DE102007014973A1

DE102007014973A1 - Rotoren mit innenliegenden Permanentmagneten mit mannigfaltigen Eigenschaften und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102007014973A1
Application number: DE102007014973A
Authority: DE
Inventors: Brian Torrance Welchko; Constantin C. Anaheim Stancu; Gregory S. Woodland Hills Smith
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2007-10-18
Also published as: JP2007267593A; CN101047325A; CN101047325B; US20070228862A1; US7556082B2

Abstract

Ein Anker zur Verwendung in einem elektrischen Traktionsmotor umfasst einen Rotor mit einem Zentralabschnitt und einem Umfangsabschnitt, wobei der Umfangsabschnitt mehrere Hohlräume aufweist. Permanentmagnete, die sich aus flüssigem Magnetmaterial verfestigt haben, sind in den Hohlräumen angeordnet, um Pole des Rotors zu bilden, wobei zumindest ein Abschnitt der Hohlräume direkt aneinander angrenzende Permanentmagnete aufweist, die mindestens erste und zweite Magnetmaterialien mit verschiedenen Eigenschaften enthalten, welche in flüssiger oder beweglicher Form in einzelne Hohlräume injiziert wurden. In Grenzbereichen zwischen den mindestens ersten und zweiten Magnetmaterialien sind die ersten und zweiten Magnetmaterialien vermischt, um eine Übergangszone zu bilden. Ein Verfahren zur Herstellung des Ankers umfasst ein gleichzeitiges Injizieren der Magnetmaterialien sowie ein Injizieren eines nachfolgenden Magnetmaterials, wenn das anfängliche Magnetmaterial noch fluid-beweglich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Rotoren mit innenliegenden Permanentmagneten mit mannigfaltigen Eigenschaften und Verfahren zur Herstellung derselben. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung solche Rotoren, die zur Verwendung in Elektromotoren, welche in elektrischen oder Hybridfahrzeugen verwendet werden, oder in Elektromotoren, die für andere Zwecke verwendet werden, geeignet sind.
Der Typ und die Stärke von Magnetmaterial kann in verschiedenen Bereichen eines Rotors, der in Elektromotoren verwendet wird, variiert werden. Beispielsweise wird NdFeB im US-Patent 6,703,746 verwendet, um die gesamte äußere Barriere des Rotors einzurichten, wo es leicht magnetisiert werden kann. Bei diesem Patent sind jedoch Hochenergie-Magnetmaterialien in der mittleren Sektion oder den inneren Bereichen des Rotors nicht einem Magnetisierungsfeld ausgesetzt, das stark genug ist, um das Hochenergie-Magnetmaterial vollständig zu magnetisieren. Folglich wird Niedrigenergie-Magnetmaterial in Rotorgebieten angeordnet, die schwierig zu magnetisieren sind, weil Niedrigenergie-Magnetmaterialien ein Magnetisierungsfeld geringerer Stärke benötigen als Hochenergie-Magnetmaterialien. Dementsprechend kann Niedrigenergie-Magnetmaterial in dem inneren Bereich vollständig magnetisiert werden. Niedrigenergie-Magnete in dem inneren Bereich tragen nicht zu dem Luftspaltfluss bei. Jedoch stellen Niedrigenergie-Magnete eine Brückensättigung sicher, die wichtig ist, um eine hohe Ausprägung bzw. Schenkelpolarisierung (Engl.: saliency) sicherzustellen, die einem besseren Leistungsvermö gen entspricht. Ein nicht magnetisierter Hochenergie-Magnet in dem inneren Bereich kann zu einer Vergeudung von wertvollem Magnetmaterial sowie zu einer ungenügenden Brückensättigung beitragen. Eine ungenügende Brückensättigung kann die Rotorausprägung und das Motorleistungsvermögen senken.
