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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 rotor

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Publication number
DE102024200332A1
DE102024200332A1 DE102024200332.8A DE102024200332A DE102024200332A1 DE 102024200332 A1 DE102024200332 A1 DE 102024200332A1 DE 102024200332 A DE102024200332 A DE 102024200332A DE 102024200332 A1 DE102024200332 A1 DE 102024200332A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rotor
sheet metal
base body
magnets
hollow body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024200332.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Philipp Banert
Peter Bolz
Pierre Bernard
Benedikt Wiegert
Christian Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102024200332.8A priority Critical patent/DE102024200332A1/en
Priority to CN202510055628.XA priority patent/CN120320526A/en
Publication of DE102024200332A1 publication Critical patent/DE102024200332A1/en
Pending legal-status Critical Current

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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 DE 10 2007 029 719 A1 ist ein Rotor einer elektrischen Maschine bekannt geworden, bei dem „vergrabene Magnete“ in radial nach außen geschlossenen Magnettaschen des Rotors angeordnet sind. Dabei werden die Magnetpole des Rotors durch die Form des radial äußeren tangentialen Stegs bestimmt, der die Magnettasche des Rotorgrundkörpers radial nach außen abschließt. Im Rotorgrundkörper sind hierbei radial innerhalb der Magnettaschen Aussparungen zur Gewichtsreduzierung in den Blechlamellen des Rotors ausgestanzt, jedoch ist bei dieser Ausführung sehr viel Blechmaterial mit viel Verschnitt für die Herstellung des Rotors notwendig.With the DE 10 2007 029 719 A1 A rotor of an electrical machine has become known in which "buried magnets" are arranged in radially outwardly closed magnetic pockets of the rotor. The magnetic poles of the rotor are determined by the shape of the radially outer tangential web, which radially closes off the magnetic pocket of the rotor base body. In the rotor base body, recesses are punched radially within the magnetic pockets in the sheet metal laminations of the rotor to reduce weight. However, this design requires a great deal of sheet metal material, resulting in significant waste, to manufacture the rotor.

Mit der CN 104659941 A ist ein weiterer Rotor bekannt geworden, bei der die Magnete an der Oberfläche des Rotorgrundkörpers mittels radialen Haltestegen positioniert werden. Danach wird eine Hülse über die Magnete geschoben und an die gewölbte Umfangsfläche der Magneten angedrückt. Auch bei dieser Ausführung mit Oberflächenmagneten wird für die Ausbildung der Blechlamellen des Rotorgrundkörpers eine große Menge an Material verwendet. Dieser Nachteil soll durch die erfindungsgemäße Lösung behoben werden.With the CN 104659941 A Another rotor has become known in which the magnets are positioned on the surface of the rotor base body using radial retaining webs. A sleeve is then pushed over the magnets and pressed against the curved circumferential surface of the magnets. Even in this design with surface magnets, a large amount of material is used to form the sheet metal laminations of the rotor base body. This disadvantage is to be remedied by the solution according to the invention.

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:

  • 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.
