EP-4738663-A1 - ROTOR OF AN ELECTRIC MOTOR AND METHOD FOR PRODUCING SAME

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) eines Elektromotors, wobei der Rotor (1) ein auf einer Rotorwelle (2) des Rotors (1) angeordnetes Rotorpaket (3) und das Rotorpaket (3) ein Rotorjoch (4) sowie eine Mehrzahl Rotorzähne (5) umfasst, welche jeweils eine Erregerwicklung (6) tragen. Hierbei weist der Rotor (1) zudem wenigstens zwei zumindest das Rotorpaket (3) in Umfangsrichtung (19) des Rotors (1) zergliedernde Segmente (7, 8) auf, wobei ein jeweiliges Segment (7, 8) wenigstens einen Rotorzahn (5) mitsamt dessen Erregerwicklung (6) sowie zumindest eine Teilmenge der Segmente (7, 8) einen mit einem jeweiligen Rotorzahn (5) des Segments (7, 8) einteilig ausgeführten Abschnitt (30) des Rotorjochs (4) umfasst. Dabei sind die Segmente (7, 8) miteinander über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung (11) gefügt. Dabei ist die Verbindung (11) zumindest teilweise dadurch etabliert, dass die Segmente (7, 8) durch eine auf das Rotorpaket (3) wirkende Kraft (F) gegeneinander verklemmt sind, wobei die Kraft (F) aufgrund einer zwischen Rotorpaket (3) und Rotorwelle (2) vorliegenden Welle-Nabe-Verbindung (20) ausgebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fertigung des Rotors (1).

Inventors

• SHAGHAGHI, ARASH
• DEUBNER, CHRISTIAN
• CORNELIUS, VOLKER
• Scheffer, Markus
• Porabka, Thomas
• ADZIC, LJUBOMIR
• PROKOPH, STEFAN

Assignees

• Volkswagen Aktiengesellschaft

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251016

Claims (15)

