WO2017202518A1 - Rotor einer elektrischen maschine - Google Patents

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WO2017202518A1 PCT/EP2017/056716 EP2017056716W WO2017202518A1 WO 2017202518 A1 WO2017202518 A1 WO 2017202518A1 EP 2017056716 W EP2017056716 W EP 2017056716W WO 2017202518 A1 WO2017202518 A1 WO 2017202518A1
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Matthias ROEPKE
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]

Definitions

  • the invention relates to a rotor of an electric machine according to the preamble of the main claim.
  • Main claim has the advantage that the adhesive or resin is cured by means of light, whereby the time for curing of the adhesive or resin is greatly shortened and energy consumption is significantly reduced.
  • Embodiment formed by a particular rod or cylindrical cavity.
  • Embodiment may be introduced during the manufacturing process light for curing the adhesive or resin in the pockets. These optical fibers remain in the pockets after curing of the adhesive or resin. According to the second embodiment, after curing of the adhesive or resin, the optical fibers are withdrawn from the pockets of the rotor so that only voids remain in the pockets of the rotor.
  • optical fibers or the cavities extend over the entire axial length of the pockets, since good curing of the adhesive or resin over the entire axial length of the pockets can be achieved in this way.
  • optical fibers are formed as glass fiber, since in this way a light curing of the adhesive or resin can be achieved.
  • light-scattering means in particular reflective particles, are provided in the optical waveguide, since the light in this way is particularly uniform in all directions, in particular transversely to the longitudinal extension of the
  • the adhesive is a UV or. light-curing adhesive or the resin a UV or. light-curing resin.
  • the pockets are first filled with adhesive or resin. Then the optical fibers are inserted into the individual pockets and then the permanent magnets inserted into the pockets or vice versa. In the next step, finally, light in the Light guide for curing the adhesive or resin present in the pockets initiated.
  • the optical fibers are moved continuously or discontinuously, in particular rotated, in order to be able to pull them out of the pockets again after a predetermined period of introduction of the light.
  • Seen rotor axis each straight line from one end face to the other end face of the rotor.
  • the rotor according to the invention has no limitation, so that the method according to the invention has to be carried out on the entire rotor and not several times in succession on individual rotor packages.
  • Fig.l shows in section an electric machine with a rotor according to the invention
  • FIG. 2 shows a side view of the rotor according to Fig.l according to a first
  • FIG. 3 shows a side view of the rotor according to Fig.l according to a second
  • Fig.l shows in section an electric machine 1 with a rotor 2 according to the invention.
  • the rotor 2 of the electric machine 1 is rotatably mounted about a rotor axis 2.1 and comprises pockets 3, in each of which one or more permanent magnets 4 are arranged.
  • the pockets 3 of the rotor 2 extend in the axial direction with respect to the rotor axis 2.1 seen continuously from one end face of the rotor 2 to its other end face, preferably straight, so without steps in the individual pockets 3.
  • the rotor 2 is therefore preferably not limited.
  • the rotor 2 is formed for example as a so-called laminated core, which consists of individual, superposed laminations 2.2.
  • Permanent magnets 4 are fixed in the pockets 3 by means of an adhesive or resin 5 filled in the pockets 3.
  • the rotor 2 is surrounded for example by a stator 6, which has an electrical winding 7 for driving the rotor 2.
  • FIG. 2 shows a side view of the rotor according to Fig.l according to a first
  • the pockets 3 of the rotor 2 are distributed in particular uniformly over the circumference of the rotor 2.
  • Permanent magnets 4 required amount of adhesive or reduced resin.
  • the displacement volume 10 in the first embodiment is the displacement volume 10 in the first embodiment
  • Bags 3 each formed by a non-magnetic light guide 11, in particular a glass fiber.
  • Each permanent magnet 4 has a width b, a length l and a height h, wherein the length l of the permanent magnets 4 in the direction of the rotor axis 2.1
  • Each pocket 3 in turn has a width B, a length L and a height H.
  • the difference between the height H of the pockets 3 and the height h of the permanent magnet 4 is smaller than the difference between the width B of the pockets and the width b
  • Permanent magnets 4 The difference between the width B of the pockets 3 and the width b of the permanent magnets 4 is so dimensioned that at the opposite, the height h having sides of the respective permanent magnet 4 two
  • Spaltsammlung 12 are formed, in each of which a light guide 11 is arrangeable. In thus, in the direction of the widths B, b, each permanent magnet 4 is arranged in its pocket 3 between two light guides 11.
  • the filled in the pockets 3 adhesive or filled in the pockets 3 resin is UV or. light-curing, so hardens under the influence of UV light.
  • FIG. 3 shows a side view of the rotor according to Fig.l according to a second
  • Pockets 3 each formed by a particular rod or cylindrical cavity 14, in each of which a light guide 11 was arranged as in the first embodiment, but has been pulled out in contrast to the first embodiment during or after curing from the bag 3.
  • FIGS. 4A-4D show a simplified representation of the individual
  • a further fifth step may be provided in which the optical fibers 11 in the pockets 3, in particular during the production of the rotor according to the invention.

