DE102021133591A1

DE102021133591A1 - Permanentmagnet-Synchronmotor

Info

Publication number: DE102021133591A1
Application number: DE102021133591.4A
Authority: DE
Inventors: Stephan Prüfling; Herbert Liebl; Lukas Kirzinger; Antoine Tan-Kim
Original assignee: AVL Software and Functions GmbH
Current assignee: AVL Software and Functions GmbH
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Permanentmagnet-Synchronmotor, umfassend einen um eine Drehachse drehbaren Rotor, umfassend ein Rotorpaket, und einen Stator, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Rotor eine in den Rotor integrierte Permanentmagnetanordnung mit einer ersten Magneteinheit, welche zumindest einen ersten Magneten aufweist, und einem zweiten Magneteinheit, welche zumindest einen zweiten Magneten aufweist, und wobei der Stator eine Wicklungsanordnung aufweisen. Es ist eine erste Rotorbrücke vorgesehen, welche aus einem nicht-magnetischen Feststoff ausgebildet ist, wobei die Rotorbrücke mit dem ersten Magneten, dem zweiten Magneten und mit dem Rotorpaket zumindest kraftschlüssig verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Permanentmagnet-Synchronmotor, umfassend einen um eine Drehachse drehbaren Rotor, umfassend ein Rotorpaket, und einen Stator, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Rotor eine in den Rotor integrierte Permanentmagnetanordnung mit einem ersten Magneteinheit, welche eine erste Magnetisierungsrichtung aufweist, und einem zweiten Magneteinheit, welche eine zweite Magnetisierungsrichtung aufweist, welche unterschiedlich zu der ersten Magnetisierungsrichtung ist, und wobei der Stator eine Wicklungsanordnung aufweisen.
Derartige Permanentmagnet-Synchronmotoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, weisen aber vielfach eine einfache Rotorbrücke zwischen den Magneteinheiten auf, welche durch das Rotorpaket selbst ausgebildet ist. Dadurch, dass das Rotorpaket aus einem Metall, also aus einem magnetisch gut leitenden Material ausgebildet ist, wirken sich diese Rotorbrücken nachteilig auf das elektromagnetische Verhalten des Permanentmagnet-Synchronmotors aus. Vielfach sind auch luftgefüllte Bereiche vorgesehen, jedoch können Rotorbrücken, welche auf Luft basierend ausgebildet sind, nicht entsprechend dimensioniert werden, da ansonsten die mechanische Stabilität des Rotors leiden könnte. Weiter sind derartige Rotorbrücken dahingehend limitiert, dass für die vorgesehenen Magneteinheiten Schulterelemente vorgesehen sein müssen, welche Massenkräfte der Magneteinheiten, die durch die Rotation des Rotors auftreten sowie aufnehmen können und diese in das Rotorpaket einleiten zu können. Meist sind die luftgefüllten Bereiche zwischen den Magneten und einer Oberfläche des Rotors angeordnet.
Es ist demnach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Permanentmagnet-Synchronmotoren wie aus dem Stand der Technik bekannt zu verbessern in elektromagnetischer Funktionsweise, ohne dass die mechanische Stabilität verschlechtert wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Permanentmagnet-Synchronmotor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Kerngedanke der Erfindung ist es, einen Permanentmagnet-Synchronmotor, umfassend einen um eine Drehachse drehbaren Rotor, umfassend ein Rotorpaket, und einen Stator, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Rotor eine in den Rotor integrierte Permanentmagnetanordnung mit einer ersten Magneteinheit, welche einen ersten Magneten aufweist, und einer zweiten Magneteinheit, welche einen zweiten Magneten aufweist, und wobei der Stator eine Wicklungsanordnung aufweist, wobei eine erste Rotorbrücke vorgesehen ist, welche aus einem nicht-magnetischen Feststoff ausgebildet ist, wobei die Rotorbrücke mit dem ersten Magneten, dem zweiten Magneten und mit dem Rotorpaket zumindest kraftschlüssig verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Permanentmagnet-Synchronmotor als Innenläufer ausgebildet, das heißt, dass der Stator den Rotor umgibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Magnet der ersten Magneteinheit eine erste Magnetisierungsrichtung und der zweite Magnet der zweiten Magneteinheit eine zweite Magnetisierungsrichtung auf, wobei bevorzugt die erste Magnetisierungsrichtung und die zweite Magnetisierungsrichtung unterschiedlich zueinander sind.
