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DE102022004795B4 - Rotor for an electrical machine, in particular an axial flux machine, and a corresponding electrical machine - Google Patents

Rotor for an electrical machine, in particular an axial flux machine, and a corresponding electrical machine Download PDF

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DE102022004795B4
DE102022004795B4 DE102022004795.0A DE102022004795A DE102022004795B4 DE 102022004795 B4 DE102022004795 B4 DE 102022004795B4 DE 102022004795 A DE102022004795 A DE 102022004795A DE 102022004795 B4 DE102022004795 B4 DE 102022004795B4
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rotor
rotor core
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radial inner
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Inventor
Jochen Haefner
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Mercedes Benz Group AG
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Mercedes Benz Group AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2793Rotors axially facing stators
    • H02K1/2795Rotors axially facing stators the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2798Rotors axially facing stators the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets where both axial sides of the stator face a rotor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine elektrische Maschine (3), wobei der Rotor (1) in Bezug zu einer Rotorachse (2) drehbar ist, miteinem scheibenförmigen Rotorgrundkörper (5), undeinem scheibenförmigen Rotorkern (6), welcher an dem Rotorgrundkörper (5) angeordnet ist, wobei- ein radialer Außenbereich (11) des Rotorkerns (6) durch einen radialen Außenbereich (12) des Rotorgrundkörpers (5) begrenzt ist,- ein radialer Innenbereich (13) des Rotorkerns (6) durch einen radialen Innenbereich (14) des Rotorgrundkörpers (5) begrenzt ist, und- der radiale Innenbereich (13) des Rotorkerns (6) und der radiale Innenbereich (14) des Rotorgrundkörpers (5) beabstandet zueinander angeordnet sind.Hierbei ist eine axiale Steifigkeit des Rotorkerns (6) am radialen Innenbereich (13) des Rotorkerns (6) gegenüber einer axialen Steifigkeit des radialen Außenbereichs (11) des Rotorkerns (6) und/oder einer axialen Steifigkeit eines radialen Mittenbereichs des Rotorkerns (6) reduziert.Erfindungsgemäß ist die axiale Steifigkeit des Rotorkerns (6) am radialen Innenbereich (13) des Rotorkerns (6) durch eine Ausnehmung (22), insbesondere in Form einer umlaufenden Nut, reduziert.Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine (3).The invention relates to a rotor (1) for an electrical machine (3), wherein the rotor (1) is rotatable in relation to a rotor axis (2), with a disk-shaped rotor base body (5), and a disk-shaped rotor core (6) which is arranged on the rotor base body (5), wherein - a radial outer region (11) of the rotor core (6) is delimited by a radial outer region (12) of the rotor base body (5), - a radial inner region (13) of the rotor core (6) is delimited by a radial inner region (14) of the rotor base body (5), and - the radial inner region (13) of the rotor core (6) and the radial inner region (14) of the rotor base body (5) are arranged at a distance from one another. In this case, an axial stiffness of the rotor core (6) at the radial inner region (13) of the rotor core (6) is compared to an axial stiffness of the radial outer region (11) of the rotor core (6) and/or an axial rigidity of a radial central region of the rotor core (6). According to the invention, the axial rigidity of the rotor core (6) at the radial inner region (13) of the rotor core (6) is reduced by a recess (22), in particular in the form of a circumferential groove. Furthermore, the invention relates to an electrical machine (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor in Bezug zu einer Rotorachse drehbar ist. Der Rotor weist einen scheibenförmigen Rotorgrundkörper und einen scheibenförmigen Rotorkern, welcher an dem Rotorgrundkörper angeordnet ist, auf. Ein radialer Außenbereich des Rotorkerns ist durch einen radialen Außenbereich des Rotorgrundkörpers begrenzt und ein radialer Innenbereich des Rotorkerns ist durch einen radialen Innenbereich des Rotorgrundkörpers begrenzt.The invention relates to a rotor for an electrical machine, wherein the rotor is rotatable in relation to a rotor axis. The rotor has a disk-shaped rotor base body and a disk-shaped rotor core, which is arranged on the rotor base body. A radial outer region of the rotor core is delimited by a radial outer region of the rotor base body and a radial inner region of the rotor core is delimited by a radial inner region of the rotor base body.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Stator und zumindest einem Rotor.Furthermore, the invention relates to an electrical machine with a stator and at least one rotor.

Bei Axialflussmaschinen als elektrische Maschinen haben die Rotoren konzeptbedingt große Durchmesser. Daher erreichen deren Randbereiche bei hohen Drehzahlen sehr große Umfanggeschwindigkeiten, aus denen hohe Fliehkräfte resultieren. Die Rotoren bestehen zwar aus unterschiedlichen Komponenten, sind aber konstruktiv als Vollscheiben ausgeführt, um eine widerstandsarme, akustisch unauffällige Aerodynamik aufzuweisen.In axial flow machines as electrical machines, the rotors have large diameters due to their design. Therefore, their edge areas reach very high circumferential speeds at high speeds, which result in high centrifugal forces. Although the rotors consist of different components, they are designed as solid disks in order to have low-drag, acoustically inconspicuous aerodynamics.

