WO2020260565A1 - Rotor für eine permanenterregte elektrische maschine - Google Patents

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WO2020260565A1
WO2020260565A1 PCT/EP2020/067999 EP2020067999W WO2020260565A1 WO 2020260565 A1 WO2020260565 A1 WO 2020260565A1 EP 2020067999 W EP2020067999 W EP 2020067999W WO 2020260565 A1 WO2020260565 A1 WO 2020260565A1
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WO
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rotor
web
pockets
permanent magnets
pocket
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PCT/EP2020/067999
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Inventor
Philipp NEIDHARDT
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/006—Structural association of a motor or generator with the drive train of a motor vehicle

Definitions

  • the invention relates to a rotor for a permanently excited electrical machine.
  • the exemplary embodiments can relate to permanently excited electrical machines for driving a motor vehicle.
  • Permanently excited electrical machines which can be used, for example, to drive motor vehicles, typically have a stator and a rotatably mounted rotor.
  • the rotor has, for example, a plurality of pockets which serve as receptacles for permanent magnets.
  • the stator can generate a variable magnetic field in order to drive the rotor, and thus the motor vehicle.
  • the rotor can reach speeds of over 7000 revolutions per minute during operation.
  • Components arranged in the rotor, in particular the permanent magnets, are therefore subject to centrifugal forces and electromagnetic forces, for example.
  • Web of the rotor, which spaced apart pockets arranged next to one another, and the permanent magnets arranged in the pockets can thereby be exposed to mechanical loads.
  • a maximum speed of the rotor can therefore be limited, for example, due to a maximum mechanical load capacity of the webs.
  • the present invention relates to a rotor for a permanently excited electrical machine.
  • the rotor has several pockets to accommodate permanent magnets. At least one first and at least one second pocket are each arranged on opposite sides of a first web.
  • the first web has at least one recess.
  • the permanently excited electrical machine can be designed as a so-called internal or external rotor, for example.
  • the rotor In the case of the external rotor, the rotor is arranged, for example, radially outside a stator and in the case of the internal rotor, it is arranged radially inside the stator.
  • the rotor therefore comprises, for example, a cylindrical hollow body, and in the case of the internal rotor, a solid, cylindrical body.
  • the rotor can, for example, be rotatably mounted and for driving a motor vehicle, for example, can be connected in a rotationally fixed manner to a drive shaft of the motor vehicle.
  • Permanent magnets which are arranged, for example, in the pockets of the rotor, can interact with an alternating magnetic field generated by the stator in such a way that the rotor can be driven thereby.
  • To support the permanent magnets against centrifugal forces occurring for example, recesses made in the rotor, which extend axially through the rotor, can be designed as pockets.
  • the permanent magnets can be cohesively, positively and / or non-positively arranged in the pockets.
  • the pockets can be designed in such a way that the permanent magnets can be clamped and / or glued therein or welded to the rotor.
  • the first and second pockets are introduced into the rotor in such a way that the first web is formed, which is arranged between the first and second pocket.
  • the first and second pockets can thus be spaced from one another, for example by a first web.
  • a magnetic short circuit of the permanent magnets arranged, for example, in the first and second pockets can be prevented by a distance between the first and second pockets.
  • the first web Due to the at least one recess made in the first web, which forms a “flow barrier” there, a cross section of the first web can be reduced. In this way, for example, a magnetic flux between the permanent magnets arranged in the first and second pockets can be reduced at least locally. As a result, the first web can be made shorter than webs of conventional rotors. This results in, for example, a higher mechanical load-bearing capacity of the first web than conventional rotors.
  • the first and second pockets can each be arranged on opposite sides of the first web in the circumferential direction.
  • the first web can thus run radially, for example.
  • the north pole or the south pole can be aligned with the stator.
  • the first and the second pocket can be arranged axially symmetrically to a radial direction of the rotor.
  • the first and second pocket can be arranged, for example, as a “V” which, when the permanently excited electrical machine is designed as an internal rotor, is “open” radially outward, for example.
  • the first and second pockets can be spaced apart by the first web.
  • the first web can, for example, run along an axis of symmetry, around which the first and second pockets can be arranged axially symmetrically to one another.
  • Such a “V” -shaped arrangement of the first and second pockets, or the permanent magnets arranged therein, has proven to be advantageous in order, for example, to achieve a maximum power density of the permanently excited electrical machine.
  • the south pole of the permanent magnets can, for example, be oriented radially outward towards the stator.
  • the permanent magnets whose poles can have a reversed polarity.
  • the recess can have a smaller extent in the radial direction than the first web.
  • the first web has a locally minimal cross section, for example. As already mentioned, this allows the magnetic flux to be reduced compared to a web without a recess.
  • the mechanical strength of the first web can decrease, for example with regard to a twist or deformation of the first web. It can therefore be advantageous to design the recess in such a way that the extension of the recess in the radial direction is less than a radial extension of the first web.
  • the first web can have two recesses.
  • the two recesses can be arranged next to one another in the circumferential direction.
  • the rotor can have a third and a fourth pocket, which are arranged on opposite sides of a second web, the second web having at least one recess.
  • the third and fourth pockets can be placed in the rotor for this purpose.
  • the third and fourth pockets can for example be arranged radially outside the first and second pockets.
  • the third and fourth pockets can, for example, be arranged in a “V” shape, similar to the first and second pockets.
  • exemplary embodiments of the present invention relate to an alternative design of a rotor for a permanently excited electrical machine.
  • the rotor has at least a first pair of adjacent pockets which are each arranged on opposite sides of a web running parallel to an edge of the adjacent pockets.
  • the web extends in at least one direction further than a significant width of the adjacent pockets in this direction.
  • the adjacent pockets can, for example, be arranged next to one another in relation to a plane of rotation of the rotor.