They show:
  • 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 1 ist eine elektrischen Maschine 12 im Querschnitt dargestellt, die einen Rotor 10 mit einem Grundkörper 14 aufweist, an dessen äußerem Umfang 16 Anlageflächen 17 angeformt sind, an denen Rotormagnete 20 mit ihren Grundflächen 25 anliegen. Der Grundkörper 14 ist als Hohlkörper 15 ausgebildet, dessen radiale Innenseite 58 bevorzugt zylindrisch ausgebildet ist. Der Hohlkörper 15 ist beispielsweise aus massiven Eisen gefertigt und wirkt dadurch als magnetischer Rückschlussring für die Rotormagnete 20, die als Permanentmagnete ausgebildet sind. Die Anlageflächen 17 sind bei dieser Ausführung in Umfangsrichtung 9 und in Axialrichtung 8 als ebene Flächen ausgebildet, an denen die Grundflächen 25 der Permanentmagnete 20 radial vollflächig anliegen. Dabei sind die Rotormagnete 20 in Magnettaschen 24 von Blechlamellen 22 angeordnet, wobei die Blechlamellen 22 den Grundkörper 14 über dessen gesamten Umfang umfassen. Dabei weisen die Blechlamellen 22 in den Umfangsbereichen zwischen den Rotormagneten 20 radiale Stege 28 auf, mit denen sich die Blechlamellen 22 radial an der radial äußeren Umfangsfläche 16 des Hohlkörpers 15 abstützen. Die Blechlamellen 22 sind an ihrem radial äußeren Umfang 23 über den gesamten Umfang geschlossenen ausgebildet, so dass die Rotormagnete 20 in den Blechlamellen 22 „vergraben“ sind. Die radialen Stege 28 sind am radial äußeren Umfang 23 mittels tangentialen Brückenstege 29 miteinander verbunden, die dann die Magnetpole des Rotors 10 ausbilden. Zwei benachbarte radiale Stege 28 bilden somit zusammen mit dem dazwischenliegenden tangentialen Brückensteg 29 jeweils die Magnettasche 24. Die Rotormagnete 20 sind dabei beispielsweise in Umfangsrichtung 9 zwischen zwei benachbarten axialen Stegen 28 eingeklemmt, wobei die radialen Stege 28 unmittelbar tangential an den beiden tangentialen Seiten 30 der Rotormagnete 20 anliegen. An den tangentialen Seiten 30 sind bevorzugt Fluss-Barrieren 26 in den Blechlamellen 22 ausgebildet, die einen magnetischen Kurzschluss der in Radialrichtung 7 magnetisierten Rotormagnete 20 unterbinden sollen. Die Flussbarrieren 26 werden beispielsweise als Luft-Taschen an den tangentialen Seiten 30 der Permanentmagnete 20 aus den Blechlamellen 22 ausgestanzt, wobei sich die Lufttaschen vorzugsweise schräg, radial nach außen vom Hohlkörper 15 weg erstrecken. Die radialen Stege 28 liegen dabei mit tangentialen Haltenasen 34 an den tangentialen Seiten 30 der Rotormagnete 20 an. Die Blechlamellen 22 sind hier in Slinky-Technik ausgebildet, das bedeutet, dass ein relativ dünner Blechstreifen Wendeltreppen-förmig um den Hohlkörper 15 herum gewickelt ist. Dabei kann ein sehr langer - mit den Magnettaschen 24 strukturierter - dünner Blechstreifen einstückig ausgestanzt werden und beispielsweise über die gesamte axiale Länge 18 der Rotormagnete 20 einstückig auf den Hohlkörper 15 gefügt werden kann. Der wesentliche Vorteil bei dieser Slinky-Technik besteht darin, dass weit weniger Blech-Verschnitt entsteht, als bei axial gestapelten ringförmigen Blechlamellen. Die Rotormagnete 20 können quer zur Axialrichtung 8 einen rechteckigen Querschnitt, oder einen Brotlaib-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei die tangentiale Brückenstege 29 eine korrespondierende Innenkontur aufweisen. „Brotlaib-förmig“ bedeutet, dass die radiale Außenfläche 21 der Rotormagnete 20 gewölbt, beispielsweise näherungsweise kreisförmig ausgebildet ist. Die radiale Außenfläche 21 ist über die zwei tangentialen Seitenflächen 30 mit der Grundfläche 25 verbunden, wobei die Seitenflächen 30 insbesondere näherungsweise senkrecht zur Grundfläche 25 ausgerichtet sind. Über den gesamten Umfang des Grundkörpers 14 werden hier beispielsweise zwölf Rotormagnete 20 angeordnet, die jeweils in Umfangsrichtung 9 durch die radiale Stege 28 voneinander getrennt angeordnet sind.In 1 An electrical machine 12 is shown in cross-section, which has a rotor 10 with a base body 14, on the outer circumference of which 16 contact surfaces 17 are formed, against which rotor magnets 20 rest with their base surfaces 25. The base body 14 is designed as a hollow body 15, the radial inner side 58 of which is preferably cylindrical. The hollow body 15 is made, for example, of solid iron and thus acts as a magnetic return ring for the rotor magnets 20, which are designed as permanent magnets. In this embodiment, the contact surfaces 17 are designed as flat surfaces in the circumferential direction 9 and in the axial direction 8, against which the base surfaces 25 of the permanent magnets 20 rest radially over their entire surface. The rotor magnets 20 are mounted in magnet pockets 24 of sheet metal laminations 22. arranged, wherein the sheet metal laminations 22 encompass the base body 14 over its entire circumference. In the circumferential regions between the rotor magnets 20, the sheet metal laminations 22 have radial webs 28, with which the sheet metal laminations 22 are supported radially on the radially outer