WO2013053479A1

WO2013053479A1 - Rotorblechpaket, rotor und verfahren zur herstellung eines rotorblechpakets

Info

Publication number: WO2013053479A1
Application number: PCT/EP2012/004262
Authority: WO
Inventors: Attila Simofi-Ilyes; Maurad Berkouk; Sebastien Labat; Stefan Beetz
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2014-04-13
Also published as: DE102011084425A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblechpaket, insbesondere für einen bürstenlosen Synchronmotor, mit Rotorblechen mit einer umgeformten Nabe, welche ermöglicht, dass durch rotatorisch versetztes Anordnen zweier benachbarter Rotorbleche um die Nabenachse und durch Umdrehen eines der beiden Rotorbleche eine gemeinsam nutzbare Speichenanordnung der beiden Rotorbleche entsteht, bei welcher zwei benachbarte Speichen stets unterschiedlichen Rotorblechen zugehörig sind. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Rotor und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Mit einer erfindungsgemäßen Rotorblechanordnung kann die Effizienz von bürstenlosen Synchronmotoren gesteigert werden. Das erfindungsgemäße Rotorblechpaket enthält zudem viele Gleichteile, wobei die Anzahl der Bauteile vergleichsweise niedrig ist. Daher ist das Rotorblechpaket sehr wirtschaftlich zu Fertigen und zu Montieren.

Description

Rotorblechpaket, Rotor und Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblechpaket, einen Rotor und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblechpakets .

TECHNISCHER HINTERGRUND

Eine rotierende elektrische Maschine, wie etwa ein Elektromotor oder ein Generator, besteht im Allgemeinen aus einem Stator und einem darin rotierbar angeordneten Rotor. Ein solcher Rotor enthält typischerweise eine Vielzahl von Rotorblechen, die zu einem so genannten Rotorblechpaket zusammengefügt sind.

Eine zentrale Herausforderung bei rotierenden elektrischen Maschinen ist die Vermeidung von Verlustleistung aus Wirbelströmen im Rotor, welche in den Haltestegen des Rotorblechpakets zur Rotorwelle entstehen. Ein oben genanntes Rotorblechpaket ist in der EP 1 223 658 AI beschrieben. Darin werden speichenartig verteilte Polzähne mit Haltestegen gezeigt, wobei durch Minimierung des Volumens der Haltestege versucht wird, die Entstehung von Wirbelströmen beim Rotor zu minimieren. Zu diesem Zwecke sind die Polzähne untereinander axial angebunden und nur an jedem zweiten Polzahn über einen Haltesteg mit der Rotorwelle verbunden. Die nicht mit der Rotorwelle verbundenen Polzähne liegen vor der Montage des Rotorblechpakets als Einzelteile vor. Ein solches Rotorblechpaket enthält somit wesentlich mehr Bauteile als ein konventionelles Rotorblechpaket für eine bürstenlose Synchronmaschine, bei welcher jeweils mehrere Polzähne und Haltestege gemeinsam ein Teil bilden. Die Fertigung ist bei

BESTÄTIGUNGSKOPIE einer solchen Maschine daher aufwändig. Außerdem sind die Fertigungstoleranzen schwer zu beherrschen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrische Maschine mit verminderter Verlustleistung aus Wirbelströmen zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 15 gelöst .

Demgemäß ist vorgesehen:

Ein Rotorblechpaket für eine rotierende elektrische Maschine, insbesondere für einen bürstenlosen Synchronmotor, mit einer Vielzahl von flachen Rotorblechen, wobei ein Rotorblech eine Nabe mit einer Nabenachse und zumindest zwei radial um die Nabenachse gleichmäßig verteilte Speichen aufweist, wobei ein Rotorblech im Bereich der Nabe flach umgeformt ist, wobei die Rotorbleche paarweise angeordnet sind, deren Naben auf einer gemeinsamen Nabenachse liegen, die Speichen eines Rotorblechpaares gleichmäßig bezüglich der gemeinsamen Nabenachse verteilt und zueinander versetzt angeordnet sind und ein erstes Rotorblech eines Paares gegenüber einem zweiten Rotorblech desselben Paares um 180° gedreht um eine Achse senkrecht zur Nabenachse ausgerichtet ist . Vielzahl von Permanentmagneten, die in zwischen den Speichen des Rotorblechpakets vorgesehenen Ausnehmungen angeordnet sind.

Ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Rotorblechpakets für den Rotor einer bürstenlosen Synchronmaschine, mit den Schritten: Bereitstellen von Elektroblechen; Erzeugen der Kontur von Rotorblechen aus den Elektroblechen, welche zumindest zwei Speichen und eine Nabe aufweisen; Verringern der Blechdicke der Rotorbleche im Bereich der Nabe durch Kaltumformung, vorzugsweise um 50%; Ausrichten eines ersten Rotorblechs mit seiner Nabenachse auf einer definierten Achse, wobei die Stellung der Speichen ebenfalls definiert ist; Ausrichten eines zweiten Rotorblechs mit seiner Nabenachse auf derselben definierten Achse, sodass die Nabenachse des zweiten Rotorblechs identisch mit der Nabenachse des ersten Rotorblechs ist; Rotatorisches Versetzen des zweiten Rotorblechs zum ersten Rotorblech bezüglich der Nabenachse, insbesondere dergestalt, dass sich die Speichen des zweiten Rotorblechs äquidistant zwischen den Speichen des ersten Rotorblechs befinden; Drehen des zweiten Rotorblechs um 180° um eine zur Nabenachse senkrecht stehende Querachse; Wiederholen der vorstehenden Schritte, wobei entlang der definierten Achse auf ein erstes stets ein zweites und auf ein zweites stets wieder ein erstes Rotorblech folgt, solange bis eine

gewünschte Rotorblechpaketstärke erreicht ist; Axiales

Komprimieren und/oder Befestigen der Rotorbleche entlang der Nabenachse .

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, Rotorbleche mit einer umgeformten Nabe zu versehen. Diese ermöglicht durch rotatorisch versetztes Anordnen zweier benachbarter Rotorbleche um die Nabenachse und durch Umdrehen eines der beiden Rotorbleche eine gemeinsam nutzbare, abwechselnde Speichenanordnung der beiden Rotorbleche. Darin sind zwei benachbarte Speichen stets unterschiedlichen Rotorblechen zugehörig. Zudem wird eine verglichen mit einem Einzelblech gleich dichte Packung der Rotor-bleche ermöglicht.

Mit einem erfindungsgemäßen Rotorblechpaket kann die Entstehung von Wirbelströmen in einem Rotor signifikant reduziert werden. Der Grund dafür liegt darin, dass die magnetischen Pole eines Rotors mit dem erfindungsgemäßen Rotorblechpaket auf verschiedene Rotorbleche getrennt werden. Somit existiert innerhalb eines Rotorblechs ein zur Vermeidung von Wirbelströmen günstigeres Magnetfeld als ohne diese Trennung.

Als weiterer Vorteil kann das Rotorblechpaket leicht montiert werden, da für ein erfindungsgemäß vorbearbeitetes Rotorblech nur ein einziger Montageschritt zur Montage auf einer Rotorwelle notwendig ist. Die Vorbearbeitung kann weitgehend maschinell und/oder automatisiert erfolgen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rotorbleche im Bereich der Nabe derart umgeformt, dass die Blechdicke im Bereich der Nabe gegenüber der Blechdicke der Speichen zumindest verringert ist, insbesondere zumindest um 40 % bis 60 % und bevorzugt zumindest um 50% vermindert ist. Dabei ist eine Seite der Rotorbleche bevorzugt flach ausgebildet. Der Bereich der Nabe kann als derjenige Bereich verstanden werden, in welchem sich zueinander versetzt angeordnete Rotorbleche überlappen. Er ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann sich auch auf Teile der Speichen erstrecken, insbe- sondere an denjenigen Stellen, an welchen die Speichen an die Nabe angebunden sind. Optional können zwischen Nabe und Speiche dünne Abschnitte, so genannte Haltestege, an den Rotorblechen vorgesehen sein. Der Bereich der Nabe, in welchem die

Blechdicke verringert ist, kann auch solche Haltestege

enthalten.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird Elektroblech für die Rotorbleche verwendet. Zudem sind die Rotorbleche im Bereich der Nabe durch Kaltumformung umgeformt. Es liegt in den Speichen ein austenitisches Gefüge und im kaltumgeformten Bereich der Nabe ein martensitisches Gefüge vor, insbesondere ein ungleichmäßiges martensitisches Gefüge. Das Elektroblech hat in seinem Ausgangszustand ein austenitisches Gefüge. Ein ungleichmäßiges martensitisches Gefüge im Bereich der Nabe entsteht durch die Kaltumformung des Rotorblechs . Ein

martensitisches Gefüge im Zentrum des Rotorbleches, also im Bereich der Nabe, bewirkt in dem Rotor eine deutliche

Verringerung des Magnetflusses an dieser Stelle. Damit werden vom Magnetfeld induzierte Wirbelströme, welche zu einer

Verlustleistung führen, reduziert. Eine Gefügeveränderung durch Kaltumformung im Bereich der Rotorblechnaben in ein unregelmäßiges martensitisches Gefüge steigert somit die Effizienz eines Elektromotors.

