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EP-4562308-B1 - MAGNETIC ROTOR DEVICE FOR A SIDE CHANNEL COMPRESSOR FOR A FUEL CELL SYSTEM, SIDE CHANNEL COMPRESSOR, AND METHOD FOR PRODUCING A MAGNETIC ROTOR DEVICE FOR A SIDE CHANNEL COMPRESSOR FOR A FUEL CELL SYSTEM

EP4562308B1EP 4562308 B1EP4562308 B1EP 4562308B1EP-4562308-B1

Inventors

  • LAEMMLE, Frank
  • Jennewein, Frank
  • SCHEPP, RENE

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20230629

Claims (12)

  1. Magnetic rotor device (2) for a side channel compressor (1) for a fuel cell system (31) for conveying and/or compressing a gaseous medium, in particular hydrogen, wherein the magnetic rotor device (2) is rotatably mounted about a rotational axis (4) and/or can be driven by means of a drive (6), wherein the magnetic rotor device (2) has a compressor wheel (10), by means of which, in particular, a gas flow can be generated in a compressor chamber (30), a hub (9), a ground ring (22) and at least one bearing (27, 47), wherein the hub (9) has a recess (13) running annularly around the rotational axis (4) and which can be encapsulated by a rotor chamber (46), wherein at least almost completely the components comprising the ground ring (22) and at least two segment magnets (24), ideally four segment magnets (24), are located in the recess (13), characterized in that the ground ring (22) is connected to the hub (9) by means of at least one locating pin (42) and/or a screw element (44).
  2. Magnetic rotor device (2) according to Claim 1, characterized in that the respective locating pin (42) and/or the respective screw element (44) have/has a body (54), here, the respective locating pin (42) and/or the respective screw element (44) optionally have/has a head (52), wherein the head (52) has a larger diameter than the body (54).
  3. Magnetic rotor device (2) according to Claim 2, characterized in that the respective locating pin (42) and/or the respective screw element (44) are/is located with the head (52) in a first cut-out (41) of the ground ring (22) and are/is located with the body (54) in a second cut-out (43) of the ground ring (22) and a third cut-out (45) of the hub (9).
  4. Magnetic rotor device (2) according to Claim 3, characterized in that the body (54) of the respective locating pin (42) has a larger diameter than the respective third cut-out (45), such that a non-positive and/or frictional connection, in particular a press-fit connection, are/is formed between the respective locating pin (42) and/or the hub (9).
  5. Magnetic rotor device (2) according to Claim 3, characterized in that the third cut-out (45) in the hub (9) has a thread (18), in particular an internal thread (18), and the respective screw element (44) has, in the region of the body (54), a thread (28), in particular an external thread (28), wherein the screw element (44) is screwed to the hub (9).
  6. Magnetic rotor device (2) according to any one of the preceding claims, characterized in that the respective locating pin (42) and/or the respective screw element (44) run or are positioned at least approximately parallel to the rotational axis (4).
  7. Magnetic rotor device (2) according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the respective locating pin (42) and/or the respective screw element (44) are/is located in a remote region of a first central axis (51) of a threaded hole (49) and the rotational axis (4).
  8. Side channel compressor (1) with a stator (11) and a magnetic rotor device (2) according to any one of Claims 1 to 7.
  9. Fuel cell system (31) having a side channel compressor (1) according to Claim 8, wherein the side channel compressor (1) is arranged in an anode circuit of the fuel cell system (31).
  10. Method for producing the magnetic rotor device (2) for a side channel compressor (1) and/or a fuel cell system (31) according to any one of the preceding claims, with the following steps: - providing a ground ring (22), wherein the ground ring (22) has at least two projections (25), between which a segment magnet (24) can be attached in each case, - installing the ground ring 22 or inserting it in the direction of the rotational axis (4) into the cut-out (13) of the hub (9), wherein the ground ring (22) is fixed to the hub (9) by means of at least one locating pin (42) and/or a screw element (44), in particular in a positively locking or non-positive manner, - connecting the respective segment magnet (24) to the ground ring (22), in particular with a front surface of the ground ring (22) and/or with the respective projections (25), by means of a positively locking, integrally joined or non-positive method, for forming a rotor assembly (17).
  11. Method according to Claim 10, in which the at least one locating pin (42) is pressed with its body (54) into the third cut-out (45) in such a way that a non-positive and/or frictional connection is formed between the respective locating pin (42) and the hub (9), and thus the ground ring (22) and/or the rotor assembly (17) are/is fixed to the hub (9).
