DE102022116139B4 - Rotor for an electrical machine and method for its manufacture - Google Patents
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Abstract
Rotor (10) für eine elektrische Maschine, mit folgenden Merkmalen:
- der Rotor (10) umfasst ein inneres Blechpaket (12) und ein äußeres Blechpaket (14),
- der Rotor (10) enthält einen entlang einer Sekante seines Querschnittes ausgerichteten inneren Magneten (13) und einen weiteren inneren Magneten (13),
- die inneren Magnete (13) sind stumpfwinklig zueinander und symmetrisch zu einem Radius des Querschnittes ausgerichtet und
- der Rotor (10) weist einen sich zwischen den inneren Magneten (13) erstreckenden Hohlraum auf und trägt einen äußeren Magneten (15) und eine den äußeren Magneten (15) überspannende Bandage (11), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- der Rotor (10) weist ein radial unterhalb des äußeren Magneten (15) angeordnetes Vorspannelement (20) zum Straffen der Bandage (11) auf, nämlich einen auf den äußeren Magneten (15) gerichteten Keil (20) innerhalb des Hohlraumes, und
- der innere Magnet (13) ist derart zwischen den Blechpaketen (12, 14) eingebettet, dass der Keil (20) über den inneren Magneten (13) auf die Bandage (11) wirkt.
Rotor (10) for an electrical machine, having the following features:
- the rotor (10) comprises an inner laminated core (12) and an outer laminated core (14),
- the rotor (10) contains an inner magnet (13) aligned along a secant of its cross-section and a further inner magnet (13),
- the inner magnets (13) are aligned at an obtuse angle to each other and symmetrically to a radius of the cross-section and
- the rotor (10) has a cavity extending between the inner magnets (13) and carries an outer magnet (15) and a bandage (11) spanning the outer magnet (15), characterized by the following features:
- the rotor (10) has a pre-tensioning element (20) arranged radially below the outer magnet (15) for tightening the bandage (11), namely a wedge (20) directed towards the outer magnet (15) within the cavity, and
- the inner magnet (13) is embedded between the laminated cores (12, 14) in such a way that the wedge (20) acts on the bandage (11) via the inner magnet (13).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein entsprechendes Herstellungsverfahren, eine entsprechende elektrische Maschine sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug.The present invention relates to a rotor for an electrical machine. The present invention also relates to a corresponding manufacturing method, a corresponding electrical machine and a corresponding motor vehicle.
Stand der TechnikState of the art
IEC 60034-16-1 normiert unterschiedliche Typen der Erregung von Einphasen- und Drehstrom-Synchronmaschinen. Synchronmaschinen kleiner bis mittlerer Leistung, wie sie als Servomotoren beispielsweise in der Fahrzeugtechnik zur Anwendung kommen, werden nach dem Stand der Technik überwiegend dauerhaft erregt (permanenterregte Synchronmaschine, PSM). Die hierzu genutzten Magnete in vielfältiger Weise auf die Blechpakete des Rotors auf- oder in diese eingebracht werden.IEC 60034-16-1 standardizes different types of excitation for single-phase and three-phase synchronous machines. Synchronous machines with small to medium power, such as those used as servo motors in automotive engineering, are predominantly permanently excited according to the state of the art (permanently excited synchronous machine, PSM). The magnets used for this purpose can be placed on or in the rotor's laminated cores in a variety of ways.
Hinlänglich bekannt sind einerseits oberflächlich angebrachte, andererseits eingebettete („eingegrabene“) Magnete, welche zur Flusskonzentration oft sternförmig im Rotor angeordnet werden. Um die Flussdichte im Luftspalt weiter anzuheben, werden insbesondere Seltenerdmagneten oftmals V-förmig unter einem Pol angeordnet. Im Streben nach einem Kompromiss zwischen möglichst geringer Magnetkantenstreuung und beherrschbaren Zug- und Schubspannungen werden beide Konfigurationen mitunter kombiniert.Magnets that are either surface-mounted or embedded ("buried") are well known and are often arranged in a star shape in the rotor to concentrate the flux. To further increase the flux density in the air gap, rare earth magnets in particular are often arranged in a V shape under a pole. In the pursuit of a compromise between the lowest possible magnetic edge scattering and manageable tensile and shear stresses, both configurations are sometimes combined.
Zur Sicherung der Oberflächenmagnete schnell drehender Rotoren weisen diese in der Regel eine Armierung auf, welche die im Betrieb auf die Magnete wirkende Fliehkraft aufnimmt. Bei Hochleistungsmotoren kommen anstelle metallischer Hülsen insbesondere dünnwandige Bandagen aus faserverstärktem Kunststoff zum Einsatz, um Wirbelströme in der Armierung zu vermeiden.To secure the surface magnets of fast-rotating rotors, these are usually reinforced to absorb the centrifugal force acting on the magnets during operation. In high-performance motors, thin-walled bandages made of fiber-reinforced plastic are used instead of metal sleeves to avoid eddy currents in the reinforcement.