Erfindungsgemäß ist die Permanentmagnetanordnung in dem Rotor beziehungsweise dem Rotorpaket integriert, das heißt, dass die Permanentmagnetanordnung in einem Inneren des Rotors angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist die Permanentmagnetanordnung unterhalb einer Oberfläche des Rotors beziehungsweise des Rotorpakets angeordnet, so dass bevorzugt die Permanentmagnetanordnung von dem Rotor umschlossen ist.
Dementsprechend sind auch die Magneteinheiten, welche bevorzugt einen oder mehrere (Permanent-) Magnete umfassen, in dem Inneren des Rotors angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Magneteinheiten beziehungsweise die Magnete in einer entsprechenden Geometrie und mit einer entsprechenden Magnetisierungsrichtung angeordnet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die erste Magneteinheit den ersten Magneten und einen zweiten Magneten und die zweite Magneteinheit einen ersten Magneten und den zweiten Magneten umfasst.
Besonders bevorzugt ist die Permanentmagnetanordnung mit dem Rotor verklebt, beziehungsweise ist die Permanentmagnetanordnung in den Rotor eingeklebt.
Trotz dieser Klebeverbindung können sich die Magnete in radialer Richtung des Rotors gesehen aufgrund der Drehbewegung des Rotors bewegen, da die Klebewirkung zwischen den Magneten und dem Rotor nicht dazu ausreicht, eine Bewegung der Magnete relativ zum Rotor vollständig zu unterbinden. Daher ist im Stand der Technik, wie bereits beschrieben, ein Schulterelement im Rotor ausgebildet, gegen welches der Magnet gegenüber dem Rotor bei einer Bewegung relativ zum Rotor gestützt wird und die auftretenden Kräfte in den Rotor eingeleitet und abgeleitet werden können.
Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen ersten Rotorbrücke, welche mit der ersten Magneteinheit, der zweiten Magneteinheit und mit dem Rotor zumindest kraftschlüssig verbunden ist. Daher kann mittels der ersten Rotorbrücke auf ein Schulterelement wie aus dem Stand der Technik verzichtet werden, da mittels der ersten Rotorbrücke die auftretenden Kräfte in den Rotor geleitet werden können.
Durch die erste Rotorbrücke, die erfindungsgemäß aus einem nicht-magnetischen Feststoff und/oder nicht-magnetisch leitendenden Feststoff ausgebildet ist, können magnetische Streuverluste innerhalb des Rotors beziehungsweise des Rotorpakets verringert werden. Zwischen Magneten beziehungsweise Magneteinheit, welche unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen aufweisen, tritt ein magnetischer Fluss innerhalb des Rotors zwischen den Magneteinheiten auf, so dass magnetisch gesättigte Bereiche im Rotor entstehen, wodurch der magnetische Fluss von dem Rotor durch den Stator verringert ist. Insgesamt trägt der magnetische Fluss im Rotor nicht zu der Drehmomenterzeugung des Motors bei. Mittels der erfindungsgemäßen ersten Rotorbrücke kann der Streufluss innerhalb des Rotors verringert werden, so dass insgesamt die Flussdichte im Luftspalt erhöht werden kann, wodurch das Drehmoment erhöht werden kann.
Gleiches gilt ebenso für das Reluktanzmoment, da eine erhöhte Differenz zwischen der d-Induktanz und der q-Induktanz vorliegen kann. Die Richtung der d-Induktanz ist bevorzugt zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten einer Magneteinheit, und wobei bevorzugt die Richtung der q-Induktanz zwischen dem ersten Magneten der ersten Magneteinheit und dem zweiten Magneten der zweiten Magneteinheit verlaufend ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Reluktanzmoment aufgrund der erfindungsgemäßen Rotorbrücke sich verschlechtert und durch das erzeugte Drehmoment ausgeglichen werden muss.
Insgesamt erhöht sich das möglich erreichbare Drehmoment des Permanentmagnet-Synchronmotors, welches gegeben ist durch die Gleichung: $M_{M} = \frac{3}{2} * Z_{p} (ψ_{P M} * I_{q} + (L_{d} - L_{q}) * I_{d} * I_{q})$
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erste Rotorbrücke formschlüssig mit dem Rotor beziehungsweise dem Rotorpaket verbunden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die erste Rotorbrücke bündig mit einer ersten Oberfläche des Rotors ist. Die erste Oberfläche ist dabei derart zu verstehen, dass die erste Oberfläche die von der Drehachse in radialer Richtung gesehen am weitesten entfernte Oberfläche ist.
