DE102024200892A1

DE102024200892A1 - Rotor lamination stack and method for introducing magnets into the rotor lamination stack

Info

Publication number: DE102024200892A1
Application number: DE102024200892.3A
Authority: DE
Inventors: Walter Meindl
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2024-01-31
Filing date: 2024-01-31
Publication date: 2025-03-27

Abstract

Rotorblechstapel (1) mit mindestens einem Segment (2) und mindestens einem Magnetfenster (4) zur Aufnahme eines Magneten (4), wobei das Segment (2) eine Zunge (5) ausbildet, wobei die Zunge (5) mittig bezüglich des Schwerpunkts (7) des Magnets (3) ausgebildet ist, die vom äußeren Bereich (2b) des Segments (2) aus radial in das Magnetfenster (4) ragt und die Zunge (5) einen Überlapp (6) mit dem Magneten (3) bildet.

Rotor lamination stack (1) with at least one segment (2) and at least one magnet window (4) for receiving a magnet (4), wherein the segment (2) forms a tongue (5), wherein the tongue (5) is formed centrally with respect to the center of gravity (7) of the magnet (3), which tongue projects radially from the outer region (2b) of the segment (2) into the magnet window (4) and the tongue (5) forms an overlap (6) with the magnet (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotorblechstapel mit mindestens einem Segment und mindestens einem Magnetfenster zur Aufnahme eines Permanentmagneten.The invention relates to a rotor lamination stack with at least one segment and at least one magnetic window for receiving a permanent magnet.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Einbringen von Magneten in einen Rotorblechstapel.The invention also relates to a method for introducing magnets into a rotor lamination stack.

Stand der TechnikState of the art

Die Synchronmaschine ist ein Motortyp, der in Elektroautos verwendet wird. Es gibt zwei Arten von Elektromotoren in Elektroautos: permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) und fremderregte Asynchronmaschinen (ASM). Die PSM bietet einige Vorteile, darunter eine höhere Leistungsdichte und einen höheren Wirkungsgrad. Dies bedeutet, dass sie mehr Leistung auf kleinerem Raum erzeugen kann und effizienter mit der elektrischen Energie umgeht. Allerdings sind PSM teurer als ASM und erfordern den Einsatz seltener Erden, was ihre Herstellungskosten und Umweltauswirkungen erhöht.The synchronous motor is a type of motor used in electric cars. There are two types of electric motors in electric cars: permanent magnet synchronous motors (PMMs) and separately excited induction motors (ASMs). PMMs offer several advantages, including higher power density and higher efficiency. This means they can generate more power in a smaller space and use electrical energy more efficiently. However, PMMs are more expensive than ASMs and require the use of rare earth elements, which increases their manufacturing costs and environmental impact.

Dennoch weist die ASM im Vergleich zur PSM eine geringere Leistungsdichte und einen niedrigeren Wirkungsgrad auf.However, the ASM has a lower power density and lower efficiency compared to the PSM.

Bei einem PSM-Motor werden Permanentmagneten im Rotorstapel verbaut. Um einen Dauermagnet in eine Aussparung eines Rotors zu befestigen, wird dieser herkömmlich in eine Aussparung eingepresst und mittels zumindest einer Klemmnase verklemmt. Die Klemmnase ist an der der Drehachse zugewandten Seite des Dauermagneten vorgesehen und fixiert den Dauermagneten nicht nur radial, sondern hält ihn auch axial. Bei dieser Technik ist der Dauermagnet hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt und seine Oberfläche und/oder Beschichtung wird häufig, insbesondere beim Einpressen in die Aussparung und/oder unter Betriebsbedingungen des Rotors oder Stators, verkratzt.In a PSM motor, permanent magnets are installed in the rotor stack. To secure a permanent magnet in a rotor recess, it is conventionally pressed into the recess and clamped using at least one clamping lug. The clamping lug is located on the side of the permanent magnet facing the axis of rotation and not only fixes the permanent magnet radially but also holds it axially. With this technology, the permanent magnet is exposed to high mechanical stress, and its surface and/or coating are frequently scratched, particularly during pressing into the recess and/or under operating conditions of the rotor or stator.