In der Auslegung und Herstellung von bandagierten Rotoren ist eine gewollt definierte Überdeckung der Bauteile Blechpaket und Rotorbandage bezüglich der Betriebsfunktionalität erforderlich.In the design and manufacture of bandaged rotors, a deliberately defined overlap of the laminated core and rotor bandage components is required with regard to operational functionality.
Die Bandage muss für den Betrieb unter allen Lastkollektiven somit immer „gespannt“ sein.The drum must therefore always be “tensioned” for operation under all load collectives.
Die erforderliche Vorspannung wird nach dem Stand der Technik durch eine geometrische Übergangs- bis Presspassung realisiert. Die Überdeckung von Blechpaket zu Bandage beträgt dabei typischerweise weniger als 1 Prozent des Rotordurchmessers.The required preload is achieved according to the state of the art by means of a geometric transition or press fit. The overlap between the laminated core and the bandage is typically less than 1 percent of the rotor diameter.
Hierdurch gestaltet sich der Fügevorgang als Herausforderung, da die Bauteile zur beschädigungsfreien und kontaktlosen Montage zwangsläufig unterhalb der Umgebungstemperatur oder unter Kontakt (mit hohen Anforderungen an die jeweiligen Oberflächen) gefügt werden müssen. Dazu wird das Blechpaket - zum Beispiel mit Stickstoff - stark gekühlt sowie an seiner Außenoberfläche feingeschliffen.This makes the joining process a challenge, as the components must be joined below ambient temperature or under contact (with high demands on the respective surfaces) for damage-free and contact-free assembly. To do this, the laminated core is cooled strongly - for example with nitrogen - and its outer surface is finely ground.
Weiterer Stand der Technik geht aus den Druckschriften
Offenbarung der Erfindungdisclosure of the invention
Die Erfindung stellt einen Rotor, ein Verfahren zu dessen Herstellung, eine elektrische Maschine und ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.The invention provides a rotor, a method for its manufacture, an electric machine and a motor vehicle according to the independent claims.
Die Erfindung beruht hierbei auf der Idee, einen gattungsgemäßen Rotor mit zusätzlichen Bauteilen oder ergänzenden geometrischen Merkmale an vorhandenen Bauteilen zur Generierung der radialen Vorspannung zu versehen.The invention is based on the idea of providing a generic rotor with additional components or supplementary geometric features on existing components to generate the radial preload.
Dieser Ansatz verleiht erfindungsgemäßen Rotoren eine hohe Betriebsfestigkeit und Drehzahl.This approach provides rotors according to the invention with high operational stability and speed.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So können die besagten Bauteile wahlweise bereits als Stanzlaschen oder anderweitige Federelemente an den eingesetzten Bauteilen vorhanden sein oder durch zusätzliche radial oder axial eingebrachte Elemente im Rahmen einer Vor- oder Nachbearbeitung während der Montage eingebracht werden.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent patent claims. Thus, the said components can optionally already be present as punched tabs or other spring elements on the components used or can be introduced by additional radially or axially introduced elements as part of pre- or post-processing during assembly.
Ein Vorzug dieses Vorgehens liegt in der Reduzierung von aufwendigen Vorprozessen - etwa zum Schleifen des Außendurchmessers der Rotorblechpakete - und Kalt-Warm-Prozessen in der Fertigung. Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Rotors gelingt vielmehr nachhaltig durch ressourcenschonende Prozesse.One advantage of this approach is the reduction of complex preliminary processes - such as grinding the outer diameter of the rotor laminations - and cold-hot processes in production. The manufacture of a rotor according to the invention is achieved in a sustainable manner through resource-saving processes.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
-
1 zeigt den Stand der Technik. -
2 zeigt erfindungsgemäße Ausprägungen an vorhandenen Bauteilen. -
3 zeigt erfindungsgemäße Zusatzbauteile zum Einsetzen vor, während oder nach der Montage.
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1 shows the state of the art. -
2 shows inventive features on existing components. -
3 shows additional components according to the invention for insertion before, during or after assembly.
Ausführungsformen der Erfindungembodiments of the invention
Der Begriff „Bandage“ sei hierbei in einem weiten Sinne auszulegen, welcher direkt auf den Rotor (10) gewickelte Armierungen ebenso einschließt wie eigenfeste Bauteile zur Fixierung des an sich losen äußeren Blechpaketes (14) und Magneten (15). Liegt diese Bandage (11) nicht straff am Rotor (10) an, so besteht keine ausreichende Festigkeit und es kommt bei dessen schneller Drehung zum Versagen, wie die Abbildung eindrücklich belegt. Derlei Bauteilauslegung stellt den Fachmann somit vor die Herausforderung, eine Vorspannung in der Bandage (11) zu generieren.The term "bandage" should be interpreted in a broad sense, which includes reinforcements wound directly onto the rotor (10) as well as inherently strong components for fixing the loose outer sheet stack (14) and magnets (15). If this bandage (11) does not fit tightly onto the rotor (10), there is insufficient strength and failure occurs when it rotates quickly, as the illustration clearly shows. This type of component design therefore presents the expert with the challenge of generating a pre-stress in the bandage (11).