Durch ein derartiges Vorsehen der ersten Rotorbrücke kann die elektromagnetische als auch das mechanische Verhalten weiter verbessert werden, da ein großer Bereich des Rotors zwischen den Magneteinheiten, welcher magnetisch leitend wäre, durch einen nicht-magnetisch leitenden Bereich ersetzt worden ist. Weiter wird das mechanische Verhalten dahingehend verbessert, da aufgrund der zumindest kraftschlüssigen Verbindung der ersten Rotorbrücke zu dem Rotor beziehungsweise dem Rotorpaket die mit Luft gefüllten Bereiche durch einen Feststoff ersetzt werden, wodurch insgesamt die Festigkeit des Rotors erhöht werden kann. Dünnwandig ausgebildete Bereich aufgrund der mit Luft gefüllten Bereiche können vermieden werden. Durch das Vorsehen der ersten Rotorbrücke bis zur ersten Oberfläche des Rotors kann der ersetzte Bereich weiter vergrößert werden. Ebenso kann durch eine gezielte Ausgestaltung der ersten Rotorbrücke der magnetische Fluss gezielt gelenkt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die erste Rotorbrücke zumindest teilweise oder vollständig aus einem Kunststoff ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass gegenüber dem Rotorpaket, je nach Kunststoff, Gewicht eingespart werden kann und der Rotor besonders leicht hergestellt werden kann, beispielsweise durch Einspritzen oder dergleichen.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Rotorbrücke(n) ein nicht-magnetischer bzw. ein nicht-magnetisch leitender Feststoff sind. Das bedeutet, dass jedes Material mit dieser Eigenschaft in Betracht kommen kann. Weitere Anforderungen, beispielsweise an die Temperaturbeständigkeit, Reißfestigkeit und dergleichen sind je nach Art des Synchronmotors noch mit zu berücksichtigen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die erste Rotorbrücke zumindest teilweise aus einem faserigen Material oder dergleichen ausgebildet ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Kunststoff derart ausgewählt, so dass dieser passend zu den jeweiligen vorgesehenen Spezifikationen des Synchronmotors ist, insbesondere hinsichtlich der Stabilität bei hohen Krafteinwirkungen, etwa bei hohen Drehzahlen, Temperaturbeständigkeit und dergleichen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Kunststoff ein Polyetherketon (PEK). Besonders bevorzugt handelt es sich um Polyetheretherketon (PEEK), wobei auch andere Polyetherketone denkbar sind.
Ebenso kann es vorstellbar sein, dass die Rotorbrücken aus mehreren Materialien gebildet werden, beispielsweise Verbundstoffe und dergleichen, s.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die erste Rotorbrücke eine erste Erstreckung in tangentialer Richtung und eine zweite Erstreckung in radialer Richtung des Rotors aufweist. Die Erstreckungen sind abhängig von der Anordnung der Magneteinheiten, des Radius des Rotors, des Abstandes der Magneteinheiten zueinander und der gewünschte Rückfluss zwischen den Magneten der Magneteinheiten, insbesondere die örtliche Ausbildung des Rückflusses zwischen den Magneteinheiten, da ein ausgehender magnetischer Fluss der Magneteinheiten gleich einem eingehenden magnetischen Fluss der Magneteinheiten entsprechen muss, basierend auf dem Ampereschen Gesetz.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Rotorpaket eine erste Nut und die erste Rotorbrücke eine erste zu der ersten Nut komplementär ausgebildete Feder aufweisen, wodurch das Rotorpaket und die erste Rotorbrücke formschlüssig verbunden sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Rotorpaket eine erste Feder und die erste Rotorbrücke eine erste zu der ersten Feder komplementär ausgebildete Nut aufweisen, wodurch das Rotorpaket und die erste Rotorbrücke formschlüssig verbunden sind.
