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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Maschinen mit innenliegenden Permanentmagneten (IPM-Maschinen) und Verfahren, um diese herzustellen.
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HINTERGRUND
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Eine Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten (IPM-Maschine) ist ein bürstenloser Elektromotor mit Permanentmagneten, die in seinen Rotorkern eingebettet sind. Permanentmagnet-Elektromotoren sind allgemein zuverlässig, leicht und thermisch effizient. In der Vergangenheit wurden Permanentmagnete aufgrund der relativen Schwierigkeit, die mit dem Auffinden eines Materials verbunden ist, das in der Lage ist, ein Magnetfeld mit hoher Stärke zu erhalten, und da sich die Technologie der Permanentmagnete aus seltenen Erden in ihren Anfängen befindet, jedoch hauptsächlich bei kleinen Elektromotoren mit geringer Leistung verwendet.
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Aktuelle Fortschritte in der Materialtechnologie haben die Schaffung von Permanentmagneten mit hoher Intensität bei geringeren Kosten ermöglicht. Diese technologischen Fortschritte haben die Entwicklung von kompakten Hochleistungs-Permanentmagnetmaschinen für Volumenanwendungen ermöglicht, etwa zum Antreiben eines Fahrzeugs, d. h. eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs. IPM-Maschinen zeichnen sich speziell allgemein dadurch aus, dass sie günstige Verhältnisse von Ausgabedrehmoment zu der physikalischen Größe des Motors sowie eine verringerte Eingangsspannung aufweisen. IPM-Maschinen sind typischerweise zuverlässig, zu einem großen Teil deshalb, weil Permanentmagnete in dedizierten Nuten des Rotors der Maschine festgehalten werden. Wenn ihr Bewegungsenergie von einer externen Quelle zugeführt wird, kann eine IPM-Maschine auch als Generator arbeiten. Als Folge haben IPM-Maschinen in der Transportindustrie zunehmend an Akzeptanz als brauchbare Aggregate für Elektro- und Hybridelektrofahrzeuge gewonnen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Maschinen mit innenliegenden Permanentmagneten. Bei einer Ausführungsform enthält die Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten einen Stator, der mehrere elektrische Leiter enthält. Die Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten enthält ferner einen Rotor, der mit Bezug auf den Stator konzentrisch angeordnet ist. Der Rotor ist ausgestaltet, um sich um eine Rotationsachse relativ zum Stator zu drehen und enthält mehrere Polstücke, die ringförmig um die Rotationsachse herum angeordnet sind. Mindestens eines der Polstücke enthält eine magnetische Schicht, die ausgestaltet ist, um mit den elektrischen Leitern magnetisch in Wechselwirkung zu treten. Die magnetische Schicht weist eine im Wesentlichen konische Schnittform auf.
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Bei einer Ausführungsform enthält die magnetische Schicht einen ersten Permanentmagnet und einen zweiten Permanentmagnet. Der erste und zweite Permanentmagnet definieren zusammen die im Wesentlichen konische Schnittform. Der erste und zweite Permanentmagnet können geklebte Magnete [engl.: bonded magnets] sein. Die im Wesentlichen konische Schnittform, die durch die magnetische Schicht definiert wird, kann eine im Wesentlichen parabolische Form, eine im Wesentlichen hyperbolische Form oder eine im Wesentlichen halbelliptische Form sein.
