EP4022741A1 - Aktivteil einer elektrischen maschine, elektrische maschine und verfahren zur herstellung einer vormontierten baugruppe für den aktivteil - Google Patents

Aktivteil einer elektrischen maschine, elektrische maschine und verfahren zur herstellung einer vormontierten baugruppe für den aktivteil

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EP4022741A1
EP4022741A1 EP20754160.8A EP20754160A EP4022741A1 EP 4022741 A1 EP4022741 A1 EP 4022741A1 EP 20754160 A EP20754160 A EP 20754160A EP 4022741 A1 EP4022741 A1 EP 4022741A1
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EP
European Patent Office
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base body
active part
fastening
sheet metal
permanent magnets
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20754160.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lars Gehrke
Sven-Erik Asmussen
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4022741A1 publication Critical patent/EP4022741A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02K2213/12—Machines characterised by the modularity of some components

Definitions

  • the invention relates to an active part designed as a rotor or stator of an electrical machine's rule, with a base body and a plurality of permanent magnets attached to / in the base body.
  • the invention also relates to a corresponding electrical machine, a procedural Ren for producing a preassembled assembly for attaching at least egg nes permanent magnet to the base body of an active part of an electrical Ma machine and the use of such preassembled assemblies.
  • Such active parts that is to say rotors or stators
  • active parts which have a plurality of permanent magnets fastened on / in the base body
  • the document EP 2 149965 A1 shows a rotor (rotor) of a permanently excited Syn chron machine, in which the permanent magnets are attached via a steel bandage wound around the base body and permanent magnets.
  • the document DE 102017203736 A1 shows an electric Maschi designed as an electric motor with an internal rotor (internal rotor), which has a basic body Mais Deten as a laminated core, permanent magnets arranged on the outer circumference of the basic body and a circumferentially surrounding the laminated core and the permanent magnets de rotor receiving sleeve.
  • the permanent magnets are on the rotor receiving sleeve and between the permanent magnets formed by the laminated core holding devices in / fixed on the laminated core.
  • the document DE 202018 102332 U1 shows a rotor of an external rotor motor with a base body that is designed as a laminated return ring and with permanent magnets attached to it.
  • the return ring has radial recesses and subsequent bending legs for fastening the permanent magnets.
  • this active part of the electrical machine has one or more fastening devices made of sheet metal, each having at least one the permanent magnets and through which the permanent magnets are attached to / in the base body.
  • fastening devices are preferably provided.
  • the electrical machine is in particular a permanent magnet synchronous machine.
  • holding is to be understood as a moving hold, similar to the setting of precious stones on pieces of jewelery.
  • the production of the corresponding “setting” for the permanent magnets is usually different to the classic gemstone setting, in which the metal is driven over the stone to be set.
  • pre-assembled assemblies of permanent magnets and these permanent magnets (one) fastening devices can be formed, which can be fastened to the base body of the active part via the sheet metal fastening devices.
  • the active part of the electrical machine can be constructed in a relatively simple and convenient manner.
  • the respective arrangement of at least one permanent magnet and a fastening device engaging at least one permanent magnet form a pre-assembled assembly which is fastened on / in the base body.
  • Such an assembly is significantly easier to handle when assembling the active part of the electrical machine than the individual permanent itself.
  • each of the permanent magnets is individually fastened to / in the base body via one of the fastening devices made of sheet metal.
  • the preassembled assembly thus includes exactly one permanent magnet per fastening device (gripping these permanent magnets).
  • the respective fastening device has a fastening part via which the arrangement is fastened on / in the base body.
  • the fastening part in turn has one or more fastening structures.
  • the fastening can take place non-positively and / or positively and / or materially.
  • recesses are designed in the base body, into which at least a part of the respective arrangement engages and forms a permanent / permanent joint with the base body there.
  • This at least part of the respective arrangement is in particular the fastening part of the corresponding fastening device.
  • the preassembled subassembly from a fastening with an arrangement of the permanent magnet and one of these permanent magnets - production device is formed from sheet metal and wherein the method comprises the following steps:
  • a fastening part of the fastening device is formed during the molding process, by means of which the arrangement can be fastened to / in the base body.
  • preassembled assemblies according to the invention which are formed by orders of one fastening device and at least one permanent magnet captured by this respective fastening device, to build an active part of an electrical machine designed as a rotor or stator, the preassembled assemblies are on / in a Base body of the active part attached.
  • recesses are formed in the base body, into which at least a part of the respective arrangement, in particular a fastening part of the fastening device, engages and forms a press connection there with the base body.
