DE102024200332A1 - Rotor for an electrical machine, an electrical machine, and method for producing such a rotor - Google Patents
Rotor for an electrical machine, an electrical machine, and method for producing such a rotorInfo
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Abstract
Rotor (10) für eine elektrische Maschine (12), elektrische Maschine (12), und Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors (10), mit einem Grundkörper (14), der als zylindrischer Hohlkörper (15) aus magnetisch leitfähigem Material ausgebildet ist, und am radial äußeren Umfang (16) des Grundkörpers (14) mehrere Rotormagnete (20) anliegen, wobei die Rotormagnete (20) mittels Blechlamellen (22) auf dem Grundkörper (14) befestigt sind, die sich ringförmig um den Grundkörper (14) herum erstrecken, und die Rotormagnete (20) in radial nach außen geschlossenen Magnettaschen (24) der Blechlamellen (22) angeordnet sind und radial nach innen gegen den Grundkörper (14) gedrückt werden.
Rotor (10) for an electrical machine (12), electrical machine (12), and method for producing such a rotor (10), with a base body (14) which is designed as a cylindrical hollow body (15) made of magnetically conductive material, and a plurality of rotor magnets (20) resting on the radially outer circumference (16) of the base body (14), wherein the rotor magnets (20) are fastened to the base body (14) by means of sheet metal laminations (22) which extend in a ring shape around the base body (14), and the rotor magnets (20) are arranged in magnetic pockets (24) of the sheet metal laminations (22) which are closed radially outwards and are pressed radially inwards against the base body (14).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für eine elektrische Maschine, sowie auf eine elektrische Maschine und auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a rotor for an electrical machine, as well as to an electrical machine and to a method for producing such a rotor according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Mit der
Mit der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Ausbildung des Rotorgrundkörpers als Hohlkörper gegenüber einem Lamellen-Vollkörper deutlich Blechmaterial eingespart werden kann. Die Blechlamellen sind dabei als in Radialrichtung ringförmig auf dem Hohlkörper angeordnet und drücken dabei die Rotormagnete radial gegen die Oberfläche des Grundkörpers. Dabei sind die Rotormagnete sicher in Magnettaschen der Blechlamellen angeordnet und präzise auf dem Rotorgrundkörper positioniert. Somit dienen die radial nach außen geschlossenen Magnettaschen auch als Splitterschutz bei einer eventuellen Beschädigung der Rotormagnete. Durch die Anordnung der Blechlamellen im radialen Bereich der Rotormagnete können dort Wirbelstromverluste trotz der Verwendung des Hohlkörpers aus einem Vollmaterial deutlich reduziert werden.The device according to the invention and the method according to the invention with the features of the independent claims have the advantage that, by designing the rotor base body as a hollow body, significant savings in sheet material can be achieved compared to a solid body made of laminations. The sheet metal laminations are arranged in a ring shape on the hollow body in the radial direction and press the rotor magnets radially against the surface of the base body. The rotor magnets are securely arranged in magnetic pockets of the sheet metal laminations and precisely positioned on the rotor base body. The magnetic pockets, which are closed radially outwards, thus also serve as splinter protection in the event of damage to the rotor magnets. By arranging the sheet metal laminations in the radial area of the rotor magnets, eddy current losses can be significantly reduced despite the use of a hollow body made of solid material.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Werden die radial äußeren Blechringe als Slinky-Bauteil hergestellt, wird der Blechverschnitt beim Ausstanzen der Blechlamellen nochmals deutlich reduziert. Dabei kann bevorzugt ein langer Belchstreifen, der mit den Magnettaschen strukturiert ist, auf ein Hilfswerkzeug aufgewickelt werden, um ein Lamellenhülse zu fertigen, die auf den Hohlkörper aufgeschoben wird. Dadurch können die Kosten für den Rohstoff und auch das Gewicht des Rotors wesentlich gesenkt werden.The measures listed in the dependent claims enable advantageous refinements and improvements of the designs specified in the independent claims. If the radially outer sheet metal rings are manufactured as slinky components, the sheet metal waste during punching of the sheet metal laminations is significantly reduced. Preferably, a long sheet metal strip structured with magnetic pockets can be wound onto an auxiliary tool to produce a lamination sleeve, which is then pushed onto the hollow body. This can significantly reduce the raw material costs and the weight of the rotor.