Aus der DE10 2010 039 334 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt mit einem Rotor oder Stator, der konzentrisch um eine Drehachse angeordnet ist, mit einem Dauermagneten, der in einer Aussparung des Rotors oder Stators angeordnet ist, wobei in der Aussparung des Rotors oder Stators weiterhin ein elastisches Fixierungsmittel zur Fixierung des Dauermagneten in der Aussparung angeordnet ist. Das Fixierungsmittel ist als zusätzliches Bauteil nicht einstückig mit dem Rotorpaket beziehungsweise Lamellen des Rotorpaketes sondern separat gefertigt und in der Aussparung angeordnet. Da das Fixierungsmittel erfindungsgemäß elastisch ausgebildet ist, weist es ein definiertes Federverhalten und/oder mechanisches Klemmverhalten auf. Dadurch ist es so dimensionierbar, dass sowohl die Bauteiltoleranzen des Dauermagneten als auch sein Temperaturverhalten über die Bandbreite der im Rotor oder Stator herrschenden Temperaturen durch das Fixierungsmittel ausgleichbar sind.From the DE10 2010 039 334 A1 An electrical machine is known with a rotor or stator which is arranged concentrically around an axis of rotation, with a permanent magnet which is arranged in a recess in the rotor or stator, wherein an elastic fixing means for fixing the permanent magnet in the recess is also arranged in the recess in the rotor or stator. The fixing means is not manufactured as an additional component in one piece with the rotor core or laminations of the rotor core, but is manufactured separately and arranged in the recess. Since the fixing means is designed to be elastic according to the invention, it has a defined spring behavior and/or mechanical clamping behavior. As a result, it can be dimensioned in such a way that both the component tolerances of the permanent magnet and its temperature behavior can be compensated for by the fixing means over the range of temperatures prevailing in the rotor or stator.

Eine lokale Überbelastung des Materials des Rotorstacks führt zu hohen mechanischen Spannungen und eventuell auftretenden Materialausbrüchen der Teilsegmente.Local overloading of the rotor stack material leads to high mechanical stresses and possible material breakouts of the sub-segments.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen Rotor und mit Magneten vorzuschlagen, der die mechanischen Spannungen mit Fokus auf die an die Magneten angrenzenden Radien im Blechschnitt reduziert.The object of the invention is to propose a rotor with magnets which reduces the mechanical stresses with a focus on the radii adjacent to the magnets in the sheet metal cut.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Rotorblechstapel mit mindestens einem Segment und mindestens einem Magnetfenster zur Aufnahme eines Permanentmagneten, wobei das Segment eine Zunge ausbildet, wobei die Zunge mittig bezüglich des Schwerpunkts des Magnets ausgebildet ist, die vom äußeren Bereich des Segments aus radial in das Magnetfenster ragt und die Zunge einen Überlapp mit dem Magneten bildet.The object is achieved with a rotor lamination stack having at least one segment and at least one magnetic window for receiving a permanent magnet, wherein the segment forms a tongue, wherein the tongue is formed centrally with respect to the center of gravity of the magnet, which tongue projects radially from the outer region of the segment into the magnetic window and the tongue forms an overlap with the magnet.

Der Magnet bildet über die Mittenzentrierung und Verpressung am Schwerpunkt eine Brücke zwischen dem äußeren Bereich des Segments und dem inneren Bereich des Segments.The magnet forms a bridge between the outer area of the segment and the inner area of the segment via centering and compression at the center of gravity.

Zumindest die am äußeren Umfang des Rotorblechpakets angebrachten Magnete sind mittenzentrisch verpresst und gehalten.At least the magnets attached to the outer circumference of the rotor core are pressed and held centrally.