  • Fig. 1 the two active parts of an electrical machine, the one active part having permanent magnets and is carried out according to a first preferred embodiment of the invention
  • Fig. 2 the process steps for Fier ein a single fastening device for folding one of the permanent magnets on the base body of the egg NEN active part shown in Fig. 1 and the setting of this permanent magnet in a holding part of this fastening device,
  • Fig. 3 the two active parts of an electrical machine, wherein the one active part has permanent magnets and is designed according to a second preferred embodiment of the invention and
  • Fig. 4 the process steps for Fier ein a single fastening device for folding one of the permanent magnets on the base body of the egg NEN active part shown in Fig. 3 and the setting of this permanent magnet in a holding part of this fastening device.
  • Fig. 1 shows the two active parts 10, 12 of an electrical machine 14.
  • a sol surface electrical machine 14 can be designed as an electric motor, as a generator or as a Motorge generator.
  • the first active part 10 of the electrical machine 14 is designed as a rotor 16 (also called a rotor) and the second active part 12 of the electrical machine 14 is designed as a stator 18 (also called a stator).
  • the rotor 16 is rotatably supported with respect to an axis 20 in a housing (not shown) of the electrical machine 14.
  • the rotor 16 and stator 18 are arranged coaxially with respect to the axis 20. There is an air gap between them.
  • the electrical machine 14 shown here is designed as an internal rotor machine, i.e. its rotor 16 is arranged radially inside the stator 18 with respect to the axis 20.
  • the electrical machine 14 shown here is a permanent magnet synchronous machine.
  • the base body 22 of the stator 18 is shown, which has an annular or sleeve-shaped yoke 24 and teeth 26 facing radially inward for windings (not shown) of the stator 18.
  • the base body 22 is formed, for example, by a laminated core.
  • the rotor 16 also has a base body 28, on the outer circumference 30 of which permanent magnets 32 are attached.
  • the fastening takes place via a plurality of fastening devices 34 made of sheet metal enclosing one of the permanent magnets 32 each, that is to say sheet metal fastening devices by means of which the permanent magnets 32 are fastened to the base body 28.
  • This base body 28 is also formed, for example, by a laminated core.
  • a respective arrangement 32, 34 results from one of the permanent magnets 32 and a fastening device 34 which grips this permanent magnet 32, where in this arrangement a preassembled (sub) subassembly which is fastened to the base body 28 is formed.
  • Each of the fastening devices 34 has a holding part 36 which grasps and thus holds the corresponding permanent magnet 32, as well as a fastening part 38 with at least one fastening structure via which the arrangement 32, 34 is fastened on / in the base body 28.
  • the outer circumference 30 of the Grundkör pers 28 (of the active part 10 of the electrical machine 14) is provided with permanent magnets 32 over the entire circumference with respect to the axis 20. These have an alternating magnetic polarity as seen in the circumferential direction.
  • the permanent magnets 32 can consist of different materials regardless of the machine type, namely: steel, aluminum-nickel-cobalt (AINiCo magnets), bismanol, ferrites, rare earth materials (rare earth magnets) such as neodymium iron Boron, samarium cobalt, etc.
  • electrical machines 14 for automotive applications space-optimized designs are predominantly to be found, be it in the segment of small drives or in the segment of traction drives. Due to the requirement to construct space-optimally, electrical machines 14 with a high hen power density is used. As shown in the example here, permanent magnet synchronous machines with rare earth materials are often used.
  • FIG. 2 shows the individual steps or partial steps (a) to (h) for producing an individual fastening device 34 for holding one of the permanent magnets 32 on the base body 28 of the first active part 10 shown in FIG Holding part 36 of this fastening device 34.
  • step (a) the initial situation, there is a corresponding flat sheet metal workpiece 42 punched in the form.
  • step (b) retaining tabs 44 are created at the ends of the sheet metal workpiece 42.
  • the sheet metal workpiece 42 is then bent into a U-shape in steps (c) and (d) and is thereby preformed.
  • step (e) the corresponding permanent magnet 32 is introduced into the preformed sheet metal workpiece 42.
  • the retaining tabs 44 already overlap the permanent magnet 32.
  • step (f) the U-shape of the preformed sheet metal workpiece 42 below the permanent magnet 32 is provided with a type of constriction that divides the preformed sheet metal workpiece 42 into two parts.
  • the upper part with the permanent magnet 32 held therein is formed into the holding part 36 by means of the further steps (g) and (h), and the lower part is formed into the fastening part 38.
  • step (g) the constriction is further reduced, so that the holding part 36 is formed, and in step (h) a T-shaped central fastening structure of the fastening part 38 is formed.
  • the fastening device 34 is thus completely formed from the preformed sheet metal workpiece 42.
  • the resulting arrangement of permanent magnet 32 and fastening device 34 forms said pre-assembled subassembly for constructing the active part 10, embodied as a rotor 16, of the electrical machine 14 shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 shows the two active parts 10, 12 of a further variant of the electrical machine 14. This only differs in details of the first active part 10 from the electrical machine shown in FIG. 1. In the following, therefore, only the differences will be discussed.