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Der Rotor kann eine erste magnetische Schicht und eine zweite magnetische Schicht enthalten. Die zweite magnetische Schicht enthält einen dritten Permanentmagnet und einen vierten Permanentmagnet. Der dritte Permanentmagnet und der vierte Permanentmagnet können zusammen eine im Wesentlichen halbelliptische Form definieren. Der Rotor kann ferner eine dritte magnetische Schicht mit einem fünften Permanentmagnet und einem sechsten Permanentmagnet enthalten. Der fünfte und sechste Permanentmagnet können eine im Wesentlichen hyperbolische Form definieren. Der Rotor kann ferner eine intrapolare Brücke enthalten, die den ersten Permanentmagnet von dem zweiten Permanentmagnet trennt. Zwischen dem Rotator und dem Stator kann ein Luftspalt definiert sein. Ein Brennpunkt der im Wesentlichen konischen Schnittform, die durch die erste magnetische Schicht oder die zweite magnetische Schicht definiert ist, kann im Luftspalt angeordnet sein. Die intrapolare Brücke kann entlang einer Polmittelachse gestreckt sein, die die Rotationsachse und den Brennpunkt schneidet.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft auch Fahrzeuge. Bei einer Ausführungsform enthält das Fahrzeug einen Endantrieb und eine Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten, die mit dem Endantrieb wirksam verbunden ist. Die Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten enthält einen Stator, der mehrere elektrische Leiter enthält. Die Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten kann ferner einen Rotator enthalten, der zumindest teilweise innerhalb des Stators angeordnet ist und ausgestaltet ist, um sich relativ zum Stator zu drehen. Der Rotator enthält mehrere magnetische Schichten. Jede magnetische Schicht weist eine im Wesentlichen konische Schnittform auf, die einen Brennpunkt aufweist, der zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnet ist. Jede magnetische Schicht enthält einen ersten bogenförmigen Permanentmagnet und einen zweiten bogenförmigen Permanentmagnet.
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Bei einer Ausführungsform können der erste und zweite bogenförmige Permanentmagnet geklebte Magnete sein. Jede magnetische Schicht kann nur den ersten und zweiten bogenförmigen Permanentmagnet enthalten. Der erste bogenförmige Magnet kann ein Spiegelbild des zweiten bogenförmigen Permanentmagnets sein. Die durch jede magnetische Schicht definierte konische Schnittform kann eine im Wesentlichen halbelliptische Form, eine im Wesentlichen hyperbolische Form oder eine im Wesentlichen parabolische Form sein. Die magnetischen Schichten können im Wesentlichen unterschiedliche Formen aufweisen. Die magnetischen Schichten können im Wesentlichen identische Formen aufweisen.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft außerdem Verfahren zum Herstellen einer Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass ein erster geklebter Magnet in einem ersten Rotatorhohlraum eines ersten Rotors platziert wird und dass ein zweiter geklebter Magnet in einem zweiten Rotatorhohlraum des Rotors platziert wird. Der erste und zweite geklebte Magnet definieren gemeinsam eine im Wesentlichen konische Schnittform, etwa eine im Wesentlichen parabolische Form, eine im Wesentlichen hyperbolische Form oder eine im Wesentlichen halbelliptische Form.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner, dass ein dritter geklebter Magnet in einem dritten Rotatorhohlraum des Rotators platziert wird und dass ein vierter geklebter Magnet in einem vierten Rotatorhohlraum des Rotators platziert wird. Der dritte und vierte geklebte Magnet können gemeinsam eine Form definieren, die sich von der im Wesentlichen konischen Schnittform unterscheidet, die gemeinsam von dem ersten und zweiten geklebten Magnet definiert wird.
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Bei einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner umfassen, dass ein dritter geklebter Magnet in einem dritten Rotatorhohlraum des Rotators platziert wird und dass ein vierter geklebter Magnet in einem vierten Rotatorhohlraum des Rotators platziert wird. Der dritte und vierte geklebte Magnet können gemeinsam eine Form definieren, die im Wesentlichen identisch mit der im Wesentlichen konischen Schnittform ist, die gemeinsam von dem ersten und zweiten geklebten Magnet definiert wird.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung einiger der besten Arten und anderer Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das eine Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten enthält;
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2 ist eine Querschnittsansicht von vorne der in 1 schematisch gezeigten Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten; und
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3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Polstücks der in 2 gezeigten Maschine mit innenliegenden Permanentmagneten.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10, das einen Motor oder eine Maschine 12 mit innenliegenden Permanentmagneten (IPM-Motor bzw. IPM-Maschine) enthält, der bzw. die ausgestaltet ist, um das Fahrzeug 10 anzutreiben. Die IPM-Maschine 12 kann ausgestaltet sein, um Drehmoment oder Kraft an eine andere Komponente des Fahrzeugs 10 zu tiefem, wodurch das Fahrzeug 12 angetrieben wird. Abgesehen vom Antreiben des Fahrzeugs 10 kann die IPM-Maschine 12 verwendet werden, um andere geeignete Vorrichtungen mit Leistung zu versorgen. Die IPM-Maschine 12 kann ein bürstenloser Motor sein und enthält sechs im Wesentlichen identische miteinander verbundene Segmente 12A, die Seite an Seite entlang einer Rotationsachse X angeordnet sind, welche entlang der Länge der IPM-Maschine 12 definiert ist. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die IPM-Maschine 12 mehr oder weniger Segmente 12A enthalten kann. Die Anzahl der miteinander verbundenen Segmente 12A steht in direkter Beziehung zu dem Drehmoment, das die IPM-Maschine 12 zum Antreiben des Fahrzeugs 10 erzeugen kann.
