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WO2020114661A1 - Rotor für eine elektrische antriebsmaschine zum antrieb eines verdichters, einer turbine oder einer laderwelle eines abgasturboladers, elektrische antriebsmaschine mit einem solchen rotor und verfahren zur herstellung eines derartigen rotors - Google Patents

Rotor für eine elektrische antriebsmaschine zum antrieb eines verdichters, einer turbine oder einer laderwelle eines abgasturboladers, elektrische antriebsmaschine mit einem solchen rotor und verfahren zur herstellung eines derartigen rotors Download PDF

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Publication number
WO2020114661A1
WO2020114661A1 PCT/EP2019/078516 EP2019078516W WO2020114661A1 WO 2020114661 A1 WO2020114661 A1 WO 2020114661A1 EP 2019078516 W EP2019078516 W EP 2019078516W WO 2020114661 A1 WO2020114661 A1 WO 2020114661A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sleeve
rotor
axis
rotation
permanent magnet
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/078516
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Bormann
Heinz Dauer
Rene Schepp
Thomas Muench
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
Publication of WO2020114661A1 publication Critical patent/WO2020114661A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1735—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at only one end of the rotor

Definitions

  • DE 10 2017 207 532 A1 discloses an exhaust gas turbocharger with an electric drive machine.
  • Exhaust gas turbochargers of this type are used in particular in motor vehicle construction to increase the air filling in cylinders of an internal combustion engine in order to increase the performance of the internal combustion engine.
  • An exhaust gas turbocharger is provided with an electric drive machine in order to drive the supercharger shaft of the exhaust gas turbocharger, on which a compressor wheel and a turbine wheel are arranged.
  • the electric drive machine fresh air drawn in independently of an exhaust gas flow of the internal combustion engine can be compressed and supplied to the internal combustion engine with increased boost pressure. In this way, for example, the otherwise delayed build-up of boost pressure can be significantly accelerated.
  • Such an electric drive machine usually has a stator with a multi-phase drive winding for generating a drive magnetic field and a rotor.
  • the rotor has at least one permanent magnet and is arranged in a rotationally fixed manner on the shaft of the exhaust gas turbocharger.
  • the realization of the electromotive support by an electric drive machine integrated in the compressor or the turbine has the advantage that the motor support can be arranged in the exhaust gas turbocharger in a particularly space-saving manner.
  • the rotor has a rotor body formed concentrically about an axis of rotation of the rotor, a receptacle for at least one permanent magnet being formed on the rotor body, at least one permanent magnet being arranged in the receptacle of the rotor body is.
  • Flow path of the medium is formed through the stator of the media splitting machine.
  • various fastening means can be fastened to a supercharger shaft of the exhaust gas turbocharger.
  • the rotor presented here for an electric drive machine for driving a compressor, a turbine or a supercharger shaft of an exhaust gas turbocharger has a rotor body formed about an axis of rotation of the rotor, a receptacle for at least one permanent magnet being formed on the rotor body, at least one permanent magnet in the receptacle of the rotor body is arranged, the rotor body being attachable to a supercharger shaft of the exhaust gas turbocharger. It is proposed that the rotor body have at least one connection element and a sleeve produced separately from the connection element, the sleeve being connected to the connection element by means of a welded connection.
  • the invention relates to an exhaust gas turbocharger with an electric drive machine for driving a compressor, a turbine or a supercharger shaft of the exhaust gas turbocharger, which has such a rotor.
  • the invention further relates to a method for producing a rotor for an electric drive machine for driving a compressor, a turbine or a supercharger shaft of an exhaust gas turbocharger according to one of the preceding claims, comprising the following steps: Provision of a connection element which is concentric with an axis of rotation,
  • connection element Placing the sleeve with the assembly contained therein on the connection element such that a central axis of the assembly and the axis of rotation of the connection element are aligned concentrically with one another,
  • a technical connection in the development of an electric drive machine of an electrically assisted exhaust gas turbocharger can be seen in the relationship between the torque of the electric drive machine and the mass moment of inertia of the rotor group of the turbocharger.
  • the mass of the rotor of the electric drive machine mounted on the charger shaft leads to an additional load on the charger shaft and the associated bearing bushes compared to an exhaust gas turbocharger without an electric drive machine.
  • the high speed level of the exhaust gas turbocharger presents a particular difficulty. It is important that the overall structure is mechanically and electrically stable even at high speeds.
  • the additional mass of the rotor increases the mass of the entire rotor arrangement mounted on the loader shaft.
  • Treads of the bearing bushes can vary widely.
  • the rotor according to the invention advantageously makes it possible to produce an electric drive machine with the smallest possible imbalance of the rotor arrangement, consisting of the supercharger shaft, compressor or turbine wheel and rotor.
  • the rotor arrangement consisting of the supercharger shaft, compressor or turbine wheel and rotor.
  • Permanent magnet of the rotor can be protected from harmful environmental influences, in particular exhaust gases and condensates, and thus corrosion can be avoided or at least reduced.
  • the rotor presented here is mechanically robust and advantageously makes it possible to mount the rotor on a supercharger shaft of an exhaust gas turbocharger in a simple manner and to screw it onto the supercharger shaft, for example, with a low load on the components.
  • the rotor body has at least one connection element and a sleeve which is produced separately from the connection element, the sleeve being connected to the connection element by means of a welded connection.
  • the separate production of the connecting element and the sleeve advantageously makes it possible to improve the arrangement of the permanent magnet on the rotor and the attachment of the rotor body to a supercharger shaft, with greater degrees of freedom in the design and the material selection of the connecting element and the sleeve.
  • the sleeve should not have the magnetic properties of the permanent magnet and the stator
  • the material of the sleeve should therefore be non-magnetic.
  • the sleeve can advantageously have a small wall thickness, since this also has an influence on the magnetic flux.
  • corrosion of the at least one Permanent magnets can advantageously be avoided by the sleeve.
  • the at least one permanent magnet (for example a magnet made of SmCo, Sm2Co17 or NdFeB) can advantageously be pressed into the sleeve.
  • the sleeve can, for example, as
  • Semi-finished tube made of a non-magnetic material for example
  • the connecting element can be inexpensive as a turned part made of, for example, stainless steel,
  • connection element has means for fastening the rotor body to the loader shaft, which can be done, for example, by screwable fastening means.
  • the sleeve is welded onto the connecting element in a simple manner, which is particularly simple and reliable to manufacture.
  • connection element can have an outer jacket, an inside facing the at least one permanent magnet and an outside facing away from it, the connection element having a platform on the inside, the platform having a circumferential surface parallel to the axis of rotation, the diameter of the platform is formed smaller in a cross-sectional plane perpendicular to the axis of rotation than the outer diameter of the outer jacket, as a result of which a shoulder is formed on the connecting element.
  • the sleeve has a first end and a second end facing away from it in the direction of the axis of rotation.
  • the sleeve can be placed with the second end on the pedestal, an inner wall of the sleeve being guided over the peripheral surface and an end face of the sleeve arranged on the second end of the sleeve resting against the shoulder.
  • the sleeve can have an outer surface, which with the
  • Outer jacket of the connecting element is aligned in the direction of the axis of rotation. To this way, a step or edge in the transition area between the sleeve and the connecting element is avoided and a smooth surface is made possible, which makes it more difficult for corrosive exhaust gases or aggressive substances to penetrate into the rotor body.
  • a support disk can be arranged in the rotor body between the connection element and the at least one permanent magnet. Furthermore, the rotor body can have a further support disk on a side of the permanent magnet facing away from the support disk.
  • the at least one permanent magnet has the task of driving the exhaust gas turbocharger by means of a magnetic field which is induced by the stator.
  • the press fit between the permanent magnet and the sleeve must therefore be dimensioned sufficiently to be able to transmit the required torque.
  • the rotor body can have a further support disk on a side of the permanent magnet facing away from the support disk.
  • the support disks can be made of the same material as the sleeve. With a press fit of the permanent magnet in the sleeve, higher joint pressures and tangential stresses could occur without the support disks and the connecting element at the outlet of the sleeve.
  • the support disks advantageously protect the permanent magnet against high mechanical loads during the pressing in the sleeve, in particular at its edges.
  • Manufacture of the rotor can consist of the sleeve consisting of the magnet unit
  • Support discs and permanent magnet are pressed on.
  • the sleeve with the assembled magnetic assembly can then be welded radially to the connection element.
  • the permanent magnet is supported axially via the support disks.
  • the additional support disc on the front of the rotor body can be installed on
  • Connection element are welded axially or radially to the sleeve.
  • the connection element can have a cylindrical bore concentric to the axis of rotation, which serves to introduce the loader shaft.
  • the bore may further comprise a first section and at least a second section, the first section having an inner diameter, the inner diameter being designed to form an interference fit between the charger shaft and the inner wall of the bore, and the second section being provided with an internal thread or forms a receptacle for a threaded bushing arranged in the rotor body.
  • the first section can advantageously be designed with a centering diameter, so that, for example, by pressing the inner wall of the bore onto the Centering of the rotor body on the loader shaft can be realized independently of the screw connection.
  • a circular support disk and a further circular support disk can first be applied, for example, to end faces of the blank for the permanent magnet facing away from one another, so that an assembly which is cylindrical around a central axis and is made up of the blank and the support disks attached to it is produced.
  • the sleeve can then be applied to the above-mentioned assembly, the inner wall of the sleeve being applied to the assembly with a defined force, so that the inner wall is non-positively connected to the assembly, which can be done by pressing and / or
  • Heating the sleeve can be done.
  • the sleeve with the assembly contained therein forms a magnetic assembly which can be placed on the connection element, a central axis of the assembly and the axis of rotation of the connection element being aligned concentrically to one another in order to avoid imbalance of the rotor body.
  • the sleeve is then welded all around to the connection element, so that a firm bond is created.
  • the blank can preferably be magnetized as one of the last steps, but this can also be done beforehand.
  • connection element has an outer jacket, an inside facing the at least one permanent magnet and an outside facing away from it, the connection element having a platform on the inside, the platform parallel to the axis of rotation has a circumferential surface, the diameter of the platform in a cross-sectional plane perpendicular to the axis of rotation being smaller than the outer diameter of the outer jacket, as a result of which a shoulder is formed on the connecting element.
  • the sleeve with a circumferential collar made thereon can be pushed onto the platform, an inner wall of the sleeve being guided in the region of the collar over the circumferential surface of the platform until an end face of the sleeve arranged at the second end of the sleeve fits the shoulder.
  • the sleeve can be welded all around the shoulder in the region of the shoulder, the welding device preferably being oriented perpendicular to the axis of rotation.
