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Die Erfindung betrifft einen Rotorkern für einen Rotor einer elektrischen Maschine. Außerdem betrifft die Erfindung ein Rotorelement mit einem solchen Rotorkern und eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug.
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Die
JP 2018 064374 offenbart einen Rotorkern für eine elektrische Maschine. Auch der
WO 2011/002043 A1 , der
WO 2012/008012 A1 und der
WO 2014/090050 A1 sind Rotorkerne für Rotoren von elektrischen Maschinen als bekannt zu entnehmen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotorkern und ein Rotorelement für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass eine besonders hohe Drehmoment- und Leistungsdichte und ein besonders hoher Wirkungsgrad der elektrischen Maschine realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Rotorkern mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Rotorelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotorkern für einen Rotor einer elektrischen Maschine. Der Rotorkern ist beispielsweise ein Rotoraußenkern. Insbesondere kann der Rotorkern aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Elektroblech, gebildet sein. Der Rotorkern kann einstückig ausgebildet sein, oder aber der Rotorkern umfasst mehrere, separat voneinander hergestellte und miteinander verbundene Teile, sodass der Rotorkern mehrteilig ausgebildet sein kann.
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Der Rotorkern weist wenigstens oder genau eine erste Taschengruppe auf, welche wenigstens drei demselben ersten elektrischen Pol zugeordnete Magnettaschen umfasst. In der jeweiligen Magnettasche der ersten Taschengruppe ist jeweils wenigstens oder genau ein Permanentmagnet aufnehmbar. Der Rotorkern weist darüber hinaus wenigstens oder genau ein in Umfangsrichtung des Rotorkerns auf die erste Taschengruppe folgende zweite Taschengruppe auf, welche wenigstens oder genau drei demselben zweiten elektrischen Pol zugeordnete Magnettaschen umfasst. In der jeweiligen Magnettasche der zweiten Taschengruppe ist jeweils wenigstens oder genau ein Permanentmagnet aufnehmbar. Unter dem Merkmal, dass die jeweiligen Magnettaschen der jeweiligen Taschengruppe demselben elektrischen Pol des Rotors beziehungsweise der elektrischen Maschine zugeordnet sind, ist insbesondere zu verstehen, dass in vollständig hergestelltem Zustand der elektrischen Maschine die in den Magnettaschen der ersten Taschengruppe aufgenommenen Permanentmagnete denselben ersten elektrischen Pol der elektrischen Maschine bilden, während die in vollständig hergestelltem Zustand der elektrischen Maschine in den Magnettaschen der zweiten Taschengruppe aufgenommenen Permanentmagnete denselben zweiten elektrischen Pol der elektrischen Maschine bilden. Der zweite Pol ist dabei zusätzlich zu dem ersten Pol vorgesehen. Die elektrischen Pole können gleicher Art beziehungsweise Ausrichtung sein, sodass beispielsweise der erste Pol ein erster Südpol und der zweite Pol ein zweiter Südpol ist oder der erste Pol ist ein erster Nordpol und der zweite Pol ist ein zweiter Nordpol. Ferner ist es denkbar, dass die elektrischen Pole unterschiedlicher Art beziehungsweise Ausrichtung sind, sodass beispielsweise der erste Pol ein Nordpol und der zweite Pol ein Südpol ist, oder der erste Pol ist ein Südpol und der zweite Pol ist ein Nordpol. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Taschengruppen in Umfangsrichtung des Rotorkerns unmittelbar aufeinanderfolgen und somit benachbart zueinander angeordnet sind, sodass in Umfangsrichtung des Rotorkerns zwischen den Taschengruppen keine weitere, andere Magnettasche angeordnet ist. Die jeweiligen Magnettaschen der jeweiligen Taschengruppe sind bezogen auf ein in radialer Richtung des Rotorkerns verlaufende Symmetrieachse achsensymmetrisch angeordnet. Somit ist die jeweilige Taschengruppe bezogen auf die Symmetrieachse achsensymmetrisch ausgebildet.
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Des Weiteren ist es vorgesehen, dass die jeweilige, in Umfangsrichtung des Rotorkerns mittlere der Magnettaschen der jeweiligen Taschengruppe in radialer Richtung des Rotorkerns weiter außen angeordnet ist als die jeweiligen seitlichen Magnettaschen der jeweiligen Taschengruppe, wobei die jeweiligen seitlichen Magnettaschen der jeweiligen Taschengruppe in Umfangsrichtung des Rotorkerns beidseitig auf die jeweilige mittlere Magnettasche der jeweiligen Taschengruppe folgen. Somit ist die jeweilige mittlere Magnettasche in radialer Richtung des Rotorkerns nach außen hin gegenüber den jeweiligen seitlichen Magnettaschen der jeweiligen Taschengruppe versetzt angeordnet. Dabei ist es denkbar, dass die Symmetrieachse durch den insbesondere als Flächenschwerpunkt ausgebildeten Schwerpunkt der jeweiligen mittleren Magnettasche der jeweiligen Taschengruppe verläuft.