Grundsätzlich können auch mehrere Nuten und Federn vorgesehen sein, um die formschlüssige Verbindung zu erhalten. Ebenso können in dem Rotorpaket und/oder der ersten Rotorbrücke Nuten und Federn vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass eine Rotorbandage vorgesehen ist, welche in einer radialen Richtung des Rotors gesehen oberhalb der ersten Oberfläche angeordnet ist und den Rotor in einer tangentialen Richtung zumindest teilweise umschließt. Durch Rotorbandagen kann die Festigkeit des Rotors erhöht werden, wobei durch eine zusätzliche Rotorbandage der Luftspalt beziehungsweise der Abstand zwischen dem Rotor und dem Stator erhöht wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die erste Magneteinheit einen zweiten Magneten und die zweite Magneteinheit einen ersten Magneten aufweist. Anders gesprochen weist die erste Magneteinheit einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten auf, wobei ebenso die zweite Magneteinheit einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten umfasst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass eine von der ersten Rotorbrücke verschiedene zweite Rotorbrücke vorgesehen ist, welche aus dem nicht-magnetischen Feststoff oder einem weiteren nicht-magnetischen Feststoff ausgebildet ist, und welche unterhalb der ersten Oberfläche angeordnet ist und welche den ersten Magneten und den zweiten Magneten einer Magneteinheit zumindest kraftschlüssig verbindet.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die erste Rotorbrücke erste Enden der Magnete bzw. der Magneteinheiten miteinander verbindet. Weiter bevorzugt ist es vorgesehen, dass die zweite Rotorbrücke zweite Enden der Magnete bzw. der Magneteinheiten miteinander verbindet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass jede Magneteinheit einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten umfasst, welche V-förmig angeordnet sind. Denkbar sind auch weitere Anordnungen, wie beispielsweise Doppel-V-Anordnung, U-Anordnung, oder tangential verlaufende Anordnungen. Die Anzahl der Magnete ist der Anordnung entsprechend angepasst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Weitere Ziele, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen zu entnehmen. Hierbei zeigen:

1A Permanentmagnet-Synchronmotor aus dem Stand der Technik;
1B Ausschnitt A der 1A;
1C Angabe des d-q Koordinatensystems;
2A Permanentmagnet-Synchronmotor mit einer erfindungsgemäßen ersten Rotorbrücke;
2B perspektivische Ansicht des Rotors gemäß Ausführungsform der 2A;
3 weitergehende Ausführungsform des Permanentmagnet-Synchronmotors;
4 weitergehende Ausführungsform des Permanentmagnet-Synchronmotors;
5A weitergehende Ausführungsform des Permanentmagnet-Synchronmotors;
5B Rotor gemäß 5A in einer perspektivischen Ansicht;
6 weitergehende Ausführungsform des Permanentmagnet-Synchronmotors.

In den Figuren sind gleiche Bauteile jeweils mit den entsprechenden Bezugszeichen zu verstehen. Zur besseren Übersichtlichkeit können in manchen Figuren Bauteile nicht mit einem Bezugszeichen versehen sein, die jedoch an anderer Stelle bezeichnet worden sind.
In der 1A ist ein Teil einer Permanentmagnet-Synchronmaschine 1 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Der Ausschnitt A in der 1A ist in der 1 B dargestellt.
Die Permanentmagnet-Synchronmaschine 1 gemäß dem Stand der Technik weist einen um eine Drehachse 3 drehbaren Rotor 2 mit einem Rotorpaket 13 und eine Permanentmagnetanordnung 6 auf, wobei die Permanentmagnetanordnung 6 eine erste Magneteinheit 7 mit einem ersten Magneten 8 und einem zweiten Magneten 8' und eine zweite Magneteinheit 9 mit einem ersten Magneten 10' und einem zweiten Magneten 10 umfasst. Die ersten Magneten 8, 10' weisen eine erste Magnetisierungsrichtung und die zweiten Magneten 8', 10 eine zweite Magnetisierungsrichtung auf. Jeweils ein erster Magnet 8, 10' und ein zweiter Magnet 8', 10 sind V-förmig im Rotor 2 angeordnet und im Rotor 2 integriert, vorzugsweise eingeklebt. Der Stator 4 und der Rotor 2 sind mittels eines Luftspalts 5 voneinander beabstandet.
Insbesondere sind die ersten Magneten 8, 10' jeweils gleich gegenüber der Rotoroberfläche angeordnet. Gleiches gilt auch für die zweiten Magnete 8', 10. Dies bedeutet, dass die Magneteinheiten 7, 9 im Wesentlichen gleich ausgebildet und angeordnet sind hinsichtlich des Rotors 2.
Entsprechendes gilt auch für den erfindungsgemäßen Permanentmagnet-Synchronmotor 1.
