DE102013004057B4 - Device for an electric machine - Google Patents

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    • H02K21/023Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the relative position between field and armature, e.g. between rotor and stator by varying the amount of superposition, i.e. the overlap, of field and armature
    • H02K21/024Radial air gap machines

Abstract

Vorrichtung für eine Elektro-Maschine, aufweisend:einen Stator mit einem Statorträger (611, 1711) und mindestens einem Statorzahn (613, 1713), der sich in einer axialen Richtung (203-1803) erstreckt und an einem Axialende des Statorzahns (613, 1713) an einer ersten Axialposition (621, 1721) endet; undeinen Rotor mit mindestens einem Permanentmagneten (619, 1719),wobei der Rotor relativ zu dem Stator um eine in der axialen Richtung (203-1803) verlaufende Drehachse bei einem ersten axialen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor und bei einem zweiten axialen Abstand (d2) zwischen dem Stator und dem Rotor drehbar ist, wobei der Rotor und/oder der Stator jeweils durch einen ersten Teil (305a, 301a) und einen zweiten Teil (305b, 301b) gebildet ist, die spiegelsymmetrisch angeordnet sind, wobei eine Spiegelebene (325-1825) senkrecht zu der Drehachse orientiert ist und von der ersten Axialposition (621, 1721) beabstandet ist,wobei dem ersten Teil (305a, 301a) und dem zweiten Teil (305b, 301b) jeweils ein erster axialer Abstand zwischen Rotor und Stator und ein zweiter axialer Abstand (d2) zwischen Rotor und Stator zugeordnet sind, wobei jeweils ausgehend von dem ersten axialen Abstand der erste Teil des Rotors und der zweite Teil des Rotors in entgegengesetzten axialen Richtungen von der Spiegelebene 325-1825) weg bewegt werden, um den jeweils zweiten axialen Abstand (d2) zu erreichen,wobei die folgenden Merkmale verwirklicht sind:der Statorträger (611, 1711) ragt axial über die erste Axialposition (621,1721) nach axial außerhalb des Statorzahns (613, 1713) hinaus undder Permanentmagnet (619, 1719) ragt bei jedem axialen Abstand zwischen Stator und Rotor, bei dem der Rotor relativ zu dem Stator drehbar ist, axial über die erste Axialposition (621, 1721) nach axial außerhalb des Statorzahns (613, 1713) hinaus.Apparatus for an electric machine, comprising: a stator having a stator support (611, 1711) and at least one stator tooth (613, 1713) extending in an axial direction (203-1803) and at an axial end of the stator tooth (613, 1713) terminates at a first axial position (621, 1721); anda rotor having at least one permanent magnet (619, 1719), wherein the rotor relative to the stator about an axis of rotation in the axial direction (203-1803) at a first axial distance between the stator and the rotor and at a second axial distance ( d2) is rotatable between the stator and the rotor, wherein the rotor and / or the stator is in each case formed by a first part (305a, 301a) and a second part (305b, 301b) which are arranged mirror-symmetrically, a mirror plane ( 325-1825) is oriented perpendicular to the axis of rotation and spaced from the first axial position (621, 1721), wherein the first part (305a, 301a) and the second part (305b, 301b) each have a first axial distance between the rotor and the stator and a second axial distance (d2) between rotor and stator are assigned, wherein in each case starting from the first axial distance of the first part of the rotor and the second part of the rotor in opposite axial directions of the mirror plane 325-1825) are moved away to reach the respective second axial distance (d2), wherein the following features are realized: the stator support (611, 1711) protrudes axially beyond the first axial position (621, 1721) axially outwards of the stator tooth (613, 1713) and the permanent magnet (619, 1719) projects axially beyond the first axial position (621, 1721) axially outward of the axial distance between the stator and the rotor where the rotor is rotatable relative to the stator Statorzahns (613, 1713) addition.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen eine Vorrichtung für eine Elektro-Maschine, welche einen Permanentmagneten aufweist und die erlaubt, ein Überlappungsausmaß zwischen Stator und einem den Permanentmagneten aufweisenden Rotor zu verkleinern, um eine Feldschwächung in einem erhöhten Drehzahlbereich zu ermöglichen.Embodiments of the present invention relate to an apparatus for an electric machine having a permanent magnet and which allows to reduce an overlap amount between the stator and a rotor having the permanent magnet to enable field weakening in an increased speed range.

Permanentmagnetisch erregte Elektro-Maschinen, wie etwa Elektromotoren oder Generatoren, haben einen oder mehrere Permanentmagneten, welche in einer Umfangsrichtung beabstandet voneinander angeordnet sein können, als Erreger zur Erzeugung eines Magnetfeldes. Bei Rotation relativ zu dem Statorwicklungen aufweisenden Stator induzieren die Permanentmagneten elektrische Spannungen in den Statorwicklungen. Bei hohen Drehzahlen kann es erforderlich sein, dieses magnetische Erregungsfeld wegen der begrenzten Versorgungsspannung, welche etwa durch eine Batterie geliefert werden kann, zu schwächen, um somit eine induzierte Spannung unterhalb der Versorgungsspannung zu halten. Konventionell ist beispielsweise eine mechanische Feldschwächung vorgeschlagen worden, wobei das von den Permanentmagneten erzeugte und mit den Statorwicklungen gekoppelte Magnetfeld dadurch geschwächt wird, dass eine Reduzierung der axialen Überlappung bzw. Überdeckung zwischen Stator und Rotor auf mechanische Weise, etwa durch Verschiebung, erreicht wird.Permanent magnetically excited electric machines, such as electric motors or generators, have one or more permanent magnets, which may be arranged in a circumferential direction spaced from one another, as exciters for generating a magnetic field. When rotating relative to the stator windings stator, the permanent magnets induce electrical voltages in the stator windings. At high speeds it may be necessary to weaken this magnetic excitation field because of the limited supply voltage, which may be supplied by a battery, for example, so as to maintain an induced voltage below the supply voltage. Conventionally, for example, a mechanical field weakening has been proposed, whereby the magnetic field generated by the permanent magnets and coupled to the stator windings is weakened by achieving a reduction of the axial overlap or overlap between stator and rotor in a mechanical manner, for instance by displacement.

JP 2005 - 253 265 A offenbart einen Permanentmagnetsynchronmotor, wobei der Stator oder der Rotor mit einem axial beweglichen Verschiebungsmechanismus ausgestattet ist, um zu ermöglichen, dass eine Kopplungsflussfläche vermindert werden kann. JP 2005 - 253 265 A discloses a permanent magnet synchronous motor wherein the stator or rotor is provided with an axially movable displacement mechanism to allow a coupling flux area to be reduced.

JP 2007 - 129 869 A offenbart einen Permanentmagnetmotor, wobei eine relative Verschiebung zwischen Stator und Rotor ermöglicht ist, um eine Spannung steuern zu können. JP 2007 - 129 869 A discloses a permanent magnet motor, wherein a relative displacement between stator and rotor is made possible to control a voltage can.

EP 1 936 785 B1 offenbart ein selbst regulierendes Permanentmagnetgerät, wobei der Rotor zwei Rotorsegmente aufweist, welche mit Federelementen verbunden sind, um eine Rotationsausrichtung zwischen zwei Sätzen von Permanentmagneten, die auf den jeweiligen Rotorsegmenten angeordnet sind, aufrecht zu erhalten, wobei ferner ein Reaktionsmittel basierend auf einer Drehzahl ein Reaktionsdrehmoment erzeugt, welches der Federkraft entgegenwirkt und einen Versatz der beiden Sätze von Permanentmagneten erzeugt, sodass eine in den Statorwicklungen des Stators erzeugte elektromotorische Kraft reguliert wird. EP 1 936 785 B1 discloses a self-regulating permanent magnet apparatus wherein the rotor includes two rotor segments connected to spring members for maintaining rotational alignment between two sets of permanent magnets disposed on the respective rotor segments, further wherein a reactant based on a rotational speed is a reaction torque generates, which counteracts the spring force and generates an offset of the two sets of permanent magnets, so that an electromotive force generated in the stator windings of the stator is regulated.

DE 10 2010 002 401 A1 offenbart eine elektrische Rotationsmaschine, wobei der Rotor in Richtung seiner Drehwelle zweigeteilt ist, wobei ein Variieren von Positionen von Feldmagneten, welche auf den beiden Teilen des Rotors angeordnet sind, ermöglicht ist. DE 10 2010 002 401 A1 discloses a rotary electric machine, wherein the rotor is bisected in the direction of its rotary shaft, wherein a variation of positions of field magnets, which are arranged on the two parts of the rotor, is made possible.

DE 10 2006 036 986 A1 offenbart einen Elektromotor mit mechanischer Feldschwächeinrichtung, wobei ein Stator relativ zum Rotor axial verschiebbar angeordnet ist, sodass eine aktive Leiterlänge einer Statorwicklung, die sich im Erregerfeld des Rotors befindet, veränderbar ist. DE 10 2006 036 986 A1 discloses an electric motor with a mechanical field weakening device, wherein a stator is arranged axially displaceable relative to the rotor, so that an active conductor length of a stator winding, which is located in the exciting field of the rotor, is variable.

US 6 771 000 B2 offenbart eine elektrische Rotationsmaschine und ein Energieerzeugungssystem, wobei ein erster Feldmagnet axial relativ zu einem zweiten Feldmagneten verschoben ist. US Pat. No. 6,771,000 B2 discloses a rotary electric machine and a power generation system wherein a first field magnet is axially displaced relative to a second field magnet.

US 6 664 694 B2 offenbart ein Rotor-Axial-Aktivierungsmodulationssystem mit einer zentrifugalkrafterzeugenden Axial-Zieh-Struktur und einer vorgespannten Feder, wobei der Rotor der elektrischen Maschine moduliert ist, um eine entsprechende axiale Verschiebung zu erzeugen. US Pat. No. 6,664,694 B2 discloses a rotor-axial activation modulation system having a centrifugally generating axial drag structure and a preloaded spring wherein the rotor of the electric machine is modulated to produce a corresponding axial displacement.

DE 602 19 096 T2 offenbart eine dynamoelektrische Maschine, in der eine Feldschwächung des durch Dauermagnete erzeugten Magnetenflusses ermöglicht ist, wobei ein Rotor zwei Feldmagneten aufweist, welche in Drehrichtung der Drehwelle verschiebbar sind, welche Verschiebbarkeit nach Maßgabe einer induzierten elektromotorischen Kraft steuerbar ist. DE 602 19 096 T2 discloses a dynamoelectric machine in which field weakening of the magnetic flux generated by permanent magnets is made possible, wherein a rotor has two field magnets, which are displaceable in the direction of rotation of the rotary shaft, which displacement is controllable in accordance with an induced electromotive force.

WO 2009/ 004 633 A2 offenbart einen Generator, welcher erlaubt, die Länge des Stators und/oder des Rotors zu steuern, wobei die Länge des Stators und/oder der Rotorwindung gemäß der Rotationsgeschwindigkeit des Schafts des Generators gesteuert wird, wobei eine relative Stellung der Statorwicklung relativ zu einer Stellung der Rotorwicklung eingestellt wird. WO 2009/004 633 A2 discloses a generator which allows to control the length of the stator and / or the rotor, wherein the length of the stator and / or the rotor winding is controlled according to the rotational speed of the shaft of the generator, wherein a relative position of the stator winding relative to a position of the Rotor winding is adjusted.

US 2007/0 241 628 A1 zeigt eine Ausführungsform einer elektrischen Maschine mit einem Statorpaket, das eine Wicklung trägt und Statorzähne aufweist. Der Rotor weist Permanentmagnete auf und ist relativ zum Stator drehbar um eine Drehachse. Dabei können Permanentmagnete mit ihren Trägern in Axialrichtung relativ zum Statorpaket zwei Stellungen einnehmen. US 2007/0 241 628 A1 shows an embodiment of an electric machine with a stator core carrying a winding and having stator teeth. The rotor has permanent magnets and is rotatable about an axis of rotation relative to the stator. In this case, permanent magnets can assume two positions with their carriers in the axial direction relative to the stator.

JP 2010 - 206 952 A betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator mit Statorzahn und mit einem Rotor mit Permanentmagneten, wobei der Rotor relativ zum Stator um eine in der axialen Richtung verlaufenden Drehachse bei einem ersten und einem zweiten axialen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor drehbar ist. Der Statorrückschluss ragt über den Bereich des Statorzahns hinaus. JP 2010 - 206 952 A relates to an electric machine having a stator with a stator tooth and a rotor with permanent magnets, wherein the rotor relative to the stator about a rotational axis extending in the axial direction at a first and a second axial distance between the Stator and the rotor is rotatable. The stator yoke protrudes beyond the area of the stator tooth.

GB 2 056 725 A offenbart eine hydraulische Verstellaktorik in einer elektrischen Maschine für deren Rotor. Zwischen Rotor und Stator ist ein Überstand vorhanden. Es ist nicht beschrieben oder aus den Zeichnungen erkennbar, dass auch die Permanentmagnete des Rotors überstehen. GB 2 056 725 A discloses a hydraulic Verstellaktorik in an electric machine for the rotor. There is a protrusion between the rotor and the stator. It is not described or apparent from the drawings that also survive the permanent magnets of the rotor.

Es ist beobachtet worden, dass eine Feldschwächung nicht in allen Situationen in vorteilhafter Weise erreicht werden kann oder/und mit Performanzverlusten einhergeht. Insbesondere ist eine Performanz- oder Leistungsdichte von konventionellen Elektro-Maschinen mit mechanischer Feldschwächung nicht zufriedenstellend und/oder konventionelle Elektro-Maschinen weisen unerwünschte Verluste auf.It has been observed that field weakening can not be achieved in all situations in an advantageous manner and / or is associated with performance losses. In particular, a performance or power density of conventional electric machines with mechanical field weakening is unsatisfactory and / or conventional electric machines have undesirable losses.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für eine Elektro-Maschine mit Permanentmagneten bereitzustellen, welche auf einfache und effektive Weise eine Feldschwächung erreicht, wobei eine Performanz bzw. Leistungsdichte der Elektro-Maschine, gegenüber konventionellen Elektro-Maschinen, erhöht ist und/oder wobei Verluste gegenüber konventionellen Elektro-Maschinen vermindert sind.Object of the present invention is to provide an apparatus for a permanent magnet electric machine, which achieves a field weakening in a simple and effective manner, wherein a performance or power density of the electric machine, compared to conventional electric machines, is increased and / or whereby losses compared to conventional electric machines are reduced.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können von der Erkenntnis ausgehen, dass eine mechanische Feldschwächung durch Streufelder im Feldschwächungsbereich begrenzt sein kann. Um die Feldschwächbarkeit der Elektro-Maschine zu verbessern, wird gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine neuartige Bauweise von Rotor und/oder Stator und/oder Wicklung des Stators vorgeschlagen.Embodiments of the present invention may be based on the recognition that a mechanical field weakening by stray fields in the field weakening region may be limited. In order to improve the field wearability of the electric machine, a novel design of rotor and / or stator and / or winding of the stator is proposed according to embodiments of the present invention.