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Des Weiteren weist der Rotorkern einen Außendurchmesser beziehungsweise einen Außenumfang auf, welcher an wenigstens einer in Umfangsrichtung des Rotorkerns zwischen den Taschengruppen angeordneten Stelle geringer als in sich in Umfangsrichtung des Rotorkerns beidseitig an die Stelle anschließenden Bereichen ist. Mit anderen Worten weist der Außendurchmesser beziehungsweise der Außenradius des Rotorkerns an der Stelle einen ersten Wert und in den genannten Bereichen einen zweiten Wert auf, welcher gegenüber dem ersten Wert größer ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist der Außendurchmesser beziehungsweise der Außenumfang des Rotorkerns an der Stelle geringer als in den Bereichen, sodass die Stelle in radialer Richtung des Rotorkerns nach innen hin gegenüber den Bereichen zurückversetzt ist. Der Rotorkern ist somit außenumfangsseitig nicht streng kreisrund beziehungsweise zylindrisch ausgebildet, sondern der Rotorkern weist außenumfangsseitig eine Form auf, die einer Blüte einer Blume entspricht oder ähnelt.
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Die Erfindung ermöglicht die Realisierung einer vorteilhaften Rotor-Topologie, durch welche eine besonders hohe Drehmomentdichte, eine besonders hohe Leistungsdichte und ein besonders hoher Wirkungsgrad der elektrischen Maschine gewährleistet werden kann. Der Erfindung liegen dabei die Erkenntnisse zugrunde, dass herkömmliche Rotor-Topologien mit einer geraden Anzahl an Magnettaschen pro Pol die Realisierung einer hohen Drehmomentdichte ermöglichen, jedoch nachteilig im Hinblick auf eine hinreichend hohe Festigkeit des Rotors mit sich bringen können. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, wenn die Anzahl der Magnettaschen der jeweiligen Taschengruppe ungerade ist und somit beispielsweise drei, fünf, sieben oder neun beträgt oder demgegenüber größer ist.
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Dadurch, dass die mittlere Magnettasche in radialer Richtung nach außen hin gegen die seitlichen Magnettaschen versetzt ist, kann der in der mittleren Magnettasche anzuordnende Permanentmagnet zumindest teilweise in radialer Richtung des Rotorkerns weiter außen angeordnet werden als die in den seitlichen Magnettaschen anzuordnenden Permanentmagnete, sodass der mittlere, in der mittleren Magnettasche anzuordnende Permanentmagnet über den seitlichen, in den seitlichen Magnettaschen anzuordnende Permanentmagneten angeordnet werden kann. Hierdurch ist es möglich, dass in Umfangsrichtung zwischen den jeweiligen Magnettaschen der jeweiligen Taschengruppe angeordnete Stege des Rotorkerns eine drehmomentbildende Rolle spielen, das heißt zur Realisierung eines von der elektrischen Maschine über den Rotor bereitzustellenden Drehmoments genutzt werden können. Herkömmlicherweise spielen diese Stege eine mechanische Rolle und sind eher nachteilhaft. Bei der Erfindung können diese Stege nun vorteilhaft genutzt werden, um zur Bereitstellung von Drehmomenten beizutragen. Von ungeordneter Rolle ist, ob der jeweilige Permanentmagnet einzeln beziehungsweise einstückig oder als Aneinanderreihung von Einzelmagneten in die jeweilige, auch einfach als Tasche bezeichnete Magnettasche eingefügt wird.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein jeweiliger Teilbereich der jeweiligen seitlichen Magnettasche der jeweiligen Taschengruppe in radialer Richtung nach außen hin durch einen jeweiligen Teilbereich der jeweiligen mittleren Magnettasche der jeweiligen Taschengruppe überlappt beziehungsweise überdeckt ist. Dadurch können die zwischen den Magnettaschen angeordneten Stege besonders vorteilhaft zur Bildung und somit zur Bereitstellung eines Drehmoments genutzt werden, sodass eine besonders hohe Leistungs- und Drehmomentdichte realisiert werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Magnettaschen, insbesondere die mittlere Magnettasche, durch wenigstens einen Steg des Rotorkerns in durch den Steg voneinander getrennte, insbesondere vollständig voneinander getrennte, Teiltaschen unterteilt ist. Mit anderen Worten kann die jeweilige, einzelne Magnettasche durch wenigstens oder genau einen schmalen Steg an sich getrennt und somit in Teiltaschen unterteilt sein, wobei die Teiltaschen zusammen die jeweilige Magnettasche bilden. Trotz der Trennung der Magnettasche in die Teiltaschen wirkt die Magnettasche wie eine einzige, durchgängige Magnettasche. Besonders vorteilhaft ist eine Teilung der mittleren Magnettasche, wobei es denkbar ist, dass alternativ oder zusätzlich zumindest eine der seitlichen Magnettaschen wenigstens einfach oder mehrfach geteilt sein kann. Jedoch kann durch Teilung der mittleren Magnettasche der jeweiligen Taschengruppe unter Berücksichtigung der Achsensymmetrie auch eine Realisierung mit einer geraden Anzahl an Permanentmagneten erreichbar sein.