  • a further welding process can be carried out between the further support disk and the first end of the sleeve, in which the outer edge of the further support disk is welded all around to the inner wall of the sleeve, the welding device preferably being aligned parallel to the axis of rotation.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an exhaust gas turbocharger with an electric drive machine according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2a shows a rotor of the electric drive machine with a threaded bushing in a slightly modified second embodiment compared to FIG. 1,
  • FIG. 2b shows a rotor of the electric drive machine in a third embodiment
  • FIG. 3 shows a perspective view of a rotor according to a fourth embodiment
  • FIG. 4 shows a perspective view of a rotor according to a fifth embodiment
  • FIG. 5 shows a perspective view of a clamping tool
  • the exhaust gas turbocharger comprises a housing 6 which is only shown schematically here and which, in particular, can also be constructed in several parts with a bearing housing, a compressor housing and turbine housing (not shown).
  • the exhaust gas turbocharger comprises a compressor 3 and a turbine 4.
  • a compressor wheel 13 of the compressor 3 and a turbine wheel 14 of the turbine 4 are shown schematically.
  • the compressor wheel 13 and the turbine edge 14 can be arranged on a common supercharger shaft 5 in a rotationally fixed manner.
  • the supercharger shaft 5 is mounted in bearing bushes 15 in the housing 6 of the exhaust gas turbocharger 2 so as to be rotatable about an axis of rotation A.
  • the turbine 4 can be understood as a rotating flow machine, which is set up to drop an internal energy of a flowing fluid into a convert mechanical power, which it outputs via the charger shaft 5.
  • a fluid flow can be caused by a flow of laminar flow which is as vortex-free as possible
  • Turbine blades part of an internal energy, in particular comprising
  • Movement energy, position energy and / or pressure energy are withdrawn, which can be transferred to the turbine blades.
  • the supercharger shaft 5 can then be rotated via the part of the internal energy and a usable power can be delivered to a coupled working machine, such as a compressor 3.
  • the turbine 4 can be configured to be driven by exhaust gases from an internal combustion engine.
  • the compressor 3 is set up to increase a pressure and / or a density of a flowing gas and in particular flowing air.
  • the compressor can in particular be a radial compressor.
  • the radial compressor can be used to add energy to a flowing fluid by a rotating rotor according to the laws of fluid mechanics.
  • the radial compressor can be designed such that the gas flows essentially axially into a compressor wheel 13 and then radially, i.e. is distracted to the outside.
  • the electric drive machine 1 is set up to generate a rotational movement of a rotor by applying an electric current.
  • the drive machine is designed entirely or partially as an electric motor.
  • the electric drive machine is used to drive the compressor, the turbine or the charger shaft 5 of the exhaust gas turbocharger 2.
  • the electric drive machine 1 can, in particular, be installed in an exhaust gas turbocharger like the electric drive machine described in DE 10 2017 207 532 A1, the electric drive machine presented here having a rotor design that is novel and easy to manufacture compared to DE 10 2017 207 532 A1.
  • the electric drive machine has a rotor 100 and a stator 20.
  • the stator 20 forms a fixed component of the electric drive machine 1 and has, for example, an annular stator yoke and radially inward of it
  • Stator yoke protruding stator teeth which are arranged spaced apart from one another in the circumferential direction evenly distributed.
  • the stator teeth are usually wrapped by a multi-phase drive winding 21, the rotating drive magnetic field being generated by energizing the phases of the drive winding 21 by means of power electronics provided for this purpose, through which the through the charger shaft 5 rotatably mounted rotor 100 is driven with a predetermined torque.
  • the rotor 100 has a rotor body 101, which is set up to receive at least one permanent magnet 130. However, the rotor body 100 can also accommodate more than one permanent magnet 130.
  • the rotor 100 interacts with the rotating magnetic field of the stator 20.
  • the rotor body 101 of the rotor 100 is designed as a body of revolution around an axis of rotation A, in particular concentrically around the axis of rotation A.
  • the axis of rotation A of the rotor body 101 is preferably identical to the axis of rotation of the supercharger shaft 5.
  • a receptacle 190 for the at least one permanent magnet 130 is formed on the rotor body 101.
  • the rotor body 101 can be screwed onto an external thread 51 of the supercharger shaft 5 by means of a threaded bush 140 such that an axial clamping force resulting from the screwing and acting in the direction of the axis of rotation A directly or indirectly interposes the rotor body 101 Compressor wheel 13 and possibly other components, for example one
  • the loader shaft 5 can be formed in one piece as shown.
  • the supercharger shaft 5 can, however, also be constructed in several parts and have a rotor shaft connected to the rotor, which rotatably with the supercharger shaft, for example via a
  • Coupling device can be coupled.
  • the loader shaft 5 has a cylindrical
  • External thread 51 is provided.
  • the rotor 100 is preferably constructed in several parts and has at least the rotor body 101, the threaded bushing 140 and the at least one permanent magnet 130.
  • the permanent magnet has at least one north and south pole and can be, for example, a magnet made of SmCo, Sm2Co17 or NdFeB.
  • the rotor body 101 is constructed in several parts. In particular, the rotor body 101 has a
  • Sleeve 120 surrounding the permanent magnet 130, the sleeve 120 being arranged on a connecting element 110 of the rotor body 101.
  • the term “sleeve” basically describes any elongated hollow body.
  • the hollow body can have a length and a diameter.
  • the length can be greater than the diameter, for example by a factor of 1.5, preferably by a factor of 2, particularly preferably by a factor of 3.
  • the diameter can in particular have a round shape. However, other configurations are also conceivable in principle.
  • the sleeve can therefore also be called a "pipe”.
  • the cylindrical inner wall 123 of the sleeve 120 forms a receptacle 190 for the permanent magnet 130.
  • the permanent magnet 130 can be non-positively inserted into the sleeve 120, as will be explained further below.
  • the sleeve 120 can in particular be made of a non-magnetic material. As a result, an influence of the sleeve on magnetic properties of the permanent magnet and / or of the stator can be avoided or at least further reduced.
  • the sleeve 120 can also be set up to protect the permanent magnet, in particular radially, from corrosion. At higher speeds, the permanent magnet can be pressed and / or bandaged so that it is not damaged by the centrifugal forces. A higher compression can lead to an increase in the tension in the sleeve, which in turn can be reduced by increasing the wall thickness.
  • the sleeve can be formed from the material NiCr19Fe19Nb5Mo3.
  • the sleeve can have a wall thickness of 0.1 mm to 5 mm, in particular 0.5 mm to 2 mm, preferably 0.8 mm to 1.5 mm and particularly preferably 1.025 mm.
  • the connecting element 110 can have a cylindrical outer jacket 11, an inner side 13, which points to the at least one permanent magnet 130, and an outer side 12, which points away therefrom.
  • the connection element 110 can be made, for example, as a simple turned part made of stainless steel.
  • On the inside 113 of the connection element 110 can be made, for example, as a simple turned part made of stainless steel.
  • connection element 110 is formed concentrically to the axis of rotation A, which forms a further receptacle 180 for the threaded beech 140.
  • a support disk 160 which covers the threaded bushing 140 on the inside 113 of the connection element 110.
  • the permanent magnet 130 has the rotor body 101 a further support disk 170, which is also referred to below as an outer support disk. Furthermore, the connection element 110 has a cylindrical bore 150 concentric to the axis of rotation A. The inner diameter D1 of the cylindrical bore 150 is made smaller than the inner diameter D2 of the further receptacle 180, as a result of which a step 114 is formed, which forms a support 115 for the threaded bushing 140.
  • the threaded bushing 140 can preferably be inserted into the further receptacle 180 from the inside 113. As can also be seen in FIG. 2a, the Threaded bushing 140 has an internal thread 142 and an outer jacket 141. The outer jacket 141 of the threaded bushing and the inner wall 181 of the other
  • Receptacle 180 are designed such that the outer casing 141 comes to rest against an inner wall 181 of the further receptacle 180 when it is rotated about the axis of rotation A relative to the rotor body 101.
  • the outer casing 141 can have a projection (not shown) which, when rotated about the axis of rotation A relative to the rotor body 101, at a stage (not shown) of the
  • Inner wall 181 comes to the plant.
  • the outer jacket 141 of the threaded bush 140 can be formed by a hexagon.
  • the inner wall 181 of the connection element 110 can also be formed as a complementary hexagon.
  • the inner diameter D2 of the further receptacle 180 is made somewhat larger than the outer diameter of the threaded bushing 140.
  • a further play S2 can exist between the inner support disk 160 and the threaded sleeve 140.
  • the threaded sleeve 140 is movable in the axial direction (that is, in the direction of the axis of rotation A) and, due to the play S1, in the radial direction (perpendicular to the axis of rotation) and can be moved as a “floating” bushing in the further holder 180.
  • FIG. 2b An alternative embodiment of the rotor 100 is shown in FIG. 2b.
  • the rotor body 101 has no threaded bush.
  • connection element in turn has a cylindrical bore 150 concentric to the axis of rotation A.
  • the bore 150 has a first section and at least a second section, the first section having an inner diameter D1 similar to FIG. 2a, the inner diameter D1 being designed to form an interference fit between the supercharger shaft 5 and the inner wall 151 of the bore 150 .
  • a second section of the bore 150 is now provided with an internal thread 143, into which the external thread 51 Loader shaft 5 can be screwed in.
  • the charger shaft 5 is therefore screwed directly to the connection element.
  • FIGS. 2a and 2b Before going into further details of the fastening of the rotor 100 to the supercharger shaft 5, a method for producing the rotor 100 according to FIGS. 2a and 2b and the further construction of the rotor 100 will be described with reference to FIGS. 6a to 6c and 7a to 7e explained. Only the embodiment of the rotor according to FIG. 2a is shown in these figures. However, the manufacturing process can be carried out analogously for the rotor shown in FIG. 2b.
  • a blank 130a which has not yet been magnetized is provided for the later permanent magnet 130 with cylindrical dimensions.
  • the end faces of the blank 130a are on the axial end faces shown by the broken line in FIG. 6a
  • a support disk 160 and a further support disk 170 are then applied to the end faces of the blank 130a facing away from one another, which can be done, for example, by gluing, as shown in FIG. 6b.
  • Support disks 160, 170 can be produced as stamped parts from non-magnetic material and then subjected to a heat treatment and a grinding process.
  • the assembly 400 consisting of the blank 130 and the glued-on support disks 160, 170, can have another on the surface
  • the assembly 400 can then be inserted into the sleeve 120, as shown in FIG. 7a. This can be done, for example, by pressing. In addition or as an alternative, heat treatment of the sleeve 120 can also be carried out. It is also possible to heat the sleeve and to insert the assembly 400 into the sleeve and then to cool the entire assembly.
  • the pressing force or the frictional connection between the sleeve and the permanent magnet must be large enough to be able to transmit the required torques.