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Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Rotor (2) wird der Klebstoff oder das Harz (5) mittels von Licht ausgehärtet, wodurch die Zeit zur Aushärtung des Klebstoffes oder Harzes (5) stark verkürzt und der Energieverbrauch deutlich verringert wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in den Taschen (3) jeweils zumindest ein Verdrängungsvolumen (10) vorgesehen ist, über das Licht in den Klebstoff oder in das Harz (5) einleitbar ist und das die zum Befestigen der Permanentmagnete (4) benötigte Klebstoff- bzw. Harzmenge verringert.

Description

Beschreibung
Titel
Rotor einer elektrischen Maschine Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus der EP 2 582 014 AI bekannt, der Taschen und in den Taschen angeordnete Permanentmagnete aufweist. Die Permanentmagnete sind in den Taschen mittels eines in die Taschen eingefüllten Klebstoffs oder Harzes befestigt. Die Aushärtung des Klebstoffs oder Harzes erfolgt in Öfen, wobei der Aushärteprozess in den Öfen viel Zeit benötigt und einen hohen Energieaufwand erfordert.
Es ist schon ein Isolierteil eines Turbogenerators aus der DE 31 46 124 AI bekannt, das eine mit härtbarem Harz getränkte Glasfaserkordel für eine Wickelkopfabstützung ist. Die Glasfaserkordel bildet ein Lichtinitiatorsystem, das bei Belichtung eine rasche Aushärtung des Harzes bewirkt.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Rotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Klebstoff oder das Harz mittels von Licht ausgehärtet wird, wodurch die Zeit zur Aushärtung des Klebstoffes oder Harzes stark verkürzt und der Energieverbrauch deutlich verringert wird.
Außerdem wird die erforderliche Menge an Klebstoff oder Harz verringert. Dies führt insgesamt zu einer Verringerung der Herstellkosten der Rotoren.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht, indem in den Taschen jeweils zumindest ein Verdrängungsvolumen vorgesehen ist, über das Licht in den Klebstoff oder in das Harz einleitbar ist und das die zum Befestigen der Permanentmagnete benötigte Klebstoffbzw. Harzmenge verringert. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors möglich. Vorteilhafterweise kann das Verdrängungsvolumen nach einem ersten
Ausführungsbeispiel jeweils durch einen Lichtleiter oder nach einem zweiten
Ausführungsbeispiel durch einen insbesondere stab- oder zylinderförmigen Hohlraum gebildet werden. Durch die nicht magnetischen Lichtleiter gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel kann während des Herstellungsprozesses Licht zur Aushärtung des Klebstoffes oder Harzes in die Taschen eingeleitet werden. Diese Lichtleiter verbleiben nach dem Aushärten des Klebstoffes oder Harzes in den Taschen. Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Lichtleiter nach dem Aushärten des Klebstoffs oder Harzes aus den Taschen des Rotors wieder herausgezogen, so dass lediglich Hohlräume in den Taschen des Rotors zurückbleiben.
Besonders vorteilhaft ist, wenn sich Lichtleiter oder die Hohlräume über die gesamte axiale Länge der Taschen erstrecken, da auf diese Weise eine gute Aushärtung des Klebstoffes oder Harzes über die gesamte axiale Länge der Taschen hinweg erzielbar ist.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Lichtleiter als Glasfaser ausgebildet sind, da auf diese Weise eine Licht-Aushärtung des Klebstoffes oder Harzes erreichbar ist.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn im Lichtleiter lichtstreuende Mittel, insbesondere reflektierende Partikel, vorgesehen sind, da das Licht auf diese Weise besonders gleichmäßig in alle Richtungen, insbesondere quer zur Längserstreckung der
Lichtleiter, gestreut wird. Dadurch wird eine gute Aushärtung des Klebstoffes oder Harzes in den Taschen erreicht. Nach der Erfindung ist der Klebstoff ein UV-bzw. lichthärtender Klebstoff bzw. das Harz ein UV-bzw. lichthärtendes Harz.
Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Rotors werden zunächst die Taschen mit Klebstoff oder Harz befüllt. Daraufhin werden die Lichtleiter in die einzelnen Taschen eingeführt und dann die Permanentmagnete in die Taschen eingefügt oder umgekehrt. Im nächsten Verfahrensschritt wird schließlich Licht in die Lichtleiter zur Aushärtung des in den Taschen vorliegenden Klebstoffs oder Harzes eingeleitet.
Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Lichtleiter kontinuierlich oder diskontinuierlich bewegt, insbesondere gedreht, um diese nach einem vorbestimmten Zeitraum der Lichteinleitung wieder aus den Taschen herausziehen zu können.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Taschen in axialer Richtung bezüglich einer
Rotorachse gesehen jeweils geradlinig von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite des Rotors verlaufen. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist der erfindungsgemäße Rotor keine Schränkung auf, so dass das erfindungsgemäße Verfahren am ganzen Rotor und nicht mehrfach nacheinander an einzelnen Rotorpaketen durchgeführt werden muss. Zeichnung
Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig.l zeigt im Schnitt eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor,
Fig.2 eine Seitenansicht des Rotors nach Fig.l gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel,
Fig.3 eine Seitenansicht des Rotors nach Fig.l gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel und
Fig.4 eine vereinfachte Darstellung der einzelnen erfindungsgemäßen
Verfahrensschritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig.l zeigt im Schnitt eine elektrische Maschine 1 mit einem erfindungsgemäßen Rotor 2.
Der Rotor 2 der elektrischen Maschine 1 ist um eine Rotorachse 2.1 drehbar gelagert und umfasst Taschen 3, in denen jeweils ein oder mehrere Permanentmagnete 4 angeordnet sind. Die Taschen 3 des Rotors 2 verlaufen in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2.1 gesehen durchgehend von einer Stirnseite des Rotors 2 zu seiner anderen Stirnseite, und zwar vorzugsweise geradlinig, also ohne Stufen in den einzelnen Taschen 3. Der Rotor 2 ist also vorzugsweise nicht geschränkt.
Der Rotor 2 ist beispielsweise als ein sogenanntes Blechpaket ausgebildet, das aus einzelnen, übereinander angeordneten Blechlamellen 2.2 besteht. Die
Permanentmagnete 4 sind in den Taschen 3 mittels eines in die Taschen 3 eingefüllten Klebstoffs oder Harzes 5 befestigt.
Der Rotor 2 ist beispielsweise von einem Stator 6 umgeben, der eine elektrische Wicklung 7 zum Antrieb des Rotors 2 aufweist.
Fig.2 zeigt eine Seitenansicht des Rotors nach Fig.l gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel. Die Taschen 3 des Rotors 2 sind insbesondere gleichmäßig über den Umfang des Rotors 2 verteilt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in den Taschen 3 jeweils zumindest ein zusammenhängendes Verdrängungsvolumen 10 vorgesehen ist, über das Licht in den Klebstoff oder in das Harz 5 einleitbar ist und das die zum Befestigen der
Permanentmagnete 4 benötigte Klebstoff- bzw. Harzmenge verringert.
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Verdrängungsvolumen 10 in den
Taschen 3 jeweils durch einen nicht magnetischen Lichtleiter 11, insbesondere eine Glasfaser, gebildet.
Jeder Permanentmagnet 4 weist eine Breite b, eine Länge I und eine Höhe h auf, wobei die Länge I der Permanentmagnete 4 in Richtung der Rotorachse 2.1
ausgerichtet ist und die Höhe h kleiner ist als die Breite b. Jede Tasche 3 wiederum hat eine Breite B, eine Länge L und eine Höhe H. Dabei ist das Differenzmaß zwischen der Höhe H der Taschen 3 und der Höhe h der Permanentmagneten 4 kleiner als das Differenzmaß zwischen der Breite B der Taschen und der Breite b der
Permanentmagnete 4. Das Differenzmaß zwischen der Breite B der Taschen 3 und der Breite b der Permanentmagnete 4 ist so bemessen, dass an den gegenüberliegenden, die Höhe h aufweisenden Seiten des jeweiligen Permanentmagneten 4 zwei
Spalträume 12 gebildet sind, in denen jeweils ein Lichtleiter 11 anordnenbar ist. In Richtung der Breiten B,b gesehen ist also jeder Permanentmagnet 4 in seiner Tasche 3 zwischen zwei Lichtleitern 11 angeordnet.
Der in die Taschen 3 gefüllte Klebstoff ist bzw. das in die Taschen 3 gefüllte Harz ist UV-bzw. lichthärtend, härtet also unter Einwirkung des UV-Lichtes aus.
Fig.3 zeigt eine Seitenansicht des Rotors nach Fig.l gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel. Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Verdrängungsvolumen 10 in den
Taschen 3 jeweils durch einen insbesondere stab- oder zylinderförmigen Hohlraum 14 gebildet, in dem jeweils ein Lichtleiter 11 wie im ersten Ausführungsbeispiel angeordnet war, der jedoch im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel während oder nach der Aushärtung aus der Tasche 3 herausgezogen worden ist.
Die Fig.4A-Fig4D zeigen eine vereinfachte Darstellung der einzelnen
erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors. In einem ersten Schritt nach Fig.4A werden die Taschen 3 des Rotors 2 jeweils mit einer bestimmten Menge an Klebstoff oder Harz befüllt. Anschließend werden in einem zweiten Schritt nach Fig.4B jeweils ein oder mehrere Lichtleiter 11 in die einzelnen Taschen 3 eingeführt. In einem nachfolgenden dritten Schritt nach Fig.4C werden die Permanentmagnete 4 in die Taschen 3 des Rotors 2 eingefügt. In jeder Tasche 3 sind beispielsweise mehrere Permanentmagnete 4 hintereinander angeordnet. In einem weiteren vierten Schritt nach Fig.4D wird nun UV-Licht mit einer UV-Lichtquelle 15 in die einzelnen Lichtleiter 11 eingeleitet, um den in den Taschen 3 vorliegenden Klebstoff oder Harz 5 auszuhärten. Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel kann ein weiterer fünfter Schritt vorgesehen sein, bei dem die Lichtleiter 11 in den Taschen 3 insbesondere während der
Lichtaushärtung kontinuierlich oder diskontinuierlich bewegt, insbesondere gedreht werden, um ein Festkleben der Lichtleiter 11 in den Taschen 4 zu verhindern. Nach einem vorbestimmten Zeitraum der Lichteinleitung können die Lichtleiter 11 dann aus den Taschen 3 herausgezogen werden.