Vorteilhafterweise sind die Speichen eines Paares derart angeordnet, dass sich jede Speiche des ersten Rotorbleches zwischen zwei Speichen des zweiten Rotorbleches derart befindet, dass sich die Speichen des ersten und zweiten Rotorblechs nicht gegenseitig überlappen und zwischen einer Speiche des ersten Rotorblechs und zwei Speichen des zweiten Rotorblechs vorzugsweise ein gleich großer Abstand vorhanden ist. Diese Anordnung in einem Paar entspricht bei Draufsicht einer sternförmigen Anordnung, in der sich die Naben der beiden Rotorbleche vollständig überdecken, und jede der Speichen der beiden Rotorbleche einzeln vollständig sichtbar ist. Die Speichen des ersten und/oder des zweiten Rotorblechs weisen einen Rand auf, welcher vorzugsweise mit der Kontur eines Kreisbogens abschließt. Die kreisbogenförmigen Ränder der einzelnen Speichen sind an ihren Enden bevorzugt

abgerundet. Diese kreissegmentförmigen Ränder beschreiben zusammen näherungsweise einen mehrfach unterbrochenen Kreis. Des Weiteren können die Speichen derart ausgebildet sein, dass sie am Rand eine Breite aufweisen, welche um ein

Vielfaches, insbesondere um ein 10-faches bis 20faches, größer als die Breite am Übergang der Speiche zur Nabe ist. Damit wird ermöglicht, dass zwischen zwei Speichen ein radial zur Nabenachse entlang der Speichen konstanter Abstand vorhanden ist.

Der Abstand zwischen den Speichen ist typischerweise zur Aufnahme von Permanentmagneten vorgesehen. Die Speichen weisen dazu Befestigungseinrichtungen auf, mit welchen jeweils ein Permanentmagnet zwischen einer Speiche des ersten Rotorblechs und einer benachbarten Speiche des zweiten Rotorblechs gehalten wird. Bei einem radial entlang der Speichen konstanten Abstand kann zum Beispiel ein quaderförmiger Permanentmagnet zwischen den Speichen angeordnet und befestigt werden. Es ist aber auch jede gerade oder schräge Prismenform, jede Pyramiden- oder Pyramidenstumpfform, jede runde oder ovale Form oder dergleichen für die Permanentmagneten abhängig von dem Aufbau des Elektromotors denkbar .

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Form des ersten Rotorblechs und die Form des zweiten Rotorblechs identisch. Damit kann die Fertigung und die Montage der Rotorbleche stark vereinfacht werden. Insbesondere können damit alle Rotorbleche mit denselben Werkzeugen hergestellt werden. Zudem ist damit auch eine einheitliche Lagerung von Halbzeugen möglich und es ist bei der Montage nur ein einziger Vorrat für die Rotorbleche notwendig. Insgesamt lassen sich damit die entsprechenden Rotorblechpakete kostengünstiger herstellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten und die zweiten Rotorbleche jeweils eine Nabe mit einer ringförmigen Kontur auf und/oder stehen jeweils ausschließlich im Bereich der Naben miteinander in Flächenkontakt. Dadurch ist es möglich, dass die Rotorbleche so dicht wie möglich innerhalb des Rotorblechpakets gepackt und/oder verpresst werden. Die ringförmige Kontur gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Flächenpressung innerhalb der Flächenkontaktstellen. Die Flächenpressung kann beispielsweise von einer Wellenmutter aufgebracht werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten das erste und das zweite Rotorblech jeweils zumindest drei und insbesondere fünf sternförmig um die Nabe angeordnete Speichen. Ein derartiges Rotorblech-Design wird als Spoke-Design bezeichnet . Eine hohe Speichenanzahl der Rotorbleche führt zu einer zunehmend homogeneren Massenverteilung im Rotorblechpaket. Zudem kann mit einer höheren Anzahl an Speichen auch eine höhere Anzahl an Positionen zur Aufnahme von Permanentmagneten vorgesehen werden. Insbesondere führt ein Spoke-Design mit fünf Speichen pro Rotorblech dazu, dass das Rotorblechpaket zur Aufnahme von zehn Permanentmagneten vorgesehen ist .