  • the fastening devices 34 have a modified shape in the area of their fastening parts 38, which enables the preassembled assemblies to be alternatively preassembled in a chain-like manner and then "slipped" onto the active part 10, which simplifies the fastening process.
  • the preassembled assemblies produced in this way are now used to assemble the active part 10 of the electrical machine 14, which is designed as a rotor 16.
  • the preassembled assemblies are attached to the outer circumference 30 of the base body 28 of the active part 10 as follows:
  • Recesses 40 are formed in the base body 28, into which at least the fastening part 38 of the fastening device 34 is brought and pressed there so that it forms a press connection there with the base body 28. In this way, all permanent magnets 32 are attached to the base body 28 of the first active part 10 of the electrical machine's rule.
  • Fig. 4 shows the individual steps (a) to (h) for Fier ein a single Be fastening device 34 for folding one of the permanent magnets 32 on the base body 28 of the first active part 10 shown in Fig. 3 and the setting of this Per manentmagneten 32 in the Holding part 36 of this fastening device 34.
  • Steps (a) to (d) for preforming the sheet metal workpiece 42 are identical to steps (a) to (d) shown in FIG. 2.
  • step (e) the corresponding permanent magnet 32 is introduced into the pre-formed sheet metal workpiece 42 and the base of the U-shape is additionally indented inward.
  • the retaining tabs 44 already overlap the permanent magnet 32.
  • step (f) the dent in the base of the U-shape of the preformed sheet metal workpiece 42 is enlarged until it reaches the permanent magnet.
  • An upper and a lower part are created again.
  • the upper part with the permanent magnet 32 held therein is made by means of the further steps (g) and (h) formed into the holding part 36 and the lower part is formed into the fastening part 38 ge.
  • step (g) the dent is enlarged until it clings to the permanent magnet and the holding part 36 is formed. This arise in the 39be rich of the fastening part 38 each have a tongue. These tongues are now formed into two fastening structures of the fastening part 38 in step (h). So that the fastening device 34 Be is completely out of the preformed sheet metal workpiece 42 is formed.
  • the resulting arrangement of permanent magnet 32 and fastening device 34 forms said preassembled subassembly for constructing active part 10, embodied as rotor 16, of electrical machine 14 shown in FIG. 3.
  • the sheet metal workpieces 42 which mechanically grip the permanent magnets 32, grip around and thus fix them, are first punched out and cold-formed.
  • the (sub) assemblies Magnetic net 32 and sheet metal workpiece 42) can then be pressed into the rotor assembly of the rotor 16.
  • the method is suitable for a variety of possible magnet shapes of the permanent magnets 32;
  • the overlap area can be adjusted according to the requirements, which allows the magnetic air gaps to be made smaller;
  • the "retaining plate” has a better magnetic flux-conducting material constant than an adhesive; the thermal conductivity in the rotor 14 is improved; the permanent magnets 32 are mechanically protected when they are pressed into the rotor 16, so that the protective surfaces are not damaged. As a result, simpler and cheaper surface treatments of the permanent magnets 32 are also possible.

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  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Aktivteil (10, 12) einer elektrischen Maschine (14), welcher als Rotor (16) oder Stator (18) für diese elektrische Maschine (14) ausgebildet ist, mit einem Grundkörper (28) und einer Mehrzahl von am/im Grundkörper (28) befestigten Permanentmagneten (32). Es ist vorgesehen, dass der Aktivteil (10, 12) eine oder mehrere Befestigungsvorrichtungen (34) aus Blech aufweist, die jeweils mindestens einen der Permanentmagnete (32) fassen und über die die Permanentmagnete (32) am/im Grundkörper (28) befestigt sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende elektrische Maschine (14), ein Verfahren zur Herstellung einer vormontierten Baugruppe für die Befestigung mindestens eines Permanentmagneten (32) an dem Grundkörper (28) eines Aktivteils (10, 12) einer elektrischen Maschine (14) und die Verwendung von derartigen vormontierten Baugruppen.

Description

Aktivteil einer elektrischen Maschine, elektrische Maschine und Verfahren zur
Herstellung einer vormontierten Baugruppe für den Aktivteil
Die Erfindung betrifft einen als Rotor oder Stator ausgebildeten Aktivteil einer elektri schen Maschine, mit einem Grundkörper und einer Mehrzahl von am/im Grundkörper befestigten Permanentmagneten.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende elektrische Maschine, ein Verfah ren zur Herstellung einer vormontierten Baugruppe für die Befestigung mindestens ei nes Permanentmagneten an dem Grundkörper eines Aktivteils einer elektrischen Ma schine und die Verwendung von derartigen vormontierten Baugruppen.