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Insbesondere kann unabhängig davon, ob drei, fünf, sieben oder demgegenüber mehr achsensymmetrisch zueinander angeordneten Magnettaschen vorgesehen sind, beispielsweise die mittlere Magnettasche der jeweiligen Taschengruppe in wenigstens oder genau zwei Teiltaschen unterteilt sen. Die seitlichen Magnettaschen liegen jedoch zumindest teilweise in radialer Richtung des Rotorkerns weiter innen als die mittlere Magnettasche. Je weiter die jeweilige Magnettasche der jeweiligen Taschengruppe von der jeweiligen Symmetrieachse der jeweiligen Taschengruppe entfernt ist, desto weiter liegt diese Magnettasche radial innen und dabei in radialer Richtung weiter innen als gegebenenfalls vorgesehene, näher an der Symmetrieachse liegende Magnettaschen.
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Die jeweiligen Magnettaschen sind beispielsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Symmetrieachse ausgerichtet, wobei eine demgegenüber geschrägte Anordnung denkbar ist. Denkbar ist, dass in wenigstens einem Randbereich und/oder in einem Bereich von wenigstens ein oder mehreren Flusssperren der jeweiligen Magnettasche Strukturen und/oder Formen vorgesehen sind, welche nicht senkrecht, insbesondere zur Symmetrieachse, sind.
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Um auf einfache Weise eine besonders hohe Leistungs- und Drehmomentdichte realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest eine der Magnettaschen wenigstens einer der Taschengruppen asymmetrisch ausgebildet ist.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine der Magnettaschen auf einer in radialer Richtung nach außen weisenden Seite eine erste Breite und auf einer in radialer Richtung nach innen weisenden Seite eine von der ersten Breite unterschiedliche und insbesondere gegenüber der ersten Breite geringere zweite Breite aufweist. Hierdurch können eine besonders hohe Leistungs- und Drehmomentdichte und ein besonders hoher Wirkungsgrad des Rotors und somit der elektrischen Maschine insgesamt dargestellt werden.
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Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zumindest eine der Magnettaschen, insbesondere der jeweiligen Taschengruppe, trapezförmig ausgebildet ist. Die trapezförmige Magnettasche weist somit beispielsweise eine erste, längere Seite und eine der ersten, längeren Seite in radialer Richtung gegenüberliegende zweite, gegenüber der längeren Seite kürzere Seite auf, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass die längere Seite in radialer Richtung des Rotorkerns nach außen und die kürzere Seite in radialer Richtung des Rotorkerns nach innen weist. Insbesondere ist die mittlere Magnettasche zumindest im Wesentlichen trapezförmig ausgebildet.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die jeweiligen seitlichen Magnettaschen der jeweiligen Taschengruppe eher die Grundform eines Parallelogramms aufweisen, wobei auch hier die radial äußere Seite weiter nach außen und weiter weg von der Symmetrieachse weist als die radial innere Seite.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der jeweilige, in Umfangsrichtung des Rotorkerns zwischen der jeweiligen seitlichen Magnettasche und der jeweiligen mittleren Magnettasche der jeweiligen Taschengruppe parallel beziehungsweise gleich breit schräg angeordnet ist und dabei vorzugsweise schräg zur radialen Richtung verläuft.
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Insbesondere ist es denkbar, dass die äußerste beziehungsweise die in Umfangsrichtung am weitesten von der Symmetrieachse entfernte Magnettasche der jeweiligen Taschengruppe nach außen hin wenigstens eine oder mehrere weitere Strukturen beziehungsweise Formen, insbesondere von Flusssperren, aufweist.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Rotorelement für einen Rotor einer elektrischen Maschine, wobei das Rotorelement wenigstens einen Rotorkern gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn bei dem zweiten Aspekt der Erfindung in zumindest einer der Magnettaschen genau einer oder aber vorzugsweise mehrere Permanentmagnete aufgenommen sind. Hierdurch kann eine besonders hohe Leistungs- und Drehmomentdichte und ein besonders hoher Wirkungsgrad der elektrischen Maschine realisiert werden.
