischerweise mit Vergussmasse ausgefüllt wird). Der Eintauchbereich kann derart verformbar ausgebildet sein, dass sich der Eintauchbereich an die durch die Wicklungen definierte Kontur des Hohlraums anpasst, wenn der Nutverschlusskeil in radialer Richtung in die Rotornut eingeführt wird. Alternativ oder ergänzend kann der Eintauchbereich ausgebildet sein, den Hohlraum im Wesentlichen vollständig auszufüllen, wenn der Nutverschlusskeil in der Rotornut mit dem Rotorkörper gefügt ist, insbesondere derart, dass die Wicklungen durch den Eintauchbereich gestützt und/oder örtlich fixiert werden.
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Durch einen derart ausgebildeten Nutverschlusskeil kann auf die Verwendung von Vergussmasse zur Fixierung der Wicklungen verzichtet werden, wodurch die Effizienz der Herstellung eines Rotors weiter erhöht wird.
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Der Abdeckbereich kann z.B. ein elektrisch nicht-leitendes, faserverstärktes Material umfassen. Der Eintauchbereich kann ein Gummi, Fluorelastomer-Kautschuk und/oder Acrylnitril-Butadien-Kautschuk umfassen. Ferner kann der Eintauchbereich auf den Abdeckbereich vulkanisiert und/oder geklebt sein. So kann ein besonders effizienter und zuverlässiger Nutverschlusskeil hergestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Rotor für eine elektrische Maschine beschrieben. Der Rotor umfasst einen Rotorkörper mit einem ersten Schenkelpol und einem zweiten Schenkelpol, durch die eine Rotornut begrenzt wird, die eine Öffnung zwischen den beiden Schenkelpolen aufweist. Des Weiteren umfasst der Rotor einen Nutverschlusskeil (der wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet ist), durch den die Öffnung abgedeckt wird. Typischerweise umfasst der Rotor eine Vielzahl von Rotornuten (z.B. 4 oder mehr, oder 6 oder mehr Rotornuten) und eine entsprechende Vielzahl von Nutverschlusskeilen.
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Der Rotor ist bevorzugt derart ausgebildet, dass die Rotornut keine ausgehärtete Vergussmasse aufweist. Alternativ oder ergänzend kann der Rotor derart ausgebildet sein, dass der zwischen den Wicklungen in der Rotornut gebildete Hohlraum im Wesentlichen vollständig von dem Eintauchbereich des jeweiligen Nutverschlusskeils ausgefüllt wird, sodass die Wicklungen direkt an den Eintauchbereich des Nutverschlusskeils angrenzen (und zumindest ein Teil der Wicklungen den Eintauchbereich berühren).
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine, insbesondere eine (stromerregte) Synchronmaschine, beschrieben, die den in diesem Dokument beschriebenen Rotor umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs umfasst.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1a eine beispielhafte elektrische Maschine;
- 1b eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Rotorkörpers;
- 1c eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Nutverschlusskeils;
- 1d eine Schnittansicht eines in einer Rotornut angeordneten Nutverschlusskeils;
- 2a und 2b unterschiedliche Zustände eines selbstverriegelnden Nutverschlusskeils;
- 3a die Einführung des Nutverschlusskeils in eine Rotornut; und
- 3b einen in einer Rotornut angeordneten Nutverschlusskeil.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und zuverlässigen Fixierung der Wicklungen in den einzelnen Rotornuten des Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere um eine besonders kosteneffiziente elektrischen Maschine bereitstellen zu können. In diesem Zusammenhang zeigt 1a eine beispielhafte elektrische Maschine 100 in einer Ansicht senkrecht auf die Welle 101 der elektrischen Maschine 100. Die Welle 101 der elektrischen Maschine 100 kann der Längsachse des Stators 110 und/oder der Rotations- bzw. Rotorachse des Rotors 120 der elektrischen Maschine 100 entsprechen. Ferner kann die Welle 101 entlang der z-Achse des dargestellten kartesischen Koordinatensystems verlaufen.
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Die elektrische Maschine 100 umfasst einen Stator 110 mit mehreren Statorwicklungen 111, die an unterschiedlichen Winkelpositionen um die Rotationsachse des Rotors 120 herum angeordnet sind, und die eingerichtet sind, ein elektromagnetisches Drehfeld zu erzeugen. Der Stator 110 ist von einem Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 umgeben.