Derartige Aktivteile (also Rotoren oder Statoren) elektrischer Maschinen, die eine Mehrzahl von am/im Grundkörper befestigten Permanentmagneten aufweisen sind bekannt. Für die Art der Befestigung der Permanentmagnete an einem entsprechen den Grundkörper des Aktivteils gibt es in der Literatur diverse Beispiele. Die Druck schrift EP 2 149965 A1 zeigt einen Läufer (Rotor) einer permanenterregten Syn chronmaschine, bei der die Permanentmagnete über eine um Grundkörper und Per manentmagnete gewickelte Stahlbandage befestigt sind. Die Druckschrift DE 102017203736 A1 zeigt eine als Elektromotor ausgebildete elektrische Maschi ne mit einem innenliegenden Rotor (Innenläufer), der einen als Blechpaket ausgebil deten Grundkörper, am Außenumfang des Grundkörpers angeordnete Permanent magnete und eine das Blechpaket und die Permanentmagnete umfänglich umgeben de Rotoraufnahmehülse aufweist. Die Permanentmagnete sind über die Rotorauf nahmehülse und zwischen den Permanentmagneten vom Blechpaket gebildete Halte vorrichtungen im/am Blechpaket fixiert. Die Druckschrift DE 202018 102332 U1 zeigt einen Rotor eines Außenläufermotors mit einem Grundkörper, der als geblechter Rückschlussring ausgebildet ist und mit daran befestigten Permanentmagneten. Der Rückschlussring weist radiale Aussparungen und sich daran anschließende Biege schenkel zur Befestigung der Permanentmagnete auf. Daneben gibt es auch Aktivteile elektrischer Maschinen, bei denen die Permanentmagnete mit Klebstoff befestigt sind. Die Montage der Permanentmagnete am/im Grundkörper ist bei derartigen Aktivteilen elektrischer Maschinen mit einem bestimmten Aufwand verbunden.
Es ist Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, durch die dieser Aufwand ver ringert wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängi gen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Bei dem erfindungsgemäßen als Rotor oder Stator ausgebildeten Aktivteil für eine elektrische Maschine, welcher einen Grundkörper und einer Mehrzahl von am/im Grundkörper befestigten Permanentmagneten aufweist, ist vorgesehen, dass dieser Aktivteil der elektrischen Maschine eine oder mehrere Befestigungsvorrichtungen aus Blech aufweist, die jeweils mindestens einen der Permanentmagnete fassen und über die die Permanentmagnete am/im Grundkörper befestigt sind. Bevorzugt sind mehrere Befestigungsvorrichtungen vorgesehen. Die elektrische Maschine ist insbesondere ei ne permanenterregte Synchron-Maschine. Für solche elektrischen Maschinen gibt es diverse Anwendungen, unter anderem auch Automotive-Anwendungen.
Unter dem Begriff „Fassen“ ist ein ergreifendes Halten, ähnlich dem Fassen von Edel steinen bei Schmuckstücken, zu verstehen. Die Herstellung der entsprechenden „Fassung“ für die Permanentmagnete ist dabei in der Regel anders als bei der klassi schen Edelsteinfassung, bei der das fassende Metall über den zu fassenden Stein ge trieben wird.
Mittels der genannten Befestigungsvorrichtungen aus Blech (kurz: Blech-Befesti gungsvorrichtungen) können vormontierte Baugruppen aus Permanentmagneten und diese Permanentmagnete (ein)fassenden Befestigungsvorrichtungen gebildet werden, die über die Befestigungsvorrichtungen aus Blech am Grundkörper des Aktivteils be festigt werden können. Auf diese Weise kann der Aktivteil der elektrischen Maschine relativ einfach und komfortable aufgebaut werden. Dementsprechend bilden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die jeweilige Anordnung aus mindestens einem Permanentmagneten und einer diesen mindestens einen Permanentmagneten fassender Befestigungsvorrichtung eine vor montierte Baugruppe, die am/im Grundkörper befestigt ist. Eine solche Baugruppe ist bei der Montage des Aktivteils der elektrischen Maschine deutlich besser handhabbar als der einzelne Permanent für sich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeder der Per manentmagnete einzeln über eine der Befestigungsvorrichtungen aus Blech am/im Grundkörper befestigt. Die vormontierte Baugruppe umfasst also genau einen Perma nentmagneten pro (diesen Permanentmagneten fassender) Befestigungsvorrichtung.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die je weilige Befestigungsvorrichtung einen Befestigungsteil auf, über den die Anordnung am/im Grundkörper befestigt ist. Der Befestigungsteil weist seinerseits eine oder meh rere Befestigungsstrukturen auf.