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Schließlich hat es sich als weiterhin besonders vorteilhaft gezeigt, wenn ein in einer ersten der Magnettaschen aufgenommener erster Permanentmagnet einen ersten Außenumfang und somit eine erste außenumfangsseitige Größe und eine in einer zweiten der Magnettaschen aufgenommener zweiter Permanentmagnet einen von dem ersten Außenumfang unterschiedlichen zweiten Außenumfang und somit eine von der ersten Größe unterschiedliche, außenumfangsseitige zweite Größe aufweist. Vorzugsweise ist die zweite Größe größer als die erste Größe oder umgekehrt.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug. Die elektrische Maschine weist wenigstens einen Rotorkern gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder wenigstens ein Rotorelement gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung auf. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Die elektrische Maschine weist vorzugsweise in ihrem vollständig hergestellten Zustand wenigstens oder genau einen Stator und wenigstens oder genau einen Rotor auf, welcher wenigstens einen Rotorkern gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder wenigstens ein Rotorelement gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst. Der Rotor ist dabei von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar. Vorzugsweise weist der Rotorkern eine, insbesondere zentrale, Öffnung auf, welche vorzugsweise als Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Die Durchgangsöffnung durchdringt vorzugsweise den Rotorkern in dessen axialer Richtung vollständig. In der Öffnung ist eine Welle des Rotors aufnehmbar oder aufgenommen, wobei die Welle auch als Rotorwelle bezeichnet wird. Dabei ist beispielsweise der Rotorkern beziehungsweise das Rotorelement auf der Welle angeordnet und drehfest mit der Welle verbunden. Dadurch kann die elektrische Maschine über den Rotor, insbesondere über die Rotorwelle, Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen.
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Zur Erfindung soll auch ein Kraftfahrzeug gehören, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ein kann. Dabei umfasst das Kraftfahrzeug wenigstens eine elektrische Maschine gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, wobei das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine, insbesondere elektrisch, angetrieben werden kann. Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug oder aber als Elektrofahrzeug, insbesondere als batterieelektrisches Fahrzeug, ausgebildet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Rotorkerns gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß der ersten Ausführungsform;
- 3 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 4 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Rotorelements gemäß einer ersten Ausführungsform, welches den Rotorkern gemäß der ersten Ausführungsform umfasst;
- 5 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorelements gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 6 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorelements gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 7 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 8 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer vierten Ausführungsform;
- 9 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer fünften Ausführungsform;
- 10 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer sechsten Ausführungsform;
- 11 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer siebten Ausführungsform;
- 12 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer achten Ausführungsform;
- 13 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer neunten Ausführungsform;
- 14 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer zehnten Ausführungsform;
- 15 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer elften Ausführungsform;
- 16 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer zwölften Ausführungsform;
- 17 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer 13. Ausführungsform;
- 18 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer 14. Ausführungsform;
- 19 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer 15. Ausführungsform;
- 20 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer 16. Ausführungsform;
- 21a-l jeweils ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht einer Magnettasche des Rotorkerns;
- 22 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer 17. Ausführungsform; und
- 23 ausschnittsweise eine schematische Vorderansicht des Rotorkerns gemäß einer 18. Ausführungsform.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Vorderansicht eine erste Ausführungsform eines Rotorkerns 10 für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass die elektrische Maschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand den Rotorkern 10 umfasst. Das Kraftfahrzeug umfasst in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine und ist mittels der elektrischen Maschine elektrisch antreibbar. Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf, welcher von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Stator antreibbar ist. Dabei umfasst der Rotor den Rotorkern 10. Der Rotor umfasst ferner eine auch als Rotorwelle bezeichnete Welle, welche drehfest mit dem Rotorkern 10 verbunden ist. Über den Rotor, insbesondere über die Welle, kann die elektrische Maschine Drehmomente zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen.