Die Speichen können gleichmäßige Aussparungen aufweisen.

Diese Aussparungen können unterschiedliche Aufgaben übernehmen und/oder Vorteile bringen. Beispielsweise kann damit das Trägheitsmoment des Rotorblechpakets verringert werden, indem die weit von der Rotationsachse des Rotorblechpakets

entfernte Masse reduziert wird. Zudem könnten durch Aussparungen etwaige zusätzliche Befestigungselemente verlaufen. Es wäre auch denkbar, dass eine Befestigungseinrichtung für Permanentmagnete in den Aussparungen verankert ist.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist in der Nabe eine Verdrehsicherungseinrichtung vorgesehen, welche derart ausgebildet ist, dass die Rotorbleche verdrehsicher auf einer Rotorwelle montierbar sind. Eine Verdrehsicherungseinrichtung kann als Presspassung, als Nut mit einer Feder, als Keilwelle, als Polygonwelle oder auf jede andere kraftschlüssige, formschlüssige, stoffschlüssige oder vorgespannte Art zum Erzeugen einer Welle-Nabe-Verbindung ausgebildet sein. Eine drehsichere Verbindung gewährleistet zum Einen eine definierte radiale Ausrichtung der Rotorbleche. Zum Anderen dient sie der Kraftübertragung vom Rotorblech auf eine Rotorwelle.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Nabe radial um die Nabenachse eine Anzahl von gleichmäßig angeordneten Zähnen zur Verdrehsicherung vorgesehenen, die z. B. einem geraden Vielfachen der Anzahl der Speichen entspricht. Diese Zähne dienen außerdem zum exakten Ausrichten der Rotorbleche zueinander. Für eine sternförmige Speichenanordnung eines Rotorblechpaares werden das erste Rotorblech und das zweite Rotorblech um eine Anzahl Zähne zueinander um die Nabenachse rotatorisch versetzt angeordnet, die der Hälfte des Quotienten aus Anzahl der Zähne und Anzahl der Speichen entspricht . Im einfachsten Fall ist in einer Nabe eines Rotorblechs eine Anzahl Zähne enthalten, die der doppelten Anzahl der Speichen des Rotorbleches entspricht. In diesem Fall ist das erste Rotorblech zum zweiten Rotorblech bezogen auf die Nabenachse rotatorisch um einen Zahn versetzt angeordnet.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform bilden die Speichen des ersten Rotorblechs und die Speichen des zweiten Rotorblechs zusammen eine gemeinsame Ebene. Dies ist beson- ders dann vorteilhaft, wenn die Summe der Blechdicken an den Naben des ersten und des zweiten Rotorblechs gleich der

Blechdicke an einer Speiche und/oder eines Elektroblechs , aus welchem die rotorbleche fertigbar sind, ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn beide Naben die gleiche Dicke aufweisen, welche vorzugsweise der halben Dicke einer Speiche

entspricht. Diese Blechdicke einer Speiche kann vorteilhaft im Bereich von 0,1 mm bis 5 mm, insbesondere von 0,3 mm bis 0,8 mm und bevorzugt von 0,4 mm bis 0,6 mm liegen.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines Rotors ist zwischen Speichen erster Rotorbleche und benachbarten Speichen zweiter Rotorbleche des Rotorblechpakets jeweils zumindest ein Permanentmagnet befestigt. Gleichnamige Pole der Perma^¬ nentmagnete sind jeweils mit Speichen erster Rotorbleche oder mit Speichen zweiter Rotorbleche befestigt. Bei einem

derartigen Rotor sind die Magnetpole folglich nicht über ein Rotorblech verbunden, sondern liegen getrennt an verschiedenen Rotorblechen vor. Damit wird das Magnetfeld in seinem Verlauf zur Vermeidung von Wirbelströmen im Rotor günstig beeinflusst, da die Verbindungsmöglichkeiten zwischen Nord- und Südpolen der Permanentmagnete deutlich reduziert sind. Wenn die Rotorbleche im Bereich der Nabe auch noch kaltumgeformt sind, führt dies zusätzlich zu einer Reduktion der Magnetfeldstärke im Bereich der Nabe. Insgesamt wird damit erfindungsgemäß ein konstruktiv und metallurgisch hinsichtlich des Magnetflusses optimierter Rotor zur Verfügung gestellt. Damit können unerwünschte Wirbelströme im Rotor zumindest reduziert werden, was den Wirkungsgrad eines Synchronmotors mit einem solchen Rotor erhöht.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.

INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungs- beispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung von

Rotorblechen;

Fig. 2 ein einzelnes Rotorblech aus Fig. 1 in der De- taiIdarstellung;

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Rotorblechpaket;

Fig. 4 eine Detailansicht des Nabenbereichs des Rotorblechpakets;

Fig. 4A eine Schnittansicht des Nabenbereichs des Rotorblechpakets;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Rotor mit

erfindungsgemäßem Rotorblechpaket;

Fig. 6 eine bevorzugte Magnetanordnung im Rotor;

Fig. 7 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen

Rotors . Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausführt ist -jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung von Rotorblechen eines hier nicht vollständig dargestellten Rotorblechpakets. Ein Rotorblechpaket 1 weist eine Vielzahl von Rotorblechen 4, 5 auf, von denen hier nur zwei dargestellt sind. Diese Rotorbleche 4, 5 weisen eine gleiche Form auf. Figur 2 zeigt ein einzelnes Rotorblech 4, 5 in der Detaildarstellung.

Ein Rotorblech 4, 5 enthält jeweils fünf Speichen 7 und eine Nabe 6. Die Speichen 7 weisen Ränder 12 mit gerundeten Kanten 13 und Haltenasen 15 auf. Die Dicke tl der Speichen 7 ist größer, als die Dicke t2 der Nabe 6. Die Breite bl; b2 der Speichen 7 ist am Rand 12 der Speichen 7 deutlich größer als im Bereich der Anbindung der Speichen 7 an die Nabe 6. In diesem Bereich ist ein kurzer Abschnitt der Speichen 7 mit konstant der kleinsten Breite bl der Speichen 7 ausgebildet. Innerhalb dieses Bereiches findet der Übergang von der

Blechdicke t2 der Nabe 6 zur größeren Blechdicke tl der Speichen 7 statt. Die Speichenränder 12 beschreiben jeweils die Form eines Kreisbogensegments und sind an ihren Abschlusskanten 13 in Umfangsrichtung abgerundet. Gemeinsam beschreiben die Kreisbogensegmente der einzelnen Speichen 7 näherungsweise einen unterbrochenen Kreisbogen 14. In der Nähe der Ränder 12 sind Haltenasen 15 vorgesehen.

Die Nabe 6 ist ringförmig und hat am inneren Rand zehn regelmäßig angeordnete Zähne 9. Diese sind als Verdrehsicherung und Justierhilfe für die Rotorbleche 4; 5 vorgesehen, welche mit einem entsprechenden Gegenstück an einer Rotorwelle in Eingriff bringbar sind. Die beiden Rotorbleche 4, 5 sind um ihre gemeinsame Nabenachse 3 um einen Zahn, das heißt um eine zehntel Umdrehung, zueinander versetzt angeordnet. Das obere Rotorblech 4 ist gegenüber dem unteren Rotorblech 5 um eine radial zur Nabenachse 3 verlaufenden Querachse 8 um 180° verdreht, das heißt einmal umgedreht orientiert .

In Figur 3 ist ein vollständiges erfindungsgemäßes Rotorblechpaket 1 dargestellt. Darin ist eine Vielzahl von Paaren aus identischen ersten und zweiten Rotorblechen 4; 5 enthalten, wobei erste und zweite Rotorbleche jeweils eine bezüglich der Nabenachse gleiche Ausrichtung haben. Gleich ausgerichtete Speichen 7 der ersten oder zweiten Rotorbleche 4; 5 überlappen sich in axialer Richtung der Nabenachse.

Zwischen den Speichen sind Ausnehmungen 18 vorgesehen. An den Naben 6 überlappen sich alle Rotorbleche 4; 5 des Rotorblechpakets 1.