Besonders günstig ist es, wenn die Rotormagnete quaderförmig mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet sind, da diese sehr kostengünstig herstellbar sind. Dabei liegen die Rotormagnete mit einer ebenen Grundfläche flächig an einer korrespondierenden ebenen Anlagefläche am Umfang des Hohlkörpers an. Die radiale Außenfläche der quaderförmigen Magnete ist ebenfalls eben ausgebildet und liegt an einer korrespondierenden ebenen Innenfläche der Brückenstege der Magnettaschen an.It is particularly advantageous if the rotor magnets are cuboid-shaped with a rectangular cross-section, as these can be manufactured very cost-effectively. The rotor magnets rest flatly with a flat base surface on a corresponding flat contact surface on the circumference of the hollow body. The radial outer surface of the cuboid magnets is also flat and rests against a corresponding flat inner surface of the bridge webs of the magnetic pockets.
In einer weiteren Ausführung kann der Querschnitt der Rotormagnete quer zur Axialrichtung vorteilhaft in Form eines „Brotlaibs“ ausgebildet werden, bei dem die gewölbte radiale Außenfläche mit der ebenen radialen Grundfläche mittels zwei tangential gegenüberliegender Seitenflächen miteinander verbunden ist. Die Seitenflächen verlaufen bevorzugt näherungsweise etwa senkrecht zur Grundfläche, können sich alternativ jedoch auch etwa in Radialrichtung zum Grundkörper erstrecken. Seitlich von den beiden tangentialen Seiten der Rotormagnete werden bevorzugt Aussparungen aus den Blechlamellen ausgestanzt, um eine magnetische Flussbarriere auszubilden, die einem magnetischen Kurzschluss der radial magnetisierten Rotormagnete entgegenwirkt.In a further embodiment, the cross-section of the rotor magnets can advantageously be designed transversely to the axial direction in the shape of a "loaf of bread," in which the curved radial outer surface is connected to the flat radial base surface by means of two tangentially opposite side surfaces. The side surfaces preferably run approximately perpendicular to the base surface, but can alternatively also extend approximately radially to the base body. Recesses are preferably punched out of the sheet metal laminations laterally of the two tangential sides of the rotor magnets in order to form a magnetic flux barrier that counteracts a magnetic short circuit of the radially magnetized rotor magnets.
Dabei können die radialen Stege der Blechlamellen zwischen zwei benachbarten Rotormagneten tangential beabstandet zu den tangentialen Seitenflächen der Rotormagnete angeordnet sein, um die Flussbarriere zu maximieren. Alternativ können die axialen Stege tangentiale Fortsätze aufweisen, die als Haltenasen an den tangentialen Seiten der Rotormagnete anliegen. Dabei können die Rotormagnete zwischen den Haltenasen zweier benachbarter radialer Stege eingeklemmt werden, um im Betrieb der elektrischen Maschine zuverlässig positioniert zu bleiben.The radial webs of the laminations can be arranged between two adjacent rotor magnets, tangentially spaced from the tangential side surfaces of the rotor magnets, to maximize the flux barrier. Alternatively, the axial webs can have tangential extensions that act as retaining lugs on the tangential sides of the rotor magnets. The rotor magnets can be clamped between the retaining lugs of two adjacent radial webs to remain reliably positioned during operation of the electric machine.
Zwei benachbarte radiale Stege sind mittels eines tangentialen Verbindungsstegs am radial äußeren Umfang der Blechlamellen miteinander verbunden, um eine Magnettasche für die Rotormagnete auszubilden. Die radial äußere Kontur des Verbindungsstegs kann dabei kreisrund sein, oder aber auch eine Sinus-Kontur oder eine Richter-Kontur aufweisen, um das Magnetfeld der Rotorpole entsprechend zu designen. Die Blechlamellen sind über ihren äußeren Umfang geschlossen ausgebildet, sodass die äußere Umfangsfläche der Blechlamellen im einfachsten Fall exakt zylindrisch ausgebildet ist.Two adjacent radial webs are connected to each other by a tangential connecting web on the radial outer circumference of the laminations to form a magnetic pocket for the rotor magnets. The radial outer contour of the connecting web can be circular, or it can have a sinusoidal or Richter contour to appropriately design the magnetic field of the rotor poles. The laminations are closed over their outer circumference, so that in the simplest case, the outer circumferential surface of the laminations is precisely cylindrical.