Weiter im Stand der Technik erste Lufträume 21 und zweite Lufträume 22 vorgesehen, wobei an einem ersten Ende 23 eines ersten Magneten 8, 10' und an einem ersten Ende 25 des zweiten Magneten 8', 10 erste Lufträume 21 und an einem zweiten Ende 24 des ersten Magneten 8, 10' und an einem zweiten Ende 27 des zweiten Magneten 8', 10 zweite Lufträume 22 angeordnet sind. Dabei sind die ersten Enden 23, 25 in radialer Richtung gesehen weiter von der Drehachse 3 beabstandet als die zweiten Enden 24, 26.
Obwohl die Magnete 8, 8', 10, 10' in den Rotor 2 eingeklebt sind, entstehen geringe Bewegungen in radialer Richtung aufgrund der Rotation des Rotors 2, so dass Massenkräfte auftreten, die abgeleitet werden müssen. Da an den Enden der Magnete 8, 8', 10, 10', insbesondere den ersten Enden 23, 25 Lufträume 21 angeordnet sind, sind Schulterelemente 27 vorgesehen, welche durch Vorsprünge ausgebildet sind, so dass die Schulterelemente 27 kraftschlüssig mit den Magneten 8, 8', 10, 10' verbunden werden können, wodurch die Massenkräfte in den Rotor 2 abgeleitet werden können.
Zwischen den ersten Enden 23, 25 ist eine erste Rotorbrücke 12 und zwischen den zweiten Enden 24, 26 ist eine zweite Rotorbrücke 20 ausgebildet. Die Rotorbrücken 12, 20 sind dabei Teile des Rotorpakets 13 und sind daher magnetisch leitend. Dadurch entstehen magnetische Flüsse innerhalb des Rotors 2 zwischen dem ersten Magneten 8, 10' und dem zweiten Magneten 8', 10, welche nicht vom Rotor 2 in den Stator 4 und zurückfließen und daher nicht zur Drehmomenterzeugung des Permanentmagnet-Synchronmotors 1 beitragen.
In der 1C ist ein d-q-Koordinatensystem dargestellt. Dabei verläuft die q-Koordinate 42 zwischen den Magneteinheiten 7, 9 und die d-Koordinate 43 zwischen dem ersten Magneten 8, 10' und dem zweiten Magneten 8', 10 einer Magneteinheit 7, 9.
Demgegenüber stellt der erfindungsgemäße Permanentmagnet-Synchronmotor 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gemäß 2A eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, in elektromagnetischer als auch mechanischer Betrachtungsweise.
Gegenüber dem Stand der Technik umfasst der erfindungsgemäße Permanentmagnet-Synchronmotor 1 weder erste Lufträume 21 oder die erste Rotorbrücke 12 aus magnetisch leitendem Material.
Erfindungsgemäß ist eine erste Rotorbrücke 12 vorgesehen, welche aus einem nicht-magnetischen Feststoff ausgebildet ist und sowohl den ersten Magneten 8, 10' den zweiten Magneten 8', 10 und das Rotorpaket 13 zumindest kraftschlüssig verbindet. Bevorzugt ist die erste Rotorbrücke 12 bündig mit einer ersten Oberfläche 14 des Rotors 2.
Dadurch, dass die erste Rotorbrücke 12 keine Lufträume mehr umfasst, ist kein Schulterelement 27 mehr notwendig, sondern kann durch die erste Rotorbrücke 12 an sich bereitgestellt werden, so dass das Schulterelement 27 integral mit der ersten Rotorbrücke 12 ist. Dadurch, dass die erste Rotorbrücke 12 mit den Magneten 8, 8', 10, 10' und dem Rotorpaket 13 verbunden ist, können die auftretenden Massenkräfte der Magnete 8, 8', 10, 10' in das Rotorpaket 13 abgleitet werden. Ebenso kann durch die nicht-magnetische und nicht-magnetisch leitende erste Rotorbrücke 12 der magnetische Streufluss beeinflusst werden.
Die erste Rotorbrücke 12 weist darüber hinaus eine erste Erstreckung 15 in tangentialer bzw. Umfangsrichtung und eine zweite Erstreckung 16 in radialer Richtung auf. Die Erstreckungen 15, 16 sind dabei abhängig von der Anordnung der Magnete 8, 8', 10, 10' zueinander, von dem Abstand, dem gewünschten magnetischen Verhalten, insbesondere dem Rückfluss zwischen den Magneten 8, 8', 10, 10', und der Anordnung der Magnete 8, 8', 10, 10' innerhalb des Rotors 2.