Prinzipiell kann die Befestigung kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig erfolgen. Es ist jedoch bevorzugt vorgesehen, dass im Grundkörper Ausnehmungen ausgebil det sind, in die zumindest ein Teil der jeweiligen Anordnung eingreift und dort mit dem Grundkörper eine dauerhafte/unlösbare Fügeverbindung bildet. Dieser zumindest eine Teil der jeweiligen Anordnung ist insbesondere der Befestigungsteil der entsprechen den Befestigungsvorrichtung.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem als Rotor ausgebildeten Aktivteil und einem als Stator ausgebildeten Aktivteil ist vorgesehen, dass einer dieser Aktivteile als vorstehend genannter Aktivteil ausgebildet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer vormontierten Baugrup pe für die Befestigung mindestens eines Permanentmagneten an dem Grundkörper eines Aktivteils einer elektrischen Maschine, insbesondere eines vorstehend genann ten Aktivteils, wobei die vormontierte Baugruppe von einer mit einer Anordnung aus dem Permanentmagnet und einer diesen Permanentmagneten fassenden Befesti- gungsvorrichtung aus Blech gebildet wird und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
(i) Bereitstellen des mindestens einen Permanentmagneten und eines Blechwerk stücks zur Herstellung der Befestigungsvorrichtung aus Blech;
(ii) Vorformen des Blechwerkstücks;
(iii) Fassen des mindestens einen Permanentmagneten im vorgeformten Blechwerk stück und
(iv) Ausformen der Befestigungsvorrichtung aus dem vorgeformten Blechwerkstück. Unter dem Begriff „Fassen“ ist ein ergreifendes Halten, ähnlich dem Fassen von Edel steinen bei Schmuckstücken, zu verstehen. Das „Vorformen“ und das „Ausformen“ er folgt dabei im Wesentlichen durch Umformen des Blechwerkstücks.
Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass beim Ausformen ein Befestigungsteil der Befes tigungsvorrichtung geformt wird, über den die Anordnung am/im Grundkörper befes tigbar ist.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von vormontierten Baugruppen, die von An ordnungen aus je einer Befestigungsvorrichtung und mindestens einem von dieser je weiligen Befestigungsvorrichtung gefassten Permanentmagneten gebildet werden, zum Aufbau eines als Rotor oder Stator ausgebildeten Aktivteils einer elektrischen Maschine, werden die vormontierten Baugruppen an/in einem Grundkörper des Aktiv teils befestigt.
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass im Grundkörper Ausnehmungen ausgebildet sind, in die zumindest ein Teil der jeweiligen Anordnung, insbesondere ein Befesti gungsteil der Befestigungsvorrichtung, eingreift und dort mit dem Grundkörper eine Pressverbindung bildet.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfol gend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen: Fig. 1 : die beiden Aktivteile einer elektrischen Maschine, wobei der eine Aktivteil Per manentmagnete aufweist und gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Er findung ausgeführt ist,
Fig. 2: die Verfahrensschritte zur Fierstellung einer einzelnen Befestigungsvorrichtung zum Flalten eines der Permanentmagnete am Grundkörper des in Fig. 1 gezeigten ei nen Aktivteils und das Einfassen dieses Permanentmagneten in einem Halteteil dieser Befestigungsvorrichtung,
Fig. 3: die beiden Aktivteile einer elektrischen Maschine, wobei der eine Aktivteil Per manentmagnete aufweist und gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ausgeführt ist und
Fig. 4: die Verfahrensschritte zur Fierstellung einer einzelnen Befestigungsvorrichtung zum Flalten eines der Permanentmagnete am Grundkörper des in Fig. 3 gezeigten ei nen Aktivteils und das Einfassen dieses Permanentmagneten in einem Halteteil dieser Befestigungsvorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt die beiden Aktivteile 10, 12 einer elektrischen Maschine 14. Eine sol che elektrische Maschine 14 kann als Elektromotor, als Generator oder als Motorge nerator ausgebildet sein. Der erste Aktivteil 10 der elektrischen Maschine 14 ist als Rotor 16 (auch Läufer genannt) und der zweite Aktivteil 12 der elektrischen Maschine 14 ist als Stator 18 (auch Ständer genannt) ausgebildet. Der Rotor 16 ist im Gegen satz zum Stator 18 bezüglich einer Achse 20 in einem (nicht gezeigten) Gehäuse der elektrischen Maschine 14 drehbar gelagert. Rotor 16 und Stator 18 sind bezüglich der Achse 20 koaxial angeordnet. Zwischen ihnen ergibt sich ein Luftspalt. Die hier ge zeigte elektrische Maschine 14 ist als Innenläufer-Maschine ausgebildet, d.h. ihr Rotor 16 ist bezüglich der Achse 20 radial innerhalb des Stators 18 angeordnet. Die hier ge zeigte elektrische Maschine 14 ist eine permanenterregte Synchron-Maschine.