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Das Fahrzeug 10 enthält einen Endantrieb 14 mit einem Getriebe und einer Antriebswelle (nicht gezeigt). Der Endantrieb 14 ist zwischen der IPM-Maschine 12 und Antriebsrädern 16 über ein oder mehrere geeignete Koppelelemente wirksam verbunden, etwa (nicht gezeigte) Gelenke mit konstanter Geschwindigkeit und Universalgelenke. Die wirksame Verbindung zwischen der IPM-Maschine 12 und dem Endantrieb 14 ermöglicht, dass die IPM-Maschine 12 Drehmoment an die Antriebsräder 16 liefert, um das Fahrzeug 10 anzutreiben.
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Zusätzlich zum Endantrieb 14 enthält das Fahrzeug 10 eine Energiespeichervorrichtung 18, die ausgestaltet ist, um elektrische Energie an die IPM-Maschine 12 und andere (nicht gezeigte) Fahrzeugsysteme zu liefern. Zu diesem Zweck ist die Energiespeichervorrichtung 18 mit der IPM-Maschine 12 elektrisch verbunden. Aufgrund dieser elektrischen Verbindung ist die IPM-Maschine 12 ausgestaltet, um elektrische Energie von der Energiespeichervorrichtung 18 zu empfangen, und sie kann als Generator arbeiten, wenn sie von einer Bewegungsenergiequelle des Fahrzeugs 10 angetrieben wird, die sich außerhalb der IPM-Maschine 12 befindet. Eine derartige externe Bewegungsenergie kann beispielsweise von einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine oder von den Antriebsrädern 16 über die Massenträgheit des Fahrzeugs geliefert werden.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils der in 1 schematisch gezeigten IPM-Maschine 12. Die IPM-Maschine 12 enthält einen Stator 20 mit Öffnungen 22 und elektrischen Leitern 24, die in den Öffnungen 22 angeordnet sind. Die elektrischen Leiter 24 sind mit der Energiespeichervorrichtung 18 (1) elektrisch verbunden. Diese elektrische Verbindung ermöglicht, dass die Energiespeichervorrichtung 18 (1) elektrische Energie an die elektrischen Leiter 24 liefert. Der Stator 20 kann eine im Wesentlichen ringförmige Form aufweisen und kann um die Rotationsachse X herum angeordnet sein. Außerdem kann der Stator 20 eine Statoraußenoberfläche 23 und eine Statorinnenoberfläche 25 entgegengesetzt zu der Statoraußenoberfläche 23 definieren. Sowohl die Statoraußenoberfläche 23 als auch die Statorinnenoberfläche 25 können einen Umfang um die Rotationsachse X herum definieren. Die Öffnungen 22 können näher bei der Statorinnenoberfläche 25 als bei der Statoraußenoberfläche 23 angeordnet sein und jede ist so geformt, und dimensioniert, dass sie einen oder mehrere elektrische Leiter 24 aufnimmt. Der Begriff ”Öffnungen” umfasst, so wie er hier verwendet wird, ohne Einschränkung Schlitze, Nuten, Aussparungen oder jeden Hohlraum im Stator 20, der so ausgestaltet und geformt ist, dass er mindestens einen elektrischen Leiter 24 aufnehmen kann. Die elektrischen Leiter 24 können aus einem geeigneten elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein, etwa metallischen Materialien wie Kupfer und Aluminium. Die elektrischen Leiter 24 können als Stäbe oder Wicklungen ausgestaltet sein und können eine beliebige geeignete Form aufweisen, wie etwa im Wesentlichen rechteckige, quaderförmige und zylindrische Formen. Unabhängig von seiner Form ist jeder elektrische Leiter 24 so geformt und dimensioniert, dass er in einer Öffnung 22 aufgenommen werden kann. Obwohl die Zeichnungen zeigen, dass die Öffnungen 22 zwei elektrische Leiter 24 enthalten, kann jede Öffnung 22 mehr oder weniger elektrische Leiter 24 enthalten.
