DE102013212616A1

DE102013212616A1 - Rotor for an electric machine, wherein on the rotor a plurality of rotor poles are arranged over its circumference

Info

Publication number: DE102013212616A1
Application number: DE102013212616.6A
Authority: DE
Inventors: Dieter Maier; Johannes Schmid; Bernd Reinsch; Steven Andrew Evans; Jochen Geissler; Arne Huber; Mario Peters; Heiko Sponar; Jochen Weidlich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-12-31

Abstract

Rotor für eine elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors, wobei an dem Rotor über seinen Umfang mehrere Rotorpole angeordnet sind, wobei zwischen den Rotorpolen Magnetelemente angeordnet sind, wobei die sich Magnetelemente radial nach außen hin verjüngen.Rotor for an electrical machine and method for producing such a rotor, several rotor poles being arranged on the rotor over its circumference, magnetic elements being arranged between the rotor poles, the magnetic elements tapering radially outward.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht von einer elektrischen Maschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. The invention is based on an electrical machine according to the preamble of the independent claims.

In der DE-10 2010 064 259 A1 ist ein Rotor für elektrische Maschinen mit Magnetelementen gezeigt, die speichenförmig zwischen Rotorpolen angeordnet sind. Dabei sind zwischen den Rotorpolen radial außerhalb der Magnetelemente Haltemittel für die Magnetelemente angeordnet. Die Haltemittel sind stegartig zwischen den Rotorpolen ausgebildet als integrale Bestandteile der Rotorpole. Die Haltemittel sind aus einem federnden Metall geformt, da sie die Magnetelemente zwischen den Rotorpolen durch eine Federkraft eingeklemmt werden sollen.In the DE-10 2010 064 259 A1 a rotor for electrical machines is shown with magnetic elements which are arranged spoke between rotor poles. In this case, holding means for the magnetic elements are arranged between the rotor poles radially outside the magnetic elements. The holding means are web-like formed between the rotor poles as integral components of the rotor poles. The holding means are formed of a resilient metal, since they are to be clamped by a spring force, the magnetic elements between the rotor poles.

Der vorhergehend beschriebene Rotor ist mit Nachteilen behaftet, denn die Rotorpole verbindenden Haltemittel vermindern die Effizienz der elektrischen Maschine. Ein vorteilhaft ausgebildetes magnetisches Feld im Spalt zwischen Rotor und Stator wird durch die Haltemittel verhindert. Das fehlende magnetische Feld bewirkt ein verringertes Nenndrehmoment und ein erhöhtes Rastmoment. The rotor described above has disadvantages because the rotor poles connecting holding means reduce the efficiency of the electric machine. An advantageous trained magnetic field in the gap between the rotor and stator is prevented by the holding means. The missing magnetic field causes a reduced rated torque and increased cogging torque.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der erfindungsgemäße Rotor für eine elektrischen Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass sich die radial nach außen hin verjüngten Magnetelemente zuverlässig fixieren lassen, indem sich die Magnetelemente zwischen den Rotorpolen verkeilen. Die Magnetelemente lassen sich, ohne zusätzliche Haltemittel wie z.B. Haltenasen, Federn oder Klebstoff für die Magnetelemente, fixieren. Deshalb wird der magentische Fluss der Magnetelemente nicht durch Haltemittel gestört, was zur Steigerung der Effizienz der elektrischen Maschine führt, da das maximale Drehmoment erhöht ist. Weiter werden die Prozessschritte und der Werkstoff für die Haltemittel gespart, was einen ökonomischen Vorteil darstellt.The rotor according to the invention for an electric machine with the features of the independent claims has the advantage that the radially outwardly tapered magnetic elements can be reliably fixed by the magnetic elements wedged between the rotor poles. The magnetic elements can be left without additional holding means such as e.g. Hold tabs, springs or adhesive for the magnetic elements. Therefore, the magnetic flux of the magnetic elements is not disturbed by holding means, which leads to an increase in the efficiency of the electric machine because the maximum torque is increased. Furthermore, the process steps and the material for the holding means are saved, which represents an economic advantage.