Ferner können Ausführungsbeispiele der Erfindung von der Erkenntnis ausgehen, dass eine mechanische Feldschwächung mit zusätzlichen Verlusten verbunden ist und dass, wenn diese Zusatzverluste in der Auslegungsphase berücksichtigt werden, die Verluste deutlich verringert werden können. Insbesondere ist von den Erfindern gefunden worden, dass mit Wickelköpfen der Statorwicklungen assoziierte Verluste auftreten können, insbesondere wegen axialer Felder und wegen leitfähiger Konstruktionsteile. Ausführungsbeispiele sind darauf gerichtet, die Verluste wegen axialer Felder und/oder die Verluste auf den leitfähigen Konstruktionsteilen zu vermindern, um diese parasitären Verluste im mechanischen Feldschwächungsbereich, das heißt bei erhöhten Drehzahlen, zu minimieren. Auch die Verluste können, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, durch neuartige Stator-/Rotor-/Wicklungskonstruktionen vermindert werden.Furthermore, embodiments of the invention can be based on the recognition that a mechanical field weakening is associated with additional losses and that, if these additional losses are taken into account in the design phase, the losses can be significantly reduced. In particular, it has been found by the inventors that losses associated with winding heads of the stator windings can occur, in particular because of axial fields and because of conductive structural parts. Embodiments are directed to reducing the losses due to axial fields and / or the losses on the conductive structural members in order to minimize these parasitic losses in the mechanical field weakening region, that is, at increased rotational speeds. Also, the losses can be reduced, according to embodiments of the present invention, by novel stator / rotor / winding designs.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind auf eine permanent erregte Elektro-Maschine gerichtet, wobei eine Verbesserung der Feldschwächbarkeit und/oder eine Verringerung von Zusatzverlusten erreicht werden kann.Embodiments of the present invention are directed to a permanently energized electric machine, wherein an improvement of the field weakenability and / or a reduction of additional losses can be achieved.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung für eine Elektro-Maschine, etwa einen Elektromotor oder einen Generator, bereitgestellt, welche einen Stator und einen Rotor aufweist. Der Stator, welcher etwa einen Umfangsabschnitt oder ein Umfangssegment repräsentieren kann oder einen Gesamtumfang der Elektro-Maschine repräsentieren kann, weist einen Statorträger und mindestens einen Statorzahn (welcher mit dem Statorträger verbunden ist) auf, wobei sich der Statorzahn in einer axialen Richtung erstreckt und an einem Axialende des Statorzahns an einer ersten Axialposition endet. Der Rotor weist mindestens einen Permanentmagneten auf, welcher insbesondere zumindest in einem Betriebszustand der Vorrichtung induktiv mit einer Statorwicklung, welche an dem Stator vorgesehen sein kann, gekoppelt ist. Dabei ist der Rotor relativ zu dem Stator um eine in der axialen Richtung verlaufende Drehachse bei einem ersten axialen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor und bei einem zweiten axialen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor drehbar. Ferner sind bei der Vorrichtung für eine Elektro-Maschine mindestens eines der folgenden Merkmale verwirklicht: Der Statorträger ragt radial über die erste Axialposition nach axial außerhalb des Statorzahns hinaus und der Permanentmagnet ragt sowohl im Falle des ersten axialen Abstandes als auch im Falle des zweiten axialen Abstandes axial über die erste Axialposition nach axial außerhalb des Statorzahns hinaus. Unter einem axialen Abstand kann bei Ausführungsbeispielen auch ein axialer Versatz verstanden werden.According to an embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for an electric machine, such as an electric motor or a generator, having a stator and a rotor. The stator, which may represent about a circumferential portion or a circumferential segment or may represent an entire circumference of the electric machine, has a stator support and at least one stator tooth (which is connected to the stator), wherein the stator tooth extends in an axial direction and on an axial end of the stator tooth terminates at a first axial position. The rotor has at least one permanent magnet which, in particular at least in an operating state of the device, is inductively coupled to a stator winding, which may be provided on the stator. In this case, the rotor is rotatable relative to the stator about an axis of rotation extending in the axial direction at a first axial distance between the stator and the rotor and at a second axial distance between the stator and the rotor. Further, in the apparatus for an electric machine, at least one of the following features is realized: the stator support protrudes radially beyond the first axial position axially outward of the stator tooth, and the permanent magnet protrudes both in the case of the first axial distance and in the case of the second axial distance axially beyond the first axial position axially outward of the stator tooth. In an axial distance can be understood in embodiments, an axial offset.

Mit der Vorrichtung für eine Elektro-Maschine kann insbesondere ein permanent erregter Elektromotor aufgebaut sein. Der Stator, insbesondere einschließlich des Statorträgers und des Statorzahns, kann aus einem magnetisch hochpermeablen Material gefertigt sein, um ein Magnetfeld bei einem elektrischen Stromfluss durch Statorwicklungen ein erzeugtes Magnetfeld innerhalb des Stators zu konzentrieren, sodass insbesondere das erzeugte Magnetfeld in einen Spalt zwischen Stator und Permanentmagneten austritt, um mit einem von dem Permanentmagneten erzeugten Magnetfeld zu koppeln, welche ebenfalls in den Spalt hinausreichen kann. Der Rotor kann als ein Innenrotor oder als ein Außenrotor ausgeführt sein. Wenn der Rotor als ein Innenrotor ausgeführt ist, kann sich der Statorträger radial außerhalb des Statorzahns befinden. Wenn der Rotor als ein Außenrotor ausgeführt ist, kann sich der Statorträger radial innerhalb des Statorzahns befinden bzw. angeordnet sein. Der Stator sowie der Statorträger und der Statorzahn können jeweils zwei Axialenden aufweisen. Jedenfalls an einem Axialende des Statorzahns (oder auch an beiden Axialenden des Statorzahns) endet der Statorzahn (jeweils) bei einer bestimmten Axialposition, insbesondere endet der Statorzahn an einem Axialende an einer ersten Axialposition, an dem anderen Axialende des Statorzahns kann der Statorzahn an einer anderen ersten Axialposition enden.In particular, a permanently excited electric motor can be constructed with the device for an electric machine. The stator, in particular including the stator carrier and the stator tooth, may be made of a magnetically highly permeable material to concentrate a magnetic field in an electric current flow through stator windings generated magnetic field within the stator, so that in particular the magnetic field generated in a gap between the stator and permanent magnets exit to couple with a magnetic field generated by the permanent magnet, which can also extend into the gap. The rotor may be embodied as an inner rotor or as an outer rotor. If the rotor is designed as an inner rotor, the stator carrier may be located radially outside of the stator tooth. When the rotor is configured as an outer rotor, the stator carrier may be located radially inside the stator tooth. The stator and the stator carrier and the stator tooth may each have two axial ends. In any case, at an axial end of the stator tooth (or at both axial ends of the stator tooth) of the stator tooth (each) ends at a certain axial position, in particular the stator tooth ends at an axial end at a first axial position, at the other axial end of the stator tooth, the stator tooth at another first axial position end.

Der erste axiale Abstand bzw. der zweite axiale Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor kann auf verschiedene Weisen definiert sein. Insbesondere können sowohl dem Stator als auch dem Rotor bestimmte axiale Positionen zugeordnet sein, ausgehend von welchen ein axialer Abstand definiert werden kann. Insbesondere kann eine axiale Positionierung des Stators und/oder des Rotors jeweils durch eine Schwerpunktposition des Stators bzw. des Rotors in der axialen Richtung definiert sein. Alternativ kann beispielsweise eine axiale Position des Stators bzw. des Rotors durch eine axiale Position an einem Ende des Stators bzw. des Rotors definiert sein oder eine axiale Position des Stators bzw. des Rotors kann als axiale Position irgendeiner (festgelegten) Stelle innerhalb des Stators bzw. des Rotors definiert sein. Der erste axiale Abstand bzw. der zweite axiale Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor kann dann als eine (vorzeichenbehaftete) Differenz zwischen der axialen Position des Stators und der axialen Position des Rotors definiert sein.The first axial distance or the second axial distance between the stator and the rotor can be defined in various ways. In particular, both the stator and the rotor can be assigned certain axial positions, starting from which an axial distance can be defined. In particular, an axial positioning of the stator and / or the rotor can be defined in each case by a center of gravity position of the stator or of the rotor in the axial direction. Alternatively, for example, an axial position of the stator or rotor may be defined by an axial position at one end of the stator or rotor, or an axial position of the stator or rotor may be an axial position of any (fixed) location within the stator or rotor . of the rotor. The first axial distance or the second axial distance between the stator and the rotor can then be defined as a (signed) difference between the axial position of the stator and the axial position of the rotor.

Dem ersten axialen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor kann eine erste relative axiale Überlappung zwischen Stator und Rotor zugeordnet sein und dem zweiten axialen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor kann insbesondere eine zweite relative axiale Überlappung zwischen Stator und Rotor zugeordnet sein. Die erste axiale Überlappung kann insbesondere verschieden von der zweiten axialen Überlappung sein. Die zweite axiale Überlappung kann insbesondere kleiner sein als die erste axiale Überlappung. Die zweite axiale Überlappung kann insbesondere eingestellt werden, wenn im Betrieb der Elektro-Maschine eine Drehzahl des Rotors einen Drehzahlschwellenwert übersteigt, um in einer solchen Situation bzw. in einem solchen Betriebsmodus eine Feldschwächung eines effektiv zwischen Rotor und Stator wirkenden magnetischen Feldes bzw. magnetischen Flusses zu erreichen.The first axial distance between the stator and the rotor may be associated with a first relative axial overlap between the stator and rotor and the second axial distance between the stator and the rotor may in particular be associated with a second relative axial overlap between stator and rotor. The first axial overlap may in particular be different from the second axial overlap. The second axial overlap may in particular be smaller than the first axial overlap. In particular, the second axial overlap can be adjusted if, during operation of the electric machine, a rotational speed of the rotor exceeds a rotational speed threshold, in such a situation or in such an operating mode a field weakening of an effectively acting between rotor and stator magnetic field or magnetic flux to reach.

Insbesondere kann dem ersten axialen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor eine erste axiale Relativposition bzw. Relativlage bzgl. dem Stator und dem Rotor zugeordnet sein und dem zweiten axialen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor kann eine zweite axiale Relativposition bzw. Relativlage bzgl. des Stators und des Rotors zugeordnet sein. Es kann eine axiale relative Verschiebbarkeit zwischen dem Rotor und dem Stator ermöglicht sein, um den ersten axialen Abstand bzw. den zweiten axialen Abstand zwischen Stator und dem Rotor einstellen zu können. Die relative axiale Verschiebbarkeit kann durch mechanische und/oder elektromechanische und/oder elektrische Mechanismen bzw. Antriebe, umfassend z.B. eine Feder, ein Elektro-Motor, ein Zentrifugalkraftregelungssystem, realisiert sein.In particular, the first axial distance between the stator and the rotor may be associated with a first axial relative position or relative position with respect to the stator and the rotor and the second axial distance between the stator and the rotor may be a second axial relative position or relative position with respect to Stators and the rotor to be assigned. An axial relative displacement between the rotor and the stator can be made possible in order to be able to set the first axial distance or the second axial distance between the stator and the rotor. The relative axial displaceability may be provided by mechanical and / or electromechanical and / or electrical mechanisms, including e.g. a spring, an electric motor, a centrifugal force control system, be realized.

Der Statorträger kann axial über die erste Axialposition nach axial außerhalb des Statorzahns, um eine gleiche Länge wie oder um eine andere Länge als der Permanentmagnet hinausragen. Der Permanentmagnet kann somit sowohl in einem Normalbetriebsmodus der Elektro-Maschine (welcher dem ersten axialen Abstand zwischen Rotor und Stator entsprechen kann) als auch in einem Betriebszustand bei erhöhter Drehzahl (welcher dem zweiten axialen Abstand zwischen Rotor und Stator entsprechen kann) axial über die erste Axialposition nach axial außerhalb des Statorzahns hinausragen. Das Hinausragen des Statorträgers axial über die erste Axialposition nach axial außerhalb des Statorzahns kann auch als ein Statorträgerüberhang bezeichnet werden. Das Hinausragen des Permanentmagneten axial über die erste Axialposition nach axial außerhalb des Statorzahns hinaus kann auch als ein Permanentmagnetüberhang (oder kurz auch Rotorüberhang) bezeichnet werden. Statorträgerüberhang und/oder Permanentmagnetüberhang können individuell realisiert sein oder in Kombination. Damit kann eine Verbesserung der Feldschwächbarkeit der Elektromaschine erreicht werden.The stator support may protrude axially beyond the first axial position axially outwardly of the stator tooth by an equal length to or beyond a length other than the permanent magnet. The permanent magnet can thus axially over the first both in a normal operating mode of the electric machine (which may correspond to the first axial distance between the rotor and stator) and in an operating state at elevated speed (which may correspond to the second axial distance between the rotor and stator) Axial position after axially protrude outside the stator tooth. The protrusion of the stator carrier axially beyond the first axial position axially outward of the stator tooth may also be referred to as a stator carrier overhang. The protrusion of the permanent magnet axially beyond the first axial position axially outward of the stator tooth may also be referred to as a permanent magnet overhang (or rotor overhang for short). Stator carrier overhang and / or permanent magnet overhang can be realized individually or in combination. Thus, an improvement of the field weakenability of the electric machine can be achieved.

Der Rotor und/oder der Stator kann als einteiliges Element, das heißt einteiliger Rotor bzw. einteiliger Stator oder als zweiteiliges Element, das heißt zweiteiliger Rotor bzw. zweiteiliger Stator, ausgeführt sein. Insbesondere kann eine mechanische Feldschwächung mit einem einteiligen Rotor oder mit einem zweiteiligen Rotor durch Verschiebung relativ zu dem Stator bereitgestellt werden. Bei dem ersten axialen Abstand zwischen Stator und Rotor kann eine aktive Länge (und insbesondere axiale Überlappung) der Elektro-Maschine größer sein, als bei dem zweiten axialen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor, wobei das Erregerfeld nicht direkt proportional zur aktiven Länge der Elektro-Maschine geschwächt sein kann.The rotor and / or the stator can be designed as a one-piece element, that is to say a one-piece rotor or one-part stator, or as a two-part element, that is to say a two-part rotor or two-part stator. In particular, mechanical field weakening may be provided with a one-piece rotor or with a two-piece rotor by displacement relative to the stator. At the first axial distance between stator and rotor, an active length (and in particular axial overlap) of the electric machine may be greater than at the second axial distance between the stator and the rotor, wherein the excitation field is not directly proportional to the active length of the electric Machine can be weakened.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ragt der Permanentmagnet bei jedem axialen Abstand zwischen Stator und Rotor, bei dem der Rotor relativ zu dem Stator drehbar ist, axial über die erste axiale Position nach axial außerhalb des Statorzahns hinaus. Damit kann ein Permanentmagnetüberhang nicht nur im erhöhten Drehzahlbereich, in dem eine Feldschwächung erreicht werden soll, sondern auch im normalen Drehzahlbereich gegeben sein. Insbesondere kann die Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass es nicht möglich ist, keinen Permanentmagnetüberhang zu erreichen. Es können im Normaldrehzahlbereich mehr Stör- oder Streufelder auftreten, als wenn es keinen Permanentmagnetüberhang gebe. Eine Veränderung der Störfelder bzw. Streufelder, bei Einstellen des zweiten axialen Abstands zwischen Stator und Rotor, kann jedoch kleiner sein, wenn auch im Normaldrehzahlbereich ein Permanentmagnetüberhang vorhanden ist, verglichen mit dem Fall, in dem im Normaldrehzahlbereich kein Permanentmagnetüberhang vorhanden ist. Damit kann eine Feldschwächung verbessert werden.According to the present invention, at each axial distance between the stator and the rotor, in which the rotor is rotatable relative to the stator, the permanent magnet protrudes axially beyond the first axial position axially outwardly of the stator tooth. Thus, a permanent magnet overhang not only in the increased speed range in which a field weakening is to be achieved, but also be given in the normal speed range. In particular, the device may be such be configured that it is not possible to achieve no permanent magnet overhang. There may be more noise or stray fields in the normal speed range than if there is no permanent magnet overhang. However, a change in the interference fields or stray fields, when setting the second axial distance between the stator and the rotor, may be smaller, although there is a permanent magnet overhang in the normal speed range, compared to the case in which there is no permanent magnet overhang in the normal speed range. Thus, a field weakening can be improved.