Figur 4 zeigt den Nabenbereich des Rotorblechpakets 1 in einer Detailansicht. Darin ist die Stapelfolge im Nabenbereich zu erkennen, nach welcher erfindungsgemäß die ersten und zweiten Rotorbleche 4; 5 paarweise zueinander versetzt und umgedreht angeordnet sind, wobei erste und zweite Rotorbleche 4; 5 jeweils gleich ausgerichtet sind.

Figur 4A zeigt einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung durch diesen Nabenbereich des Rotorblechpakets 1. Erste Rotorbleche 4 sind darin im Schnitt durch die Nabe 6 und durch eine Speiche 7 dargestellt. Zweite Rotorbleche 5 sind lediglich im Schnitt durch die Nabe 6 dargestellt. Die Blechdicke tl der Speiche 7 entspricht darin der doppelten Blechdicke der einzelnen Naben 6 beider Rotorbleche 4, 5, wodurch ein spaltfreies Stapeln der Rotorbleche 4, 5 ermöglicht wird.

Zudem ist erkennbar, dass die kleinere Blechdicke t2 teilweise auch noch in der Speiche 7 vorliegt und dass das Rotorblech 4, 5 erst im zur Nabenachse radialen Verlauf der Speiche 7 die größere Dicke tl annimmt.

Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf einen Rotor 17 mit erfindungsgemäßem Rotorblechpaket 1. Figur 6 zeigt eine bevorzugte Magnetanordnung im Rotor 17. Es sind erste und zweite Rotorbleche 4; 5 mit Speichen 7 und Naben 6 dargestellt. Zwischen den Speichen 7 der Rotorbleche 4, 5 befinden sich in den Ausnehmungen 18 Permanentmagnete 16. Im Zentrum der Nabe 6 befindet sich eine Rotorwelle 2. Zwischen der Rotorwelle 2 und der Nabe 6 ist eine Feder 10 angeordnet. Die Rotorbleche 4, 5 sind analog zu Figur 1 um einen Zahn um die Nabenachse rotatorisch versetzt auf der Rotorwelle 2 angeordnet. Die Zähne 9 der Naben 6 der Rotorbleche 4; 5 stehen mit einer Feder 10 zur Verdrehsicherung und Ausrichtung der Rotorbleche 4; 5 in Eingriff.

Die Permanentmagnete 16 sind in diesem Ausführungsbeispiel immer mit ihrem Südpol S an einer Speiche 7 des ersten Rotorblechs 4 und mit ihrem Nordpol N an einer Speiche 7 des zweiten Rotorblechs 5 befestigt. Ein erstes Rotorblech 4 ist somit ausschließlich mit Südpolen S und ein zweites Rotor- blech 5 ausschließlich mit Nordpolen N der Permanentmagnete 16 verbunden. Die magnetischen Pole sind somit blechweise getrennt. Die Permanentmagnete sind als quaderförmige Körper mit einer Breite D ausgebildet, die dem Abstand zweier benachbarter Speichen 7 eines ersten und zweiten Rotorblechs 4; 5 entspricht. Die Magnete 16 werden in radialer Richtung von den Haltenasen 15 und in Umfangsrichtung von den Seitenflächen der Speichen 7 gehalten. Die Polgrenze der Permanentmagnete 16 verläuft in radialer Richtung mittig durch ihre quaderförmige Geometrie.

Figur 7 zeigt eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Rotors 17. Darin werden eine Vielzahl erster und zweiter Rotorbleche 4, 5 mit jeweils einer Nabe 6 und fünf Speichen 7, zehn Permanentmagnete 16 und eine Rotorwelle 2 isometrisch dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Permanentmagnete 16 als axial durch das gesamte Rotorblechpaket 1 reichende Blöcke ausgebildet. Erste Rotorbleche 4 und zweite Rotorbleche 5 sind jeweils einheitlich ausgerichtet. Eine Verdrehsicherung und/oder Welle-Nabe-Verbindung und/oder axiale Sicherung zwischen Rotorblechpaket und Rotorwelle sowie eine optionale axiale Sicherung der Permanentmagnete ist hier zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Derartige Bauteile und/oder Vorrichtungen sind mit dem Wissen eines Fachmannes leicht zu ergänzen und bedürfen an dieser Stelle daher keiner weiteren Ausführung.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.