Vorteilhaft lässt sich der Luftspalt zwischen Rotorpol und Magnetelement schließen, wenn die Magnetelemente über ihre gesamte radiale Länge verjüngt sind. Dadurch kann die gesamte Kontaktfläche zwischen Magnetelement und Rotorpol durch die radiale Fliehkraft gegen die Rotorpole gepresst werden. Advantageously, the air gap between the rotor pole and the magnetic element can be closed when the magnetic elements are tapered over their entire radial length. As a result, the entire contact surface between the magnetic element and the rotor pole can be pressed against the rotor poles by the radial centrifugal force.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Erfindungsgemäßen Rotors möglich. Der Rotor weist zwischen den Rotorpolen Ausnehmungen auf, die zu den Magnetelementen komplementär sind. Die erfindungsgemäß verjüngten Magnetelemente verkeilen sich aufgrund ihrer Verjüngung in Radialrichtung in den Ausnehmungen durch radial wirkende Fliehkräfte. Dabei werden die Luftspalte zwischen den Rotorpolen und den Magnetelementen weitgehend oder ganz geschlossen. Dadurch wird ein besonders guter magnetischer Fluss erreicht, was ein verringertes Rastmoment gegenüber Rotoren mit einem Luftspalt zwischen Magnetelement und Rotorpol zur Folge hat. Zudem wird durch das Verkeilen eine feste Positionierung der Magnetelemente im Rotor sichergestellt. Das führt zu konstanten Bedingungen bezüglich der Drehzahl für den Pfad des Magnetflusses, da die Lage der Magnetelemente in den Ausnehmungen im Rotor nicht von der Drehzahl des Rotors abhängt. So sind die Magnetelemente im Falle eines stehenden oder anlaufenden Rotors gleich positioniert, wie im Falle des stationären Laufs mit Nenndrehzahl. Damit ist auch das Rastmoment für alle Fälle gleich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the rotor according to the invention are possible. The rotor has recesses between the rotor poles, which are complementary to the magnetic elements. The inventively tapered magnetic elements wedge due to their taper in the radial direction in the recesses by radially acting centrifugal forces. The air gaps between the rotor poles and the magnetic elements are largely or completely closed. As a result, a particularly good magnetic flux is achieved, which has a reduced cogging torque compared to rotors with an air gap between the magnetic element and rotor pole result. In addition, a firm positioning of the magnetic elements in the rotor is ensured by the wedging. This leads to constant conditions with respect to the speed for the path of the magnetic flux, since the position of the magnetic elements in the recesses in the rotor does not depend on the rotational speed of the rotor. Thus, in the case of a stationary or starting rotor, the magnetic elements are equally positioned, as in the case of stationary running at rated speed. Thus, the cogging torque is the same for all cases.

Bevorzugt weist der Rotor außen zwischen den Rotorpolen einen Spalt auf, der weiter außen angeordnet ist als die Magnetelemente und sich über die gesamte Länge des Rotors erstreckt. Die Rotorpole sind radial außen nicht miteinander verbunden, was einen magnetischen Kurzschlusse zwischen den Rotorpolen vermeidet. Durch den Spalt und das Vermeiden von Verbindungsstegen zwischen den Rotorpolen wird die Effizienz einer elektrischen Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor erhöht, da das magnetische Feld der Magnetelemente aus den Rotorpolen beziehungsweise aus den Magnetelementen ungestört austreten und mit dem magentischen Feld des Stators wechselwirken kann. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung stehen die Rotorpole radial außen nicht über die Magnetelementen über, sodass die Rotorpole einen minimierten radial äußeren Polrand aufweisen. Dadurch kommt es zu einem erhöhten maximalen Drehmoment, da der magnetische Fluss an den Rotorpolen konzentriert wird.Preferably, the rotor has a gap between the rotor poles on the outside, which is disposed further outward than the magnetic elements and extends over the entire length of the rotor. The rotor poles are not connected radially on the outside, which avoids a magnetic short circuit between the rotor poles. By the gap and the avoidance of connecting webs between the rotor poles, the efficiency of an electric machine is increased with a rotor according to the invention, since the magnetic field of the magnetic elements from the rotor poles or from the magnetic elements emerge undisturbed and can interact with the magnetic field of the stator. In a particularly advantageous embodiment, the rotor poles do not project radially beyond the magnet elements, so that the rotor poles have a minimized radially outer pole edge. This results in an increased maximum torque because the magnetic flux is concentrated at the rotor poles.