circumferential surface 16 of the hollow body 15. The sheet metal laminations 22 are designed to be closed over the entire circumference on their radially outer circumference 23, so that the rotor magnets 20 are "buried" in the sheet metal laminations 22. The radial webs 28 are connected to one another at the radially outer circumference 23 by means of tangential bridge webs 29, which then form the magnetic poles of the rotor 10. Two adjacent radial webs 28, together with the intermediate tangential bridge web 29, each form the magnetic pocket 24. The rotor magnets 20 are clamped, for example, in the circumferential direction 9 between two adjacent axial webs 28, with the radial webs 28 directly abutting tangentially on the two tangential sides 30 of the rotor magnets 20. Flux barriers 26 are preferably formed in the sheet metal laminations 22 on the tangential sides 30, which are intended to prevent a magnetic short circuit of the rotor magnets 20 magnetized in the radial direction 7. The flux barriers 26 are punched out of the sheet metal laminations 22, for example, as air pockets on the tangential sides 30 of the permanent magnets 20, with the air pockets preferably extending obliquely, radially outwards from the hollow body 15. The radial webs 28 rest with tangential retaining lugs 34 on the tangential sides 30 of the rotor magnets 20. The sheet metal laminations 22 are designed here using slinky technology, which means that a relatively thin sheet metal strip is wound around the hollow body 15 in the shape of a spiral staircase. A very long, thin sheet metal strip—structured with the magnetic pockets 24—can be punched out in one piece and, for example, joined to the hollow body 15 in one piece over the entire axial length 18 of the rotor magnets 20. The key advantage of this slinky technology is that far less sheet metal waste is generated than with axially stacked, ring-shaped sheet metal laminations. The rotor magnets 20 can have a rectangular cross-section transverse to the axial direction 8, or a loaf-shaped cross-section, with the tangential bridging webs 29 having a corresponding inner contour. "Bread loaf-shaped" means that the radial outer surface 21 of the rotor magnets 20 is curved, for example, approximately circular. The radial outer surface 21 is connected to the base surface 25 via the two tangential side surfaces 30, wherein the side surfaces 30 are in particular aligned approximately perpendicular to the base surface 25. Here, for example, twelve rotor magnets 20 are arranged over the entire circumference of the base body 14, each of which is separated from one another in the circumferential direction 9 by the radial webs 28.

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.

2 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Rotors 10, bei dem der Grundkörper 14 wieder als Hohlkörper 15 ausgebildet ist. Am radial äußeren Umfang 16 des Hohlkörpers 15 sind wieder die Rotormagnete 20 angeordnet, die beispielsweise optional auch eine schalenförmige Grundfläche 25 aufweisen können, die dann in Umfangsrichtung 9 an kreisförmigen Anlageflächen 17 anliegen können. Die radiale Außenfläche 21 der Rotormagnete 20 wird wieder von den Blechlamellen 22 umfasst, wobei deren tangentiale Brückenstege 29 die Magnettaschen 24 für die Rotormagnete 20 bilden. Bei dieser Ausführung sind die Blechlamellen 22 bevorzugt in Axialrichtung 8 über die gesamte axiale Erstreckung 18 der Rotormagnete 20 als monolithisches Slinky-Bauteil 44 ausgebildet. Optional kann über das Slinky-Bauteil 44 eine weitere Spannhülse 40 (in 2 gestrichelt dargestellt) gefügt werden, die das Slinky-Bauteil 44 mit den Rotormagneten 20 radial fest gegen den Grundkörper 14 presst. Durch diese Spannhülse 40 können höhere Anpresskräfte auf die Rotormagnete 20 ausgeübt werden, wenn dies für bestimmte Anforderungen der elektrischen Maschine 20 notwendig ist. 2 shows a longitudinal section of a further embodiment of a rotor 10 according to the invention, in which the base body 14 is again designed as a hollow body 15. The rotor magnets 20 are again arranged on the radially outer circumference 16 of the hollow body 15, which, for example, can optionally also have a bowl-shaped base surface 25, which can then bear against circular contact surfaces 17 in the circumferential direction 9. The radial outer surface 21 of the rotor magnets 20 is again surrounded by the sheet metal laminations 22, wherein their tangential bridge webs 29 form the magnet pockets 24 for the rotor magnets 20. In this embodiment, the sheet metal laminations 22 are preferably designed as a monolithic slinky component 44 in the axial direction 8 over the entire axial extent 18 of the rotor magnets 20. Optionally, a further clamping sleeve 40 (in 2 (shown in dashed lines), which presses the Slinky component 44 with the rotor magnets 20 radially against the base body 14. This clamping sleeve 40 allows higher contact forces to be exerted on the rotor magnets 20 if this is necessary for certain requirements of the electrical machine 20.

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 3 ist eine weitere Ausführung eines Rotors 10 im Längsschnitt dargestellt. Hierbei ist das erste Teil 61, das als Hohlrohr 81 ausgebildet ist, einstückig mit dem axialen Deckel 82 des Teil 62 gemäß der 2 ausgebildet. Der axiale Decke 82 auf der linken Seite des Hohlrohrs 81 ist dabei trichterförmig ausgebildet und geht direkt in das erste Rotorwellen-Teil 51 über, das - wie in 2 - eine zentrale Kühlmittel-Zuführung 57 zum Innenraum 60 aufweist. Der axiale Deckel 83 auf der rechten Seite des Hohlrohrs 81 ist entsprechend 2 als separates Bauteil 63 ausgebildet, das an dem Hohlrohr 81 festgeschweißt ist. Bei dieser Ausführung verläuft die Schweißnaht 66 im Längsschnitt in Radialrichtung 7, und endet insbesondere radial an der Anlagefläche 17 für die Rotormagneten 20. Die Schweißnaht 66 erstreckt sich über den gesamten Umfang, damit der axiale Deckel des rechten Deckels 83 flüssigkeitsdicht mit dem Hohlrohr 81 verbunden ist. Am Grundkörper 14 ist ein axialer Anschlag 19 für die Rotormagnete 20 ausgeformt, der sich über den gesamten Umfang erstreckt. Dadurch können die Rotormagnete 20 bezüglich der Axialrichtung 8 definiert am radial äußeren Umfang 16 des Grundkörpers 14 positioniert werden. In 3 sind nur die Rotormagnete 20 ohne die Blechlamellen 22 dargestellt, diese sind dann zur besseren Veranschaulichung in 4 dargestellt. Die Rotormagnete 20 liegen wieder flächig an den Anlageflächen 17 des Hohlkörpers 15 an. Axial benachbart zu den Rotormagneten 20 sind die Kühlmittel-Kanäle 55 in Hohlkörper 15 ausgebildet, die sich im Wesentlichen in Radialrichtung 7 erstrecken. Dabei können über den Umfang mehrere Kühlmittel-Kanäle 55 ausgebildet sein, durch die aufgrund der Zentrifugalkraft dann das Kühlmittel 56 zum Stator 11 hin austritt. Am ersten Rotorwellen-Teil 51 ist hier einstückig ein Abtriebselement 54 an geformt, mittels dem das Antriebsmoment auf ein weiteres Getriebebauteil übertragen werden kann. An einem der beiden axialen Deckel 82, 83 sind Aussparungen 64 zum Auswuchten des Rotors 10 ausgebildet, die beispielsweise spanend vom massiven Metall-Bauteil des Hohlkörpers 15 abgetragen werden können.In 3 A further embodiment of a rotor 10 is shown in longitudinal section. Here, the first part 61, which is designed as a hollow tube 81, is integral with the axial cover 82 of the part 62 according to the 2 The axial cover 82 on the left side of the hollow tube 81 is funnel-shaped and merges directly into the first rotor shaft part 51, which - as in 2 - has a central coolant supply 57 to the interior 60. The axial cover 83 on the right side of the hollow tube 81 is correspondingly 2 formed as a separate component 63 that is welded to the hollow tube 81. In this embodiment, the weld seam 66 runs in the longitudinal section in the radial direction 7, and ends radially at the contact surface 17 for the rotor magnets 20. The weld seam 66 extends over the entire circumference so that the axial cover of the right cover 83 is connected to the hollow tube 81 in a liquid-tight manner. An axial stop 19 for the rotor magnets 20 is formed on the base body 14 and extends over the entire circumference. This allows the rotor magnets 20 to be positioned in a defined manner on the radially outer circumference 16 of the base body 14 with respect to the axial direction 8. 3 only the rotor magnets 20 are shown without the laminations 22, which are then shown in 4 shown. The rotor magnets 20 again lie flat against the contact surfaces 17 of the hollow body 15. Axially adjacent to the rotor magnets 20, the coolant channels 55 are formed in the hollow body 15 and extend essentially in the radial direction 7. Several coolant channels 55 can be formed over the circumference, through which the coolant 56 then escapes to the stator 11 due to the centrifugal force. An output element 54 is formed in one piece on the first rotor shaft part 51, by means of which the drive torque can be transmitted to another transmission component. Recesses 64 for balancing the rotor 10 are formed on one of the two axial covers 82, 83. These recesses can, for example, be removed by machining from the solid metal component of the hollow body 15.

