DE102021134592A1

DE102021134592A1 - Rotor for an electrical machine, electrical machine and method for manufacturing a rotor

Info

Publication number: DE102021134592A1
Application number: DE102021134592.8A
Authority: DE
Inventors: Regina Bach
Original assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2023-06-29

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors für eine elektrische Maschine. Der Rotor umfasst ein Rotorpaket mit einem Rotorkern, mehrere sich von dem Rotorkern in radialer Richtung erstreckende Rotorpole, zwei Endscheiben, zumindest eine Wicklung und zumindest zwei Endabdeckungen. Die Endscheiben sind in axial gegenüberliegenden Richtungen zumindest teilweise angrenzend an den Rotorkern und die Rotorpole angeordnet. Die Wicklung umfasst in axialer Richtung gegenüberliegende Wicklungsköpfe. Die Wicklungsköpfe sind zumindest teilweise axial außenliegend zu den jeweiligen Endscheiben angeordnet. Der Rotor ist in axialer Richtung durch die Endabdeckungen verschlossen. Ein Polymermaterial ist zumindest jeweils zwischen den Wicklungsköpfen und den Endabdeckungen angeordnet.The present disclosure relates to a rotor for an electric machine, an electric machine and a method for manufacturing a rotor for an electric machine. The rotor includes a rotor stack having a rotor core, a plurality of rotor poles extending radially from the rotor core, two end disks, at least one winding, and at least two end caps. The end plates are arranged at least partially adjacent to the rotor core and the rotor poles in axially opposite directions. The winding comprises winding overhangs lying opposite one another in the axial direction. The end windings are at least partially arranged axially on the outside of the respective end disks. The rotor is closed in the axial direction by the end covers. A polymeric material is disposed between at least each of the end turns and the end caps.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors für eine elektrische Maschine.The present invention relates to a rotor for an electrical machine, an electrical machine and a method for producing a rotor for an electrical machine.

Elektrische Maschinen sind allgemein bekannt und umfassen unter anderem einen Rotor. Der Rotor kann beispielsweise permanenterregt sein. Permanenterregte Rotoren weisen Permanentmagnete auf, durch die ein Magnetfeld erzeugt wird. Der Selbstanlauf von Rotoren mit Permanentmagneten ist allerdings aufwendig, ein Freilauf ist bei permanenterregten Rotoren in der Regel nicht realisierbar und sie enthalten oft Seltenerdmaterialien (z.B. Neodym), die starken Preisschwankungen unterliegen und kostenintensiv sind. Zusätzlich ist der Abbau der Seltenerdmaterialien oftmals mit Umweltschäden verbunden und generell können derartige Materialien den CO2-Fussabdruck des Rotors gegenüber alternativen Konzepten verschlechtern.Electrical machines are well known and include, among other things, a rotor. The rotor can be permanently excited, for example. Permanently excited rotors have permanent magnets that generate a magnetic field. However, the self-starting of rotors with permanent magnets is complex, freewheeling is usually not possible with permanently excited rotors and they often contain rare earth materials (e.g. neodymium), which are subject to strong price fluctuations and are expensive. In addition, the degradation of rare earth materials is often associated with environmental damage and, in general, such materials can worsen the carbon footprint of the rotor compared to alternative concepts.

Diese Nachteile können durch fremderregte Rotoren zumindest teilweise gemindert werden. Diese weisen zumindest eine stromdurchflossene Induktivität auf, mittels der das entsprechende Magnetfeld erzeugt wird. Die Induktivität wird durch zumindest eine Wicklung mit mehreren Windungen realisiert. Bei hohen Drehzahlen (bis zu 30.000 Umdrehungen pro Minute) muss eine Bewegung der Windungen durch auftretende Zentrifugalkräfte relativ zueinander verhindert werden, damit die elektrische Isolierung der Windungen nicht beschädigt wird. Typischerweise kommen Vergussmaterialien zum Einsatz, mit denen die Windungen vergossen werden. Diese Vergussmaterialien werden unter Vakuumbedingungen bereitgestellt, um sämtliche Zwischenräume des Rotors mit dem Vergussmaterial auszufüllen, beispielsweise auch die Zwischenräume zwischen den Windungen. Dazu sind vakuumdichte Vergussvorrichtungen notwendig, die zusätzliche Sekundärausrüstung erfordern, beispielsweise Pumpen und entsprechende Rohrleitungen. Zusätzlich sind typischerweise Heizvorrichtungen nötig, um die Viskosität der Vergussmaterialien derart herabzusetzen, dass das jeweilige Vergussmaterial sämtliche Hohlräume des Innenvolumens des Rotors erreicht. Außerdem wird eine verhältnismäßig große Menge Vergussmaterial benötigt. Insgesamt sind somit die Herstellungsverfahren solcher Rotoren aufwendig und kostenintensiv.These disadvantages can be at least partially reduced by externally excited rotors. These have at least one current-carrying inductance, by means of which the corresponding magnetic field is generated. The inductance is realized by at least one winding with multiple turns. At high speeds (up to 30,000 revolutions per minute), the windings must be prevented from moving relative to each other due to centrifugal forces so that the electrical insulation of the windings is not damaged. Typically, potting materials are used with which the windings are potted. These potting materials are provided under vacuum conditions in order to fill all the gaps in the rotor with the potting material, for example also the gaps between the windings. This requires vacuum-tight potting devices that require additional secondary equipment, such as pumps and associated piping. In addition, heating devices are typically required in order to reduce the viscosity of the potting materials in such a way that the respective potting material reaches all cavities of the inner volume of the rotor. In addition, a relatively large amount of potting material is required. Overall, therefore, the manufacturing processes of such rotors are complicated and cost-intensive.

Es besteht daher ein Bedürfnis einen Rotor für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors bereitzustellen, mittels denen die Nachteile bekannter Ansätze ausgeräumt oder zumindest verringert werden können.There is therefore a need to provide a rotor for an electrical machine, an electrical machine and a method for producing a rotor, by means of which the disadvantages of known approaches can be eliminated or at least reduced.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, von denen jeder für sich oder in (Sub-)Kombination Aspekte der Offenbarung darstellen kann. Einige Aspekte werden im Hinblick auf Vorrichtungen und andere im Hinblick auf Verfahren erläutert. Die Merkmale sind aber wechselseitig zu übertragen.The object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous configurations are specified in the dependent patent claims and the following description, each of which can represent aspects of the disclosure individually or in (sub)combination. Some aspects are explained in terms of devices and others in terms of methods. However, the characteristics are mutually transferable.

Gemäß einem Aspekt wird ein Rotor für eine elektrische Maschine bereitgestellt, insbesondere eine fremderregte Synchronmaschine (EESM). Der Rotor umfasst ein Rotorpaket mit einem Rotorkern, mehreren sich von dem Rotorkern in radialer Richtung erstreckenden Rotorpole, zwei Endscheiben, zumindest einer Wicklung und zumindest zwei Endabdeckungen. Die Endscheiben sind in axial gegenüberliegenden Richtungen zumindest teilweise angrenzend an den Rotorkern und die Rotorpole angeordnet. Die Wicklung umfasst in axialer Richtung gegenüberliegende Wicklungsköpfe, die zumindest teilweise axial außenliegend zu den jeweiligen Endscheiben angeordnet sind. Der Rotor ist in axialer Richtung durch die Endabdeckungen verschlossen. Zumindest zwischen den Wicklungsköpfen und den Endabdeckungen ist jeweils ein Polymermaterial angeordnet.According to one aspect, a rotor for an electrical machine is provided, in particular a separately excited synchronous machine (EESM). The rotor includes a rotor stack having a rotor core, a plurality of rotor poles extending radially from the rotor core, two end disks, at least one winding, and at least two end covers. The end plates are arranged at least partially adjacent to the rotor core and the rotor poles in axially opposite directions. The winding comprises winding heads lying opposite one another in the axial direction, which are at least partially arranged axially on the outside of the respective end disks. The rotor is closed in the axial direction by the end covers. A polymer material is arranged at least between the end turns and the end covers.