Zwischen den Rotorpolen ist radial weiter innen eine Verbindung angeordnet. Dadurch wird radial benachbart zum Magnetelement ein Hohlraum ausgebildet, so dass ein direkter magnetischer Kurzschluss auch an der radialen Innenseite der Magnetelemente verhindert wird. Durch den Hohlraum bildet sich ein vorteilhafter Pfad für den magnetischen Fluss aus, und die Effizienz der elektrischen Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor ist erhöht gegenüber einer herkömmlichen elektrischen Maschine. Weiter ist der Hohlraum vorteilhat für die Montage der Magnetelemente verwendbar, da in die Hohlräumen Presswerkzeuge eingreifen können. Die Verbindungen können eine gewisse Elastizität aufweisen, damit sich die verjüngten Magnetelemente vorteilhaft verkeilen können. Durch die elastischen Verbindungen kann jeder Luftspalt zwischen Magnetelement und Rotorpolen geschlossen werden, denn die Rotorpole können in Umfangsrichtung an die Magnetelementen anliegen.Between the rotor poles a connection is arranged radially further inside. As a result, a cavity is formed radially adjacent to the magnetic element, so that a direct magnetic short circuit is also prevented on the radial inner side of the magnetic elements. Through the cavity, an advantageous path for the magnetic flux is formed, and the efficiency of the electric machine with a rotor according to the invention is increased compared to a conventional electric machine. Next, the cavity is advantageous for the assembly of the magnetic elements used, since in the cavities press tools can intervene. The compounds may have a certain elasticity, so that the tapered magnetic elements can advantageously wedge. By the elastic Compounds can be closed each air gap between the magnetic element and rotor poles, because the rotor poles can rest in the circumferential direction of the magnetic elements.

Besonders günstig Herzustellen sind Magnetelemente mit einem symmetrisch trapezförmigen Querschnitt mit gleichlangen Schenkeln auf. Durch ihre blockartige Form weisen die Magnetelemente eine hohe Stabilität auf, die die Magnetelemente sowohl bei ihrem Herstellungsprozess als auch bei der Montage in den Rotor vor Beschädigungen, z.B. Brüchen oder Rissen, schützen. Der keilförmige, sich verjüngende Querschnitt solcher trapezförmigen Magnetelemente eignet sich sehr gut zu deren Fixierung durch Fliehkräfte und zum Schließen von Luftspalten zwischen Rotorpol und Magnetelement, da die Kontaktflächen an den beiden gleichlangen Schenkeln gleichmäßig an die Rotorpole gepresst werden. Zudem sind die trapezförmigen Magnetelemente geeignet, um Unwuchten des Rotors auszugleichen, denn die blockartig geformten Magnetelemente verteilen sich punktuell gleichmäßig über den Umfang des Rotors. Variiert man das Gewicht der Magnetelemente leicht, können so Unwuchten ausgeglichen werden.Magnetic elements having a symmetrically trapezoidal cross-section with legs of equal length can be produced particularly inexpensively. By their block-like shape, the magnetic elements have a high stability, the magnetic elements both in their manufacturing process as well as during assembly in the rotor from damage, e.g. Cracks or cracks, protect. The wedge-shaped, tapered cross-section of such trapezoidal magnetic elements is very well suited for their fixation by centrifugal forces and for closing air gaps between the rotor pole and magnetic element, since the contact surfaces are pressed uniformly on the rotor poles on the two legs of equal length. In addition, the trapezoidal magnetic elements are suitable to compensate for imbalances of the rotor, because the block-like shaped magnetic elements are distributed evenly over the circumference of the rotor. If you vary the weight of the magnetic elements easily, so imbalances can be compensated.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die Magnetelemente einen unsymmetrischen trapezförmigen Querschnitt mit ungleichlangen Schenkeln auf weisen. Eine solche unsymmetrische Ausbildung ist besonders für Motoren geeignet, die nur in einer Drehrichtung betrieben werden. Die Magnetelemente weisen ebenfalls eine hohe Stabilität auf, die im Herstellungsprozess, bei der Montage und im Betrieb der elektrischen Maschine vorteilhaft ist, da die hohe Stabilität vor Beschädigungen wie z.B. Brüchen oder Rissen der Magnetelemente schützt. Aufgrund des unsymmetrischen Querschnitts liegt der Schwerpunkt der Querschnittsfläche nicht in der Mitte des Querschnitts. Dadurch kommt es zu einem Kippmoment bezüglich der Fliehkraft in der Querschnittsebene, und die Magnetelemente liegen aufgrund des Kippmoments in einer definierten Position an den benachbarten Rotorpolen an. Das hat zur Folge, dass die unsymmetrische Form der Magnetelemente das Rastmoment verringert. Ebenfalls können die Magnetelemente vorteilhaft zum Ausgleichen von Unwuchten genutzt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the magnetic elements may have an asymmetrical trapezoidal cross-section with unequal length legs. Such asymmetrical design is particularly suitable for motors that are operated in one direction only. The magnetic elements also have a high stability, which is advantageous in the manufacturing process, in the assembly and operation of the electrical machine, since the high stability against damage such. Cracks or cracks of the magnetic elements protects. Due to the asymmetrical cross-section of the center of gravity of the cross-sectional area is not in the middle of the cross section. This results in a tilting moment with respect to the centrifugal force in the cross-sectional plane, and the magnetic elements are due to the overturning moment in a defined position on the adjacent rotor poles. This has the consequence that the asymmetrical shape of the magnetic elements reduces the cogging torque. Likewise, the magnetic elements can be advantageously used to compensate for imbalances.