Claims

Ansprüche
1. Rotor einer elektrischen Maschine mit Taschen (3), mit in den Taschen (3)
angeordneten Permanentmagneten (4), die mittels eines in die Taschen (3) eingefüllten Klebstoffs oder Harzes (5) in den Taschen (3) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Taschen (3) jeweils zumindest ein
Verdrängungsvolumen (10) vorgesehen ist, über das Licht in den Klebstoff oder in das Harz (5) einleitbar ist und das die zum Befestigen der Permanentmagnete (4) benötigte Klebstoff- bzw. Harzmenge verringert.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungsvolumen (10) jeweils durch einen Lichtleiter (11) oder durch einen insbesondere stab- oder zylinderförmigen Hohlraum (14) gebildet ist.
Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lichtleiter (11) oder der Hohlraum (14) jeweils über die gesamte axiale Länge der Taschen (3) erstreckt.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter (11) als Glasfaser ausgeführt sind.
Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Lichtleiter (11) jeweils lichtstreuende Mittel, insbesondere reflektierende Partikel, vorgesehen sind.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (5) ein UV-bzw. lichthärtender Klebstoff bzw. das Harz (5) ein UV- bzw. lichthärtendes Harz ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (3) in axialer Richtung bezüglich einer Rotorachse (2.1) gesehen jeweils geradlinig von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite des Rotors (2) verlaufen.
8. Elektrische Maschine mit einem Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Rotors (2) mit Taschen (3) zur Aufnahme von
Permanentmagneten (4),
- Befüllen der Taschen (3) mit Klebstoff oder Harz (5),
- Einführen jeweils eines oder mehrerer Lichtleiter (11) in die einzelnen Taschen (3),
- Einfügen der Permanentmagnete (4) in die Taschen (3),
- Einleiten von UV-Licht in die Lichtleiter (11) zur Aushärtung des in den Taschen (3) vorliegenden Klebstoffs oder Harzes (5).
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt:
- Kontinuierliches oder diskontinuierliches Bewegen, insbesondere Drehen, der Lichtleiter (11),
- Herausziehen der Lichtleiter (11) aus den Taschen (3) nach einem
vorbestimmten Zeitraum der Lichteinleitung.
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