  • the pockets can also be arranged next to one another perpendicular to the alignment of a polarity of the permanent magnets.
  • the adjacent pockets can be placed in the rotor at a distance from one another, so that the web is formed between the adjacent pockets and thus spaced the adjacent pockets from one another. It has proven to be advantageous to design the pockets in such a way that the, for example, qua der-shaped permanent magnets can be positively clamped in the pockets or pressed into them.
  • the significant width of the adjacent pockets can, for example, indicate an extension of the permanent magnets arranged in these pockets along the alignment of the polarity. For a jamming of the permanent magnets in the adjacent pockets, a nominal dimension of the signi ficant width of this extension of the permanent magnets can correspond.
  • the pockets can each have an incision which extends in the direction of the significant width compared to this extends further.
  • the web can in this direction, for example, have a greater extent than the permanent magnets arranged in the adjacent pockets.
  • the incisions can thus serve as flux barriers, for example, in order to reduce a magnetic flux that flows over the web. As a result, a magnetic short circuit of the permanent magnets arranged in the adjacent pockets can be prevented.
  • the web can extend further inward in the radial direction than the significant width of the neighboring pockets.
  • the rotor can have a second pair of adjacent pockets, which are arranged on opposite sides of a further web which runs parallel to an edge of the adjacent pockets.
  • the further web can extend further inward in the radial direction than the significant width of the pockets of the second pair.
  • the rotor can include further permanent magnets and further pockets, which can be arranged, for example, as a second pair of adjacent pockets.
  • the further web formed by introducing the second pair of adjacent pockets can conceptually correspond to the web formed by the first pair.
  • the further web can also extend radially further inward than the significant width of the pockets of the second pair in order to To reduce the netic flow of the permanent magnets arranged in the adjacent pockets of the second pair.
  • exemplary embodiments of the present invention relate to a permanently excited electrical machine which comprises a stator and a rotor which is arranged in an effective area of the stator and has, for example, features which have been described above.
  • the permanently excited electrical machine comprises permanent magnets which are arranged in the pockets of the rotor.
  • the permanently excited electrical machine can, for example, be the internal rotor or external rotor, which can be used, for example, to drive the motor vehicle.
  • the effective area corresponds, for example, to an area which is penetrated by the changing magnetic field when the stator is in operation.
  • the area of action is, for example, radially inside the stator and, in the case of an external rotor, it is radially outside the stator.
  • the magnetic flux within the rotor can be increased.
  • pockets of the rotor arranged next to one another or the webs encompassed by the rotor for local reduction of the magnetic flux can be designed as described above.
  • a segment of a rotor of a permanently excited electrical Ma machine is shown.
  • the electric machine is intended to drive an electric or hybrid vehicle, the rotor being driven by a changing magnetic field of a stator.
  • the rotor can reach speeds of over 7000 revolutions per minute.
  • 1 shows in particular a segment 102 of a rotor 100 which, for example, can be arranged radially inside a stator (not shown here) of an internal rotor.
  • the rotor 100 can comprise a stack of sheet-metal laminations stacked in the axial direction.
  • the rotor 100 can, for example, be divided into eight identical segments 102.
  • One of the segments 102 has, for example, a first pocket 120-1, a second pocket 120-2, a third pocket 120-3 and a fourth pocket 120-4 for receiving a permanent magnet 110 in each case.
  • the pockets 120-1, 120-2, 120-3 and 120-4 can be recesses, for example, which extend axially through the rotor 100.
  • the radially inner pockets 120-1 and 120-2 in pairs, or the radially outer pockets 120-3 and 120-4 can, as shown here, each be arranged in a “V-shape” to one another.
  • the pockets 120-1, 120-2, 120-3 and 120-4 can, as shown here, be arranged in pairs on opposite sides in the circumferential direction of a first web 130-1 or a second web.
  • the second web 130-2 is here, for example, radially outside the first web 130-1.
  • Projections 134 of the pockets 120-1, 120-2, 120-3 and 120-4 can serve as flux barriers and thus reduce a magnetic flux to prevent a magnetic short circuit.
  • a radial length of the first and second webs 130-1 and 130-2, as shown here, can be determined by a radial extension of the extensions 134.
  • the first web 130-1 has two recesses 132-1 and the second web 130-2 has one, due to a limited installation space single recess 132-2.
  • the first web 130-1 and / or the second web 130-2 can each have any number of recesses 130-1 and / or 130-2.
  • the recesses 132-1 and 132-2 serve, for example, as flow barriers.
  • the recesses 132-1 and 132-2 can, for example, cause magnetic leakage flux to reduce the magnetic flux and thereby prevent the magnetic short circuit.
  • a cross section of the webs 130-1 and 130-2 which can be tapered at least locally due to the recesses 132-1 and 132-2, can increase a magnetic resistance in order to additionally reduce the magnetic flux between the permanent magnets 110 .
  • a first aspect with regard to a design of the recesses 132-1 and 132-2 relates to the reduction of the magnetic flux within the webs 130-1 and 130-2.
  • the reduction in the magnetic flux is more proportional to a reduction in the cross section of the webs 130-1 and 130-2 than from a radial extension of the recesses 132- 1 and 132-2 depends.
  • a second aspect with regard to the design of the recesses 132-1 and 132-2 relates to dimensional stability and / or the mechanical load-bearing capacity of the webs 130-1 and 130-2.
  • the dimensional stability and / or the mechanical loading capacity of the webs 130-1 and 130-2 it has been shown that the dimensional stability and / or the mechanical loading capacity of the webs 130-1 and 130-2 with an increasing proportion of the recesses 132-1 and 132-2 can decrease relative to webs 130-1 and 130-2. Due to a moment of inertia that increases with a radial distance, the effect of centrifugal force on the second web 130-2 can be higher than on the first web 130-1.