Die Haltekraft, mit der die Magnetelemente geklemmt werden, ist von dem Winkel abhängig, den die Schenkel der trapezförmigen Querschnitte mit der Höhe der trapezförmigen Querschnitte einschließen. Nachdem die Magnetelemente in den Rotor gefügt sind, ist die Höhe der Querschnitte annähernd radial gerichtet. Der Winkel zwischen Höhe und Schenkel muss ein spitzer Winkel sein. Ein spitzer Winkel eignet sich besonders gut, um ein Verkeilen der Magnetelemente zwischen den Rotorpolen zu gewährleisten. Die Haltekraft, die durch den Spitzenwinkel und den Haftreibungskoeffizienten erzeugt wird, ist größer gegenüber einem stumpfen oder rechten Winkel. Einen Spitzenwinkel erreicht man durch Wahl eines Winkels zwischen 0,01° bis 22°. Ein Magnetelement mit einem Winkel von 0,01° besitzt eine hohe Haltekraft, während ein Magnetelement mit einem Winkel von 22° eine leichtere Demontage ermöglicht. Einen Kompromiss zwischen diesen beiden Fällen ist ein Magnetelement mit einem Winkel von 0,1° bis 10°. Ein Magnetelement mit einem Winkel zwischen 0,1° bis 5° stellt eine Ausführungsform dar, die eine hohe Haltekraft aufweist, aber dennoch zerstörungsfrei demontiert werden kann.The holding force with which the magnetic elements are clamped depends on the angle which the legs of the trapezoidal cross-sections enclose with the height of the trapezoidal cross-sections. After the magnetic elements are joined into the rotor, the height of the cross sections is directed approximately radially. The angle between height and leg must be an acute angle. An acute angle is particularly well suited to ensure wedging of the magnetic elements between the rotor poles. The holding force generated by the tip angle and the static friction coefficient is larger than an obtuse or right angle. A point angle can be achieved by choosing an angle between 0.01 ° to 22 °. A magnetic element with an angle of 0.01 ° has a high holding force, while a magnetic element with an angle of 22 ° allows easier disassembly. A compromise between these two cases is a magnetic element with an angle of 0.1 ° to 10 °. A magnetic element with an angle between 0.1 ° to 5 ° represents an embodiment which has a high holding power, but can still be dismantled without destruction.

Die radial nach außen hin verjüngten Magnetelemente verkeilen sich in den Ausnehmungen zwischen den Rotorpolen auf vorteilhafte und kostengünstige Weise. Um einen zuverlässigen Halt der Magnetelemente in den Ausnehmungen zu gewährleisten muss der Haftreibungskoeffizient größer sein als der Tangens des Winkels mit dem sich die Magnetelemente verjüngen.The radially outwardly tapered magnetic elements wedged in the recesses between the rotor poles in an advantageous and cost-effective manner. In order to ensure a reliable hold of the magnetic elements in the recesses, the static friction coefficient must be greater than the tangent of the angle with which the magnetic elements are tapered.