Beispielsweise zeigen die EP 3 687 047 A1 , die WO 2016 / 113 567 A1 und die US 2015 / 0 244 219 A1 Axialflussmaschinen mit einem scheibenförmigen Rotor.For example, the EP 3 687 047 A1 , the WO 2016 / 113 567 A1 and the US 2015 / 0 244 219 A1 Axial flow machines with a disk-shaped rotor.

Aus der gattungsbildende Schrift JP 2009 - 131 087 A ist ein Rotor einer elektrischen Maschine bekannt, dessen Festigkeit in Richtung seiner Drehachse verbessert ist. Der spiralförmig gewickelte Rotorkern und die Magnete sind in einen konkaven Raum im Außenbereich des Rotorgrundkörper angeordnet wobei diese durch die besondere Form des Raums mit einem Verbindungselement darin fixiert und gehalten werden.From the genre-defining text JP 2009 - 131 087 A A rotor of an electrical machine is known whose strength is improved in the direction of its axis of rotation. The spiral-wound rotor core and the magnets are arranged in a concave space in the outer area of the rotor base body, and are fixed and held in place by a connecting element due to the special shape of the space.

Die JP 2006 - 304 474 A beschreibt einen Elektromotor mit axialem Luftspalt, der unter Verwendung eines Reluktanzdrehmoments ein hohes Drehmoment und eine hohe Leistung erreicht. Hierzu sind Magnete in Aufnahmebereiche des Rotorgrundkörper angeordnet, welche in manchen Ausführungsformen durch ein Rotorkern als Joch überdeckt werden. Je nach Ausführung kann dabei das Joch unterschiedliche Formen aufweisen und dabei auch unterschiedliche Festigkeiten zum Rotor beitragen.The JP 2006 - 304 474 A describes an electric motor with an axial air gap that achieves high torque and high performance using a reluctance torque. For this purpose, magnets are arranged in receiving areas of the rotor base body, which in some embodiments are covered by a rotor core as a yoke. Depending on the design, the yoke can have different shapes and also contribute different strengths to the rotor.

Die Schrift JP 2021 - 2 914 A offenbart eine elektrische Maschine mit axialem Luftspalt, wobei der Rotor aus einem Rotorgrundkörper besteht, in dessen umlaufende Nut Magnete angeordnet sind, die mit Harz fixiert sind. Die Nut weißt Vertiefungen auf, durch die das Harz formschlüssig die Magnete gesichert in der Nut halten kann.The document JP 2021 - 2 914 A discloses an electrical machine with an axial air gap, wherein the rotor consists of a rotor base body in whose circumferential groove magnets are arranged, which are fixed with resin. The groove has recesses through which the resin can hold the magnets securely in the groove in a form-fitting manner.

Ergänzend offenbart die CN 214 124 956 U ebenfalls einen elektrischen Motor mit axialer Permanentmagnetnabe, wobei hier auf einem blechförmigen Rotorkern die Permanentmagnete in Aufnahmen eines Stahlrahmens eingefügt und gehalten sind.In addition, the CN 214 124 956 U also an electric motor with an axial permanent magnet hub, where the permanent magnets are inserted and held in receptacles of a steel frame on a sheet-metal rotor core.

Nachteil bei den Axialflussmaschinen im Stand der Technik ist zum einen der, dass der Rotor einer Axialflussmaschine eine stoffschlüssige Verbindung von Rotorjoch zu Rotorgrundkörper, insbesondere zwischen Magnet und Magnetträger zum Rotorjoch, im Innenradius einen Bereich hoher Spannungskonzentration darstellt. Ursache ist die Verformung der angrenzenden Bereiche unter Fliehkrafteinfluss. Zu hohe Fliehkräfte zerstören den Rotorverbund und begrenzen daher die maximal zulässige Drehzahl. Eine E-Maschine mit niedriger Maximaldrehzahl weist nur eine geringe Leistungsfähigkeit auf.One disadvantage of the axial flux machines in the state of the art is that the rotor of an axial flux machine is a material connection between the rotor yoke and the rotor base body, in particular between the magnet and the magnet carrier to the rotor yoke, and represents an area of high stress concentration in the inner radius. The reason for this is the deformation of the adjacent areas under the influence of centrifugal force. Excessive centrifugal forces destroy the rotor assembly and therefore limit the maximum permissible speed. An electric machine with a low maximum speed has only low performance.

Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor, insbesondere für eine Axialflussmaschine, zu schaffen, welcher in einem höheren Drehzahlbereich betrieben werden kann als im Stand der Technik.Therefore, an object of the present invention is to provide a rotor, in particular for an axial flow machine, which can be operated in a higher speed range than in the prior art.