Es ist insofern nicht erforderlich, dass das Polymermaterial sämtliche Hohlräume des Innenvolumens des Rotors ausfüllt. Vielmehr ist es ausreichend, die Windungen einer Wicklung im Bereich der Wicklungsköpfe zu stabilisieren. Dadurch wird dennoch die Drehzahlfestigkeit der Wicklung gewährleistet. Dazu wird lediglich der jeweilige Wicklungskopf in axialer Richtung mit einem Polymermaterial beaufschlagt. Somit ist die benötigte Menge des stabilisierenden Materials, hier des Polymermaterials, gegenüber bekannten Ansätzen erheblich reduziert. Es ist ausreichend, das Polymermaterial als Zwischenschicht zwischen dem jeweiligen Wicklungskopf und der jeweiligen Endabdeckung bereitzustellen. Zusätzlich können Zwischenschritte bei der Herstellung des Rotors, die der Absenkung der Viskosität des Polymermaterials dienen, vermieden werden. Dadurch ist der Herstellungsaufwand reduziert.In this respect, it is not necessary for the polymer material to fill all the cavities of the inner volume of the rotor. Rather, it is sufficient to stabilize the turns of a winding in the area of the winding overhangs. This still ensures the speed stability of the winding. For this purpose, only the respective end winding is loaded with a polymer material in the axial direction. Thus, the required amount of the stabilizing material, here the polymer material, is significantly reduced compared to known approaches. It is sufficient to provide the polymer material as an intermediate layer between the respective end winding and the respective end cover. In addition, intermediate steps in the manufacture of the rotor, which serve to lower the viscosity of the polymer material, can be avoided. As a result, the manufacturing effort is reduced.

Bevorzugt weist das Polymermaterial ein Polymerharz auf, beispielsweise ein Epoxidharz.The polymer material preferably comprises a polymer resin, for example an epoxy resin.

Optional weisen der Rotorkern und die Rotorpole geschichtete Elektrobleche auf. Die einzelnen Lagen des Elektroblechs sind dabei gegeneinander elektrisch isoliert. Dadurch wird das Auftreten von Wirbelströmen im Wesentlichen vermieden. Derartige Wirbelströme können bei einem einstückig hergestellten Rotorkern und einstückig hergestellten Rotorpolen beispielsweise durch die Wicklung induziert werden, mit deren Windungen üblicherweise die einzelnen Rotorpole umwickelt sind.Optionally, the rotor core and rotor poles have laminated electrical laminations. The individual layers of the electrical sheet are electrically insulated from one another. This essentially avoids the occurrence of eddy currents. Eddy currents of this kind can occur in the case of a one-piece rotor core and one-piece Rotor poles are induced, for example, by the winding, with the turns of which the individual rotor poles are usually wrapped.

Bevorzugt sind die Wicklungsköpfe jeweils in zumindest einer Vertiefung der jeweiligen Endscheibe angeordnet. Die jeweilige Vertiefung ist gegenüber einer jeweiligen Stirnfläche der jeweiligen Endscheibe in axialer Richtung zurückgesetzt. Die Vertiefung kann beispielsweise durch jeweils axial vorstehende Wandabschnitte oder Fortsätze ausgebildet sein. Bevorzugt ist eine Flächennormale der Vertiefung also im Wesentlichen in axialer Richtung orientiert. Dadurch wird eine seitliche Stabilisation des jeweiligen Wicklungskopfes bereits durch jeweilige integrale Wandabschnitte der jeweiligen Endscheibe bereitgestellt. Dies führt seitlich bereits zu einer sehr hohen mechanischen Stabilität. Zudem müssen durch das Polymermaterial nur noch die jeweiligen axialen Stirnseiten der Wicklungsköpfe stabilisiert werden. Dadurch kann die von dem Polymermaterial zu kontaktierende Fläche des jeweiligen Wicklungskopfes nochmals reduziert werden. Insgesamt wird somit einerseits die Stabilität erhöht und andererseits die erforderliche Menge des Polymermaterials nochmals reduziert. Ferner wird die Geometrie vereinfacht, gemäß der das Polymermaterial bereitgestellt werden muss.The winding overhangs are preferably each arranged in at least one recess of the respective end plate. The respective depression is set back in the axial direction in relation to a respective end face of the respective end disk. The recess can be formed, for example, by axially protruding wall sections or extensions. A surface normal of the recess is therefore preferably oriented essentially in the axial direction. As a result, a lateral stabilization of the respective end winding is already provided by respective integral wall sections of the respective end plate. This already leads to very high mechanical stability at the side. In addition, only the respective axial end faces of the winding overhangs have to be stabilized by the polymer material. As a result, the area of the respective end winding that is to be contacted by the polymer material can be further reduced. Overall, the stability is thus increased on the one hand and the amount of polymer material required is further reduced on the other hand. Furthermore, the geometry according to which the polymer material has to be provided is simplified.

Die einem Wicklungskopf zugeordnete Vertiefung kann optional nur entlang einer Richtung ausgebildet sein, beispielsweise der radialen Richtung ausgehend von der Drehachse des Rotors. Das bedeutet, dass Wandabschnitte oder Fortsätze, die einen Wicklungskopf umgeben, diesen nicht allumfassend seitlich einrahmen müssen. Vielmehr kann die jeweilige Endscheibe für einen Wicklungskopf lediglich zwei parallele Wandabschnitte oder Fortsätze aufweisen, sodass der Wicklungskopf nur entlang einer Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Wandabschnitte oder Fortsätze begrenzt ist. Insbesondere kann die Erstreckungsrichtung der Wandabschnitte oder Fortsätze der Endscheibe einer Vertiefung senkrecht zur radialen Richtung und der axialen Richtung der Welle des Rotors orientiert sein. Dadurch wird ein integraler Abschnitt der Endscheibe bereitgestellt, der die bei einer Drehung des Rotors auftretenden radial nach außen wirkenden Zentrifugalkräfte (Fliehkräfte) zumindest teilweise aufnehmen kann. Ist der Wicklungskopf lediglich entlang einer Richtung seitlich begrenzt, kann die Führung der Windungen der Wicklung vereinfacht sein. Optional kann die Vertiefung allerdings auch durch Wandabschnitte oder Fortsätze der Endscheibe in zwei zueinander senkrechten Richtungen begrenzt sein.The indentation assigned to a winding overhang can optionally be formed only along one direction, for example the radial direction starting from the axis of rotation of the rotor. This means that wall sections or extensions that surround a winding overhang do not have to frame this all-encompassing laterally. Rather, the respective end plate for a winding overhang can only have two parallel wall sections or extensions, so that the winding overhang is limited only along a direction perpendicular to the direction in which the wall sections or extensions extend. In particular, the direction in which the wall sections or extensions of the end disk of a depression extend can be oriented perpendicular to the radial direction and the axial direction of the shaft of the rotor. As a result, an integral section of the end disk is provided, which can at least partially absorb the centrifugal forces (centrifugal forces) acting radially outwards that occur when the rotor rotates. If the winding overhang is limited laterally only along one direction, the guidance of the turns of the winding can be simplified. Optionally, however, the depression can also be delimited by wall sections or extensions of the end disk in two directions perpendicular to one another.

Optional umfasst jede Endscheibe für jeden Rotorpol eine zugeordnete Vertiefung, in der ein jeweiliger Wicklungskopf angeordnet ist. Um das Drehmoment bemessen am benötigten Bauraum zu maximieren, ist es vorteilhaft, wenn jeder Rotorpol mit der Wicklung umwickelt ist. Folglich bilden sich Wicklungsköpfe axial stirnseitig an jedem zu einem Rotorpol korrespondierenden Abschnitt der Endscheibe aus. Dadurch, dass die Endscheibe für jeden Rotorpol eine zugeordnete Vertiefung aufweist, in denen die jeweiligen Wicklungsköpfe angeordnet sind, werden diese einerseits jeweils seitlich stabilisiert und bilden andererseits in axialer Richtung eine einzelne im wesentlichen fluchtende Oberfläche aus, die mit dem Polymermaterial zu beaufschlagen ist. Somit wird eine einheitliche Kontaktfläche senkrecht zur axialen Richtung bereitgestellt, die mit dem Polymermaterial kontaktiert werden muss, um gleichzeitig sämtliche Wicklungsköpfe zu stabilisieren. Dadurch kann eine einzelne Schicht des Polymermaterials bereitgestellt werden, die sämtliche Rotorpole in axialer Richtung überspannt. Dadurch wird eine zusätzliche mechanische Stabilisierung der Rotorpole relativ zueinander ermöglicht, insbesondere wenn die jeweiligen axialen Stirnflächen der die Vertiefungen umgebenden Wandabschnitte ebenfalls kontaktiert werden. Als Folge können die auftretenden Zentrifugalkräfte (Fliehkräfte) durch die einzelne Schicht des Polymermaterials aufgenommen werden. Das führt zu einer gleichmäßigeren Kraftverteilung, sodass auch die jeweilige Endabdeckung nicht nur lokal, im Bereich eines Rotorpols, sondern ebenfalls in Bereichen, die an Zwischenräume der Rotorpole angrenzen, mit den Zentrifugalkräften beaufschlagt wird. Dadurch wird eine lokale Beanspruchung der jeweiligen Endabdeckung vermieden, sodass die Formstabilität der Endabdeckung und des Rotors insgesamt verbessert ist.Optionally, each end plate for each rotor pole includes an associated depression in which a respective end winding is arranged. In order to maximize the torque based on the space required, it is advantageous if each rotor pole is wrapped with the winding. As a result, winding overhangs are formed axially on the face side on each section of the end disk that corresponds to a rotor pole. Because the end plate has an associated recess for each rotor pole, in which the respective winding overhangs are arranged, these are laterally stabilized on the one hand and, on the other hand, form a single, essentially aligned surface in the axial direction, to which the polymer material is to be applied. Thus, a uniform contact surface perpendicular to the axial direction is provided, which must be contacted with the polymer material in order to simultaneously stabilize all end turns. This allows a single layer of polymeric material to be provided spanning all of the rotor poles in the axial direction. This enables additional mechanical stabilization of the rotor poles relative to one another, in particular if the respective axial end faces of the wall sections surrounding the depressions are also contacted. As a result, the centrifugal forces (centrifugal forces) that occur can be absorbed by the individual layer of polymer material. This leads to a more uniform force distribution, so that the respective end cover is also subjected to the centrifugal forces not only locally, in the area of a rotor pole, but also in areas bordering on the intermediate spaces of the rotor poles. This avoids local stress on the respective end cover, so that the dimensional stability of the end cover and of the rotor is improved overall.

