DE102022203121A1 - Rotor of an electric machine - Google Patents
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Abstract
Rotor (1) einer elektrischen Maschine (2), mit einem um eine Rotorachse (3) drehbaren Rotorkörper (4), insbesondere einem Rotorblechpaket, der von einer Rotorhülse (5) umschlossen ist und mehrere Rotorpole (6) aufweist, wobei mehrere der Rotorpole (6) jeweils zumindest eine Magnettasche (7) zur Aufnahme von Magneten (8), insbesondere Permanentmagneten, aufweisen, wobei radial außerhalb der jeweiligen Magnettasche (7) jeweils ein Polaußensegment (10) und radial innerhalb der jeweiligen Magnettasche (7) jeweils ein Polinnensegment (11) gebildet ist, wobei Magnettaschen (7) vorgesehen sind, bei denen das jeweilige Polaußensegment (10) über am Außenumfang liegende Umfangs-Brückenstege (12) mit dem jeweiligen Polinnensegment (11) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere der Umfangs-Brückenstege (12) in den Rotorpolen (6) des Rotors (1) durch eine mechanische Vorspannung der Rotorhülse (5) verformt sind zur Verringerung eines Spiels (13) zwischen den Magnettaschen (7) und den in den Magnettaschen (7) angeordneten Magneten (8), insbesondere zum Einklemmen der Magnete (8) in den Magnettaschen (7).
Rotor (1) of an electrical machine (2), with a rotor body (4) rotatable about a rotor axis (3), in particular a rotor laminated core, which is enclosed by a rotor sleeve (5) and has a plurality of rotor poles (6), wherein several of the rotor poles (6) each have at least one magnetic pocket (7) for receiving magnets (8), in particular permanent magnets, with an outer pole segment (10) radially outside the respective magnetic pocket (7) and an inner pole segment radially inside the respective magnetic pocket (7). (11) is formed, with magnetic pockets (7) being provided, in which the respective outer pole segment (10) is connected to the respective inner pole segment (11) via circumferential bridge webs (12) located on the outer circumference,
characterized in that
several of the circumferential bridge webs (12) in the rotor poles (6) of the rotor (1) are deformed by a mechanical prestressing of the rotor sleeve (5) in order to reduce play (13) between the magnetic pockets (7) and those in the magnetic pockets (7 ) arranged magnets (8), in particular for clamping the magnets (8) in the magnet pockets (7).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a rotor of an electrical machine according to the preamble of the main claim.
Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus der
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Leistung und das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine erhöht wird, indem das bezüglich der Taschenhöhe zunächst ausgebildete Spiel in den Magnettaschen nachträglich verringert wird. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem mehrere der Umfangs-Brückenstege in den Rotorpolen des Rotors durch eine mechanische Vorspannung der Rotorhülse verformt sind zur Verringerung eines Spiels zwischen den Magnettaschen und den in den Magnettaschen angeordneten Magneten, insbesondere zum Einklemmen der Magnete in den Magnettaschen. Das Einklemmen der Magnete in den Magnettaschen erfolgt, wenn das Spiel in den Magnettaschen auf Null verringert ist und eine Restvorspannung zum Einklemmen der Magnete verbleibt.The rotor according to the invention of an electrical machine with the characterizing features of the main claim has the advantage that the power and the maximum torque of the electrical machine are increased by subsequently reducing the play in the magnetic pockets that was initially formed with respect to the pocket height. This is achieved according to the invention in that several of the circumferential bridge webs in the rotor poles of the rotor are deformed by a mechanical prestressing of the rotor sleeve in order to reduce play between the magnet pockets and the magnets arranged in the magnet pockets, in particular for clamping the magnets in the magnet pockets. The magnets are clamped in the magnetic pockets when the play in the magnetic pockets is reduced to zero and a residual preload remains for clamping the magnets.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors der elektrischen Maschine möglich.The measures listed in the subclaims make advantageous developments and improvements of the rotor of the electrical machine specified in the main claim possible.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung kann die mechanische Vorspannung der Rotorhülse durch Aufwickeln einer Faserwicklung einer als Faserverbundhülse ausgebildeten Rotorhülse auf den Rotorkörper erzeugt werden und/oder alternativ durch Einspritzen einer auszuhärtenden Moldmasse unter Hochdruck in die Magnettaschen. Das Einspritzen der Moldmasse kann die Rotorhülse vorspannen oder noch weiter vorspannen und insbesondere nach dem Wickeln der Faserwicklung erfolgen.According to an advantageous embodiment, the mechanical prestressing of the rotor sleeve can be generated by winding a fiber winding of a rotor sleeve designed as a fiber composite sleeve onto the rotor body and/or alternatively by injecting a molding compound to be hardened under high pressure into the magnetic pockets. The injection of the molding compound can pre-stress the rotor sleeve or pre-stress it even further and can take place in particular after the fiber winding has been wound.