Aufgrund eines Statorüberhangs und/oder eines Rotorüberhangs können Wickelköpfe von Statorwicklungen an der Drehmomentbildung beteiligt werden. Insbesondere können Streufelder verstärkt werden und sich an der Drehmomentbildung beteiligen.Due to a stator overhang and / or a rotor overhang, winding heads of stator windings can be involved in the formation of torque. In particular, stray fields can be amplified and participate in the formation of torque.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin der Rotor und/oder der Stator jeweils durch einen ersten Teil und einen zweiten Teil gebildet, die spiegelsymmetrisch angeordnet sind, wobei eine Spiegelebene senkrecht zu der Drehachse orientiert ist und von der ersten axialen Position beabstandet ist, wobei insbesondere dem ersten Teil des Stators und dem zweiten Teil des Stators jeweils eine erste Axialposition (jeweils einem axialen Ende des Statorzahns entsprechend) zugeordnet sein können. Dabei ist dem ersten Teil und dem zweiten Teil jeweils ein erster axialer Abstand zwischen dem jeweiligen Teil des Rotors und Stators und ein zweiter axialer Abstand zwischen dem jeweiligen Teil des Rotors und des Stators zugeordnet. Ferner kann jeweils ausgehend von dem ersten axialen Abstand der erste Teil des Rotors und der zweite Teil des Rotors in entgegengesetzten axialen Richtungen von der Spiegelebene wegbewegt werden, um den jeweils zweiten axialen Abstand zu erreichen. Somit kann insbesondere zwischen einem ersten Teil des Rotors und dem Stator ein erster axialer Abstand ermöglicht sein und zwischen dem zweiten Teil des Rotors und dem Stator kann ebenfalls ein erster axialer Abstand erreicht sein bzw. eine erste axiale Überlappung. Ferner kann zwischen dem zweiten Teil des Rotors und dem Stator ein zweiter axialer Abstand bzw. eine zweite axiale Überlappung erreicht werden und auch zwischen dem zweiten Teil des Rotors und dem Stator kann ein zweiter axialer Abstand bzw. eine zweite axiale Überlappung erreicht werden. Damit kann eine Feldschwächung auf einfache Weise realisiert werden. Ferner kann damit eine Elektromaschine mit zweiteiligem Rotor bzw. zweiteiligem Stator durch einen Rotorüberhang bzw. und/oder einen Statorüberhang bezüglich einer Feldschwächbarkeit und Verringerung von Verlusten verbessert werden.According to the present invention, the rotor and / or the stator are each formed by a first part and a second part, which are arranged mirror-symmetrically, wherein a mirror plane is oriented perpendicular to the axis of rotation and spaced from the first axial position, in particular the first part of the stator and the second part of the stator may each have a first axial position (each corresponding to an axial end of the stator tooth) may be assigned. In this case, the first part and the second part are each assigned a first axial distance between the respective part of the rotor and stator and a second axial distance between the respective part of the rotor and the stator. Furthermore, in each case starting from the first axial distance, the first part of the rotor and the second part of the rotor can be moved away in opposite axial directions from the mirror plane in order to reach the respective second axial distance. Thus, in particular between a first part of the rotor and the stator, a first axial distance can be made possible and between the second part of the rotor and the stator can also be achieved a first axial distance or a first axial overlap. Furthermore, a second axial distance or a second axial overlap can be achieved between the second part of the rotor and the stator and also between the second part of the rotor and the stator, a second axial distance or a second axial overlap can be achieved. Thus, a field weakening can be realized in a simple manner. Furthermore, an electric machine with a two-part rotor or a two-part stator can thus be improved by a rotor overhang and / or a stator overhang with regard to field weakenability and reduction of losses.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung ferner einen elektrischen Leiter auf, der sich, in Umfangsrichtung angrenzend an den Statorzahn, in einem ersten Axialbereich in axialer Richtung entlang des Statorzahns erstreckt und der in einem zweiten Axialbereich, der axial außerhalb des Statorzahns liegt, zumindest teilweise einen Wickelkopf bildet. Der erste Axialbereich kann sich insbesondere von der ersten Axialposition nach axial innerhalb des Statorzahns erstrecken und der zweite Axialbereich kann sich insbesondere von der ersten Axialposition aus nach axial außerhalb des Statorzahns erstrecken. Der elektrische Leiter kann insbesondere zumindest teilweise eine Statorwicklung bilden. Insbesondere kann der Stator mit mehreren elektrischen Leitern vorgesehen sein, welche mehrere Statorwicklungen bilden können. Durch ein Vorsehen eines Rotorüberhangs und/oder Statorüberhangs kann der Wickelkopf, welcher in dem zweiten Axialbereich angeordnet ist, insbesondere an einer Drehmomentbildung beteiligt sein. Damit kann eine Performanz der Elektro-Maschine verbessert sein bzw. eine Drehmomenterzeugung kann erhöht sein.According to an embodiment of the present invention, the device further comprises an electrical conductor which extends in the circumferential direction adjacent to the stator tooth, in a first axial region in the axial direction along the stator tooth and in a second axial region, which lies axially outside of the stator tooth, at least partially forms a winding head. The first axial region may extend in particular from the first axial position axially within the stator tooth, and the second axial region may extend in particular from the first axial position to axially outside the stator tooth. The electrical conductor may in particular at least partially form a stator winding. In particular, the stator may be provided with a plurality of electrical conductors, which may form a plurality of stator windings. By providing a rotor overhang and / or stator overhang, the winding head, which is arranged in the second axial region, can be involved in particular in torque formation. Thus, a performance of the electric machine can be improved or a torque generation can be increased.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Leiter in dem Wickelkopf zumindest teilweise von einem Einbettungsmaterial umgeben, insbesondere eingebettet und/oder eingegossen, das eine relative magnetische Permeabilität von > 1, insbesondere zwischen 1 + 0,4 × 10 -6 und 50 aufweist, wobei das Einbettungsmaterial insbesondere an das Axialende des Statorzahns angrenzt und/oder insbesondere axial außerhalb des Statorzahns an den Statorträger angrenzt. Das Einbettungsmaterial kann zu einer Fokussierung von magnetischem Feld bzw. magnetischem Fluss führen, um eine Kopplung zwischen Stator und Rotor zur erhöhen. Damit können Leistungseigenschaften der Elektromaschine verbessert sein. Die relative magnetische Permeabilität des Einbettungsmaterials kann insbesondere größer als die von Luft sein, insbesondere bei normalen Bedingungen, wie etwa einer Temperatur von 20 °C und einem Luftdruck von etwa 1 bar. Der Leiter kann insbesondere in dem Bereich des Wickelkopfes von dem Einbettungsmaterial eingegossen sein. Das Einbettungsmaterial kann aus einem ein ferromagnetisches Material aufweisenden Pulver und einem Harz gebildet sein. Das Einbettungsmaterial kann bei der Verarbeitung flüssig sein und kann später in einem festen Zustand (etwa nach Polymerisation) sein. Das Einbettungsmaterial kann insbesondere in Kontakt mit dem Axialende des Statorzahns und/oder in Kontakt mit dem Statorträger sein. Aufgrund des Einbettungsmaterials kann eine Drehmomentbildung verbessert werden und insbesondere kann ein Anteil des Drehmoments aufgrund des Wickelkopfes durch einen Wickelkopfverguss mittels des Einbettungsmaterials verbessert sein.According to one embodiment of the present invention, the conductor in the winding head is at least partially surrounded, in particular embedded and / or cast in by an embedding material which has a relative magnetic permeability of> 1, in particular between 1 + 0.4 × 10 -6 and 50, wherein the embedding material in particular adjacent to the axial end of the stator tooth and / or in particular axially adjacent to the outside of the stator tooth to the stator. The potting material may result in magnetic field or magnetic flux focusing to increase coupling between the stator and rotor. Thus, performance characteristics of the electric machine can be improved. The relative magnetic permeability of the embedding material may in particular be greater than that of air, in particular under normal conditions, such as a temperature of 20 ° C and an air pressure of about 1 bar. The conductor may be cast in particular in the region of the winding head of the embedding material. The embedding material may be formed of a ferromagnetic material-containing powder and a resin. The embedding material may be liquid during processing and may later be in a solid state (such as after polymerization). The embedding material may in particular be in contact with the axial end of the stator tooth and / or in contact with the stator carrier. Due to the embedding material, a torque formation can be improved, and in particular a proportion of the torque due to the winding head can be improved by a winding head casting by means of the embedding material.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Wickelkopf ein axial inneres Ende, welches mit der ersten Axialposition übereinstimmt, und ein axial äußeres Ende auf, welches mit einer Axialposition übereinstimmt, bis zu der der Permanentmagnet im Falle des ersten axialen Abstands hinausragt und/oder bis zu der der Statorträger axial über die erste Axialposition nach axial außerhalb des Statorzahns hinausragt. Andere Ausführungsbeispiele ermöglichen verschiedene Permanentmagnetüberhänge und/oder Statorüberhänge bzw. Statorträgerüberhänge, welche etwa axial außerhalb eines axial äußeren Endes des Wickelkopfes liegen. Damit kann eine kompakte Elektro-Maschine bereitgestellt werden, welche eine Feldschwächung verbessern kann.According to an embodiment of the present invention, the winding head has a axially inner end coinciding with the first axial position and an axially outer end coinciding with an axial position up to which the permanent magnet protrudes in the case of the first axial distance and / or to the stator carrier axially beyond the first axial position protrudes axially outside of the stator tooth. Other embodiments allow various permanent magnet overhangs and / or stator overhangs or Statorträgerüberhänge, which lie approximately axially outside of an axially outer end of the winding head. Thus, a compact electric machine can be provided which can improve field weakening.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der elektrische Leiter in dem ersten Axialbereich, welcher von der ersten Axialposition nach innerhalb des Statorzahns hinreicht, vollständig in einem ersten Radialbereich angeordnet und der elektrische Leiter ist in dem zweiten Axialbereich, welcher von der ersten Axialposition nach außerhalb des Statorzahns hinreicht, in einem zweiten Radialbereich angeordnet, der zumindest einen Teilradialbereich umfasst, der nicht mit dem ersten Radialbereich überlappt, wobei der Teilradialbereich radial weiter von dem Rotor entfernt angeordnet ist als der erste Radialbereich. Insbesondere kann somit der Wickelkopf radial, zumindest teilweise, weiter entfernt von dem Rotor angeordnet sein als der elektrische Leiter axial innerhalb des Statorzahns. Der Wickelkopf bzw. der elektrische Leiter kann insbesondere derart gebildet, geformt oder gekrümmt sein, dass er möglichst weit (in dem Wickelkopfbereich) von dem Rotor entfernt angeordnet ist. Damit können zusätzliche Verluste, welche insbesondere bei dem zweiten axialen Abstand zwischen Rotor und Stator auftreten können, vermindert werden.According to an exemplary embodiment of the present invention, the electrical conductor in the first axial region, which extends from the first axial position within the stator tooth, is arranged completely in a first radial region and the electrical conductor is in the second axial region, which is outside the first axial position Statorzahns arranged in a second radial region which comprises at least a partial radial region which does not overlap with the first radial region, wherein the partial radial region is arranged radially further away from the rotor than the first radial region. In particular, therefore, the winding head can be arranged radially, at least partially, further away from the rotor than the electrical conductor axially within the stator tooth. The winding head or the electrical conductor can in particular be formed, shaped or curved such that it is arranged as far as possible (in the winding head region) away from the rotor. Thus, additional losses, which may occur especially at the second axial distance between the rotor and stator can be reduced.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der elektrische Leiter in dem zweiten Axialbereich eine Biegung, insbesondere zwischen 70° und 90°, weg von dem Rotor, auf. Damit kann erreicht werden, dass zumindest ein Teil des elektrischen Leiters (insbesondere in dem Wickelkopfbereich) möglichst weit weg von dem Rotor angeordnet ist. Damit können Zusatzverluste im Feldschwächungsdrehzahlbereich vermindert werden.According to an exemplary embodiment of the present invention, the electrical conductor in the second axial region has a bend, in particular between 70 ° and 90 °, away from the rotor. This can be achieved that at least a portion of the electrical conductor (in particular in the winding head region) is arranged as far away from the rotor. Thus, additional losses in the field weakening speed range can be reduced.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der elektrische Leiter in dem zweiten Axialbereich zumindest einen Abschnitt auf (oder eine Mehrzahl von Abschnitten), dessen Längsrichtung radial orientiert ist, und/oder einen Abschnitt (oder eine Mehrzahl von Abschnitten), der sowohl eine radialorientierte Komponenten als auch eine axial orientierte Komponente aufweist.According to an exemplary embodiment of the present invention, the electrical conductor in the second axial region has at least one section (or a plurality of sections) whose longitudinal direction is radially oriented and / or a section (or a plurality of sections) which is both a radially oriented component and having an axially oriented component.

Damit kann insbesondere eine als Stirnwicklung bezeichnete Wicklung bzw. eine als Kegelmantelwicklung bezeichnete Wicklung des elektrischen Leiters erreicht werden, um zumindest einen Teil des Wickelkopfes möglichst weit entfernt (in radialer Richtung) von dem Rotor anordnen zu können. Damit können Zusatzverluste, insbesondere im Feldschwächungsbereich, in dem der zweite axiale Abstand zwischen Stator und Rotor eingestellt ist, vermindert werden.In particular, a winding designated as an end winding or a winding of the electrical conductor designated as a conical jacket winding can thus be achieved in order to be able to dispose at least part of the winding head as far as possible (in the radial direction) from the rotor. Thus, additional losses, in particular in the field weakening range, in which the second axial distance between the stator and the rotor is set, can be reduced.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im Falle des zweiten axialen Abstands eine geringere axiale Überdeckung (bzw. Überlappung) zwischen Rotor und Stator erreicht als im Falle des ersten axialen Abstands, wobei der erste axiale Abstand in einem ersten Drehzahlbereich und der zweite axiale Abstand in einem zweiten Drehzahlbereich, der höher als der erste Drehzahlbereich ist, einstellbar sind, um im zweiten Drehzahlbereich eine Feldschwächung (insbesondere Magnetfeldschwächung bzw. Schwächung einer Kopplung zwischen Stator und Rotor) zu erreichen, sodass eine in Betrieb induzierte Spannung (welche insbesondere in den Statorwicklungen erzeugt sein kann) kleiner als eine Versorgungsspannung einer Statorwicklung ist (welche Statorwicklung insbesondere zumindest teilweise durch den elektrischen Leiter gebildet ist). Insbesondere kann eine aktive Länge der Elektro-Maschine bei dem zweiten axialen Abstand zwischen Stator und Rotor kleiner sein als bei dem ersten axialen Abstand zwischen Stator und Rotor.According to an embodiment of the present invention, in the case of the second axial distance, a smaller axial overlap (or overlap) between rotor and stator is achieved than in the case of the first axial distance, wherein the first axial distance in a first speed range and the second axial distance in a second speed range, which is higher than the first speed range, are adjustable in order to achieve field weakening (in particular magnetic field weakening or weakening of a coupling between stator and rotor) in the second speed range, so that an operating-induced voltage (which in particular in the stator windings generated may be smaller than a supply voltage of a stator winding (which stator winding is in particular at least partially formed by the electrical conductor). In particular, an active length of the electric machine may be smaller at the second axial distance between the stator and the rotor than at the first axial distance between the stator and the rotor.

Damit kann die Elektro-Maschine derart betrieben werden, um mit einer Versorgungsspannungsquelle einer begrenzten Höhe einer Versorgungsspannung versorgt zu werden, etwa mit einer Batterie.Thus, the electric machine can be operated to be supplied with a supply voltage source of a limited level of a supply voltage, such as a battery.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ragt der Permanentmagnet im Falle des ersten axialen Abstandes um eine erste Länge und im Falle des zweiten axialen Abstands um eine zweite Länge, die größer als die erste Länge ist, axial über die erste Axialposition nach axial außerhalb des Statorzahns hinaus. Ferner ragt gemäß dieser Ausführungsform der Statorträger um eine dritte Länge axial über die erste Axialposition nach axial außerhalb des Statorzahns hinaus, wobei die erste Länge kleiner ist als die dritte Länge, wobei die zweite Länge größer ist als die dritte Länge, wobei die zweite Länge, insbesondere einer axialen Ausdehnung des Wickelkopfes gleicht. Damit kann eine Feldschwächung verbessert werden und Zusatzverluste können insbesondere reduziert werden.According to an embodiment of the present invention, in the case of the first axial distance, the permanent magnet extends for a first length and, in the case of the second axial distance for a second length greater than the first length, axially beyond the first axial position axially outward of the stator tooth , Further, according to this embodiment, the stator support extends axially beyond the first axial position axially beyond the stator tooth by a third length, the first length being smaller than the third length, the second length being greater than the third length, the second length being especially similar to an axial extent of the winding head. Thus, a field weakening can be improved and additional losses can be reduced in particular.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung für die Elektromaschine ferner eine mit dem Rotor mitrotierende Rotorrückschlussstruktur auf, welche axial außerhalb des Permanentmagneten angeordnet ist, wenn der zweite axiale Abstand eingenommen ist. Die Rotorrückschlussstruktur kann aus einem magnetisch hoch permeablen Material gebildet sein und kann insbesondere eine Funktion ausführen, ein durch den Permanentmagneten erzeugtes Magnetfeld bzw. einen erzeugten magnetischen Fluss in den Rotor zurückzuführen, in dem magnetische Feldlinien innerhalb der Rotorrückschlussstruktur konzentriert werden, um zu verhindern bzw. es zu reduzieren, dass die von dem Permanentmagneten erzeugten magnetischen Felder bzw. magnetischen Flüsse mit anderen Komponenten interagieren, welche nicht mit dem Rotor mitrotieren, wie etwa an den Rotor axial benachbarten Komponenten, etwa ein Gehäuse. Damit kann ein Verlust vermindert werden, was eine Performanz der Elektro-Maschine erhöhen kann.According to an embodiment of the present invention, the apparatus for the electric machine further comprises a rotor back-up structure co-rotating with the rotor, which is disposed axially outside the permanent magnet when the second axial distance is taken is. The rotor yoke structure may be formed of a magnetically highly permeable material and, in particular, may perform a function of returning a magnetic field generated by the permanent magnet into the rotor by concentrating magnetic field lines within the rotor yoke structure to prevent or prevent magnetic field leakage. to reduce it, that the magnetic fields or magnetic fluxes generated by the permanent magnet interact with other components that do not rotate with the rotor, such as components axially adjacent to the rotor, such as a housing. Thus, a loss can be reduced, which can increase a performance of the electric machine.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Rotor ferner einen Träger (auch Rotorträger genannt) auf (welcher im Falle eines Innenrotors, insbesondere radial innerhalb des Permanentmagneten angeordnet sein kann und welcher im Falle eines Außenrotors insbesondere radial außerhalb des Permanentmagneten angeordnet sein kann), an dem der Permanentmagnet angebracht ist (derart insbesondere, dass der Permanentmagnet eine Außenoberfläche des Rotors repräsentiert), wobei die Rotorrückschlussstruktur zumindest teilweise durch den Träger gebildet ist, wobei der Träger axial außerhalb des Permanentmagneten insbesondere, zumindest teilweise, eine rechteckige Querschnittsform aufweist.According to one exemplary embodiment of the present invention, the rotor further has a carrier (also called a rotor carrier) (which in the case of an inner rotor, in particular radially inside the permanent magnet and which in the case of an outer rotor can be arranged in particular radially outside the permanent magnet) the permanent magnet is mounted (in particular such that the permanent magnet represents an outer surface of the rotor), wherein the rotor yoke structure is at least partially formed by the carrier, wherein the carrier axially outside of the permanent magnet in particular, at least partially, has a rectangular cross-sectional shape.