Im US-Patent 6,703,746 werden die Hochenergie- und Niedrigenergie-Magnetmaterialien in flüssiger Form in getrennte Hohlräume innerhalb des Rotors injiziert, wobei das Hochenergie-Magnetmaterial in äußere, an den Rotorumfang angrenzende Hohlräume, injiziert wird, und Niedrigenergie-Magnetmaterial in innere Hohlräume näher an der Rotorachse injiziert wird. Wenn sich das flüssige Magnetmaterial verfestigt, wird es durch den Stator oder eine andere Magnetisierungsquelle magnetisiert. Bei der Anordnung von US-Patent 6,703,746 ist jedes Magnetmaterial in einem Hohlraum konsistent, wobei es einen unvermischten Grenzbereich dazwischen gibt.
Der Entwurf eines IPM-Motors besteht aus einer Reihe von Kompromissen, um Systemvorgaben zu erfüllen und dabei unerwünschte Nebeneffekte des Entwurfs zu minimieren. Eine Drehmomentwelligkeit und Verluste in einem Rotor sind zwei solche unerwünschte Nebeneffekte. Wirbelstromverluste in einem Magnet des Motors tragen zu der Rotorerwärmung bei. Oft wird ein Segmentieren von Sintermagneten entlang der axialen Länge des Rotors verwendet, um die Wirbelstromverluste und damit die Rotorerwärmung zu minimieren. Die Drehmomentwelligkeit kann durch ein sorgfältiges Gestalten der Rotormagnete (zur Rotoroberfläche hin dünner) und/oder durch ein Verdrehen entweder des Rotors oder des Stators minimiert werden, um einen Luftspaltfluss entlang der Motorlänge zu glätten. Das Verdrehen verringert die durchschnittliche Drehmomenterzeugung und verkompliziert die Motorherstellung. Wirbelstromverluste können durch Erzeugen einer zusätzlichen mechanischen Brücke in dem Rotor minimiert werden, so dass ein kleiner Abschnitt des Hohlraums nahe der Rotoroberfläche mit Magnetmaterial unausgefüllt verbleiben kann. Da das Magnetmaterial, das der Rotoroberfläche am nächsten gelegen ist, wesentlich zu der Drehmomentwelligkeit beiträgt und ein AC-Fluss zu den Wirbelströmen beiträgt, vermindern solche Techniken sowohl die Drehmomentwelligkeit als auch die Wirbelstromverluste. Magnetmaterial, das näher an der Rotoroberfläche liegt, kann leichter magnetisiert werden, wenn der gesamte Rotor als eine Baugruppe magnetisiert wird, weshalb ein Anordnen stärkerer Magnete nahe der Rotoroberfläche und schwächerer Magnete tiefer im Rotorinneren eine Kostensparmaßnahme ist. Es besteht jedoch ein Bedarf, solche Anordnungen von Magnetmaterial so effizient wie möglich zu gestalten.