Nur die am äußeren Umfang des Rotorblechpakets angebrachten Magnete mittenzentrisch sind verpresst und gehalten.Only the magnets mounted centrally on the outer circumference of the rotor core are pressed and held.

Die Aufgabe wird auch gelöst mit einem Verfahren zum Einbringen von Magneten in einen Rotorblechstapel mit mindestens einem Magnetfenster, wobei die Bleche des Rotorblechstapels und der Segmente gestanzt werden, um das mindestens einen Magnetfenster und eine Zunge mittig bezüglich des Schwerpunkts des zu montierenden Magnets auszubilden, die vom äußeren Bereich des Segments aus radial in das Magnetfenster ragt, und wobei der mindestens eine Magnet in das Magnetfenster gepresst wird, wobei die Zunge dazu für den Einpressvorgang gebogen wird.The object is also achieved with a method for introducing magnets into a rotor lamination stack with at least one magnet window, wherein the laminations of the rotor lamination stack and the segments are punched in order to form the at least one magnet window and a tongue centrally with respect to the center of gravity of the magnet to be mounted, which tongue projects radially into the magnet window from the outer region of the segment, and wherein the at least one magnet is pressed into the magnet window, wherein the tongue is bent for the press-in process.

Durch eine gezielte Fixierung der äußeren Magneten eines PSM-Rotors durch einen Presssitz entsteht eine zusätzliche Materialbrücke direkt durch die Magnete, die zur Entlastung umliegender Bereiche führt.By specifically fixing the outer magnets of a PSM rotor using a press fit, an additional material bridge is created directly through the magnets, which relieves the surrounding areas.

Das führt zu einer gesteigerten Lebensdauer des Rotors, zu einer besseren Fixierung der Magnete. Die Höhe der Sättigungsstege im Blechschnitt kann reduziert werden, so dass weniger Magnetmaterial erforderlich ist.This leads to an increased rotor lifespan and better magnet fixation. The height of the saturation bars in the sheet metal section can be reduced, so less magnetic material is required.

Beschreibung der FigurenDescription of the characters

1 shows a section of a segment of a rotor lamination stack, 2 shows a graph of stress levels over time.

1 zeigt ein Segment 2 eines Rotorblechstapels 1 in einer Aufsicht entlang der Rotorachse R. Das Segment weist ein Magnetfenster 4 auf, das von seiner Abmessung in etwa den Abmessungen eines Magnets 3 folgt. Das Magnetfenster 4 weist Auskragungen 4a auf, die an den Schmalseiten des Magneten 3 Hohlräume ausbilden. Diese Auskragungen können als Kühlkanäle genutzt werden. Das Segment 2 des Rotorblechpaket 1 weist eiben äußeren Bereich 2b auf, der sich vom Magnetfenster bis zum äußeren Umfang 2a erstreckt. Ausgehend von diesem äußeren Bereich 2b ist eine Zunge 5 ausgebildet, die in das Magnetfenster 4 hineinragt. 1 shows a segment 2 of a rotor lamination stack 1 in a plan view along the rotor axis R. The segment has a magnet window 4, the dimensions of which approximately follow the dimensions of a magnet 3. The magnet window 4 has projections 4a that form cavities on the narrow sides of the magnet 3. These projections can be used as cooling channels. The segment 2 of the rotor lamination stack 1 has an outer region 2b that extends from the magnet window to the outer circumference 2a. Starting from this outer region 2b, a tongue 5 is formed that projects into the magnet window 4.

Die Magnete 4 werden lokal in das jeweilige Magnetfenster eingepresst, wobei dabei die Zunge 5 elastisch gebogen werden muss. Anschließend sind die Magneten durch einen Presssitz fixiert und in ihrer gewünschten Position gehalten.The magnets 4 are pressed locally into the respective magnetic window, whereby the tongue 5 must be elastically bent. The magnets are then fixed by a press fit and held in their desired position.