In einer besonderen Ausgestaltung ist das Polymermaterial jeweils zumindest auch zwischen den Endscheiben und den Endabdeckungen angeordnet. Das bedeutet, dass das Polymermaterial zumindest teilweise auch in Kontakt mit der jeweiligen Endscheibe stehen kann. Beispielsweise können die axial stirnseitigen Oberflächen der integralen Wandabschnitte der jeweiligen Endscheibe, die den jeweiligen Wicklungskopf seitlich begrenzen, mit der axialen Stirnseite des jeweiligen Wicklungskopfes eine fluchtende Oberfläche bilden. Dann kann eine bereitgestellte Schicht des Polymermaterials gleichzeitig die Wandabschnitte und den jeweiligen Wicklungskopf überdecken sodass eine die seitlichen Wandabschnitte der jeweiligen Endscheibe überlappende mechanische Stabilisierung geschaffen wird. Von Bedeutung ist insofern lediglich die korrekte Positionierung des Polymermaterials. Das Polymermaterial muss aber beispielsweise nicht eingespritzt werden. Andere Positionierungstechniken sind ebenfalls denkbar. Beispielsweise kann das Polymermaterial auf einer Oberfläche der Endabdeckungen platziert werden, die anschließend seitlich entlang gegenüberliegender axialer Richtungen an das Rotorpaket herangeführt werden, sodass das Polymermaterial in Kontakt mit den Wicklungsköpfen und, optional, den Endscheiben kommt.In a special embodiment, the polymer material is also arranged at least between the end disks and the end covers. This means that the polymer material can also be at least partially in contact with the respective end plate. For example, the axially end-side surfaces of the integral wall sections of the respective end disk, which laterally delimit the respective end winding, can form a flush surface with the axial end side of the respective end winding. A layer of the polymer material that is provided can then simultaneously cover the wall sections and the respective end winding, so that a mechanical stabilization that overlaps the lateral wall sections of the respective end disk is created. In this respect, only the correct positioning of the polymer material is important. However, the polymer material does not have to be injected, for example. Other positioning techniques are also conceivable. For example, the polymeric material can be placed on one surface of the end caps, then along the side opposite axial directions are brought up to the rotor core, so that the polymer material comes into contact with the end turns and, optionally, the end plates.

Bekannte Ansätze, bei denen ein Vergussmaterial in ein Innenvolumen des Rotors eingespritzt werden muss, erfordern typischerweise, dass die Endabdeckungen Öffnungen für den Einspritzprozess aufweisen. Die Öffnungen sind in der Regel in den axial stirnseitigen Außenoberflächen der Endabdeckungen angeordnet. Die stirnseitigen Außenoberflächen der Endabdeckungen werden aber auch zur Kühlung des Rotors genutzt. Beispielsweise können diese mit einer Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden. Auch wenn die Öffnungen nach dem erfolgten Einspritzprozess verschlossen werden, weist die Außenoberfläche dann aber gemäß der bekannten Ansätze Unregelmäßigkeiten auf, die sich nachteilig auf die Verteilung und den Fluss der Kühlflüssigkeit des sich im Betrieb drehenden Rotors auswirken. Da das Polymermaterial vorliegend nicht eingespritzt werden muss, kann auf Öffnungen in den axial stirnseitigen Außenoberflächen der Endabdeckungen verzichtet werden. Somit werden Unregelmäßigkeiten in diesen Oberflächen vermieden. Folglich wird ein vorteilhaft gleichmäßigerer Kühlmittelfluss an den Außenoberflächen der Endabdeckungen ermöglicht.Known approaches that require a potting material to be injected into an interior volume of the rotor typically require that the end caps have openings for the injection process. The openings are typically located in the axially facing outer surfaces of the end caps. However, the front-side outer surfaces of the end covers are also used to cool the rotor. For example, a cooling liquid can be applied to them. Even if the openings are closed after the injection process has taken place, the outer surface then has irregularities according to the known approaches, which have a disadvantageous effect on the distribution and the flow of the cooling liquid of the rotor rotating during operation. Since the polymer material does not have to be injected in the present case, there is no need for openings in the axially frontal outer surfaces of the end covers. Thus, irregularities in these surfaces are avoided. Consequently, an advantageously more uniform flow of coolant at the outer surfaces of the end caps is enabled.

Bevorzugt ist das Polymermaterial ausschließlich zwischen den Wicklungsköpfen und den Endabdeckungen oder ausschließlich zwischen den Wicklungsköpfen, den Endscheiben und den Endabdeckungen angeordnet. Es ist insofern nicht erforderlich, dass andere Hohlräume des Rotors mit dem Polymermaterial gefüllt werden. Beispielsweise ist es nicht notwendig Zwischenräume zwischen den Polen des Rotors zu füllen, die sich entlang der axialen Richtung erstrecken. Somit ist die erforderliche Menge des Polymermaterials deutlich reduziert.Preferably, the polymeric material is located solely between the end turns and the end caps, or solely between the end turns, the end disks and the end caps. In this respect, it is not necessary for other cavities of the rotor to be filled with the polymer material. For example, it is not necessary to fill gaps between the poles of the rotor extending along the axial direction. Thus, the amount of polymeric material required is significantly reduced.

Vorteilhaft umfasst das Polymermaterial zumindest ein Duroplast. Dadurch wird ein Polymermaterial bereitgestellt, dass nach der Erstarrung formstabil ist. Typischerweise entstehen beim Betrieb des Rotors, beispielsweise durch die Beaufschlagung der Wicklung mit einem Strom, Wärmemengen. Da das Polymermaterial ein Duroplast umfasst, haben Temperaturschwankungen aber keine Auswirkung auf die Formstabilität, sobald das Polymermaterial erstarrt ist.The polymer material advantageously comprises at least one duroplast. This provides a polymer material that is dimensionally stable after solidification. Amounts of heat typically arise during operation of the rotor, for example due to the application of a current to the winding. Because the polymeric material comprises a thermoset, however, temperature variations have no effect on dimensional stability once the polymeric material has solidified.

Besonders bevorzugt ist das Polymermaterial nicht vakuumvergossen. Es ist also nicht notwendig, das Polymermaterial unter Vakuumbedingungen bereitzustellen. Ferner ist es auch nicht nötig, die Wicklungsköpfe zu vergießen. Dadurch wird der Herstellungsaufwand erheblich reduziert. Ferner ist die mögliche Auswahl des Polymermaterials als das den Wicklungskopf stabilisierende Material vergrößert, da es nicht für Vakuumbedingungen geeignet sein muss.Most preferably, the polymeric material is not vacuum cast. It is therefore not necessary to provide the polymer material under vacuum conditions. Furthermore, it is also not necessary to encapsulate the winding overhangs. As a result, the manufacturing cost is significantly reduced. Furthermore, the possible selection of the polymer material as the material stabilizing the end turns is increased since it does not have to be suitable for vacuum conditions.

Optional kann das Polymermaterial einen Verbundwerkstoff mit einer Matrix, die durch ein Polymermaterial bereitgestellt wird, und einer darin zumindest teilweise eingebetteten Verstärkungskomponente umfassen. Der Verbundwerkstoff kann einen Teilchenverbundwerkstoff aufweisen.Optionally, the polymeric material may comprise a composite having a matrix provided by a polymeric material and a reinforcement component at least partially embedded therein. The composite may include a particulate composite.