Vom Stator 18 ist lediglich ein Grundkörper 22 gezeigt, der ein ring- bzw. hülsenförmi ges Joch 24 sowie radial nach innen gewandte Zähne 26 für (nicht gezeigte) Wicklun gen des Stators 18 aufweist. Der Grundkörper 22 wird dabei beispielsweise von einem Blechpaket gebildet. Der Rotor 16 weist ebenfalls einen Grundkörper 28 auf, an dessen Außenumfang 30 Permanentmagnete 32 befestigt sind. Die Befestigung erfolgt dabei über eine Mehr zahl von je einen der Permanentmagnete 32 einfassenden Befestigungsvorrichtungen 34 aus Blech, also Blech-Befestigungsvorrichtungen, über die die Permanentmagnete 32 am Grundkörper 28 befestigt sind. Auch dieser Grundkörper 28 wird beispielsweise von einem Blechpaket gebildet.
Es ergibt sich eine jeweilige Anordnung 32, 34 aus einem der Permanentmagneten 32 und einer diesen Permanentmagneten 32 fassenden Befestigungsvorrichtung 34, wo bei diese Anordnung eine vormontierte (Unter-)Baugruppe bildet, die am Grundkörper 28 befestigt ist.
Jede der Befestigungsvorrichtungen 34 weist einen Halteteil 36 auf, der den entspre chenden Permanentmagneten 32 fasst und damit hält, sowie einen Befestigungsteil 38 mit mindestens einer Befestigungsstruktur, über die die Anordnung 32, 34 am/im Grundkörper 28 befestigt ist. Auf diese Weise ist der Außenumfang 30 des Grundkör pers 28 (des Aktivteils 10 der elektrischen Maschine 14) bezüglich der Achse 20 voll umfänglich mit Permanentmagneten 32 versehen. Diese haben eine in Umfangsrich tung gesehen alternierende magnetische Polung.
Die Permanentmagnete 32 können unabhängig vom Maschinentyp aus unterschiedli chen Werkstoffen bestehen, nämlich: aus Stahl, aus Aluminium-Nickel-Kobalt (AINiCo-Magnete), aus Bismanol, aus Ferriten, aus Selten-Erden-Materialien (Seltenerdmagnete) wie Neodym-Eisen-Bor, Samarium- Kobalt, etc.
Bei elektrischen Maschinen 14 für automotive Anwendungen sind vorwiegend bau raumoptimierte Designs anzutreffen, sei es im Segment der Kleinantriebe oder im Segment der Traktionsantriebe. Aufgrund der Anforderung bauraumoptimal zu kon struieren, werden, je nach Anwendungsgebiet, elektrische Maschinen 14 mit einer ho- hen Leistungsdichte verwendet. Dabei kommen -wie hier im Beispiel gezeigt- häufig permanenterregte Synchronmaschinen mit Selten-Erden-Materialien zum Einsatz.
Die Fig. 2 zeigt die einzelnen Schritte bzw. Teilschritte (a) bis (h) zur Herstellung einer einzelnen Befestigungsvorrichtung 34 zum Halten eines der Permanentmagnete 32 am Grundkörper 28 des in Fig. 1 gezeigten ersten Aktivteils 10 und das Einfassen dieses Permanentmagneten 32 in den Halteteil 36 dieser Befestigungsvorrichtung 34.
Bei Schritt (a), der Ausgangssituation, liegt ein entsprechendes ebenes Blechwerk stück 42 in Form gestanzt vor.
In Schritt (b) werden an den Enden des Blechwerkstücks 42 Haltelasche 44 erstellt. Anschließend wird das Blechwerkstück 42 bei den Schritten (c) und (d) in eine U-Form gebogen und ist dadurch vorgeformt.
Bei Schritt (e) wird der entsprechende Permanentmagnet 32 in das vorgeformte Blechwerkstück 42 eingebracht. Die Haltelaschen 44 übergreifen dabei bereits den Permanentmagneten 32. Anschließend wird in Schritt (f) die U-Form des vorgeformten Blechwerkstücks 42 unterhalb des Permanentmagneten 32 mit einer Art Einschnürung versehen, die die vorgeformte Blechwerkstück 42 in zwei Teile unterteilt. Der obere Teil mit dem darin gehaltenen/gefassten Permanentmagneten 32 wird mittels der wei teren Schritte (g) und (h) zum Halteteil 36 geformt und der untere Teil wird zum Befes tigungsteil 38 geformt.
Bei Schritt (g) wird die Einschnürung weiter verringert, sodass sich der Halteteil 36 ausformt und in Schritt (h) wird eine T-förmige zentrale Befestigungsstruktur des Be festigungsteils 38 geformt. Damit ist die Befestigungsvorrichtung 34 vollständig aus dem vorgeformten Blechwerkstück 42 ausgeformt. Die dabei entstandene Anordnung aus Permanentmagnet 32 und Befestigungsvorrichtung 34 bildet die besagte vormon tierte Baugruppe zum Aufbau des als Rotor 16 ausgebildeten Aktivteils 10 der in Fig. 1 gezeigten elektrischen Maschine 14.