Insbesondere kann der Träger somit axial nach außerhalb des Permanentmagneten hervorragen oder hinausragen, um somit einen Rückschluss von Magnetfeldlinien, eines Magnetfeldes, welches durch den Permanentmagneten erzeugt ist, in den Rotor zu erlauben. Insbesondere kann ein von dem Permanentmagneten erzeugtes Magnetfeld, insbesondere an einem axialen Ende des Permanentmagneten, Magnetfeldlinien mit zumindest teilweise axialer Komponente aufweisen. Aufgrund der Rotorrückschlussstruktur, welche axial außerhalb des Permanentmagneten durch den Rotorträger gebildet ist, können diese Magnetfeldlinien bzw. derart ausgerichteten Magnetfelder zurück in den Rotor geführt werden, um eine unerwünschte Wechselwirkung mit axial benachbarten Komponenten des Rotors bzw. der Elektro-Maschine zu verhindern, um somit den Zusatzverlust zu vermindern.In particular, the carrier may thus protrude or protrude axially outwardly of the permanent magnet, thus allowing magnetic field lines of a magnetic field, which is generated by the permanent magnet, to be drawn back into the rotor. In particular, a magnetic field generated by the permanent magnet, in particular at an axial end of the permanent magnet, magnetic field lines having at least partially axial component. Due to the rotor yoke structure, which is formed axially outside of the permanent magnet by the rotor carrier, these magnetic field lines or magnetic fields aligned in this way can be guided back into the rotor in order to prevent undesired interaction with axially adjacent components of the rotor or electric machine thus reducing the additional loss.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verjüngt sich der Träger in seiner radialen Ausdehnung mit zunehmender axialer Entfernung von dem Permanentmagneten, insbesondere in linearer Weise. Im Querschnitt kann ein axial außerhalb des Permanentmagneten angeordneter Teil des Trägers eine Dreiecksform (zumindest teilweise) aufweisen. Damit kann eine Rückführung von magnetischem Fluss in den Rotor verbessert sein. Insbesondere kann der Träger axial außerhalb des Permanentmagneten ein gleiches radiales Niveau oder ein verschiedenes radiales Niveau, verglichen mit einem radialen Niveau einer Oberfläche des Permanentmagneten, aufweisen. Ferner kann ein Niveau des (Rotor)Trägers in radialer Richtung axial außerhalb des Permanentmagneten verschiedene Werte annehmen, wobei insbesondere das radiale Niveau des Trägers des Rotors axial außerhalb des Permanentmagneten (über einen bestimmten Axialbereich hinweg) niedriger sein kann als in einem axial weiter entfernten Abschnitt von dem Permanentmagneten. Dieser Abschnitt des Trägers radial außerhalb des Permanentmagneten, welcher ein radiales Niveau aufweist, welches niedriger ist als ein radiales Niveau des Permanentmagneten, kann eine Lücke bilden bzw. eine Kerbe. Dimensionen eines radialen Niveaus des Trägers radial außerhalb des Permanentmagneten bzw. Dimensionen einer axialen Ausdehnung des Trägers radial außerhalb des Permanentmagneten und/oder der Lücke können gemäß Simulationen optimiert werden. Auch kann eine Ausdehnung eines axialen Überhangs des Rotorträgers über ein axiales Ende des Permanentmagneten hinaus durch Simulationen optimiert werden. Auch kann eine Form einer Verjüngung des Trägers nach außerhalb des Endes des Permanentmagneten hinaus durch Simulation optimiert werden.According to an embodiment of the present invention, the carrier tapers in its radial extent with increasing axial distance from the permanent magnet, in particular in a linear manner. In cross-section, an axially outside of the permanent magnet disposed part of the carrier may have a triangular shape (at least partially). This can improve a return of magnetic flux into the rotor. In particular, the carrier may have axially outside the permanent magnet a same radial level or a different radial level compared to a radial level of a surface of the permanent magnet. Furthermore, a level of the (rotor) carrier in the radial direction may assume different values axially outside the permanent magnet, in particular the radial level of the carrier of the rotor may be lower axially outside the permanent magnet (over a certain axial area) than in an axially more distant portion from the permanent magnet. This portion of the carrier radially outward of the permanent magnet, which has a radial level which is lower than a radial level of the permanent magnet, can form a gap or a notch. Dimensions of a radial level of the carrier radially outside the permanent magnet or dimensions of an axial extent of the carrier radially outside of the permanent magnet and / or the gap can be optimized according to simulations. An expansion of an axial overhang of the rotor carrier beyond an axial end of the permanent magnet can also be optimized by simulations. Also, a form of taper of the carrier beyond the end of the permanent magnet can be optimized by simulation.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die Rotorrückschlussstruktur eine Scheibe (insbesondere Kreisscheibe), die in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse angeordnet ist und mit dem Rotor verbunden ist. Die Scheibe kann auch als eine Permanentmagnet-Kurzschluss-Scheibe bezeichnet werden. Die Scheibe kann insbesondere ein Eindringen von Magnetfeldern, welche innerhalb der Elektro-Maschine erzeugt sind, in umliegende Elemente, wie etwa ein Gehäuse, vermindern bzw. verhindern. Die Scheibe kann insbesondere als eine Rotorglocke ausgebildet sein, sodass sie (insbesondere im Falle eines Außenrotors) den Stator zumindest teilweise umgeben kann, insbesondere zusammen mit dem Rotor. Die Scheibe kann sowohl für einen einteiligen Rotor als auch für einen zweiteiligen Rotor bereitgestellt werden, wobei im Falle des zweitteiligen Rotors jeweils an jedem Teil des Rotors eine Scheibe angebracht sein kann.According to an embodiment of the present invention, the rotor yoke structure comprises a disk (in particular circular disk) which is arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation and is connected to the rotor. The disk may also be referred to as a permanent magnet shorting disk. In particular, the disk can reduce penetration of magnetic fields generated within the electric machine into surrounding elements such as a housing. In particular, the disk can be designed as a rotor bell, so that it can (at least partially) surround the stator (in particular in the case of an external rotor), in particular together with the rotor. The disc can be provided both for a one-piece rotor and for a two-part rotor, wherein in the case of the two-part rotor in each case a portion of the rotor, a disc may be mounted.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die illustrierten oder beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

  • 1 illustriert eine beispielhafte Kennlinie einer Elektromaschine, welche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung berücksichtigt wird;
  • 2 illustriert in einer schematischen Querschnittsansicht einer Permanentmagnet-erregten Elektromaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3A, 3B illustrieren in schematischer seitlicher Schnittansicht eine Elektromaschine;
  • 4A, 4B, 4C illustrieren in schematischer seitlicher Schnittansicht eine Elektromaschine in verschiedenen Betriebsmodi;
  • 5 illustriert eine Kennlinie einer Elektromaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung berücksichtigt wird;
  • 6A, 6B illustrieren in schematischer seitlicher Schnittansicht eine Elektromaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 7 illustriert eine magnetische Flussverteilung in einer Elektromaschine; ;
  • 8 illustriert in seitlicher schematischer Schnittansicht eine Elektromaschine;
  • 9A, 9B, 9C illustrieren schematisch Geometrien eines elektrischen Leiters in einem Wickelabschnitt einer Statorwicklung, welche in einer Elektromaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
  • 10 illustriert in schematischer seitlicher Schnittansicht eine Elektromaschine bzw. einen Teil einer Elektromaschine;
  • 11A, 11B illustrieren in schematischer seitlicher Schnittansicht eine Elektromaschine in verschiedenen Betriebsmodi;
  • 12A, 12B, 12C, 12D illustrieren Ausführungsbeispiele einer Elektromaschine, welche eine Rotorrückschlussstruktur umfassen;
  • 13 illustriert in schematischer seitlicher Schnittansicht eine Elektromaschine bzw. einen Teil einer Elektromaschine mit einer Rotorrückflussscheibe;
  • 14 illustriert in schematischer seitlicher bzw. axialer Schnittansicht eine Elektromaschine bzw. einen Teil einer Elektromaschine;
  • 15 illustriert in den Teilansichten 15A, 15B, 15C Elektromaschinen, welche eine Permanentmagnet-Kurzschlussscheibe umfassen;
  • 16 illustriert in den Teilansichten 16A bis 16H Elektromaschinen;
  • 17A, 17B illustrieren eine Elektromaschine in zwei verschiedenen Betriebsmodi gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
  • 18A, 18B illustrieren in schematischer seitlicher Schnittansicht eine Elektromaschine in zwei verschiedenen Betriebsmodi.
Embodiments of the present invention will now be explained with reference to the accompanying drawings. The invention is not limited to the illustrated or described embodiments.
  • 1 illustrates an exemplary characteristic of an electric machine that is taken into account according to an embodiment of the present invention;
  • 2 illustrated in a schematic cross-sectional view of a permanent magnet-excited electric machine according to an embodiment of the present invention;
  • 3A . 3B illustrate in schematic side sectional view an electric machine;
  • 4A . 4B . 4C illustrate in schematic side sectional view an electric machine in various modes of operation;
  • 5 illustrates a characteristic of an electric machine according to an embodiment of the present invention, which is taken into account according to an embodiment of the present invention;
  • 6A . 6B illustrate in schematic side sectional view an electric machine according to an embodiment of the present invention;
  • 7 illustrates a magnetic flux distribution in an electric machine; ;
  • 8th illustrates in lateral schematic sectional view of an electric machine;
  • 9A . 9B . 9C schematically illustrate geometries of an electrical conductor in a winding section of a stator winding, which can be used in an electric machine according to an embodiment of the present invention;
  • 10 illustrates in schematic side sectional view an electric machine or a part of an electric machine;
  • 11A . 11B illustrate in schematic side sectional view an electric machine in various modes of operation;
  • 12A . 12B . 12C . 12D illustrate embodiments of an electric machine comprising a rotor yoke structure;
  • 13 11 illustrates, in a schematic side sectional view, an electric machine or a part of an electric machine with a rotor return flow disk;
  • 14 illustrates in schematic side or axial sectional view of an electric machine or a part of an electric machine;
  • 15 illustrated in the partial views 15A . 15B . 15C Electric machines comprising a permanent magnet shorting disc;
  • 16 illustrated in the partial views 16A to 16H Electrical machinery;
  • 17A . 17B illustrate an electric machine in two different modes of operation according to an embodiment of the present invention and
  • 18A . 18B illustrate in schematic side sectional view an electric machine in two different operating modes.

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.Various embodiments will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which some embodiments are illustrated. In the figures, the thickness dimensions of lines, layers and / or regions may be exaggerated for the sake of clarity.

Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente.Although embodiments may be modified and changed in various ways, exemplary embodiments are illustrated in the figures as examples and will be described in detail herein. It should be understood, however, that it is not intended to limit embodiments to the particular forms disclosed, but that embodiments are intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives that are within the scope of the invention. Like reference numerals designate like or similar elements throughout the description of the figures.

Man beachte, dass ein Element, dass als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „verkoppelt“ bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden“ oder „direkt verkoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z.B., „zwischen“ gegenüber „direkt dazwischen“, „angrenzend“ gegenüber „direkt angrenzend“ usw.).Note that an element referred to as being "connected" or "coupled" to another element may be directly connected or coupled to the other element, or intervening elements may be present. Conversely, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly coupled" to another element, there are no intervening elements. Other terms used to describe the relationship between elements should be interpreted in a similar manner (e.g., "between" versus "directly in between," "adjacent" versus "directly adjacent," etc.).

Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ einer,“ „ eine“, „eines“ und „der, die, das“ auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke „beinhaltet“, „beinhaltend“, aufweist“ und/oder „aufweisend“, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the embodiments. As used herein, the singular forms "a," "a," "an," and "the" are also meant to include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. Further, it should be understood that the terms "including," "including," "and / or having," as used herein, indicate the presence of said features, integers, steps, operations, elements, and / or components, but that Presence or addition of one or more features, integers, steps, operations, elements, components, and / or groups thereof.

Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z.B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn zu interpretieren sind, solange dies hierin nicht ausdrücklich definiert ist. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly assigned to one of ordinary skill in the art to which the embodiments pertain. It is further to be understood that terms, such as those defined in commonly used dictionaries, are to be interpreted as having the meaning consistent with their meaning in the context of the relevant art, and not in an idealized or overly formal sense are to be interpreted unless expressly defined herein.

1 illustriert eine Kennlinie einer Elektromaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei eine Abszisse 101 eine normierte Drehzahl der Elektromaschine anzeigt und eine Ordinate 103 eine Leistung bzw. ein Drehmoment der Elektromaschine anzeigt. Insbesondere zeigt eine Kurve 105 die Abhängigkeit der Leistung von der Drehzahl an und eine Kurve 107 illustriert eine Abhängigkeit eines von der Elektromaschine erzeugten Drehmoments von der Drehzahl. In einem Grunddrehzahlbereich 109 (von 0-1 auf der Abszesse 101) steigt die Leistung 105 linear mit der Drehzahl an. In einem erhöhten Drehzahlbereich 111, welcher auch als ein Feldschwächungsbereich bezeichnet wird, bleibt die Leistung konstant, das Drehmoment (Kurve 107) fällt jedoch mit steigender Drehzahl stark ab. In diesem erhöhten Drehzahlbereich 111 kann daher gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine mechanische Feldschwächung dadurch durchgeführt werden, dass eine aktive Länge der Elektromaschine mechanisch reduziert wird, wobei das Erregerfeld dabei nicht direkt proportional geschwächt werden kann. Insbesondere kann eine mechanische Feldschwächbarkeit einer konventionellen Elektromaschine durch die Bauraumeinschränkungen und die Streufelder begrenzt sein. Zur Feldschwächung kann es erforderlich sein, die Rotorteile weiter zu verstellen, was Bauraumbeschränkung widersprechen kann. 1 illustrates a characteristic of an electric machine according to an embodiment of the present invention, wherein an abscissa 101 indicates a normalized speed of the electric machine and an ordinate 103 indicates a power or torque of the electric machine. In particular, shows a curve 105 the dependence of the power on the speed and a curve 107 illustrates a dependence of a torque generated by the electric machine on the rotational speed. In a basic speed range 109 (from 0-1 on abscesses 101 ) the performance increases 105 linear with the speed. In an increased speed range 111 , which is also referred to as a field weakening range, the power remains constant, the torque (curve 107 ) drops sharply with increasing speed. In this increased speed range 111 Therefore, according to an exemplary embodiment of the present invention, a mechanical field weakening can be carried out by mechanically reducing an active length of the electric machine, wherein the excitation field can not be weakened directly proportionally. In particular, a mechanical field weakenability of a conventional electric machine may be limited by the installation space limitations and the stray fields. For field weakening, it may be necessary to further adjust the rotor parts, which may contradict space constraints.

