Rotoranordnung für eine Elektromaschine

Die Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für eine Elektromaschine, welche eine Rotorwelle, einen drehfest auf der Rotorwelle gelagerten Rotorkörper und mindestens zwei an dem

Rotorkörper angeordnete Permanentmagnete aufweist. Weiter betrifft die Erfindung eine Elektromaschine mit einem Stator und einer durch einen Luftspalt von dem Stator getrennt angeordneten Rotoranordnung. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer derartigen Elektromaschine.

Eine derartige Elektromaschine, insbesondere eine Elektromaschine in Form einer

permanenterregten Synchronmaschine, kann beispielsweise als Antriebsmaschine in Elektro- oder Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen. Aber auch bei Industrieanwendungen mit Anforderungen an hohe Drehzahlen, wie beispielsweise im Bereich von Textil- oder bestimmten Werkzeugmaschinen, ist ein Einsatz derartiger Elektromaschinen denkbar.

Bei einer Rotoranordnung derartiger Elektromaschinen weist sowohl die Innenfläche des Rotorkörpers als auch die Außenfläche der Rotorwelle üblicherweise eine kreisrunde Form auf, so dass der Rotorkörper auf der Rotorwelle über eine kraftschlüssige Verbindung drehfest gelagert ist, indem der Rotorkörper mit seiner Innenfläche auf die Außenfläche der Rotorwelle aufgepresst ist.

Durch das Aufpressen des Rotorkörpers auf die Rotorwelle wirkt jedoch eine große Belastung bzw. Beanspruchung auf den Rotorkörper, wodurch in dem Rotorkörper Spannungen entstehen können, die zu Spannungsrissen in dem Rotorkörper führen können. Die Lebensdauer des Rotorkörpers kann dadurch nachteilig beeinflusst werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rotoranordnung, eine Elektromaschine und ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei welchen eine auf einen Rotorkörper wirkende Belastung reduziert und damit die Lebensdauer des Rotorkörpers erhöht werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Rotoranordnung gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Rotorkörper über eine formschlüssige Verbindung drehfest auf der Rotorwelle gelagert ist.

Durch eine formschlüssige Verbindung, insbesondere eine ausschließlich formschlüssige Verbindung, des Rotorkörpers mit der Rotorwelle kann eine auf den Rotorkörper wirkende Belastung bzw. Beanspruchung gegenüber einer kraftschlüssigen Verbindung des Rotorkörpers mit der Rotorwelle wesentlich reduziert werden. Aufgrund der geringeren Belastung können auch die in dem Rotorkörper auftretenden Spannungen reduziert werden, wodurch eine Gefahr des Auftretens von Spannungsrissen in dem Rotorkörper wesentlich reduziert werden kann. Die Lebensdauer des Rotorkörpers und damit der gesamten Rotoranordnung kann dadurch wesentlich erhöht werden. Zudem ist mittels der formschlüssigen Verbindung eine gute mechanische Übertragung der Drehbewegung des Rotorkörpers auf die Rotorwelle möglich.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die formschlüssige Verbindung durch eine an einer

Innenfläche des Rotorkörpers ausgebildete, mindestens einen Zahn aufweisende

Innenverzahnung und durch eine an einer Außenfläche der Rotorwelle ausgebildete, mindestens eine Ausnehmung aufweisende Außenverzahnung ausgebildet ist. Mittels der Innenverzahnung des Rotorkörpers und der Außenverzahnung der Rotorwelle kann der Rotorkörper formschlüssig in die Rotorwelle eingreifen. Durch das Ineinandergreifen der Innenverzahnung des Rotorkörpers in die Außenverzahnung der Rotorwelle kann eine

Verdrehbewegung des Rotorkörpers relativ zu der Rotorwelle sicher verhindert werden, so dass auch ohne eine kraftschlüssige Verbindung des Rotorkörpers mit der Rotorwelle ein sicherer, drehfester Sitz des Rotorkörpers auf der Rotorwelle ausgebildet werden kann. Der eine oder die mehreren Zähne der Innenverzahnung des Rotorkörpers greifen zur Ausbildung der

formschlüssigen Verbindung in die eine oder die mehreren Ausnehmungen der

Außenverzahnung der Rotorwelle vorzugsweise passgenau ein. Die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Rotorkörpers entspricht vorzugsweise der Anzahl der Ausnehmungen der Außenverzahnung der Rotorwelle.