In der 2B ist der Rotor 2 gemäß 2A ganz dargestellt. Dabei erstreckt sich die erste Rotorbrücke 12 in Richtung der Drehachse 3 über den ganzen Rotor 2.
Weiter sei angemerkt, dass weitere Rotorbrücken 28 vorgesehen sein können, wobei eine Rotorbrücke 12, 28 jeweils zwischen einem ersten Magneten 8, 10' und einem zweiten Magneten 8', 10 angeordnet ist. Die Ausführungen zu der ersten Rotorbrücke 12 können in analoger Weise auch für die weiteren Rotorbrücken 28 gelten.
Besonders bevorzugt sind die ersten Magnete 8 und die zweiten Magnete 10 in alternierender Weise zueinander angeordnet.
In der 3 ist eine weiterführende Ausführungsform gezeigt, wobei die Form der ersten Rotorbrücke 12 sich von der Form der Rotorbrücke der 2A unterscheidet.
Die erste Rotorbrücke 12 der 3 umfasst eine erste Nut 17 und eine erste Feder 18, eine zweite Nut 29 und eine zweite Feder 30 und eine dritte Nut 31 und eine dritte Feder 32. Es ist auch denkbar, dass nur eine Nut 17, 29, 31 mit entsprechender Feder 18, 30, 32 vorgesehen ist, oder zwei Nuten 17, 29, 31 mit entsprechenden Federn 18, 30, 32.
Die erste Nut 17 und die zweite Nut 29 sind in tangentialer Richtung erstreckend angeordnet, und die dritte Nut 31 in radialer Richtung erstrecken angeordnet.
Durch Vorsehen zumindest einer Nut-Feder-Kombination kann eine formschlüssige Verbindung zwischen Rotorbrücke 12, 28 erreicht werden.
In der 4 ist eine weiterführende Ausführungsform dargestellt, wobei weiter eine Rotorbandage 19 dargestellt ist, welche den Rotor 2 in tangentialer Richtung bzw. Umfangsrichtung zumindest teilweise, bevorzugt vollständig umschließt.
Besonders bevorzugt ist die Rotorbandage 19 oberhalb der ersten Oberfläche 14 angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass auftretende Kräfte in die Rotorbandage 19 eingeleitet werden können, wodurch die Stabilität weiter verbessert werden kann. Nachteilig verändert sich aufgrund der Rotorbandage 19 der Luftspalt 5, da dieser größer ausgelegt werden muss.
Eine Rotorbandage 19 kann für jegliche Ausführungen der Rotorbrücke 12, 28 vorgesehen sein.
In der 5A ist eine weiterführende Ausführungsform dargestellt, wobei zusätzlich zu der ersten Rotorbrücke 12 eine zweite Rotorbrücke 20 vorgesehen ist, welche mit den zweiten Enden 24, 26 der Magnete 8, 8' 10, 10' verbunden ist und den Luftraum 22, welche an den zweiten Enden 24, 26 angeordnet war, ersetzt. Gleiches gilt für die Rotorbrücke, welche ein Teil des Rotorpakets 13 war. Dadurch kann weiter die elektromagnetische Ausgestaltung verbessert werden.
Bevorzugt sind eine oder mehrere Bohrungen 33 vorgesehen, welche in dem Rotorpaket 13 vorgesehen sind und durch welche besonders bevorzugt ein entsprechendes Kühlmedium geleitet werden kann. Die Bohrungen 33 können gegebenenfalls als Kühlleitungen 33 angesehen werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Kühlmedium um Öl, Ölgemisch, Wasser, Wasser-Glykol oder anderen Mischungen handeln.
An einer ersten Stirnseite 34 des Rotors 2 ist bevorzugt eine erste Abdeckung 36 und an einer zweiten Stirnseite 35 eine zweite Abdeckung 37 angeordnet, wobei die Abdeckungen 36, 37 bevorzugt aus dem nicht-magnetischen Feststoff ausgebildet sind und weiter bevorzugt mit den Rotorbrücken 12, 28 und den Bohrungen 33 zusammengespritzt bzw. zusammengegossen sind. Weiter ist es auch denkbar, dass in der zweiten Rotorbrücke 20 Bohrungen 33 vorgesehen sind.