Beispielsweise könnten durch die Speichen der Rotorbleche zur Stabilisierung zusätzliche Befestigungselemente in axialer Richtung der Nabenachse verlaufen. Des Weiteren könnten die Naben der Rotorbleche polygonförmig gebildet sein, und so eine definierte Anlagefläche für eine Stirnseite der Permanentmagnete zwischen den Speichen zur Verfügung stellen.

Das Rotorblech muss nicht aus Elektroblech bestehen, sondern könnte an den Speichen auch einen anderen ferromagnetischen und/oder an der Nabe einen anderen nicht magnetischen Werkstoff enthalten. Denkbar wäre auch ein Verbundwerkstoff mit vielen ferromagnetischen Anteilen in den Speichen und wenig oder keinen ferromagnetischen Anteilen im Bereich der Nabe.

Ein erfindungsgemäßes Rotorblechpaket oder ein erfindungsgemäßer Rotor könnte auch nur ein einzelnes Rotorblechpaar mit einem ersten und einem zweiten Rotorblech enthalten.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Rotorblechpacket hinsichtlich der Dimensionsangaben aus der Beschreibung auch in einem sehr viel kleineren Maßstab, wie er beispielsweise in der Mikrotechnik Anwendung findet, oder in einem sehr viel größeren Maßstab, wie er beispielsweise in der

Kraftwerkstechnik Anwendung findet, genutzt werden.

Bezugszeichenliste

1 Rotorblechpaket

2 Rotorwelle

3 Nabenachse

4 erstes Rotorblech

5 zweites Rotorblech

6 Nabe

7 Speiche

8 Achse senkrecht zur Nabenachse

9 Zähne

10 Verdrehsicherung

11 Aussparungen

12 kreissegmentförmiger Rand

13 Kante

14 unterbrochener Kreis

15 Befestigungseinrichtung

16 Magnet, Permanentmagnet

17 Rotor

18 Ausnehmungen für Magnet

tl, t2 Blechdicke

bl , b2 Breite

D Abstand

Südpol

N Nordpol

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Rotorblechpaket für eine rotierende elektrische Maschine (1) , insbesondere für einen bürstenlosen Synchronmotor, mit einer Vielzahl von flachen Rotorblechen (4; 5), wobei ein Rotorblech (4; 5) eine Nabe (6) mit einer Nabenachse (3) und zumindest zwei radial um die Nabenachse (3) gleichmäßig verteilte Speichen (7) aufweist, wobei ein Rotorblech (4; 5) im Bereich der Nabe (6) flach umgeformt ist, wobei die Rotorbleche (4; 5) jeweils paarweise angeordnet sind, deren Naben (6) auf einer gemeinsamen Nabenachse (3) liegen, die Speichen (7) eines Rotorblechpaares gleichmäßig bezüglich der gemeinsamen Nabenachse (3) verteilt und zueinander versetzt angeordnet sind und ein erstes Rotorblech (4; 5) eines Paares gegenüber einem zweiten Rotorblech (4; 5) desselben Paares um 180° gedreht um eine Achse (8) senkrecht zur Nabenachse (3) ausgerichtet ist.

2. Rotorblechpaket nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Rotorbleche (4; 5) im Bereich der Nabe (6) derart umgeformt sind, dass die Blechdicke (tl; t2) im Bereich der Nabe (6) gegenüber der Blechdicke (tl; t2) der Speichen (7) zumindest verringert, insbesondere zumindest um 40 % bis 60 % und bevorzugt zumindest um 50% verringert, ist.

3. Rotorblechpaket nach Anspruch 1 oder 2 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Rotorbleche (4, 5) Elektroblech enthalten und dass die Rotorbleche (4; 5) im Bereich der Nabe (6) durch Kaitum- formung umgeformt sind, wobei in den Speichen (7) ein auste- nitisches Gefüge vorliegt und wobei im kaltumgeformten Bereich der Nabe (6) ein martensitisches Gefüge, insbesondere ein ungleichmäßiges martensitisches Gefüge, vorliegt.

4. Rotorblechpaket nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u rch g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Speichen (7) eines Paares derart angeordnet sind, dass sich jede Speiche (7) des ersten Rotorbleches (4; 5) jeweils zwischen zwei Speichen (7) des zweiten Rotorbleches (4; 5) derart befindet, dass zwischen einer Speiche (7) des ersten Rotorblechs (4; 5) und zwei Speichen (7) des zweiten Rotorblechs (4; 5) vorzugsweise ein gleich großer Abstand (D) vorhanden ist.