Um eine besonders sichere formschlüssige Verbindung der Rotorwelle mit dem Rotorkörper erreichen zu können, weist die Innenverzahnung des Rotorkörpers vorzugsweise eine Vielzahl von Zähnen auf und die Außenverzahnung der Rotorwelle weist vorzugsweise eine Vielzahl von Ausnehmungen auf. Die Vielzahl von Zähnen der Innenverzahnung des Rotorkörpers ist vorzugsweise gleichmäßig über den gesamten Umfang der Innenfläche des Rotorkörpers verteilt angeordnet. Auch die Vielzahl von Ausnehmungen der Außenverzahnung der Rotorwelle ist vorzugsweise gleichmäßig über den gesamten Umfang der Außenfläche der Rotorwelle verteilt angeordnet. Durch die gleichmäßige Verteilung der Zähne bzw. der

Ausnehmungen über den Umfang der Innenfläche des Rotorkörpers bzw. die Außenfläche der Rotorwelle kann die Übertragung der Drehbewegung des Rotorkörpers auf die Rotorwelle über den gesamten Umfang erfolgen. Eine Vielzahl von Zähnen bedeutet in diesem Sinne eine Ausbildung von mindestens zwei Zähnen an der Innenfläche des Rotorkörpers. Eine Vielzahl von Ausnehmungen bedeutet in diesem Sinne eine Ausbildung von mindestens zwei

Ausnehmungen an der Außenfläche der Rotorwelle. Bevorzugt weist die Innenverzahnung mehr als zwei über den Umfang der Innenfläche des Rotorkörpers verteilt angeordnete Zähne auf. Die Außenverzahnung weist bevorzugt mehr als zwei über den Umfang der Außenfläche der Rotorwelle verteilt angeordnete Ausnehmungen auf.

Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Vielzahl von Zähnen der Innenverzahnung des Rotorkörpers eine Wellenform aufweist und dass die Vielzahl von Ausnehmungen der Außenverzahnung der Rotorwelle ebenfalls eine Wellenform aufweist. Die Zähne bzw. die Ausnehmungen und der Übergang zwischen zwei benachbarten Zähnen bzw. zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen sind bei einer derartigen Wellenform vorzugsweise nicht spitzwinklig ausgebildet, sondern weisen eine Kurvenform auf. Durch diese Wellenform, insbesondere die Wellenform der Innenverzahnung des Rotorkörpers, kann die

elektromagnetische Wirkung der Rotoranordnung verbessert werden.

Der Rotorkörper kann aus mindestens zwei aneinandergereiht angeordneten Rotorblechen ausgebildet sein. Die zwei oder mehr Rotorbleche eines Rotorkörpers können in

Längserstreckung der Rotorwelle hintereinander angeordnet sein, so dass die Rotorbleche ein Blechpaket ausbilden, welches wiederum den Rotorkörper ausbildet.

Ist der Rotorkörper aus mehreren hintereinander angeordneten Rotorblechen ausgebildet, weist vorzugsweise jedes Rotorblech eine, mindestens einen Zahn aufweisende Innenverzahnung auf. Jedes Rotorblech kann damit für sich alleine mit der Rotorwelle formschlüssig verbunden sein, so dass eine sichere, drehfeste Anordnung an der Rotorwelle für jedes einzelne

Rotorblech sichergestellt werden kann. Die Innenverzahnung eines Rotorbleches kann einen Zahn, bevorzugt aber mehr als einen Zahn aufweisen.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Außenverzahnung der Rotorwelle für jedes Rotorblech eine Außenverzahnungsreihe in Längserstreckung der Rotorwelle aufweist, wobei jede

Außenverzahnungsreihe bevorzugt mindestens eine Ausnehmung aufweist. Jede Außenverzahnungsreihe kann ein Rotorblech aufnehmen, so dass auf jede

Außenverzahnungsreihe nur ein Rotorblech aufgesetzt und formschlüssig mit dieser verbunden ist. Jedes Rotorblech kann dadurch separat an einer Außenverzahnungsreihe der Rotorwelle befestigt werden und eine formschlüssige Verbindung mit der Rotorwelle ausbilden.