Ein Anker zur Verwendung in einem elektrischen Traktionsmotor umfasst einen Rotor mit einem Mittelabschnitt und einem Umfangsabschnitt, wobei der Umfangsabschnitt mehrere Hohlräume aufweist. In den Hohlräumen sind Permanentmagnete angeordnet, die sich aus flüssigem Magnetmaterial verfestigt haben, um Pole des Rotors zu bilden. Zumindest ein Abschnitt der Hohlräume weist direkt aneinander angrenzende Permanentmagnete auf, die zumindest erste und zweite Magnetmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften beinhalten, welche injiziert wurden, während beide in flüssiger oder zumindest beweglicher Form sind, wobei sich die Magnetmaterialien in jedem Hohlraum zusammen verfestigen. Dies führt zu einem Grenzbereich zwischen den ersten und zweiten Magnetmaterialien, in welchem sich die ersten und zweiten Materialien miteinander entlang eines gemeinsamen Grenzbereichs in jedem Hohlraum vermischen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform gibt es mindestens ein drittes Magnetmaterial in jedem Hohlraum des Rotors.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform sind die Magnetmaterialien NdFeB und Ferrit.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform weisen die ausgewählten Hohlräume eine im Wesentlichen radiale Komponente bezüglich des Rotors auf, wobei sich die magnetischen Eigenschaften der Permanentmagnete mit variabler Eigenschaft in einer radialen Richtung bezüglich der Rotorachse verändern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die selektiven Hohlräume eine axiale Ausdehnung bezüglich des Rotors auf, und die magnetischen Eigenschaften der Permanentmagnete mit variabler Eigenschaft verändern sich in einer axialen Richtung bezüglich des Rotors.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors, um einen Anker für einen elektrischen Traktionsmotor zu bilden, umfasst zunächst ein Versehen des Rotors mit seinem Umfang benachbarten Hohlräumen. Erste und zweite Magnetmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften werden, während beide gleichzeitig in flüssiger Form vorliegen, in erste und zweite Abschnitte des Hohlraums injiziert. Wenn es den Magnetmaterialien ermöglicht wird, sich zu verfestigen, weist der Hohlraum sowohl die ersten als auch die zweiten Magnetmaterialien konzentriert in getrennten Bereichen davon und einen Grenzbereich mit einer Vermischung der ersten und zweiten Materialien auf.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
1 eine schematische Querschnittszeichnung eines Permanentmagnetmotors und eines Steuerungssystems ist;
2 ein Querschnitt einer Motorgeometrie mit mehrschichtigen innenliegenden oder eingelassenen Magneten ist;
3 ein Querschnitt eines Motors mit mehrschichtigen innenliegenden oder eingelassenen Magneten mit unteren Barrieren, die mit Niedrigenergie-Magnetmaterial gefüllt sind, und oberen Barrieren ist, die mit Hochenergie-Magnetmaterial gefüllt sind;
4 eine Ansicht ähnlich der von 1-3 ist, die aber einzelne Hohlräume zeigt, von denen einige mindestens zwei Magnetmaterialien darin aufweisen, wobei die zwei Magnetmaterialien erfindungsgemäß injiziert wurden, während sie gleichzeitig in flüssiger Form vorlagen, um einen Grenzbereich zu erzeugen, in dem sich die zwei Magnetmaterialien vermischen;
5 eine Ansicht eines einzelnen Hohlraums in einem Rotor ähnlich der von 1-3 ist, wobei ein drittes Material in einen Hohlraum injiziert ist und die Materialien durch zwei Grenzbereiche mit Vermischungen der Magnetmaterialien darin getrennt sind;
6 eine Ansicht eines einzelnen Hohlraums in einem Rotor ähnlich der von 4 ist, wobei sich injizierte Magnetmaterialien über eine axiale Länge des Rotors mit einem Grenzbereich von vermischtem Material dazwischen verändern; und
7 eine Ansicht eines einzelnen Rotorhohlraums ähnlich der von 4 ist, wobei injiziertes Magnetmaterial in der Nähe der Umfangsfläche des Rotors variiert.
1 ist eine schematische Zeichnung eines Permanentmagnetmotors 10 mit einem gewickelten Stator 12 und einem Permanentmagnetrotor 14. Der Rotor 14 ist um eine Längsachse 15 und eine Umfangsfläche 16 herum ausgebildet. Eine Stromversorgung und ein Umrichter 17 stehen in Verbindung mit dem Motor 10 und steuern die Drehzahl und das Drehmoment des Motors 10 in Ansprechen auf eine Rückkopplung, die einen Codierer, einen Resolver, einen Drehzahlmesser, einen Näherungsschalter und einen Zahnsatz (tooth set) und eine Detektion einer elektromotorischen Gegenkraft (EMK) umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist. Der Motor 10 kann als ein bürstenloser DC-Motor mit Rechteckwellen- oder Sinuswellenerregung, die durch die Stromversorgung und den Umrichter 17 geliefert wird, charakterisiert sein.