Diese Aufgabe wird durch einen Rotor und eine elektrische Maschine gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by a rotor and an electrical machine according to the independent patent claims. Useful further developments arise from the dependent patent claims.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor in Bezug zu einer Rotorachse drehbar ist, mit einem scheibenförmigen Rotorgrundkörper, einem scheibenförmigen Rotorkern, welcher an dem Rotorgrundkörper angeordnet ist, wobei ein radialer Außenbereich des Rotorkerns durch einen radialen Außenbereich des Rotorgrundkörpers begrenzt ist, ein radialer Innenbereich des Rotorkerns durch einen radialen Innenbereich des Rotorgrundkörpers begrenzt ist, wobei der radiale Innenbereich des Rotorkerns und der radiale Innenbereich des Rotorgrundkörpers beabstandet zueinander angeordnet sind.One aspect of the invention relates to a rotor for an electrical machine, wherein the rotor is rotatable with respect to a rotor axis, with a disk-shaped rotor base body, a disk-shaped rotor core which is arranged on the rotor base body, wherein a radial outer region of the rotor core is delimited by a radial outer region of the rotor base body, a radial inner region of the rotor core is delimited by a radial inner region of the rotor base body, wherein the radial inner region of the rotor core and the radial inner region of the rotor base body are arranged at a distance from one another.

Erfindungsgemäß ist die axiale Steifigkeit des Rotorkerns am radialen Innenbereich des Rotorkerns gegenüber der axialen Steifigkeit des radialen Außenbereichs des Rotorkerns und/oder der axialen Steifigkeit eines radialen Mittenbereichs des Rotorkerns reduziert. Dadurch wirken an der Kontaktfläche zwischen dem Innenbereich des Rotorkerns und dem Rotorgrundkörper geringere Lösekräfte.According to the invention, the axial rigidity of the rotor core at the radial inner region of the rotor core is reduced compared to the axial rigidity of the radial outer region of the rotor core and/or the axial rigidity of a radial central region of the rotor core. As a result, lower release forces act on the contact surface between the inner region of the rotor core and the rotor base body.

Die axiale Steifigkeit des Rotorkerns ist erfindungsgemäß am radialen Innenbereich des Rotorkerns durch eine dort angeformte Ausnehmung, wie beispielsweise eine Nut reduziert. Dadurch lässt sich auf eine besonders einfache Weise eine Reduktion der Axialsteifigkeit darstellen.According to the invention, the axial stiffness of the rotor core is reduced in the radial inner region of the rotor core by a recess formed there, such as a groove. This allows a reduction in the axial stiffness to be achieved in a particularly simple manner.

Der erfindungsgemäße Rotor kann in elektrischen Maschinen mit hohen Drehzahlbereichen effizient eingesetzt werden. Somit kann der Rotor für leistungsfähige elektrische Maschinen eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des vorgeschlagenen Rotors in Axialflussmaschinen, da mit dem vorgeschlagenen Rotor hochdrehzahlfähige Axialflussmaschinen geschaffen beziehungsweise bereitgestellt werden können.The rotor according to the invention can be used efficiently in electrical machines with high speed ranges. The rotor can therefore be used for powerful electrical machines. The use of the proposed rotor in axial flow machines is particularly advantageous, since the proposed rotor can be used to create or provide axial flow machines capable of high speeds.

Des Weiteren bietet der vorgeschlagene Rotor den Vorteil, dass fliehkraftbedingte unterschiedliche Verformungen an angrenzenden Bereichen der Rotorkomponenten des Rotors, wie zum Beispiel Rotorjoch und Rotorgrundkörper, nicht zu einer Desintegration des gesamten Verbands, also des Rotors, führen. Somit kann der erfindungsgemäße Rotor in Axialflussmaschinen eingesetzt werden, so dass eine solche Axialflussmaschine im Vergleich zum Stand der Technik einen höheren Drehzahlgrenzbereich beziehungsweise eine höhere Drehzahlgrenze aufweist.Furthermore, the proposed rotor offers the advantage that different deformations caused by centrifugal force in adjacent areas of the rotor components of the rotor, such as the rotor yoke and rotor base body, do not lead to disintegration of the entire assembly, i.e. the rotor. The rotor according to the invention can therefore be used in axial flow machines, so that such an axial flow machine has a higher speed limit range or a higher speed limit compared to the prior art.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Axialflussmaschine, mit einem Stator und einem Rotor nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung daraus, wobei der Rotor im Bezug zum Stator um eine Rotorachse drehbar ist.A further aspect of the invention relates to an electrical machine, in particular an axial flux machine, with a stator and a rotor according to the previous aspect or an advantageous development thereof, wherein the rotor is rotatable about a rotor axis in relation to the stator.

Insbesondere kann der vorhin geschilderte Rotor des vorherigen Aspekts in der soeben geschilderten elektrischen Maschine eingesetzt und insbesondere verwendet werden. In particular, the rotor of the previous aspect described above can be used and in particular employed in the electrical machine just described.