Die Fig. 3 zeigt die beiden Aktivteile 10, 12 einer weiteren Variante der elektrischen Maschine 14. Diese unterscheidet sich lediglich in Details des ersten Aktivteils 10 von der in Fig. 1 gezeigten elektrischen Maschine. Im Folgenden soll daher nur auf die Un terschiede eingegangen werden.
Die Befestigungsvorrichtungen 34 haben im Bereich ihrer Befestigungsteile 38 eine abgeänderte Form, die es ermöglicht, dass die vormontierten Baugruppen alternativ kettenartig vormontiert werden und dann auf den Aktivteil 10 "gestülpt" werden was den Fierstellungsprozess vereinfacht.
Die so erstellten vormontierten Baugruppen werden nun zum Aufbau des als Rotor 16 ausgebildeten Aktivteils 10 der elektrischen Maschine 14 verwendet. Dazu werden die vormontierten Baugruppen an dem Außenumfang 30 des Grundkörpers 28 des Aktiv teils 10 wie folgt befestigt:
Im Grundkörper 28 sind Ausnehmungen 40 ausgebildet, in die zumindest der Befesti gungsteil 38 der Befestigungsvorrichtung 34 gebracht und dort verpresst wird, sodass er dort mit dem Grundkörper 28 eine Pressverbindung bildet. Auf diese Weise werden alle Permanentmagneten 32 am Grundkörper 28 des ersten Aktivteils 10 der elektri schen Maschine befestigt.
Die Fig. 4 zeigt die einzelnen Schritte (a) bis (h) zur Fierstellung einer einzelnen Be festigungsvorrichtung 34 zum Flalten eines der Permanentmagnete 32 am Grund körper 28 des in Fig. 3 gezeigten ersten Aktivteils 10 und das Einfassen dieses Per manentmagneten 32 in den Halteteil 36 dieser Befestigungsvorrichtung 34.
Die Schritte (a) bis (d) zum Vorformen des Blechwerkstücks 42 sind identisch zu den in Fig. 2 gezeigten Schritten (a) bis (d).
Bei Schritt (e) wird der entsprechende Permanentmagnet 32 in das vorgeformte Blechwerkstück 42 eingebracht und zusätzlich die Basis der U-Form nach innen ein- gedellt. Die Haltelaschen 44 übergreifen dabei bereits den Permanentmagneten 32. Anschließend wird in Schritt (f) die Delle in der Basis der U-Form des vorgeformten Blechwerkstücks 42 so weit vergrößert, bis sie an den Permanentmagneten heran reicht. Es entstehen wieder ein oberer und ein unterer Teil. Der obere Teil mit dem da rin gehaltenen/gefassten Permanentmagneten 32 wird mittels der weiteren Schritte (g) und (h) zum Halteteil 36 geformt und der untere Teil wird zum Befestigungsteil 38 ge formt.
Bei Schritt (g) wird die Delle so weit vergrößert, bis sie sich an den Permanentmagne ten anschmiegt und sich der Halteteil 36 ausformt. Dabei entstehen in den Seitenbe reichen des Befestigungsteils 38 je eine Zunge. Diese Zungen werden nun in Schritt (h) zu zwei Befestigungsstrukturen des Befestigungsteils 38 geformt. Damit ist die Be festigungsvorrichtung 34 vollständig aus dem vorgeformten Blechwerkstück 42 ausge formt. Die dabei entstandene Anordnung aus Permanentmagnet 32 und Befesti gungsvorrichtung 34 bildet die besagte vormontierte Baugruppe zum Aufbau des als Rotor 16 ausgebildeten Aktivteils 10 der in Fig. 3 gezeigten elektrischen Maschine 14.
Im Folgenden sollen Details und Vorteile ausgewählter Ausführungsformen der Erfin dung noch einmal mit anderen Worten beschrieben werden.
Zum Erstellen der vormontierten Baugruppen werden die Blechwerkstücke 42, die die Permanentmagnete 32 mechanisch greifen, umgreifen und somit fixieren zunächst ausgestanzt und kaltumgeformt. Anschließend können die (Unter-)Baugruppen (Mag net 32 und Blechwerkstück 42) in die Rotorbaugruppe des Rotors 16 eingepresst wer den.
Ein solches Vorgehen weist gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile auf:
1 . Mechanische Pressverbindungen lassen sich mit einer großen Zuverlässigkeit be rechnen und simulieren; bei Klebeverbindungen muss hingegen jede Fügestelle separat entwickelt und in der Praxis geprüft werden, da die einzige valide Angabe im Datenblatt eines Klebstoffs die Temperatur ist, bei der der Klebstoff thermisch zerstört werden.