Alternativ ist es auch möglich, dass die Außenverzahnung der Rotorwelle, insbesondere die einzelnen Ausnehmungen der Außenverzahnung der Rotorwelle, länglich, in Form von Nuten ausgebildet sind und sich jeweils über einen definierten Abschnitt entlang der Längserstreckung der Rotorwelle erstrecken, so dass mehrere aneinandergereiht angeordnete Rotorbleche mit zueinander benachbarten Zähnen jeweils in eine Ausnehmung der Außenverzahnung der Rotorwelle eingreifen können, was bedeutet, dass beispielsweise ein erster Zahn einer Innenverzahnung eines ersten Rotorbleches und ein erster Zahn einer Innenverzahnung eines benachbart dazu angeordneten zweiten Rotorbleches in ein und dieselbe Ausnehmung der Außenverzahnung der Rotorwelle eingreifen können.

Um eine Verdrehung der Rotorbleche zueinander erreichen zu können, kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass die mindestens eine Ausnehmung einer ersten Außenverzahnungsreihe versetzt zu der mindestens einen Ausnehmung einer benachbart zu der ersten

Außenverzahnungsreihe angeordneten zweiten Außenverzahnungsreihe angeordnet ist. Die Rotorbleche selber können dann baugleich ausgebildet sein. Durch die versetzte Anordnung der Ausnehmungen einer ersten Außenverzahnungsreihe zu den Ausnehmungen einer benachbart dazu angeordneten zweiten Außenverzahnungsreihe kann dann trotz der baugleichen Ausbildung der Rotorbleche eine Verdrehung der Rotorbleche zueinander um den Umfang der Rotorwelle erreicht werden.

Alternativ kann eine Verdrehung der Rotorbleche zueinander auch dadurch erreicht werden, dass die Innenverzahnung eines ersten Rotorbleches versetzt zu der Innenverzahnung eines benachbart zu dem ersten Rotorblech angeordneten zweiten Rotorbleches ausgebildet ist. Die die Innenverzahnung ausbildenden Zähne eines ersten Rotorbleches können dann versetzt zu den die Innenverzahnung ausbildenden Zähnen eines zweiten Rotorbleches ausgebildet sein, so dass die Zähne des ersten Rotorbleches nicht deckungsgleich zu den Zähnen des zweiten Rotorbleches ausgebildet sind. Die Ausnehmungen der benachbart zueinander angeordneten Außenverzahnungsreihen der Rotorwelle können hingegen dann deckungsgleich ausgebildet sein und müssen nicht mehr versetzt zueinander ausgebildet sein. Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt ferner mit einer Elektromaschine, insbesondere einer permanenterregten Synchronmaschine, welche einen Stator und eine durch einen Luftspalt von dem Stator getrennt angeordnete Rotoranordnung aufweist, wobei die Rotoranordnung wie vorstehend beschrieben, aus- und weitergebildet ist.

Desweiteren erfolgt die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe mit einem Fahrzeug, welches eine wie vorstehend beschriebene, aus- und weitergebildete Elektromaschine aufweist.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Elektromaschine gemäß der

Erfindung, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Rotorkörpers, ausgebildet aus mehreren aneinandergereiht angeordneten Rotorblechen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Elektromaschine 100 mit einem Stator 10 und einer durch einen Luftspalt 20 von dem Stator 10 getrennt angeordneten

Rotoranordnung 30.

Der Stator 10 weist eine Vielzahl von benachbart zueinander angeordneten, nutförmigen Durchbrüchen 1 1 zur Aufnahme von hier nicht gezeigten Wicklungen auf.

Die Rotoranordnung 30 weist eine Rotorwelle 31 , einen drehfest auf der Rotorwelle 31 gelagerten Rotorkörper 32 und mehrere an dem Rotorkörper 32 angeordnete

Permanentmagnete 33 auf.