Insbesondere handelt es sich bei der elektrischen Maschine um eine Axialflussmaschine. Beispielsweise kann die elektrische Maschine den vorher genannten, erfindungsgemäßen Rotor aufweisen. Insbesondere weist die elektrische Maschine einen Stator und an einer jeweiligen Seite des Stators einen erfindungsgemäßen Rotor auf.In particular, the electrical machine is an axial flux machine. For example, the electrical machine can have the aforementioned rotor according to the invention. In particular, the electrical machine has a stator and a rotor according to the invention on each side of the stator.

Somit kann die elektrische Maschine als Axialfluss-Elektromotor oder Axialflussmaschine mit Doppelrotor-Topologie ausgestaltet sein.Thus, the electric machine can be designed as an axial flux electric motor or an axial flux machine with double rotor topology.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred embodiments and from the drawing(s). The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.

Dabei zeigen die nachfolgenden Figuren in:

  • 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Rotors;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Rotorkerns des Rotors aus 1;
  • 3 eine beispielhafte, seitliche Schnittansicht des Rotors aus 1;
  • 4 einen beispielhaften Ausschnitt eines Bereichs der Schnittansicht aus 3; und
  • 5 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine mit zumindest einem Rotor aus 1.
The following figures show:
  • 1 a schematic view of a rotor according to the invention;
  • 2 a schematic representation of a rotor core of the rotor from 1 ;
  • 3 an exemplary side sectional view of the rotor from 1 ;
  • 4 an exemplary section of a section view from 3 ; and
  • 5 a schematic representation of an electrical machine with at least one rotor made of 1 .

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, functionally identical elements are provided with the same reference symbols.

In der 1 ist eine schematische Darstellung eines Rotors 1 dargestellt. Insbesondere ist hier eine seitliche Ansicht, also eine Draufsicht in Bezug zu einer Rotorachse 2 beziehungsweise Rotationsachse (vgl. beispielsweise 2) dargestellt. In Bezug zu der Rotorachse 2 ist der Rotor 1 drehbar. Bei der Rotorachse 2 kann es sich ebenfalls um die Rotationsachse einer elektrischen Maschine 3 (vgl. 4) handeln. Insbesondere entspricht die Rotorachse 2 der x-Achse.In the 1 a schematic representation of a rotor 1 is shown. In particular, a side view, i.e. a top view in relation to a rotor axis 2 or rotation axis (cf. for example 2 ). The rotor 1 is rotatable in relation to the rotor axis 2. The rotor axis 2 can also be the rotation axis of an electrical machine 3 (cf. 4 ). In particular, rotor axis 2 corresponds to the x-axis.

Bei der elektrischen Maschine 3 kann es sich beispielsweise um eine Axialflussmaschine handeln. Hierbei kann die elektrische Maschine 3 einen Stator 4 aufweisen. Der Stator 4 kann an seinen beiden axialen Seiten jeweils einen Rotor 1 benachbart angeordnet sein.The electrical machine 3 can be, for example, an axial flux machine. The electrical machine 3 can have a stator 4. The stator 4 can be arranged adjacent to a rotor 1 on each of its two axial sides.

Der Rotor 1 weist einen scheibenförmigen Rotorgrundkörper 5 beziehungsweise einen Rotorträger auf. Des Weiteren kann der Rotor 1 einen scheibenförmigen Rotorkern 6 beziehungsweise Rotorjoch (vgl. 2) aufweisen. Der scheibenförmige Rotorkern 6 kann an, insbesondere auf, dem Rotorgrundkörper 5 angeordnet sein. Mit anderen Worten ausgedrückt kann axial betrachtet der Rotorkern 5 auf dem Rotorgrundkörper 5 aufliegen.The rotor 1 has a disk-shaped rotor base body 5 or a rotor carrier. Furthermore, the rotor 1 can have a disk-shaped rotor core 6 or rotor yoke (cf. 2 ). The disk-shaped rotor core 6 can be arranged on, in particular on, the rotor base body 5. In other words, viewed axially, the rotor core 5 can rest on the rotor base body 5.

Der Rotor 1 kann mehrere Magnete 7 aufweisen, die beispielsweise als Dauermagnete beziehungsweise Permanentmagnete ausgebildet sein können, welche beabstandet kreisförmig am Rotorkern 6 angeordnet sein können. Die mehreren Magnete 7 können mit dem Rotorkern 6 direkt verbunden sein. Anderenfalls können die mehreren Magnete 7 mittels eines Magnetträgers 8 am Rotorkern 6 fixiert sein. Insbesondere können mit Hilfe des Magnetträgers 8 die Magnete 7 eingefasst und somit am Rotorkern 6 gehalten werden. Beispielsweise kann der scheibenförmige Rotorgrundkörper 5 eine zentrale Rotorgrundkörperöffnung 9 beziehungsweise eine Durchgangsöffnung aufweisen. Die Rotorgrundkörperöffnung 9 dient insbesondere zur Aufnahme einer Welle, Nabe und/oder einem rotierbaren Element zur Kraftübertragung.The rotor 1 can have a plurality of magnets 7, which can be designed, for example, as permanent magnets or permanent magnets, which can be arranged at a distance in a circle on the rotor core 6. The plurality of magnets 7 can be directly connected to the rotor core 6. Otherwise, the plurality of magnets 7 be fixed to the rotor core 6 by means of a magnet carrier 8. In particular, the magnets 7 can be enclosed with the aid of the magnet carrier 8 and thus held on the rotor core 6. For example, the disk-shaped rotor base body 5 can have a central rotor base body opening 9 or a through-opening. The rotor base body opening 9 serves in particular to accommodate a shaft, hub and/or a rotatable element for power transmission.