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Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine 100 den Rotor 120, der durch das von dem Stator 110 bewirkte Drehfeld angetrieben wird. Der Rotor 120 ist fest mit der von der elektrischen Maschine 100 angetriebenen Welle 101 verbunden (die mit der Rotorwelle des Rotors 120 verbunden sein kann oder die der Rotorwelle des Rotors 120 entspricht). Der Rotor 120 umfasst einen Rotorkörper 122.
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Der Rotor 120 einer elektrischen Maschine 100 kann als Rotorkörper 122 ein Eisenblechpaket (z.B. zusammengesetzt aus gegenseitig isolierten Blechen) aufweisen. 1b zeigt einen beispielhaften Rotorkörper 122 eines Rotors 120 in einer perspektivischen Ansicht. Der Rotorkörper 122 erstreckt sich entlang der Rotationsachse bzw. der Längsachse des Rotors 120 von einer ersten Stirnfläche 128 bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 129. Dabei weist der Rotorkörper 122 in dem dargestellten Beispiel unterschiedliche magnetische Schenkelpole 124 auf, die an unterschiedlichen Winkelpositionen um die Rotationsachse des Rotors 120 angeordnet sind. Die Schenkelpole 124 können gleichmäßig um die Rotationsachse herum verteilt angeordnet sein. Um die einzelnen Schenkelpole 124 kann jeweils eine Rotorspule (d.h. jeweils Wicklungen) angeordnet sein, durch die ein Magnetfeld erzeugt wird. Die einzelnen Schenkelpole 124 können somit magnetische Pole des Rotors 120 bilden.
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Der Rotorkörper 122 weist eine zentrale Öffnung 123, insbesondere eine Bohrung, auf, in die die Rotorwelle 101 des Rotors 120 eingeführt werden kann. Die Rotorwelle 101 kann an den Stirnflächen des Rotorkörpers 122 über jeweilige Lagerflächen drehbar gelagert werden, um eine Rotation des Rotors 120 zu ermöglichen.
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Zwischen zwei direkt benachbarten Schenkelpolen 124 der Rotorkörpers 122 wird jeweils eine Rotornut 125 gebildet, in der jeweils die Wicklungen der angrenzenden Schenkpole 124 angeordnet werden. Eine Rotornut 125 erstreckt sich entlang der Längs- und/oder Rotationsachse von der ersten Stirnfläche 128 bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 129 des Rotorkörpers 122. Der Rotorkörper 122 sowie die einzelnen Rotornuten 125 können von der ersten Stirnfläche 128 bis zu der zweiten Stirnfläche 129 jeweils eine bestimmte Gesamtlänge 127 aufweisen.
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Die Rotornut 125 zwischen zwei (in Umfangsrichtung) direkt benachbarten Schenkelpolen 124 weist an der von der Rotorwelle abgewandten Mantelfläche des Rotorkörpers 122 jeweils eine Öffnung 126 auf, wobei sich die Öffnung 126 entlang der Längsachse von der ersten Stirnfläche 128 bis zu der zweiten Stirnfläche 129 des Rotorkörpers 122 erstreckt. In Querrichtung zu der Längsachse wird die Öffnung 126 durch (einander zugewandte) Schenkel 131 der Polschuhe 130 der beiden direkt benachbarten Schenkelpole 124 begrenzt.
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Zur Herstellung eines Rotors 120 können jeweils elektrisch leitende Wicklungen um die Schenkelpole 124 gewickelt werden, sodass in einer Rotornut 125 jeweils Wicklungen der zwei direkt benachbarten Schenkelpole 124 angeordnet sind. Nach Anordnen der Wicklungen können die Öffnungen 126 der einzelnen Rotornuten 125 jeweils mit einem Nutverschlusskeil bedeckt werden. Dabei kann ein Nutverschlusskeil von einer Stirnfläche 128 her zwischen die Schenkel 131 der Polschuhe 130 der zwei direkt benachbarten Schenkelpole 124 geschoben werden, um die Öffnung 126 abzudecken.