2 zeigt in einer Schnittansicht (in axialer Richtung gesehen) eine Elektromaschine 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welche im vorliegenden Fall als eine Innenrotorelektromaschine ausgebildet ist. Ein Rotor 201 ist um eine Drehachse 203 (z-Achse oder axiale Richtung) um einen Stator 205 drehbar. Eine radiale Richtung ist durch Bezugszeichen 207 bezeichnet. Eine Umfangsrichtung ist durch Bezugszeichen 209 bezeichnet. Der Stator 205 umfasst einen Statorträger 211, Statorzähne 213 und Statorwicklungen oder Statorwindungen 215. Der Rotor 201 umfasst einen Rotorträger oder Rotorrückschluss 217 und mindestens einen Permanentmagneten 219. Andere Ausführungsbeispiele stellen eine Elektromaschine mit Außenrotor bereit. 2 shows in a sectional view (seen in the axial direction) an electric machine 200 according to an embodiment of the present invention, which is formed in the present case as an internal rotor electric machine. A rotor 201 is about a rotation axis 203 (Z-axis or axial direction) around a stator 205 rotatable. A radial direction is indicated by reference numerals 207 designated. A circumferential direction is indicated by reference numerals 209 designated. The stator 205 includes a stator support 211 , Stator teeth 213 and stator windings or stator windings 215 , The rotor 201 includes a rotor carrier or rotor yoke 217 and at least one permanent magnet 219 , Other embodiments provide an external rotor electric machine.

3A, 3B zeigen in seitlicher Schnittansicht eine Elektromaschine gemäß einem nichterfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, wobei 3A die Elektromaschine während eines Betriebs in dem Grunddrehzahlbereich 109 (siehe 1) illustriert, während 3B die Elektromaschine während eines Betriebs in dem erhöhten Drehzahlbereich 111 illustriert. Die in 3 illustrierte Elektromaschine kann einen Rotorüberhang und/oder einen Statorüberhang und/oder einen Wickelkopfverguss und/oder eine Rotorrückschlussstruktur und/oder Stirnwicklung bzw. Kegelmantelwicklung aufweisen. Die entsprechenden Komponenten in 2 und 3 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, welche sich lediglich in der ersten Ziffer unterscheiden. Somit umfasst der Stator 305 einen Statorträger 311, Statorzähne 313 und Statorwicklungen 315. Ferner liegt eine axiale Richtung 303 in der Zeichenebene, sodass axiale Enden der Elektromaschine 300 erkennbar sind. Insbesondere endet der Statorzahn 313 bei einer ersten axialen Position 321. Axial außerhalb der axialen Position 321 bzw. axial außerhalb des Statorzahns 313 ist ein Wickelkopf 323 angeordnet, welcher zumindest teilweise durch einen elektrischen Leiter der Wicklungen 315 gebildet ist. 3A . 3B show in side sectional view an electric machine according to a non-inventive embodiment, wherein 3A the electric machine during operation in the basic speed range 109 (please refer 1 ) illustrated while 3B the electric machine during operation in the increased speed range 111 illustrated. In the 3 The illustrated electric machine may have a rotor overhang and / or a stator overhang and / or a winding head encapsulation and / or a rotor yoke structure and / or end winding or conical jacket winding. The corresponding components in 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, which differ only in the first digit. Thus, the stator includes 305 a stator carrier 311 , Stator teeth 313 and stator windings 315 , Furthermore, there is an axial direction 303 in the drawing plane, so that axial ends of the electric machine 300 are recognizable. In particular, the stator tooth ends 313 at a first axial position 321 , Axially out of axial position 321 or axially outside of the stator tooth 313 is a winding head 323 arranged, which at least partially by an electrical conductor of the windings 315 is formed.

Insbesondere ist die Elektromaschine 300 durch zwei Teile gebildet, welche spiegelbildlich zu einer Spiegelebene liegen, welche hier durch die radiale Richtung 307 geht und senkrecht auf der axialen Richtung 303 steht und durch Bezugszeichen 325 bezeichnet ist. Insbesondere umfasst der Stator 305 einen ersten Teil 311a des Statorträgers, einen zweiten Teil 311b des Statorträgers, einen ersten Teil der Statorzähne 313a und einen zweiten Teil der Statorzähne 313b. Ähnlich weist der Rotor 301 einen ersten Rotorträger 317a und einen zweiten Rotorträger 317b auf, sowie einen ersten Teil eines Permanentmagneten 319a und einen zweiten Teil des Permanentmagneten 319b auf, welche spiegelsymmetrisch bezüglich der Spiegelachse 325 angeordnet sind.In particular, the electric machine 300 formed by two parts, which are mirror images of a mirror plane, which here by the radial direction 307 goes and perpendicular to the axial direction 303 stands and by reference numerals 325 is designated. In particular, the stator comprises 305 a first part 311 of the stator carrier, a second part 311b of the stator carrier, a first part of the stator teeth 313a and a second part of the stator teeth 313b , The rotor is similar 301 a first rotor carrier 317a and a second rotor carrier 317b on, as well as a first part of a permanent magnet 319a and a second part of the permanent magnet 319b which is mirror-symmetric with respect to the mirror axis 325 are arranged.

Der Permanentmagnet 319a kann axial nach außerhalb über die erste axiale Position 321 liegen und/oder der Statorträger 311a kann nach axial außerhalb über die erste axiale Position 321 hinausragen. Der erste Teil des Rotors 301 ist durch Bezugszeichen 301 a und der zweite Teil des Rotors 301 ist durch Bezugszeichen 301b bezeichnet. Der erste Teil des Stators ist durch Bezugsziffer 305a bezeichnet und der zweite Teil des Stators 305 ist durch Bezugsziffer 305b bezeichnet.The permanent magnet 319a can be axially outward beyond the first axial position 321 lie and / or the stator 311 can be axially outward beyond the first axial position 321 protrude. The first part of the rotor 301 is by reference numerals 301 a and the second part of the rotor 301 is by reference numerals 301b designated. The first part of the stator is by reference numeral 305a and the second part of the stator 305 is by reference numeral 305b designated.

Dem ersten Teil 305a des Stators kann eine Schwerpunktposition 312a zugeordnet werden und dem zweiten Teil 305b des Stators kann eine Schwerpunktposition 312b zugeordnet werden. Ferner kann dem ersten Teil 301a des Rotors eine Schwerpunktposition 302a und dem zweiten Teil 301b des Rotors kann eine Schwerpunktposition 302b zugeordnet werden. Ein axialer Abstand (d.h. entlang der axialen Richtung 303 gemessen) zwischen dem ersten Teil 305a des Stators und dem ersten Teil 302a des Rotors kann z.B. als ein axialer Abstand zwischen der Schwerpunktposition 312a des ersten Teils des Stators und der Schwerpunktposition 302a des ersten Teils des Rotors definiert sein. Andere Definitionen, wie z.B. ein axialer Versatz zwischen den jeweiligen axialen Enden von Rotor(träger) und Stator(träger), sind natürlich ebenfalls denkbar. Insbesondere ist in der 3A ein erster axialer Abstand bzw. Versatz zwischen Rotor und Stator eingenommen, der hier 0 ist, da die Schwerpunktposition 312a des ersten Teils des Stators eine gleiche axiale Position wie die Schwerpunktposition 302a des Rotors hat. Somit ist ein Betrieb in dem Normaldrehzahlbereich 109 (siehe 1) ermöglicht, wobei eine aktive Länge l_z_aktiv erreicht ist, welche eine maximale Überlappung zwischen Rotor und Stator erreicht.The first part 305a the stator can be a center of gravity position 312a be assigned and the second part 305b the stator can be a center of gravity position 312b be assigned. Furthermore, the first part 301 of the rotor a center of gravity position 302a and the second part 301b the rotor can be a center of gravity position 302b be assigned. An axial distance (ie along the axial direction 303 measured) between the first part 305a of the stator and the first part 302a For example, the rotor may be considered as an axial distance between the center of gravity position 312a the first part of the stator and the center of gravity position 302a be defined of the first part of the rotor. Other definitions, such as an axial offset between the respective axial ends of rotor (carrier) and stator (carrier), are of course also conceivable. In particular, in the 3A taken a first axial distance or offset between the rotor and stator, which is here 0, since the center of gravity position 312a of the first part of the stator has the same axial position as the center of gravity position 302a of the rotor has. Thus, an operation is in the normal speed range 109 (please refer 1 ), wherein an active length l_z_aktiv is achieved, which achieves a maximum overlap between rotor and stator.

3B zeigt die Elektromaschine 300 in einem Betriebszustand, welcher in dem erhöhten Drehzahlbereich 111 (siehe 1) eingenommen werden kann, wobei insbesondere ein zweiter axialer Abstand bzw. Versatz d2 zwischen dem ersten Teil 305a des Stators und dem ersten Teil 301a des Rotors eingenommen wird. Um den zweiten axialen Abstand bzw. Versatz d2 zwischen Stator und Rotor zu erreichen, wurde dabei der erste Teil 301a des Rotors in axialer Richtung weg von der Spiegelebene 325 bewegt und der zweite Teil 301b des Rotors wurde in entgegengesetzter Richtung von der Spiegelebene 325 wegbewegt. Dadurch ist eine Überlappung bzw. eine aktive Länge der Elektromaschine erreicht, welche gegeben ist durch l_z_aktiv1 + l_z_aktiv2, welche kleiner ist als die aktive Länge l_z_aktiv, welche im Normaldrehzahlbereich (siehe 3A) eingenommen ist. 3B shows the electric machine 300 in an operating condition which is in the increased speed range 111 (please refer 1 ), wherein in particular a second axial distance or offset d2 between the first part 305a of the stator and the first part 301 of the rotor is taken. To the second axial distance or offset d2 between the stator and the rotor was the first part 301 of the rotor in the axial direction away from the mirror plane 325 moved and the second part 301b of the rotor was in the opposite direction from the mirror plane 325 moved away. As a result, an overlap or an active length of the electric machine is achieved, which is given by l_z_aktiv1 + l_z_aktiv2, which is smaller than the active length l_z_aktiv, which in the normal speed range (see 3A) is taken.

In oder bei Einnahme des zweiten axialen Abstands d2 (siehe 3B) ragt der Permanentmagnet um eine zweite Länge Ir2 über die erste axiale Position 321 nach axial außerhalb des Statorzahns 313a hinaus. Auch kann der Statorträger 311a bzw. 311b axial nach außerhalb der ersten Axialposition 321 hinausragen gemäß der vorliegenden Erfindung.In or on taking the second axial distance d2 (please refer 3B) the permanent magnet protrudes by a second length I r2 over the first axial position 321 axially outward of the stator tooth 313a out. Also, the stator can 311 or. 311b axially to outside the first axial position 321 protrude according to the present invention.

4A, 4B, 4C illustrieren auftretende Streufelder, welche gemäß Ausführungsformen einer Elektromaschine berücksichtigt werden. Insbesondere illustriert 4A die in 3 illustrierte Elektromaschine im Grunddrehzahlbereich, 4B zeigt die Elektromaschine im erhöhten Drehzahlbereich (Feldschwächungsbereich) und 4C illustriert zusätzlich die Streufelder wegen dem Magnetüberhang. 4A . 4B . 4C illustrate occurring stray fields, which are considered according to embodiments of an electric machine. In particular, illustrated 4A in the 3 illustrated electric machine in the base speed range, 4B shows the electric machine in the increased speed range (field weakening area) and 4C additionally illustrates the stray fields due to the magnetic overhang.

Zu Klarheitszwecken ist jeweils nur der linke Teil der Elektromaschine, welche in 3 illustriert ist, in den 4A bis C (und auch in einigen der folgenden Figuren) illustriert. Der rechte Teil ergibt sich jeweils durch Spiegelung an der Spiegelebene 425 (bzw. der Spiegelebene der entsprechenden Figur). Insbesondere sind ähnliche oder gleiche Elemente in den 2, 3 und 4 durch Bezugszeichen bezeichnet, welche sich lediglich in der ersten Stelle nicht unterscheiden. Feldlinien 427 zeigen ein magnetisches Feld bzw. einen magnetischen Fluss an. Wie aus den in den 4A bis 4C dargestellten Feldlinien 427 ersichtlich ist, weist die Magnetisierung bzw. die magnetische Flussdichte in einem Bereich, welcher von der ersten axialen Position 421 axial innerhalb des Statorzahns 413 liegt, im Wesentlichen radiale Komponenten, jedoch kaum axiale Komponenten auf.For clarity purposes, only the left part of the electric machine, which in 3 is illustrated in the 4A to C (and also in some of the following figures) illustrated. The right part results in each case by reflection at the mirror plane 425 (or the mirror plane of the corresponding figure). In particular, similar or similar elements are in the 2 . 3 and 4 denoted by reference numerals, which do not differ only in the first place. field lines 427 indicate a magnetic field or a magnetic flux. As from the in the 4A to 4C illustrated field lines 427 can be seen, the magnetization or the magnetic flux density in a region which from the first axial position 421 axially within the stator tooth 413 is located, essentially radial components, but hardly any axial components.

Insbesondere weisen die magnetischen Feldlinien in einem ersten axialen Bereich ab1, welcher von der ersten Axialposition 421 nach innerhalb des Statorzahn 413 hinreicht, im Wesentlichen eine radiale Komponente auf. Ferner weisen die Magnetfeldlinien in einem zweiten Axialbereich, welcher von der ersten Axialposition 421 nach außerhalb des Statorzahns 413 hinreicht, auch axial gerichtete Komponenten auf, welche zu Störfeldern führen können.In particular, the magnetic field lines in a first axial region ab1 which is from the first axial position 421 within the stator tooth 413 is sufficient, essentially a radial component. Furthermore, the magnetic field lines in a second axial region, which from the first axial position 421 outside the stator tooth 413 sufficient, even axially directed components, which can lead to interference fields.

Die Effekte dieser parasitären oder unerwünschten magnetischen Felder können messtechnisch untersucht werden, wie in 5 illustriert ist. Dabei bezeichnet eine Abszesse 501 eine aktive Länge der untersuchten Elektromaschine und eine Ordinate 503 zeigt eine maximale Flussverkettung an. Kurve 505 zeigt einen idealen Verlauf an, wenn Störfelder nicht berücksichtigt werden, wobei sich der ideale Verlauf beispielsweise durch eine Simulation errechnen lässt. Kurve 507 zeigt demgegenüber eine Realsituation auf, in der auch die Stör- oder Streufelder berücksichtigt wurden, wobei die Kurve 507 beispielsweise durch Messungen und/oder Simulation erzeugbar ist. Insbesondere werden die beim Leerlauf gemessenen induzierten Spannungen eines elektromassiven Prototyps bei unterschiedlichen axialen Rotorpositionen mit den idealen Werten (Kurve 505) verglichen. Dabei weist die Elektromaschine einen Rotor mit Oberflächenpermanentmagneten auf, wobei Unterschiede zwischen verschiedenen Rotorarten erwartet werden. Wie aus dem Graphen der 5 ersichtlich ist, sind mehr als 20% der induzierten Spannung oder der Flussverkettung aufgrund der Streufelder erzeugt.The effects of these parasitic or unwanted magnetic fields can be investigated metrologically, as in 5 is illustrated. This refers to an abscess 501 an active length of the examined electric machine and an ordinate 503 indicates maximum flux linkage. Curve 505 indicates an ideal course if interference fields are not taken into account, whereby the ideal course can be calculated for example by a simulation. Curve 507 In contrast, shows a real situation in which the interference or stray fields were taken into account, the curve 507 can be generated for example by measurements and / or simulation. In particular, the induced voltages measured at idling of an electromassive prototype at different axial rotor positions with the ideal values (curve 505 ) compared. In this case, the electric machine has a rotor with Oberflächenpermanentmagneten, with differences between different types of rotor are expected. As from the graph of 5 As can be seen, more than 20% of the induced voltage or flux linkage is generated due to stray fields.

Gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine neue Bauweise für eine permanentmagnetisch erregte Elektromaschine mit mechanischer Feldschwächung vorgeschlagen, wobei eine effektive Feldschwächung ermöglicht ist. Dabei kann von einer Erkenntnis ausgegangen werden, dass die Streufelder das elektromagnetische Feld im Feldschwächungsbereich verstärken und dass deswegen die aktive Länge der Elektromaschine durch die mechanische Bewegung der Rotorteile weiter reduziert werden muss. Gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Streufelder in der Auslegung einer Elektromaschine berücksichtigt und werden auch bei der Drehmomentbildung genutzt, um ein Feldschwächungsverfahren effektiver ausgestalten zu können. Hierbei sind folgende konstruktive Änderungen möglich:

  1. 1. Statorüberhang,
  2. 2. Rotorüberhang.
  3. 3. Wickelkopfverguss (relative magnetische Permeabilität größer 1, bzw. größer Luft).
  4. 4. Stator- und Rotorüberhang.
  5. 5. Statorüberhang mit Wickelkopfverguss (relative magnetische Permeabilität größer 1)
  6. 6. Rotorüberhand mit Wickelkopfverguss (relative magnetische Permeabilität größer 1)
  7. 7. Stator- und Rotorüberhang mit Wickelkopfverguss (relative magnetische Permeabilität >1).
According to an embodiment of the present invention, a new design for a permanently magnetically excited electric machine with mechanical field weakening is proposed, wherein an effective field weakening is made possible. It can be assumed that the stray fields amplify the electromagnetic field in the field weakening range and that Therefore, the active length of the electric machine must be further reduced by the mechanical movement of the rotor parts. According to an embodiment of the present invention, the stray fields are taken into account in the design of an electric machine and are also used in the formation of torque in order to be able to design a field weakening method more effectively. The following structural changes are possible:
  1. 1. stator overhang,
  2. 2nd rotor overhang.
  3. 3. winding head casting (relative magnetic permeability greater than 1, or greater air).
  4. 4. Stator and rotor overhang.
  5. 5. Stator overhang with winding head encapsulation (relative magnetic permeability greater than 1)
  6. 6. Rotor overhang with winding head casting (relative magnetic permeability greater than 1)
  7. 7. Stator and rotor overhang with winding head casting (relative magnetic permeability> 1).

6A, 6B illustrieren eine beispielhafte Elektromaschine 600 im Normaldrehzahlbereich (6A) und im erhöhten Drehzahlbereich (6B) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei durch eine Kombination von Statorüberhang und Rotorüberhang die Wickelköpfe an der Drehmomentbildung beteiligt werden können und die Drehmomentanteile der Wickelköpfe auch durch den Wickelkopfverguss verstärkt werden können. Mit anderen Worten können die Streufelder verstärkt werden und sich an der Drehmomentbildung beteiligen. Wegen dieser Streufelder kann das Statorblech bzw. der Stator gesättigt sein, hinsichtlich der Ausbildung eines magnetischen Feldes. Wenn die Rotorteile (von denen jeweils nur ein linker Teil in 6A und 6B illustriert ist) axial verstellt werden bzw. verschoben werden, können sich die Streufelder nur begrenzt erhöhen. Dabei kann eine optimale Auslegung oder Bestimmung der Überhänge (Statorüberhang und/oder Rotorüberhang) sehr entscheidend für die Verbesserung der Feldschwächbarkeit sein, wobei die Überhangslängen durch Simulationen bestimmt werden können. Weitere Merkmale können hinzukommen und die Bauweisen können erweitert werden. 6A . 6B illustrate an exemplary electric machine 600 in the normal speed range ( 6A) and in the increased speed range ( 6B ) According to an embodiment of the present invention, wherein by a combination of stator overhang and rotor overhang the winding heads can be involved in the formation of torque and the torque components of the winding heads can also be reinforced by the winding head casting. In other words, the stray fields can be amplified and participate in the formation of torque. Because of these stray fields, the stator plate or the stator can be saturated, with regard to the formation of a magnetic field. If the rotor parts (of which only one left part in 6A and 6B is illustrated) are moved or moved axially, the stray fields can increase only limited. In this case, an optimal design or determination of the overhangs (stator overhang and / or rotor overhang) can be very crucial for improving the field weakenability, wherein the overhang lengths can be determined by simulations. Further features can be added and the construction methods can be extended.

Der Statorzahn 613 endet (axial) an der ersten axialen Position 621. Der Statorträger 611 ragt axial über die erste Axialposition 621 nach axial außerhalb des Statorzahns 613 um eine dritte Länge Is hinaus. Während im normalen Drehzahlbereich, wie in 6A gezeigt ist, der erste axiale Abstand zwischen Rotorschwerpunktposition 302 und Statorschwerpunktposition 312 (bzw. zwischen Rotor und Stator) eingenommen ist, welcher hier 0 ist, ragt der Permanentmagnet axial über die erste Axialposition 621 um eine erste Länge Ir1 hinaus. Dabei ist die erste Länge Ir1 kleiner als die dritte Länge Is. Wie aus 6B ersichtlich ist, ragt der Permanentmagnet 619 bei Einnahme des zweiten axialen Abstandes d2 zwischen der Schwerpunktposition 302 des Rotors und der Schwerpunktposition 312 des Stators um eine zweite Länge Ir2 über die erste Axialposition 621 axial nach axial außerhalb des Statorzahns 613 hinaus. Dabei ist die zweite Länge Ir2 größer als die dritte Länge Is, mit der der Statorüberhang bzw. der Statorträger über die erste Axialposition 621 axial nach außerhalb des Statorzahn 613 hinausragt.The stator tooth 613 ends (axially) at the first axial position 621 , The stator carrier 611 protrudes axially beyond the first axial position 621 axially outward of the stator tooth 613 by a third length Is beyond. While in the normal speed range, as in 6A is shown, the first axial distance between the rotor center of gravity position 302 and stator center of gravity position 312 (or between rotor and stator) is assumed, which is 0 here, the permanent magnet extends axially beyond the first axial position 621 by a first length Ir1 out. Here is the first length Ir1 smaller than the third length Is. Like out 6B it can be seen, the permanent magnet protrudes 619 when taking the second axial distance d2 between the center of gravity position 302 of the rotor and the center of gravity position 312 of the stator by a second length I r2 over the first axial position 621 axially to axially outside the stator tooth 613 out. Here is the second length I r2 greater than the third length Is, with the stator overhang or the stator via the first axial position 621 axially to the outside of the stator tooth 613 protrudes.

In der Elektromaschine 600, welche in 6A und 6B illustriert ist, wird eine Kombination von Statorüberhang, Rotorüberhang und Wickelkopfverguss bereitgestellt. Insbesondere ist der Wickelkopf 623 mit einem Einbettungsmaterial 624 umgeben, welches eine relative magnetische Permeabilität von größer 1 bzw. insbesondere zwischen 1,1 und 50 aufweist, umgeben. In anderen Ausführungsformen kann entweder nur ein Rotorüberhang (ohne Statorüberhang und ohne Wickelkopfverguss) oder nur ein Statorüberhang (ohne Rotorüberhang und ohne Wickelkopfverguss) oder nur ein Wickelkopfverguss (ohne einen Statorüberhang oder ohne einen Rotorüberhang) vorgesehen sein.In the electric machine 600 , what a 6A and 6B is illustrated, a combination of stator overhang, rotor overhang and winding head is provided. In particular, the winding head 623 with an embedding material 624 surrounded, which has a relative magnetic permeability of greater than 1 or in particular between 1.1 and 50 surrounded. In other embodiments, either only one rotor overhang (without stator overhang and without winding head encapsulation) or only one stator overhang (without rotor overhang and without winding head encapsulation) or only one winding head encapsulation (without a stator overhang or without a rotor overhang) can be provided.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können ferner Zusatzverluste, welche bei der mechanischen Feldschwächung auftreten können, vermindern. In konventionellen Elektromaschinen können im mechanischen Feldschwächungsbereich die magnetischen Felder an den Außenkanten des Rotors nicht durch ein softmagnetisches Material eingerichtet sein. Durch eine relative Bewegung zwischen dem Rotor und anderen Maschinenteilen können diese Felder zu Zusatzverlust in leitfähigen Materialien beitragen. Diese Zusatzverluste wurden von den Erfindern folgendermaßen identifiziert:

  1. 1. Die Eisenverluste im Stator wegen axialer Felder,
  2. 2. die Verluste in den Wickelköpfen wegen des Wechselfeldes (PM),
  3. 3. die Verluste in den leitfähigen Konstruktionsteilen.
Embodiments of the present invention may further reduce additive losses that may occur in mechanical field weakening. In conventional electric machines, in the mechanical field weakening region, the magnetic fields at the outer edges of the rotor can not be established by a soft magnetic material. Relative movement between the rotor and other machine parts may contribute to additional loss in conductive materials. These additional losses were identified by the inventors as follows:
  1. 1. The iron losses in the stator due to axial fields,
  2. 2. the losses in the windings due to the alternating field (PM),
  3. 3. the losses in the conductive construction parts.

Die von den Erfindern identifizierten Verlustmechanismen sind beispielhaft in 7 illustriert, wobei damit auch eine Elektromaschine in seitlicher Schnittansicht schematisch illustriert ist. Die in 7 illustrierte Elektromaschine 700 ist in einem Gehäuse 731 angeordnet, wobei durch den Permanentmagneten 719 erzeugte Felder 727 mit dem Gehäuse 731 interagieren und zu Verlusten führen können. Ferner können in dem Statorträger 711 Eisenverluste auftreten und in den Wickelköpfen 723 können Verluste wegen des Wechselfeldes auftreten. Gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Wickelköpfe der Elektromaschine derart ausgestaltet werden, dass Verluste auf den Wickelköpfen, insbesondere im Feldschwächungsbereich, vermindert oder sogar minimiert werden. Ferner kann eine veränderte Statorkonstruktion und eine neuartige Rotorkonstruktion für alle Rotortypen zur Verminderung von Zusatzverlusten eingesetzt werden. Damit kann hauptsächlich eine Reduktion in den Verlusten auf den leitfähigen Konstruktionsteilen ermöglicht sein, wobei eine geringere Reduktion der anderen Zusatzverluste auch zu erwarten ist. Ferner können auch Gehäuseverluste dadurch verhindert werden, dass das Gehäuse aus niederpermeablem Pulvermaterial mit einer erforderlichen Festigkeit gebaut wird. Das Gehäusematerial kann auch leitfähig sein, um eine Abschirmung von elektromagnetischen Feldern zu gewährleisten. Die optimalen elektromagnetischen Eigenschaften können durch Simulation optimiert werden.The loss mechanisms identified by the inventors are exemplary in FIG 7 illustrated, whereby also an electric machine is schematically illustrated in side sectional view. In the 7 illustrated electric machine 700 is in a housing 731 arranged, wherein by the permanent magnet 719 generated fields 727 with the housing 731 interact and lead to losses. Further, in the stator carrier 711 Iron losses occur and in the windings 723 losses due to the alternating field can occur. According to an embodiment of the present invention, the winding heads of the electric machine can be so be configured that losses on the winding heads, especially in the field weakening area, reduced or even minimized. Furthermore, a modified stator design and a novel rotor design can be used for all rotor types to reduce additional losses. Thus, a reduction in the losses on the conductive structural parts can be mainly made possible, with a smaller reduction of the other additional losses is also expected. Further, housing losses can also be prevented by constructing the housing of low permeability powder material having a required strength. The housing material may also be conductive to provide electromagnetic field shielding. The optimal electromagnetic properties can be optimized by simulation.

8 zeigt in schematischer seitlicher Schnittansicht eine Elektromaschine 800 , welche insbesondere ein neuartiges Wickelkopfkonzept aufweist. Dieser Bauweise liegt eine Erkenntnis der Erfinder zugrunde, dass, wenn Rotorteile axial verzogen bzw. verstellt werden, Permanentmagnetverluste in den Wickelköpfen verursacht sein können. Dabei können sich die Felder auf den Wickelköpfen im Feldschwächungsbereich für verschiedene Rotorkonstruktionen unterscheiden. Insbesondere können Elektromaschinen mit Oberflächen-Permanentmagneten höhere Streufelder auf den Wickelköpfen verglichen mit Elektromaschinen mit vergrabenen Permanentmagneten haben. Die Wickelkopfverluste können wegen externer Permanentmagnetfelder in beiden Elektromagnetmaschinen dadurch reduziert werden, dass die Wickelköpfe möglichst weit entfernt vom Rotor angeordnet werden. Wie in 8 illustriert ist, ist der Wickelkopf 823 radial (entlang der Richtung 807) relativ weit vom Rotor 801 angeordnet. Bei dieser Weise kann der Statorrückfluss oder Statorträger 811 länger als die Statorzähne 813 gebaut werden und der Wickelkopf 823 kann senkrecht zu einer Statorkante gewickelt bzw. gebogen bzw. angeordnet werden. Wegen eines zum Teil fehlenden Statorrückschlusses kann sich eine Maschinenkonstante ändern und das Drehmoment kann sich bei gleicher Stromeinprägung verringern, was jedoch in einem Auslegungsprozess berücksichtigt und betrachtet werden kann. 8th shows a schematic side sectional view of an electric machine 800 , which in particular has a novel winding head concept. This design is based on a finding of the inventors that, if rotor parts are axially distorted or displaced, permanent magnet losses can be caused in the winding heads. The fields on the winding heads in the field weakening area can differ for different rotor designs. In particular, electric machines with surface permanent magnets can have higher stray fields on the end windings compared to buried permanent magnet electric machines. The winding head losses can be reduced because of external permanent magnetic fields in both electromagnetic machines in that the winding heads are arranged as far away from the rotor. As in 8th is illustrated, is the winding head 823 radially (along the direction 807 ) relatively far from the rotor 801 arranged. In this way, the stator reflux or stator can 811 longer than the stator teeth 813 be built and the winding head 823 can be wound or bent or arranged perpendicular to a stator edge. Due to a partly missing stator yoke, a machine constant can change and the torque can be reduced with the same current injection, which, however, can be considered and considered in a design process.

9A, 9B, 9C illustrieren in schematischer Weise einen Wickelkopfbereich bzw. verschiedenen Varianten einer Ausbildung eines Wickelkopfes (9A, 9B, 9C) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Insbesondere kann ein elektrischer Leiter 926, welcher den Wickelkopf 923 zumindest teilweise bildet, in bestimmter Weise gebogen werden, insbesondere senkrecht zu einer Statorkante 910 gebogen werden. In einem ersten Axialbereich ab1 erstreckt sich der elektrische Leiter 926 in axialer Richtung 903 entlang des Statorzahns 913 und in einem zweiten Axialbereich ab2, welcher axial außerhalb des Statorzahns 913 liegt, bildet der elektrische Leiter 926 zumindest teilweise einen Wickelkopf 923. Die in 9A bis 9C illustrierten Wickelköpfe 923 können dabei von einem Einbettungsmaterial umgeben sein oder können frei von einem Einbettungsmaterial sein. 9A . 9B . 9C illustrate diagrammatically a winding head region or different variants of a development of a winding head ( 9A . 9B . 9C ) according to an embodiment of the present invention. In particular, an electrical conductor 926 which the winding head 923 at least partially forms, be bent in a certain way, in particular perpendicular to a stator edge 910 be bent. In a first axial area ab1 extends the electrical conductor 926 in the axial direction 903 along the stator tooth 913 and in a second axial area starting at 2 , which axially outside the stator tooth 913 lies, forms the electrical conductor 926 at least partially a winding head 923 , In the 9A to 9C illustrated winding heads 923 may be surrounded by an embedding material or may be free of an embedding material.