  • the support disks 160, 170 protect in particular the edges of the blank 130a from damage when the sleeve 120 is pressed on.
  • the sleeve 120 can be produced as an axial turned part and can be subjected to a grinding process on the inner wall 123.
  • the sleeve 120 preferably has one circumferential collar 121, which projects as an axial extension in the direction of the axis of rotation A beyond the support disk 160 from the assembly.
  • the blank 130a fills the entire space between the inside of the sleeve 120 and the support disks 160, 170.
  • the assembled magnetic assembly from FIG. 7a can be arranged on the previously described connection element 110.
  • the threaded bushing 140 is inserted into the further receptacle 180 of the connection element 110 and then the magnet assembly with the collar 121 is pushed or pressed over a platform 116 on the inside 1113 of the connection element.
  • connection element 110 has an outer jacket 11 1, one facing the at least one permanent magnet
  • Connection element on the inside 113 has the platform 1 16.
  • the platform 116 has a circumferential surface 118 parallel to the axis of rotation A, the diameter of the platform 11 16 being smaller in the cross-sectional plane perpendicular to the axis of rotation A than the outer diameter of the outer jacket 111, as a result of which a shoulder 119 is formed on the connection element 110.
  • the sleeve 120 has a first end 129 and a second end 128 facing away from the axis of rotation A or in the direction of the central axis M. The sleeve 120 is placed with the second end 128 on the platform (116), the inner wall 123 the sleeve over the
  • Circumferential surface 1 18 is guided until one at the second end 128 of the sleeve
  • the sleeve 120 preferably has an outer lateral surface 122 which is aligned with the outer jacket 11 of the connecting element 110 in the direction of the axis of rotation A.
  • the circumferential collar 121 can be welded all around in the radial direction with the connecting element 110 at position 202, the welding device preferably being aligned perpendicular to the axis of rotation (A) and a circumferential weld connection 204 being produced.
  • a Weld seam 203 arises between the end face 125 of the sleeve 120 and the shoulder 1 19 of the connecting element 110.
  • a further welding process can take place between the circumferential edge of the further support disk 170 and the sleeve 120 at position 201 in the axial or also (not shown) radial direction.
  • the almost finished rotor 100 can be balanced in planes at the positions W1 and W2 of FIG. 7d.
  • the blank 130a can be magnetized and thereby converted into the permanent magnet 130.
  • FIG 3 shows a perspective view of a rotor body 101 according to a further exemplary embodiment.
  • the rotor body 101 can have a shape that allows the attachment of a
  • the rotor body 101 has
  • Outer jacket 1 11 of the connection element 1 10 has a wrench surface 1 17 for attaching a tool key.
  • the key surface 117 has a two-flat design.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a rotor body 101 according to a further exemplary embodiment. Below are just the differences from that
  • the key surface 117 can have a hexagonal shape.
  • the key surface 117 can be square-shaped or similar.
  • the collet represents a clamping means in order to clamp workpieces or tools quickly and non-positively with high accuracy. It consists of an externally conical, radially slotted sleeve with a round, sometimes square or hexagonal hole of a defined size.
  • a collet has a collet holder with an inner cone that matches the collet. Clamping is done by tightening a union nut with which the collet is pressed into the inner cone of the collet holder. Due to the slit of the collet, the bore is inside evenly compressed, whereby the workpiece or tool is held firmly. Collets clamp bare or machined parts quickly, firmly and precisely in the center.
  • the outer jacket 1 11 of the connection element 1 10 can be a
  • the rotor 100 can be fastened to the supercharger shaft 5 by means of the collet 300, in particular by holding and / or countering the supercharger shaft in the region of the turbine wheel.
  • the rotor 100 in the region of the further support disk 170 with an inner torx (not shown), in which a tool for screwing the rotor 100 onto the supercharger shaft 5 can be used.
  • connection element without forming the platform 116 and instead provide a further circumferential collar on the connection element 1 10, which is welded to the end face 125 of the sleeve 120.
  • the rotor 100 can be screwed onto the loader shaft 5 by means of a screw connection and at the same time, for example, aligned with the axis of rotation A of the loader shaft 5 using a cylindrical press fit.
  • the connection element 110 of the rotor 100 has a cylindrical bore 150 concentric to the axis of rotation A.
  • the inner diameter D1 of this cylindrical bore 150 is designed to form an interference fit between the charger shaft 5 and the inner wall 151 of the bore.
  • a "fit” is a dimensional relationship between two components that should fit together without rework. These components have the
  • a press fit is a dimensional relationship between two components in the form of an inner shape and an outer shape, in which the largest dimension of an inner contour of the outer shape is in any case smaller than a smallest dimension of an outer contour of the inner shape.
  • Press fit can also be called an interference fit.
  • the excess should always be made as low as possible due to an expected increase in torque when mounting the rotor on the charger shaft.
  • the loader shaft 5 has at its end provided for fastening the rotor 100 a first section with an external thread 51 (FIG. 1). To the one with the
  • the section provided with an external thread 51 adjoins in the direction of the axis of rotation A on the side of the external thread 51 facing away from the rotor, in which the supercharger shaft 5 has a cylindrical outer casing 53, which is provided as a pressing area.
  • the cylindrical outer jacket 53 has a diameter D3 in this region which is larger than the inner diameter D1 of the cylindrical bore 150.
  • Threaded bush 140 screwed in. At the same time, the inner wall 151 of the bore 150 is pressed onto the cylindrical outer jacket 53.
  • the threaded bushing 140 acts as a floating threaded bushing and, due to the play S1, allows radial tolerance compensation.
  • the threaded bushing 140 has an internal thread 142, which can be an internal fine thread or an internal regular thread. The fine thread can be compared to one
  • the standard thread can be a standardized thread with metric dimensions. This usually has a 62 ° flank angle. Such threads are standardized, for example, according to DIN 13-1.
  • the standard thread can also be a UNF thread. Under a "fine thread" is within the scope of the present
  • the rotor can be centered relative to the axis of rotation A of the loader shaft 5 by means of the interference fit between the inner wall 151 of the bore 150 and the outer jacket 53 of the loader shaft 5.
  • An axial clamping force is generated by screwing, as a result of which the outside of the connecting element 110 is pressed against a stop surface on the compressor wheel 13, as can best be seen in FIG. 1.
  • the compressor wheel 13 is in turn supported directly (or indirectly via an axial bush) on a stop 52 of the supercharger shaft 5, so that the compressor wheel 13 is clamped between the stop 52 and the connecting element 110 of the rotor 100.
  • a defined axial preload force can thus be applied to the compressor wheel by means of the rotor 100.

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Abstract

Vorgestellt wird ein Rotor für eine elektrische Antriebsmaschine (1) zum Antrieb eines Verdichters (3), einer Turbine (4) oder einer Laderwelle (5) eines Abgasturboladers (2), mit einem um eine Drehachse (A) des Rotors (100) ausgebildeten Rotorkörper (101), wobei an dem Rotorkörper (101) eine Aufnahme (190) für wenigstens einen Permanentmagneten (130) ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Permanentmagnet (130) in der Aufnahme (190) des Rotorkörpers (101) angeordnet ist, wobei der Rotorkörper (101) an einer Laderwelle (5) des Abgasturboladers (2) befestigbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Rotorkörper (101) wenigstens ein Anschlusselement (110) und eine von dem Anschlusselement (110) separat hergestellte Hülse (120) aufweist, wobei die Hülse mittels einer Schweißverbindung (204) mit dem Anschlusselement (110) verbunden ist.Weiterhin wird eine elektrische Antriebsmaschine mit einem solchen Rotor und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rotors vorgestellt.

Description

Beschreibung
Titel
Rotor für eine elektrische Antriebsmaschine zum Antrieb eines Verdichters, einer Turbine oder einer Laderwelle eines Abgasturboladers, elektrische
Antriebsmaschine mit einem solchen Rotor und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Rotors
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene elektrische Antriebsmaschinen für einen Abgasturbolader bekannt. So offenbart beispielsweise die DE 10 2017 207 532 A1 einen Abgasturbolader mit einer elektrischen Antriebsmaschine. Derartige Abgasturbolader werden insbesondere im Kraftfahrzeugbau dazu genutzt, die Luftfüllung in Zylindern einer Brennkraftmaschine zu erhöhen, um die Leistung der Brennkraftmaschine zu steigern. Dabei wird ein Abgasturbolader mit einer elektrischen Antriebsmaschine versehen, um die Laderwelle des Abgasturboladers, auf welcher ein Verdichterrad sowie ein Turbinenrad angeordnet sind, anzutreiben. Mittels der elektrischen Antriebsmaschine kann unabhängig von einem Abgasstrom der Brennkraftmaschine angesaugte Frischluft verdichtet und der Brennkraftmaschine mit erhöhtem Ladedruck zugeführt werden. Hierdurch kann beispielsweise der ansonsten zeitlich verzögerte Ladedruckaufbau maßgeblich beschleunigt werden.
Eine derartige elektrische Antriebsmaschine weist üblicherweise einen Stator mit einer mehrphasigen Antriebswicklung zur Erzeugung eines Antriebsmagnetfeldes und einen Rotor auf. Der Rotor weist wenigstens einen Permanentmagneten auf und wird drehfest auf der Welle des Abgasturboladers angeordnet. Die Realisierung der elektromotorischen Unterstützung durch eine in den Verdichter oder die Turbine integrierte elektrische Antriebsmaschine hat den Vorteil, dass die motorische Unterstützung besonders bauraumsparend in dem Abgasturbolader angeordnet werden kann. Durch Bestromung der Phasen der Antriebswicklung mittels einer dafür vorgesehenen Leistungselektronik wird ein drehendes Antriebsmagnetfeld erzeugt, durch welches der durch die Laderwelle drehbar gelagerte Rotor mit einem vorgebbaren Drehmoment angetrieben wird. Der Permanentmagnet wirkt dabei mit dem drehenden Magnetfeld zusammen. Bei der aus der DE 10 2017 207 532 A1 bekannten elektrischen Antriebsmaschine weist der Rotor einen konzentrisch um eine Drehachse des Rotors ausgebildeten Rotorkörper auf, wobei an dem Rotorkörper eine Aufnahme für wenigstens einen Permanentmagneten ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Permanentmagnet in der Aufnahme des Rotorkörpers angeordnet ist. Die aus der DE 10 2017 207 532 A1 bekannte elektrische
Antriebsmaschine verwendet einen vorteilhaften Aufbau, bei dem der einzige
Strömungsweg des Mediums durch den Stator der Medienspaltmaschine hindurch gebildet ist.