Claims (6)
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| DE102024111296A1 (en) * | 2024-04-23 | 2025-10-23 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Rotor of an electrical machine designed as a permanent magnet synchronous machine, electrical machine and motor vehicle |
| DE102024122919A1 (en) * | 2024-08-12 | 2026-02-12 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Rotor for an electric machine |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10131474A1 (en) | 2001-06-29 | 2003-05-28 | Bosch Gmbh Robert | Electrical machine |
| DE10216856A1 (en) | 2002-04-16 | 2003-11-06 | Siemens Ag | Securing the supports of synchronous motors with external magnets |
| DE102004046440A1 (en) | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Siemens Ag | Rotor with clamping device |
| DE102005041676A1 (en) | 2005-09-01 | 2007-03-22 | Atb Technologies Gmbh | Laminations stack arrangement for use in rotor of e.g. electrical motor, has stack of magnetically conducting laminations with recesses, where edge of one recess is formed such that elastically flexible elevations are formed to fix magnets |
| DE102010022702A1 (en) | 2010-06-04 | 2011-12-08 | Wilo Se | Rotor for synchronous motor, has permanent magnets slid into parallel pockets and made from punched metal sheets, where magnets are clamped in pockets in force-fit manner by shape of window edges |
| JP2013116002A (en) | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Mitsui High Tec Inc | Parting method for permanent magnet used for rotor |
| DE112010005756T5 (en) | 2010-07-23 | 2013-07-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Rotor and IPM engine |
| US20140009024A1 (en) | 2012-07-09 | 2014-01-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Fixing permanent magnets to a rotor |
| WO2014125433A2 (en) | 2013-02-14 | 2014-08-21 | Moteurs Leroy-Somer | Rotating electric machine |
| DE102013102822A1 (en) | 2013-03-19 | 2014-09-25 | Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg | Electric motor with inner rotor and outer stator |
| US20160028282A1 (en) | 2014-07-22 | 2016-01-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for producing a rotor |
| CN205377495U (en) | 2016-01-20 | 2016-07-06 | 广东合普动力科技有限公司 | Permanent magnet synchronous motor rotor structure |
| DE102017223042A1 (en) | 2017-12-18 | 2019-06-19 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Rotor or stator arrangement with permanent magnets |
| DE102010062393B4 (en) | 2010-12-03 | 2020-11-05 | Robert Bosch Gmbh | Rotor element for an electric machine, electric machine and method for manufacturing a rotor element |
| DE102019117686A1 (en) | 2019-07-01 | 2021-01-07 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Rotor device for an electric machine, in particular for a vehicle drive for an electric vehicle |
-
2022
- 2022-06-29 DE DE102022116139.0A patent/DE102022116139B4/en active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10131474A1 (en) | 2001-06-29 | 2003-05-28 | Bosch Gmbh Robert | Electrical machine |
| DE10216856A1 (en) | 2002-04-16 | 2003-11-06 | Siemens Ag | Securing the supports of synchronous motors with external magnets |
| DE102004046440A1 (en) | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Siemens Ag | Rotor with clamping device |
| DE102005041676A1 (en) | 2005-09-01 | 2007-03-22 | Atb Technologies Gmbh | Laminations stack arrangement for use in rotor of e.g. electrical motor, has stack of magnetically conducting laminations with recesses, where edge of one recess is formed such that elastically flexible elevations are formed to fix magnets |
| DE102010022702A1 (en) | 2010-06-04 | 2011-12-08 | Wilo Se | Rotor for synchronous motor, has permanent magnets slid into parallel pockets and made from punched metal sheets, where magnets are clamped in pockets in force-fit manner by shape of window edges |
| DE112010005756T5 (en) | 2010-07-23 | 2013-07-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Rotor and IPM engine |
| DE102010062393B4 (en) | 2010-12-03 | 2020-11-05 | Robert Bosch Gmbh | Rotor element for an electric machine, electric machine and method for manufacturing a rotor element |
| JP2013116002A (en) | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Mitsui High Tec Inc | Parting method for permanent magnet used for rotor |
| US20140009024A1 (en) | 2012-07-09 | 2014-01-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Fixing permanent magnets to a rotor |
| WO2014125433A2 (en) | 2013-02-14 | 2014-08-21 | Moteurs Leroy-Somer | Rotating electric machine |
| DE102013102822A1 (en) | 2013-03-19 | 2014-09-25 | Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg | Electric motor with inner rotor and outer stator |
| US20160028282A1 (en) | 2014-07-22 | 2016-01-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for producing a rotor |
| CN205377495U (en) | 2016-01-20 | 2016-07-06 | 广东合普动力科技有限公司 | Permanent magnet synchronous motor rotor structure |
| DE102017223042A1 (en) | 2017-12-18 | 2019-06-19 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Rotor or stator arrangement with permanent magnets |
| DE102019117686A1 (en) | 2019-07-01 | 2021-01-07 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Rotor device for an electric machine, in particular for a vehicle drive for an electric vehicle |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Norm DIN EN 60034-16-1 2011-10-00. Drehende elektrische Maschinen - Teil 16-1: Erregersysteme für Synchronmaschinen - Begriffe (IEC 60034-16-1:2011); Deutsche Fassung EN 60034-16-1:2011. |
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