Um die Rotormagnete sicher am Umfang des Hohlkörpers zu positionieren, sind an der Umfangsfläche des Hohlkörpers in Umfangsrichtung ebene Anlageflächen ausgeformt. An diesen liegen die Rotormagnete mit ihren ebenfalls ebenen Grundflächen vollflächig an. Bei der Montage werden die bereits magnetisierten Rotormagnete durch die Magnetkraft auf dem Hohlkörper gehalten. Um die Rotormagnete dauerhaft zuverlässig zu positionieren, können günstiger Weise an den radialen Stegen der Blechlamellen entsprechende Haltenasen ausgeformt werden, die gegen die tangentialen Seitenflächen der Rotormagnete drücken. Zur Ausbildung der Lufttaschen der Flussbarrieren liegen die Haltenasen vorteilhaft nur am radial inneren Bereich der tangentialen Seitenflächen der Magnete an.To securely position the rotor magnets around the circumference of the hollow body, flat contact surfaces are formed along the circumferential surface of the hollow body. The rotor magnets, with their equally flat bases, rest against these surfaces. During assembly, the already magnetized rotor magnets are held to the hollow body by magnetic force. To ensure long-term, reliable positioning of the rotor magnets, corresponding retaining lugs can be advantageously formed on the radial webs of the sheet metal laminations, which press against the tangential side surfaces of the rotor magnets. To form the air pockets of the flux barriers, the retaining lugs advantageously rest only on the radially inner region of the tangential side surfaces of the magnets.
Falls die axiale Vorspannkraft des Slinky-Bauteils nicht ausreichend ist, kann um dieses herum eine zusätzliche Spannhülse axial aufgeschoben werden, die dann das Slinky-Bauteil mit den Rotormagneten radial fest gegen die Oberfläche des Hohlkörpers presst.If the axial preload force of the Slinky component is not sufficient, an additional clamping sleeve can be pushed axially around it, which then presses the Slinky component with the rotor magnets radially against the surface of the hollow body.
Die Anlagefläche des Grundkörpers erstreckt sich zumindest über die gesamte axiale Ausdehnung der Rotormagnete. An beiden Seiten des Grundkörpers sind dann jeweils Rotorwellen-Teile angeordnet, mittels denen der gesamte Rotor im Stators drehbar gelagert werden kann. Dabei ist der Durchmesser der Rotorwellen-Teile deutlich geringer als der Durchmesser am Außenumfang des Grundkörpers. Besonders vorteilhaft ist es, wenn an einem der Rotorwellen-Teile unmittelbar ein Abtriebselement - beispielsweise ein Ritzel oder eine Schnecke - angeordnet ist, das beispielsweise monolithisch mit dem Rotorwellen-Teil ausgebildet ist.The contact surface of the base body extends at least over the entire axial extent of the rotor magnets. Rotor shaft parts are arranged on both sides of the base body, by means of which the entire rotor can be rotatably mounted in the stator. The diameter of the rotor shaft parts is significantly smaller than the diameter of the outer circumference of the base body. It is particularly advantageous if an output element—for example, a pinion or a worm—is arranged directly on one of the rotor shaft parts, which, for example, is formed monolithically with the rotor shaft part.
Gemäß einer ersten Ausführung ist beispielsweise der Hohlkörper monolithisch zumindest mit dem ersten Rotorwellen-Teil ausgebildet, wobei insbesondere zwischen dem Hohlkörper und dem Rotorwellen-Teil ein erster axialer Deckel angeordnet ist, der den Hohlkörper axial abschließt. Das zweite, insbesondere axial offene Ende des Hohlkörpers kann dann mit einem zweiten Bauteil verschlossen werden, das als zweiter axialer Deckel den Innenraum des Hohlkörpers verschließt. Dabei kann der zweite axiale Deckel beispielsweise stoffschlüssig mit dem Hohlkörper verbunden werden, insbesondere mittels einer über den gesamten Umfang umlaufenden Schweißnaht.According to a first embodiment, for example, the hollow body is formed monolithically at least with the first rotor shaft part, wherein a first axial cover is arranged, in particular, between the hollow body and the rotor shaft part, which axially closes the hollow body. The second, in particular axially open, end of the hollow body can then be closed with a second component, which, as a second axial cover, closes the interior of the hollow body. The second axial cover can, for example, be integrally connected to the hollow body, in particular by means of a weld seam extending around the entire circumference.