2 ist ein Querschnitt einer Rotorgeometrie mit mehrschichtigen oder in einer Barriere eingelassenen Magneten gemäß dem Stand der Technik. Permanentmagnete 20 sind durch Bereiche 26 aus Magnetmaterialschichten oder Barrieren 24 definiert, die aufgrund einer relativ langen Distanz zu der Umfangsfläche 16 des Rotors 14 schwierig vollständig zu magnetisieren sind. Die Oberfläche der Magnetmaterialschichten 24 wird durch eine Magnetisierungsvorrichtung oder durch den gewickelten Stator 12 während eines Nachmagnetisierungsvorgangs magnetisiert. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Nachmagnetisierungsvorgang ein Positionieren einer Magnetisierungsvorrichtung um den Rotor 14 herum, um das Magnetmaterial in dem Rotor zu magnetisieren. Magnetisierungsvorrichtungen ähneln dem Stator 12 und enthalten Wicklungen, die für den Magnetisierungsvorgang verwendet werden. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Stator 12 selbst anstelle einer Verwendung einer Magnetisierungsvorrichtung verwendet werden, um den Rotor 14 zu magnetisieren. Die Magnetisierungsvorrichtung umfasst genügend Eisen, um zu verhindern, dass sie gesättigt wird. Wicklungen in der Magnetisierungsvorrichtung sind so angeordnet, dass das Magnetfeld entlang einer gewünschten Magnetisierungsrichtung geführt wird.
3 ist ein Querschnitt eines Rotors ähnlich 2, bei dem ein mit Kunststoff vermischtes magnetisches Pulver bei hoher Temperatur und hohem Druck in die Hohlräume des Rotors 14 injiziert wird, wodurch es dem Material ermöglicht wird, sich beim Aushärten zu verbinden und einen festen Magnet in dem Hohlraum des Rotors 14 zu bilden. Dieser Prozess ist für eine Massenproduktion wünschenswert. Wie zuvor erwähnt, ist eine Nachmagnetisierung von Hochenergie-Magnetmaterial gegenwärtig nur praktikabel, wenn das Magnetmaterial nahe der Rotoroberfläche eingelassen ist.
Das Magnetmaterial 24 erfordert abhängig von seiner Zusammensetzung veränderliche Magnetfeldstärken, um vollständig magnetisiert zu werden. Die Hochenergiemagnete 20, die aufgrund ihrer höheren Entmagnetisierungsstärke bei Motorantriebsanwendungen mit variabler Drehzahl bevorzugt werden, erfordern sehr hohe Magnetfelder, um das Magnetmaterial 24 zu sättigen, so dass es vollständig magnetisiert wird. Das Magnetfeld wird durch den Stromfluss in der Wicklung des Stators 12 oder in einer Magnetisierungsvorrichtung erzeugt. Gewöhnlich ist zur Magnetisierung des Rotors 14 ein sehr hoher Stromstoß für eine sehr kurze Zeitdauer nötig. Wenn der Stator 12 nicht über genügend Eisen verfügt, kann er während dieses Vorgangs gesättigt werden, was das erzeugte Magnetfeld daran hindert, in den Rotor 14 einzudringen.
Wie voranstehend beschrieben verbessert eine Mehrschichten- oder Barrierengeometrie für einen IPM-Rotor die Ausprägung des Rotors 14. Dementsprechend weist die in 2 gezeigte Geometrie des Rotors 14 den Vorteil einer relativ hohen Ausprägung auf, wodurch die Maschinendrehmomentdichte verbessert wird und die Anforderungen an das Volumen des Magnetmaterials für ein spezielles Drehmoment oder eine spezielle Motorwattleistung gesenkt werden. Niedrigere Anforderungen an das Volumen des Magnetmaterials verringern die Motorkosten und lindern auch die mit Hochfluss-PM-Maschinen einhergehenden Probleme, beispielsweise Kurzschluss- und Unterbrechungsausfallprobleme, und Wirbelverluste (wirbelstrominduzierte Verluste) aufgrund der Anwesenheit des permanenten Magnetfelds.