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Die IPM-Maschine 12 enthält ferner einen Rotor 26, der um die Rotationsachse X herum und innerhalb des Stators 20 angeordnet ist. Der Stator 20 kann konzentrisch zum Rotor 26 angeordnet sein. Der Rotor 26 kann vollständig oder teilweise aus einem metallischen Material wie etwa Edelstahl ausgebildet sein, er kann eine im Wesentlichen ringförmige Form aufweisen und er definiert mehrere Rotorhohlräume 30 und mehrere bogenförmige Permanentmagnete 32, die in den Rotorhohlräumen 30 angeordnet sind. Die bogenförmigen Permanentmagnete 32 sind in die Rotorhohlräume 30 festsitzend eingepasst und enthalten eine Legierung aus einem Seltenerdenelement wie etwa Neodym, Samarium oder einem beliebigen anderen geeigneten ferromagnetischen Material. Geeignete ferromagnetische Materialien umfassen eine Neodym-Eisen-Bor-Legierung (NdFeB-Legierung) und eine Samarium-Cobalt-Legierung (SmCo-Legierung). Die bogenförmigen Permanentmagnete 32 können ringförmig um die Rotationsachse X herum angeordnet sein und sind ausgestaltet, um mit den elektrischen Leitern 24 magnetisch zu interagieren. Während eines Betriebs der IPM-Maschine 12 dreht sich der Rotor 26 relativ zum Stator 20 um die Rotationsachse X in Ansprechen auf den magnetischen Fluss, der sich zwischen den elektrischen Leitern 24 und den bogenförmigen Permanentmagneten 32 entwickelt, wodurch Antriebsdrehmoment zum Betreiben des Fahrzeugs 10 erzeugt wird.
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Bei der dargestellten Ausführungsform definiert der Rotor 26 ein Rotoraußenende 27 und ein Rotorinnenende 29 entgegengesetzt zum Rotoraußenende 27. Sowohl das Rotoraußenende 27 als auch das Rotorinnenende 29 können einen Umfang um die Rotationsachse X herum definieren. Die IPM-Maschine 12 kann einen Luftspalt 31 zwischen der Statorinnenoberfläche 25 und dem Rotoraußenende 27 definieren. Der Luftspalt 31 kann eine im Wesentlichen ringförmige Form aufweisen und verläuft um den Rotor 26 herum. Der Rotor 26 enthält mehrere Polstücke 42, die ringförmig um einen Rotormittelpunkt C herum angeordnet sind, welcher mit der Rotationsachse X übereinstimmen kann. Obwohl die Zeichnungen acht Polstücke 42 zeigen, kann der Rotor 26 mehr oder weniger Polstücke 42 enthalten. Interpolare Brücken 44 trennen aufeinanderfolgende Polstücke 42 und können entlang jeweiliger Interpolarachsen 46 gestreckt sein. Jede Interpolarachse 46 erstreckt sich durch den Mittelpunkt C des Rotators und im Wesentlichen durch die Mitte einer jeweiligen interpolaren Brücke 44 hindurch und definiert die Grenzlinie zwischen zwei aufeinanderfolgenden Polstücken 42. Aufeinanderfolgende Polstücke 42 weisen entgegengesetzte Polaritäten auf. Jedes Polstück 42 definiert ferner eine Polmittelachse 49, die sich durch den Mittelpunkt C des Rotators hindurch und im Wesentlichen durch die Mitte des Polstücks 42 hindurch erstreckt. Die Polmittelachse 49 jedes Polstücks 42 kann außerdem die Rotationsachse X schneiden.