Die in 9A bis 9C illustrierten Wickelköpfe 923 weisen ein axial inneres Ende 928 auf, welches mit der ersten Axialposition 921 übereinstimmt. Ferner weisen die Wickelköpfe 923 ein axial äußeres Ende 930 auf, welches beispielsweise mit einer axialen Endposition eines Rotors übereinstimmen kann. In dem ersten Axialbereich ab1 ist der elektrische Leiter 926 vollständig in einem ersten Radialbereich rb1 angeordnet und der elektrischer Leiter 926 ist in dem zweiten Axialbereich ab2 in einem zweiten Radialbereich rb2 angeordnet, der zumindest einen Teilradialbereich trb umfasst, der nicht mit dem ersten Radialbereich rb1 überlappt. Dabei ist der Teilradialbereich trb radial weiter von einem Rotor (welcher in den 9A bis 9C oberhalb der Wicklungen 923 angeordnet ist) entfernt angeordnet als der erste Radialbereich rb1.In the 9A to 9C illustrated winding heads 923 have an axially inner end 928 on, which with the first axial position 921 matches. Furthermore, the winding heads 923 an axially outer end 930 which may, for example, coincide with an axial end position of a rotor. In the first axial area ab1 is the electrical conductor 926 completely in a first radial area r b1 arranged and the electrical conductor 926 is in the second axial region starting at 2 in a second radial area r b2 arranged, which comprises at least a partial radial area trb, which is not with the first radial area r b1 overlaps. In this case, the partial radial region trb is further radially from a rotor (which in the 9A to 9C above the windings 923 disposed) as the first radial region r b1 ,

Eine Ausdehnung des Teilradialbereichs trb relativ zu einer Ausdehnung des ersten radialen Bereiches rb1 kann variieren, wobei ein Verhältnis trb/rb1 zwischen 0,2 und 5 liegen kann, insbesondere zwischen 1 und 5, ferner insbesondere zwischen 3 und 5. Je höher dieses Verhältnis ist, umso weiter kann zumindest ein Teil des Wickelkopfes 926 entfernt von dem Rotor angeordnet sein. Gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Biegegeometrie des elektrischen Leiters 926 derart bestimmt oder optimiert, um den Teilradialbereich möglichst weit entfernt von dem Rotor anordnen zu können.An extension of the partial radial area trb relative to an extension of the first radial area r b1 may vary, wherein a ratio trb / rb1 may be between 0.2 and 5, in particular between 1 and 5, and in particular between 3 and 5. The higher this ratio, the further at least a part of the winding head 926 be arranged away from the rotor. According to an embodiment of the present invention, a bending geometry of the electrical conductor 926 determined or optimized so as to be able to arrange the partial radial region as far away from the rotor as possible.

Wie in 9B ersichtlich ist, umfasst der elektrische Leiter 926 einen Abschnitt 932, welcher sowohl eine radial orientierte Komponente, als auch eine axial orientierte Komponente aufweist, wobei der elektrische Leiter 926 weg von dem in 9B oberhalb angeordneten Rotor gebogen ist. Wie in 9C illustriert ist, weist der elektrische Leiter 926 in dem zweiten Axialbereich ab2 einen Abschnitt auf, dessen Längsrichtung radial orientiert ist und der Leiter weist eine Biegung 934 auf, welche eine Verlaufsrichtung um etwa 90 Grad von dem Rotor weg ändert. Die in 9C illustrierte Wicklungskonfiguration kann auch als eine Stirnwicklung bezeichnet werden und die in 9B illustrierte Wicklungskonfiguration kann auch als eine Kegelmantelwicklung bezeichnet sein.As in 9B can be seen, includes the electrical conductor 926 a section 932 , which has both a radially oriented component, and an axially oriented component, wherein the electrical conductor 926 away from that in 9B above arranged rotor is bent. As in 9C is illustrated, the electrical conductor 926 in the second axial area starting at 2 a portion whose longitudinal direction is radially oriented and the conductor has a bend 934 which changes a course direction about 90 degrees away from the rotor. In the 9C illustrated winding configuration may also be referred to as a front winding and the in 9B illustrated winding configuration may also be referred to as a cone-shell winding.

10 illustriert in schematischer seitlicher Schnittansicht eine Elektromaschine 1000 , wobei ein Wickelkopf 1023 gemäß der in 9C illustrierten Bauweise Verwendung findet. Die in 10 illustrierten Elemente sind mit dem selben Bezugszeichen bezeichnet wie die in 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 illustrierten Elemente, unterscheiden sich jedoch durch die vorangestellten ein bis zwei Ziffern. Damit kann eine Elektromaschine mit Stirnwicklung bereitgestellt werden. 10 kann ein Betriebszustand in Normaldrehzahlbereich illustrieren oder einen Betriebszustand in erhöhtem Drehzahlbereich. In Kombination mit der spezifischen Wicklungskonfiguration, welche in 10 dargestellt ist, kann ein Statorüberhang und/oder ein Rotorüberhang und/oder ein Wickelkopfverguss vorgesehen sein. 10 Illustrates a schematic side sectional view of an electric machine 1000 , wherein a winding head 1023 according to the in 9C illustrated Construction is used. In the 10 Illustrated elements are designated by the same reference numerals as those in FIG 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th and 9 illustrated elements, however, differ by the preceding one to two digits. Thus, an electric machine can be provided with front winding. 10 may illustrate an operating condition in normal speed range or an operating condition in increased speed range. In combination with the specific winding configuration used in 10 is shown, a stator overhang and / or a rotor overhang and / or a winding head casting may be provided.

Die Streufelder können an Außenkanten des Rotors durch Konstruktionsmaßnahmen vermindert oder sogar minimiert werden. Dabei können neue Stator- und Rotorkonstruktionen definiert werden. Zum Beispiel können, wenn der Statorrückschluss länger gebaut wird, die Streufelder außerhalb des Stators zum Teil eingerichtet werden. The stray fields at the outer edges of the rotor can be reduced or even minimized by design measures. New stator and rotor designs can be defined. For example, if the stator yoke is built longer, the stray fields outside the stator may be partially established.

Eine derartige Bauweise ist schematisch in 11A (Grunddrehzahlbereich) und 11B (Feldschwächungsbereich) in seitlicher schematischer Schnittansicht illustriert. Insbesondere kann der gesamte Verlust durch einen Statorüberhang reduziert werden oder durch eine Kombination von Statorüberhang und/oder Rotorüberhang und/oder Wickelkopfverguss. Zusätzliche Felder im Stator können jedoch mit Verlusten verbunden sein. Daher kann eine Änderung der Rotorkonstruktion eine Verminderung der Zusatzverluste herbeiführen. Gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Reduzierung bzw. Minimierung der Streufelder an den Permanentmagnetkanten im Feldschwächungsbereich durch eine neuartige Rotorkonstruktion erreicht, wobei im Grunddrehzahlbereich die magnetischen Felder durch den Stator und den Rotor eingerichtet sind.Such a construction is shown schematically in FIG 11A (Basic speed range) and 11B (Field weakening area) illustrated in side schematic sectional view. In particular, the total loss can be reduced by a stator overhang or by a combination of stator overhang and / or rotor overhang and / or winding head encapsulation. However, additional fields in the stator can be associated with losses. Therefore, a change in the rotor design can bring about a reduction in the additional losses. According to an embodiment of the present invention, a reduction or minimization of the stray fields at the permanent magnetic edges in the field weakening region is achieved by a novel rotor construction, wherein in the base rotational speed range the magnetic fields are established by the stator and the rotor.

12A, 12B, 12C und 12D illustrieren in schematischer seitlicher Schnittansicht Elektromaschinen gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Rotorrückschlussstrukturen, welche insbesondere zur Reduzierung von Streufeldern entworfen sind. Hierbei handelt es sich jeweils um eine Oberflächen-Permanentmagnet-Elektromaschinen, wobei Erweiterungen dieser Bauweise möglich sind. Insbesondere sind die gleichen Rotorkonstruktionen auch für andere Rotortypen anwendbar bzw. gültig. Dabei können die Rotorrückschlussüberhänge aus einem anderen Material als der Rotorrückschluss gebaut werden. Die in 12A bis 12D illustrierten Elektromaschinen können einen Permanentmagnet-Kurzschluss realisieren, wobei die Rotorrückschluss-Überhänge für jede Auslegung optimiert werden können. 12A . 12B . 12C and 12D illustrate in schematic side sectional view electric machines according to embodiment of the present invention with rotor yoke structures, which are designed in particular for the reduction of stray fields. These are each a surface permanent magnet electric machines, with extensions of this design are possible. In particular, the same rotor designs are also applicable or valid for other rotor types. The rotor overflow overhangs can be built from a different material than the rotor yoke. In the 12A to 12D illustrated electric machines can realize a permanent magnet short circuit, whereby the rotor yoke overhangs can be optimized for each design.

Die in 12A bis 12D illustrierten Elektromaschinen weisen jeweils eine Rotorrückschlussstruktur 1239 auf, welche axial außerhalb des jeweiligen Permanentmagneten 1219 angeordnet ist. Der Permanentmagnet 1219 ragt im Falle des zweiten axialen Abstandes d2 axial über die erste Axialposition 1221, um eine Überhangslänge oder um eine zweite Länge Ir2 nach axial außerhalb des Statorzahns 1213 hinaus. Die Rotorrückschlussstruktur ist hier in 12A bis 12D, insbesondere teilweise durch den Rotorträger 1217 gebildet, wobei dieser Träger in dem Bereich der Rotorrückschlussstruktur 1239 in den Ausführungsformen, welche in bis illustriert sind, zumindest teilweise eine rechteckige Querschnittsform aufweist. Eine radiale Ausdehnung ra der Rotorrückschlussstruktur kann durch Simulationen optimiert werden.In the 12A to 12D Illustrated electric machines each have a rotor yoke structure 1239 on which axially outside the respective permanent magnet 1219 is arranged. The permanent magnet 1219 protrudes in the case of the second axial distance d2 axially beyond the first axial position 1221 to an overhang length or to a second length I r2 axially outward of the stator tooth 1213 out. The rotor yoke structure is here in 12A to 12D , in particular partially by the rotor carrier 1217 formed, wherein this carrier in the region of the rotor yoke structure 1239 in the embodiments which are in to illustrated, at least partially has a rectangular cross-sectional shape. A radial extent ra of the rotor yoke structure can be optimized by simulations.

In der in 12B illustrierten Ausführungsform hat die Rückschlussstruktur 1239 ein gleiches radiales Niveau, wie eine Oberfläche des Permanentmagneten 1219, wogegen das radiale Niveau der Rotorrückschlussstruktur 1239 im Falle der Abbildung oder 12A unterhalb des radialen Niveaus bzw. der Oberfläche des Permanentmagneten 1219 liegt. 12C illustriert den Fall, in welchem zwischen dem Permanentmagneten 1219 und zumindest einem Teil der Rotorrückschlussstruktur 1239 eine Lücke 1241 vorgesehen ist, deren axiale Ausdehnung aa variabel gemäß Simulationen optimiert werden kann. Auch die axialen Ausdehnungen aa bzw. die radialen Ausdehnungen ra, welche in 12A bis 12D illustriert sind, können gemäß Anforderungen oder Simulationen verändert bzw. optimiert werden.In the in 12B illustrated embodiment has the conclusion structure 1239 a same radial level as a surface of the permanent magnet 1219 whereas the radial level of the rotor yoke structure 1239 in the case of the picture or 12A below the radial level or the surface of the permanent magnet 1219 lies. 12C illustrates the case in which between the permanent magnet 1219 and at least a part of the rotor yoke structure 1239 a gap 1241 is provided, the axial extent aa can be optimized variably according to simulations. The axial expansions aa and the radial expansions ra, which in 12A to 12D can be changed or optimized according to requirements or simulations.

12D illustriert eine Ausführungsform, in welcher sich die Rotorrückschlussstruktur 1239 mit zunehmender Axialentfernung von den Permanentmagneten 1219 verjüngt und zwar in primärer Weise. Eine Steigung der Verjüngung kann durch Simulation optimiert werden. 12D illustrates an embodiment in which the rotor yoke structure 1239 with increasing axial distance from the permanent magnets 1219 rejuvenated in a primary way. A slope of the taper can be optimized by simulation.

Gemäß Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann ein Permanent-Kurzschluss zumindest teilweise auch mit einer sich mit dem Rotor drehenden Scheibe realisiert werden, wie beispielhaft in 13 illustriert ist. Dabei kann eine leitfähige Scheibe 1343 möglichst in der Nähe von einem Elektromaschinegehäuse 1331 gebaut werden. Die Scheibe 1343 kann unterschiedliche Bauformen haben und aus verschiedenen Materialen oder unterschiedlichen Materialien gefertigt werden. Die Motoren von Außenläufermotoren können mit einer einseitigen Rotorglocke zum Lager befestigt werden. Eine beispielhafte Darstellung ist in 14 illustriert, wobei in diesem Fall die Rotorglocke 1345, welche die Scheibe 1443 umfasst, als Permanentmagnet-Kurzschluss-Scheibe und Rotorrückschluss genutzt werden kann.According to embodiments of the present invention, a permanent short circuit can be realized, at least partially, also with a disk rotating with the rotor, as exemplified in FIG 13 is illustrated. This can be a conductive disk 1343 as close as possible to an electric machine housing 1331 be built. The disc 1343 can have different designs and be made of different materials or different materials. The motors of external rotor motors can be attached to the bearing with a single-sided rotor bell. An exemplary representation is in 14 illustrated, in which case the rotor bell 1345 which the disc 1443 includes, can be used as a permanent magnet short-circuit disc and rotor yoke.

15A bis 15C illustrieren mögliche Konstruktionsweisen einer Rotorrückschlussstruktur, welche eine Scheibe 1543 umfasst. Dabei illustriert eine mögliche Rotorglocke-Konstruktion für eine Außenläufermaschine mit beiderseitiger mechanischer Feldschwächung, 15B illustriert eine mögliche Konstruktion einer Rotorglocke für eine Außenläufermaschine mit einseitiger mechanischer Feldschwächung und 15C illustriert eine mögliche Rotorglocke-Konstruktion für eine Außenläufermaschine mit einseitiger mechanischer Feldschwächung und Rotorrückschlussüberhang. Dabei ist in 15C der Rotorrückschlussüberhang durch Bezugszeichen 1547 bezeichnet, welcher Rotorrückschlussüberhang axial nach außerhalb des Permanentmagneten 1519 hinausragt bzw. übersteht. Permanentmagnet-Kurzschlusskonstruktionen können eingesetzt werden, um Gehäuseverluste zu minimieren und ggf. aufzuheben. Der Abstand zwischen den Maschinenteilen und dem Gehäuse kann demzufolge kürzer ausgelegt werden (ohne die Dicke des Rotorrückschlussüberhangs oder der Kurzschluss-Scheibe). Deswegen kann ein Permanentmagnet-Kurzschluss nicht nur eine Reduzierung der Verluste, sondern auch einen kompakteren gesamten Antrieb ermöglichen. In bestimmten Anwendungen kann die Permanentmagnet-Kurzschluss-Scheibe auch als eine Wirbelstrombremse eingesetzt oder benutzt werden. 15A to 15C illustrate possible constructions of a rotor yoke structure which is a disk 1543 includes. Illustrated a possible rotor bell construction for an external rotor machine with mutual mechanical field weakening, 15B illustrates a possible construction of a rotor bell for an external rotor machine with one-sided mechanical field weakening and 15C illustrates a possible rotor bell construction for an external rotor machine with one-sided mechanical field weakening and rotor back-over overhang. It is in 15C the Rotorrückschlussüberhang by reference numerals 1547 denotes which Rotorrückschlussüberhang axially outward of the permanent magnet 1519 protrudes or survives. Permanent magnet short-circuit designs can be used to minimize and, if necessary, cancel out housing losses. As a result, the distance between the machine parts and the housing can be made shorter (without the thickness of the rotor return overhang or the short-circuit disk). Therefore, a permanent magnet short circuit can not only reduce the losses, but also allow for a more compact overall drive. In certain applications, the permanent magnet shorting disc may also be used or used as an eddy current brake.

16A bis 16H illustrieren mögliche Ausführungsbeispiele einer Elektromaschine, welche durch die vorliegende Anmeldung bereitgestellt werden. Es ist jeweils der Betriebszustand der Elektromaschine in einem Normaldrehzahlbereich dargestellt, wobei somit zwischen dem Rotor und dem Stator ein erster axialer Abstand eingenommen ist. Alle in 16 dargestellten Ausführungsbeispiele ermöglichen jedoch eine Einstellung eines zweiten axialen Abstands zwischen Rotor und Stator, welcher insbesondere in dem erhöhten Drehzahlbereich (Feldschwächungsbereich) eingenommen werden kann. Die in 16B, 16E, 16F und 16H illustrierten Ausführungsbeispiele weisen einen Statorüberhang auf. Die in 16C, 16E, 16G und 16H illustrierten Ausführungsformen weisen einen Rotorüberhang auf. Die in 16D, 16F und 16G illustrierten Ausführungsbeispiele weisen Wickelköpfe auf, welche in ein Einbettungsmaterial hoher relativer magnetischer Permeabilität (größer eins) eingebettet sind. wird eine Elektromaschine bereitgestellt, welche die in 16C, 16E, 16G oder 16H gezeigte Merkmale aufweist. 16A to 16H illustrate possible embodiments of an electric machine provided by the present application. It is shown in each case the operating state of the electric machine in a normal speed range, thus, between the rotor and the stator, a first axial distance is taken. Alone 16 However, embodiments shown allow adjustment of a second axial distance between the rotor and stator, which in particular in the increased speed range (field weakening range) can be taken. In the 16B . 16E . 16F and 16H illustrated embodiments have a stator overhang. In the 16C . 16E . 16G and 16H illustrated embodiments have a rotor overhang. In the 16D . 16F and 16G illustrated embodiments have end windings embedded in a high relative magnetic permeability (greater than one) embedding material. an electric machine is provided, which the in 16C . 16E . 16G or 16H having shown features.