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Der Rotorkern 10 weist mehrere, in Umfangsrichtung des Rotorkerns 10 unmittelbar beziehungsweise direkt aufeinanderfolgende Taschengruppen 12a-h auf. Bei der ersten Ausführungsform weist der Rotorkern 10 genau acht Taschengruppen 12a-h auf. Der Übersicht wegen wird der Rotorkern 10 und die elektrische Maschine im Folgenden anhand der in Umfangsrichtung unmittelbar beziehungsweise direkt aufeinanderfolgenden und somit zueinander benachbart angeordneten Taschengruppen 12a und 12b beschrieben, wobei die Taschengruppe 12a auch als erste Taschengruppe und die Taschengruppe 12b auch als zweite Taschengruppe bezeichnet wird. Die jeweilige Taschengruppe 12a-h weist wenigstens oder vorliegend genau drei Magnettaschen 14a-c, 16a-c, 18a-c, 20a-c, 22a-c, 24a-c, 26a-c und 28a-c auf. Die jeweilige Taschengruppe 12a-h ist jeweils demselben elektrischen Pol des Rotors beziehungsweise der elektrischen Maschine zugeordnet, sodass vorliegend die Magnettaschen 14a-c demselben ersten elektrischen Pol, die Magnettaschen 16a-c demselben zweiten elektrischen Pol, die Magnettaschen 18a-c demselben dritten elektrischen Pol, die Magnettaschen 20a-c demselben vierten magnetischen Pol, die Magnettaschen 22a-c demselben fünften magnetischen Pol, die Magnettaschen 24a-c demselben sechsten magnetischen Pol, die Magnettaschen 26a-c demselben siebten magnetischen Pol und die Magnettaschen 28a-c demselben achten magnetischen Pol der elektrischen Maschine zugeordnet sind. Beispielsweise sind genau vier der elektrischen Pole elektrische Nordpole, während genau vier der elektrischen Pole elektrische Südpole sind.
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Wie in Zusammenschau mit 4 erkennbar ist, ist in der jeweiligen Magnettasche 14a-c, 16a-c, 18a-c, 20a-c, 22a-c, 24a-c, 26a-c und 28a-c jeweils wenigstens oder genau ein einfach auch als Magnet bezeichneter Permanentmagnet 30a-f aufnehmbar oder aufgenommen. 4 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Vorderansicht ein Rotorelement 32 gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei das Rotorelement 32 gemäß der ersten Ausführungsform den Rotorkern 10 gemäß der ersten Ausführungsform und die in den einfach auch als Taschen bezeichneten Magnettaschen 14a-c, 16a-c, 18a-c, 20a-c, 22a-c, 24a-c, 26a-c und 28a-c angeordneten Permanentmagneten umfasst. Somit umfasst die elektrische Maschine beziehungsweise ihr Rotor in vollständig hergestelltem Zustand des Rotors beziehungsweise der elektrischen Maschine das Rotorelement 32.
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2 zeigt den Rotorkern 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausschnittsweise in einer schematischen Vorderansicht. Wie besonders gut in 1 und 2 am Beispiel der die Magnettaschen 14a-c umfassenden ersten Taschengruppe 12a erkennbar ist, sind die jeweilig in Magnettaschen 14a-c bezogen auf eine in radialer Richtung des Rotorkerns 10 und somit der elektrischen Maschine verlaufende Symmetrieachse 34 achsensymmetrisch zueinander angeordnet. Somit ist die jeweilige Taschengruppe 12a-h bezogen auf die jeweilige Symmetrieachse 34 achsensymmetrisch ausgebildet. Außerdem ist die jeweilige, mit 14b, 16b, 18b, 20b, 22b, 24b, 26b beziehungsweise 28b bezeichnete mittlere der jeweiligen Taschen der jeweiligen Taschengruppe 12a-h in radialer Richtung des Rotorkerns 10 weiter außen angeordnet als die jeweiligen, mit 14a, c, 16a,c, 18a,c, 20a,c, 22a,c, 24a,c, 26a,c beziehungsweise 28a,c bezeichneten seitlichen Magnettaschen der jeweiligen Taschengruppe 12a-h. Die Symmetrieachse 34 verläuft dabei durch den vorliegend als Flächenschwerpunkt ausgebildeten Schwerpunkt SP der jeweiligen mittleren Tasche der jeweiligen Taschengruppe 12a-h.
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Des Weiteren weist der Rotorkern 10 einen, insbesondere äußersten, Außendurchmesser 36 auf, welcher auch als Außenumfang oder Außenradius bezeichnet wird beziehungsweise einen solchen Außenradius beziehungsweise Außenumfang definiert. Dabei weist der Außendurchmesser 36 an wenigstens einer in Umfangsrichtung des Rotorkerns zwischen den jeweiligen Taschengruppen 12a, b, 12b, c, 12c, d, 12d, e, 12e, f, 12f, g, 12g, h beziehungsweise 12h, a angeordneten Stelle S geringer als in sich in Umfangsrichtung des Rotorkerns beidseitig an der Stelle S anschließenden Bereichen B. Vorzugsweise ist auch die Stelle S ein Bereich oder Teil eines Bereichs, sodass die Stelle S beispielsweise in Umfangsrichtung des Rotorkerns 10 über mehrere Winkelgrade erstreckt. Dabei ist die Umfangsrichtung des Rotorkerns 10 in 1 durch einen Doppelpfeil 38 veranschaulicht. Außerdem ist aus 1 erkennbar, dass der Rotorkern 10 eine zentrale, vorzugsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete und auch als Aufnahme bezeichnete Öffnung 40 aufweist, in welcher zumindest ein Längenbereich der Rotorwelle aufnehmbar beziehungsweise aufgenommen ist.