1. Rotor (1) eines Elektromotors, wobei der Rotor (1) ein auf einer Rotorwelle (2) des Rotors (1) angeordnetes Rotorpaket (3) und das Rotorpaket (3) ein Rotorjoch (4) sowie eine Mehrzahl Rotorzähne (5) umfasst, welche jeweils eine Erregerwicklung (6) tragen, hierbei der Rotor (1) zudem wenigstens zwei zumindest das Rotorpaket (3) in Umfangsrichtung (19) des Rotors (1) zergliedernde Segmente (7, 8) aufweist, wobei ein jeweiliges Segment (7, 8) wenigstens einen Rotorzahn (5) mitsamt dessen Erregerwicklung (6) sowie zumindest eine Teilmenge der Segmente (7, 8) einen mit einem jeweiligen Rotorzahn (5) des Segments (7, 8) einteilig ausgeführten Abschnitt (30) des Rotorjochs (4) umfasst und die Segmente (7, 8) miteinander über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung (11) gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (11) zumindest teilweise dadurch etabliert ist, dass die Segmente (7, 8) durch eine auf das Rotorpaket (3) wirkende Kraft (F) gegeneinander verklemmt sind, wobei die Kraft (F) aufgrund einer zwischen Rotorpaket (3) und Rotorwelle (2) vorliegenden Welle-Nabe-Verbindung (20) ausgebildet ist.
2. Rotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente mindestens zwei verschiedenen Arten von Segmenten (7, 8) zugehören, welche je nach Art eine sich zumindest teilweise unterscheidende Form aufweisen.
3. Rotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sich zumindest teilweise unterscheidende Form der Segmente (7, 8) verschiedener Arten wenigstens zum Teil durch eine je Art unterschiedlich ausgeformte Verbindungsstruktur (21) eines jeden Segments (7, 8) ausgestaltet ist, wobei die Verbindungsstrukturen (21) der Segmente (7, 8) der jeweiligen Arten komplementär zueinander ausgeformt sind und wenigstens bereichsweise formschlüssig ineinandergreifen.
4. Rotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Verbindungsstruktur (21) wenigstens ein konkav und/oder konvex ausgeformtes Verbindungselement (22) und/oder Teilverbindungselement (23) aufweist, wobei die Verbindungsstrukturen (21) der Segmente (7, 8) der jeweiligen Arten zumindest anteilig über das zumindest eine Verbindungselement (22) und/oder Teilverbindungselement (23) komplementär zueinander ausgeformt sind.
5. Rotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei jeweils aneinander anliegende Teilverbindungselemente (23) zweier in einem Stoßbereich (24) aneinander anliegender Segmente (7, 8) einer Art ein übergreifendes Verbindungselement (22) ausformen.
6. Rotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Segmente (7, 8) zumindest zweier Arten das Rotorjoch (4) des Rotorpakets (3) zumindest teilweise ausformend an der Rotorwelle (2) und seitenflächig aneinander anliegen, wobei deren Verbindungsstrukturen (21) bereichsweise formschlüssig ineinandergreifen.
7. Rotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich Segmente (7, 8) einer Art das Rotorjoch (4) des Rotorpakets (3) zumindest teilweise ausformend an der Rotorwelle (2) sowie in einem Stoßbereich (24) dieser Segmente (7, 8) aneinander und zudem Segmente (7, 8) einer weiteren Art an diesen Segmenten (7, 8) anliegen, wobei die Verbindungsstrukturen (21) der Segmente (7, 8) bereichsweise formschlüssig ineinandergreifen und ein die Verbindungsstruktur (21) zumindest teilweise umfassender Fuß (25) eines jeweiligen Segments (7, 8) der weiteren Art durch angrenzende Segmente (7, 8) seiten- und fußflächig eingefasst ist.
8. Rotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilmenge der Erregerwicklungen (6) mit einem an einem axialen Ende des Rotors (1) auf die Rotorwelle (2) aufgebrachten Kontaktring (26) elektrisch verschaltet und/oder verbunden sind und der Kontaktring (26) elektrisch mit wenigstens einem Schleifringübertrager (27) kontaktiert ist.
9. Rotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem radialen und/oder stirnseitigen Ende eines Segments (7, 8) eine Endkappe (16) angeordnet ist.
10. Rotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Erregerwicklungen (6) benachbarter Rotorzähne (5) zumindest ein Stützkörper (14) zum Stützen der Erregerwicklungen (6) angeordnet ist.
11. Rotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerwicklungen (6) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
12. Verfahren zur Fertigung des Rotors (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Segmente (7, 8) verschiedener Art über eine Verfahrensfolge des Vormontierens (100) des Rotors (1) bereitgestellt werden und in einer, insbesondere mittelbar darauffolgenden Verfahrensfolge des Endmontierens (102) des Rotors (1) aus Segmenten (7, 8) einer Art zunächst eine Teilbaugruppe (9) dieser Segmente (7, 8) angeordnet (206) und anschließend durch ein formschlüssiges Verbinden von Segmenten (7, 8) einer weiteren Art mit den Segmenten (7, 8) der Teilbaugruppe (9) eine Vollbaugruppe (10) der Segmente (7, 8) erzeugt (207) wird.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle-Nabe-Verbindung (20) zwischen Rotorwelle (2) und Rotorpaket (3) in der Verfahrensfolge des Endmontierens (102) ausgebildet wird, indem die Rotorwelle (2) kraft- und/oder formschlüssig mit der Vollbaugruppe (10) der Segmente (7, 8) gefügt (208) wird.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Segmente (7, 8) über die Verfahrensfolge des Vormontierens (100) je Segment (7, 8) ein Wickeln (203) der Erregerwicklung (6) auf ein separates, einen Rotorzahn (5) und einen Abschnitt (30) des Rotorjochs (4) umfassendes Teilstück (29, 32) des Rotorpakets (3) beinhaltet.