17A, 17B zeigen eine weitere Ausführungsform einer Elektromaschine 1700 im Grunddrehzahlbereich (17A) und im Feldschwächungsbereich (17B), welche eine mechanische Feldschwächung effektiver machen kann. Die in 17A,B illustrierte Elektromaschine 1700 weist sowohl einen Statorüberhang, als auch einen Rotorüberhang, als auch einen Wickelkopfverguss, als auch einen Permanent-Magnetkurzschluss (Rotorrückschlussstrukturen) auf. Der Stator weist einen Statorüberhang einer dritten Länge Is auf, der Permanentmagnet weist einen Rotorüberhang einer ersten Länge Ir1, bei dem ersten axialen Abstand zwischen Stator und Rotor bzw. eine Überhangslänge oder zweite Länge Ir2 während des zweiten axialen Abstandes d2 zwischen Rotor und Stator auf. Dabei kann der zweite axiale Abstand durch Bezugsziffer d2 als der axiale Abstand zwischen den Schwerpunktkoordinaten 1702 des Rotors und 1712 des Stators definiert sein. Ferner weist die Wicklung 1723 einen Wickelverguss 1724 aus hoch permeablem Material auf. Ferner weist die Elektromaschine 1700 eine Rotorrückschlussstruktur 1739 auf, welche axial außerhalb des Permanentmagneten 1719 angeordnet ist. 17A . 17B show a further embodiment of an electric machine 1700 in the base speed range ( 17A) and in the field weakening area ( 17B ), which can make mechanical field weakening more effective. In the 17A, B illustrated electric machine 1700 has both a stator overhang, as well as a rotor overhang, as well as a winding head encapsulation, as well as a permanent magnetic short circuit (Rotorrückschlussstrukturen) on. The stator has a stator overhang of a third length is on, the permanent magnet has a rotor overhang of a first length Ir1 , at the first axial distance between stator and rotor or an overhang length or second length I r2 during the second axial distance d2 between rotor and stator. In this case, the second axial distance by reference numeral d2 as the axial distance between the center of gravity coordinates 1702 of the rotor and 1712 be defined by the stator. Furthermore, the winding has 1723 a lap casting 1724 Made of highly permeable material. Furthermore, the electric machine 1700 a rotor yoke structure 1739 on which axially outside the permanent magnet 1719 is arranged.

18A (Grunddrehzahlbereich) und 18B (Feldschwächungsbereich) illustrieren schematisch in seitlicher Schnittansicht eine Elektromaschine 1800. Die Elektromaschine 1800 weist eine Rotorrückschlussstruktur 1839 auf sowie einen Wickelkopf 1823, welcher als eine Stirnwicklung bzw. einem Stirnwicklungskopf ausgeführt ist, sodass die Wicklung 1823 möglichst weit von dem Permanentmagneten 1819 (in radialer Richtung betrachtet) angeordnet ist. 18A (Grunddrehzahlbereich) and 18B (field weakening area) illustrate schematically in side sectional view of an electric machine 1800 , The electric machine 1800 has a rotor yoke structure 1839 on and a winding head 1823 , which is designed as an end winding or an end winding head, so that the winding 1823 as far as possible from the permanent magnet 1819 (viewed in the radial direction) is arranged.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.The features disclosed in the foregoing description, the appended claims and the appended figures may be taken to be and effect both individually and in any combination for the realization of an embodiment in its various forms.

Claims (13)

Vorrichtung für eine Elektro-Maschine, aufweisend: einen Stator mit einem Statorträger (611, 1711) und mindestens einem Statorzahn (613, 1713), der sich in einer axialen Richtung (203-1803) erstreckt und an einem Axialende des Statorzahns (613, 1713) an einer ersten Axialposition (621, 1721) endet; und einen Rotor mit mindestens einem Permanentmagneten (619, 1719), wobei der Rotor relativ zu dem Stator um eine in der axialen Richtung (203-1803) verlaufende Drehachse bei einem ersten axialen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor und bei einem zweiten axialen Abstand (d2) zwischen dem Stator und dem Rotor drehbar ist, wobei der Rotor und/oder der Stator jeweils durch einen ersten Teil (305a, 301a) und einen zweiten Teil (305b, 301b) gebildet ist, die spiegelsymmetrisch angeordnet sind, wobei eine Spiegelebene (325-1825) senkrecht zu der Drehachse orientiert ist und von der ersten Axialposition (621, 1721) beabstandet ist, wobei dem ersten Teil (305a, 301a) und dem zweiten Teil (305b, 301b) jeweils ein erster axialer Abstand zwischen Rotor und Stator und ein zweiter axialer Abstand (d2) zwischen Rotor und Stator zugeordnet sind, wobei jeweils ausgehend von dem ersten axialen Abstand der erste Teil des Rotors und der zweite Teil des Rotors in entgegengesetzten axialen Richtungen von der Spiegelebene 325-1825) weg bewegt werden, um den jeweils zweiten axialen Abstand (d2) zu erreichen,wobei die folgenden Merkmale verwirklicht sind: der Statorträger (611, 1711) ragt axial über die erste Axialposition (621,1721) nach axial außerhalb des Statorzahns (613, 1713) hinaus und der Permanentmagnet (619, 1719) ragt bei jedem axialen Abstand zwischen Stator und Rotor, bei dem der Rotor relativ zu dem Stator drehbar ist, axial über die erste Axialposition (621, 1721) nach axial außerhalb des Statorzahns (613, 1713) hinaus.Apparatus for an electric machine, comprising: a stator having a stator support (611, 1711) and at least one stator tooth (613, 1713) extending in an axial direction (203-1803) and at an axial end of the stator tooth (613, 1713) terminates at a first axial position (621, 1721); and a rotor having at least one permanent magnet (619, 1719), the rotor relative to the stator about an axis of rotation in the axial direction (203-1803) at a first axial distance between the stator and the rotor and at a second axial distance (d2) is rotatable between the stator and the rotor, wherein the rotor and / or the stator in each case by a first part (305 a, 301 a) and a second part (305 b, 301 b) is formed, which are arranged mirror-symmetrically, wherein a mirror plane (325-1825) is oriented perpendicular to the axis of rotation and from the first axial position (621, 1721), wherein the first part (305a, 301a) and the second part (305b, 301b) each have a first axial distance between rotor and stator and a second axial distance (d2) between the rotor and the stator are associated, each starting from the first axial distance of the first part of the rotor and the second part of the rotor in opposite axial directions from the mirror plane 325-1825) are moved away to reach the respective second axial distance (d2) wherein the stator features (611, 1711) extend axially beyond the first axial position (621, 1721) axially outward of the stator tooth (613, 1713) and the permanent magnet (619, 1719) projects at each axial distance between the stator and the rotor, wherein the rotor is rotatable relative to the stator, axially beyond the first axial position (621, 1721) axially outward of the stator tooth (613, 1713). Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner ausweisend: einen elektrischen Leiter (926,1026), der sich, in Umfangsrichtung angrenzend an den Statorzahn (613, 1713), in einem ersten Axialbereich (ab1) in axialer Richtung entlang des Statorzahns (613, 1713) erstreckt und der in einem zweiten Axialbereich (ab2), der axial außerhalb des Statorzahns (613, 1713) liegt, zumindest teilweise einen Wickelkopf (623, 1723) bildet.Device according to Claim 1 , further comprising: an electrical conductor (926, 1026) extending in the circumferential direction adjacent to the stator tooth (613, 1713) in a first axial region (ab1) in the axial direction along the stator tooth (613, 1713); a second axial region (ab2), which lies axially outside the stator tooth (613, 1713), at least partially forms a winding head (623, 1723). Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Leiter (926,1026) in dem Wickelkopf (623, 1723) zumindest teilweise von einem Einbettungsmaterial (624,1724) umgeben ist, insbesondere eingebettet ist, das eine relative magnetische Permeabilität von größer als eins, insbesondere zwischen 1 + 0,4 × 10-6 und 50, aufweist, wobei das Einbettungsmaterial (624, 1724) insbesondere an das Axialende des Statorzahns (613, 1713) angrenzt und/oder insbesondere axial außerhalb des Statorzahns (613, 1713) an den Statorträger (611, 1711) angrenzt.Device according to Claim 2 in which the conductor (926, 1026) in the winding head (623, 1723) is at least partially surrounded, in particular embedded, by an embedding material (624, 1724) which has a relative magnetic permeability of greater than one, in particular between 1 + 0, 4 × 10 -6 and 50, wherein the embedding material (624, 1724) in particular adjacent to the axial end of the stator tooth (613, 1713) and / or in particular axially outside of the stator tooth (613, 1713) to the stator (611, 1711 ) adjoins. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Wickelkopf (623, 1723) ein axial inneres Ende (928), welches mit der ersten Axialposition übereinstimmt, und ein axial äußeres Ende (930) aufweist, welches mit einer Axialposition übereinstimmt, bis zu der der Permanentmagnet (619, 1719) im Falle des ersten axialen Abstands hinausragt und/oder bis zu der der Statorträger (611, 1711) axial über die erste Axialposition nach axial außerhalb des Statorzahns (613, 1713) hinausragt.Device according to one of the Claims 2 or 3 wherein the winding head (623, 1723) has an axially inner end (928) which coincides with the first axial position and an axially outer end (930) which coincides with an axial position, to which the permanent magnet (619, 1719) protrudes in the case of the first axial distance and / or to which the stator (611, 1711) extends axially beyond the first axial position to axially outside of the stator tooth (613, 1713). Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei der elektrische Leiter (926,1026) in dem ersten Axialbereich (ab1), welcher von der ersten Axialposition nach innerhalb des Statorzahns (613, 1713) hin reicht, vollständig in einem ersten Radialbereich (rb1) angeordnet ist, wobei der elektrische Leiter (926, 1026) in dem zweiten Axialbereich (ab2), welcher von der ersten Axialposition nach außerhalb des Statorzahns hin reicht, in einem zweiten Radialbereich (rb2) angeordnet ist, der zumindest einen Teilradialbereich (tbr) umfasst, der nicht mit dem ersten Radialbereich überlappt, wobei der Teilradialbereich (tbr) radial weiter von dem Rotor entfernt angeordnet ist als der erste Radialbereich (rb1).Device according to one of the preceding Claims 2 to 4 wherein the electrical conductor (926, 1026) in the first axial region (ab1), which extends from the first axial position within the stator tooth (613, 1713), is disposed completely in a first radial region (rb1), the electrical conductor (926, 1026) in the second axial region (ab2), which extends from the first axial position to the outside of the stator tooth, is arranged in a second radial region (rb2), which comprises at least a partial radial region (tbr), which does not coincide with the first radial region overlaps, wherein the partial radial region (tbr) is arranged radially further away from the rotor than the first radial region (rb1). Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der elektrische Leiter (926, 1026) in dem zweiten Axialbereich (ab2) eine Biegung (934), insbesondere um zwischen 70° und 90°, weg von dem Rotor aufweist.Device according to Claim 5 wherein the electrical conductor (926, 1026) in the second axial region (ab2) has a bend (934), in particular around between 70 ° and 90 °, away from the rotor. Vorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der elektrische Leiter (926, 1026) in dem zweiten Axialbereich (ab2) zumindest einen Abschnitt (932) aufweist, dessen Längsrichtung radial orientiert ist, und/oder einen Abschnitt (932), der sowohl eine radial orientierte Komponente als auch eine axial orientierte Komponente aufweist.Device according to Claim 5 or 6 wherein the electrical conductor (926, 1026) in the second axial region (ab2) has at least one portion (932) whose longitudinal direction is radially oriented, and / or a portion (932) which is both a radially oriented component and an axial one oriented component. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Falle des zweiten axialen Abstands (d2) eine geringere axiale Überdeckung zwischen Rotor und Stator erreicht ist als im Falle des ersten axialen Abstands, wobei der erste axiale Abstand in einem ersten Drehzahlbereich (109) und der zweite axiale Abstand (d2) in einem zweiten Drehzahlbereich (111), der höher als der erste Drehzahlbereich (109) ist, einstellbar sind, um im zweiten Drehzahlbereich (111) eine Feldschwächung zu erreichen, sodass eine im Betrieb induzierte Spannung kleiner als eine Versorgungsspannung einer Statorwicklung ist, die zumindest teilweise durch den elektrischen Leiter (926, 1026) gebildet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein in the case of the second axial distance (d2) a lower axial overlap between the rotor and stator is achieved than in the case of the first axial distance, wherein the first axial distance in a first speed range (109) and the second axial distance (d2) in a second speed range (111), which is higher than the first speed range (109), are adjustable in order to achieve field weakening in the second speed range (111), so that an operating-induced voltage is less than a supply voltage of a Stator winding is at least partially formed by the electrical conductor (926, 1026). Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Permanentmagnet (619, 1719) im Falle des ersten axialen Abstands um eine erste Länge (Ir1) und im Falle des zweiten axialen Abstands (d2) um eine zweite Länge (Ir2), die größer als die erste Länge (lr1) ist, axial über die erste Axialposition nach axial außerhalb des Statorzahns (613, 1713) hinausragt, wobei der Statorträger (611, 1711) um eine dritte Länge (Is) axial über die erste Axialposition (621, 1721) nach axial außerhalb des Statorzahns (613, 1713) hinausragt, wobei die erste Länge (Ir1) kleiner ist als die dritte Länge (Is), wobei die zweite Länge (Ir2) größer ist als die dritte Länge (Is), wobei die zweite Länge (Ir2) insbesondere einer axialen Ausdehnung des Wickelkopfes (623, 1723) gleicht. Device according to one of the preceding claims, wherein the permanent magnet (619, 1719) in the case of the first axial distance by a first length (Ir1) and in the case of the second axial distance (d2) by a second length (Ir2), which is greater than that first length (lr1) is axially beyond the first axial position to outside of the stator tooth (613, 1713) protrudes, wherein the stator (611, 1711) by a third length (Is) axially beyond the first axial position (621, 1721) axially outwardly of the stator tooth (613, 1713), wherein the first length (Ir1) is smaller than the third length (Is), the second length (Ir2) being greater than the third length (Is), the second length ( Ir2) in particular an axial extent of the winding head (623, 1723) is equal. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ferner eine mit dem Rotor mitrotierende Rotorrückschlussstruktur (1739) aufweist, welche axial außerhalb des Permanentmagneten (619, 1719) angeordnet ist, wenn der zweite axiale Abstand (d2) eingenommen ist.An apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the apparatus further comprises a rotor back-up structure (1739) co-rotating with the rotor, located axially outward of the permanent magnet (619, 1719) when the second axial distance (d2) is taken. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Rotor ferner einen Träger (617, 1717) aufweist, an dem der Permanentmagnet (619, 1719) angebracht ist, wobei die Rotorrückschlussstruktur (1739) zumindest teilweise durch den Träger (617, 1717) gebildet ist, wobei der Träger (617, 1717) axial außerhalb des Permanentmagneten (619, 1719) insbesondere zumindest teilweise eine rechteckige Querschnittsform aufweist.Device according to Claim 10 wherein the rotor further comprises a support (617, 1717) to which the permanent magnet (619, 1719) is attached, the rotor return structure (1739) being formed at least partially by the support (617, 1717), the support (617 , 1717) axially outside the permanent magnet (619, 1719), in particular at least partially has a rectangular cross-sectional shape. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei sich der Träger (1239) in seiner radialen Ausdehnung mit zunehmender axialer Entfernung von dem Permanentmagneten (619, 1719), insbesondere in linearer Weise, verjüngt.Device according to Claim 11 , wherein the support (1239) tapers in its radial extent with increasing axial distance from the permanent magnet (619, 1719), in particular in a linear manner. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Rotorrückschlussstruktur (1739) eine Scheibe (1343-1543) umfasst, die in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse angeordnet ist und mit dem Rotor verbunden ist.Device according to one of the Claims 10 to 12 wherein the rotor yoke structure (1739) comprises a disc (1343-1543) disposed in a plane perpendicular to the axis of rotation and connected to the rotor.
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