3 ist ein Querschnitt eines Motors 10 mit mehrschichtigen oder in die Barrieren eingelassenen Magneten mit unteren Barrieren der Magnete 20, die näher an der Achse 15 des Rotors 14 angeordnet sind und mit Niedrigenergie-Magnetmaterial 40 gefüllt sind, und oberen Barrieren der Magnete, die mit Hochenergie-Magnetmaterial 42 gefüllt sind. Bei der vorliegenden Erfindung wird Hochenergie-Magnetmaterial aus den Gebieten des Rotors 14, beispielsweise den Bereichen 26 in 2, wo es schwierig ist, das Hochenergie-Magnetmaterial zu magnetisieren, entfernt und das Hochenergie-Magnetmaterial durch ein Niedrigenergie-Magnetmaterial ersetzt. Das Hochenergie-Magnetmaterial 42 kann ein Material umfassen, das ein Magnetisierungsfeld von mehr als 2000 kA/m erfordert, um magnetisiert zu werden. Das Niedrigenergie-Magnetmaterial 40 kann ein Material umfassen, das ein Magnetisierungsfeld von weniger als 2000 kA/m erfordert. Eine niedrige Koerzitivität des Niedrigenergie-Magnetmaterials 40 ermöglicht eine leichtere Magnetisierung. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das Hochenergie-Magnetmaterial 42 aus NdFeB und das Niedrigenergie-Magnetmaterial 40 aus Ferrit, aber jedes andere Hochenergie- oder Niedrigenergie-Magnetmaterial ist als im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung liegend anzusehen.
Das Niedrigenergie-Magnetmaterial 40, das näher an der Mitte des Rotors 14 angeordnet ist, kann durch die Magnetisierungsvorrichtung wegen seines geringeren Magnetisierungsfeldes vollständig magnetisiert werden. Der Hauptbeitrag des Magnetmaterials 40 hinsichtlich des Leistungsvermögens besteht darin, die Brücken 22 zwischen den Barrieren 24 zu sättigen und somit die Ausprägung des Rotors 14 sicherzustellen. Diese Brücken 22 stellen auch die mechanische Festigkeit des Rotors 14 sicher. Die mechanische Festigkeit des Niedrigenergie-Magnetmaterials 40, das in der Nähe der Rotormitte angeordnet ist, reicht aus, um diese Funktion zu erfüllen.
Nun auf 4 Bezug nehmend, wo ein Abschnitt 14A eines Rotors 14 gezeigt ist, bietet die Verwendung von Injektionsgussmagneten 50 mit mannigfaltigen Eigenschaften, wie sie im Stand der Technik der 1-3 erörtert wurden, dem Entwickler zusätzliche Freiheitsgrade bei der Optimierung des Maschinenentwurfs. Ein Gebiet von Interesse sind die mechanischen Rotorbrücken 52. Da die Rotorbrücken 52 Leckpfade schaffen, ist es wünschenswert, dass das Rotoreisen, welches die Brücken umfasst, magnetisch gesättigt ist, so dass ein Leckfluss minimiert ist. Starke Magnete in der Umgebung der Rotorbrücken 52 erhöhen die lokale Sättigung der Brücken und helfen, dieses Ziel zu erreichen. Die Magnetstärke zur Sättigung der Brücken 52 kann jedoch zu stark sein, um die Systemvorgaben zu erfüllen, wenn sie in dem gesamten Hohlraum verwendet wird.