Die Montage erfolgt so, dass die Magneten 4 mittig in Bezug auf das Magnetfenster 4 im Rotorblechstapel 1 sitzen und dort auch mittig durch den Überlapp 6 der Zunge 5 gehalten werden. Der Schwerpunkt der Magnete 4 ist in de 1 mit dem Bezugszeichen 7 angedeutet. Durch den Presssitz kommt es zu einer Verbindung zwischen dem äußeren Bereich 2b und inneren Bereich des Segments 2. Der Magnet 4 bildet dabei eine Verbindungsbrücke zwischen dem inneren und äußeren Bereich. Diese Verbindungsbrücke stabilisiert den äußeren Bereich 2b des Rotorblechpakets 1 und reduziert damit die mechanischen Spannungen in den kritischen Radien.The assembly is carried out in such a way that the magnets 4 are located centrally in relation to the magnet window 4 in the rotor lamination stack 1 and are held there centrally by the overlap 6 of the tongue 5. The center of gravity of the magnets 4 is in the 1 indicated by reference numeral 7. The press fit creates a connection between the outer region 2b and the inner region of the segment 2. The magnet 4 forms a connecting bridge between the inner and outer regions. This connecting bridge stabilizes the outer region 2b of the rotor core 1 and thus reduces the mechanical stresses in the critical radii.

Der Presssitz erstreckt sich über die gesamte Länge des Rotorblechpakets.The press fit extends over the entire length of the rotor core.

Der Überlapp 6 mit der Zunge 5 muss im Blechschnitt bei der Herstellung der Rotorbleche vorgesehen werden. Der Vorteil ergibt sich für die äußere Magnete, weil in diesem Bereich das Material des Blechschnitts elastisch weggebogen bzw abgedrängt werden kann und damit die Einschiebekraft in einem unproblematischen Bereich bleibt. Zudem ist gerade im äußeren Bereich die Gefahr des Bruchs am größten.The overlap 6 with the tongue 5 must be provided in the sheet metal cut during the manufacture of the rotor laminations. This is advantageous for the outer magnets because the material of the sheet metal cut can be elastically bent or pushed away in this area, thus keeping the insertion force within a non-problematic range. Furthermore, the risk of breakage is greatest in the outer area.

2 zeigt die dynamische Belastung über der Zeit. Der Verlauf 10 beschreibt die Rotorwinkelgeschwindigkeit., der Verlauf 11 eine sehr hohe Belastung, wenn die Magneten ohne die erfindungsgemäße Lösung verbaut sind. Der Verlauf 12 zeigt eine deutliche Reduktion der Belastung durch die Verwendung von mittenzentrierten und verspannten Magneten. 2 shows the dynamic load over time. Curve 10 describes the rotor angular velocity. Curve 11 shows a very high load when the magnets are installed without the inventive solution. Curve 12 shows a significant reduction in load through the use of center-centered and clamped magnets.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2010 039 334 A1 [0006]

Claims

Rotor lamination stack (1) after Claim 1 , characterized in that the magnet (3) forms a bridge between the outer region (2b) of the segment (2) and the inner region of the segment (2) via the centering and pressing at the center of gravity (7).

Rotor lamination stack (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that at least the magnets (3) attached to the outer circumference (2a) of the rotor laminated core (1) are pressed and held centrally.

Rotor lamination stack (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that only the magnets (3) attached to the outer circumference (2b) of the rotor laminated core (1) are pressed and held centrally.

Method for introducing magnets (3) into a rotor lamination stack (1) with at least one magnet window (4), wherein the laminations of the rotor lamination stack (1) and of the segments (2) are punched in order to form the at least one magnet window (4) and a tongue (5) centrally with respect to the center of gravity (7) of the magnet (3) to be mounted, which tongue projects radially into the magnet window (4) from the outer region (2b) of the segment (2), and wherein the at least one magnet (3) is pressed into the magnet window (4), wherein the tongue (5) is forced away for the pressing-in process.