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1c zeigt einen beispielhaften Nutverschlusskeil 180, der einen Abdeckbereich 186 aufweist, durch den die Abdeckung der Öffnung 126 einer Rotornut 125 bewirkt wird. Der Abdeckbereich 186 kann eine Außenfläche aufweisen, die ausgebildet ist, die Mantelfläche des Rotorkörpers 122 an der zu bedeckenden Öffnung 126 zu vervollständigen. Der Abdeckbereich 186 kann sich (entlang der Längsachse) von einer ersten Stirnseite 181 bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 182 erstrecken. Dabei kann die erste Stirnseite 181 des Abdeckbereichs 186 dafür vorgesehen sein, an der ersten Stirnfläche 128 des Rotorkörpers 122 angeordnet zu werden. Die zweite Stirnseite 182 des Abdeckbereichs 186 kann dafür vorgesehen sein, an der zweiten Stirnfläche 129 des Rotorkörpers 122 angeordnet zu werden. Die Länge 184 des Abdeckbereichs 186 des Nutverschlusskeils 180 kann der Gesamtlänge 127 des Rotorkörpers 122 entsprechen.
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Der Abdeckbereich 186 kann seitliche Profile 183 aufweisen, die sich jeweils entlang der Längsachse von der ersten Stirnseite 181 bis zu der zweiten Stirnseite 182 des Abdeckbereichs 186 erstrecken. Dabei kann zum Einschieben des Nutverschlusskeils 180 zwischen zwei Schenkeln 131 der Polschuhe 130 von zwei direkt benachbarten Schenkelpolen 124 ein erstes Profile 183 einem entsprechenden (komplementären) Gegenprofil 193 des ersten Schenkels 131 und das gegenüberliegende zweite Profil 183 einem entsprechenden (komplementären) Gegenprofil 193 des zweiten Schenkels 131 zugewandt sein (siehe 1d). Die Gegenprofile 193 der Schenkel 131 und die entsprechenden Profile 183 des Nutverschlusskeils 180 können ineinandergeschoben werden, sodass der aufgeschobene Nutverschlusskeil 180 zwischen den beiden Schenkeln 131 gehalten wird. Ein Profil 183 kann z.B. eine Feder aufweisen, die von der ersten Stirnseite 181 bis zu der zweiten Stirnseite 182 verläuft. Das komplementäre Gegenprofil 193 kann eine komplementäre Nut für diese Feder aufweisen. Alternativ kann das Gegenprofil 193 eine Feder und das Profil 183 kann die komplementäre Nut aufweisen.
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Der Nutverschlusskeil 180 kann ferner einen Eintauchbereich 185 aufweisen, der ausgehend von dem Abdeckbereich 186 in die Rotornut 125 eintaucht, wenn der Nutverschlusskeil 180 die Öffnung 126 der Rotornut 125 bedeckt. Der Eintauchbereich 185 kann sich entlang der Längsachse von der ersten Stirnseite 181 bis zu der zweiten Stirnseite 182 des Abdeckbereichs 186 erstrecken. Darüber hinaus kann der Eintauchbereich 185 an der ersten Stirnseite 181 und/oder an der zweiten Stirnseite 182 jeweils weiter entlang der Längsachse ausgedehnt sein (sodass der Eintauchbereich 185 in dem aufgeschobenen Zustand des Nutverschlusskeils 180 über der ersten Stirnfläche 128 und/oder über der zweiten Stirnfläche 129 des Rotorkörpers 120 übersteht). Der überstehende Teil des Eintauchbereichs 185 kann z.B. zum Führen der Wicklungen 190 an der jeweiligen Stirnfläche 128, 129 des Rotorkörpers 122 (d.h. an dem jeweiligen Wickelkopf) verwendet werden.
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Der Eintauchbereich 185 kann sich ausgehend von dem Abdeckbereich 186 in radialer Richtung (d.h. im Wesentlichen senkrecht zu der Abdeckfläche des Abdeckbereichs 186) zu der Rotationsachse des Rotorkörpers 122 hin erstrecken. Der Eintauchbereich 185 kann somit in radialer Richtung in die jeweilige Rotornut 125 eintauchen, wenn der Nutverschlusskeil 180 die Rotornut 125 bedeckt. Dabei kann der Eintauchbereich 185 eine bestimmte Eintauchtiefe in radialer Richtung aufweisen. Die Rotornut 125 kann z.B. ausgehend von der Mantelfläche des Rotorkörpers 122 (d.h. ausgehend von dem Außendurchmesser des Rotorkörpers 122) eine Gesamttiefe aufweisen. Die Eintauchtiefe des Eintauchbereichs 185 kann z.B. 20% oder mehr, oder 50% oder mehr, oder 70% oder mehr der Gesamttiefe sein.