  12. Method according to Claim 10, wherein the at least one screw element (44) is screwed into the third cut-out (45) of the hub (9), until a longitudinal expansion of the screw element (44) results, which screw element is in contact by way of its enlarged head (52) with a front surface of the ground ring (22) in the direction of the rotational axis, such that the ground ring (22) is fixed to the hub (9) in a non-positive and/or frictional and/or positively locking manner.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetrotoreinrichtung für einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem, Seitenkanalverdichter und Verfahren zum Herstellen einer Magnetrotoreinrichtung für einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem. Stand der Technik Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasförmige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich, wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird das gasförmige Medium aus mindestens einem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruckleitungssystem an eine Ejektoreinheit geleitet. Diese Ejektoreinheit führt das gasförmige Medium über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle. Nachdem das gasförmige Medium durch die Brennstoffzelle geströmt ist, wird es über eine Rückführleitung zurück zur Ejektoreinheit geführt. Dabei kann ein Seitenkanalverdichter zwischengeschaltet werden, der die Gasrückführung strömungstechnisch und effizienztechnisch unterstützt. Zudem werden Seitenkanalverdichter zur Unterstützung des Strömungsaufbaus im Brennstoffzellenantrieb eingesetzt, insbesondere bei einem (Kalt)-Start des Fahrzeugs nach einer gewissen Standzeit. Das Antreiben dieser Seitenkanalverdichter erfolgt üblicherweise über Elektromotoren, die beim Betrieb in Fahrzeugen über die Fahrzeugbatterie mit Spannung versorgt werden. Aus der DE 10 2018 222 102 A1 ist ein Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem ein gasförmiges Medium, insbesondere Wasserstoff, gefördert und/oder verdichtet wird. Der Seitenkanalverdichter weist dabei ein Gehäuse und einen Antrieb auf, wobei das Gehäuse ein Gehäuse-Oberteil und ein Gehäuse-Unterteil aufweist, mit einem in dem Gehäuse umlaufend um eine Drehachse verlaufenden Verdichterraum, der mindestens einen umlaufenden Seitenkanal aufweist, mit einem in dem Gehäuse befindlichen Verdichterrad, das drehbar um die Drehachse angeordnet ist und durch den Antrieb angetrieben wird. Dabei weist das Verdichterrad an seinem Umfang im Bereich des Verdichterraums angeordnete Schaufelblätter auf und ist mit jeweils einer am Gehäuse ausgebildeten Gas-Einlassöffnung und einer Gas-Auslassöffnung, die über den Verdichterraum, insbesondere den mindestens einen Seitenkanal, fluidisch miteinander verbunden sind, wobei der Seitenkanalverdichter mindestens ein Lager aufweist. Zudem ist in der DE 10 2018 222 102 A1 gezeigt, dass sich eine Rotor-Baugruppe, der als ein Permanentmagnet ausgeführt sein kann, an einem Mitnahme-Flansch befindet, der eine Nabe entspricht. Aus der JP S60 150 498 A ist eine Magnetrotoreinrichtung bekannt, wobei die Magnetrotoreinrichtung drehbar um eine Drehachse gelagert und mittels eines Antriebs antreibbar ist. Die EP 3 425 204 A1 offenbart einen magnetisch lagerbaren Rotor, für eine Rotationsmaschine mit magnetisch gelagertem Rotor, wobei der Rotor einen magnetisch wirksamen Kern aufweist, sowie eine Ummantelung aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Fluorpolymer. Der aus der DE 10 2018 222 102 A1 bekannte Seitenkanalverdichter kann gewisse Nachteile aufweisen. Die Rotor-Baugruppe und/oder der Permanentmagnet befindet sich am Mitnahme-Flansch und sind nicht von einem Rotor-Raum gekapselt, insbesondere sind die Rotor-Baugruppe und/oder der Permanentmagnet nicht fluidisch vom Rotor-Raum gekapselt. Bei der Verwendung des Seitenkanalverdichters kann Wasserstoff in den Rotor-Raum eindringen und die metallischen Komponenten und/oder die Rotor-Baugruppe und/oder den Permanentmagneten schädigen, insbesondere mittels Wasserstoffversprödung. Dabei kann es zu einem Ausfall der Rotor-Baugruppe und/oder des Permanentmagneten kommen, so dass das Verdichterrad und/oder eine Magnetrotoreinrichtung nicht mehr mittels des Antriebs, insbesondere mittels eines Stators und Rotor-Baugruppe antreibbar ist, so dass sich die Ausfallwahrscheinlichkeit des Antriebs und somit des gesamten Seitenkanalverdichters erhöht. Ein weiterer Nachteil des in der DE 10 2018 222 102 A1 bekannten Seitenkanalverdichters ist der, dass ein Rückschlussring und/oder der Permanentmagnet in die Nabe eingepresst wird, insbesondere mit Ihrem Innendurchmesser einen Pressverband mit der Nabe ausbilden, wodurch sich aufgrund der Spannungen eine Verformung der Nabe, insbesondere einer Lagerbohrung und/oder eines Lagersitzes, ergibt, so dass die Lagerbohrung und/oder der Lagersitz nachbearbeitet werden müssen, was die Kosten aufgrund des zusätzlichen Prozessschritts erhöht. Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung Erfindungsgemäß wird eine Magnetrotoreinrichtung für einen Seitenkanalverdichter für ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Verdichtung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentan