DE-102024132317-A1 - Rotor für eine elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor (100a-100e) für eine elektrische Maschine, umfassend: einen additiv gefertigten Rotorkörper (1), der aus einem weichmagnetischen Werkstoff besteht und Magnetaufnahmeräume (2) bildet, und Permanentmagnete (4), die in den Magnetaufnahmeräumen (2) angeordnet sind, wobei der additiv gefertigte Rotorkörper (1) die Magnetaufnahmeräume (2) an beiden axialen Seiten begrenzt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors (100a-100e) für eine elektrische Maschine, wobei: ein Rotorkörperteilstück (1*), das auf einer axialen Seite offene Magnetaufnahmeräume (2) bildet, mittels additiver Fertigung aus einem weichmagnetischen Werkstoff gefertigt wird, Permanentmagnete (4) in die auf einer Seite offenen Magnetaufnahmeräume (2) eingeschoben werden, und das Rotorkörperteilstück (1*) durch Fortsetzen der additiven Fertigung zu einem vollständigen Rotorkörper (1), der die Magnetaufnahmeräume (2) an beiden axialen Seiten begrenzt, endgefertigt wird.

Inventors

• Maximilian Clauer

Assignees

• DR. ING. H.C. F. PORSCHE AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241106

Claims (7)

1. Rotor (100a-100e) für eine elektrische Maschine, umfassend: einen additiv gefertigten Rotorkörper (1), der aus einem weichmagnetischen Werkstoff besteht und Magnetaufnahmeräume (2) bildet, und Permanentmagnete (4), die in den Magnetaufnahmeräumen (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , dass der additiv gefertigte Rotorkörper (1) die Magnetaufnahmeräume (2) an beiden axialen Seiten begrenzt.
2. Rotor (100a-100e) nach Anspruch 1 , wobei Magnetaufnahmeräume (2) vorhanden sind, die eine Öffnung (3) in einer Außenumfangsfläche (1.2) des additiv gefertigten Rotorkörpers (1) bilden.
3. Rotor (100a-100e) nach Anspruch 2 , wobei sich die Öffnung (3) über eine gesamte axiale Ausdehnung des jeweiligen Magnetaufnahmeraums (2) erstreckt.
4. Rotor (100a-100e) nach Anspruch 2 oder 3 , wobei Magnetaufnahmeräume (2) vorhanden sind, die zwei in einer Umfangsrichtung des additiv gefertigten Rotorkörpers (1) beabstandete Öffnungen (3) in der Außenumfangsfläche (1.2) des additiv gefertigten Rotorkörpers (1) bilden.
5. Rotor (100a-100d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Magnetaufnahmeräume (2) vorhanden sind, in denen mehrere Permanentmagnete (4) angeordnet sind.
6. Rotor (100a-100e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend eine Rotorwelle (5), die in eine zentrale Durchgangsöffnung (1.3) des additiv gefertigten Rotorkörpers (1) eingepresst ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (100a-100e) für eine elektrische Maschine, wobei: ein Rotorkörperteilstück (1*), das auf einer axialen Seite offene Magnetaufnahmeräume (2) bildet, mittels additiver Fertigung aus einem weichmagnetischen Werkstoff gefertigt wird, Permanentmagnete (4) in die auf einer Seite offenen Magnetaufnahmeräume (2) eingeschoben werden, und das Rotorkörperteilstück (1*) durch Fortsetzen der additiven Fertigung zu einem vollständigen Rotorkörper (1), der die Magnetaufnahmeräume (2) an beiden axialen Seiten begrenzt, endgefertigt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, umfassend: einen additiv gefertigten Rotorkörper, der aus einem weichmagnetischen Werkstoff besteht und Magnetaufnahmeräume bildet, und Permanentmagnete, die in den Magnetaufnahmeräumen angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors. Ein Rotor eingangs genannter Art ist aus der JP 2022-165132 A bekannt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen relativ einfach aufgebauten Rotor für eine elektrische Maschine zu realisieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Der erfindungsgemäße Rotor für eine elektrische Maschine umfasst einen monolithischen, additiv gefertigten Rotorkörper, also einen Rotorkörper, der vollständig mittels additiver Fertigung, auch 3D-Druck genannt, hergestellt wurde. Der