Sehr vorteilhaft ist, wenn eine Stegbreite der verformten bzw. zu verformenden Umfangs-Brückenstege derart ausgebildet ist, dass eine Verformbarkeit unter der Vorspannung der Rotorhülse erreicht ist, wobei die Stegbreite insbesondere kleiner als 0,8mm beträgt.It is very advantageous if a web width of the deformed or to-be-deformed circumferential bridge webs is designed such that deformability is achieved under the prestress of the rotor sleeve, the web width being in particular less than 0.8 mm.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die zu verformenden Umfangs-Brückenstege und die zwischen den zu verformenden Umfangs-Brückenstegen liegenden Polaußensegmente vor der Verformung der Umfangs-Brückenstege radial nach außen vorspringen, insbesondere um das Maß des zu verringernden Spiels in der Magnettasche und insbesondere mittels einer stufenlosen Zunahme einer radialen Erstreckung des Außenumfangs des Rotorkörpers. Bei dem Spiel in der jeweiligen Magnettasche handelt es sich jeweils um einen Fügespalt, der zum Fügen bzw. Einstecken der Magnete in die Magnettaschen vorgehalten ist. Durch das radiale Vorspringen der zu verformenden Umfangs-Brückenstege und der zugehörigen Polaußensegmente ist in den Magnettaschen zunächst ein ausreichendes Spiel zum reibungslosen Einsetzen der Magnete in die Magnettaschen vorhanden. Beim Erzeugen der mechanischen Vorspannung, also beispielsweise beim Aufbringen der Rotorhülse auf den Außenumfang des Rotorkörpers, wird das Spiel in den Magnettaschen nachträglich gezielt durch die radial vorspringenden Bereiche verringert.It is particularly advantageous if the circumferential bridge webs to be deformed and the pole outer segments lying between the circumferential bridge webs to be deformed project radially outwards before the deformation of the circumferential bridge webs, in particular by the amount of play to be reduced in the magnetic pocket and in particular by means of a stepless Increase in radial extent of the outer circumference of the rotor body. The play in the respective magnetic pocket is a joining gap that is provided for joining or inserting the magnets into the magnetic pockets. Due to the radial protrusion of the circumferential bridge webs to be deformed and the associated outer pole segments, there is initially sufficient play in the magnetic pockets for the smooth insertion of the magnets into the magnetic pockets. When generating the mechanical preload, for example when applying the rotor sleeve to the outer circumference of the rotor body, the play in the magnetic pockets is subsequently reduced in a targeted manner by the radially projecting areas.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die radial vorspringenden Bereiche am Außenumfang des Rotorkörpers durch eine spielverringernde radiale Verschiebung der Polaußensegmente geglättet sind zu einem zylinderförmigen Außenumfang. Auf diese Weise wird ein konstanter Luftspalt zwischen dem Rotor und einem Stator der elektrischen Maschine und eine homogene Druckverteilung in der Rotorhülse entlang deren Umfang erreicht. Außerdem wird durch die radiale Verschiebung der Polaußensegmente das Spiel in den Magnettaschen verringert, so dass die Leistung und das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine erhöht wird.It is also advantageous if the radially projecting areas on the outer circumference of the rotor body are smoothed to a cylindrical outer circumference by a play-reducing radial displacement of the pole outer segments. In this way, a constant air gap between the rotor and a stator of the electrical machine and a homogeneous pressure distribution in the rotor sleeve along its circumference are achieved. In addition, the radial displacement of the outer pole segments reduces the play in the magnetic pockets, so that the power and maximum torque of the electric machine is increased.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Magnettaschen mit zu verformenden Umfangs-Brückenstegen vor der Verformung der Brückenstege eine Taschenhöhe aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass die Magnete bezüglich der Taschenhöhe mit Spiel in die jeweilige Magnettasche einsetzbar sind. Auf diese Weise können die Magnete reibungsfrei in die Magnettaschen eingesetzt werden, so dass eine Beschädigung der Magnetoberflächen vermieden wird. Die Erfindung ermöglicht es, das vorgehaltene Spiel in den Magnettaschen des Rotors nachträglich deutlich zu verringern, so dass eine elektrische Maschine mit hoher Leistung und hohem maximalen Drehmoment erzielt werden kann.It is very advantageous if the magnetic pockets with circumferential bridge webs to be deformed have a pocket height before the bridge webs are deformed, which is designed in such a way that the magnets can be inserted into the respective magnetic pocket with play in relation to the pocket height. In this way, the magnets can be inserted into the magnet pockets without friction, so that damage to the magnet surfaces is avoided. The invention makes it possible to subsequently significantly reduce the clearance in the magnetic pockets of the rotor, so that an electric machine with high performance and high maximum torque can be achieved.