In einer weiteren Ausführung setzt sich der Rotor aus insgesamt drei separaten Bauteilen zusammen, wobei an beiden axialen Seiten des als Hohlrohr ausgebildeten Grundkörpers jeweils ein axialer Deckel mit dem jeweiligen Rotorwellen-Teil angeordnet wird. Auch bei dieser Ausführung kann die Verbindung stoffschlüssig - insbesondere mittels Schweißen - ausgeführt werden. Wird der axiale Deckel axial in das Hohlrohr eingefügt, erstreckt sich die Schweißnaht bevorzugt in Axialrichtung. Wird hingegen der axiale Deckel axial auf die Stirnseite des Hohlrohrs aufgesetzt, verläuft die Schweißnaht vorzugsweise in Radialrichtung - vorzugsweise vollständig in der Ebene senkrecht zu den Rotorwellen-Teilen.In another design, the rotor is composed of a total of three separate components, with an axial cover and the respective rotor shaft part arranged on each of the two axial sides of the base body, which is designed as a hollow tube. In this design, too, the connection can be made by means of a material fit - in particular by welding. If the axial cover is inserted axially into the hollow tube, the weld seam preferably extends in the axial direction. If, on the other hand, the axial cover is placed axially onto the end face of the hollow tube, the weld seam preferably runs in the radial direction - preferably completely in the plane perpendicular to the rotor shaft parts.
In einer weiteren Ausführung kann der Hohlkörper aus einem Hohlrohr gefertigt werden, dessen beide Enden im Durchmesser runterverformt werden. Dies kann beispielsweise thermischer plastischer Umformung erfolgen. Dabei sind die beiden Rotorwellen-Teile mit kleinerem Durchmesser monolithisch mit dem mittleren Hohlrohr mit dem größeren Durchmesser verbunden, auf das die Blechlamellen-Hülse aufgesetzt wird.In another design, the hollow body can be manufactured from a hollow tube, both ends of which are deformed to reduce their diameter. This can be achieved, for example, by thermal plastic forming. The two rotor shaft sections with smaller diameters are monolithically connected to the central hollow tube with the larger diameter, onto which the sheet metal lamination sleeve is placed.
Da der Rotorgrundkörper als Hohlkörper ausgebildet ist, kann der Innenraum des Hohlkörpers für eine Flüssigkeitskühlung der Rotormagnete genutzt werden. Dazu wird bevorzugt flüssiges Kühlmittel durch eine axiale Bohrung in einen der Rotorwellen-Teile in den Innenraum eingeführt, und dann durch die Rotation des Hohlkörpers an der radialen Innenwand des Hohlkörpers verteilt. Dadurch gelangt das Kühlmittel radial sehr nah an die Grundfläche der Rotormagnete, um diese effektiv zu kühlen. Des Weiteren sind in dem Hohlkörper radiale Kühlmittelkanäle ausgebildet, durch die das Kühlmittel aus dem Innenraum heraus zu der Statorwicklung geführt werden kann, um auch diese effizient zu kühlen. Die Kühlmittelkanäle sind dabei an beiden axialen Seiten der Rotormagneten vorbei, im Westlichen in Radialrichtung durch die Wand des Hohlkörpers hindurch angeordnet, wobei mehrere Kühlmittelkanäle über den Umfang verteilt ausgebildet sein können. Die Kühlmittelkanäle sind dabei derart ausgerichtet, dass das Kühlmittel insbesondere unmittelbar auf die Wickelköpfe der Statorwicklung trifft. Since the rotor base body is designed as a hollow body, the interior of the hollow body can be used for liquid cooling of the rotor magnets. For this purpose, liquid coolant is preferably introduced into the interior through an axial bore in one of the rotor shaft parts and then distributed along the radial inner wall of the hollow body by the rotation of the hollow body. This brings the coolant radially very close to the base surface of the rotor magnets in order to cool them effectively. Furthermore, radial coolant channels are formed in the hollow body through which the coolant can be guided from the interior to the stator winding in order to cool this efficiently as well. The coolant channels are arranged along both axial sides of the rotor magnets and radially through the wall of the hollow body in the west, whereby several coolant channels can be formed distributed over the circumference. The coolant channels are aligned such that the coolant impinges directly on the winding heads of the stator winding.