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Mit Bezug auf 3 enthält jedes Polstück 42 mehrere bogenförmige Permanentmagnete 32, die in magnetischen Schichten 48, 50 und 52 angeordnet sind und die voneinander entlang einer radialen Richtung beabstandet sind, die durch den Pfeil R angezeigt ist. Speziell enthält jedes Polstück 42 eine erste magnetische Schicht 48, eine zweite magnetische Schicht 50 und eine dritte magnetische Schicht 52. Obwohl die Zeichnungen drei magnetische Schichten 48, 50 und 52 zeigen, kann jedes Polstück 42 mehr oder weniger magnetische Schichten enthalten. Jede magnetische Schicht 48, 50 oder 52 kann ein Paar bogenförmiger Permanentmagnete 32 enthalten, die entlang einer tangentialen Richtung, die durch den Pfeil T angezeigt ist, voneinander beabstandet sind. Die tangentiale Richtung (die durch den Pfeil T angezeigt ist) kann im Wesentlichen rechtwinklig zu der radialen Richtung sein (die durch den Pfeil R angezeigt ist). Obwohl die Zeichnungen zeigen, dass jede magnetische Schicht 48, 50 und 52 nur zwei bogenförmige Permanentmagnete 32 aufweist, können die magnetischen Schichten 48, 50 und 52 jeweils mehr oder weniger bogenförmige Permanentmagnete 32 enthalten. Jeder bogenförmige Permanentmagnet 32 kann eine monolithische Struktur sein.
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Alle oder einige der bogenförmigen Permanentmagnete 32 können geklebte Magnete sein. Bei der Verwendung hierin schließt der Begriff ”geklebte Magnete” gesinterte Magnete aus. Gesinterte Magnete werden vorbereitet, indem das Rohmaterial in einem Ofen geschmolzen wird, das geschmolzene Rohmaterial in eine Gussform gegossen wird und das Rohmaterial abgekühlt wird, um Barren auszubilden. Die Barren werden dann pulverisiert und das resultierende Pulver durchläuft anschließend einen Flüssigphasen-Sinterprozess, wodurch das Pulver magnetisch in dichten Blöcken ausgerichtet wird. Diese Blöcke werden dann wärmebehandelt, in Form geschnitten, oberflächenbehandelt und magnetisiert. Um im Gegensatz dazu einen geklebten Magneten zu erzeugen, wird ein dünnes Band aus einem ferromagnetischen Material (etwa einer Neodym-Legierung) schmelzgesponnen. Dieses Band wird dann pulverisiert, mit einem Polymer vermischt und dann entweder durch Druckguss oder Spritzguss zu geklebten Magneten gegossen. Geklebte Magnete bieten weniger Fluss als gesinterte Magnete und sind daher weniger leistungsstark als gesinterte Magnete. Jedoch können geklebte Magnete zu Teilen mit komplexen Formen geformt werden und weisen geringere Wirbelstromverluste als gesinterte Magnete auf.
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Es ist wichtig, komplex geformte Permanentmagnete auszubilden (etwa die bogenförmigen Magnete 32), um das Reluktanzmoment der IPM-Maschine 12 zu erhöhen und damit ihre Leistungsausgabe zu maximieren. Folglich weist mindestens eine der magnetischen Schichten 48, 50 oder 52 eine im Wesentlichen konische Schnittform auf. Bei der Verwendung hierin umfasst der Begriff ”konische Schnittform” im Wesentlichen parabolische, im Wesentlichen hyperbolische und im Wesentlichen halbelliptische Formen und schließt im Wesentlichen halbkreisförmige Formen aus. Obwohl der Begriff ”halbelliptische Form” in streng mathematischem Sinn Halbkreisformen enthalten kann, schließt der Begriff ”halbelliptische Form” bei der Verwendung hierin halbkreisförmige Formen aus. Analog schließt der Begriff ”im Wesentlichen halbelliptische Form” in der vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen halbkreisförmige Formen aus. Aufgrund ihrer im Wesentlichen konischen Schnittformen können die magnetischen Schichten 48, 50 und 52 weiter in das Rotorinnenende 29 hinein angeordnet werden, wodurch das Reluktanzmoment der IPM-Maschine 12 verbessert wird.
