DE102011088941A1 - Electrical machine e.g. electromotor used in motor car, has spoke portion whose free end is connected with hub portion, and recesses which are formed at connected ends of spoke portion - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem verbesserten Anker zur Leitung eines magnetischen Flusses.The invention relates to an electrical machine having the features of the independent claim. In particular, the invention relates to an electric machine with an improved armature for conducting a magnetic flux.
Stand der TechnikState of the art
Eine elektrische Maschine umfasst einen Stator und einen Rotor, wobei mit Hilfe eines elektrischen Stroms ein magnetisches Feld zwischen dem Stator und dem Rotor aufgebaut wird, um die beiden Teile in eine relative Drehbewegung zu versetzen. Um das Magnetfeld beziehungsweise einen magnetischen Fluss zwischen dem Stator und dem Rotor zu bündeln, ist ein Anker vorgesehen, der üblicherweise aus einem axialen Stapel Bleche hergestellt ist. Zusätzlich zur Leitung des Magnetfelds erfüllt der Anker üblicherweise auch die mechanische Aufgabe, weitere Bauelemente der elektrischen Maschine, insbesondere Spulen zur Erzeugung des magnetischen Feldes, mechanisch zu fixieren.An electric machine includes a stator and a rotor, wherein a magnetic field is established between the stator and the rotor by means of an electric current to cause the two parts in a relative rotational movement. In order to focus the magnetic field or a magnetic flux between the stator and the rotor, an armature is provided, which is usually made of an axial stack of sheets. In addition to the conduction of the magnetic field, the armature usually also fulfills the mechanical task of mechanically fixing further components of the electrical machine, in particular coils for generating the magnetic field.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Masse einer elektrischen Maschine zu verringern, möglichst ohne dabei deren Effizienz zu beeinträchtigen. The invention has for its object to reduce the mass of an electric machine, if possible without affecting their efficiency.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.The invention solves this problem by means of an electric machine with the features of the independent claim. Subclaims give preferred embodiments again.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen Rotor mit einem Anker zur Leitung eines magnetischen Flusses. Dabei umfasst der Anker einen Nabenabschnitt und eine Anzahl sich radial vom Nabenabschnitt erstreckender Speichenabschnitte, so dass jeder Speichenabschnitt ein freies Ende und ein mit dem Nabenabschnitt verbundenes Ende aufweist. Im Bereich der verbundenen Enden der Speichenabschnitte weist der Anker Aussparungen zur Materialreduzierung auf.An electric machine according to the invention comprises a rotor with an armature for conducting a magnetic flux. The armature comprises a hub portion and a number of spoke portions extending radially from the hub portion such that each spoke portion has a free end and an end connected to the hub portion. In the area of the connected ends of the spoke sections, the anchor has recesses for material reduction.
Es wurde erkannt, dass die Effizienz der Leitung des magnetischen Flusses durch den Anker in unterschiedlichen Bereichen des Ankers unterschiedlich groß ist. In einem Bereich zwischen dem Rotor und einem Stator der elektrischen Maschine ist die Effizienz der Leitung des magnetischen Flusses besonders groß, so dass ein Entfernen von Material aus dem Anker eine relativ große negative Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine hat. Im Bereich der verbundenen Enden der Speichenabschnitte ist jedoch die Effizienz der Leitung des elektrischen Flusses deutlich geringer, so dass eine in diesem Bereich in den Anker eingebrachte Aussparung die magnetischen Eigenschaften des Ankers nicht oder nur wenig beeinträchtigt. So kann die Masse der elektrischen Maschine verringert sein, ohne eine Leistungsfähigkeit der Maschine übermäßig einzuschränken. Durch die Materialeinsparung können auch Kostenvorteile erzielbar sein.It has been recognized that the efficiency of conducting the magnetic flux through the armature is different in different regions of the armature. In a region between the rotor and a stator of the electric machine, the efficiency of conducting the magnetic flux is particularly great, so that removal of material from the armature has a relatively large adverse effect on the performance of the electric machine. In the region of the connected ends of the spoke sections, however, the efficiency of the conduction of the electrical flux is markedly lower, so that a recess introduced into the armature in this region does not or only slightly impairs the magnetic properties of the armature. Thus, the mass of the electric machine can be reduced without unduly restricting efficiency of the machine. By saving material and cost advantages can be achieved.
Bevorzugterweise umfasst die elektrische Maschine ferner einen zum Rotor koaxialen Stator, wobei die Speichenabschnitte des Ankers Wicklungen zur Erzeugung von Magnetfeldern tragen und die freien Enden der Speichenabschnitte dem Stator zugewandt sind. Die elektrische Maschine kann insbesondere ein Elektromotor sein, wie er beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs für unterschiedliche Aufgaben verwendet werden kann. Durch Einsatz des beschriebenen Elektromotors kann dazu beigetragen werden, ein Leergewicht des Kraftfahrzeugs zu verringern. Eine verbesserte Leistungsfähigkeit und ein verringerter Schadstoffausstoß des Kraftfahrzeugs können dadurch begünstigt sein. Preferably, the electric machine further comprises a rotor coaxial with the rotor, the spoke portions of the armature carrying windings for generating magnetic fields and the free ends of the spoke portions facing the stator. The electric machine can in particular be an electric motor, as it can be used, for example, on board a motor vehicle for different tasks. By using the described electric motor can be helped to reduce a curb weight of the motor vehicle. An improved performance and a reduced pollutant emissions of the motor vehicle can thereby be favored.