Auch vorteilhaft ist, wenn die Magnettasche zur Aufnahme eines V-förmigen, C-förmigen, U-förmigen oder bogenförmigen Magnetlayers umfassend mehrere Magnete vorgesehen und radialsteglos ausgebildet ist, insbesondere keinen in radialer Richtung verlaufenden Radial-Brückensteg im Bereich einer Polmitte des jeweiligen Rotorpols aufweist. Auf diese Weise wird für Magnetlayer die radiale Verschiebbarkeit der Polaußensegmente erreicht, unter Verformung der jeweiligen Umfangs-Brückenstege.It is also advantageous if the magnetic pocket is provided for accommodating a V-shaped, C-shaped, U-shaped or arc-shaped magnetic layer comprising several magnets and is designed without radial webs, in particular if it does not have a radial bridge web running in the radial direction in the area of a pole center of the respective rotor pole . In this way, the radial displaceability of the outer pole segments is achieved for magnetic layers, with deformation of the respective circumferential bridge webs.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn radial außerhalb des jeweiligen Magnetlayers eine weitere Magnettasche vorgesehen ist, insbesondere zur Aufnahme eines einzelnen Magneten. Auf diese Weise kann die Leistung und das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine noch weiter erhöht werden.It is also advantageous if a further magnetic pocket is provided radially outside the respective magnetic layer, in particular for accommodating a single magnet. In this way, the power and maximum torque of the electric machine can be increased even further.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn in der jeweiligen Magnettasche Haltemittel, insbesondere Haltenasen, zur Positionierung der Magnete in der jeweiligen Magnettasche ausgebildet sind. Auf diese Weise werden die Magnete in den Magnettaschen in der richtigen Position gehalten. Ein Ausfüllen der in den Magnettaschen vorliegenden Hohlräume mit einer Moldmasse oder einem Kleber kann entfallen.Furthermore, it is advantageous if holding means, in particular holding lugs, are designed in the respective magnetic pocket for positioning the magnets in the respective magnetic pocket. In this way, the magnets in the magnet pockets are held in the correct position. There is no need to fill the cavities in the magnetic pockets with a molding compound or adhesive.
Vorteilhaft ist, wenn die Magnete jeweils mit einem Kleber an zumindest einer Breitseite der jeweiligen Magnettasche befestigt sind, insbesondere an der dem jeweiligen Polaußensegment zugewandten Breitseite. Eine ausreichend hohe Vorspannung der Rotorhülse vermeidet, dass die Magnete beim Rotieren des Rotors aufgrund der Fliehkräfte gegen die Haltemittel gedrückt und dadurch lokal mechanisch auf Druck belastet werden. Der erfindungsgemäße Ausführung mit dem Kleber erlaubt es, die Vorspannung der Rotorhülse zu verringern.It is advantageous if the magnets are each attached with an adhesive to at least one broad side of the respective magnet pocket, in particular to the broad side facing the respective outer pole segment. A sufficiently high pretension of the rotor sleeve prevents the magnets from being pressed against the holding means due to the centrifugal forces when the rotor rotates and thereby being subjected to local mechanical pressure. The embodiment according to the invention with the adhesive allows the preload of the rotor sleeve to be reduced.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt einen Rotor einer elektrischen Maschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann, -
2 eine Detailansicht eines Details I nach1 vor einer erfindungsgemäßen Verformung der Brückenstege und -
3 eine Detailansicht eines Details I nach1 nach einer erfindungsgemäßen Verformung der Brückenstege.