In der 2 ist nochmals eine schematische Darstellung des Rotorkerns 6 dargestellt. Dieser ist wie zu erkennen scheibenförmig. Der scheibenförmige Rotorkern 6 kann ebenfalls eine zentrale Rotorkernöffnung 10 aufweisen, wobei ein Durchmesser der Rotorkernöffnung 10 gleich oder im Wesentlichen gleich einem Durchmesser der Rotorgrundkörperöffnung 9 entsprechen kann. Insbesondere weist der Rotorkern 6 innenumfangsseitig eine beispielsweise als Nut ausgeführte Ausnehmung 22 oder Hohlraum 15 auf.In the 2 1 shows a schematic representation of the rotor core 6. As can be seen, this is disk-shaped. The disk-shaped rotor core 6 can also have a central rotor core opening 10, wherein a diameter of the rotor core opening 10 can be equal to or substantially equal to a diameter of the rotor base body opening 9. In particular, the rotor core 6 has a recess 22 or cavity 15 on the inner circumference, for example in the form of a groove.

In der 3 ist eine beispielhafte Schnittdarstellung des Rotors 1 aus der 1 dargestellt.In the 3 is an exemplary sectional view of the rotor 1 from the 1 shown.

Erfindungsgemäß ist ein radialer Außenbereich 11 des Rotorkerns 6 durch einen radialen Außenbereich 12 des Rotorgrundkörpers 5 begrenzt. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der radiale Außenbereich 11 des Rotorkerns 6 bezüglich einer radialen Ausdehnung nach außen durch den radialen Außenbereich 12 des Rotorgrundkörpers 5 beeinträchtigt. Somit grenzt beziehungsweise rahmt der radiale Außenbereich 12 des Rotorgrundkörpers 5 den radialen Außenbereich 11 des Rotorkerns 6 ein. Der radiale Außenbereich 12 ist ebenso wie ein radialer Mittenbereich des Rotorgrundkörpers 5 als Vollkörper ausgeführt. Des Weiteren ist ein radialer Innenbereich 13 des Rotorkerns 6 durch einen radialen Innenbereich 14 des Rotorgrundkörpers 5 begrenzt. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der Rotorkern 6 an seinen radialen Endseiten durch den Rotorgrundkörper 5 begrenzt beziehungsweise umrandet. Mit anderen Worten ausgedrückt kann der Rotorkern 6 durch den Rotorgrundkörper 5 umfasst beziehungsweise eingefasst sein.According to the invention, a radial outer region 11 of the rotor core 6 is delimited by a radial outer region 12 of the rotor base body 5. In other words, the radial outer region 11 of the rotor core 6 is impaired with regard to a radial outward expansion by the radial outer region 12 of the rotor base body 5. The radial outer region 12 of the rotor base body 5 thus delimits or frames the radial outer region 11 of the rotor core 6. The radial outer region 12, like a radial central region of the rotor base body 5, is designed as a solid body. Furthermore, a radial inner region 13 of the rotor core 6 is delimited by a radial inner region 14 of the rotor base body 5. In other words, the rotor core 6 is delimited or bordered by the rotor base body 5 on its radial end sides. In other words, the rotor core 6 can be enclosed or framed by the rotor base body 5.

Um den Belastungen auf den Komponenten des Rotors 1 entgegen wirken zu können, ist der radiale Innenbereich 13 des Rotorkerns 6 und der radiale Innenbereich 14 des Rotorgrundkörpers 5 beabstandet zueinander angeordnet. Somit berühren sich die radialen Innenbereiche des Rotorkerns 6 und des Rotorgrundkörpers 5 an ihren radialen Innenseiten nicht. Besonders vorteilhaft ist, wenn zwischen dem radialen Innenbereich 13 und dem radialen Innenbereich 14 ein Hohlraum 15 ausgebildet ist. Dieser Hohlraum 15 kann beispielsweise ringförmig sein. Die axiale Steifigkeit des radialen Innenbereichs 13 ist durch eine hier angeformte Ausnehmung 22 in Form einer umlaufenden Nut reduziert.In order to be able to counteract the loads on the components of the rotor 1, the radial inner region 13 of the rotor core 6 and the radial inner region 14 of the rotor base body 5 are arranged at a distance from one another. The radial inner regions of the rotor core 6 and the rotor base body 5 therefore do not touch on their radial inner sides. It is particularly advantageous if a cavity 15 is formed between the radial inner region 13 and the radial inner region 14. This cavity 15 can be annular, for example. The axial rigidity of the radial inner region 13 is reduced by a recess 22 formed here in the form of a circumferential groove.