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In 2 sind die jeweiligen, als Flächenschwerpunkte ausgebildeten Schwerpunkte der seitlichen Magnettaschen 14a, c mit SP2 und SP3 bezeichnet. Außerdem sind in 2 zwei Linien 42 und 44 erkennbar, wobei die Linie 44 senkrecht zur radialen Richtung und durch den Schwerpunkt SP verläuft. Die Linie 42 verläuft senkrecht zur radialen Richtung und verläuft durch die Schwerpunkte SP2 und SP3. Durch die Linie 42 und 44 kann eine jeweilige Geometrie der jeweiligen Taschengruppe 12a-h definiert werden. Da die seitlichen Magnettaschen 14a, c in radialer Richtung weiter innen angeordnet sind als die mittlere Magnettasche 14b, werden die seitlichen Magnettaschen 14a-c auch als untere Magnettaschen oder untere Taschen bezeichnet, wobei die mittlere Magnettasche 14b auch als obere Magnettasche oder obere Tasche bezeichnet wird. Die jeweiligen Taschen der jeweiligen Taschengruppe 12a-h sind derart angeordnet, dass ein jeweiliger Teilbereich T der jeweiligen seitlichen Tasche in radialer Richtung nach außen hin durch einen jeweiligen Teilbereich TB der jeweiligen mittleren Tasche der jeweiligen Taschengruppe 12a-h überlappt beziehungsweise überdeckt ist.
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Des Weiteren sind in 2 Abmessungen der mittleren Tasche mit A und C bezeichnet, wobei die Abmessung A eine senkrecht zur radialen Richtung verlaufende erste Breite einer in radialen Richtung des Rotorkerns 10 äußeren Hälfte der mittleren Tasche ist, während die Abmessung C eine senkrecht zur radialen Richtung verlaufende zweite Breite einer in radialer Richtung nach innen weisenden beziehungsweise inneren zweiten Hälfte der mittleren Tasche ist. Die jeweilige Abmessung A beziehungsweise C ist dabei eine jeweilige maximale Breite der jeweiligen Hälfte. Aus 2 ist erkennbar, dass die Abmessung A größer als die Abmessung C ist. Somit ist die obere Hälfte breiter als die untere Hälfte der jeweiligen Tasche, insbesondere der jeweiligen mittleren Tasche der jeweiligen Taschengruppe 12a-h. Mit anderen Worten weist zumindest eine der jeweiligen Taschen, insbesondere der jeweiligen Taschengruppe 12a-h, auf einer in radialer Richtung nach außen weisenden Seite S1 die Abmessung A und somit die maximale erste Breite und auf einer in radialer Richtung nach innen weisenden zweiten Seite S2 die Abmessung C und somit die, insbesondere maximale, zweite Breite auf, wobei die zweite Breite geringer als die erste Breite ist.
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Die jeweilige seitliche Tasche ist beispielsweise so ausgelegt beziehungsweise so geformt, dass eine Distanz D1 zur Mitte des Pols aus dem Schwerpunkt SP2 beziehungsweise SP3 in der oberen Hälfte größer als eine korrespondierende Distanz D2 zur Mitte des Pols aus dem Schwerpunkt SP2 beziehungsweise SP3 in der unteren Hälfte ist.
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Da ferner der Außendurchmesser 36 und somit der Außenradius des Rotorkerns 10 in Umfangsrichtung des Rotorkerns 10 nicht konstant ist, ist eine in radialer Richtung zwischen dem Rotor und dem Stator vorgesehener Luftspalt der elektrischen Maschine in Umfangsrichtung des Rotorkerns 10 ebenfalls nicht konstant. Des Weiteren ist die radiale Richtung des Rotorkerns 10 in 1 durch einen Doppelpfeil 46 veranschaulicht.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Rotorkerns 10. Bei der ersten Ausführungsform sind die jeweiligen Taschen der jeweiligen Taschengruppe 12a-h unterbrechungsfrei und somit durchgängig. Demgegenüber ist die, insbesondere jeweilige, mittlere Tasche durch einen Steg 48 des Rotorkerns 10 in wenigstens oder genau zwei Teiltaschen 50 und 52 unterteilt, wobei jedoch die Teiltaschen 50 und 52 als die gemeinsame mittlere Magnettasche 14b fungieren beziehungsweise wirken. Zwischen der jeweiligen seitlichen Tasche und der jeweiligen mittleren Tasche ist in Umfangsrichtung des Rotorkerns 10 ein jeweiliger Steg 54 des Rotorkerns 10 angeordnet. Durch die beschriebene Anordnung und Ausgestaltung der Taschen können die Stege 54 nun zur Bildung und Bereitstellung eines von der elektrischen Maschine über deren Rotor bereitzustellenden Drehmoments zum Antreiben des Kraftfahrzeugs genutzt werden.