  • the recesses 132-1 according to the configuration shown in FIG 1. Execute the exemplary embodiment shown.
  • the openings are gen 132-1 designed so that a radial extension of the recesses 132-1 is less than the radial length of the first web 130-1. This results, for example, in a smaller proportion of the recesses 132-1 on the first web 130-1 compared to the recesses 132-2 and thus a higher dimensional stability and / or higher mechanical strength for the first web 130- compared to the second web 130-2 1.
  • the recesses 132-1 of the first web 130-1 can be introduced in a radially outer region of the first web 130-1, as in the embodiment shown in FIG. 1, in order, for example, to reduce a mass of the outer region. As a result, a centrifugal force acting on the outer area can be reduced. A radially outwardly directed force component which occurs as a result and which acts on an inner region of the first web 130-1 can thus be reduced. This can contribute to increasing the mechanical strength of the first web 130-1.
  • the effect of centrifugal force on the second web 130-2 can be less than on the first web 130-1.
  • the second web 130-2 can therefore be designed in such a way that its mechanical strength is lower than that of the first web 130-1.
  • a radial extension and an associated portion of the recess 132-2 on the second web 130-2 can therefore be larger than that of the recesses 132-2. Due to the larger design of the recess 132-2, the magnetic flux within the second web 132-2 can, for example, be reduced more than within the first web 130-1.
  • the rotor 100 can thus, for example, be adapted to a maximum torque, the maximum speed and / or the maximum magnetic flux of a further permanently excited electrical machine.
  • the rotor 100, or the segment 102 of the rotor 100 can have at least a first and / or second pair of adjacent pockets for receiving permanent magnets.
  • the first and / or second pair can comprise, for example, the first pocket 120-1 or the second pocket 120-2 and a further pocket 120-5, or the pocket 120-6.
  • Further exemplary embodiments can each provide a first and / or second pair, which provides a different combination of pockets, which for example includes neither the first pocket 120-1 nor the second pocket 120-2.
  • the adjacent pockets 120-1 and 120-5 or 120-2 and 120-6 shown in FIG. 1 each have an incision 136 on mutually arranged sides. These incisions 136 extend parallel to the web 130-3 further than a significant width 138 of the pockets 120-1, 120-2, 120-5 and 120-6 which are adjacent in pairs.
  • the significant width 138 can, for example, correspond to a nominal dimension of the permanent magnets 110 arranged in these pockets 120-1, 120-2, 120-5 and 120-6, so that the permanent magnets 110 can be clamped and / or further positively engaged and / or cohesive connections (for example by means of press fit, gluing and / or by welding) can be arranged in the pockets 120-1, 120-2, 120-5 and 120-6 which are adjacent in pairs.
  • webs 130-3 and 130-4 can be formed, as shown in FIG. 1.
  • the webs 130-3 and 130-4 extend parallel to the incisions 136.
  • the webs 130-3 and 130-4 extend further into an area outside of the pockets 120-1, 120- which are arranged in a "V-shape". 2, 120-5 and 120-6 spanned area. It follows implicitly from this that the webs 130-3 and 130-4 each extend radially further inward than the significant width 138 of the pockets 120-1, 120-2, 120-5 and 120-6 that are adjacent in pairs.
  • a centrifugal force acting on the webs 130-3 and 130-4 can be lower than with a radially outward extension of the webs 130-3 and 130 -4.
  • the incisions 136 can serve as flux barriers to reduce the magnetic flux outside of the “v-shaped” arrangement of the adjacent pockets 120-1, 120-2, 120-5 and 120-6 to prevent the magnetic short circuit.
  • the above-described shape of the adjacent pockets 120-1, 120-2, 120-5 and 120-6 implicitly results in the mutually arranged edges of the permanent magnets 110 at a radially outer end of the webs 130-3 and 130-4 are arranged.
  • the recesses 140 extend, for example, axially through the rotor 100 or through the rotor segment 102. These serve, for example, on the one hand to reduce a mass of the rotor 100 in a circumferential area, for example to reduce the moment of inertia in favor of a higher power density of the rotor 100. On the other hand, the recesses 140 serve to reduce a mechanical load acting on the webs 130-1, 130-2, 130-3 and 130-4 at speeds up to the maximum speed.

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Abstract

Es wird ein Rotor (100) für eine permanenterregte elektrische Maschine beschrieben, welcher zur Aufnahme von Permanentmagneten (110) mehrere Taschen (120-1,120-2,120-3,120-4,120-5,120-6) aufweist. Zumindest eine erste und zumindest eine zweite Tasche (120-1,120-2) sind jeweils auf gegenüberliegenden Seiten eines ersten Steges (130-1) angeordnet, welcher zumindest eine Ausnehmung (132-1) aufweist.

Description

Rotor für eine permanenterreqte elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, können die Ausführungsbeispiele perma nenterregte elektrische Maschinen zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs betreffen.
Permanenterregte elektrische Maschinen, welche beispielsweise zum Antreiben von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können, weisen typischerweise einen Stator und einen drehbar gelagerten Rotor auf. Der Rotor weist beispielsweise eine Mehrzahl von Taschen auf, welche als Aufnahmen für Permanentmagnete dienen. Mittels meh rerer Spulen kann der Stator ein veränderliches Magnetfeld erzeugen, um den Rotor, und damit das Kraftfahrzeug, anzutreiben.
Der Rotor kann im Betrieb Drehzahlen von über 7000 Umdrehungen pro Minute er reichen. Im Rotor angeordnete Bauteile, insbesondere die Permanentmagnete, un terliegen daher beispielsweise Fliehkräften und elektromagnetischen Kräften. Stege des Rotors, welche nebeneinander angeordnete Taschen zueinander beabstanden, und die in den Taschen angeordneten Permanentmagnete können dadurch mecha nischen Belastungen ausgesetzt sein. Eine maximale Drehzahl des Rotors kann da her beispielsweise aufgrund einer maximalen mechanischen Belastbarkeit der Stege beschränkt sein.