Insbesondere besteht der Rotor 1 aus den Komponenten Rotorgrundkörper 5, optional dem Magnetträger 8 und den Magneten 7. Der Rotorkern 6 kann durch die Ausnehmung 22 im Bereich seines Innenradius eine reduzierte Steifigkeit aufweisen. Dies kann durch den Hohlraum 15 erreicht werden.In particular, the rotor 1 consists of the components rotor base body 5, optionally the magnet carrier 8 and the magnets 7. The rotor core 6 can have a reduced rigidity in the area of its inner radius due to the recess 22. This can be achieved by the cavity 15.

Beispielsweise kann der radiale Innenbereich 13 eine Seitenwand 16 (vergleiche 4) der Rotorkernöffnung 10 bilden. Der radiale Innenbereich 14 kann beispielsweise eine Seitenwand 17 (vergleiche 4) der Rotorgrundkörperöffnung 9 bilden. Die Seitenwand 16 der Rotorkernöffnung 10 und eine Außenseite 18 (vergleiche 4) des radialen Innenbereichs 14 können zueinander einen vorgegebenen, radialen Abstand 19 (vgl. 4) aufweisen.For example, the radial inner region 13 may have a side wall 16 (see 4 ) of the rotor core opening 10. The radial inner region 14 can, for example, be a side wall 17 (see 4 ) of the rotor body opening 9. The side wall 16 of the rotor core opening 10 and an outer side 18 (compare 4 ) of the radial inner region 14 can have a predetermined radial distance 19 from each other (cf. 4 ).

Dem entsprechend weist der Rotorkern 6 im Bereich seines Innenradius den Abstand 19 auf, so dass in diesem Bereich der Rotorkern 6 nicht mit dem Rotorgrundkörper 5 verbunden beziehungsweise angebunden ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die Fliehkräfte, welche die Komponenten außen in den Rotorgrundkörper 5 einleiten, nicht zu einer unzulässigen Verformung des Rotorkerns 6 an seinem Innenradius führen. Vielmehr werden die Fliehkräfte hier unter Umgehung des Rotorkerns 6 im Rotorgrundkörper 5 durch eine Nabe 20 hindurch auf die gegenüberliegende Seite (eine zum Stator 4 abgewandte Seite) des Rotors 1 geleitet. Sie stützen sich also mittelbar gegeneinander ab, ohne zu einer Spannungserhöhung in der Verbindung von Rotorkern 6 zu Rotorgrundkörper 5 zu führen. Des Weiteren kann zusätzlich oder anstatt der Hohlraum 15 mit einer Vergussmasse bereichsweise, insbesondere vollständig, gefüllt sein.Accordingly, the rotor core 6 has a distance 19 in the area of its inner radius, so that in this area the rotor core 6 is not connected or attached to the rotor base body 5. This ensures that the centrifugal forces which the components introduce into the rotor base body 5 on the outside do not lead to an impermissible deformation of the rotor core 6 at its inner radius. Instead, the centrifugal forces are guided here, bypassing the rotor core 6 in the rotor base body 5, through a hub 20 to the opposite side (a side facing away from the stator 4) of the rotor 1. They therefore support each other indirectly without leading to an increase in stress in the connection between the rotor core 6 and the rotor base body 5. Furthermore, in addition to or instead of this, the cavity 15 can be partially, in particular completely, filled with a casting compound.

Somit kann mit Hilfe des Rotors 1 eine hochdrehzahlfähige Axialflussmaschine geschaffen werden. Die Komponenten des Rotors 1 sind in ihren Innenbereichen teilweise nicht oder nicht steif an der Nabe 20 des Rotorgrundkörpers 5 angebunden. Sie weisen hier einen Bereich reduzierter Steifigkeit, wie beispielsweise den Hohlraum 15, auf.Thus, a high-speed axial flow machine can be created with the help of the rotor 1. The components of the rotor 1 are partially not connected or not rigidly connected to the hub 20 of the rotor base body 5 in their inner areas. Here they have an area of reduced rigidity, such as the cavity 15.