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Die erste magnetische Schicht 48 kann nur einen ersten Permanentmagnet 32A, der in einem ersten Rotorhohlraum 30A angeordnet ist, und einen zweiten Permanentmagnet 32B, der in einem zweiten Rotorhohlraum 30B angeordnet ist, enthalten. Trotzdem kann die erste magnetische Schicht 48 mehr oder weniger bogenförmige Permanentmagnete 32 enthalten. Eine erste intrapolare Brücke 34 trennt den ersten Permanentmagnet 32A in der tangentialen Richtung, die durch den Pfeil T angezeigt wird, von dem zweiten Permanentmagnet 32B. Darüber hinaus kann die erste intrapolare Brücke 34 entlang der Polmittelachse 49 gestreckt sein und verbessert die strukturelle Integrität des Rotors 26.
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Bei der dargestellten Ausführungsform können der erste Permanentmagnet 32A und der zweite Permanentmagnet 32B gemeinsam eine im Wesentlichen parabolische Form definieren. Folglich kann die erste magnetische Schicht 48 eine im Wesentlichen parabolische Form aufweisen. Die im Wesentlichen parabolische Form der ersten magnetischen Schicht 48 kann um einen Fokus oder Brennpunkt F herum definiert sein. Der Brennpunkt F kann im Luftspalt 31 angeordnet sein und ist der Brennpunkt der Parabel, die durch den ersten Permanentmagnet 32A und den zweiten Permanentmagnet 32B gemeinsam definiert wird. Die Polmittelachse 49 schneidet den Brennpunkt F und stimmt mit einer Symmetrieachse der Parabel überein, die von dem ersten Permanentmagnet 32A und dem zweiten Permanentmagnet 32B gemeinsam definiert wird. Folglich kann der erste Permanentmagnet 32A ein Spiegelbild des zweiten Permanentmagnets 32B sein. Die erste intrapolare Brücke 34 ist zwischen dem ersten Permanentmagnet 32A und dem zweiten Permanentmagnet 32B angeordnet und definiert den Scheitelpunkt der Parabel, die durch die erste magnetische Schicht 48 definiert wird. Die erste magnetische Schicht 48 kann alternativ eine im Wesentlichen hyperbolische oder im Wesentlichen halbelliptische Form aufweisen. In beiden Fällen kann der Brennpunkt F den Fokuspunkt der Hyperbel oder der Halbellipse definieren, die durch den ersten Permanentmagnet 32A und den zweiten Permanentmagnet 32B gemeinsam definiert wird, und die Polmittelachse 49 kann die Symmetrieachse der Hyperbel oder Parabel definieren, die durch die erste magnetische Schicht 48 definiert wird.
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Zumindest ein Teil der zweiten magnetischen Schicht 50 ist näher zu dem Rotorinnenende 29 hin angeordnet als die erste magnetische Schicht 48. Die zweite magnetische Schicht 50 kann nur einen dritten Permanentmagnet 32C, der in einem dritten Rotorhohlraum 30C angeordnet ist, und einen vierten Permanentmagnet 32D, der in einem vierten Rotorhohlraum 30D angeordnet ist, enthalten. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die zweite magnetische Schicht 50 weniger oder mehr Permanentmagnete enthalten kann. Eine zweite intrapolare Brücke 54 trennt den dritten Permanentmagnet 32C entlang der tangentialen Richtung, die durch den Pfeil T angezeigt ist, von dem vierten Permanentmagnet 32D. Außerdem kann die zweite intrapolare Brücke 54 entlang der Polmittelachse 49 gestreckt sein und verbessert die strukturelle Integrität des Rotors 26.