In 4 sind die Magnete 50 Magnete mit mannigfaltigen Eigenschaften, die in flüssiger Form oder beweglicher Form (d.h. fließfähiger Kunststoff) in Rotorhohlraumsegmente 53 und 54 injiziert wurden, um die lokale Sättigung der Rotorbrücken 52 zu steuern, während die Magnete 54 Injektionsmagnete mit einer einzigen Eigenschaft sind. In 4 werden Magnetabschnitte 60 und 62 mit unterschiedlichen Eigenschaften (d.h. unterschiedlicher Magnetstärke, Temperaturstabilität etc.) in Rotorhohlraumsegmente injiziert, während beide Magnetmaterialien in flüssiger Form vorliegen. Da die Magnetabschnitte 60 und 62 injiziert werden, während beide Abschnitte in flüssiger Form vorliegen, tritt eine gewisse Vermischung an den Grenzbereichen 63 auf. Dies führt dazu, dass die Magnete 50 einen sanften Übergang der magnetischen Eigenschaften entlang der radialen Ausdehnung der Magnete aufweisen. Wenn die Magnetabschnitte 60 und 62 injiziert werden, während beide Abschnitte noch in einer flüssigen oder beweglichen Form vorliegen, oder gleichzeitig injiziert werden, vermischen sich in dem Grenzbereich 63 folglich die Magnetabschnitte, die sich in den Hohlraumsegmenten 53 und 54 befinden.
Vorzugsweise ist das erste Magnetmaterial 60 ein Material relativ hoher Energie, beispielsweise NdFeB, und das zweite Material 62 ist ein Material relativ niedriger Energie, beispielsweise Ferrit, wobei die Materialien in dem Grenzbereich eine Mischung aus NdFeB und Ferrit sind. Durch Verändern der Stärke und/oder der thermischen Eigenschaften der Magnethohlräume in einer radialen Richtung weg von dem Umfang 16 und hin zu der Rotorachse 15 (siehe 1 und 2) wird die magnetische Sättigung in den radialen Stahlsektionen gesteuert, aus denen der Rotor aufgebaut ist, was dem Entwickler eine erhöhte Flexibilität bei der Konfiguration des Rotors 14 gestattet.
5 stellt eine andere Ausführungsform der Erfindung dar, bei der ein Hohlraum 70 ein drittes Magnetmaterial 72 aufweist, das zwischen ein erstes Magnetmaterial 60' und ein zweites Magnetmaterial 62' injiziert wurde. Zwischen dem ersten Magnetmaterial 60' und dem dritten Magnetmaterial 72 ist ein zweiter Grenzbereich 74 angeordnet, und zwischen dem zweiten Magnetmaterial 62' und dem dritten Magnetmaterial 74 ist ein dritter Grenzbereich 76 angeordnet. Die zweiten und dritten Grenzbereiche 74 und 76 sind zwei an der Zahl, wohingegen der erste Grenzbereich 63 von 4 einer an der Zahl ist. Wie bei dem ersten Grenzbereich 63 von 4 wird das dritte Magnetmaterial 72 in den Hohlraum 70 injiziert, während die ersten und zweiten Materialien 60' und 62' in flüssiger oder beweglicher Form (d.h. fließfähiger Kunststoff) vorliegen und beweglich genug sind, um sich mit dem dritten Material 72 zu vermischen. Folglich schaffen die zweiten und dritten Grenzbereiche 74 und 76 eine sanfte Übergangszone zwischen den drei Magnetmaterialien in dem Hohlraum 70. In 5 wird der Übergang von dem Magnetmaterial 60' zu dem zweiten Magnetmaterial 62' durch das dritte Magnetmaterial 72 geglättet und durch die Grenzbereiche 74 und 76 noch mehr geglättet.
Nun auf 6 Bezug nehmend werden die magnetischen Eigenschaften der Magnetmaterialien 80 und 82 bei einer anderen Ausführungsform entlang der axialen Länge eines Rotors 14' verändert, wie durch den axialen Hohlraum 84 gezeigt ist. Zwischen den Magnetmaterialien 82 und 82'' liegt ein Grenzbereich 86, in welchem sich die Magnetmaterialien 80 und 82 vermischen, um einen Übergang zwischen den Materialien zu glätten.