In einer weiteren Ausführung kann der Rotorkern 6 nicht vollständig bis innen an den Rotorträger beziehungsweise Rotorgrundkörper 5 fixiert sein. Dieser Bereich kann speziell offengelassen werden, um hier die strukturelle Integrität, insbesondere bei hohen Drehzahlen, nicht unnötig zu belasten. Des Weiteren kann der Rotorgrundkörper 5 im radialen Innenbereich, also radial innerhalb des Rotorkerns 6, flexibel gestaltet werden, um weiter die Belastung zu reduzieren. Dieser innere Bereich trägt zur Befestigung des Rotorkerns 6 nur bedingt bei und wird daher freigelassen, da es hier ansonsten zu unnötigen Belastungen zwischen Rotorgrundkörper 5 und Rotorkern 6 kommen kann, was die Struktur des Rotors 1 schwächen kann.In a further embodiment, the rotor core 6 may not be completely fixed to the inside of the rotor carrier or rotor base body 5. This area can be left open in order not to place unnecessary strain on the structural integrity, especially at high speeds. Furthermore, the rotor base body 5 can be designed to be flexible in the radial inner area, i.e. radially inside the rotor core 6, in order to further reduce the strain. This inner area contributes to the fastening enance of the rotor core 6 only to a limited extent and is therefore left free, since otherwise unnecessary loads may occur between the rotor base body 5 and the rotor core 6, which may weaken the structure of the rotor 1.

In einer Ausführung kann des Weiteren vorgesehen sein, dass der Hohlraum 15 mit einem elastischen oder zumindest weniger starren Material ausgefüllt und damit verbunden sein kann.In one embodiment, it can further be provided that the cavity 15 can be filled with an elastic or at least less rigid material and connected thereto.

Beispielsweise können die Magnete 7 direkt im Rotorkern 6 beziehungsweise Rotorjoch eingebunden beziehungsweise fixiert werden. Optional kann für die Befestigung der Magnete 7 der Magnetträger 8 vorgesehen sein.For example, the magnets 7 can be integrated or fixed directly in the rotor core 6 or rotor yoke. Optionally, the magnet carrier 8 can be provided for fastening the magnets 7.

Der Magnetträger 8, wenn er vorgesehen ist, kann, wie in der 3 oder in der 4 zu sehen ist, den Hohlraum 15 zumindest teilweise oder vollständig von außen betrachtet verdecken beziehungsweise überdecken. Dies ist jedoch nur ein mögliches Beispiel. Ebenfalls kann der Magnetträger 8 so angeordnet sein, dass insbesondere der Bereich des Abstandes 19 von außen betrachtet nicht durch den Magnetträger 8 verdeckt ist. The magnet carrier 8, if provided, can be, as shown in the 3 or in the 4 can be seen, cover or cover the cavity 15 at least partially or completely when viewed from the outside. However, this is only one possible example. The magnet carrier 8 can also be arranged in such a way that in particular the area of the distance 19 is not covered by the magnet carrier 8 when viewed from the outside.

Insbesondere weist der Magnetträger 8 keine eigene Verbindung im inneren Bereich zum Rotorgrundkörper 5 auf.In particular, the magnet carrier 8 does not have its own connection in the inner area to the rotor base body 5.

Optional kann der Rotorgrundkörper 5 zusätzlich in diesem radialen Bereich, also im Bereich des Hohlraums 15, besonders ausgeführt sein, um weiter die entstehenden Spannungen abfangen oder abbauen zu können. Dies können geeignete Maßnahmen der Materialbehandlung sein, wie zum Beispiel gezielte Strukturschwächung oder Strukturverstärkungen oder unterschiedliche Materialien beziehungsweise Materialmixe, welche gezielt zur Reduzierung der strukturellen Belastung des Rotorgrundkörpers 5 den Bereich versteifen oder in der Steifigkeit reduzieren, je nach Art der Belastung.Optionally, the rotor base body 5 can also be specially designed in this radial area, i.e. in the area of the cavity 15, in order to be able to further absorb or reduce the stresses that arise. These can be suitable material treatment measures, such as targeted structural weakening or structural reinforcements or different materials or material mixes, which specifically stiffen the area or reduce its stiffness in order to reduce the structural load on the rotor base body 5, depending on the type of load.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Rotorrotor
22
RotorachseRotor axis
33
elektrische Maschineelectric machine
44
Statorstator
55
RotorgrundkörperRotor base body
66
RotorkernRotor core
77
mehrere Magneteseveral magnets
88
MagnetträgerMagnetic carrier
99
RotorgrundkörperöffnungRotor body opening
1010
RotorkernöffnungRotor core opening
1111
radialer Außenbereich des Rotorkernsradial outer area of the rotor core
1212
radialer Außenbereich des Rotorgrundkörpersradial outer area of the rotor body
1313
radialer Innenbereich des Rotorkernsradial inner area of the rotor core
1414
radialer Innenbereich des Rotorgrundkörpersradial inner area of the rotor body
1515
Hohlraumcavity
1616
Seitenwand der RotorkernöffnungSide wall of the rotor core opening
1717
Seitenwand der RotorgrundkörperöffnungSide wall of the rotor body opening
1818
Außenseite des radialen Innenbereichs des RotorgrundkörpersOutside of the radial inner area of the rotor body
1919
AbstandDistance
2020
Nabehub
2222
AusnehmungRecess

Claims (6)