Weiterhin sind aus der WO 2008/141710 A1 Ausführungsformen einer elektrischen Antriebsmaschine zum Antrieb eines Verdichters eines Abgasturboladers bekannt, bei denen der Rotorkörper eines Rotors der elektrischen Antriebsmaschine mittels
verschiedener Befestigungsmittel an einer Laderwelle des Abgasturboladers befestigbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Der hier vorgestellte Rotor für eine elektrische Antriebsmaschine zum Antrieb eines Verdichters, einer Turbine oder einer Laderwelle eines Abgasturboladers, weist einen um eine Drehachse des Rotors ausgebildeten Rotorkörper auf, wobei an dem Rotorkörper eine Aufnahme für wenigstens einen Permanentmagneten ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Permanentmagnet in der Aufnahme des Rotorkörpers angeordnet ist, wobei der Rotorkörper an einer Laderwelle des Abgasturboladers befestigbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Rotorkörper wenigstens ein Anschlusselement und eine von dem Anschlusselement separat hergestellte Hülse aufweist, wobei die Hülse mittels einer Schweißverbindung mit dem Anschlusselement verbunden ist.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Abgasturbolader mit einer elektrischen Antriebsmaschine zum Antrieb eines Verdichters, einer Turbine oder einer Laderwelle des Abgasturboladers, welche einen derartigen Rotor aufweist.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Antriebsmaschine zum Antrieb eines Verdichters, einer Turbine oder einer Laderwelle eines Abgasturboladers nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines konzentrisch zu einer Drehachse ausgebildeten Anschlusselementes,
- Bereitstellen einer zylindermantelförmigen Hülse mit einem ersten Ende und einem davon abgewandten zweiten Ende und mit einer äußeren Mantelfläche und einer
Innenwand,
- Bereitstellen einer kreisrunden Stützscheibe und einer weiteren kreisrunden
Stützscheibe,
- Bereitstellen eines Rohlings für den späteren Permanentmagneten,
- Aufbringen der kreisrunden Stützscheibe und der weiteren kreisrunden Stützscheibe auf voneinander angewandte Stirnseiten des Rohlings, so dass eine um eine Mittelachse herum zylindrisch ausgebildete Baugruppe aus dem Rohling und den darauf
aufgebrachten Stützscheiben erhalten wird,
- Aufbringung der Hülse auf die vorstehend genannte Baugruppe, wobei die Innenwand der Hülse kraftschlüssig mit der Baugruppe verbunden wird,
- Aufsetzen der Hülse mit der darin enthaltenen Baugruppe auf das Anschlusselement derart, dass eine Mittelachse der Baugruppe und die Drehachse des Anschlusselementes konzentrisch zueinander ausgerichtet sind,
- Verschweißen der Hülse mit dem Anschlusselement entlang einer umlaufenden
Schweißverbindung und
- Magnetisieren des Rohlings zum Erhalt eines Permanentmagneten.
Vorteile der Erfindung
Ein technischer Zusammenhang bei der Entwicklung einer elektrischen Antriebsmaschine eines elektrisch unterstützten Abgasturboladers ist in dem Verhältnis zwischen dem Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine und dem Massenträgheitsmoment der Läufergruppe des Turboladers zu sehen. Die Masse des auf der Laderwelle montierten Rotors der elektrischen Antriebsmaschine führt im Vergleich zu einem Abgasturbolader ohne elektrische Antriebsmaschine zu einer zusätzlichen Belastung an der Laderwelle und den zugeordneten Lagerbüchsen. Das hohe Drehzahlniveau des Abgasturboladers stellt dabei eine besondere Schwierigkeit dar. Es ist wichtig, dass der Gesamtaufbau auch bei hohen Drehzahlen mechanisch und elektrisch stabil ist. Durch die Zusatzmasse des Rotors wird die Masse der gesamten auf der Laderwelle montierten Läuferanordnung erhöht. Dies bedeutet nicht nur eine Steigerung des Massenträgheitsmoments des Laders, sondern auch eine Verschiebung der Massenschwerpunkt nahezu in das Zentrum einer der Lagerbüchsen der Laderwelle. Dieser Effekt kann sich negativ auf die resultierende Lagerbelastung auswirken, da die Flächenpressung in den beiden
Laufflächen der Lagerbüchsen stark variieren kann.
Der erfindungsgemäße Rotor ermöglicht es vorteilhaft, eine elektrische Antriebsmaschine mit einer möglichst kleinen Unwucht der Läuferanordnung, bestehend aus Laderwelle, Verdichter- bzw. Turbinenrad und Rotor, zu erzeugen. Darüber hinaus kann der
Permanentmagnet des Rotors vor schädlichen Umwelteinflüssen, insbesondere Abgasen und Kondensaten, geschützt werden und somit eine Korrosion vermieden oder zumindest reduziert werden.
Der hier vorgestellte Rotor ist mechanisch robust und ermöglicht es vorteilhaft, bei einer geringen Belastung der Bauteile den Rotor in einfacher Weise an einer Laderwelle eines Abgasturboladers zu montieren und beispielsweise auf die Laderwelle aufzuschrauben.
Eine Schwierigkeit besteht herbei darin, dass einerseits Befestigungsmittel an dem Rotorkörper ausgebildet werden müssen, andererseits aber auch eine ausreichend robuste und sichere Befestigung für den Permanentmagneten in dem Rotorkörper dargestellt werden muss, wobei der Gesamtaufbau des Rotorkörpers das Risiko einer Unwucht auf der Laderwelle minimieren sollte.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der der Rotorkörper wenigstens ein Anschlusselement und eine von dem Anschlusselement separat hergestellte Hülse aufweist, wobei die Hülse mittels einer Schweißverbindung mit dem Anschlusselement verbunden ist. Die separate Herstellung von Anschlusselement und Hülse ermöglicht, vorteilhaft die Anordnung des Permanentmagneten an dem Rotor und die Befestigung des Rotorkörpers an einer Laderwelle zu verbessern, wobei hier größere Freiheitsgrade bei der Gestaltung und der Materialauswahl des Anschlusselementes und der Hülse bestehen.
Die Hülse stellt quasi eine Bandage oder Armierung für den wenigstens einen
Permanentmagneten dar, um diesen auch bei hohen Zentrifugalkräften und harschen Temperatureinflüssen am Abgasturbolader wirksam zu schützen. Die Hülse sollte die magnetischen Eigenschaften des Permanentmagneten und des Stators nicht
beeinflussen. Somit sollte der Werkstoff der Hülse unmagnetisch sein. Außerdem kann die Hülse vorteilhaft eine geringe Wandstärke aufweisen, da diese ebenfalls Einfluss auf den Magnetfluss hat. Darüber hinaus kann eine Korrosion des wenigstens einen Permanentmagneten durch die Hülse vorteilhaft vermieden werden. Der wenigstens eine Permanentmagnet (beispielsweise ein Magnet aus SmCo, Sm2Co17 oder NdFeB) kann vorteilhaft in die Hülse eingepresst werden. Die Hülse kann beispielsweise als
Rohrhalbzeug aus einem unmagnetischem Material bestehen (beispielsweise
lnconel®718, Nickellegierungen, Titan oder Feinkornhartmetall).
Das Anschlusselement kann preiswert als Drehteil aus beispielsweise Edelstahl,
(insbesondere aus Edelstahl X5CrNiCuNb16-4) gefertigt werden. Das Anschlusselement weist Mittel auf, um den Rotorkörper an der Laderwelle zu befestigen, was beispielsweise durch schraubbare Befestigungsmittel erfolgen kann.
Die Hülse wird in einfacher Weise auf das Anschlusselement aufgeschweißt, was fertigungstechnisch besonders einfach und zuverlässig darstellbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen enthaltenen Merkmale ermöglicht.
Das Anschlusselement kann in einer bevorzugten Ausführungsform einen Außenmantel, eine dem wenigstens einen Permanentmagneten zuweisende Innenseite und eine davon abweisende Außenseite aufweisen, wobei das Anschlusselement an der Innenseite ein Podest aufweist, wobei das Podest parallel zu der Drehachse eine Umfangsfläche aufweist, wobei der Durchmesser des Podestes in einer Querschnittsebene senkrecht zur Drehachse kleiner ausgebildet ist als der Außendurchmesser des Außenmantels, wodurch an dem Anschlusselement eine Schulter gebildet ist. Die Hülse weist in Richtung der Drehachse ein erstes Ende und ein davon abgewandtes zweites Ende auf. Um die Hülse mit dem Anschlusselement fügen zu können, kann die Hülse mit dem zweiten Ende auf das Podest aufgesetzt sein, wobei eine Innenwand der Hülse über die Umfangsfläche geführt ist und eine an dem zweiten Ende der Hülse angeordnete Stirnseite der Hülse an der Schulter anliegt. Vorteilhaft ermöglicht dies eine erleichterte Ausrichtung der Hülse mit der Magnetbaugruppe relativ zu dem Anschlusselement während der Montage, da die Mittelachse der Magnetbaugruppe und damit der Schwerpunkt der Magnetbaugruppe mit der Drehachse des Anschlusselementes zusammenfallen sollte, um eine Unwucht des Rotorkörpers zu vermeiden.
Vorteilhaft kann die Hülse eine äußere Mantelfläche aufweisen, welche mit dem
Außenmantel des Anschlusselementes in Richtung der Drehachse fluchtet. Auf diese Weise wird eine Stufe oder Kante im Übergangsbereich von Hülse und Anschlusselement vermieden und eine glatte Oberfläche ermöglicht, wodurch ein Eindringen von korrosiven Abgasen oder aggressiven Substanzen in den Rotorkörper erschwert wird.
Zwischen dem Anschlusselement und dem wenigstens einen Permanentmagneten kann in dem Rotorkörper eine Stützscheibe angeordnet sein. Weiterhin kann der Rotorkörper auf einer von der Stützscheibe abgewandten Seite des Permanentmagneten eine weitere Stützscheibe aufweisen. Der wenigstens eine Permanentmagnet hat die Aufgabe mittels eines Magnetfeldes, das über den Stator induziert wird, den Abgasturbolader anzutreiben. Der Pressverband zwischen Permanentmagnet und Hülse muss daher ausreichend dimensioniert sein, um das erforderliche Drehmoment übertragen zu können. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Innenseite des Anschlusselementes und dem wenigstens einen Permanentmagneten eine Stützscheibe vorgesehen ist. Weiterhin kann der Rotorkörper auf einer von der Stützscheibe abgewandten Seite des Permanentmagneten eine weitere Stützscheibe aufweisen. Die Stützscheiben können aus dem gleichen Material wie die Hülse bestehen. Bei einem Presssitz des Permanentmagneten in der Hülse könnten ohne die Stützscheiben und das Anschlusselement am Austritt der Hülse höhere Fugenpressungen und Tangentialspannungen auftreten. Die Stützscheiben schützen vorteilhaft den Permanentmagneten vor hohen mechanischen Belastungen während der Verpressung in der Hülse insbesondere an dessen Kanten. Bei der
Fertigung des Rotors kann die Hülse über die Magneteinheit bestehend aus
Stützscheiben und Permanentmagnet aufgepresst werden. Die Hülse mit der montierten Magnetbaugruppe kann anschließend radial mit dem Anschlusselement verschweißt werden. Axial wird der Permanentmagnet über die Stützscheiben abgestützt. Die weitere Stützscheibe an der Stirnseite des Rotorkörpers kann nach der Montage am
Anschlusselement axial oder auch radial mit der Hülse verschweißt werden.
Das Anschlusselement kann konzentrisch zu der Drehachse eine zylindrische Bohrung aufweisen, welche der Einführung der Laderwelle dient. Die Bohrung kann weiterhin einen ersten Abschnitt und mindestens einen zweiten Abschnitt aufweisen, wobei der erste Abschnitt einen Innendurchmesser aufweist, wobei der Innendurchmesser zum Ausbilden einer Übermaßpassung zwischen der Laderwelle und der Innenwand der Bohrung ausgebildet ist, und wobei der zweite Abschnitt mit einem Innengewinde versehen ist oder eine Aufnahme für eine in dem Rotorkörper angeordnete Gewindebuchse bildet. Der erste Abschnitt kann vorteilhaft mit einem Zentrierdurchmesser ausgebildet sein, so dass beispielsweise durch ein Aufpressen der Innenwandung der Bohrung auf den Außendurchmesser der Laderwelle eine Zentrierung des Rotorkörpers an der Laderwelle unabhängig von der Verschraubung realisierbar ist.
Bei der Herstellung kann zunächst eine kreisrunde Stützscheibe und eine weitere kreisrunde Stützscheibe auf voneinander abgewandte Stirnseiten des Rohlings für den Permanentmagneten aufgebracht beispielswiese aufgeklebt werden, so dass eine um eine Mittelachse herum zylindrisch ausgebildete Baugruppe, bestehend aus dem Rohling und den darauf aufgebrachten Stützscheiben hergestellt wird. Sodann kann die Hülse auf die vorstehend genannte Baugruppe aufgebracht werden, wobei die Innenwand der Hülse mit einer definierten Kraft auf die Baugruppe aufgebracht wird, so dass die Innenwand kraftschlüssig mit der Baugruppe verbunden ist, was durch Aufpressen und/oder
Aufheizen der Hülse erfolgen kann. Die Hülse mit darin enthaltenen Baugruppe bildet eine Magnetbaugruppe die auf das Anschlusselement aufgesetzt werden kann, wobei eine Mittelachse der Baugruppe und die Drehachse des Anschlusselementes konzentrisch zueinander ausgerichtet werden, um eine Unwucht des Rotorkörpers zu vermeiden. Die Hülse wird dann mit dem Anschlusselement umlaufend verschweißt, so dass ein fester Verbund entsteht. Vorzugsweise als einer der letzten Schritte kann der Rohling schließlich magnetisiert werden, was aber auch vorher erfolgen kann.
Die Ausrichtung und Verbindung von Magnetbaugruppe und Anschlusselement kann vorteilhaft verbessert werden, wenn das Anschlusselement einen Außenmantel, eine dem wenigstens einen Permanentmagneten zuweisende Innenseite und eine davon abweisende Außenseite aufweist, wobei das Anschlusselement an der Innenseite ein Podest aufweist, wobei das Podest parallel zu der Drehachse eine Umfangsfläche aufweist, wobei der Durchmesser des Podestes in einer Querschnittsebene senkrecht zur Drehachse kleiner ausgebildet ist als der Außendurchmesser des Außenmantels, wodurch an dem Anschlusselement eine Schulter gebildet ist. Während der Montage der Magnetbaugruppe kann die Hülse mit einem daran hergestellten umlaufenden Kragen auf das Podest aufgeschoben werden, wobei eine Innenwand der Hülse im Bereich des Kragens über die Umfangsfläche des Podests geführt wird, bis eine an dem zweiten Ende der Hülse angeordnete Stirnseite der Hülse an der Schulter anliegt. In einfacher Weise kann die Hülse im Bereich der Schulter umlaufend mit dem Anschlusselement verschweißt werden, wobei das Schweißgerät vorzugsweise senkrecht zu der Drehachse ausgerichtet wird. Zur weiteren Stabilisierung des Rotors kann zwischen der weiteren Stützscheibe und dem ersten Ende der Hülse ein weiterer Schweißvorgang durchgeführt werden, bei dem der äußeren Rand der weiteren Stützscheibe umlaufend mit der Innenwand der Hülse verschweißt wird, wobei das Schweißgerät vorzugweise parallel zu der Drehachse ausgerichtet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Abgasturboladers mit einer elektrischen Antriebsmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2a einen Rotor der elektrischen Antriebsmaschine mit einer Gewindebuchse in einer gegenüber Fig. 1 leicht veränderten zweiten Ausführungsform,
Fig. 2b einen Rotor der elektrischen Antriebsmaschine in einer dritten Ausführungsform Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Rotors gemäß einer vierten Ausführungsform, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Rotors gemäß einer fünften Ausführungsform, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Spannwerkzeuges,
Fig. 6a bis 6c Querschnitte durch eine Magnetbaugruppe, während der Herstellung,
Fig. 7a bis 7e weitere Querschnitte durch die Magnetbraugruppe und den Rotorkörper während der Herstellung des Rotors.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abgasturbolader 2 einer Brennkraftmaschine mit einer elektrischen Antriebsmaschine 1. Der Abgasturbolader umfasst eine hier nur schematisch dargestelltes Gehäuse 6, das insbesondere auch mehrteilig mit einem Lagergehäuse einem nicht dargestellten Verdichtergehäuse und Turbinengehäuse ausgeführt sein kann. Der Abgasturbolader umfasst einen Verdichter 3 und eine Turbine 4. In Fig. 1 ist ein Verdichterrad 13 des Verdichters 3 und ein Turbinenrad 14 der Turbine 4 schematisch eingezeichnet. Das Verdichterrad 13 und das Turbinenrand 14 können auf einer gemeinsamen Laderwelle 5 drehfest angeordnet sein. Die Laderwelle 5 ist in Lagerbüchsen 15 in dem Gehäuse 6 des Abgasturboladers 2 um eine Drehachse A drehbar gelagert.
Die Turbine 4 kann als rotierende Strömungsmaschine verstanden werden, welche eingerichtet ist, ein Abfallen einer inneren Energie eines strömenden Fluides in eine mechanische Leistung umzuwandeln, welche sie über die Laderwelle 5 abgibt. Einem Fluidstrom kann durch eine möglichst wirbelfreie laminare Umströmung von
Turbinenschaufeln ein Teil einer inneren Energie, insbesondere umfassend
Bewegungsenergie, Lageenergie und/oder Druckenergie entzogen werden, welcher auf Laufschaufeln der Turbine übergehen kann. Über den Teil der inneren Energie kann dann die Laderwelle 5 in Drehung versetzt werden und eine nutzbare Leistung kann an eine angekuppelte Arbeitsmaschine, wie einen Verdichter 3 abgegeben werden. Die Turbine 4 kann eingerichtet sein, um von Auspuffgasen eines Verbrennungsmotors angetrieben zu werden.
Der Verdichter 3 ist eingerichtet um einen Druck und/oder eine Dichte eines strömenden Gases und insbesondere strömender Luft zu erhöhen. Der Verdichter kann insbesondere ein Radialverdichter sein. Der Radialverdichter kann eingesetzt sein, um durch einen rotierenden Läufer nach den Gesetzen der Strömungsmechanik einem strömenden Fluid Energie zuzusetzen. Der Radialverdichter kann derart ausgebildet sein, dass das Gas im Wesentlichen axial in ein Verdichterrad 13 strömt und anschließend radial, d.h. nach außen abgelenkt wird.
Die elektrischen Antriebsmaschine 1 ist eingerichtet, um durch Anlegen eines elektrischen Stroms eine Rotationsbewegung eines Rotors zu generieren. Die elektrische
Antriebsmaschine ist ganz oder teilweise als Elektromotor ausgestaltet. Insbesondere wird die elektrische Antriebsmaschine verwendet, um den Verdichter, die Turbine oder die Laderwelle 5 des Abgasturboladers 2 anzutreiben. Die elektrische Antriebsmaschine 1 kann insbesondere wie die in der DE 10 2017 207 532 A1 beschriebene elektrische Antriebsmaschine in einem Abgasturbolader verbaut werden, wobei die hier vorgestellte elektrische Antriebsmaschine einen gegenüber der DE 10 2017 207 532 A1 neuartigen und einfach herstellbaren Aufbau des Rotors aufweist.
Die elektrische Antriebsmaschine weist einen Rotor 100 und einen Stator 20 auf. Der Stator 20 bildet ein feststehendes Bauteil der elektrischen Antriebsmaschine 1 und weist beispielsweise ein kreisringförmiges Statorjoch sowie radial nach innen von dem
Statorjoch vorstehende Statorzähne auf, die in Umfangsrichtung gesehen beabstandet voneinander gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Statorzähne sind üblicherweise von einer mehrphasigen Antriebswicklung 21 umwickelt, wobei durch Bestromung der Phasen der Antriebswicklung 21 mittels einer dafür vorgesehenen Leistungselektronik das drehende Antriebsmagnetfeld erzeugt wird, durch welches der durch die Laderwelle 5 drehbar gelagerte Rotor 100 mit einem vorgebbaren Drehmoment angetrieben wird. Der Rotor 100 weist einen Rotorkörper 101 auf, welcher dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Permanentmagneten 130 aufzunehmen. Der Rotorkörper 100 kann aber auch mehr als einen Permanentmagneten 130 aufnehmen. Der Rotor 100 wirkt mit dem drehenden Magnetfeld des Stators 20 zusammen. Der Rotorkörper 101 des Rotors 100 ist als Rotationskörper um eine Drehachse A herum ausgebildet, insbesondere konzentrische um die Drehachse A ausgebildet. Vorzugsweise ist die Drehachse A des Rotorkörpers 101 identisch mit der Drehachse der Laderwelle 5.