Besonders bevorzugt sind die Bohrungen 33 in axialer Richtung verlaufend angeordnet, das heißt, parallel zu der Drehachse 3.
Besonders bevorzugt sind die Bohrungen 33 in Bereichen des Rotors 2 beziehungsweise dem Rotorpaket 13 angeordnet, die eine starke Wärmeentwicklung aufweisen, also besonders in magnetisch beziehungsweise elektromagnetisch stark beanspruchten Regionen.
Weiter bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass weitere Leitungen 38, 39, 40 vorgesehen sind, welche insbesondere als Kühlleitungen fungieren können. Besonders bevorzugt stehen die Leitungen 38, 39, 40 mit den Bohrungen 33 in fluidischen Kontakt. Weiter bevorzugt sind die Leitungen 38, 39, 40 miteinander fluidisch verbunden. Besonders bevorzugt sind die Leitungen 38, 39, 40 in den Abdeckungen 36, 37 integriert.
Besonders bevorzugt ist eine erste Leitung 38 vorgesehen, welche in radialer Richtung, also senkrecht zur Drehachse 3, verlaufend ausgebildet ist. Weiter bevorzugt steht die erste Leitung 38 in fluidischen Kontakt mit einer Hohlwelle 41, welche die Welle des Rotors 2 ausbildet, und welche dazu vorgesehen ist, das Kühlmedium zu transportieren.
Darüber hinaus ist eine zweite Leitung 39 vorgesehen, welche in Umfangsrichtung des Rotors verlaufend angeordnet ist. Ebenso ist eine dritte Leitung 40 vorgesehen, welche sich von der zweiten Leitung 39 radial nach außen erstreckt und eine Öffnung der entsprechenden Abdeckung 36, 37 ausbildet, so dass das Kühlmedium aus der der Öffnung und dementsprechend der dritten Leitung 40 austreten kann. Hierdurch können Wickelköpfe (hier nicht dargestellt) des Stators 4 mit Kühlmedium bespritzt werden, wodurch eine Kühlung der Wickelköpfe möglich ist.
Besonders bevorzugt weist jede Abdeckung 36, 37 entsprechende Leitungen 38, 39, 40 auf, welche besonders bevorzugt mittels Bohrungen 33 zusätzlich fluidisch verbunden sind.
Durch das Vorsehen der Abdeckungen 36, 37 ist es möglich, den Rotor 2 an sich zu wuchten beziehungsweise auszugleichen. Ebenso ist eine verbesserte axiale Fixierung des Rotors 2 beziehungsweise eine axiale Versteifung mittels der Abdeckungen 36, 37 erreichbar.
Weiter bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass eine Topologie-Optimierung des Rotors 2 vorgesehen ist, aus elektromagnetischer Sicht. Das heißt, dass elektromagnetisch wenig oder nicht beanspruchte Bereiche des Rotors 2 beziehungsweise des Rotorpakets 13 nicht aus Metall gebildet sind, sondern durch den Feststoff oder durch Bereich mit Luft ersetzt sind. Durch die Topologie-Optimierung ist es möglich, zusätzliches Gewicht einzusparen, was sich positiv auf das Drehverhalten des Rotors 2 auswirkt.
Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, eine Topologie-Optimierung aus mechanischer Sicht vorzusehen, das heißt, dass Bereiche des Rotors 2 bzw. des Rotorpakets 13, welche nicht zur Stabilität zwingend erforderlich sind, ausgespart werden können oder durch andere, leichtere Materialien ersetzt sind.
In der 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, welche im Wesentlichen der 2A entspricht, wobei jedoch gemäß der 6 die Ausgestaltung der ersten Rotorbrücke 12 sich unterscheidet. Wie der 6 zu entnehmen ist, weist der Rotor 2 in der d-Richtung einen erhöhten Anteil des Rotorblechs auf, sodass das Reluktanzmoment weiter erhöht werden kann, was zu einem erhöhten gesamten Drehmoment führen kann.
Weiter weist die erste Rotorbrücke 12 Ausbuchtungen 44 auf, welche komplementär zu dem Rotor 2 bzw. dem Rotorpaket 13 ausgebildet ist und daher gegenüber dem Rotorpaket 13 ortsfest angeordnet werden kann.
Ebenso ist dargestellt, dass die erste Rotorbrücke 12 erfindungsgemäß die Magnete 8, 10 miteinander verbindet. Vorliegend ist aufgrund des veränderten Rotorpakets 13 im Bereich der d-Koordinate 42 lediglich ein kleiner Steg 45 im Bereich zwischen den Magneten 8, 10 vorgesehen.