Daher kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, einen Ro tor einer permanenterregten elektrischen Maschine hinsichtlich dessen mechanischer Belastbarkeit zu verbessern.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine. Der Rotor weist zur Aufnahme von Permanentmagneten mehrere Taschen auf. Zumindest eine erste und zumindest eine zweite Tasche sind jeweils auf gegenüberliegenden Seiten eines ersten Steges angeordnet. Der erste Steg weist zumindest eine Ausnehmung auf. Die permanenterregte elektrische Maschine kann beispielsweise als sogenannter Innen- oder Außenläufer ausgeführt sein. Beim Außenläufer ist der Rotor beispiels weise radial außerhalb eines Stators und beim Innenläufer radial innerhalb des Sta tors angeordnet. Beim Außenläufer umfasst der Rotor daher beispielsweise einen zylindrischen Hohlkörper und beim Innenläufer einen massiven, zylindrischen Körper. Der Rotor kann beispielsweise drehbar gelagert und zum Antreiben eines Kraftfahr zeugs beispielsweise drehfest mit einer Antriebswelle des Kraftfahrzeugs verbunden sein.
Permanentmagnete, welche beispielsweise in den Taschen des Rotors angeordnet sind, können mit einem vom Stator erzeugten wechselnden Magnetfeld derart wech selwirken, so dass der Rotor dadurch angetrieben werden kann. Zum Abstützen der Permanentmagnete entgegen auftretender Fliehkräfte, beispielsweise, können in den Rotor eingebrachte Aussparungen, welche sich axial durch den Rotor erstrecken, als Taschen ausgebildet sein. Die Permanentmagnete können stoffschlüssig, form schlüssig und/oder kraftschlüssig in den Taschen angeordnet sein. Beispielsweise können die Taschen derart ausgeführt sein, so dass die Permanentmagnete darin verklemmt und/oder verklebt oder mit dem Rotor verschweißt werden können.
Die erste und zweite Tasche sind derart in den Rotor eingebracht, so dass sich der erste Steg bildet, welcher zwischen der ersten und zweiten Tasche angeordnet ist. Die erste und zweite Tasche können somit beispielsweise durch ersten Steg vonei nander beabstandet sein. Durch einen Abstand zwischen der ersten und zweiten Ta sche kann ein magnetischer Kurzschluss der beispielsweise in der ersten und zwei ten Tasche jeweils angeordneten Permanentmagnete verhindert werden.
Durch die zumindest eine in den ersten Steg eingebrachte Ausnehmung, welche dort eine„Flussbarriere“ ausbildet, kann ein Querschnitt des ersten Steges reduziert wer den. Dadurch kann beispielsweise ein magnetischer Fluss zwischen den in der ers ten und zweiten Tasche angeordneten Permanentmagneten zumindest lokal redu ziert werden. Dadurch kann der erste Steg gegenüber Stegen herkömmlicher Roto ren kürzer ausgebildet werden. Daraus ergibt sich beispielsweise eine gegenüber herkömmlichen Rotoren höhere mechanische Belastbarkeit des ersten Steges. In manchen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die erste und zweite Tasche jeweils auf in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten des ersten Steges angeordnet sein.
Der erste Steg kann somit beispielweise radial verlaufen. Bei einer solchen Anord nung der Taschen, beziehungsweise der Permanentmagnete, kann der Nordpol oder der Südpol zum Stator ausgerichtet sein.
In manchen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die erste und die zweite Tasche achsensymmetrisch zu einer radialen Richtung des Rotors ange ordnet sein.
Die erste und zweite Tasche können beispielsweise als„V“ angeordnet sein, welches bei einer Ausführung der permanenterregten elektrischen Maschine als Innenläufer, beispielsweise, nach radial außen hin„offen“ ist. Im radial innenliegenden Bereich können die erste und zweite Tasche durch den ersten Steg beabstandet sein. Der erste Steg kann beispielsweise entlang einer Symmetrieachse verlaufen, um welche die erste und zweite Tasche achsensymmetrisch zueinander angeordnet sein kön nen.
Eine derartige„V“ -förmige Anordnung der ersten und zweiten Tasche, beziehungs weise der darin angeordneten Permanentmagneten hat sich als vorteilhaft erwiesen, um beispielsweise eine maximale Leistungsdichte der permanenterregten elektri schen Maschine zu erreichen. Beim Innenläufer kann der Südpol der Permanent magnete beispielsweise nach radial außen zum Stator hin ausgerichtet sein. Bei wei teren Ausführungsbeispielen können die Permanentmagnete deren Pole eine umge kehrte Polung aufweisen.
In manchen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Ausneh mung eine gegenüber dem ersten Steg geringere Erstreckung in radialer Richtung aufweisen. Durch die Ausnehmung weist der erste Steg beispielsweise lokal einen minimalen Querschnitt auf. Dadurch kann wie schon erwähnt, der magnetische Fluss gegenüber einem Steg ohne Ausnehmung reduziert werden.
Mit der Erstreckung der Ausnehmung in radialer Richtung kann beispielsweise die mechanische Belastbarkeit des ersten Steges beispielsweise hinsichtlich einer Ver windung oder Verformung des ersten Steges sinken. Daher kann es vorteilhaft sein die Ausnehmung derart auszuführen, so dass die Erstreckung der Ausnehmung in radialer Richtung geringer ist als eine radiale Erstreckung des ersten Steges.
Um eine mechanische Belastung auf einen radial inneren Bereich des ersten Steges zu reduzieren, kann es vorteilhaft sein die Ausnehmung in einem radial äußeren Be reich des ersten Steges einzubringen.