Vorteilhaft sind bogenförmig ausgebildete Magnetelemente, wobei ihre Keilform durch einen unterschiedlichen Radius auf der konvexen Seite gegenüber dem Radius auf der konkaven Seite erreicht wird. Durch die bogenförmigen Magnetelemente erreicht man eine im Durchmesser verkleinerte Rotorgeometrie, da die Magnetelemente sich zum Teil in tangentialer Richtung erstrecken. Advantageously arc-shaped magnetic elements, wherein their wedge shape is achieved by a different radius on the convex side relative to the radius on the concave side. By the arcuate magnetic elements to achieve a reduced diameter rotor geometry, since the magnetic elements extend in part in the tangential direction.

Durch die bogenförmige Krümmung, die erreicht wird durch eine konkave Seite und eine konvexe Seite weisen die Magnetelemente eine größere Kontaktfläche zu den benachbarten Rotorpolen auf. Dadurch können größere Fliehkräfte übertragen werden. Die Fliehkräfte wiederum fixieren die Magnetelemente durch Verkeilen. Gleichzeitig ist das vorgeschlagene bogenförmige Magnetelement dazu geeignet, eine nahezu unveränderte Magnetisierung in Umfangsrichtung im Luftspalt zwischen Rotor und Stator bereitzustellen, sodass das Rastmoment verringert wird.Due to the arcuate curvature, which is achieved by a concave side and a convex side, the magnetic elements have a larger contact surface with the adjacent rotor poles. As a result, larger centrifugal forces can be transmitted. The centrifugal forces in turn fix the magnetic elements by wedging. At the same time, the proposed arcuate magnet element is suitable for providing a virtually unchanged magnetization in the circumferential direction in the air gap between rotor and stator, so that the cogging torque is reduced.

Besonders einfach kann die Keilform bei gekrümmten Magnetelementen erreicht werden, indem man die Radien der konvexen Seite und der konkaven Seite zueinander in eine tangentiale Richtung der Krümmung der Magnetelemente, die die Radien beschreiben, verschiebt. Particularly simple, the wedge shape can be achieved with curved magnetic elements by shifting the radii of the convex side and the concave side to each other in a tangential direction of the curvature of the magnetic elements that describe the radii.

Die Magnetelemente werden durch ein Pulver-Spritzgießverfahren, insbesondere durch ein Metallpulver-Spritzgießverfahren (MIM), gefertigt. Das Pulver-Spritzgießverfahren ermöglicht eine komplexe und präzise Formgebung, was vorteilhaft für die Herstellung von verjüngten Magneten ist. Es können verschiedenste Magnetmaterialien für die Herstellung der Magnetelemente verwendet werden. Für das MIM können Pulver aus z.B. Seltene-Erden-Magnete wie Neodym-Magneten oder Ferritmagnetstoffe verwendet werden. So können isotrope als auch anisotrope Magneten realisiert und elektrische Maschinen für verschiedenste Anwendungen hergestellt werden.The magnetic elements are manufactured by a powder injection molding process, in particular by a metal powder injection molding process (MIM). The powder injection molding process allows a complex and precise shaping, which is advantageous for the production of tapered magnets. It can be a variety of magnetic materials for the Production of the magnetic elements are used. For the MIM, powders of eg rare-earth magnets such as neodymium magnets or ferrite magnets can be used. Thus, isotropic as well as anisotropic magnets can be realized and electrical machines for a wide variety of applications can be produced.

In vorteilhafter vorteilhaften Weise ist die Magnetisierung der Magnetelemente in Umfangsrichtung des Rotors gerichtet. Durch eine Magnetisierung in Umfangsrichtung können die speichenförmig angeordneten Magnetelemente ihre volle magnetische Wirkung entfalten. Die elektrische Maschine erreicht auf diese Weise eine hohe Effizienz.In an advantageous advantageous manner, the magnetization of the magnetic elements is directed in the circumferential direction of the rotor. By a magnetization in the circumferential direction, the spoke-shaped magnetic elements can deploy their full magnetic effect. The electric machine achieved in this way a high efficiency.