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Bei der dargestellten Ausführungsform definieren der dritte Permanentmagnet 32C und der vierte Permanentmagnet 32D gemeinsam eine im Wesentlichen halbelliptische Form. Folglich weist die zweite magnetische Schicht 50 eine im Wesentlichen halbelliptische Form auf. Der Brennpunkt F ist der Fokuspunkt der Halbellipse, die durch die zweite magnetische Schicht 50 definiert wird, und die Polmittelachse 49 ist die Symmetrieachse der Halbellipse, die durch die zweite magnetische Schicht 50 definiert wird. Folglich ist der dritte Permanentmagnet 32C ein Spiegelbild des vierten Permanentmagnets 32D. Die zweite intrapolare Brücke 54 ist zwischen dem dritten Permanentmagnet 32C und dem vierten Permanentmagnet 32D angeordnet und definiert den Scheitelpunkt der Halbellipse, die durch die zweite magnetische Schicht 50 definiert wird. Die zweite magnetische Schicht 50 kann alternativ eine im Wesentlichen parabolische oder im Wesentlichen hyperbolische Form aufweisen. In beiden Fällen kann der Brennpunkt F den Fokuspunkt der Parabel oder Hyperbel definieren, die durch die zweite magnetische Schicht 50 definiert wird, und die Polmittelachse 49 definiert die Symmetrieachse der Parabel oder Hyperbel, die durch die zweite magnetische Schicht 50 definiert wird.
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Zumindest ein Teil der dritten magnetischen Schicht 52 ist näher bei dem Rotorinnenende 29 angeordnet als die zweite magnetische Schicht 50. Die dritte magnetische Schicht 52 enthält einen fünften Permanentmagnet 32E, der in einem fünften Rotorhohlraum 30E angeordnet ist, und einen sechsten Permanentmagnet 32F, der in einem sechsten Rotorhohlraum 30F angeordnet ist. Obwohl die Zeichnungen zeigen, dass die dritte magnetische Schicht 52 nur zwei Permanentmagnete aufweist, kann die dritte magnetische Schicht 52 mehr oder weniger Permanentmagnete enthalten. Eine dritte intrapolare Brücke 56 trennt den fünften Permanentmagnet 32E entlang der tangentialen Richtung, die durch den Pfeil T angezeigt ist, vom sechsten Permanentmagnet 32F. Darüber hinaus kann die dritte intrapolare Brücke 56 entlang der Polmittelachse 49 gestreckt sein und verbessert die strukturelle Integrität des Rotors 26.
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Der fünfte Permanentmagnet 32E und der sechste Permanentmagnet 32F definieren gemeinsam eine im Wesentlichen hyperbolische Form. Folglich weist die dritte magnetische Schicht 52 eine im Wesentlichen hyperbolische Form auf. Der Brennpunkt F ist der Fokuspunkt der Hyperbel, die durch die dritte magnetische Schicht 52 definiert wird, und die Polmittelachse 49 ist die Symmetrieachse der Hyperbel, die durch die dritte magnetische Schicht 52 definiert wird. Folglich ist der fünfte Permanentmagnet 32E ein Spiegelbild des sechsten Permanentmagnets 32F. Die dritte interpolare Brücke 56 ist zwischen dem fünften Permanentmagnet 32E und dem sechsten Permanentmagnet 32F angeordnet und definiert den Scheitelpunkt der Hyperbel, die durch die dritte magnetische Schicht 52 definiert wird. Anstelle einer im Wesentlichen hyperbolischen Form kann die dritte magnetische Schicht 52 eine im Wesentlichen halbelliptische oder parabolische Form aufweisen. In jedem Fall kann der Brennpunkt F den Fokuspunkt der Halbellipse oder der Parabel definieren, die durch die dritte magnetische Schicht 52 definiert wird, und die Polmittelachse 49 kann die Symmetrieachse der Halbellipse oder Parabel definieren, die durch die dritte magnetische Schicht 52 definiert wird.