Zur Fixierung der Rotormagnete ist am radial äußeren Umfang des Rotorgrundkörpers ein axialer Anschlag ausgebildet, der sich vorzugsweise über den gesamten Umfang erstreckt. Der axiale Anschlag ist zumindest an einem axialen Ende der Anlageflächen für die Rotormagnete ausgebildet, und kann beispielsweise als radialer Bund des axialen Deckels ausgeführt sein, der als separates Bauteil mit dem Hohlrohr verschweißt ist. Dabei steht quasi der axiale Deckel in Radialrichtung über die Anlagefläche für die Rotormagneten am radial äußeren Umfang des Hohlkörpers über.To fix the rotor magnets, an axial stop is formed on the radially outer circumference of the rotor base body, which preferably extends over the entire circumference. The axial The stop is formed at least at one axial end of the contact surfaces for the rotor magnets and can, for example, be designed as a radial collar of the axial cover, which is welded to the hollow tube as a separate component. In this case, the axial cover essentially projects radially beyond the contact surface for the rotor magnets on the radially outer circumference of the hollow body.
Wird für die Herstellung des Hohlkörpers massives Eisenmaterial verwendet, ist dieses wesentlich kostengünstiger, als die Herstellung eines Rotorgrundkörpers aus einzelnen Blechlamellen. Dabei wirkt der Hohlkörper aus Eisen gleichzeitig als magnetischer Rückschluss für die Rotormagnete, die bevorzugt in Radialrichtung magnetisiert sind. Zum Auswuchten des Rotors kann Material direkt am Hohlkörper abgetragen werden, beispielsweise mindestens an einer der axialen Seiten des Hohlkörpers. Das Material kann insbesondere mittels Schleifen oder spanend abgetragen werden - vorzugsweise als kleines Sackloch am axialen Deckel des Hohlrohres.Using solid iron material to manufacture the hollow body is significantly more cost-effective than manufacturing a rotor base from individual sheet metal laminations. The hollow iron body also acts as a magnetic return path for the rotor magnets, which are preferably magnetized in the radial direction. To balance the rotor, material can be removed directly from the hollow body, for example, from at least one of the axial sides of the hollow body. The material can be removed, in particular, by grinding or machining—preferably as a small blind hole in the axial cover of the hollow tube.
Der erfindungsgemäße Rotor eignet sich insbesondere für die Verwendung in einem elektrisch kommutierten EC-Motor, bei dem der Rotor als Innenläufermotor ausgebildet ist. Dabei ist der Rotor innerhalb eines Stators angeordnet, bei dem in einem Statorgehäuse eine elektrische Wicklung angeordnet ist, die elektronisch kommutierbar ist. Durch die erfindungsgemäße Befestigung der Rotormagnete mittels dem Blechlmellenring bleiben die Rotormagnete zuverlässig auf dem Hohlkörper positioniert und vorm Wegschleudern geschützt.The rotor according to the invention is particularly suitable for use in an electrically commutated EC motor, in which the rotor is designed as an internal rotor motor. The rotor is arranged within a stator housing containing an electronically commutable electrical winding. The inventive fastening of the rotor magnets by means of the lamination ring ensures that the rotor magnets remain reliably positioned on the hollow body and are protected from being thrown off.