Zur Veranschaulichung ist in 4 nur das Slinky-Bauteil 44 der Blechlamellen 22 dargestellt, bei dem ein einziger Blechstreifen in Art einer Wendeltreppe über die gesamte axiale Länge 18 der Rotormagnete 20 aufgewickelt ist. An den Blechlamellen 22 sind die radialen Stege 28 ausgeformt, die in Umfangsrichtung 9 mittels der tangentialen Brückenstege 29 miteinander verbunden sind. Dadurch werden Magnettaschen 24 ausgebildet, in denen die Rotormagnete 20 aufgenommen werden können. Die Brückenstege 29 weisen hier bevorzugt eine ebene Innenfläche 49 auf, an der dann die ebene radiale Außenfläche 21 von quaderförmigen Rotormagneten 20 zum Anliegen kommt. Optional ist es gemäß der Ausführung in 1 möglich, dass die Rotormagnete 20 an ihren tangentialen Seitenflächen 30 zwischen zwei benachbarten axialen Stegen 28 mittels der tangentialen Haltenasen 34 gehalten werden, so dass die Blechlamellen 22 die Rotormagnete 20 auf dem Hohlkörper 15 in Umfangsrichtung fixieren. Bevorzugt werden die Rotormagnete 20 bei der Montage des Rotors 10 an der Oberfläche 16 des Hohlkörpers 15 an den Anlageflächen 17 positioniert - optional mittels eines Hilfswerkzeugs. Die als Slinky-Bauteil 44 gefertigten Blechlamellen 22 werden dann direkt über die Rotormagnete 20 auf dem Hohlkörper 15 axial aufgeschoben. Dabei wird das Slinky-Bauteil 44 bevorzugt erwärmt und auf den Hohlkörper aufgeschrumpft. Das Slinky-Bauteil 44 weist dabei eine radiale Vorspannung auf, sodass die Blechlamellen 22 durch die radiale Vorspann-Kraft die Rotormagnete 20 radial gegen die Umfangsfläche 16 des Hohlkörpers 15 pressen. An den radialen Stegen 28 können dabei als Halteelemente tangentiale Fortsätze 34 ausgebildet werden, die unmittelbar gegen die tangentialen Seitenflächen 30 der Rotormagnete 20 gepresst werden. Dabei können an den tangentialen Seitenflächen 30 der Rotormagnete 20 Luft-Taschen ausgespart werden, die dann eine magnetische Flussbarriere 26 bezüglich eines magnetischen Kurzschlusses bilden. Alternativ wäre es auch denkbar, zuerst die Rotormagnete 20 in die Magnettaschen 24 einzuklemmen, und dann das Slinky-Bauteil 44 mit den eingefügten Rotormagneten 20 auf den Grundkörper 14 aufzuschieben. In einer weiteren Ausführung kann an einem axialen Ende des Slinky-Bauteils 44 eine oder mehrere Blechlamellen 22 mit einem geringeren Innendurchmesser angeordnet werden, sodass diese einen Axialanschlag für die Rotormagnete 20 bilden, sobald das Slinky-Bauteil 44 axial vollständig auf den Grundkörper 14 aufgeschoben ist.For illustration purposes, 4 Only the slinky component 44 of the sheet metal laminations 22 is shown, in which a single sheet metal strip is wound in the manner of a spiral staircase over the entire axial length 18 of the rotor magnets 20. The radial webs 28 are formed on the sheet metal laminations 22 and are connected to one another in the circumferential direction 9 by means of the tangential bridge webs 29. This creates magnet pockets 24 in which the rotor magnets 20 can be accommodated. The bridge webs 29 here preferably