Der Rotorkörper 32 ist mit der Rotorwelle 31 über eine formschlüssige Verbindung drehfest verbunden. Für die formschlüssige Verbindung sind an der Innenfläche des Rotorkörpers 32 eine Innenverzahnung 34 und an der Außenfläche der Rotorwelle 31 eine Außenverzahnung 35 ausgebildet. Die Innenverzahnung 34 des Rotorkörpers 32 weist eine Vielzahl von benachbart zueinander angeordneten Zähnen 36 auf und die Außenverzahnung 35 der Rotorwelle 31 weist eine Vielzahl von benachbart zueinander angeordneten Ausnehmungen 37 auf, wobei jeweils ein Zahn 36 der Innenverzahnung 34 passgenau in jeweils eine Ausnehmung 37 einer

Außenverzahnung 35 eingreift, um die formschlüssige Verbindung auszubilden. Die Anzahl von Zähnen 36 der Innenverzahnung 34 ist gleich zu der Anzahl von Ausnehmungen 37 der Außenverzahnung 35.

Die Zähne 36 der Innenverzahnung 34 des Rotorkörpers 32 sind gleichmäßig verteilt über den Umfang der Innenfläche des Rotorkörpers 32 angeordnet, so dass der Abstand der benachbart zueinander angeordneten Zähne 36 über den Umfang der Innenfläche des Rotorkörpers 32 gleich ausgebildet ist. Die Zähne 36 der Innenverzahnung 34 erstrecken sich über den gesamten Umfang der Innenfläche des Rotorkörpers 32.

Die Ausnehmungen 37 der Außenverzahnung 35 der Rotorwelle 31 sind gleichmäßig verteilt über den Umfang der Außenfläche der Rotorwelle 31 angeordnet, so dass der Abstand der benachbart zueinander angeordneten Ausnehmungen 37 über den Umfang der Außenfläche der Rotorwelle 31 gleich ausgebildet ist. Die Ausnehmungen 37 der Außenverzahnung 35 erstrecken sich über den gesamten Umfang der Außenfläche der Rotorwelle 31 .

Die Zähne 36 der Innenverzahnung 34 des Rotorkörpers 32 und die Ausnehmungen 37 der Außenverzahnung 35 der Rotorwelle 31 weisen jeweils eine Wellenform auf, bei welcher die Zähne 36 bzw. die Ausnehmungen 37 eine Kurvenform aufweisen und gerade nicht spitzwinklig ausgebildet sind. Hierdurch kann neben der Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung auch eine elektromagnetisch optimale Ausbildung der Innenfläche des Rotorkörpers 32 zur

Verfügung gestellt werden.

Fig. 2 zeigt einen Rotorkörper 32, welcher aus mehreren, in axialer Richtung, aneinandergereiht ausgebildeten Rotorblechen 38 ausgebildet ist. Die einzelnen Rotorbleche 38 weisen gegenüber dem gesamten Rotorkörper 32 eine sehr geringe Dicke auf. Jedes Rotorblech 38 weist eine, mehrere Zähne aufweisende Innenverzahnung 34 auf, so dass jedes Rotorblech 38 formschlüssig mit einer Außenverzahnung 35 einer Rotorwelle 31 verbunden werden kann.

Mehrere aneinandergereiht angeordnete Rotorbleche 38 können ein Blechpaket ausbilden. Die Innenverzahnungen 34 der zu einem Blechpaket angeordneten Rotorbleche 38 sind zueinander fluchtend ausgebildet. Auch über mehrere aneinandergereiht angeordnete Blechpakete sind die Innenverzahnungen 34 der Rotorbleche 38 vorzugsweise fluchtend zueinander ausgebildet. Jedoch kann sich die Lage der Permanentmagnete 33 in Bezug auf die Innenverzahnungen 34 der Rotorbleche 38 über die einzelnen Blechpakete verändern, wodurch eine Art „Rotorschrägung" ausgebildet werden kann, mittels welcher eine Drehmomentwelligkeit verringert und akustische Effekte minimiert werden können.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von den dargestellten Lösungen auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen

hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

„

Bezugszeichenliste

Elektromaschine Stator

Durchbruch

Luftspalt

Rotoranordnung

Rotorwelle

Rotorkörper

Permanentmagnet

Innenverzahnung

Außenverzahnung

Zahn

Ausnehmung

Rotorblech