Zur Montage des erfindungsgemäßen Rotors werden die Rotormagnete - insbesondere mittels einer speziellen Montagemaske - flächig auf den Anlageflächen der äußeren Umfangsfläche des Hohlkörpers aus Voll-Eisen positioniert. Da die Rotormagnete bevorzugt schon zuvor radial magnetisiert sind, werden diese durch die Magnetkraft auf den Anlageflächen des Rotorgrundkörpers gehalten. Die Blechlamellen werden als hülsenförmiges Blechlamellen-Bauteil mit nach innen offenen Magnettaschen vormontiert und danach axial über die Rotormagnete auf den Hohlkörper aufgeschoben. Somit können die Rotormagnete zuerst durch die Montagemaske auf dem Hohlkörper positioniert werden, und anschließend mittels des Blechlamellen-Bauteils zuverlässig exakt auf dem Hohlkörper befestigt werden. Zusätzlich kann bei Bedarf noch eine Spannhülse axial über die radiale Außenfläche des Blechlamellen-Bauteils geschoben werden, um die axiale Anpresskraft auf die Rotormagnete noch zu verstärken. Das Blechlamellen-Bauteil kann aus einzelnen ringförmigen Segmenten zusammengesetzt werden, beispielsweise mittels in Umfangsrichtung wirkenden formschlüssigen Rastelementen, die an den Blechlamellen ausgestanzt sind. Alternativ kann die Blechlamellen-Hülse mittels Slinky-Technik wendelförmig aufgewickelt werden, wodurch das Slinky-Bauteil insbesondere einstückig ausgebildet ist und beispielsweise in Axialrichtung eine Schweißnaht aufweist.To assemble the rotor according to the invention, the rotor magnets are positioned flat on the contact surfaces of the outer circumferential surface of the hollow body made of solid iron—in particular using a special assembly mask. Since the rotor magnets are preferably already radially magnetized, they are held on the contact surfaces of the rotor base body by the magnetic force. The laminations are pre-assembled as a sleeve-shaped lamination component with inwardly open magnetic pockets and then pushed axially onto the hollow body over the rotor magnets. This allows the rotor magnets to first be positioned on the hollow body using the assembly mask and then reliably and precisely fastened to the hollow body using the lamination component. If necessary, a clamping sleeve can also be pushed axially over the radial outer surface of the lamination component to further increase the axial contact force on the rotor magnets. The lamination component can be assembled from individual annular segments, for example using form-fitting locking elements that act in the circumferential direction and are punched out of the laminations. Alternatively, the sheet metal lamination sleeve can be wound helically using the Slinky technology, whereby the Slinky component is particularly formed in one piece and, for example, has a weld seam in the axial direction.
Für eine effektive Flüssigkeitskühlung der elektrischen Maschine kann in den Innenraum des Hohlkörpers Kühlmittel eingeführt werden, um damit die radiale Innenwand des Hohlkörpers zu benetzen. Dadurch können die an der Außenseite des Hohlkörpers flächig anliegenden Rotormagnete sehr einfach gekühlt werden. Gleichzeitig sind in der Wand des Hohlkörpers Flüssigkeitskanäle ausgebildet, die das Kühlmittel in Radialrichtung zu der elektrischen Wicklung des Stators leiten. Dabei kann insbesondere ein Kühlmittel-Kreislauf geschaffen werden, indem das Kühlmittel von der elektrischen Wicklung wieder gesammelt wird und über einen Wärmetauscher zu einer Kühlmittelzuführung für den Hohlkörper weitergeleitet wird, die vorzugsweise als axiale Bohrungen in einem der Rotorwellen-Teile ausgebildet ist.For effective liquid cooling of the electrical machine, coolant can be introduced into the interior of the hollow body in order to wet the radial inner wall of the hollow body. This allows the rotor magnets, which lie flat against the outside of the hollow body, to be cooled very easily. At the same time, liquid channels are formed in the wall of the hollow body, which guide the coolant in a radial direction to the electrical winding of the stator. In particular, a coolant circuit can be created by collecting the coolant from the electrical winding and passing it via a heat exchanger to a coolant supply for the hollow body, which is preferably designed as axial bores in one of the rotor shaft parts.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors im Querschnitt, -
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors im Längsschnitt, -
3 eine weitere Ausführungsform eines Rotors im Längsschnitt, und -
4 schematisch nur das Slinky-Bauteil der radial äußeren Blechlamellen eines weiteren Ausführungsbeispiels.
-
1 a first embodiment of a rotor according to the invention in cross section, -
2 a further embodiment of a rotor according to the invention in longitudinal section, -
3 another embodiment of a rotor in longitudinal section, and -
4 schematically only the slinky component of the radially outer sheet metal lamellas of another embodiment.