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1 shows a rotor of an electrical machine in which the invention can be used, -
2 a detailed view of a detail I after1 before deformation of the bridge webs according to the invention and -
3 a detailed view of a detail I after1 after deformation of the bridge webs according to the invention.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the exemplary embodiment
Der erfindungsgemäße Rotor 1 einer elektrischen Maschine 2 umfasst einen um eine Rotorachse 3 drehbaren Rotorkörper 4, insbesondere ein Rotorblechpaket, der von einer Rotorhülse 5 umschlossen ist und mehrere Rotorpole 6 aufweist. Der Rotorkörper 4 ist beispielsweise auf einem Rotorträger 9, beispielsweise einer Rotorwelle, angeordnet und mit dem Rotorträger 9 kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden.The rotor 1 according to the invention of an
In zumindest mehreren der Rotorpole 6, insbesondere in allen Rotorpolen 6, ist jeweils zumindest eine Magnettasche 7 zur Aufnahme von Magneten 8, insbesondere Permanentmagneten, vorgesehen. Nach dem Ausführungsbeispiel sind in zumindest einem der Rotorpole 6, beispielsweise allen Rotorpolen 6 jeweils zwei Magnettaschen 7 vorgesehen, von denen die radial innere Magnettasche 7 beispielsweise zur Aufnahme eines V-förmigen, C-förmigen, U-förmigen oder bogenförmigen Magnetlayers 18 umfassend mehrere Magnete 8 ausgebildet ist und von denen die radial äußere Magnettasche 7 zur Aufnahme eines einzelnen Magneten 8 (bezüglich einem Querschnitt der Magnettasche 7 nach
Im jeweiligen Rotorpol 6 ist bezüglich der Rotorachse 3 radial außerhalb der jeweiligen Magnettasche 7 jeweils ein Polaußensegment 10 und radial innerhalb derselben Magnettasche 7 jeweils ein Polinnensegment 11 gebildet. Bei zumindest mehreren der Magnettaschen 7 ist das jeweilige Polaußensegment 10 über am Außenumfang des Rotors 1 liegende Umfangs-Brückenstege 12 mit dem jeweiligen Polinnensegment 11 desselben Rotorpols 6 verbunden.In the
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mehrere der Umfangs-Brückenstege 12 in den Rotorpolen 6 des Rotors 1 durch eine mechanische Vorspannung der Rotorhülse 5 verformt sind zur Verringerung eines Spiels 13 zwischen den Magnettaschen 7 und den in den Magnettaschen 7 angeordneten Magneten 8, insbesondere zum Einklemmen der Magnete 8 in den Magnettaschen 7.According to the invention, it is provided that several of the
Die mechanische Vorspannung der Rotorhülse 5 kann durch Aufwickeln einer Faserwicklung einer als Faserverbundhülse ausgebildeten Rotorhülse 5 auf den Rotorkörper 4 oder alternativ durch Einspritzen einer auszuhärtenden Moldmasse unter Hochdruck in die Magnettaschen 7 erzeugt sein.The mechanical pretension of the rotor sleeve 5 can be generated by winding a fiber winding of a rotor sleeve 5 designed as a fiber composite sleeve onto the rotor body 4 or alternatively by injecting a molding compound to be hardened into the
Eine Stegbreite B der verformten bzw. zu verformenden Umfangs-Brückenstege 12 ist derart ausgebildet, dass eine Verformbarkeit unter der Vorspannung der Rotorhülse 5 erreicht ist. Insbesondere ist die Stegbreite B der verformten bzw. zu verformenden Umfangs-Brückenstege 12 im Bereich kleiner als 0,8mm vorgesehen.A web width B of the deformed or to-be-deformed
Im Falle einer für einen Magnetlayer 18 ausgebildeten Magnettasche 7 ist erfindungsgemäß vorgesehen, diese radialsteglos auszuführen. Darunter ist zu verstehen, dass der Magnetlayer 7 keinen in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 verlaufenden Radial-Brückensteg im Bereich einer Polmitte 6.1 des jeweiligen Rotorpols 6 aufweist.In the case of a