Bevorzugterweise erstrecken sich die Speichenabschnitte vom Nabenabschnitt radial nach außen. Diese Bauform ist insbesondere üblich für kleinere Elektromotoren, wie sie in großer Vielfalt bekannt sind. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine kann somit dazu verwendet werden, eine Gewichtsersparnis bei vielen der bekannten Elektromotoren zu realisieren.Preferably, the spoke portions extend radially outward from the hub portion. This design is particularly common for smaller electric motors, as they are known in great diversity. The electrical machine according to the invention can thus be used to realize a weight saving in many of the known electric motors.
In einer anderen Ausführungsform erstrecken sich die Speichenabschnitte vom Nabenabschnitt radial nach innen, wobei die freien Enden der Speichenabschnitte stets dem Stator zugewandt sind. Dadurch kann die elektrische Maschine auch als Außenläufer ausgebildet sein, wodurch die universelle Verwendbarkeit der Erfindung gesteigert sein kann. In another embodiment, the spoke portions extend radially inwardly from the hub portion, with the free ends of the spoke portions always facing the stator. As a result, the electric machine can also be designed as an external rotor, whereby the universal usability of the invention can be increased.
In einer Ausführungsform liegen die Aussparungen im Bereich des Nabenabschnitts. Dadurch kann gewährleistet sein, dass in einem Bereich des Ankers, der dazu eingerichtet ist, eine Wicklung zu tragen, das volle Material des Ankers zur Verfügung steht.In one embodiment, the recesses are in the region of the hub portion. This can ensure that in one area of the Anchor, which is designed to carry a winding, the full material of the anchor is available.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Aussparungen axial durch den Anker. Eine Herstellbarkeit des Ankers kann dadurch erleichtert sein. Ist der Anker beispielsweise aus einer Anzahl axial gestapelter Bleche hergestellt, so kann die Aussparung in jedes der Bleche eingestanzt sein. Alternativ kann die Aussparung auch auf andere Weise in den Anker eingebracht sein, beispielsweise durch Bohren oder Räumen. In a further preferred embodiment, the recesses extend axially through the armature. A manufacturability of the anchor can be facilitated. If the armature is made, for example, from a number of axially stacked sheets, then the cutout can be punched into each of the sheets. Alternatively, the recess can also be introduced into the anchor in other ways, for example by drilling or broaching.
Weiter bevorzugterweise ist jedem Speichenabschnitt jeweils eine Aussparung zugewiesen. Dadurch kann der Anker verbessert so ausgelegt sein, dass eine strukturelle Schwäche des Ankers vermieden wird, so dass der Anker verbessert dazu geeignet ist, eine Kraft beziehungsweise ein Drehmoment zu übertragen, insbesondere auf eine Welle der elektrischen Maschine. More preferably, each spoke section is assigned a respective recess. As a result, the armature can be improved so that a structural weakness of the armature is avoided, so that the armature is better adapted to transmit a force or a torque, in particular to a shaft of the electric machine.
Bevorzugterweise fluchten die Speichenabschnitte und die ihnen zugeordneten Aussparungen jeweils radial miteinander. Dadurch können unterdimensionierte Querschnitte des Ankers entlang eines Übergangs zwischen benachbarten Speichenabschnitten vermieden werden. Eine strukturelle Belastbarkeit des Ankers kann somit trotz der Aussparungen ausreichend hoch sein.Preferably, the spoke portions and their associated recesses are radially aligned with each other. As a result, under-dimensioned cross-sections of the armature along a transition between adjacent spoke sections can be avoided. A structural load capacity of the armature can thus be sufficiently high despite the recesses.
In einer Ausführungsform gehen die Aussparungen in eine zentrale Aussparung zur Aufnahme einer Welle des Rotors über. Eine Herstellbarkeit des Ankers, insbesondere dann, wenn er aus einzelnen Blechen beziehungsweise Lamellen hergestellt ist, kann dadurch erleichtert sein.In one embodiment, the recesses merge into a central recess for receiving a shaft of the rotor. A manufacturability of the armature, especially if it is made of individual sheets or fins, can be facilitated.
Bevorzugterweise weisen die Aussparungen jeweils kreisförmige Querschnitte auf. Die kreisförmigen Aussparungen können leicht in den Anker einzubringen sein, gleichzeitig kann eine Kerbwirkung durch einen engen Radius einer Begrenzung der Aussparung vermieden werden, so dass die Stabilität des Ankers gesteigert sein kann.Preferably, the recesses each have circular cross sections. The circular recesses may be easy to introduce into the anchor, at the same time a notch effect can be avoided by a narrow radius of a boundary of the recess, so that the stability of the armature can be increased.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:The invention will now be described in more detail with reference to the attached figures, in which:
darstellt.
represents.
Genaue Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of embodiments
Der Elektromotor
Der Rotor
Der Kommutator
Um das Magnetfeld, das im Bereich einer Wicklung
Unterschiedliche Bereiche des Ankers
Um eine Material- beziehungsweise Gewichtseinsparung am Läufer
In der gezeigten Ausführungsform sind so viele Aussparungen
In den Ausführungsformen, die in den
In der in
In der dargestellten Ausführungsform sind außerdem weniger Aussparungen
In weiteren Ausführungsformen können auch mehr oder weniger als die dargestellten Aussparungen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009047485 A1 [0003] DE 102009047485 A1 [0003]
- DE 102008004876 A1 [0004] DE 102008004876 A1 [0004]
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