In
Der Rotor 10 ist innerhalb eines Stators 11 angeordnet, der eine elektrische Wicklung 70 aufweist, deren Magnetfeld den Rotor 10 in Drehung versetzen kann. Der Stator 11 weist hier einen radial äußeren Jochring 74 auf, von dem sich radial nach innen Statorzähne 72 erstrecken. Die elektrische Wicklung 70 ist hier beispielsweise als Steckwicklung 71 ausgebildet, bei der relativ starre Leiter-Elemente in Statornuten 73 zwischen den Startorzähnen 72 eingefügt sind. Die elektrische Wicklung 70 ist bevorzugt elektronisch kommutierbar, wobei die Phasen der elektrischen Wicklung 70 in unterschiedlicher Weise miteinander verschaltet werden können. Der Stator 11 kann aus über den gesamten Umfang einstückig ausgestanzte Statorringe hergestellt sein, oder sich aber aus mehreren Kreisring-Segmenten 75 zusammensetzen.The rotor 10 is arranged within a stator 11, which has an electrical winding 70 whose magnetic field can cause the rotor 10 to rotate. The stator 11 here has a radially outer yoke ring 74, from which stator teeth 72 extend radially inward. The electrical winding 70 is designed here, for example, as a plug-in winding 71, in which relatively rigid conductor elements are inserted into stator slots 73 between the stator teeth 72. The electrical winding 70 is preferably electronically commutable, wherein the phases of the electrical winding 70 can be interconnected in different ways. The stator 11 can be made from stator rings punched out in one piece over the entire circumference, or it can be composed of several circular ring segments 75.
Der Hohlkörper 15 setzt sich hier aus einem ersten Teil 61 und einen zweiten Teil 62 und einen dritten Teil 63 zusammen. Das erste Teil 61 ist hier als zylindrisches Hohlrohr 81 ausgebildet, dessen radiale Außenfläche 16 die Anlagefläche 17 für die Rotormagnete 20 bildet. An der ersten axialen Seite des ersten Teils 61 ist als zweites Teil 62 ein axialer Deckel 82 angeschweißt, von dem sich in Axialrichtung 8 ein erster Rotorwellen-Teil 51 erstreckt. An der zweiten axial gegenüberliegenden Seite des Hohlohres 81 ist als drittes Teil 63 ein weiterer axialer Deckel 83 angeschweißt, von dem sich in Axialrichtung 8 ein zweites Rotorwellen-Teil 52 erstreckt. An dem ersten Rotorwellen-Teil 51 und an dem zweiten Rotorwellen-Teil 52 kann der Rotor 10 innerhalb des Stators 11 drehbar gelagert werden. Die beiden axialen Deckel 82, 83 der Teile 62 und 63 sind hier mittels Schweißnähten 66 mit dem Hohlrohr 81 des ersten Teils 61 verbunden, die sich im Längsschnitt in Axialrichtung 8 erstrecken. An dem ersten Rotorwellen-Teil 51 ist eine Kühlmittel-Zuführung 57 ausgeformt, die sich in Axialrichtung 8 durch den ersten axialen Deckel 82 hindurch in den Innenraum 60 des Hohlkörpers 15 hinein erstreckt. Dadurch kann Kühlmittel 56 durch die Kühlmittel-Zuführung 57 in den Innenraum 60 gelangen, und die radialen Innenseite 58 des Hohlkörpers 15 benetzen. Das Kühlmittel 56 gelangt durch Kühlmittel-Kanäle 55 im Hohlkörper 15, aus dem Innenraum 60 heraus zum Stator 11 hin, wo insbesondere die elektrische Wicklung 70 durch das flüssige Kühlmittel 56 entwärmt werden kann. Die Kühlmittel-Kanäle 55 sind hier in dem Hohlrohr 81 des ersten Teils 61 ausgebildet und verlaufen in Radialrichtung 7 an den axialen Enden der Rotormagnete 20 wobei, sodass das Kühlmittel 56 bevorzugt auf Wickelköpfe der elektrischen Wicklung 70 geführt werden kann, die axial aus dem Statornuten 73 herausragen. Durch die Drehung des Rotors 10 wird das Kühlmittel 56 einerseits an die radiale Innenseite 58 des Hohlkörpers 15 zur Kühlung der Rotormagnete 20 geführt. Des Weiteren wird das Kühlmittel 56 durch die Zentrifugalkraft durch die Kühlmittel-Kanäle 55 hindurch direkt zu der elektrischen Wicklung 70 des Stators 11 geführt, und dabei einem Flüssigkeits-Kühlkreislauf der elektrischen Maschine 12 zugeführt.The hollow body 15 is composed of a first part 61, a second part 62, and a third part 63. The first part 61 is designed as a cylindrical hollow tube 81, the radial outer surface 16 of which forms the contact surface 17 for the rotor magnets 20. Welded to the first axial side of the first part 61 is an axial cover 82 as the second part 62, from which a first rotor shaft part 51 extends in the axial direction 8. Welded to the second axially opposite side of the hollow tube 81 is a further axial cover 83 as the third part 63, from which a second rotor shaft part 52 extends in the axial direction 8. At the