2. Das Verfahren eignet sich für eine Vielzahl von möglichen Magnetformen der Per manentmagnete 32;
3. der Montageprozess kann auf separaten Montagestellen erfolgen;
4. kein Klebstoff-Handling; keine Trocknungszeit;
5. die Überlappungsfläche kann entsprechend der Anforderungen angepasst werden, wodurch die magnetischen Luftspalte kleiner gestaltet werden können;
6. anschließendes Umspritzen mit Kunststoff ist ebenfalls möglich; das "Halteblech" besitzt eine bessere magnetflussleitende Materialkonstante als ein Klebstoff; die thermische Leitfähigkeit im Rotor 14 wird verbessert; die Permanentmagnete 32 werden beim Einpressen in den Rotor 16 mechanisch geschützt, sodass die Schutzoberflächen nicht beschädigt werden. Dadurch sind auch einfachere und günstigere Oberflächenbehandlungen der Permanentmagnete 32 möglich.
Bezuqszeichenliste erster Aktivteil zweiter Aktivteil elektrische Maschine Rotor Stator Achse Grundkörper (Stator) Joch (Stator) Zahn Grundkörper (Rotor) Außenumfang Permanentmagnet Befestigungsvorrichtung Halteteil (Befestigungsvorrichtung) Befestigungsteil (Befestigungsvorrichtung) Ausnehmung Blechwerkstück Haltelasche

Claims

Patentansprüche
1. Aktivteil (10, 12) einer elektrischen Maschine (14), welcher als Rotor (16) oder Stator (18) für diese elektrische Maschine (14) ausgebildet ist, mit einem Grundkörper (28) und einer Mehrzahl von am/im Grundkörper (28) befestigten Permanentmagneten (32), gekennzeichnet durch eine oder mehrere Befestigungsvorrichtungen (34) aus Blech, die jeweils mindestens einen der Permanentmagnete (32) fassen und über die die Permanentmagnete (32) am/im Grundkörper (28) befestigt sind.
2. Aktivteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Anord nung aus einer dieser Befestigungsvorrichtungen (34) und mindestens einem von die ser Befestigungsvorrichtung (34) gefassten Permanentmagneten (32) eine vormontier te Baugruppe bilden, die am/im Grundkörper (28) befestigt ist.
3. Aktivteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Permanentmagnete (32) einzeln über eine der Befestigungsvorrichtungen (34) aus Blech am/im Grundkörper (28) befestigt ist.
4. Aktivteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Befestigungsvorrichtung (34) einen Befestigungsteil (38) aufweist, über den die Anordnung am/im Grundkörper (28) befestigt ist.
5. Aktivteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper (28) Ausnehmungen (40) ausgebildet sind, in die zumindest ein Teil der jeweiligen Anordnung (38), insbesondere der Befestigungsteil (38), eingreift und dort mit dem Grundkörper (28) eine dauerhafte Fügeverbindung bildet.
6. Elektrische Maschine (14) mit einem als Rotor (16) ausgebildeten Aktivteil (10) und einem als Stator (18) ausgebildeten Aktivteil (12), dadurch gekennzeichnet, dass einer dieser Aktivteile (10, 12) als Aktivteil (10, 12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
7. Verfahren zur Herstellung einer vormontierten Baugruppe für die Befestigung mindestens eines Permanentmagneten (32) an dem Grundkörper (28) eines Aktivteils (10, 12) einer elektrischen Maschine (14), insbesondere eines Aktivteils (10, 12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die vormontierte Baugruppe von einer mit einer Anordnung aus dem Permanentmagnet (32) und einer diesen Permanentmagneten (32) fassenden Befestigungsvorrichtung (34) aus Blech gebildet wird und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen des Permanentmagneten (32) und eines Blechwerkstücks (42) zur Herstellung der Befestigungsvorrichtung (34) aus Blech;
Vorformen des Blechwerkstücks (42);
Fassen des Permanentmagneten (32) im vorgeformten Blechwerkstück (42) und
Ausformen der Befestigungsvorrichtung (34) aus dem vorgeformten Blechwerk stück (42).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausformen ein Befestigungsteil (38) der Befestigungsvorrichtung (34) geformt wird, über den die Anordnung am/im Grundkörper (28) befestigbar ist.
9. Verwendung von vormontierten Baugruppen, die von Anordnungen aus je einer Befestigungsvorrichtung (34) und mindestens einem von dieser Befestigungsvorrich tung (34) gefassten Permanentmagneten (32) gebildet werden, zum Aufbau eines als Rotor (16) oder Stator (18) ausgebildeten Aktivteils (10, 12) einer elektrischen Ma schine (14), wobei die vormontierten Baugruppen an/in einem Grundkörper (28) des Aktivteils (10, 12) befestigt werden.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper (28) Ausnehmungen (40) ausgebildet sind, in die zumindest ein Teil der jeweiligen Anordnung (38), insbesondere ein Befestigungsteil (38) der Befestigungsvorrichtung (34), eingreift und dort mit dem Grundkörper (28) eine Pressverbindung bildet.
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