Wie am besten anhand von Fig. 2a zu erkennen ist, ist an dem Rotorkörper 101 eine Aufnahme 190 für den wenigstens einen Permanentmagneten 130 ausgebildet. Der Rotorkörper 101 kann in der Ausführungsform von Fig. 2a mittels einer Gewindebuchse 140 auf ein Außengewinde 51 der Laderwelle 5 derart aufgeschraubt werden, dass eine aus der Verschraubung resultierende und in Richtung der Drehachse A wirkende axiale Spannkraft den Rotorkörper 101 unmittelbar oder mittelbar unter Zwischenlage des Verdichterrades 13 und gegebenenfalls weiterer Bauteile, beispielsweise eines
Axiallagers der Laderwelle, gegen einen Anschlag 52 an der Laderwelle 5 anpresst. Die Laderwelle 5 kann wie dargestellt einteilig ausgebildet sein. Die Laderwelle 5 kann aber auch mehrteilig ausgebildet sein und eine an den Rotor angebundene Rotorwelle aufweisen, welche drehfest mit der Laderwelle beispielsweise über eine
Kupplungsvorrichtung koppelbar ist. Die Laderwelle 5 weist einen zylindrischen
Außenmantel auf, der an seinem dem Rotor 100 zuweisenden Ende mit dem
Außengewinde 51 versehen ist.
Zunächst wird der Aufbau des Rotors 100 anhand der Fig. 2a genauer beschrieben. Der Rotor 100 ist vorzugsweise mehrteilig aufgebaut und weist zumindest den Rotorkörper 101 , die Gewindebuchse 140 und den wenigstens einen Permanentmagneten 130 auf. Der Permanentmagnet weist, wie dargestellt, wenigstens einen Nord- und Südpol auf und kann beispielsweise ein Magnet aus SmCo, Sm2Co17 oder NdFeB sein. Der Rotorkörper 101 ist mehrteilig aufgebaut. Insbesondere weist der Rotorkörper 101 eine den
Permanentmagneten 130 umgebende Hülse 120 auf, wobei die Hülse 120 an einem Anschlusselement 110 des Rotorkörpers 101 angeordnet ist. Der Begriff„Hülse“ bezeichnet grundsätzlich einen beliebigen, länglichen Hohlkörper. Der Hohlkörper kann eine Länge und einen Durchmesser aufweisen. Die Länge kann größer sein als der Durchmesser, beispielsweise um einen Faktor von 1 ,5, vorzugsweise um einen Faktor von 2, besonders bevorzugt um einen Faktor von 3. Der Durchmesser kann insbesondere eine runde Form aufweisen. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich denkbar. Die Hülse kann daher auch als„Rohr“ bezeichnet werden. Die zylinderförmige Innenwand 123 der Hülse 120 bildet eine Aufnahme 190 für den Permanentmagneten 130. Der Permanentmagnet 130 kann in die Hülse 120 kraftschlüssig eingesetzt sein, wie weiter unten noch erläutert wird. Die Hülse 120 kann insbesondere aus einem nicht magnetischen Material hergestellt sein. Dadurch kann ein Einfluss der Hülse auf magnetische Eigenschaften des Permanentmagneten und/oder des Stators vermieden oder zumindest weitergehend reduziert sein. Die Hülse 120 kann weiterhin eingerichtet sein, den Permanentmagneten, insbesondere radial, vor Korrosion zu schützen. Bei höheren Drehzahlen kann der Permanentmagnet stärker verpresst und/oder bandagiert werden damit er nicht durch die Fliehkräfte beschädigt wird. Eine höhere Verpressung kann zu einer Zunahme der Spannung in der Hülse führen, die wiederum durch ein Anheben der Wandstärke reduziert werden kann. Beispielsweise kann die Hülse aus dem Material NiCr19Fe19Nb5Mo3 gebildet sein. Die Hülse kann eine Wandstärke von 0,1 mm bis 5 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 2 mm, vorzugsweise von 0,8 mm bis 1 ,5 mm und besonders bevorzugt von 1 ,025 mm aufweisen.
Das Anschlusselement 1 10 kann einen zylindrischen Außenmantel 1 11 , eine dem wenigstens einen Permanentmagneten 130 zuweisende Innenseite 1 13 und eine davon abweisende Außenseite 1 12 aufweisen. Das Anschlusselement 110 kann beispielswiese als einfaches Drehteil aus Edelstahl hergestellt sein. An der Innenseite 113 des
Anschlusselementes 110 ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2a konzentrisch zu der Drehachse A eine Absenkung 182 ausgebildet, die eine weitere Aufnahme 180 für die Gewindebuche 140 ausbildet. Zwischen der Innenseite 113 des Anschlusselementes 110 und dem wenigstens einen Permanentmagneten 130 ist eine die Gewindebuchse 140 an der Innenseite 113 des Anschlusselementes 1 10 abdeckende Stützscheibe 160 angeordnet. Auf der von der Gewindebuchse 140 abgewandten Seite des
Permanentmagneten 130 weist der Rotorkörper 101 eine weitere Stützscheibe 170 auf, welche im Folgenden auch als äußere Stützscheibe bezeichnet wird. Weiterhin weist das Anschlusselement 1 10 konzentrisch zu der Drehachse A eine zylindrische Bohrung 150 auf. Der Innendurchmesser D1 der zylindrischen Bohrung 150 ist kleiner ausgebildet als der Innendurchmesser D2 der weiteren Aufnahme 180, wodurch eine Stufe 1 14 gebildet ist, die eine Auflage 1 15 für die Gewindebuchse 140 bildet.
Die Gewindebuchse 140 kann vorzugsweise von der Innenseite 113 in die weitere Aufnahme 180 eingesetzt werden. Wie weiterhin in Fig. 2a erkennbar ist, weist die Gewindebuchse 140 ein Innengewinde 142 und einen Außenmantel 141 auf. Der Außenmantel 141 der Gewindebuchse und die Innenwandung 181 der weiteren
Aufnahme 180 sind dabei derart ausgebildet, dass der Außenmantel 141 bei einer Drehung um die Drehachse A relativ zu dem Rotorkörper 101 an einer Innenwandung 181 der weiteren Aufnahme 180 zur Anlage gelangt. Dazu kann der Außenmantel 141 einen nicht dargestellten Vorsprung aufweisen, der bei einer Drehung um die Drehachse A relativ zu dem Rotorkörper 101 an einer ebenfalls nicht dargestellten Stufe der
Innenwandung 181 zur Anlage gelangt. Beispielseise kann der Außenmantel 141 der Gewindebuchse 140 durch einen Sechskant gebildet sein. Dazu korrespondierend kann die Innenwandung 181 des Anschlusselementes 1 10 ebenfalls als komplementärer Sechskant gebildet sein. Zusätzlich ist der Innendurchmesser D2 der weiteren Aufnahme 180 etwas größer ausgebildet als der Außendurchmesser der Gewindebuchse 140.
Dadurch ist sichergestellt, dass senkrecht zur Drehachse A zwischen der Gewindebuchse 140 und dem Rotorkörper 101 in radialer Richtung ein Spiel S1 besteht, wie in Fig. 2 erkennbar ist. Die Gewindebuchse 140 ist also mit Spiel in die weitere Aufnahme 180 eingelegt, kann aber bei einer Drehung um die Achse A dennoch zur Anlage an der Innenwandung 181 der weiteren Aufnahme 180 gelangen. Alternativ ist es auch möglich, den Außenmantel 141 der Gewindebuchse mit einem harmonisches Dreieckprofil oder P3G-Profil zu versehen. Das harmonische Polygonprofil mit kontinuierlicher P3- Formkurve ergibt ein„Gleichdick“ in allen Winkellagen und dadurch ein hochwertiges Profil zur Drehmomentübertragung. Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2a kann zwischen der inneren Stützscheibe 160 und Gewindehülse 140 ein weiteres Spiel S2 bestehen. Dadurch ist die Gewindehülse 140 in axialer Richtung (also in Richtung der Drehachse A) und aufgrund des Spiels S1 in radialer Richtung (senkrecht zur Drehachse) beweglich und quasi als„schwimmende“ Buchse in der weiteren Aufnahme 180 beweglich.
Eine alternative Ausführungsform des Rotors 100 ist in Fig. 2b dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weist der Rotorkörper 101 keine Gewindebuchse auf. Das
Anschlusselement weist wiederum konzentrisch zu der Drehachse A eine zylindrische Bohrung 150 aufweist. Die Bohrung 150 weist einen ersten Abschnitt und mindestens einen zweiten Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt ähnlich wie in Fig. 2a einen Innendurchmesser D1 auf, wobei der Innendurchmesser D1 zum Ausbilden einer Übermaßpassung zwischen der Laderwelle 5 und der Innenwand 151 der Bohrung 150 ausgebildet ist. Im Unterschied zu Fig. 2a ist nun aber ein zweiter Abschnitt der Bohrung 150 mit einem Innengewinde 143 versehen ist, in welches das Außengewinde 51 der Laderwelle 5 einschraubbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also der Laderwelle 5 direkt mit dem Anschlusselement verschraubt.
Bevor nun auf weitere Details der Befestigung des Rotors 100 an der Laderwelle 5 eingegangen wird, wird ein Verfahren zur Herstellung des Rotors 100 nach Fig. 2a und Fig. 2b und der weitere Aufbau des Rotors 100 anhand der Figuren 6a bis 6c und 7a bis 7e erläutert. In diesen Figuren wird nur die Aufführungsform des Rotors nach Fig. 2a gezeigt. Das Herstellungsverfahren ist jedoch für den in Fig. 2b gezeigten Rotor analog durchführbar.
In einem ersten Schritt zur Herstellung des Rotors 100 wird beispielsweise in Fig. 6a ein noch nicht magnetisierter Rohling 130a für den späteren Permanentmagneten 130 mit zylinderförmigen Abmessungen bereitgestellt. Die Stirnseiten des Rohlings 130a werden an den in Fig. 6a durch die gestrichelte Linie dargestellten axialen Stirnseiten
abgeschliffen. Sodann wird eine Stützscheibe 160 und eine weitere Stützscheibe 170 auf die voneinander abgewandten Stirnseiten des Rohlings 130a aufgebracht, was beispielsweise durch Kleben erfolgen kann, wie in Fig. 6b dargestellt ist. Die
Stützscheiben 160, 170 können als Stanzteile aus unmagnetischen Material hergestellt und anschließend einer Wärmebehandlung und einem Schleifprozess unterzogen worden sein.
Wie in Fig. 6c dargestellt kann die Baugruppe 400, bestehend aus dem Rohling 130 und den aufgeklebten Stützscheiben 160, 170 an der Oberfläche einem weiteren
Schleifvorgang unterzogen werden. Sodann kann die Baugruppe 400, wie in Fig. 7a dargestellt, in die Hülse 120 eingebracht werden. Dies kann beispielsweise durch Einpressen erfolgen. Ergänzend oder alternativ kann hierbei insbesondere auch eine Wärmebehandlung der Hülse 120 erfolgen. Es auch möglich die Hülse aufzuheizen und die Baugruppe 400 in die Hülse einzuführen und anschließen den ganzen Verbund abzukühlen. Die Presskraft beziehungswiese der Kraftschluss zwischen Hülse und Permanentmagnet muss ausreichend groß sein, um die erforderlichen Drehmomente übertragen zu können. Die Stützscheiben 160, 170 schützen insbesondere die Kanten des Rohlings 130a vor einer Beschädigung beim Aufpressen der Hülse 120.