Rotorkörper besteht hierbei aus einem weichmagnetischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Eisen beinhaltenden Verbundwerkstoff. Der Rotorkörper bildet mehrere, vorzugsweise rotationssymmetrisch bezogen auf eine Drehachse des Rotors angeordnete, Magnetaufnahmeräume. Die Magnetaufnahmeräume sind also innerhalb des Rotorkörpers ausgebildet und durch den Rotorkörper begrenzt. Der erfindungsgemäße Rotor für eine elektrische Maschine umfasst ferner mehrere, vorzugsweise quaderförmige, Permanentmagnete, die jeweils in einem der Magnetaufnahmeräume angeordnet sind. Die Magnetaufnahmeräume sind hierbei derart ausgebildet, dass die Permanentmagnete innerhalb des jeweiligen Magnetaufnahmeraums durch den umgebenden Rotorkörper, beispielsweise durch an dem Rotorkörper ausgebildete Vorsprünge und/oder Absätze, zuverlässig positioniert und ausgerichtet sind, also durch den umgebenden Rotorkörper zuverlässig fixiert sind. Hierdurch ist die mechanische Stabilität des erfindungsgemäßen Rotors bei hohen Drehzahlen gewährleistet. Erfindungsgemäß ist der monolithische, additiv gefertigte Rotorkörper derart ausgebildet, dass alle Magnetaufnahmeräume durch den Rotorkörper auf beiden axialen Seiten begrenzt und vorzugsweise auch verschlossen sind, sodass die in den Magnetaufnahmeräumen angeordneten Permanentmagnete durch den Rotorkörper nicht nur - wie aus dem Stand der Technik bekannt - radial und tangential, sondern zusätzlich auch axial zuverlässig fixiert sind. Für die axiale Fixierung der Permanentmagnete müssen folglich keine zusätzlichen Fixierungsmittel vorgesehen werden. Der erfindungsgemäße Rotor für eine elektrische Maschine besteht daher aus verhältnismäßig wenigen Einzelteilen und ist folglich relativ einfach aufgebaut. In einer bevorzugten Ausführung umfasst der erfindungsgemäße Rotor Magnetaufnahmeräume, die sich bis zu einer Außenumfangsfläche des Rotorkörpers erstrecken und folglich eine Öffnung in der Außenumfangsfläche des Rotorkörpers bilden, die also zu der Außenumfangsfläche hin offen sind. Die sich bis zu der Außenumfangsfläche des Rotorkörpers erstreckenden Magnetaufnahmeräume separieren einen radial inneren Teil des Rotorkörpers von einem radial äußeren Teil des Rotorkörpers, wodurch ein unerwünschter magnetischer Streufluss im Rotorkörper signifikant reduziert werden kann. Dies ermöglicht eine effektive Ausnutzung der von den Permanentmagneten, die in den Magnetaufnahmeräumen angeordnet sind, erzeugten Magnetfeldern und somit das Erzielen eines besonders hohen Drehmoments. Besonders bevorzugt erstrecken sich hierbei die durch Magnetaufnahmeräume gebildeten Öffnungen in der Außenumfangsfläche über eine gesamte axiale Ausdehnung des jeweiligen Magnetaufnahmeraums, sodass der radial innere Teil des Rotorkörpers entlang der gesamten axialen Ausdehnung des jeweiligen Magnetaufnahmeraums von dem radial äußeren Teil des Rotorkörpers separiert ist. Hierdurch kann eine besonders starke Reduktion des unerwünschten magnetischen Streuflusses im Rotorkörper erzielt werden. Vorzugsweise umfasst der erfindungsgemäße Rotor einen V-förmigen und/oder U-förmigen Querschnitt aufweisende, Magnetaufnahmeräume, die sich an beiden Enden jeweils bis zu der Außenumfangsfläche des Rotorkörpers erstrecken und folglich zwei in einer Umfangsrichtung des additiv gefertigten Rotorkörpers beabstandete Öffnungen in der Außenumfangsfläche des Rotorkörpers bilden. Diese Magnetaufnahmeräume separieren einen sich zwischen den beiden Öffnungen befindlichen radial äußeren Teil des Rotorkörpers entlang der axialen Ausdehnung der Öffnungen, welche sich vorzugsweise über die gesamte axiale Ausdehnung der jeweiligen Magnetaufnahmeräume erstrecken, sowohl radial als auch in beide tangentialen Richtungen von dem radial inneren Teil des Rotorkörpers, wodurch der unerwünschte magnetische Streufluss im Rotorkörper besonders effektiv reduziert werden kann. Bevorzugt umfasst der erfindungsgemäße Rotor einen Ma