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Segmente (7, 8) über die Verfahrensfolge des Vormontierens (100) je Segment (7, 8) ein Imprägnieren (204) der auf das separate Teilstück (29, 32) gewickelten Erregerwicklung (6) beinhaltet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor eines Elektromotors, wobei der Rotor ein auf einer Rotorwelle des Rotors angeordnetes Rotorpaket und das Rotorpaket ein Rotorjoch sowie eine Mehrzahl Rotorzähne umfasst, welche jeweils eine Erregerwicklung tragen. Hierbei weist der Rotor zudem wenigstens zwei zumindest das Rotorpaket in Umfangsrichtung des Rotors zergliedernde Segmente auf, wobei ein jeweiliges Segment wenigstens einen Rotorzahn mitsamt dessen Erregerwicklung sowie zumindest eine Teilmenge der Segmente einen mit einem jeweiligen Rotorzahn des Segments einteilig ausgeführten Abschnitt des Rotorjochs umfasst. Die Segmente sind dabei miteinander über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung gefügt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fertigung eines Rotors. Fremderregte Synchronmaschinen sind in der Industrie aufgrund ihrer präzisen Steuerbarkeit und hohen Effizienz weit verbreitet. Im Gegensatz zu permanenterregten Synchronmaschinen sind sie nicht auf Permanentmagnete und/oder die dafür benötigten Rohstoffe, insbesondere Seltenerdmetalle, angewiesen. Dies ermöglicht es, auch bei einer Verknappung dieser Rohstoffe, den Bedarf an Antrieben, beispielsweise in der Automobilindustrie, durch fremderregte Synchronmaschinen zu decken. Allerdings ist die Herstellung des Rotors für fremderregte Synchronmaschinen mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Üblicherweise werden die Spulenwicklungen mithilfe der Nadelwicklungstechnik auf ein Rotorpaket gewickelt, das aus einstückigen Rotorblechen besteht. Im Vergleich zu Verfahren wie dem Flyer-Wickeln oder der Linearwickeltechnik ist dieser Prozess deutlich langsamer, was die Produktionszeit für eine fremderregte Synchronmaschine verlängert. Aufgrund der mechanischen Einschränkungen der Nadelwicklung, insbesondere des benötigten Platzes für die Nadel im Wicklungsbereich, ist die Wicklungsdichte oft geringer als bei anderen Techniken, was zu einem niedrigeren Wicklungs- und/oder Leiterfüllfaktor und damit zu einer reduzierten Leistungsfähigkeit führt. Um diese Problematiken zu adressieren, sind bereits Lösungsansätze aus dem Stand der Technik bekannt. Die DE 10 2021 122 066 A1 gibt beispielsweise einen Rotor einer fremderregten Synchronmaschine an, wobei an den Enden eines Blechpakets des Rotors Sternscheiben angeordnet sind, von denen zumindest eine Sternscheibe eingebettete Stromschienen aufweist. Diese Stromschienen verbinden jeweils einen Polschuh oder eine Nut der Sternscheibe mit einem dazu benachbarten Polschuh oder einer dazu benachbarten Nut der Sternscheibe elektrisch leitend und weisen an ihren beiden Enden jeweils ein Kontaktierelement zur Aufnahme eines Wicklungsdrahts auf, das aus der Oberfläche der Sternscheibe herausragt. Die Kontaktierelemente stellen dabei Schnittstellen zwischen einer auf dem Rotor gewickelten Spule und den Stromschienen dar. Über die Sternscheiben lässt es sich dabei vermeiden, dass der Draht der Wicklungen der Spule mit einem trapezförmigen Wicklungsaufbau zum Joch zurückgeführt werden muss, sondern der Stromkreis über die Stromschienen der Sternscheiben geschlossen wird. So lässt sich zwar die Effizienz und Leistungsdichte der Synchronmaschine erhöhen, in nachteiliger Weise müssen die Wicklungen aufgrund der einteiligen Ausgestaltung des Rotorpakets aber dennoch mittels Nadelwickeltechnik auf das Rotorpaket aufgebracht werden. Weiterhin beschreibt die DE 10 2020 107 830 A1 einen Rotor für eine fremderregte Synchronmaschine, welcher einen zylindrischen Grundkörper mit mehreren axial verlaufenden Verbindungsnuten umfasst. Dabei sind mehrere radial am Grundkörper angeordnete Rotorzähne aus einem magnetischen Material in die Verbindungsnuten eingesetzt, wobei diese in radialer Richtung eine ringförmig abschließende Form ausbilden. Um einen jeweiligen Rotorzahn ist dabei eine elektrische Wicklung ausgeführt. Die Wicklung lässt sich dabei vor dem Fügen der Rotorzähne mit dem Grundkörper auf die Rotorzähne aufbringen. Hierdurch kann ein höherer Kupferfüllfaktor im Rotor erzielt werden, da, aufgrund eines nicht vorzusehenden Vorhalts für eine Nadel oder ein Werkzeug, der Wickelbereich eines jeweiligen Rotorzahns komplett vollgewickelt werden kann. Darüber hinaus können zueinander benachbarte Rotorzähne mittels eines Backlacks miteinander verbunden, insbesondere vollflächig verklebt sein. In radialer Richtung ist um die Rotorzähne zudem eine Hülse angeordnet, welche aus einem amagnetischen Material, insbesondere einem karbonfaserverstärktem Kunststoff besteht. Die Hülse lässt sich auf die ringförmig abschließende Form aufbringen, hält somit die Rotorzähne am Grundkörper und nimmt bei hohen Drehzahlen auf den Grundkörper und die Rotorzähne wirkende Fliehkräfte auf. Durch die DE 10 2022 204 361 A1 ist ein weiterer Rotor für eine fremderregte Synchronmaschine bekannt, bei dem der Wicklungsträger nicht aus einzelnen, einstückig geformten Blechteilen besteht, sondern aus mindestens zwei Teilsegmenten, die über Stifte gelenkig mi