first The rotor 10 can be rotatably mounted within the stator 11 on the first rotor shaft part 51 and on the second rotor shaft part 52. The two axial covers 82, 83 of the parts 62 and 63 are connected here to the hollow tube 81 of the first part 61 by means of welds 66, which extend in the axial direction 8 in longitudinal section. A coolant supply 57 is formed on the first rotor shaft part 51 and extends in the axial direction 8 through the first axial cover 82 into the interior 60 of the hollow body 15. This allows coolant 56 to pass through the coolant supply 57 into the interior 60 and wet the radial inner side 58 of the hollow body 15. The coolant 56 passes through coolant channels 55 in the hollow body 15, from the interior 60 to the stator 11, where, in particular, the electrical winding 70 can be cooled by the liquid coolant 56. The coolant channels 55 are formed here in the hollow tube 81 of the first part 61 and run in the radial direction 7 at the axial ends of the rotor magnets 20, so that the coolant 56 can preferably be guided to the winding heads of the electrical winding 70, which protrude axially from the stator slots 73. Due to the rotation of the rotor 10, the coolant 56 is guided, on the one hand, to the radial inner side 58 of the hollow body 15 for cooling the rotor magnets 20. Furthermore, the coolant 56 is guided by the centrifugal force through the coolant channels 55 directly to the electrical winding 70 of the stator 11, and is thereby supplied to a liquid cooling circuit of the electrical machine 12.
In
Zur Veranschaulichung ist in
Zur Herstellung des Slinky-Bauteils 44 wird der strukturierte Blechstreifen bevorzugt auf einen Hilfsdorn wendelförmig aufgewickelt, wobei sich die Ebenen der Blechlamellen 22 quer zur Axialrichtung 8 des Hilfsdorns erstrecken. Die Blechlamellen-Ringe werden dann in Axialrichtung 8 miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt. In
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausbildung des Hohlkörpers 15 mit den Anlageflächen 17, sowie die Ausformung der Rotormagnete 20 variiert werden. Ebenso kann die genaue Ausbildung der Blechlamellen 22, sowie die Anzahl und Ausformung der Magnettaschen 24 mit den Flussbarrieren 26 und/oder den tangentialen Haltenasen 34 den Anforderungen der elektrischen Maschine 12 und deren Fertigungsmöglichkeiten angepasst werden. Die Elastizität - und damit die dadurch erzeugten radialen Anpresskräfte - des Lamellenblech-Bauteils 44 kann durch das verwendete Material, dessen Wandstärke und durch die Form der Brückenstege 29 eingestellt werden. Des Weiteren kann der Flüssigkeit-Kühlkreislauf mit den Kühlmittelkanälen 55 und der Formgebung des Innenraums 60 des Hohlkörpers 15 an die Kühlerfordernisse der elektrischen Maschine 12 angepasst werden. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für die Verwendung in einem als Innenläufer ausgebildeten EC-Motor, insbesondere für den Drehantrieb von Komponenten oder die Verstellung von Teilen im Kraftfahrzeug oder als Traktionsantrieb, ist jedoch nicht auf diese Anwendungen beschränkt.It should be noted that, with regard to the exemplary embodiments shown in the figures and in the description, a wide variety of combinations of the individual features are possible. For example, the specific design of the hollow body 15 with the contact surfaces 17, as well as the shape of the rotor magnets 20, can be varied. Likewise, the precise design of the sheet metal laminations 22, as well as the number and shape of the magnetic pockets 24 with the flux barriers 26 and/or the tangential retaining lugs 34, can be adapted to the requirements of the electrical machine 12 and its manufacturing capabilities. The elasticity—and thus the radial contact forces generated thereby—of the lamination sheet component 44 can be adjusted by the material used, its wall thickness, and the shape of the bridge webs 29. Furthermore, the liquid cooling circuit with the coolant channels 55 and the shape of the interior 60 of the hollow body 15 can be adapted to the cooling requirements of the electrical machine 12. The invention is particularly suitable for use in an EC motor designed as an internal rotor, in particular for the rotary drive of components or the adjustment of parts in a motor vehicle or as a traction drive, but is not limited to these applications.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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