In manchen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der erste Steg zwei Ausnehmungen aufweisen.
Bei einer Anordnung von zwei Ausnehmungen innerhalb des ersten Stegs kann es zu magnetischen Streuflüssen kommen, wodurch der magnetische Fluss weiter re duziert werden kann. Für eine Reduzierung des ersten Steges können die zwei Aus nehmungen in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sein.
In manchen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Rotor eine dritte und eine vierte Tasche aufweisen, welche auf gegenüberliegenden Seiten ei nes zweiten Steges angeordnet sind, wobei der zweite Steg zumindest eine Aus nehmung aufweist.
Für eine höhere Leistungsdichte der permanenterregten elektrischen Maschine kann es beispielsweise vorteilhaft sein, weitere Permanentmagnete im Rotor anzuordnen. Dafür können die dritte und vierte Tasche in den Rotor eingebracht werden. Die dritte und vierte Tasche können beispielsweise radial außerhalb der ersten und zweiten Tasche angeordnet sein. Die dritte und vierte Tasche können beispielsweise, ähnlich wie dir erste und zweite Tasche,„V“ -förmig angeordnet sein. Wie der erste Steg kann der zweite Steg entlang einer Symmetrieachse verlaufen, bezüglich welcher die dritte und vierte Tasche zueinander achsensymmetrisch angeordnet sind. Diese Symmet rieachse kann beispielsweise der Symmetrieachse der ersten und zweiten Tasche entsprechen. Der zweite Steg kann somit entlang einer solchen gemeinsamen Sym metrieachse verlaufen.
Gemäß einem zweiten Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf eine alternative Gestaltung eines Rotors für eine permanenterregte elektrische Maschine. Der Rotor weist zumindest ein erstes Paar benachbarter Ta schen auf, welche jeweils auf gegenüberliegenden Seiten eines parallel zu einem Rand der benachbarten Taschen verlaufenden Steges angeordnet sind. Der Steg erstreckt sich in zumindest einer Richtung weiter als eine signifikante Breite der be nachbarten Taschen in dieser Richtung.
Die benachbarten Taschen können beispielsweise bezogen auf eine Rotationsebene des Rotors nebeneinander angeordnet sein. Für eine vorteilhafte Anordnung der Permanentmagnete der benachbarten Taschen können die Taschen zudem senk recht zur Ausrichtung einer Polung der Permanentmagnete nebeneinander angeord net sein.
Die benachbarten Taschen können in einem Abstand zueinander in den Rotor ein gebracht sein, so dass sich zwischen den benachbarten Taschen der Steg bildet, welcher die benachbarten Taschen somit zueinander beabstandet. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen die Taschen derart auszubilden, so dass die beispielsweise qua derförmigen Permanentmagnete formschlüssig in den Taschen verklemmt oder in diese eingepresst werden können. Die signifikante Breite der benachbarten Taschen kann beispielsweise einer Ausdehnung der in diesen Taschen angeordneten Perma nentmagnete entlang der Ausrichtung der Polung angeben. Für eine Verklemmung der Permanentmagnete in den benachbarten Taschen kann ein Nennmaß der signi fikanten Breite dieser Ausdehnung der Permanentmagnete entsprechen.
An zueinander angeordneten Seiten der benachbarten Taschen können die Taschen jeweils einen Einschnitt aufweisen, welcher sich in Richtung der signifikanten Breite gegenüber dieser weiter erstreckt. Dadurch kann der Steg in dieser Richtung bei spielsweise eine größere Erstreckung aufweisen als die in den benachbarten Ta schen angeordneten Permanentmagnete. Die Einschnitte können somit beispiels weise als Flussbarrieren dienen, um einen magnetischen Fluss zu reduzieren, wel cher über den Steg fließt. Dadurch kann ein magnetischer Kurzschluss der in den benachbarten Taschen angeordneten Permanentmagnete verhindert werden.
In manchen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann sich der Steg in radialer Richtung weiter nach innen erstrecken als die signifikante Breite der benach barten Taschen.
Bei einem Innenläufer kann es vorteilhaft sein in einem radial äußeren Bereich des Rotors einen maximalen magnetischen Fluss zu generieren. Daher kann es sich als vorteilhaft erweisen, statt in dem radial äußeren Bereich den magnetischen Fluss in einem gegenüber den benachbarten Taschen radial inneren Bereich des Rotors mit tels der Flussbarrieren zu reduzieren. Die Einschnitte weisen daher beispielsweise entlang der signifikanten Breite der Taschen gegenüber dieser eine größere radiale Erstreckung nach innen, also zum Inneren des Rotors, auf.
In manchen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Rotor ein zweites Paar benachbarter Taschen aufweisen, welche auf gegenüberliegenden Sei ten eines parallel zu einem Rand der benachbarten Taschen verlaufenden weiteren Steges angeordnet sind. Der weitere Steg kann sich in radialer Richtung weiter nach innen erstrecken als die signifikante Breite der Taschen des zweiten Paares.
Für eine Erhöhung einer Leistungsdichte der permanenterregten elektrischen Ma schine kann der Rotor weitere Permanentmagnete und weitere Taschen umfassen, welche beispielsweise als zweites Paar benachbarter Taschen angeordnet sein kön nen. Der durch Einbringen des zweiten Paares benachbarter Taschen gebildete wei tere Steg kann konzeptionell dem vom ersten Paar gebildeten Steg entsprechen. Somit kann sich der weitere Steg beispielsweise ebenfalls radial weiter nach innen erstrecken als die signifikante Breite der Taschen des zweiten Paares, um den mag- netischen Fluss der in den benachbarten Taschen des zweiten Paares angeordneten Permanentmagneten zu reduzieren.