have a flat inner surface 49, against which the flat radial outer surface 21 of cuboid rotor magnets 20 then rests. Optionally, according to the embodiment in 1 It is possible for the rotor magnets 20 to be held at their tangential side surfaces 30 between two adjacent axial webs 28 by means of the tangential retaining lugs 34, so that the sheet metal laminations 22 fix the rotor magnets 20 on the hollow body 15 in the circumferential direction. During assembly of the rotor 10, the rotor magnets 20 are preferably positioned on the surface 16 of the hollow body 15 at the contact surfaces 17 - optionally using an auxiliary tool. The sheet metal laminations 22, manufactured as a slinky component 44, are then pushed axially directly over the rotor magnets 20 onto the hollow body 15. The slinky component 44 is preferably heated and shrunk onto the hollow body. The Slinky component 44 has a radial preload, so that the sheet metal laminations 22 press the rotor magnets 20 radially against the circumferential surface 16 of the hollow body 15 due to the radial preload force. Tangential extensions 34 can be formed on the radial webs 28 as holding elements, which are pressed directly against the tangential side surfaces 30 of the rotor magnets 20. Air pockets can be cut out on the tangential side surfaces 30 of the rotor magnets 20, which then form a magnetic flux barrier 26 with respect to a magnetic form a short circuit. Alternatively, it would also be conceivable to first clamp the rotor magnets 20 into the magnet pockets 24 and then slide the Slinky component 44 with the inserted rotor magnets 20 onto the base body 14. In a further embodiment, one or more sheet metal laminations 22 with a smaller inner diameter can be arranged at an axial end of the Slinky component 44, so that they form an axial stop for the rotor magnets 20 as soon as the Slinky component 44 is completely pushed axially onto the base body 14.

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 4 sind hierzu beispielsweise Schweißlinien 46 an der radialen Innenseite 47 der radialen Stege 28, oder am radial äußeren Umfang 23 der Blechlamellen 22 ausgebildet. In 1 ist dargestellt, wie hierbei an der radialen Innenseite 47 der radialen Stege 28 eine Kerbe 45 ausgestanzt ist, in der die Schweißlinie 46 in Axialrichtung 8 verläuft.To produce the slinky component 44, the structured sheet metal strip is preferably wound helically onto an auxiliary mandrel, with the planes of the sheet metal laminations 22 extending transversely to the axial direction 8 of the auxiliary mandrel. The sheet metal lamination rings are then connected to one another in the axial direction 8, for example, by welding. 4 For this purpose, for example, welding lines 46 are formed on the radial inner side 47 of the radial webs 28, or on the radial outer circumference 23 of the sheet metal laminations 22. In 1 It is shown how a notch 45 is punched out on the radial inner side 47 of the radial webs 28, in which the welding line 46 runs in the axial direction 8.