Rotor (1) für eine elektrische Maschine (3), wobei der Rotor (1) in Bezug zu einer Rotorachse (2) drehbar ist, mit einem scheibenförmigen Rotorgrundkörper (5), und einem scheibenförmigen Rotorkern (6), welcher an dem Rotorgrundkörper (5) angeordnet ist, wobei - ein radialer Außenbereich (11) des Rotorkerns (6) durch einen radialen Außenbereich (12) des Rotorgrundkörpers (5) begrenzt ist, - ein radialer Innenbereich (13) des Rotorkerns (6) durch einen radialen Innenbereich (14) des Rotorgrundkörpers (5) begrenzt ist, und - der radiale Innenbereich (13) des Rotorkerns (6) und der radiale Innenbereich (14) des Rotorgrundkörpers (5) beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei eine axiale Steifigkeit des Rotorkerns (6) am radialen Innenbereich (13) des Rotorkerns (6) gegenüber einer axialen Steifigkeit des radialen Außenbereichs (11) des Rotorkerns (6) und/oder einer axialen Steifigkeit eines radialen Mittenbereichs des Rotorkerns (6) reduziert ist; dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Steifigkeit des Rotorkerns (6) am radialen Innenbereich (13) des Rotorkerns (6) durch eine Ausnehmung (22), insbesondere in Form einer umlaufenden Nut, reduziert ist.Rotor (1) for an electrical machine (3), wherein the rotor (1) is rotatable in relation to a rotor axis (2), with a disk-shaped rotor base body (5), and a disk-shaped rotor core (6) which is arranged on the rotor base body (5), wherein - a radial outer region (11) of the rotor core (6) is delimited by a radial outer region (12) of the rotor base body (5), - a radial inner region (13) of the rotor core (6) is delimited by a radial inner region (14) of the rotor base body (5), and - the radial inner region (13) of the rotor core (6) and the radial inner region (14) of the rotor base body (5) are arranged at a distance from one another, wherein an axial stiffness of the rotor core (6) at the radial inner region (13) of the rotor core (6) is compared to an axial stiffness of the radial outer region (11) of the rotor core (6) and/or an axial stiffness a radial central region of the rotor core (6); characterized in that the axial rigidity of the rotor core (6) is reduced at the radial inner region (13) of the rotor core (6) by a recess (22), in particular in the form of a circumferential groove. Rotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem radialen Innenbereich (13) des Rotorkerns (6) und dem radialen Innenbereich (14) des Rotorgrundkörpers (5) ein Hohlraum (15) ausgebildet ist, insbesondere der Hohlraum (15) zumindest bereichsweise mit einer Vergussmasse ausgefüllt ist.Rotor (1) after Claim 1 , characterized in that a cavity (15) is formed between the radial inner region (13) of the rotor core (6) and the radial inner region (14) of the rotor base body (5), in particular the cavity (15) is at least partially filled with a casting compound. Rotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - der scheibenförmige Rotorkern (6) eine zentrale Rotorkernöffnung (10) aufweist, wobei der radiale Innenbereich (13) des Rotorkerns (6) eine Seitenwand (16) der Rotorkernöffnung (10) bildet, und - der scheibenförmige Rotorgrundkörper (5) eine zentrale Rotorgrundkörperöffnung (9) aufweist, wobei der radiale Innenbereich (14) des Rotorgrundkörpers (5) eine Seitenwand (17) der Rotorgrundkörperöffnung (9) bildet.Rotor (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that - the disk-shaped rotor core (6) has a central rotor core opening (10), wherein the radial inner region (13) of the rotor core (6) forms a side wall (16) of the rotor core opening (10), and - the disk-shaped rotor base body (5) has a central rotor base body opening (9), wherein the radial inner region (14) of the rotor base body (5) forms a side wall (17) of the rotor base body opening (9). Rotor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (16) der Rotorkernöffnung (10) und eine Außenseite (18) des radialen Innenbereich (14) des Rotorgrundkörpers (5) zueinander eine vorgegebenen, radialen Abstand (19) ausweisen.Rotor (1) after Claim 3 , characterized in that the side wall (16) of the rotor core opening (10) and an outer side (18) of the radial inner region (14) of the rotor base body (5) have a predetermined radial distance (19) from one another. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch mehrere Magnete (7), welche beabstandet kreisförmig am Rotorkern (6) angeordnet sind, und die mehreren Magnete (7) mit dem Rotorkern (6) direkt verbunden sind oder die mehreren Magnete (7) mittels einen Magnetträgers (8) am Rotorkern (6) fixiert sind.Rotor (1) according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of magnets (7) which are arranged at a distance from one another in a circle on the rotor core (6), and the plurality of magnets (7) are directly connected to the rotor core (6) or the plurality of magnets (7) are fixed to the rotor core (6) by means of a magnet carrier (8). Elektrische Maschine (3), mit - einem Stator (4), und - zumindest einen Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Rotor (1) in Bezug auf den Stator (4) um die Rotorachse (2) drehbar ist.Electrical machine (3), with - a stator (4), and - at least one rotor (1) according to one of the preceding claims, wherein - the rotor (1) is rotatable about the rotor axis (2) with respect to the stator (4).
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