Gemäß einem dritten Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf eine permanenterregte elektrische Maschine, welche einen Stator und einen in einem Wirkungsbereich des Stators angeordneten Rotor umfasst, welcher beispielsweise Merkmale aufweist, welche vorhergehend beschrieben wurden. Zu dem umfasst die permanenterregte elektrische Maschine Permanentmagnete, wel che in den Taschen des Rotors angeordnet sind.
Bei der permanenterregten elektrischen Maschine kann es sich beispielsweise um den Innenläufer oder Außenläufer handeln, welche beispielsweise zum Antreiben des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden können. Bei einer permanenterregten elektri schen Maschine entspricht der Wirkungsbereich beispielsweise einem Bereich, wel cher bei einem Betrieb des Stators vom wechselnden Magnetfeld durchsetzt ist.
Beim Innenläufer befindet sich der Wirkungsbereich beispielsweise radial innerhalb des Stators und bei einem Außenläufer radial außerhalb des Stators.
Um die Leistungsdichte der permanenterregten elektrischen Maschine zu steigern, kann beispielsweise der magnetische Fluss innerhalb des Rotors erhöht werden. Zur Vermeidung des magnetischen Kurzschlusses der Permanentmagnete können bei spielsweise nebeneinander angeordnete Taschen des Rotors, beziehungsweise die vom Rotor umfassten Stege zur lokalen Reduzierung des magnetischen Flusses wie im vorhergehend Beschrieben ausgeführt sein.
Die Erfindung wird nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegende Figur lediglich beispielhaft näher erläutert.
Mit Fig. 1 ist ein Segment eines Rotors einer permanenterregten elektrischen Ma schine dargestellt. Die elektrische Maschine ist vorliegend zum Antrieb eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs vorgesehen, wobei der Rotor von einem wechselnden magne tischen Feld eines Stators angetrieben wird. Der Rotor kann dabei Drehzahlen von über 7000 Umdrehungen pro Minute erreichen. Fig. 1 zeigt insbesondere ein Segment 102 eines Rotors 100, welcher beispielsweise radial innerhalb eines Stators (hier nicht gezeigt) eines Innenläufers angeordnet wer den kann. Der Rotor 100 kann gemäß einer üblichen Bauweise ein in axialer Rich tung gestapeltes Paket von Blechlamellen umfassen. Der Rotor 100 kann beispiels weise in acht identische Segmente 102 unterteilt werden. Eines der Segmente 102 weist beispielsweise eine erste Tasche 120-1 , eine zweite Tasche 120-2, eine dritte Tasche 120-3 und eine vierte Tasche 120-4 zur Aufnahme jeweils eines Permanent magneten 110 auf. Die Taschen 120-1 , 120-2, 120-3 und 120-4 können beispiels weise Aussparungen sein, welche sich axial durch den Rotor 100 erstrecken. Hin sichtlich der Leistungsdichte des Rotors 100 hat es sich als vorteilhaft erwiesen die Taschen 120-1 , 120-2, 120-3 und 120-4, wie in Fig. 1 gezeigt, paarweise zueinander radial in den Rotor 100 einzubringen. Die paarweise radial innenliegenden Taschen 120-1 und 120-2, beziehungsweise die radial außenliegenden Taschen 120-3 und 120-4 können, wie hier dargestellt, jeweils in einer„V-Form“ zueinander angeordnet sein. Dadurch kann beispielsweise in einem Umfangsbereich des Rotors 100, wel cher paarweise von den Taschen 120-1 , 120-2, 120-3 und 120-4 aufgespannt wird, ein gegenüber weiteren Anordnungen höherer magnetischer Fluss und damit bei spielsweise ein höheres Drehmoment erzeugt werden.
Die Taschen 120-1 , 120-2, 120-3 und 120-4 können, wie hier gezeigt, paarweise auf in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten eines ersten Steges 130-1 , bezie hungsweise eines zweiten Steges angeordnet sein. Der zweite Steg 130-2 liegt hier bei beispielsweise radial außerhalb des ersten Steges 130-1.
Fortsätze 134 der Taschen 120-1 , 120-2, 120-3 und 120-4 können als Flussbarrieren dienen und damit einen magnetischen Fluss zum Verhindern eines magnetischen Kurschlusses reduzieren. Zudem kann eine radiale Länge, des ersten und zweiten Steges 130-1 und 130-2, wie hier gezeigt, durch eine radiale Erstreckung der Forts ätze 134 bestimmt sein.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erste Steg 130-1 zwei Ausnehmun gen 132-1 und der zweite Steg 130-2 bedingt durch einen begrenzten Bauraum eine einzelne Ausnehmung 132-2 auf. In weiteren Ausführungsbeispielen können der ers te Steg 130-1 und/oder der zweite Steg 130-2 jeweils eine beliebige Anzahl von Aus nehmungen 130-1 und/oder 130-2 aufweisen. Die Ausnehmungen 132-1 und 132-2 dienen beispielsweise als Flussbarrieren. Als Flussbarrieren können die Ausneh mungen 132-1 und 132-2 beispielsweise magnetische Streuflüsse zur Reduzierung des magnetischen Flusses hervorrufen und dadurch den magnetischen Kurzschluss verhindern. Zudem kann ein Querschnitt der Stege 130-1 und 130-2, welcher auf grund der Ausnehmungen 132-1 und 132-2 zumindest lokal verjüngt sein kann, einen magnetischen Widerstand erhöhen, um den magnetischen Fluss zwischen den Per manentmagneten 1 10 zusätzlich zu reduzieren.
Ein erster Aspekt hinsichtlich einer Ausbildung der Ausnehmungen 132-1 und 132-2 betrifft die Reduzierung des magnetischen Flusses innerhalb der Stege 130-1 und 130-2. Bezüglich des magnetischen Flusses innerhalb der Stege 130-1 und 130-2 hat sich gezeigt, dass die Reduzierung des magnetischen Flusses stärker proportio nal von einer Reduzierung des Querschnitts der Stege 130-1 und 130-2 als von einer radialen Erstreckung der Ausnehmungen 132-1 und 132-2 abhängt.