Alternativ kann der Verbundwerkstoff auch einen Faserverbundwerkstoff umfassen.Alternatively, the composite material can also comprise a fiber composite material.

Auch hybride Verbundwerkstoffe sind denkbar. Solche Verbundwerkstoffe stellen mittels der umfassten Teilchen oder Fasern eine verbesserte mechanische Stabilität gegenüber herkömmlichen Polymermaterialien bereit. Zudem sind sie verhältnismäßig kostengünstig und einfach zu verarbeiten.Hybrid composite materials are also conceivable. Such composites provide improved mechanical stability over conventional polymeric materials via the included particles or fibers. In addition, they are relatively inexpensive and easy to process.

Ferner können das Material der Matrix und das Material der Verstärkungskomponente insbesondere ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten umfassen. Dann führen Temperaturschwankungen nicht zu mechanischen Spannungen zwischen der Matrix und der Verstärkungskomponente.Furthermore, the material of the matrix and the material of the reinforcement component can in particular comprise similar coefficients of thermal expansion. Then temperature fluctuations do not lead to mechanical stresses between the matrix and the reinforcement component.

Auch kann zumindest das Polymermaterial oder zumindest eines der Materialien der Matrix und der Verstärkungskomponente, bevorzugt beide, eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Dann können in oder an dem Rotorkern oder den Rotorpolen erzeugte Wärmemengen effektiv durch das Polymermaterial an eine Außenoberfläche des Rotors geleitet werden, beispielsweise eine Außenoberfläche der jeweiligen Endabdeckung. Dort kann ein Kühlmechanismus vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Rotor stirnseitig mit Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden. Derartige Wärmemengen entstehen beispielsweise durch die Bestromung der Wicklung, die die Rotorpole umgibt.At least the polymer material or at least one of the materials of the matrix and the reinforcement component, preferably both, can also have a high thermal conductivity. Then, amounts of heat generated in or on the rotor core or rotor poles can be effectively conducted through the polymeric material to an outer surface of the rotor, such as an outer surface of the respective end cap. A cooling mechanism can be provided there. For example, cooling liquid can be applied to the front side of the rotor. Such quantities of heat are produced, for example, by energizing the winding that surrounds the rotor poles.

Das Polymermaterial, bzw. der Verbundwerkstoff, kann auch Additive umfassen, um die Eigenschaften in gewünschter Weise einzustellen, beispielsweise Additive, die die Wärmeleitfähigkeit erhöhen.The polymer material or the composite material can also include additives in order to adjust the properties in the desired way, for example additives that increase the thermal conductivity.

In einer Ausgestaltung sind die Endabdeckungen mit dem Rotorkern mechanisch gekoppelt.In one embodiment, the end caps are mechanically coupled to the rotor core.

Alternativ oder kumulativ können die Endabdeckungen auch mit den Endscheiben mechanisch gekoppelt sein.Alternatively or cumulatively, the end covers can also be mechanically coupled to the end disks.

Ferner können die Endabdeckungen optional mit einer Rotorwelle mechanisch gekoppelt sein. Auch Kombinationen der mechanischen Kopplung sind denkbar. Somit wird ein guter mechanischer Kontakt zwischen dem Rotorkern, den Endscheiben und den Endabdeckungen gewährleistet. Der gute mechanische Kontakt geht mit guten Wärmeleiteigenschaften einher. Der Abtransport von generierten Wärmemengen an eine Oberfläche des Rotors, an der ein Kühlmechanismus vorgesehen sein kann, ist somit verbessert. Beispielsweise können ein oder mehrere Zuganker oder Bajonettverschlüsse zum Einsatz kommen. Auch ist eine Klemmverbindung mittels eines Schrumpfsitzes möglich.Furthermore, the end covers can optionally be mechanically coupled to a rotor shaft. Combinations of the mechanical coupling are also conceivable. Thus, a good mechanical Ensures contact between the rotor core, the end disks and the end covers. The good mechanical contact is accompanied by good thermal conductivity properties. The removal of generated amounts of heat to a surface of the rotor on which a cooling mechanism can be provided is thus improved. For example, one or more tie rods or bayonet locks can be used. A clamping connection by means of a shrink fit is also possible.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch eine elektrische Maschine bereitgestellt, insbesondere eine EESM. Die elektrische Maschine weist einen Rotor wie zuvor beschrieben auf.According to a further aspect, an electrical machine is also provided, in particular an EESM. The electric machine has a rotor as previously described.

Gemäß einem zusätzlichen Aspekt wird auch ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors für eine elektrische Maschine bereitgestellt, insbesondere für eine EESM. Der Rotor kann wie zuvor beschrieben ausgebildet sein. Das Verfahren erfolgt zumindest wie nachfolgend beschrieben:

Es wird ein Rotorpaket bereitgestellt, der zumindest einen Rotorkern, mehrere sich von dem Rotorkern in radialer Richtung erstreckende Rotorpole, zwei Endscheiben und zumindest eine Wicklung umfasst. Die Endscheiben sind in axial gegenüberliegenden Richtungen zumindest teilweise angrenzend an den Rotorkern und die Rotorpole angeordnet. Die Wicklung umfasst in axialer Richtung gegenüberliegende Wicklungsköpfe, die zumindest teilweise axial außenliegend zu den jeweiligen Endscheiben angeordnet sind. Dann werden zwei Endabdeckungen, die auf dem Rotorpaket in axialer Richtung zugewandten Oberflächen ein Polymermaterial aufweisen, aus gegenüberliegenden axialen Richtungen des Rotorpakets gegen das Rotorpaket gedrückt. Anschließend wird das Polymermaterial ausgehärtet.

According to an additional aspect, a method for manufacturing a rotor for an electrical machine, in particular for an EESM, is also provided. The rotor can be designed as previously described. The procedure is at least as described below:

A rotor stack is provided, which comprises at least one rotor core, a plurality of rotor poles extending radially from the rotor core, two end disks and at least one winding. The end plates are arranged at least partially adjacent to the rotor core and the rotor poles in axially opposite directions. The winding comprises winding heads lying opposite one another in the axial direction, which are at least partially arranged axially on the outside of the respective end disks. Then, two end caps having a polymeric material on surfaces facing the rotor stack in the axial direction are pressed against the rotor stack from opposite axial directions of the rotor stack. The polymer material is then cured.

Insbesondere werden die Endabdeckungen derart gegen das Rotorpaket gedrückt, dass das Polymermaterial in Kontakt mit dem jeweiligen Wicklungskopf tritt und sich dessen axial außenliegender Oberfläche anpasst. Anschließend wird das Polymermaterial dann ausgehärtet.In particular, the end covers are pressed against the rotor core in such a way that the polymer material comes into contact with the respective end winding and adapts to its axially outer surface. Subsequently, the polymer material is then cured.

Hier werden die Vorzüge gegenüber bekannten Herstellungsverfahren deutlich. Das Polymermaterial muss nicht eingespritzt werden. Die Wicklungsköpfe müssen nicht vergossen werden. Vielmehr kann das Polymermaterial einfach auf einer entsprechenden Oberfläche einer jeweiligen Endabdeckung bereitgestellt werden. Dann wird die Endabdeckung nur noch in axialer Richtung derart auf das Rotorpaket gedrückt, dass das Polymermaterial mit dem Wicklungskopf in Kontakt steht. Nach Aushärten des Polymermaterials sind die Windungen der Wicklung dann ausreichend stabilisiert. Ein Spritzgussprozess kann somit vermieden werden. Ferner erfordert die Herstellung keine Vakuumbedingungen. Zudem ist es nicht notwendig, die Viskosität des Polymermaterials herabzusetzen, sofern sich die Menge des Polymermaterials zumindest noch ausreichend an die Oberfläche des Wicklungskopfes anpasst.Here the advantages over known manufacturing processes become clear. The polymer material does not have to be injected. The winding heads do not have to be cast. Rather, the polymeric material can simply be provided on a corresponding surface of a respective end cap. The end cover is then only pressed onto the rotor core in the axial direction in such a way that the polymer material is in contact with the end winding. After the polymer material has hardened, the turns of the winding are then sufficiently stabilized. An injection molding process can thus be avoided. Furthermore, the manufacture does not require vacuum conditions. In addition, it is not necessary to reduce the viscosity of the polymer material as long as the amount of polymer material is at least sufficiently adapted to the surface of the end winding.