Diese Anordnung verdreht den Rotor 14 elektromagnetisch, so dass es nicht nötig ist, Rotorschichtungen physikalisch anzuordnen.
In 7 werden die magnetischen Eigenschaften nahe der Umfangsfläche 16 des Rotors 14 durch Mischen von etwas Magnetmaterial 60'' mit dem Magnetmaterial 62'' verändert. Es gibt noch einen Grenzbereich 63'' zwischen dem Magnetmaterial 62'' und dem gemischten Bereich, der zu dem Umfang 16 des Rotors 14 benachbart ist. Diese Anordnung vermindert eine mit dem Schlitzeffekt zwischen dem Rotor und dem Stator 12 verknüpfte Drehmomentwelligkeit, während sie gleichzeitig eine wünschenswerte Brückensättigung tiefer im Rotorinneren sicherstellt. Durch Steuern der Sättigung auf einer lokalen Grundlage wird die Verfügbarkeit eines Reluktanzmoments erhöht, was zu einem erhöhten Motordrehmoment und einer erhöhten Leistungsdichte führt.
Zusammengefasst umfasst ein Anker zur Verwendung in einem elektrischen Traktionsmotor einen Rotor mit einem Zentralabschnitt und einem Umfangsabschnitt, wobei der Umhangsabschnitt mehrere Hohlräume aufweist. Permanentmagnete, die sich aus flüssigem Magnetmaterial verfestigt haben, sind in den Hohlräumen angeordnet, um Pole des Rotors zu bilden, wobei zumindest ein Abschnitt der Hohlräume direkt aneinander angrenzende Permanentmagnete aufweist, die mindestens erste und zweite Magnetmaterialien mit verschiedenen Eigenschaften enthalten, welche in flüssiger oder beweglicher Form in einzelne Hohlräume injiziert wurden. In Grenzbereichen zwischen den mindestens ersten und zweiten Magnetmaterialien sind die ersten und zweiten Magnetmaterialien vermischt, um eine Übergangszone zu bilden. Ein Verfahren zur Herstellung des Ankers umfasst ein gleichzeitiges Injizieren der Magnetmaterialien sowie ein Injizieren eines nachfolgenden Magnetmaterials, wenn das anfängliche Magnetmaterial noch fluid-beweglich ist.

Claims

Anker zur Verwendung in einem elektrischen Traktionsmotor, wobei der Anker umfasst: einen Rotor mit einem Zentralabschnitt und einem Umfangsabschnitt, wobei der Umfangsabschnitt mehrere Hohlräume aufweist; Permanentmagnete, die sich aus flüssigem Magnetmaterial verfestigt haben und in den Hohlräumen angeordnet sind, um Pole des Rotors zu bilden, wobei zumindest ein Abschnitt der Hohlräume direkt aneinander angrenzende Permanentmagnete aufweist, welche zumindest erste und zweite Magnetmaterialien unterschiedlicher Eigenschaften enthalten, welche in einzelne Hohlräume injiziert wurden und sich verfestigt haben, und einen Grenzbereich zwischen den mindestens ersten und zweiten Magnetmaterialien, in welchem die Magnetmaterialien vermischt sind, um eine Übergangszone zu bilden.
Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein drittes Magnetmaterial in den einzelnen Hohlräumen gibt, wobei das dritte Magnetmaterial von mindestens einem der ersten und zweiten Magnetmaterialien durch einen zusätzlichen Grenzbereich beabstandet ist, in welchem Magnetmaterialien aus verschiedenen Bereichen vermischt sind, um eine Übergangszone zu bilden.
Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Magnetmaterial aus NdFeB besteht und das zweite Magnetmaterial aus Ferrit besteht.
Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Hohlräume getrennte Felder von Hohlräumen enthalten, wobei jedes Feld ausgewählte Hohlräume mit Permanentmagneten variabler Eigenschaft darin aufweist.
Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Hohlräume eine Ausdehnung mit einer im Wesentlichen radialen Komponente bezüglich des Rotors aufweisen und sich magnetische Eigenschaften der Permanentmagnete variabler Eigenschaft in einer radialen Richtung bezüglich des Rotors verändern.
Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Hohlräume eine axiale Ausdehnung bezüglich des Rotors aufweisen und sich die magnetischen Eigenschaften der Permanentmagnete variabler Eigenschaft in einer axialen Richtung bezüglich des Rotors verändern.
Anker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Hohlräume auch eine Ausdehnung mit einer im Wesentlichen radialen Komponente bezüglich des Rotors aufweisen und sich die magnetischen Eigenschaften der Permanentmagnete variabler Eigenschaft in einer radialen Richtung bezüglich des Rotors verändern.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors, um einen Anker für einen elektrischen Traktionsmotor zu bilden, wobei der Rotor einen Umfang und zu dem Umfang benachbarte Hohlräume aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass ein erstes Magnetmaterial in flüssiger oder beweglicher Form in einen ersten Abschnitt der Hohlräume injiziert wird, wobei das erste Magnetmaterial eine erste magnetische Eigenschaft aufweist; zumindest ein zweites Magnetmaterial mit einer zweiten Eigenschaft, die sich von der ersten Eigenschaft unterscheidet, in einen zweiten Abschnitt der Hohlräume injiziert wird, während das erste Magnetmaterial noch in flüssiger oder beweglicher Form vorliegt, wobei ausgewählte Hohlräume sowohl das erste als auch das zweite Magnetmaterial mit einem Grenzbereich zwischen den ersten und zweiten Magnetmaterialien darin aufweisen, und es den Magnetmaterialien ermöglicht wird, sich zu verfestigen, wobei der Grenzbereich beide Materialien in dem Grenzbereich vermischt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Magnetmaterialien in Magnetstärke oder Temperaturstabilität unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Magnetmaterial aus NdFeB besteht und das zweite Magnetmaterial aus Ferrit besteht.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume in dem Anker ausgebildet werden, wobei ein erster Abschnitt benachbart zu dem Rotorumfang und ein zweiter Abschnitt, der relativ zu dem ersten Abschnitt innen liegt, ausgebildet werden, und das NdFeB in den ersten Abschnitt und das Ferrit in den zweiten Abschnitt injiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetmaterial in Hohlraumabschnitte injiziert wird, die an separaten radialen Abständen von dem Rotorumfang angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es Hochenergie- und Niedrigenergie-Magnetmaterialien gibt, wobei die Hochenergie-Magnetmaterialien in einen Hohlraumabschnitt nahe dem Rotorumfang injiziert werden und das Niedrigenergie-Magnetmaterial in einen Hohlraumabschnitt injiziert wird, der relativ zu den Hochenergie-Magnetmaterialien innen liegt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume in dem Anker ausgebildet werden, wobei ein erster Abschnitt benachbart zu dem Rotorumfang und ein zweiter Abschnitt, der relativ zu dem ersten Abschnitt innen liegt, ausgebildet wird, und das NdFeB in den ersten Abschnitt injiziert wird und das Ferrit in den zweiten Abschnitt injiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Injizieren eines dritten Magnetmaterials mit dem ersten und zweiten Magnetmaterial in flüssiger oder beweglicher Form an eine Stelle zwischen den ersten und zweiten Magnetmaterialien, um einen dritten Bereich zu schaffen, wobei der dritte Bereich von den ersten und zweiten Magnetmaterialien durch Grenzbereiche getrennt ist, in welchen sich die Magnetmaterialien vermischen und vermischt bleiben, wenn sich die Materialien verfestigen.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten, zweiten und dritten Magnetmaterialien gleichzeitig injiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Magnetmaterialien gleichzeitig injiziert werden.