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4 zeigt die erste Ausführungsform des Rotorelements 32. Dabei ist in der jeweiligen Tasche der jeweiligen Taschengruppe 12a-h nicht etwa nur genau ein Magnet angeordnet, sondern in der jeweiligen Tasche sind mehrere und vorliegend wenigstens oder genau zwei Magnete aufgenommen.
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Rotorelements 32. Während die in den seitlichen Taschen aufgenommenen Permanentmagnete 30a, b außenumfangsseitig gleich groß sind, ist der in der mittleren Tasche aufgenommene Permanentmagnet 30c außenumfangsseitig kleiner als die Permanentmagnete 30a, b. Somit können die Magnete in den Taschen unterschiedlich groß sein.
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Gegenüber herkömmlichen Lösungen, bei welchen die Taschen und somit die Magnete in radialer Richtung auf derselben Höhe angeordnet sind, kann der Steg 54 zwischen den Taschen zur Drehmomenterzeugung statt für Streuflüsse genutzt werden, wodurch ein besonders hoher Wirkungsgrad, eine besonders hohe Drehmomentdichte und eine besonders hohe Leistungsdichte der elektrischen Maschine realisiert werden können. Die jeweilige äußere beziehungsweise seitliche Magnettasche kann wenigstens eine oder mehrere Flusssperren haben. Alternativ oder zusätzlich kann die jeweilige innere seitliche Magnettasche eher eine reine Parallelogrammform aufweisen. Trotz der jeweiligen Magnettaschenform können die Magnete, die eingefügt werden, außenumfangsseitig quaderförmig ausgebildet sein, sodass beispielsweise Überstände der Magnettaschen, welche über die Magnete überstehen, als Flusssperren dienen und später beispielsweise verfüllt werden können, insbesondere zur Fixierung der Magnete und/oder die Überstände können als Kühlkanäle oder Kühlleitungen genutzt werden.
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6 zeigt eine dritte Ausführungsform des Rotorelements 32. In 6 sind Abmessungen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 11 erkennbar. Die Abmessung 8 ist ein in radialer Richtung verlaufender Abstand zwischen den Schwerpunkten SP und SP2, wobei dadurch, dass die mittleren Taschen in radialer Richtung weiter außen angeordnet ist als die jeweilige seitliche Tasche, die Abmessung 8 größer als null ist. Die Abmessungen 2 und 11 können gleich oder voneinander unterschiedlich sein. Die Abmessung 2 ist dabei eine erste Höhe des in der Magnettasche 14a angeordneten Permanentmagneten 30a, während die Abmessung 11 eine Höhe des in der mittleren Magnettasche 14b angeordneten Permanentmagneten 30b ist. Die Taschen sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Abmessung 4 größer als die Abmessung 5 ist, sodass beispielsweise die jeweilige seitliche Tasche in ihrer in radialer Richtung inneren Hälfte zu der mittleren Tasche hin länger beziehungsweise größer ist als in ihrer in radialer Richtung äußeren beziehungsweise oberen Hälfte. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Abmessung 6 größer als die Abmessung 7 ist. Somit ist die mittlere Tasche in ihrer in radialer Richtung inneren beziehungsweise unteren Hälfte zu der jeweiligen seitlichen Tasche hin kürzer als in ihrer in radialer Richtung äußeren beziehungsweise oberen Hälfte. Mit anderen Worten überragt die seitliche Tasche in ihrer in radialer Richtung unteren beziehungsweise inneren Hälfte den in der seitlichen Tasche angeordneten Permanentmagneten 30a zur mittleren Tasche hin weiter als in ihrer in radialer Richtung äußeren beziehungsweise oberen Hälfte. Demzufolge überragt die mittlere Tasche den in der mittleren Tasche angeordneten Permanentmagneten 30b in ihrer in radialer Richtung unteren beziehungsweise inneren Hälfte zu der seitlichen Tasche hin weniger weit als in ihrer in radialer Richtung äußeren Hälfte. Die Abmessung 1 bezeichnet den Außendurchmesser 36, welcher in Umfangsrichtung des Rotorkerns 10 über dessen Umfang variiert und somit nicht konstant ist.
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Die Abmessung 3 ist eine Breite des Permanentmagneten 30a und die Abmessung 9 ist eine Breite des Permanentmagneten 30b. Die Abmessungen 3 und 9 können gleich oder voneinander unterschiedlich sein. Außerdem kann die jeweilige Tasche eine zumindest nahezu beliebige Form aufweisen. Die Anzahl an Magneten ist nicht fest, sollte jedoch vorzugsweise ungerade sein und somit beispielsweise 3, 5, 7, 9 oder dergleichen betragen.