Optional kann das Polymermaterial beispielsweise mittels eines Heizprozesses ausgehärtet werden. Dazu kann das Rotorpaket in einer heizbaren Vorrichtung angeordnet sein. Andere Aushärtetechniken sind allerdings auch denkbar. Nach dem Aushärten wird das Polymermaterial eine Oberfläche ausbilden, die zur axial außenliegenden Oberfläche des Wicklungskopfes komplementär ist. Dadurch sind die Windungen der Wicklung mechanisch stabilisiert.Optionally, the polymer material can be cured, for example, by means of a heating process. For this purpose, the rotor stack can be arranged in a heatable device. However, other curing techniques are also conceivable. After curing, the polymeric material will form a surface complementary to the axially outer surface of the end turns. As a result, the turns of the winding are mechanically stabilized.

Bevorzugt werden die Endabdeckungen bezüglich des Rotorpakets mit einer Vorspannkraft in entgegengesetzten axialen Richtungen beaufschlagt, bevor das Polymermaterial ausgehärtet wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Polymermaterial gegen den jeweiligen Wickelkopf gedrückt wird. Somit wird ein guter mechanischer Kontakt gewährleistet.Preferably, the end caps are preloaded in opposite axial directions with respect to the rotor stack before the polymeric material is cured. This can ensure that the polymer material is pressed against the respective end winding. This ensures good mechanical contact.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug bereitgestellt, das eine elektrische Maschine wie zuvor beschrieben umfasst.According to a further aspect, an at least partially electrically powered vehicle is also provided, comprising an electric machine as previously described.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung können zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge insbesondere Landfahrzeuge umfassen, nämlich unter anderem Elektroroller, E-Scooter, Zweiräder, Motorräder, Dreiräder, Trikes, Quads, Gelände- und Straßenfahrzeuge wie Personenkraftwagen, Busse, Lastkraftwagen, Traktoren und andere Nutzfahrzeuge, Schienenfahrzeuge (Bahnen), aber auch Wasserfahrzeuge (Boote) und Luftfahrzeuge wie Hubschrauber, Multicopter, Propellerflugzeuge und Strahlflugzeuge, welche zumindest einen dem Vortrieb des Fahrzeugs dienenden Elektromotor und zumindest eine Energiespeichervorrichtung aufweisen. Fahrzeuge können bemannt oder unbemannt sein. Neben reinen Elektrofahrzeugen (BEV) können auch Plug-In-Hybride (PHEV) und Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV) umfasst sein.For the purposes of the present invention, at least partially electrically powered vehicles can include, in particular, land vehicles, namely electric scooters, e-scooters, two-wheelers, motorcycles, three-wheelers, trikes, quads, off-road and road vehicles such as passenger cars, buses, trucks, tractors and other commercial vehicles, Rail vehicles (trains), but also water vehicles (boats) and aircraft such as helicopters, multicopters, propeller aircraft and jet aircraft, which have at least one electric motor used to propel the vehicle and at least one energy storage device. Vehicles can be manned or unmanned. In addition to pure electric vehicles (BEV), plug-in hybrids (PHEV) and fuel cell vehicles (FCEV) can also be included.

Sämtliche im Hinblick auf die verschiedenen Aspekte erläuterten Merkmale sind einzeln oder in (Sub-)Kombination mit anderen Aspekten kombinierbar.All of the features explained with regard to the various aspects can be combined individually or in (sub)combination with other aspects.

Die Offenbarung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

- 1 eine vereinfachte schematische Schnittansicht eines Teils des Rotors,
- 2 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen des Rotors,
- 3 eine vereinfachte schematische Schnittansicht des Rotors während der Herstellung,
- 4 eine vereinfachte schematische Darstellung des Rotors,
- 5 eine vereinfachte schematische Darstellung einer elektrischen Maschine, und
- 6 eine vereinfachte schematische Darstellung eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine.

The disclosure and other advantageous embodiments and developments of the same are described below with reference to the drawings gene illustrated examples described and explained. Show it:

- 1 a simplified schematic sectional view of a part of the rotor,
- 2 a simplified schematic representation of a method for manufacturing the rotor,
- 3 a simplified schematic sectional view of the rotor during manufacture,
- 4 a simplified schematic representation of the rotor,
- 5 a simplified schematic representation of an electrical machine, and
- 6 a simplified schematic representation of an at least partially electrically powered vehicle with an electric machine.

Alle nachstehend in Bezug auf die Ausführungsbeispiele und/oder die begleitenden Figuren offengelegten Merkmale können allein oder in einer beliebigen Unterkombination mit Merkmalen der Aspekte der vorliegenden Offenbarung, einschließlich Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen, kombiniert werden, vorausgesetzt, die sich ergebende Merkmalskombination ist für einen Fachmann auf dem Gebiet der Technik sinnvoll.All features disclosed below in relation to the exemplary embodiments and/or the accompanying figures can be combined alone or in any sub-combination with features of the aspects of the present disclosure, including features of preferred embodiments, provided that the resulting combination of features is for a person skilled in the art field of technology useful.

Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bedeutet die Formulierung „mindestens eines von A, B und C“ beispielsweise (A), (B), (C), (A und B), (A und C), (B und C) oder (A, B und C), einschließlich aller weiteren möglichen Kombinationen, wenn mehr als drei Elemente aufgeführt sind. Mit anderen Worten, der Begriff „mindestens eines von A und B“ bedeutet im Allgemeinen „A und/oder B“, nämlich „A“ allein, „B“ allein oder „A und B“.For purposes of this disclosure, the phrase “at least one of A, B, and C” means, for example, (A), (B), (C), (A and B), (A and C), (B and C), or (A, B and C), including all other possible combinations if more than three items are listed. In other words, the term "at least one of A and B" generally means "A and/or B", namely "A" alone, "B" alone or "A and B".

1 zeigt eine vereinfachte schematische Schnittansicht eines Teils des Rotors 10 entlang der Schnittlinie X-X. Die Schnittlinie X-X ist in 4 indiziert. Der Rotor 10 ist hier in seiner bereits fertiggestellten Konfiguration gezeigt. 1 12 shows a simplified schematic sectional view of part of the rotor 10 along section line XX. The cutting line XX is in 4 indicated. The rotor 10 is shown here in its already completed configuration.

Der Rotor 10 umfasst einen Rotorkern 12 und sich in einer radialen Richtung erstreckende Rotorpole 14 mit Polflächen 16. Der Rotorkern 12 umfasst ein Durchgangsloch, in dem die Welle 18 angeordnet ist. Durch die Welle 18 sind die axiale Richtung, die radiale Richtung und die Umfangsrichtung des Rotors 10 festgelegt. Seitlich angrenzend an den Rotorkern 12, die Rotorpole 14 und die Polflächen 16 sind in gegenüberliegenden axialen Richtungen Endscheiben 20 angeordnet. Die Endscheiben 20 sind optional mechanisch mit dem Rotorkern 12 oder den Rotorpolen 14 verbunden.The rotor 10 includes a rotor core 12 and rotor poles 14 having pole faces 16 extending in a radial direction. The rotor core 12 includes a through hole in which the shaft 18 is disposed. The shaft 18 defines the axial direction, the radial direction and the circumferential direction of the rotor 10 . End disks 20 are arranged laterally adjacent to the rotor core 12, the rotor poles 14 and the pole faces 16 in opposite axial directions. The end disks 20 are optionally mechanically connected to the rotor core 12 or the rotor poles 14 .

Die Endscheiben 20 bilden für jeden Rotorpol 14 jeweils eine Vertiefung 22 entlang der axialen Richtung aus, die dem jeweiligen Rotorpol 14 zugeordnet ist. Die Vertiefung 22 wird von integralen Wandabschnitten 24A, 24B der Endscheibe 20 begrenzt. Die Wandabschnitte 24A, 24B sind parallel zueinander orientiert und erstrecken sich senkrecht zur radialen Richtung und der axialen Richtung des Rotors 10. Dadurch wird die Vertiefung 22 entlang der radialen Richtung begrenzt. Optional kann die Endscheibe 20 weitere Wandabschnitte aufweisen, die beispielsweise so angeordnet sein können, dass die Vertiefung 22 auch entlang einer Richtung senkrecht zur radialen Richtung des Rotors 10 seitlich begrenzt wird. Die zusätzlichen Wandabschnitte können sich also insbesondere senkrecht zu den hier gezeigten Wandabschnitten 24A, 24B erstrecken. Dann wäre die Vertiefung 22 allumfassend durch integrale Wandabschnitte der Endscheibe 20 seitlich begrenzt.The end disks 20 each form a recess 22 for each rotor pole 14 along the axial direction that is associated with the respective rotor pole 14 . The recess 22 is bounded by integral wall sections 24A, 24B of the end plate 20. FIG. The wall sections 24A, 24B are oriented parallel to one another and extend perpendicularly to the radial direction and the axial direction of the rotor 10. As a result, the recess 22 is delimited along the radial direction. Optionally, the end plate 20 can have further wall sections, which can be arranged, for example, in such a way that the depression 22 is also laterally delimited along a direction perpendicular to the radial direction of the rotor 10 . The additional wall sections can therefore in particular extend perpendicular to the wall sections 24A, 24B shown here. Then the depression 22 would be laterally delimited all-encompassing by integral wall sections of the end plate 20 .