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Obwohl 3 das Polstück 42 so zeigt, dass es magnetische Schichten mit drei verschiedenen Formen aufweist, kann jedes der Polstücke 42 des Rotors 26 im Wesentlichen identisch geformte magnetische Schichten enthalten. Beispielsweise kann jedes Polstück 42 drei magnetische Schichten enthalten, die jeweils im Wesentlichen parabolische Formen aufweisen. Es wird in Betracht gezogen, dass jedes Polstück 42 zwei magnetische Schichten mit im Wesentlichen identischen Formen und eine dritte magnetische Schicht mit einer anderen Form enthalten kann. Beispielsweise kann eines der Polstücke 42 zwei magnetische Schichten mit im Wesentlichen hyperbolischen Formen und eine dritte magnetische Schicht mit einer im Wesentlichen halbelliptischen Form enthalten. Alternativ kann ein oder können mehrere der Polstücke 42 zwei magnetische Schichten mit im Wesentlichen parabolischen Formen und eine dritte magnetische Schicht mit einer im Wesentlichen hyperbolischen Form enthalten. Jedes Polstück 42 kann außerdem magnetische Schichten enthalten, die jeweils im Wesentlichen unterschiedliche Formen aufweisen.
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Es wird auch in Betracht gezogen, dass die magnetischen Schichten in Relation auf den Rotatormittelpunkt C in anderen Positionen angeordnet sein können. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der dritten magnetischen Schicht 52 näher bei dem Rotoraußenende 27 angeordnet sein, als jeder andere Teil der ersten magnetischen Schicht 48. Zudem können die Polstücke 42 andere Kombinationen aus der ersten magnetischen Schicht 48, der zweiten magnetischen Schicht 50 und der dritten magnetischen Schicht 52 enthalten.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft außerdem Verfahren zum Herstellen der IPM-Maschine 12. Indem geklebte Permanentmagnete verwendet werden, wird der Herstellungsprozess vereinfacht und dadurch werden die Herstellungskosten minimiert. Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Herstellen der IPM-Maschine 12, dass ein erster geklebter Magnet (etwa der erste Permanentmagnet 32) in dem ersten Rotatorhohlraum 30A des Rotors 26 platziert wird; und dass ein zweiter geklebter Magnet (etwa der zweite Permanentmagnet 32B) in dem zweiten Rotatorhohlraum 30B platziert wird. Bei diesem Verfahren definieren der erste und zweite geklebte Magnet (etwa der erste und zweite Permanentmagnet 32A, 32B) gemeinsam eine im Wesentlichen konische Schnittform. Diese im Wesentlichen konische Schnittform kann eine im Wesentlichen parabolische Form, eine im Wesentlichen hyperbolische Form oder eine im Wesentlichen halbelliptische Form sein. Dieses Herstellungsverfahren kann ferner umfassen, dass ein dritter geklebter Magnet (etwa der dritte Permanentmagnet 32C) in dem dritten Rotatorhohlraum 30C platziert wird und dass ein vierter geklebter Magnet (etwa der vierte Permanentmagnet 32D) in dem vierten Rotatorhohlraum 30D platziert wird. Der dritte und vierte geklebte Magnet (etwa der dritte und vierte Permanentmagnet 32C, 32D) definieren gemeinsam eine Form, die im Wesentlichen identisch mit der im Wesentlichen konischen Schnittform ist, die durch die ersten und zweiten geklebten Magnete (etwa den ersten und zweiten Permanentmagnet 32A, 32B) gemeinsam definiert wird. Alternativ können der dritte und vierte geklebte Magnet (etwa der dritte und vierte Permanentmagnet 32C, 32D) gemeinsam eine Form definieren, die sich von der Form unterscheidet, die durch die ersten und zweiten geklebten Magnete (etwa den ersten und zweiten Permanentmagnet 32A, 32B) gemeinsam definiert wird.
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Die genaue Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, aber der Umfang der Erfindung wird nur durch die Ansprüche definiert. Obwohl einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, in die Praxis umzusetzen.