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Wie bereits oben dargelegt, können in einer Rotornut 125, die durch einen ersten Schenkelpol 124 und durch einen direkt benachbarten zweiten Schenkelpol 124 begrenzt wird, erste Wicklungen 190 um den ersten Schenkelpol 124 und zweite Wicklungen 190 um den zweiten Schenkelpol 124 angeordnet sein. Der Eintauchbereich 185 des Nutverschlusskeils 180 kann ausgebildet sein, zumindest bereichsweise eine Trennwand zwischen den ersten und den zweiten Wicklungen 190 zu bilden.
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Der Eintauchbereich 185 kann (in einem unverformten Zustand) z.B. eine prismatische Form aufweisen, mit einer dreiecksförmigen Grundfläche. Die Grundfläche kann insbesondere die Form eines gleichschenkligen Dreiecks aufweisen. Dabei kann die (relativ schmale) Basis des Dreiecks an der Innenseite des Abdeckbereichs 186 angeordnet sein. Die (relative langen) Schenkel des Dreiecks können von dem Abdeckbereich 186 weg in die Rotornut 125 hineinragen. Durch einen derart geformten Eintauchbereich 185 kann eine besonders effiziente und zuverlässige Trennung zwischen den beiden Wicklungen 190 in der Rotornut 125 bewirkt werden.
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Der Eintauchbereich 185 kann eine erste Seitenfläche aufweisen, die im eingeschobenen Zustand des Nutverschlusskeils 180 dem ersten Schenkelpol 124 der Rotornut 125 zugewandt ist, und kann eine gegenüberliegende zweite Seitenfläche aufweisen, die im eingeschobenen Zustand des Nutverschlusskeils 180 dem gegenüberliegenden zweiten Schenkelpol 124 der Rotornut 125 zugewandt ist. Die beiden Seitenflächen können sich jeweils von der Innenseite des Abdeckbereichs 186 weg in die Rotornut 125 hinein erstrecken. Ferner können sich die beiden Seitenflächen jeweils entlang der Längsachse erstrecken.
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Im Anschluss an die Anordnung des Nutverschlusskeils 180 an den Öffnungen 126 der entsprechenden Rotornuten 125 des Rotorkörpers 122 können die Hohlräume 192 der abgedeckten Rotornuten 125 jeweils mit einer Vergussmasse aufgefüllt werden, um die Wicklungen 190 in den einzelnen Rotornuten 125 örtlich zu fixieren.
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An den Stirnseiten 181, 182 des Abdeckbereichs 186 des Nutverschlusskeils 180 können Anschlagelemente 187 angeordnet sein, mit denen der Nutverschlusskeil 180 entlang der Längsachse fixiert werden kann (z.B. durch Anliegen eines Anschlagelements 187 an einem Lager oder an einem Schleifringmodul der elektrischen Maschine 100).
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Wie eingangs dargelegt, ist das Einbringen von Vergussmasse in den Hohlraum 192 einer Rotornut 125 mit einem zusätzlichen Herstellungsaufwand verbunden und führt zu einem erhöhten Gewicht des Rotors 120. Die 2a und 2b zeigen unterschiedliche Zustände (insbesondere den ausgedehnten Zustand, 2a, bzw. den komprimierten Zustand, 2b) eines Nutverschlusskeils 180, der einen als Spanndeckel ausgebildeten Abdeckbereich 186 aufweist. Insbesondere kann der Abdeckbereich 186 derart ausgebildet sein, dass der Abdeckbereich 186 durch Einwirken einer Kompressionskraft quer zu der radialen Richtung (d.h. in Umfangsrichtung) elastisch zusammengedrückt werden kann (wie beispielhaft in 2b dargestellt).