Ein zweiter Aspekt hinsichtlich einer Ausbildung der Ausnehmungen 132-1 und 132-2 betrifft eine Formstabilität und/oder die mechanische Belastbarkeit der Stege 130-1 und 130-2. Bezüglich der Formstabilität und/oder der mechanischen Belastbarkeit der Stege 130-1 und 130-2 hat sich gezeigt, dass die Formstabilität und/oder die me chanische Belastbarkeit der Stege 130-1 und 130-2 mit steigendem Anteil der Aus nehmungen 132-1 und 132-2 relativ zu den Stegen 130-1 und 130-2 abnehmen kann. Aufgrund eines mit radialem Abstand steigenden T rägheitsmoments, kann eine Fliehkrafteinwirkung auf den zweiten Steg 130-2 höher sein als auf den ersten Steg 130-1 .
Unter Berücksichtigung der im Vorhergehenden beschriebenen Aspekte hat es sich beispielsweise aufgrund einer Fliehkrafteinwirkung auf den ersten Steg 130-1 , wel che relativ zur Fliehkrafteinwirkung auf den zweiten Steg 130-2 höher ist, als vorteil haft erwiesen die Ausnehmungen 132-1 gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel auszuführen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmun gen 132-1 derart ausgeführt, so dass eine radiale Erstreckung der Ausnehmungen 132-1 geringer ist als die radiale Länge des ersten Steges 130-1. Dadurch ergibt sich beispielsweise ein gegenüber den Ausnehmungen 132-2 geringerer Anteil der Aus nehmungen 132-1 an dem ersten Steg 130-1 und damit eine gegenüber dem zweiten Steg 130-2 höhere Formstabilität und/oder höhere mechanische Belastbarkeit für den ersten Steg 130-1.
Die Ausnehmungen 132-1 des ersten Steges 130-1 können wie im in Fig. 1 gezeig ten Ausführungsbeispiel in einem radial äußeren Bereich des ersten Steges 130-1 eingebracht sein, um beispielsweise eine Masse des äußeren Bereichs zu verrin gern. Dadurch kann eine auf den äußeren Bereich wirkende Fliehkraft reduziert wer den. Eine hierdurch auftretende radial nach außen gerichtete Kraftkomponente, wel che auf einen inneren Bereich des ersten Steges 130-1 wirkt, kann so verringert wer den. Dies kann zur Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit des ersten Steges 130-1 beitragen.
Wie oben erwähnt kann die Fliehkrafteinwirkung auf den zweiten Steg 130-2 geringer sein als auf den ersten Steg 130-1. Daher kann der zweite Steg 130-2 derart ausge legt werden, so dass dessen mechanische Belastbarkeit geringer ist als die des ers ten Steges 130-1. Eine radiale Erstreckung und ein damit einhergehender Anteil der Ausnehmung 132-2 an dem zweiten Steg 130-2 können daher größer sein als die der Ausnehmungen 132-2. Durch die größere Auslegung der Ausnehmung 132-2 kann der magnetische Fluss innerhalb des zweiten Steges 132-2 beispielsweise stärker reduziert werden als innerhalb des ersten Steges 130-1.
Unter Berücksichtigung vorhergehend beschriebener Merkmale bezüglich Form, Po sition, Größe und/oder Anzahl der Ausnehmungen 132-1 und 132-2, können diese und oder die Taschen 120-1 und 120-2 in weiteren Ausführungsbeispielen an an wendungsspezifische Anforderungen angepasst werden. Der Rotor 100 kann somit beispielsweise an ein maximales Drehmoment, die maximale Drehzahl und/oder den maximalen magnetischen Fluss einer weiteren permanenterregten elektrischen Ma schine angepasst werden. Des Weiteren kann der Rotor 100, beziehungsweise das Segment 102 des Rotors 100, zumindest ein erstes und/oder zweites Paar benachbarter Taschen zur Auf nahme von Permanentmagneten aufweisen. Das erste und/oder zweite Paar kann, bezugnehmend auf das gezeigte Ausführungsbeispiel, zum Beispiel die erste Ta schen 120-1 oder die zweite Tasche 120-2 und eine weitere Tasche 120-5, bezie hungsweise die Tasche 120-6 umfassen. Weitere Ausführungsbeispiele können je weils ein erstes und/oder zweites Paar vorsehen, welches eine andere Kombination von Taschen vorsieht, welche beispielsweise weder die erste Tasche 120-1 , noch die zweite Tasche 120-2 umfasst.
Die in Fig. 1 gezeigten benachbarten Taschen 120-1 und 120-5, beziehungsweise 120-2 und 120-6 weisen jeweils einen Einschnitt 136 an zueinander angeordneten Seiten auf. Diese Einschnitte 136 erstrecken sich parallel zum Steg 130-3 weiter als eine signifikante Breite 138 der paarweise benachbarten Taschen 120-1 , 120-2, 120- 5 und 120-6. Die signifikante Breite 138 kann beispielsweise einem Nennmaß des in diesen Taschen 120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6 jeweils angeordneten Permanent magneten 110 entsprechen, so dass die Permanentmagnete 110 beispielsweise mit tels Verklemmung und/oder weiterer kraftschlüssiger, formschlüssiger und/oder stoff schlüssiger Verbindungen (zum Beispiel mittels Presspassung, Verklebung und/oder mittels Verschweißen) in den paarweise benachbarten Taschen 120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6 angeordnet werden können.