In der Vertiefung 22 ist eine Wicklung 26 zumindest teilweise angeordnet. Generell wird jeder Rotorpol 14 mit der Wicklung 26 umwickelt. Dabei weist die Wicklung 26 mehrere Windungen 28 pro Rotorpol 14 auf, die dichtgepackt sind. In axialer Richtung des Rotors 10 bildet sich deshalb angrenzend zur jeweiligen Endscheibe 20 für jeden Rotorpol 14 ein Wicklungskopf 30 aus, der in der Vertiefung 22 angeordnet ist und insofern gegenüber einem Boden der Vertiefung 22 axial außenliegt. Durch die dichtgepackten Windungen 28 des Wicklungskopfes 30 wird in axialer Richtung eine Kontaktoberfläche 32 des jeweiligen Wicklungskopfes 30 ausgebildet. Bevorzugt weisen die Wandabschnitte 24A, 24B der Endscheibe 20 axiale Stirnflächen 34 auf, die mit der Kontaktoberfläche 32 des jeweiligen Wicklungskopfes 30 im Wesentlichen fluchten. Die Vertiefung 22 ist insofern entlang der axialen Richtung des Rotors 10 gegenüber den Stirnflächen 34 zurückgesetzt.A winding 26 is at least partially arranged in the depression 22 . In general, the winding 26 is wound around each rotor pole 14 . In this case, the winding 26 has a plurality of turns 28 per rotor pole 14, which are densely packed. In the axial direction of the rotor 10 , a winding overhang 30 is therefore formed for each rotor pole 14 adjacent to the respective end plate 20 , which winding head is arranged in the recess 22 and in this respect lies axially on the outside relative to a bottom of the recess 22 . The densely packed turns 28 of the end winding 30 form a contact surface 32 of the respective end winding 30 in the axial direction. The wall sections 24A, 24B of the end disk 20 preferably have axial end faces 34 which are essentially flush with the contact surface 32 of the respective end winding 30 . In this respect, the depression 22 is set back in relation to the end faces 34 along the axial direction of the rotor 10 .

In axialer Richtung seitlich angrenzend an den jeweiligen Wicklungskopf 30 und die jeweilige Endscheibe 20 ist eine Schicht 36 eines Polymermaterials 38 angeordnet. Der Rotor 10 wird in gegenüberliegenden axialen Richtungen durch Endabdeckungen 40 abgeschlossen. Eine axial innenliegende Oberfläche 42 der Endabdeckungen 40 steht mit der Schicht 36 des Polymermaterials 38 in Kontakt. Optional können die Endabdeckungen 40 mit den Endscheiben 20 oder dem Rotorkern 12 oder den Rotorpolen 14 oder mehreren davon mechanisch gekoppelt sein, beispielsweise durch Zuganker.A layer 36 of a polymer material 38 is arranged laterally adjacent to the respective end winding 30 and the respective end plate 20 in the axial direction. The rotor 10 is closed off in opposite axial directions by end covers 40 . An axially inner surface 42 of end caps 40 contacts layer 36 of polymeric material 38 . Optionally, the end caps 40 can be mechanically coupled to the end disks 20 or the rotor core 12 or the rotor poles 14 or more thereof, for example by tie rods.

Die Schicht 36 überdeckt vorliegend in radialer Richtung des Rotors 10 zumindest den Wicklungskopf 30 und die Wandabschnitte 24A, 24B der Endscheibe 20. Die Schicht 36 umfasst eine Schichtdicke D entlang der axialen Richtung des Rotors 10. Die Schicht 36 des Polymermaterials 38 bildet eine Kontaktoberfläche 44 aus, die generell korrespondierend zu den Oberflächen des jeweiligen Wicklungskopfes 30 und, optional, der Wandabschnitte 24A, 24B der Endscheibe 20 entlang der axialen Richtung ist. Dies ist in dem vergrößerten Ausschnitt in der Figur schematisch dargestellt. Dadurch, dass die Schicht 36 des Polymermaterials 38 eine korrespondierende Kontaktoberfläche 44 ausbildet, werden die einzelnen Windungen 28 des jeweiligen Wicklungskopfes 30 mechanisch stabilisiert, sobald das Polymermaterial 38 erstarrt ist. Dann wird eine Bewegung der Windungen 28 relativ zueinander durch das Polymermaterial 38 verhindert. Folglich ist die Wicklung 26 durch das Polymermaterial 38 drehzahlfest stabilisiert. Es ist insofern nicht erforderlich, dass Zwischenräume 46 zwischen den Windungen 28 mit dem Polymermaterial 38 verfüllt werden. Deshalb braucht das Polymermaterial 38 auch nicht unter Vakuumbedingungen bereitgestellt werden. zudem braucht das Polymermaterial 38 nicht unter Druck in das Innenvolumen des Rotors 10 eingespritzt werden. Deshalb können Einspritzöffnungen in den Endabdeckungen 40 vermieden werden. Dadurch weisen die Endabdeckungen 40 axial außenliegende Stirnflächen 48 auf, die flach sein können und keinerlei Unebenheiten aufweisen. Typischerweise wird der Rotor zu 14 durch Beaufschlagung der Stirnflächen 48 der Endabdeckungen 40 mit einem Kühlmittel gekühlt, um im Betrieb erzeugte Wärmemengen abzutransportieren. Da die Stirnflächen 48 eben sein können, kann ein verbesserter Kühlmittelfluss gewährleistet werden.In the present case, layer 36 covers at least end winding 30 and wall sections 24A, 24B of end plate 20 in the radial direction of rotor 10. Layer 36 has a layer thickness D along the axial direction of rotor 10. The layer 36 of polymeric material 38 forms a contact surface 44 which generally corresponds to the surfaces of the respective end turns 30 and, optionally, the wall portions 24A, 24B of the end plate 20 along the axial direction. This is shown schematically in the enlarged detail in the figure. Because the layer 36 of the polymer material 38 forms a corresponding contact surface 44, the individual turns 28 of the respective end winding 30 are mechanically stabilized as soon as the polymer material 38 has solidified. The polymeric material 38 then prevents the windings 28 from moving relative to one another. Consequently, the winding 26 is stabilized by the polymer material 38 in terms of speed. In this respect, it is not necessary for gaps 46 between the turns 28 to be filled with the polymer material 38 . Therefore, the polymer material 38 does not have to be provided under vacuum conditions. moreover, the polymeric material 38 need not be injected under pressure into the interior volume of the rotor 10. Therefore, injection holes in the end covers 40 can be avoided. As a result, the end caps 40 have axially outward faces 48 which may be flat and free of any bumps. Typically, the rotor 14 is cooled by applying a coolant to the faces 48 of the end covers 40 to remove heat generated during operation. Since the end faces 48 can be flat, an improved flow of coolant can be ensured.

Generell handelt es sich bei der Kontaktoberfläche 32 des Wicklungskopfes 30 aufgrund der typischerweise kreisrunden Querschnittskontur 50 der Windungen 28 um eine gewellte Oberfläche. In diesem Zusammenhang wird von einem Fluchten der Stirnflächen 34 der Wandabschnitte 24A, 24B mit der Kontaktoberfläche 32 des jeweiligen Wicklungskopfes 30 gesprochen, wenn die Schichtdicke D der Schicht 36 des Polymermaterials 38 ausreicht, um mögliche Distanzen entlang der axialen Richtung des Rotors 10 zwischen den Stirnflächen 34 und der Kontaktoberfläche 32 des jeweiligen Wicklungskopfes 30 auszugleichen.In general, the contact surface 32 of the end winding 30 is a corrugated surface due to the typically circular cross-sectional contour 50 of the windings 28 . In this context, the end faces 34 of the wall sections 24A, 24B are said to be flush with the contact surface 32 of the respective end winding 30 if the layer thickness D of the layer 36 of the polymer material 38 is sufficient to avoid possible distances along the axial direction of the rotor 10 between the end faces 34 and the contact surface 32 of the respective end winding 30 to compensate.

2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Verfahrens 52 zum Herstellen des Rotors 10. Optionale Schritte sind gestrichelt dargestellt. 2 12 shows a simplified schematic representation of a method 52 for manufacturing the rotor 10. Optional steps are shown in phantom.