Die zu verformenden Umfangs-Brückenstege 12 und die zwischen den zu verformenden Umfangs-Brückenstegen 12 liegenden Polaußensegmente 10 sind vor der Verformung radial nach außen vorspringend ausgeführt gegenüber den übrigen Außenumfangsbereichen, insbesondere um das Maß des zu verringernden Spiels 13 in der jeweiligen Magnettasche 7 und insbesondere mittels einer stufenlosen Zunahme einer radialen Erstreckung des Außenumfangs des Rotorkörpers 4. Das radiale stufenlosen Vorspringen kann beispielsweise mit einem kontinuierlichen Übergang oder mit einer schrägen Rampe in der Kontur des Außenumfangs erfolgen. Die Blechlamellen des Rotorblechpakets 4 werden mit den vorspringenden Bereichen 10,12 in der Kontur des Außenumfangs ausgeschnitten oder ausgestanzt.The
Die Magnettaschen 7 mit zu verformenden Umfangs-Brückenstegen 12 haben vor der Verformung der Brückenstege 12 eine Taschenhöhe H, die derart ausgebildet ist, dass die Magnete 8 bezüglich der Taschenhöhe H mit Spiel 13 in die jeweilige Magnettasche 7 einsetzbar sind.Before the
In der jeweiligen Magnettasche 7 können Haltemittel 14, insbesondere Haltenasen, zur Positionierung der Magnete 8 in der jeweiligen Magnettasche 8 vorgesehen sein. Außerdem können die Magnete 8 jeweils mit einem Kleber 15 an zumindest einer Breitseite 7.1 der jeweiligen Magnettasche 7 befestigt sein, insbesondere an der dem jeweiligen Polaußensegment 10 zugewandten Breitseite 7.1.In the respective
Durch das erfindungsgemäße Aufbringen der mechanischen Vorspannung werden die radial vorspringenden Bereiche 12,10 am Außenumfang des Rotorkörpers 4 durch eine spielverringernde radiale Verschiebung der Polaußensegmente 10 geglättet zu einem zylinderförmigen Außenumfang. Die verformten Umfangs-Brückenstege 12 sind durch diese Glättung lokal nach radial innen ausgewichen, beispielsweise unter Bildung einer Delle oder Einbuchtung.By applying the mechanical prestress according to the invention, the radially projecting
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors 1 werden die Magnete 8 mit dem erfindungsgemäßen Spiel in die Magnettaschen 7 des Rotorkörpers 4 eingesetzt. Die Magnete 8 können eine Isolationsbeschichtung haben. Alternativ können Magnete 8 ohne Isolationsbeschichtung verwendet werden und beim Einsetzen in die Magnettaschen 7 mit einem Isolationspapier, einer Isolationsfolie oder einem Isolationslaminat gegenüber dem Rotorkörper 4 isoliert werden. Nach dem Einsetzen der Magnete 8 wird beispielsweise eine Faserwicklung 5.1 zur Herstellung der als Faserverbundhülse ausgebildeten Rotorhülse 5 unter Vorspannung auf den Rotorkörper 4 aufgewickelt, wodurch die Kontur des Außenumfangs des Rotors 1, insbesondere im Bereich der radial vorspringenden Bereiche 12,10, radial nach innen verformt wird unter Verformung der Umfangs-Brückenstege 12 und unter Verringerung des Spiels in den Magnettaschen 7. Durch das Wickeln der Faserwicklung 5.1 der Rotorhülse 5 werden die Magnete 8 in den Magnettaschen 7 beispielsweise eingeklemmt, ggf. zusammen mit dem Isolationspapier, -folie, -laminat. Nach dem Wickeln der Faserwicklung 5.1 können die Windungen der Faserwicklung 5.1 durch ein aushärtbares Verbundmaterial 5.2 miteinander verbunden.To produce the rotor 1 according to the invention, the
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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