Die Hülse 120 kann als axiales Drehteil hergestellt werden und an der Innenwand 123 einem Schleifvorgang unterzogen werden. Die Hülse 120 weist vorzugsweise einen umlaufenden Kragen 121 auf, der als axiale Verlängerung in Richtung der Drehachse A über die Stützscheibe 160 hinaus von der Baugruppe abkragt.
Wie in Fig. 7a erkennbar ist, füllt der Rohling 130a den gesamten Raum zwischen der Innenseite der Hülse 120 und den Stützscheiben 160, 170 aus.
Wie in Fig. 7b gezeigt, kann die montierte Magnetbaugruppe aus Fig. 7a an dem zuvor beschriebenen Anschlusselement 1 10 angeordnet werden. Dabei wird zunächst die Gewindebuchse 140 in die weitere Aufnahme 180 des Anschlusselementes 1 10 eingesetzt und anschließend die Magnetbaugruppe mit dem Kragen 121 über ein Podest 1 16 an der Innenseite 1 13 des Anschlusselementes geschoben oder gepresst.
Wie in Fig. 2a und 2b besser zu erkennen ist, weist das Anschlusselement 110 einen Außenmantel 11 1 , eine dem wenigstens einen Permanentmagneten zuweisende
Innenseite 1 13 und eine davon abweisende Außenseite 1 12 auf, wobei das
Anschlusselement an der Innenseite 113 das Podest 1 16 aufweist. Das Podest 116 hat parallel zu der Drehachse A eine Umfangsfläche 118, wobei der Durchmesser des Podests 1 16 in der Querschnittsebene senkrecht zur Drehachse A kleiner ausgebildet ist als der Außendurchmesser des Außenmantels 1 11 , wodurch an dem Anschlusselement 1 10 eine Schulter 119 gebildet ist. Die Hülse 120 hat in Richtung der Drehachse A beziehungsweise in Richtung der Mittelachse M gesehen ein erstes Ende 129 und ein davon abgewandtes zweites Ende 128. Die Hülse 120 wird mit dem zweiten Ende 128 auf das Podest (116) aufgesetzt ist, wobei die Innenwand 123 der Hülse über die
Umfangsfläche 1 18 geführt wird, bis eine an dem zweiten Ende 128 der Hülse
angeordnete Stirnseite 125 der Hülse 120 an der Schulter 119 anliegt. Durch das
Aufschieben über das Podest 116 kann in einfacher Weise erreicht werden, dass die Mittelachse M der Hülse mit der darin enthaltenen Baugruppe 400 mit der Drehachse A des Anschlusselementes 110 zusammenfällt. Vorzugsweise weist die Hülse 120 eine äußere Mantelfläche 122 auf, die mit dem Außenmantel 1 11 des Anschlusselementes 110 in Richtung der Drehachse A fluchtet.
Anschließend kann, wie in Fig. 7c gezeigt, der umlaufende Kragen 121 in radialer Richtung mit dem Anschlusselement 1 10 an der Position 202 umlaufend verschweißt werden, wobei das Schweißgerät vorzugsweise senkrecht zu der Drehachse (A) ausgerichtet wird und eine umlaufende Schweißverbindung 204 entsteht. Eine Schweißnaht 203 entsteht dabei zwischen der Stirnseite 125 der Hülse 120 und der Schulter 1 19 des Anschlusselementes 1 10.
Zusätzlich kann in axialer oder auch (nicht dargestellt) radialer Richtung ein weiterer Schweißvorgang zwischen dem umlaufenden Rand der weiteren Stützscheibe 170 und der Hülse 120 an der Position 201 stattfinden.
In einem weiteren Schritt, der in Fig. 7d angedeutet ist, kann der fast fertig hergestellte Rotor 100 in Ebenen an den Positionen W1 und W2 von Fig. 7d ausgewuchtet werden.
Schließlich kann, wie in Fig. 7e dargestellt ist, der Rohling 130a magnetisiert werden und dadurch in den Permanentmagneten 130 gewandelt werden.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rotorkörpers 101 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Zum Erleichtern der Montage des Rotors 100 an der Laderwelle 5 kann der Rotorkörper 101 eine Form aufweisen, die das Ansetzen eines
Montagewerkzeugs erlaubt. Wie in Fig. 3 gezeigt, weist der Rotorkörper 101 am
Außenmantel 1 11 des Anschlusselementes 1 10 eine Schlüsselfläche 1 17 zum Ansetzen eines Werkzeugschlüssels auf. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schlüsselfläche 117 zweiflach-förmig ausgebildet.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rotorkörpers 101 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu dem
Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 beschrieben und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wie in Fig. 4 gezeigt, kann die Schlüsselfläche 117 sechskant förmig ausgebildet sein. Alternativ kann die Schlüsselfläche 117 vierkant-förmig oder ähnlich ausgebildet sein.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Spannzange 300. Die Spannzange stellt ein Spannmittel dar, um Werkstücke bzw. Werkzeuge mit hoher Genauigkeit schnell und kraftschlüssig aufzuspannen. Sie besteht aus einer außen kegelförmigen radial geschlitzten Hülse mit einer runden, mitunter auch quadratischen oder sechseckigen Bohrung definierter Größe. Zu einer Spannzange gehört eine Spannzangenaufnahme mit einem zur Spannzange passenden Innenkegel. Gespannt wird durch Anziehen einer Überwurfmutter, mit der die Spannzange in den Innenkegel der Spannzangenaufnahme gedrückt wird. Durch die Schlitzung der Spannzange wird die Bohrung in ihrem Innern gleichmäßig zusammengedrückt, wodurch das Werkstück oder Werkzeug kraftschlüssig festgehalten wird. Spannzangen spannen blanke oder bearbeitete Teile schnell, fest und genau zentrisch. Der Außenmantel 1 11 des Anschlusselementes 1 10 kann einen
Befestigungsabschnitt zum Befestigen der Spannzange 300 aufweisen. Entsprechend kann der Rotor 100 mittels der Spannzange 300 an der Laderwelle 5 befestigt werden, insbesondere in dem man die Laderwelle im Bereich des Turbinenrades festhält und/oder kontert.
Weiterhin ist es auch möglich, den Rotor 100 im Bereich der weiteren Stützscheibe 170 mit einem Innen-Torx zu versehen (nicht dargestellt), in welchen ein Werkzeug zum aufschrauben des Rotors 100 auf die Laderwelle 5 einsetzbar ist.
Weiterhin ist es auch möglich, in einem in den Figuren nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel das Anschlusselement ohne das Podest 116 auszubilden und stattdessen einen weiteren umlaufenden Kragen an dem Anschlusselement 1 10 vorzusehen, der mit der Stirnseite 125 der Hülse 120 verschweißt wird.
Der Rotor 100 kann in allen Ausführungsformen mittels einer Schraubverbindung an die Laderwelle 5 angeschraubt und gleichzeitig beispielsweise mit einem zylindrischen Pressverband zur Drehachse A der Laderwelle 5 ausgerichtet werden. Wie bereits dargestellt, weist das Anschlusselement 110 des Rotors 100 konzentrisch zu der Drehachse A eine zylindrische Bohrung 150 auf. Der Innendurchmesser D1 dieser zylindrischen Bohrung 150 ist zum Ausbilden einer Übermaßpassung zwischen der Laderwelle 5 und der Innenwandung 151 der Bohrung ausgebildet.
Unter einer„Passung“ ist eine maßliche Beziehung zwischen zwei Bauteilen, die ohne Nacharbeit zusammenpassen sollen, zu verstehen. Diese Bauteile haben an der
Fügestelle dieselbe Kontur einmal als Innenform und einmal als Außenform. Beide Konturen haben das gleiche Nennmaß. Unterschiedlich sind die beiden Toleranzfelder, innerhalb derer das jeweilige bei der Fertigung entstehende Ist-Maß von Innenform und Außenform liegen muss.
Eine Presspassung ist eine maßliche Beziehung zwischen zwei Bauteilen in Form einer Innenform und einer Außenform, bei der das Größtmaß einer Innenkontur der Außenform in jedem Fall kleiner als ein Kleinstmaß einer Außenkontur der Innenform ist. Die
Presspassung kann auch als Übermaßpassung bezeichnet werden. Das Übermaß soll grundsätzlich so gering wie möglich ausgeführt sein aufgrund eines zu erwartenden Drehmomentanstiegs bei einer Montage des Rotors auf der Laderwelle. Das
Torsionsmoment kann grundsätzlich steigen je höher die Verpressung gewählt wird.
Die Laderwelle 5 weist an ihrem zur Befestigung des Rotors 100 vorgesehenen Ende einen ersten Abschnitt mit einem Außengewinde 51 auf (Fig. 1 ). An den mit dem
Außengewinde 51 versehenen Abschnitt schließt sich in Richtung der Drehachse A auf der von dem Rotor abgewandten Seite des Außengewindes 51 ein Bereich an, in dem die Laderwelle 5 einen zylindrischen Außenmantel 53 aufweist, welcher als Pressbereich vorgesehen ist. Der zylindrische Außenmantel 53 weist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in diesem Bereich einen Durchmesser D3 auf, welcher größer als der Innendurchmesser D1 der zylindrischen Bohrung 150 ist.
Bei der Festlegung des Rotors 100 an der Laderwelle 5, wird bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a der mit dem Außengewinde 51 versehende Bereich durch die Bohrung 150 des Rotorkörpers 101 hindurchgeschoben und in die
Gewindebuchse 140 eingeschraubt. Gleichzeitig wird die Innenwandung 151 der Bohrung 150 auf den zylindrischen Außenmantel 53 aufgepresst. Beim Aufschrauben des Rotors 100 auf die Laderwelle 5 fungiert die Gewindebuchse 140 dabei als schwimmende Gewindebuchse und erlaubt aufgrund des Spiels S1 einen radialen Toleranzausgleich.