Im Schritt 54 wird zunächst ein Rotorpaket bereitgestellt, der zumindest einen Rotorkern 12, mehrere sich von dem Rotorkern 12 in radialer Richtung erstreckende Rotorpole 14, zwei Endscheiben 20 und zumindest eine Wicklung 26 umfasst. Die Endscheiben 20 sind in axial gegenüberliegenden Richtungen zumindest teilweise angrenzend an den Rotorkern 12 und die Rotorpole 14 angeordnet. Die Wicklung 26 umfasst in axialer Richtung gegenüberliegende Wicklungsköpfe 30, die zumindest teilweise axial außenliegend zu den jeweiligen Endscheiben 20 angeordnet sind.In step 54, a rotor assembly is first provided, which comprises at least one rotor core 12, a plurality of rotor poles 14 extending in the radial direction from the rotor core 12, two end disks 20 and at least one winding 26. The end plates 20 are disposed at least partially adjacent to the rotor core 12 and the rotor poles 14 in axially opposite directions. The winding 26 comprises winding overhangs 30 lying opposite one another in the axial direction, which are arranged at least partially axially on the outside of the respective end disks 20 .

Nachfolgend werden im Schritt 56 zwei Endabdeckungen 40, die auf dem Rotorpaket in axialer Richtung zugewandten Oberflächen 42 ein Polymermaterial 38 aufweisen, aus gegenüberliegenden axialen Richtungen des Rotorpakets gegen das Rotorpaket gedrückt. Dies ist schematisch auch in 3 dargestellt, in der die Pfeile 62A, 62B die Montage der Endabdeckungen 40 mit der jeweils bereitgestellten Schicht 36 des Polymermaterials 38 aus gegenüberliegenden axialen Richtungen demonstrieren. Die Endabdeckungen 40 weisen sich entlang der axialen Richtung erstreckende Abschnitte 64 auf, die nach erfolgter Montage die Wandabschnitte 24A, 24B der Endscheibe 20 entlang der radialen Richtung überragen (siehe auch 1).Subsequently, in step 56, two end caps 40 having a polymeric material 38 on axially facing surfaces 42 of the rotor stack are pressed against the rotor stack from opposite axial directions of the rotor stack. This is also shown schematically in 3 1, wherein the arrows 62A, 62B demonstrate assembly of the end caps 40 with the respective layer 36 of polymeric material 38 provided from opposite axial directions. The end covers 40 have sections 64 which extend in the axial direction and, after assembly, protrude beyond the wall sections 24A, 24B of the end disk 20 in the radial direction (see also 1 ).

Abschließend wird das Polymermaterial im Schritt 58 ausgehärtet. Dazu kann beispielsweise eine Erwärmung des Rotors 10 vorgesehen sein. Andere Erstarrungstechniken sind aber auch denkbar.Finally, in step 58, the polymer material is cured. For this purpose, heating of the rotor 10 can be provided, for example. However, other solidification techniques are also conceivable.

Optional kann das Verfahren 52 durch den Schritt 66 weitergebildet werden, indem die Endabdeckungen 40 bezüglich des Rotorpakets mit einer Vorspannkraft in entgegengesetzten axialen Richtungen beaufschlagt werden, bevor das Polymermaterial 38 ausgehärtet wird. Dadurch wird gewährleistet, dass sich die Schicht 36 des Polymermaterials 38 an die Form der Kontaktoberfläche 32 des Wicklungskopfes 30 und die Stirnflächen 34 der Wandabschnitte 24A, 24B der jeweiligen Endscheibe 20 anpasst. Dazu kann es erforderlich sein, dass das Polymermaterial 38 zumindest eine Fluidität derart aufweist, dass es die korrespondierende Kontaktoberfläche 44 ausbilden kann. Nach dem Erstarren des Polymermaterials 38 wird somit ein Formschluss zwischen dem Polymermaterial 38 und der Kontaktoberfläche 32 des Wicklungskopfes 30 bereitgestellt, optional unter Zuhilfenahme der seitlichen Begrenzung des Wicklungskopfes 30 durch die Wandabschnitte 24A, 24B der Endscheibe 20. Dennoch muss die Vorspannkraft nicht derart sein, dass das Polymermaterial 38 in die Zwischenräume 46 zwischen den Windungen 28 gedrückt wird. Eine Verfüllung der Zwischenräume 46 ist nicht erforderlich.Optionally, the method 52 may be augmented by step 66 by preloading the end caps 40 in opposite axial directions with respect to the rotor stack before the polymeric material 38 is cured. This ensures that the layer 36 of the polymer material 38 adapts to the shape of the contact surface 32 of the end winding 30 and the end faces 34 of the wall sections 24A, 24B of the respective end disk 20 . For this purpose it may be necessary for the polymer material 38 to have at least a fluidity such that it can form the corresponding contact surface 44 . After the polymer material 38 has solidified, a form fit is thus provided between the polymer material 38 and the contact surface 32 of the end winding 30, optionally with the aid of the lateral delimitation of the end winding 30 by the wall sections 24A, 24B of the end plate 20. However, the prestressing force does not have to be such that the polymeric material 38 is pressed into the gaps 46 between the turns 28 . A filling of the gaps 46 is not required.

4 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung des Rotors 10 in einer Seitenansicht. Der Rotor 10 ist hier entlang der axialen Richtung gezeigt, wobei die stirnseitige Endabdeckung 40 lediglich gestrichelt angedeutet ist. Hier ist auch die Schnittlinie X-X angezeigt, entsprechend der die Schnittansicht in 1 bereitgestellt ist. 4 shows a simplified schematic representation of the rotor 10 in a side view. The rotor 10 is shown here along the axial direction, with the front end cover 40 only being indicated in dashed lines. The section line XX is also shown here, corresponding to the section view in 1 is provided.

Vorliegend umfasst der Rotor 10 sechs Rotorpole 14. Andere Geometrien sind aber ebenso denkbar. Der Rotorkern 12 und die Rotorpole 14 sind aus geschichteten, gegeneinander elektrisch isolierten Elektroblechen gebildet.In the present case, the rotor 10 includes six rotor poles 14. However, other geometries are also conceivable. The rotor core 12 and the rotor poles 14 are formed from stacked electrical laminations which are electrically insulated from one another.

Für jeden Rotorpol 14 weist die Endscheibe 20 eine jeweils zugeordnete Vertiefung 22 auf. Die Flächennormale der Vertiefungen 22 ist entlang der axialen Richtung orientiert. Die Vertiefung 22 wird dabei in radialer Richtung durch die sich senkrecht zur radialen Richtung erstreckenden Wandabschnitte 24A, 24B begrenzt. Gemäß dieser Ausführung sind zudem weitere Wandabschnitte 68A, 68B vorgesehen, die parallel zur radialen Richtung orientiert sind und mit den Wandabschnitten 24A, 24B integral sind. Folglich sind die Vertiefungen 22 durch die Wandabschnitte 24A, 24B, 68A, 68B seitlich eingerahmt.For each rotor pole 14, the end disk 20 has a respectively associated recess 22. The surface normal of the depressions 22 is oriented along the axial direction. The recess 22 is delimited in the radial direction by the wall sections 24A, 24B extending perpendicular to the radial direction. According to this embodiment, further wall sections 68A, 68B are also provided, which are oriented parallel to the radial direction and are integral with the wall sections 24A, 24B. Consequently, the depressions 22 are laterally framed by the wall sections 24A, 24B, 68A, 68B.

Die Endscheibe 20 weist im Bereich jeder Vertiefung 22 Auflageflächen 70A, 70B für die Windungen 28 eines jeweiligen Wicklungskopfes 30 auf. Die Auflageflächen 70A, 70B ermöglichen eine definierte Positionierung der einzelnen Windungen 28. Jede Vertiefung 22 kann sich in axialer Richtung erstreckende Öffnungen 72 aufweisen, die es ermöglichen, die Windungen 28 der Wicklung 26 um den jeweiligen Rotorpol 14 entlang der axialen Richtung herumzuführen, diesen also zu umwickeln.In the area of each depression 22, the end disk 20 has contact surfaces 70A, 70B for the turns 28 of a respective end winding 30. The bearing surfaces 70A, 70B enable a defined positioning of the individual windings 28. Each depression 22 can have openings 72 extending in the axial direction, which make it possible to guide the windings 28 of the winding 26 around the respective rotor pole 14 along the axial direction, i.e. this to wrap.