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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  • DE 10 2007 029 719 A1 [0002]DE 10 2007 029 719 A1 [0002]
  • CN 104659941 A [0003]CN 104659941 A [0003]

Claims (17)

Rotor (10) für eine elektrische Maschine (12), 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 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), 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-like manner 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). Rotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechlamellen (22) als ein Slinky-Bauteil (44) ausgebildet sind, bei dem ein langer strukturierter Blechstreifen wendelförmig zu einem hülsenförmigen Blechlamellen-Körper aufgewickelt ist.Rotor (10) after Claim 1 , characterized in that the sheet metal lamellae (22) are designed as a slinky component (44) in which a long structured sheet metal strip is wound helically to form a sleeve-shaped sheet metal lamella body. Rotor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotormagnete (20) quaderförmig oder Brotlaib-förmig oder V-förmig ausgebildet sind und an den tangentialen Seiten (30) der Rotormagnete (20) Lufttaschen als magnetische Flussbarieren (26) in den Blechlamellen (22) ausgeformt sind, die sich insbesondere schräg radial nach außen erstrecken.Rotor (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that the rotor magnets (20) are cuboid-shaped or bread-loaf-shaped or V-shaped and on the tangential sides (30) of the rotor magnets (20) air pockets are formed as magnetic flux barriers (26) in the sheet metal laminations (22), which extend in particular obliquely radially outwards. Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Blechlamellen (22) radiale Stege (28) angeformt sind, die zwischen zwei benachbarten Rotormagneten (20) radial nach innen eingreifen - und insbesondere die Rotormagnete (20) tangential zwischen den radialen Stegen (28) verspannt sind.Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that radial webs (28) are formed on the sheet metal laminations (22), which engage radially inwards between two adjacent rotor magnets (20) - and in particular the rotor magnets (20) are clamped tangentially between the radial webs (28). Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechlamellen (22) an ihrem radial äußeren Umfang (23) genau kreisförmig ausgebildet sind, oder eine Sinus- oder Richter-Kontur zur Ausbildung von Rotorpolen aufweisen.Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet metal laminations (22) are formed exactly circularly on their radially outer circumference (23), or have a sinusoidal or Richter contour for forming rotor poles. Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Grundkörper (14) ebene Anlageflächen (17) ausgebildet sind, an denen die Rotormagnete (20) flächig anliegen - und insbesondere die radialen Stege (28) mit Haltenasen (34) am radial inneren Bereich der tangentialen Seitenflächen (30) der Rotormagnete (20) tangential anliegen.Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that flat contact surfaces (17) are formed on the base body (14), against which the rotor magnets (20) lie flat - and in particular the radial webs (28) with retaining lugs (34) lie tangentially on the radially inner region of the tangential side surfaces (30) of the rotor magnets (20). Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um die Blechlamellen (22) herum eine Spannhülse (40) angeordnet ist, wodurch die Blechlamellen (22) mit den Rotormagneten (20) elastisch radial nach innen gegen den Grundkörper (14) gepresst werden.Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a clamping sleeve (40) is arranged around the sheet metal laminations (22), whereby the sheet metal laminations (22) with the rotor magnets (20) are elastically pressed radially inwards against the base body (14). Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundkörper (14) an beiden axialen Seiten jeweils ein Rotorwellen-Teil (51, 52) angeformt ist, mittels der der Rotor (10) innerhalb eines Stators (11) drehbar gelagert werden kann - und insbesondere an einer der beiden Rotorwellen (51, 52) ein Abtriebselement (54) zur Drehmomentübertragung einstückig ausgeformt ist.Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a rotor shaft part (51, 52) is formed on the base body (14) on both axial sides, by means of which the rotor (10) can be rotatably mounted within a stator (11) - and in particular an output element (54) for torque transmission is formed in one piece on one of the two rotor shafts (51, 52). Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Rotorwellen-Teile (51, 52) als Hohlwelle ausgebildet ist - und insbesondere monolithisch mit dem Hohlkörper (15) des Grundkörpers (14) ausgebildet ist.Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the rotor shaft parts (51, 52) is designed as a hollow shaft - and in particular is designed monolithically with the hollow body (15) of the base body (14). Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (15) aus mindestens zwei Teilen (61, 62, 63) zusammengesetzt ist, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei insbesondere eine Schweißnaht (66) zwischen den mindestens zwei Teilen (61, 62) sich in Radialrichtung (7) oder in Axialrichtung (8) erstreckt.Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow body (15) is composed of at least two parts (61, 62, 63) which are materially connected to one another, wherein in particular a weld seam (66) between the at least two parts (61, 62) extends in the radial direction (7) or in the axial direction (8). Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (15) zusammen mit den beiden Rotorwellen-Teilen (51, 52) monolithische aus einem Stück gefertigt ist, wobei der Grundkörper als ein Hohlkörper (15) mit einem größeren Innendurchmesser ausgebildet ist als die Hohlwellen der Rotorwellen-Teile (51, 52).Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow body (15) together with the two rotor shaft parts (51, 52) is manufactured monolithically from one piece, wherein the base body is designed as a hollow body (15) with a larger inner diameter than the hollow shafts of the rotor shaft parts (51, 52). Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich von einem Innenraum (60) des Hohlkörpers (15) Kühlmittelkanäle (55) radial nach außen zum Stator (11) hin erstrecken, durch die Kühlmittel (56) im Betrieb aus dem Hohlkörper (15) zum Stator (11) geführt werden kann.Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that coolant channels (55) extend radially outwards from an interior space (60) of the hollow body (15) towards the stator (11), through which coolant channels (56) can be guided from the hollow body (15) to the stator (11) during operation. Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer axialen Seite des Grundkörpers (14) an der Anlagefläche (17) ein axialer Anschlag (19) für die Rotormagneten (20) ausgebildet ist - insbesondere am axialen Bereich der Schweißnaht (66) zwischen den mindestens zwei Teilen (61, 62, 63) des Grundkörpers (14).Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that an axial stop (19) for the rotor magnets (20) is formed on at least one axial side of the base body (14) on the contact surface (17) - in particular on the axial region of the weld seam (66) between the at least two parts (61, 62, 63) of the base body (14). Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (14) aus massivem Eisen gefertigt ist, und an zumindest einer axialen Seite des Grundkörpers (14) Aussparungen (64) zum Auswuchten des Rotors (10) ausgespart sind.Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the base body (14) is made of solid iron, and on at least one axial side of the base body pers (14) recesses (64) for balancing the rotor (10) are provided. Elektrische Maschine (12) - insbesondere für ein Traktionsantrieb eines Kraftfahrzeuges - mit einem Rotor (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rotor (10) drehbar innerhalb eines eine elektronisch kommutierte Wicklung (70) aufweisenden Stators (11) angeordnet ist.Electric machine (12) - in particular for a traction drive of a motor vehicle - with a rotor (10) according to one of the preceding claims, wherein the rotor (10) is rotatably arranged within a stator (11) having an electronically commutated winding (70). Verfahren zur Herstellung eines Rotors (10) für eine elektrische Maschine (12) vorzugsweise nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Bereitstellen eines als Hohlkörper (15) ausgebildeten Grundkörpers (14) des Rotors (10), der insbesondere aus mindestens zwei Teilen (61, 62, 63) zusammengeschweißt wird - Fertigen eines ringförmigen Lamellenkörpers aus Blechlamellen (22) - insbesondere durch wendelförmiges Wickeln der radial äußeren Blechlamellen (22) mittels Slinky-Technik - und axiales Fügen der Blechlamellen (22) auf den äußeren Umfang (16) des Grundkörpers (14), derart, dass die Blechlamellen (22) mit einer radialen Vorspannung gegen den Grundkörper (14) gepresst werden - wobei vorzugsweise die Rotormagnete (20) auf den Anlageflächen (17) des Grundkörpers (14) fixiert werden, bevor die Blechlamellen (22) auf den Grundkörper (14) mit den Rotormagneten (20) aufgeschoben werden - Optionales Aufsetzen einer Spannhülse (40) auf den äußeren Umfang (23) der Blechlamellen (22).A method for producing a rotor (10) for an electrical machine (12), preferably according to one of the preceding claims, characterized by the following steps: - Providing a base body (14) of the rotor (10) designed as a hollow body (15), which is welded together, in particular, from at least two parts (61, 62, 63) - Manufacturing an annular laminar body from sheet metal laminations (22) - in particular by helically winding the radially outer sheet metal laminations (22) using the slinky technique - and axially joining the sheet metal laminations (22) to the outer circumference (16) of the base body (14) in such a way that the sheet metal laminations (22) are pressed against the base body (14) with a radial prestress - wherein preferably the rotor magnets (20) are fixed to the contact surfaces (17) of the base body (14) before the sheet metal laminations (22) are pushed onto the base body (14) with the rotor magnets (20) - Optional placement of a clamping sleeve (40) on the outer circumference (23) of the sheet metal lamellas (22). Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens ein Rotorwellen-Teil (51, 52) eine Kühlmittelzuführung (57) ausgeformt wird, damit im Betrieb der elektrischen Maschine (12) Kühlmittel (56) zur radialen Innenseite (58) des Hohlkörpers (15) und/oder durch die radialen Kühlmittelkanäle (55) im Hohlkörper (15) zur elektrischen Wicklung (70) des Stators (11) geführt werden kann.Procedure according to Claim 16 , characterized in that a coolant supply (57) is formed in at least one rotor shaft part (51, 52) so that during operation of the electrical machine (12) coolant (56) can be guided to the radial inner side (58) of the hollow body (15) and/or through the radial coolant channels (55) in the hollow body (15) to the electrical winding (70) of the stator (11).
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