Die Gewindebuchse 140 weist ein Innengewinde 142 auf, das ein Innenfeingewinde oder ein Innenregelgewinde sein kann. Das Feingewinde kann gegenüber einem
Regelgewinde einen Vorteil hinsichtlich einer höheren Selbsthemmung aufweisen. Das Regelgewinde kann ein standardisiertes Gewinde mit metrischen Abmessungen sein. Üblicherweise weist dieses einen 62° Flankenwinkel auf. Derartige Gewinde sind beispielsweise nach der DIN 13-1 genormt. Das Regelgewinde kann darüber hinaus ein UNF-Gewinde sein. Unter einem„Feingewinde“ ist im Rahmen der vorliegenden
Erfindung ein Gewinde zu verstehen, das im Vergleich zum Regelgewinde ein engeres Gewindeprofil hat. Zur Unterscheidung wird es üblicherweise zusätzlich zum
Außendurchmesser mit dem Maß seiner ebenfalls kleineren Steigung gekennzeichnet.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2b wird das Außengewinde 51 der Laderwelle 5 direkt in das Innengewinde 143 der Bohrung 150 eingeschraubt. In beiden
Ausführungsbeispielen nach Fig. 2a und 2b kann eine Zentrierung des Rotors relativ zur Drehachse A der Laderwelle 5 mittels der Presspassung zwischen der Innenwandung 151 der Bohrung 150 und dem Außenmantel 53 der Laderwelle 5 erfolgen. Mittels der Verschraubung wird eine axiale Spannkraft erzeugt, wodurch das Anschlusselement 1 10 mit seiner Außenseite 1 12 gegen eine Anschlagsfläche am Verdichterrad 13 anpresst wird wie am besten in Fig. 1 zu erkennen ist. Das Verdichterrad 13 stützt sich wiederum direkt (oder indirekt über eine Axialbuchse) an einem Anschlag 52 der Laderwelle 5 ab, so dass das Verdichterrad 13 zwischen dem Anschlag 52 und dem Anschlusselement 1 10 des Rotors 100 eingespannt wird. Somit kann mittels des Rotors 100 eine definierte axiale Vorspannkraft auf das Verdichterrad vorgenommen werden.

Claims

Ansprüche
1. Rotor für eine elektrische Antriebsmaschine (1 ) zum Antrieb eines Verdichters (3), einer Turbine (4) oder einer Laderwelle (5) eines Abgasturboladers (2), mit einem um eine Drehachse (A) des Rotors (100) ausgebildeten Rotorkörper (101 ), wobei an dem
Rotorkörper (101 ) eine Aufnahme (190) für wenigstens einen Permanentmagneten (130) ausgebildet ist, wobei wenigstens ein Permanentmagnet (130) in der Aufnahme (190) des Rotorkörpers (101 ) angeordnet ist, wobei der Rotorkörper (101 ) an einer Laderwelle (5) des Abgasturboladers (2) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der
Rotorkörper (101 ) wenigstens ein Anschlusselement (1 10) und eine von dem
Anschlusselement (110) separat hergestellte Hülse (120) aufweist, wobei die Hülse mittels einer Schweißverbindung (204) mit dem Anschlusselement (1 10) verbunden ist.
2. Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (1 10) einen Außenmantel (11 1 ), eine dem wenigstens einen Permanentmagneten zuweisende Innenseite (1 13) und eine davon abweisende Außenseite (112) aufweist, wobei das Anschlusselement an der Innenseite (113) ein Podest (1 16) aufweist, wobei das Podest (1 16) parallel zu der Drehachse (A) eine Umfangsfläche (1 18) aufweist, wobei der Durchmesser des Podestes (116) in einer Querschnittsebene senkrecht zur Drehachse (A) kleiner ausgebildet ist als der Außendurchmesser des Außenmantels (1 11 ), wodurch an dem Anschlusselement (110) eine Schulter (119) gebildet ist.
3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (120) in Richtung der Drehachse (A) ein erstes Ende (129) und ein davon abgewandtes zweites Ende (128) aufweist und dass die Hülse (120) mit dem zweiten Ende (128) auf das Podest (1 16) aufgesetzt ist, wobei eine Innenwand (123) der Hülse über die Umfangsfläche (1 18) geführt ist und eine an dem zweiten Ende (128) der Hülse angeordnete Stirnseite (125) der Hülse (120) an der Schulter (1 19) anliegt.
4. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (120) eine äußere Mantelfläche (122) aufweist und dass die äußere Mantelfläche (122) der Hülse mit dem Außenmantel (1 11 ) des Anschlusselementes in Richtung der Drehachse (A) fluchtet.
5. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anschlusselement (110) und dem wenigstens einen Permanentmagneten (130) in dem Rotorkörper (101 ) eine Stützscheibe (160) angeordnet ist.
6. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (101 ) auf einer von der Stützscheibe (160) abgewandten Seite des
Permanentmagneten (130) eine weitere Stützscheibe (170) aufweist.
7. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (1 10) konzentrisch zu der Drehachse (A) eine zylindrische Bohrung (150) aufweist.
8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (150) einen ersten Abschnitt und mindestens einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt einen Innendurchmesser (D1 ) aufweist, wobei der Innendurchmesser (D1 ) zum Ausbilden einer Übermaßpassung zwischen der Laderwelle (5) und der Innenwand (151 ) der Bohrung (150) ausgebildet ist, und wobei der zweite Abschnitt mit einem
Innengewinde (143) versehen ist oder eine Aufnahme (180) für eine in dem Rotorkörper (101 ) angeordnete Gewindebuchse (140) bildet.
9. Elektrische Antriebsmaschine (1 ) zum Antrieb eines Verdichters (3), einer T urbine (4) oder einer Laderwelle (5) eines Abgasturboladers (2) mit einem Rotor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
10. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (100) für eine elektrische Antriebsmaschine (1 ) zum Antrieb eines Verdichters (3), einer Turbine (4) oder einer Laderwelle (5) eines Abgasturboladers (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Bereitstellen eines konzentrisch zu einer Drehachse (A) ausgebildeten
Anschlusselementes (1 10),
- Bereitstellen einer zylindermantelförmigen Hülse (120) mit einem ersten Ende (129) und einem davon abgewandten zweiten Ende (128) und mit einer äußeren Mantelfläche (122) und einer Innenwand (123),
- Bereitstellen einer kreisrunden Stützscheibe (160) und einer weiteren kreisrunden Stützscheibe (170),
- Bereitstellen eines Rohlings (130a) für den späteren Permanentmagneten (130), - Aufbringen der kreisrunden Stützscheibe (160) und der weiteren kreisrunden
Stützscheibe (170) auf voneinander angewandte Stirnseiten des Rohlings (130a), so dass eine um eine Mittelachse herum zylindrisch ausgebildete Baugruppe (400) aus dem Rohling (130) und den darauf aufgebrachten Stützscheiben (160, 170) erhalten wird,
- Aufbringung der Hülse (120) auf die vorstehend genannte Baugruppe (400), wobei die Innenwand (123) der Hülse (120) kraftschlüssig mit der Baugruppe (400) verbunden wird,
- Aufsetzen der Hülse (120) mit der darin enthaltenen Baugruppe (400) auf das
Anschlusselement (1 10) derart, dass eine Mittelachse (M) der Baugruppe (400) und die Drehachse (A) des Anschlusselementes konzentrisch zueinander ausgerichtet sind,
- Verschweißen der Hülse (120) mit dem Anschlusselement entlang einer umlaufenden Schweißverbindung (204),
- Magnetisieren des Rohlings (130a) zum Erhalt eines Permanentmagneten (130).
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement
(1 10) einen Außenmantel (1 11 ), eine dem wenigstens einen Permanentmagneten zuweisende Innenseite (1 13) und eine davon abweisende Außenseite (1 12) aufweist, wobei das Anschlusselement an der Innenseite (1 13) ein Podest (1 16) aufweist, wobei das Podest (1 16) parallel zu der Drehachse (A) eine Umfangsfläche (1 18) aufweist, wobei der Durchmesser des Podestes (116) in einer Querschnittsebene senkrecht zur
Drehachse (A) kleiner ausgebildet ist als der Außendurchmesser des Außenmantels
(1 11 ), wodurch an dem Anschlusselement (110) eine Schulter (119) gebildet ist und wobei die Hülse (120) bei der Aufbringung der Hülse (120) derart an der Baugruppe (400) angeordnet wird, dass die Hülse (120) an ihrem zweiten Ende (128) ein Stück über die Stützscheibe (160) absteht, so dass ein umlaufender Kragen (121 ) entsteht, und dass die Hülse (120) mit dem umlaufenden Kragen (121 ) auf das Podest (1 16) aufgeschoben wird, wobei eine Innenwand (123) der Hülse (120) im Bereich des Kragens (121 ) über die Umfangsfläche (1 18) geführt wird, bis eine an dem zweiten Ende (128) der Hülse (120) angeordnete Stirnseite (125) der Hülse (120) an der Schulter (1 19) anliegt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (120) im Bereich der Schulter (1 19) umlaufend mit dem Anschlusselement (110) verschweißt wird, wobei das Schweißgerät vorzugsweise senkrecht zu der Drehachse (A) ausgerichtet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der weiteren Stützscheibe (170) und dem ersten Ende (129) der Hülse (120) ein weiterer Schweißvorgang durchgeführt, bei dem der äußeren Rand der weiteren Stützscheibe (170) umlaufend mit der Innenwand (123) der Hülse (120) verschweißt wird, wobei das Schweißgerät vorzugweise parallel zu der Drehachse (A) ausgerichtet wird.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020209158A1 (de) 2020-07-21 2022-01-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Welle mit rohrförmigem Wellengrundkörper für einen elektromotorisch antreibbaren Verdichter
DE102023211605A1 (de) * 2023-11-22 2025-05-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Rotor für eine elektrische Maschine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989011752A1 (en) * 1988-05-27 1989-11-30 Allied-Signal Inc. Method of forming a permanent magnet rotor
US20040051416A1 (en) * 2002-09-13 2004-03-18 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Permanent magnet rotor
WO2008141710A1 (de) 2007-05-24 2008-11-27 Lindenmaier Ag Elektromotor
DE102007028356A1 (de) * 2007-06-15 2008-12-18 Ksb Aktiengesellschaft Permanent erregter Rotor für Arbeitsmaschinen
EP2511532A1 (de) * 2011-04-15 2012-10-17 Pompes Salmson Magnetrotor und Fluid-Umwälzpumpe
DE102017207532A1 (de) 2017-05-04 2018-11-08 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Elektrische Medienspaltmaschine für einen Verdichter und/oder eine Turbine, Turbolader und/oder Turbine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1989011752A1 (en) * 1988-05-27 1989-11-30 Allied-Signal Inc. Method of forming a permanent magnet rotor
US20040051416A1 (en) * 2002-09-13 2004-03-18 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Permanent magnet rotor
WO2008141710A1 (de) 2007-05-24 2008-11-27 Lindenmaier Ag Elektromotor
DE102007028356A1 (de) * 2007-06-15 2008-12-18 Ksb Aktiengesellschaft Permanent erregter Rotor für Arbeitsmaschinen
EP2511532A1 (de) * 2011-04-15 2012-10-17 Pompes Salmson Magnetrotor und Fluid-Umwälzpumpe
DE102017207532A1 (de) 2017-05-04 2018-11-08 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Elektrische Medienspaltmaschine für einen Verdichter und/oder eine Turbine, Turbolader und/oder Turbine

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