Eine Schicht 36 des Polymermaterials 38 wird auf einer der Endscheibe 20 zugewandten axial innenliegenden Oberfläche 42 der Endabdeckung 40 bereitgestellt. Nachdem die Endabdeckung 40 an dem Rotorpaket montiert ist, überspannt die einzelne Schicht 36 dann sämtliche Wicklungsköpfe 30 der jeweiligen Rotorpole 14. Dadurch wird eine zusätzliche mechanische Stabilität der Wicklungsköpfe 30 der einzelnen Rotorpole 14 geschaffen. Die Aufnahme der Zentrifugalkräfte, die bei Drehung des Rotorszenen entstehen, wird somit besser über die Schicht 36 des Polymermaterials 38 verteilt. Deshalb werden auch nicht nur Abschnitte 74 der Endabdeckung 40, die in radialer Richtung seitlich zu einem jeweiligen Wicklungskopf 30 angeordnet sind mit diesen Zentrifugalkräften beaufschlagt. Vielmehr ermöglicht die einheitliche einzelne Schicht 36 die Verteilung der Zentrifugalkräfte ebenfalls auf Abschnitte 76 der Endabdeckung 40, die generell seitlich an Zwischenräume zwischen den Rotorpolen 14 angrenzen. In anderen Worten wird die Endabdeckung 40 durch die auftretenden Zentrifugalkräfte nicht nur lokal beansprucht, sondern es werden diese Kräfte besser über die Endabdeckung 40 verteilt. Dadurch wird die Formstabilität der Endabdeckung 40 auch bei hohen Drehzahlen des Rotors 10 verbessert.A layer 36 of polymeric material 38 is provided on an axially inner surface 42 of end cap 40 facing end disk 20 . After the end cover 40 is mounted on the rotor stack, the single layer 36 then spans all of the winding overhangs 30 of the respective rotor poles 14. This creates additional mechanical stability of the winding overhangs 30 of the individual rotor poles 14. The absorption of the centrifugal forces that arise when the rotor rotates is thus better distributed over the layer 36 of the polymer material 38 . For this reason, not only sections 74 of the end cover 40, which are arranged laterally in the radial direction to a respective end winding 30, are subjected to these centrifugal forces. Rather, the unitary single layer 36 allows centrifugal forces to be distributed also to portions 76 of the end cap 40 generally laterally adjacent to gaps between the rotor poles 14. In other words, the end cover 40 is not only locally stressed by the centrifugal forces that occur, but these forces are better distributed over the end cover 40 . This improves the dimensional stability of the end cover 40 even when the rotor 10 rotates at high speeds.

Die Schicht 36 des Polymermaterials 38 überdeckt deshalb Zwischenräume 78 zwischen den Rotorpolen 14, in denen generell die Wicklung 26 entlang der axialen Richtung geführt wird. Jedoch ist es nicht notwendig, die Zwischenräume 78 mit dem Polymermaterial 38 zu verfüllen, wie dies bei bekannten Ansätzen vorgesehen ist. Deshalb kann die benötigte Menge des Polymermaterials 38 gegenüber bekannten Ansätzen deutlich reduziert werden.The layer 36 of polymeric material 38 therefore covers gaps 78 between the rotor poles 14 in which the winding 26 is generally routed along the axial direction. However, it is not necessary to fill the interstices 78 with the polymeric material 38 as is provided in known approaches. Therefore, the amount of polymer material 38 required can be significantly reduced compared to known approaches.

5 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer elektrischen Maschine 80. Der Rotor 10 ist um die Welle 18 angeordnet und von dem Stator 82 umgeben. Der Rotor 10 kann insbesondere ein fremderregter Rotor sein. Insofern kann es sich bei der elektrischen Maschine 80 um eine fremderregte elektrische Maschine handeln. Die Wicklung 26 kann dann über Schleifkontakte im Bereich der Welle 18 mit einer Spannung beaufschlagt werden. Dadurch können Magnetfelder erzeugt werden, die einen Antrieb der Welle 18 bereitstellen. 5 12 shows a simplified schematic representation of an electric machine 80. The rotor 10 is arranged around the shaft 18 and is surrounded by the stator 82. The rotor 10 can in particular be a separately excited rotor. In this respect, the electrical machine 80 can be an externally excited electrical machine. A voltage can then be applied to the winding 26 via sliding contacts in the area of the shaft 18 . As a result, magnetic fields can be generated which provide a drive for the shaft 18 .

6 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 84 mit einer elektrischen Maschine 80. Die elektrische Maschine 80 ist vorliegend mit Antriebsrädern 86 des Fahrzeugs 84 gekoppelt. Andere Verwendungen der elektrischen Maschine 80 sind ebenfalls denkbar, beispielsweise in Servoantrieben des Fahrzeugs 84. 6 shows a simplified schematic representation of an at least partially electrically driven vehicle 84 with an electric machine 80. In the present case, the electric machine 80 is coupled to drive wheels 86 of the vehicle 84. Other uses of the electric machine 80 are also conceivable, for example in servo drives of the vehicle 84.

In der vorliegenden Anmeldung kann auf Mengen und Zahlen Bezug genommen werden. Sofern nicht ausdrücklich angegeben, sind solche Mengen und Zahlen nicht als einschränkend zu betrachten, sondern als Beispiele für die möglichen Mengen oder Zahlen im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung. In diesem Zusammenhang kann in der vorliegenden Anmeldung auch der Begriff „Mehrzahl“ verwendet werden, um auf eine Menge oder Zahl zu verweisen. In diesem Zusammenhang ist mit dem Begriff „Mehrzahl“ jede Zahl gemeint, die größer als eins ist, z. B. zwei, drei, vier, fünf, usw. Die Begriffe „etwa“, „ungefähr“, „nahe“ usw. bedeuten plus oder minus 5 % des angegebenen Wertes.Amounts and numbers may be referred to in the present application. Unless expressly stated, such amounts and numbers are not to be considered as limiting, but as examples of the possible amounts or numbers within the context of the present application. In this context, the term "plurality" can also be used in the present application to refer to a quantity or number. In this context, the term "plurality" means any number greater than one, e.g. B. two, three, four, five, etc. The terms "about", "approximately", "near" etc. mean plus or minus 5% of the stated value.

Obwohl die Offenbarung in Bezug auf eine oder mehrere Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, wird der Fachmann nach dem Lesen und Verstehen dieser Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen gleichwertige Änderungen und Modifikationen vornehmen können.Although the disclosure has been shown and described with respect to one or more embodiments, equivalent changes and modifications will occur to those skilled in the art upon reading and understanding this specification and the accompanying drawings.

Claims

Rotor (10) for an electrical machine (80) comprising a rotor core with a rotor core (12), several of the rotor core (12) in radially extending rotor poles (14), two end disks (20), at least one winding (26) and at least two end covers (40), the end disks (20) being at least partially adjacent to the rotor core (12) and the rotor poles in axially opposite directions (14) are arranged, wherein the winding (26) in the axial direction comprises opposite end turns (30) which are arranged at least partially axially external to the respective end disks (20), wherein the rotor (10) in the axial direction through the end covers ( 40) is closed, and wherein a polymer material (38) is arranged at least in each case between the end windings (30) and the end covers (40).

Rotor (10) after claim 1 , characterized in that the winding overhangs (30) are each arranged in at least one recess (22) of the respective end plate (20), which is set back in the axial direction relative to a respective end face (34) of the respective end plate.

Rotor (10) after claim 2 , characterized in that each end plate (20) for each rotor pole (14) comprises an associated recess (22) in which a respective end winding (30) is arranged.

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the polymer material (38) is in each case also arranged at least between the end plates (20) and the end covers (40).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the polymeric material (38) exclusively between the end turns (30) and the end covers (40) or exclusively between the end turns (30), the end discs (20) and the end covers ( 40) is arranged.

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the polymer material (38) comprises at least one duroplast.

A rotor (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the polymeric material (38) is not vacuum cast.

Electrical machine (80) with a rotor (10) according to one of the preceding claims.

Method (52) for producing a rotor (10) for an electrical machine (80) by means of the following steps: - A rotor assembly is provided, which comprises at least one rotor core (12), a plurality of rotor poles (14) extending in the radial direction from the rotor core (12), two end disks (20) and at least one winding (26), the end disks ( 20) are arranged at least partially adjacent to the rotor core (12) and the rotor poles (14) in axially opposite directions, the winding (26) comprising end windings (30) opposite in the axial direction, which are at least partially axially external to the respective end disks ( 20) are arranged, - two end caps (40) having a polymeric material (38) on the rotor stack axially facing surfaces (42) and pressed against the rotor stack from opposite axial directions of the rotor stack, and - The polymer material (38) is cured.

Method (52) according to claim 9 characterized in that the end caps (40) are biased in opposite axial directions relative to the rotor stack before the polymeric material (38) is cured.