Die verschiedenen Ausführungsformen mit all ihren Merkmalen sind dabei beliebig kombinierbar und austauschbar.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste

1: Permanentmagnet-Synchronmotor
2: Rotor
3: Drehachse
4: Stator
5: Luftspalt
6: Permanentmagnetanordnung
7: erste Magneteinheit
8: erster Magnet der ersten Magneteinheit
8': erster Magnet der zweiten Magneteinheit
9: zweite Magneteinheit
10: zweiter Magnet der zweiten Magneteinheit
10': zweiter Magnet der ersten Magneteinheit
11: Wicklungsanordnung
12: erste Rotorbrücke
13: Rotorpaket
14: erste Oberfläche
15: erste Erstreckung
16: zweite Erstreckung
17: erste Nut
18: erste Feder
19: Rotorbandage
20: zweite Rotorbrücke
21: erster Luftraum
22: zweiter Luftraum
23: erstes Ende des ersten Magneten
24: zweites Ende des ersten Magneten
25: erstes Ende des zweiten Magneten
26: zweites Ende des zweiten Magneten
27: Schulterelement
28: weitere Rotorbrücke
29: zweite Nut
30: zweite Feder
31: dritte Nut
32: dritte Feder
33: Bohrung/Kühlleitung
34: erste Stirnseite
35: zweite Stirnseite
36: erste Abdeckung
37: zweite Abdeckung
38: erste Leitung
39: zweite Leitung
40: dritte Leitung
41: Hohlwelle
42: d-Achse
43: q-Achse
44: Ausbuchtung

Claims

Permanentmagnet-Synchronmotor, umfassend einen um eine Drehachse drehbaren Rotor, umfassend ein Rotorpaket, und einen Stator, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Luftspalt ausgebildet ist, wobei der Rotor eine in den Rotor integrierte Permanentmagnetanordnung mit einer ersten Magneteinheit, welche zumindest einen ersten Magneten aufweist, und einem zweiten Magneteinheit, welche zumindest einen zweiten Magneten aufweist, und wobei der Stator eine Wicklungsanordnung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Rotorbrücke vorgesehen ist, welche aus einem nicht-magnetischen Feststoff ausgebildet ist, wobei die Rotorbrücke mit dem ersten Magneten, dem zweiten Magneten und mit dem Rotorpaket zumindest kraftschlüssig verbunden ist.
Permanentmagnet-Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rotorbrücke bündig mit einer ersten Oberfläche des Rotors ist.
Permanentmagnet-Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rotorbrücke zumindest teilweise aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
Permanentmagnet-Synchronmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyetherketon ist.
Permanentmagnet-Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rotorbrücke eine erste Erstreckung in tangentialer Richtung und eine zweite Erstreckung in radialer Richtung des Rotors aufweist.
Permanentmagnet-Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorpaket eine erste Nut und die erste Rotorbrücke eine erste zu der ersten Nut komplementär ausgebildete Feder aufweisen, wodurch das Rotorpaket und die erste Rotorbrücke formschlüssig verbunden sind.
Permanentmagnet-Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorpaket eine erste Feder und die erste Rotorbrücke eine erste zu der ersten Feder komplementär ausgebildete Nut aufweisen, wodurch das Rotorpaket und die erste Rotorbrücke formschlüssig verbunden sind.
Permanentmagnet-Synchronmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotorbandage vorgesehen ist, welche in einer radialen Richtung des Rotors gesehen oberhalb der ersten Oberfläche angeordnet ist und den Rotor in einer tangentialen Richtung zumindest teilweise umschließt.
Permanent-Synchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Magneteinheit einen zweiten Magneten und die zweite Magneteinheit einen ersten Magneten aufweist.
Permanentmagnet-Synchronmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der ersten Rotorbrücke verschiedene zweite Rotorbrücke vorgesehen ist, welche aus dem nicht-magnetischen Feststoff oder einem weiteren nicht-magnetischen Feststoff ausgebildet ist, und welche unterhalb der ersten Oberfläche angeordnet ist und welche den ersten Magneten einer Magneteinheit und den zweiten Magneten einer Magneteinheit zumindest kraftschlüssig verbindet.
Permanentmagnet-Synchronmotor nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnet und der zweite Magnet einer Magneteinheit V-förmig angeordnet sind.