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Der Nutverschlusskeil 180 kann in einem derart komprimierten Zustand in radialer Richtung durch die Öffnung 126 in eine Rotornut 125 eingeführt werden (siehe 3a). Die Profile 183 an den Längskanten des Abdeckbereichs 186 können derart weit durch die Öffnung 126 geführt werden, dass die Profile 183 des Abdeckbereichs 186 in die entsprechenden Gegenprofile 193 an den Schenkelpolen 124 eingreifen, wenn das Bewirken der Kompressionskraft auf den Abdeckbereich 186 beendet wird (und sich der Abdeckbereich 186 daraufhin ausdehnt). Das Unterbinden der Kompressionskraft führt dazu, dass sich der Abdeckbereich 186 in Umfangsrichtung ausdehnt, bis die Profile 183 des Abdeckbereichs 186 in die entsprechenden Gegenprofile 193 der Schenkelpole 124 eingreifen. Der Abdeckbereich 186 des Nutverschlusskeils 180 weist dann einen Zwischenzustand zwischen dem ausgedehnten Zustand und dem komprimierten Zustand auf.
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Der Nutverschlusskeil 180 ist bevorzugt derart ausgebildet, dass der Abdeckbereich 186 eine bestimmte Klemmkraft in Umfangsrichtung auf die Schenkpole 124 bewirkt, sodass der Nutverschlusskeil 180 (auch bei Einwirken einer Fliehkraft) in der Rotornut 125 gehalten wird.
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Der Abdeckbereich 186 kann anhand eines faserverstärkten (federnden) Materials implementiert werden.
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Des Weiteren kann der Eintauchbereich 185 des Nutverschlusskeils 180 derart verformbar, insbesondere plastisch und/oder elastisch verformbar, ausgebildet sein, dass sich der Eintauchbereich 185 an die durch die Wicklungen 190 gebildete Kontur des Hohlraums 192 in der Rotornut 125 anpasst, und somit die Funktion einer fixierenden Vergussmasse übernimmt. Der Eintauchbereich 185 des Nutverschlusskeils 180 kann zu diesem Zweck ein Volumen aufweisen, das dem Volumen des aufzufüllenden Hohlraums 192 entspricht. Wie in 3b dargestellt, verformt sich der Eintauchbereich 185 beim Einführen in die Rotornut 125, sodass schließlich der Hohlraum 192 im Wesentlichen vollständig mit dem Eintauchbereich 185 des Nutverschlusskeils 180 ausgefüllt ist, wenn der Abdeckbereich 186 des Nutverschlusskeils 180 in dem Gegenprofil 193 der Schenkelpole 124 arretiert ist.
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Es wird somit ein selbstverriegelnder Nutverschlusskeil 180 für einen vergussfreien Rotor 120 beschrieben. Der Nutverschlusskeil 180 kann durch radiales Fügen in einer Rotornut 125 angeordnet werden. Der Nutverschlusskeil 180, insbesondere der Abdeckbereich 186 des Nutverschlusskeils 180, kann durch seine Form und/oder durch sein Material als bidirektionale Feder ausgebildet. Die Feder kann dabei vertikal (d.h. in radialer Richtung) und/oder horizontal (d.h. in Umfangsrichtung) wirken. Der Abdeckbereich 186 verkeilt sich durch die federnde Ausbildung in der Rotornut 125 (insbesondere in den Profile 193 der Schenkelpole 124). Der Nutverschlusskeil 180, insbesondere der Abdeckbereich 186 des Nutverschlusskeils 180, kann ein nicht-leitendendes, faserverstärktes und/oder temperaturfestes Material umfassen.
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Der Abdeckbereich 186 des Nutverschlusskeils 180 kann insbesondere als Spanndeckel, ggf. mit einer flexiblen Mittelkontur (beispielsweise mit einem Filmscharnier), ausgebildet sein. Der Abdeckbereich 186 des Nutverschlusskeils 180 kann ein elektrisch nicht-leitendes Material (z.B. Aramid) umfassen. Das Material kann faserverstärkt und/oder als getränkte Fasermatte (geharzt oder Spritzguss) ausgebildet sein. Der Abdeckbereich 186 kann z.B. einen faserverstärkten Einleger aufweisen.
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Der Eintauchbereich 185 des Nutverschlusskeils 180 kann ein extrudiertes, hochtempertaturfestes Gummi (z.B. FKM (Fluorelastomer-Kautschuk), NBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk) oder eine Kombination bzw. eine Alternative davon aufweisen. Der Eintauchbereich 185 kann auf den Abdeckbereich 186 vulkanisiert und/oder geklebt sein.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.