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7 und 8 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen des Rotorkerns 10, wobei diese unterschiedlichen Ausführungsformen durch Variieren der Abmessung 1 und somit des Außendurchmessers 36 realisiert sind.
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9 veranschaulicht unterschiedliche fünfte Ausführungsformen, welche durch Variieren der Abmessung 2 realisiert sind. 10 zeigt unterschiedliche sechste Ausführungsformen, welche durch Variieren der Abmessung 3 realisiert sind. 11 zeigt unterschiedliche siebte Ausführungsformen, welche durch Variieren der Abmessung 4 realisiert sind. 12 zeigt unterschiedliche achte Ausführungsformen, welche durch Variieren der Abmessung 5 realisiert sind. 13 zeigt unterschiedliche neunte Ausführungsformen, welche durch Variieren der Abmessung 6 realisiert sind. 14 zeigt unterschiedliche zehnte Ausführungsformen, welche durch Variieren der Abmessung 7 realisiert sind. 15 zeigt unterschiedliche elfte Ausführungsformen, welche durch Variieren der Abmessung 8 realisiert sind. Die in den Taschen der jeweiligen Taschengruppe 12a-h angeordneten Magnete liegen somit nicht auf einer geraden Linie, wobei eine genaue Positionierung des jeweiligen Magneten von jeweiligen Anforderungen insbesondere hinsichtlich Drehmoment, Leistung und Wirkungsgrad abhängig ist.
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16 zeigt unterschiedliche zwölfte Ausführungsformen, welche durch Variieren der Abmessung 9 realisiert sind. 17 zeigt unterschiedliche 13. Ausführungsformen, welche durch Variieren der Abmessung 11 realisiert sind.
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18 zeigt eine 14. Ausführungsform, bei welcher die jeweilige Taschengruppe 12a-h fünf Magnettaschen aufweist, von welchen in 18 drei Magnettaschen 14a-c erkennbar sind. 19 zeigt eine 15. Ausführungsform, bei welcher die jeweilige Taschengruppe 12a-h neun Magnettaschen aufweist, von welchen in 19 fünf Magnettaschen 14a-e erkennbar sind.
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20 zeigt eine 16. Ausführungsform, bei welcher die seitliche Tasche (Magnettasche 14a) schräg verläuft.
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Des Weiteren zeigen 21a-I unterschiedliche Ausführungsformen der jeweiligen Taschen, vorliegend am Beispiel der Magnettasche 14a. Schließlich zeigt 22 eine 17. Ausführungsform, bei welcher die mittlere Tasche durch einen Steg 48 in zwei durch den Steg 48 vollständig voneinander getrennte Einzeltaschen, von denen in 22 eine mit 50 bezeichnete Einzeltasche erkennbar ist, unterteilt ist.
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Schließlich zeigt 23 eine 18. Ausführungsform des Rotorkerns 10, wobei die jeweilige Taschengruppe 12a-h sieben Taschen aufweist. Von diesen Taschen sind in 23 vier Magnettaschen 14a-e erkennbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotorkern
- 12a-h
- Taschengruppe
- 14a-c
- Magnettasche
- 16a-c
- Magnettasche
- 18a-c
- Magnettasche
- 20a-c
- Magnettasche
- 22a-c
- Magnettasche
- 24a-c
- Magnettasche
- 26a-c
- Magnettasche
- 28a-c
- Magnettasche
- 30a-f
- Permanentmagnet
- 32
- Rotorelement
- 34
- Symmetrieachse
- 36
- Außendurchmesser
- 38
- Doppelpfeil
- 40
- Öffnung
- 42
- Linie
- 44
- Linie
- 46
- Doppelpfeil
- 48
- Steg
- 50
- Teiltasche
- 52
- Teiltasche
- A
- Abmessung
- B
- Bereich
- C
- Abmessung
- S
- Stelle
- SP
- Schwerpunkt
- SP2
- Schwerpunkt
- SP3
- Schwerpunkt
- T
- Teilbereich
- TB
- Teilbereich
- D1
- Distanz
- D2
- Distanz
- 1
- Abmessung
- 2
- Abmessung
- 3
- Abmessung
- 4
- Abmessung
- 5
- Abmessung
- 6
- Abmessung
- 7
- Abmessung
- 8
- Abmessung
- 9
- Abmessung
- 11
- Abmessung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2018064374 [0002]
- WO 2011/002043 A1 [0002]
- WO 2012/008012 A1 [0002]
- WO 2014/090050 A1 [0002]