5. Rotorblechpaket nach Anspruch 4,

d ad urch g e k e n n z e i c h n e t ,

dass der Abstand (D) zur Aufnahme von Permanentmagneten (16) zwischen den Speichen(7) ausgebildet ist und die Speichen (7) mit Befestigungseinrichtungen (15) versehen sind, mit welchen jeweils ein Permanentmagnet (16) zwischen einer Speiche (7) des ersten Rotorblechs (4; 5) und einer benachbarten Speiche (7) des zweiten Rotorblechs (4; 5) befestig-bar ist.

6. Rotorblechpaket nach einem der vorstehenden Ansprüche, d ad u rc h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Form des ersten Rotorbleches (4; 5) und die Form des zweiten Rotorbleches (4; 5) identisch sind.

7. Rotorblechpaket nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass ein erstes und ein zweites Rotorblech (4, 5) eine Nabe (6) mit einer ringförmigen Kontur aufweisen und/oder jeweils ausschließlich im Bereich der Naben (6) miteinander in Flächenkontakt stehen.

8. Rotorblechpaket nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t ,

dass das erste und das zweite Rotorblech (4, 5) jeweils zumindest drei und insbesondere fünf sternförmig um die Nabe (6) angeordnete Speichen (7) enthalten.

9. Rotorblechpaket nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Speichen (7) gleichmäßige Aussparungen (11) aufweisen.

10. Rotorblechpaket nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass in der Nabe (6) eine Verdrehsicherungseinrichtung (9) vorgesehen ist, welche derart ausgebildet ist, dass die Rotorbleche (4; 5) verdrehsicher auf einer Rotorwelle (2) montierbar sind.

11. Rotorblechpaket nach Anspruch 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass in der Nabe (6) radial um die Nabenachse (3) eine Anzahl von gleichmäßig angeordneten Zähnen (9) zur Verdrehsicherung vorgesehenen ist, die einem geraden Vielfachen der Anzahl der Speichen (7) entspricht.

12. Rotorblechpaket nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Speichen (7) des ersten Rotorblechs (4) und die

Speichen des zweiten Rotorblechs (5) zusammen eine gemeinsame Ebene bilden.

13. Rotor (17) , mit mindestens einem Rotorblechpaket (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, das an einer Rotorwelle (2) befestigt ist, mit einer Vielzahl von Permanentmagneten (16), die in zwischen den Speichen des Rotorblechpakets vorgesehene Ausnehmungen (18) angeordnet sind.

14. Rotor nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet,

dass zwischen Speichen (7) erster Rotorbleche (4; 5)und benachbarten Speichen (7) zweiter Rotorbleche (4; 5)des Rotorblechpakets (1) jeweils zumindest ein Permanentmagnet (16) befestigt ist, wobei gleichnamige Pole (N;S)der Permanentmagnete (16) jeweils mit Speichen (7) erster Rotorbleche (4; 5) oder mit Speichen (7) zweiter Rotorbleche (4; 5) befestigt sind.

15. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Rotorblechpakets für den Rotor einer bürstenlosen Synchronmaschine, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit den Schritten:

(a) Bereitstellen von Elektroblechen;

(b) Erzeugen der Kontur von Rotorblechen aus den

Elektroblechen, welche zumindest zwei Speichen und eine Nabe aufweisen;

(c) Verringern der Blechdicke der Rotorbleche im Bereich

der Nabe durch Kaitumformung, vorzugsweise um 50%; (d) Radiales Ausrichten eines ersten Rotorblechs mit seiner Nabenachse auf einer definierten Achse;

(e) Ausrichten eines zweiten Rotorblechs mit seiner

Nabenachse auf derselben definierten Achse, sodass die Nabenachse des zweiten Rotorblechs identisch mit der Nabenachse des ersten Rotorblechs ist;

(f) Rotatorisches Versetzen des zweiten Rotorblechs zum

ersten Rotorblech bezüglich der Nabenachse, insbesondere dergestalt, dass sich die Speichen des zweiten Rotorblechs äquidistant zwischen den Speichen des ersten Rotorblechs befinden;

(g) Drehen des zweiten Rotorblechs um 180° um eine zur Nabenachse senkrecht stehende Querachse;

(h) Wiederholen der Schritte (a) bis (g) solange, bis eine gewünschte Rotorblechpaketstärke erreicht ist.