Aufgrund der Einschnitte 136 der Taschen 120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6 können, wie in Fig. 1 gezeigt, Stege 130-3 und 130-4 ausgebildet werden. Die Stege 130-3 und 130-4 erstrecken sich parallel zu den Einschnitten 136. Zudem erstrecken sich die Stege 130-3 und 130-4 weiter in einen Bereich außerhalb der von den„v-förmig“ angeordneten Taschen 120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6 aufgespannten Bereich. Im plizit daraus ergibt sich, dass sich die Stege 130-3 und 130-4 radial jeweils weiter nach innen erstrecken als die signifikante Breite 138 der paarweise benachbarten Taschen 120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6. Durch eine solche radial nach innen gerich tete Erstreckung der Stege 130-3 und 130-4 kann eine auf die Stege 130-3 und 130- 4 wirkende Fliehkrafteinwirkung geringer sein als bei einer radial nach außen gerich teter Erstreckung der Stege 130-3 und 130-4. Die Einschnitte 136 können als Flussbarrieren dienen, um den magnetischen Fluss außerhalb der„v-förmigen“ Anordnung der benachbarten Taschen 120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6 zum Verhindern des magnetischen Kurzschlusses zu reduzieren.
Zudem ergibt sich implizit aus der oben beschriebenen Ausformung der benachbar ten Taschen 120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6, dass zueinander angeordnete Kanten der Permanentmagnete 110 an einem radial äußeren Ende der Stege 130-3 und 130-4 angeordnet sind.
Des Weiteren sind in Fig. 1 weitere Aussparungen 140 gezeigt. Die Aussparungen 140 erstrecken sich beispielsweise axial durch den Rotor 100, beziehungsweise durch das Rotorsegment 102. Diese dienen beispielsweise zum einen dazu eine Masse des Rotors 100 in einem Umfangsbereich zu verringern, um beispielsweise das Trägheitsmoment zugunsten einer höheren Leistungsdichte des Rotors 100 zu reduzieren. Zum anderen dienen die Aussparungen 140 dazu eine auf die Stege 130-1 , 130-2, 130-3 und 130-4 wirkende mechanische Belastung bei Drehzahlen bis zu der maximalen Drehzahl zu verringern.
Bezuaszeichen Rotor
Rotorsegment
Permanentmagnete
-1 erste Tasche
-2 zweite T asche
-5 Tasche
-6 Tasche
-1 erster Steg
-2 zweiter Steg
-3 Steg
-4 Steg
-1 Ausnehmungen des ersten Stegs-2 Ausnehmung des zweiten Stegs
Fortsätze
Einschnitte
signifikante Breite
Aussparungen

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (100) für eine permanenterregte elektrische Maschine, wobei der Rotor (100) zur Aufnahme von Permanentmagneten (110) mehrere Taschen (120-1 , 120-2, 120-3, 120-4, 120-5, 120-6) aufweist, wobei zumindest eine erste und zumindest eine zweite Tasche (120-1 , 120-2) jeweils auf gegenüberliegenden Seiten eines ersten Steges (130-1 ) angeordnet sind, wobei der erste Steg (130-1 ) zumindest eine Ausnehmung (132-1 ) aufweist.
2. Rotor (100) gemäß Anspruch 1 , wobei die erste und die zweite T asche (120-1 , 120-2) jeweils auf in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten des ersten Steges (130-1 ) angeordnet sind.
3. Rotor (100) gemäß Anspruch 2, wobei die erste und die zweite T asche (120-1 , 120-2) achsensymmetrisch zu einer radialen Richtung des Rotors (100) ange ordnet sind.
4. Rotor (100) gemäß Anspruch 3, wobei die Ausnehmung (132-1 ) eine gegen über dem ersten Steg (130-1 ) geringere Erstreckung in radialer Richtung auf weist.
5. Rotor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Steg (130-1 ) zwei Ausnehmungen (132-1 ) aufweist.
6. Rotor (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor (100) eine dritte und eine vierte Tasche (120-3, 120-4) aufweist, welche auf gegenüberliegenden Seiten eines zweiten Steges (130-2) angeordnet sind, wobei der zweite Steg (130-2) zumindest eine Ausnehmung (132-2) aufweist.
7. Rotor (100) für eine permanenterregte elektrische Maschine, wobei der Rotor (100) zumindest ein erstes Paar benachbarter Taschen (120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6) zur Aufnahme von Permanentmagneten (100) aufweist, welche jeweils auf gegenüberliegenden Seiten eines parallel zu einem Rand der be nachbarten Taschen (120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6) verlaufenden Steg (130- 3, 130-4) angeordnet sind, wobei der Steg (130-3, 130-4) sich in zumindest einer Richtung weiter erstreckt als eine signifikante Breite (138) der benach barten Taschen (120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6) in dieser Richtung.
8. Rotor (100) gemäß Anspruch 7, wobei sich der Steg (130-3, 130-4) in radialer Richtung weiter nach innen erstreckt als die signifikante Breite (138) der be nachbarten Taschen (120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6).
9. Rotor (100) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei der Rotor (100) ein zweites Paar benachbarter Taschen (120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6) aufweist, welche auf gegenüberliegenden Seiten eines parallel zu einem Rand der benachbarten Taschen (120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6) verlaufenden weiteren Steg (130-3, 130-4) angeordnet sind, wobei der weitere Steg (130-3, 130-4) sich in radialer Richtung weiter nach innen erstreckt als die signifikante Breite (138) der Ta schen (120-1 , 120-2, 120-5 und 120-6) des zweiten Paares.
10. Permanenterregte elektrische Maschine, umfassend:
einen Stator;
einen in einem Wirkungsbereich des Stators angeordneten Rotor (100), wel cher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist;mehrere Perma nentmagnete (110), welche in den Taschen (120-1 , 120-2, 120-3, 120-4, 120- 5 und 120-6) des Rotors (100) angeordnet sind.
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