Es können die Magnetelemente eine abwechselnde Richtung der Magnetpolausrichtung aufweisen und somit gleichartige Pole von zwei benachbarten Magneten gegeneinander gewandt sein. Solch eine Anordnung der Magnetelemente erzeugt einen starken magnetischen Fluss in den Rotorpolen und damit ein hohes Drehmoment der elektrischen Maschine. Um das Rastmoment zu verbessern bei gleichzeitig hohem Drehmoment, können die radialen äußeren Polränder der Rotorpole eine möglichst große Fläche, die sich durch die axiale Ausdehnung der Rotorpole und des Polrandes aufspannt, umfassen. Eine große Fläche hat den Vorteil, dass eine magnetische Sättigung vermieden wird. Weiter wird durch eine große Fläche eine homogene Magnetflussverteilung im Spalt zwischen Rotor und Stator gewährleistet, da der magnetische Fluss die Möglichkeit hat sich über die große Fläche zu verteilen.The magnetic elements may have an alternating direction of magnetic pole orientation and thus like poles of two adjacent magnets facing each other. Such an arrangement of the magnetic elements generates a strong magnetic flux in the rotor poles and thus a high torque of the electric machine. In order to improve the cogging torque with high torque at the same time, the radial outer pole edges of the rotor poles can encompass the largest possible area which is spanned by the axial extent of the rotor poles and the pole edge. A large area has the advantage that magnetic saturation is avoided. Furthermore, a large area ensures a homogeneous magnetic flux distribution in the gap between the rotor and the stator, since the magnetic flux has the opportunity to spread over the large area.

Eine elektrische Maschine mit solch einem erfindungsgemäßen Rotor ist sehr effizient und weist ein niedrigeres Rastmoment gegenüber einer herkömmlichen elektrischen Maschine auf. Zudem erreicht man eine zuverlässige Befestigung der Magnete auch bei hohen Drehzahlen.An electric machine with such a rotor according to the invention is very efficient and has a lower cogging torque compared to a conventional electric machine. In addition, a reliable attachment of the magnets is achieved even at high speeds.

Zweckmäßiger Weise wird der Rotor in mehreren Verfahrensschritten hergestellt, wobei Verfahren zur Formgebung der Magnetelemente gewählt werden, die eine komplexe Formgestaltung zulassen. Die auf diese Verfahrensweisen geformten Magnetelemente werden in den Rotor eingefügt und radial in den Ausnehmungen eingepresst, um eine zuverlässige Fixierung zu erreichen. Conveniently, the rotor is manufactured in several process steps, wherein methods are selected for shaping the magnetic elements, which allow a complex shape design. The magnetic elements formed by these methods are inserted into the rotor and pressed radially in the recesses to achieve a reliable fixation.

Vorteilhaft können die Magnetelemente in den Ausnehmungen durch eine Rotation des Rotors fixiert werden. Durch diese kostengünstige Art der Fixierung wird ein Teil der Herstellungszeit für einen Rotor gespart.Advantageously, the magnetic elements in the recesses can be fixed by a rotation of the rotor. This cost-effective type of fixation saves part of the production time for a rotor.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1: ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen Rotors mit symmetrisch trapezförmigen Magnetelementen 1 : A cross section of a rotor according to the invention with symmetrical trapezoidal magnetic elements

2: ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen Rotors mit unsymmetrisch trapezförmigen Magnetelementen 2 : A cross-section of a rotor according to the invention with asymmetrically trapezoidal magnetic elements

3: ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen Rotors mit gekrümmten Magnetelementen, die sich spiralförmig von dem Mittelpunkt des Rotors aus erstrecken 3 FIG. 4: a cross-section of a rotor according to the invention with curved magnetic elements extending helically from the center of the rotor. FIG

4: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine, wobei der Stator aufgeschnitten ist, sodass ein Rotor zu sehen ist 4 : An inventive embodiment of an electrical machine, wherein the stator is cut open, so that a rotor can be seen

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist ein Rotor 10 für eine elektrische Maschine 12 in einer Querschnittsdarstellung gezeigt. Mittig im Rotor 10 ist ein Rotorring 14 angeordnet, wobei der Rotorring 14 einen Wellensitz 16 bildet. Entlang der Umfangsrichtung 18 sind am Rotorring 14 Rotorpole 20 gleichmäßig verteilt. Die Rotorpole 20 erstrecken sich speichenförmig radial vom Rotorring 14 aus. Die Rotorpole 20 sind mit Fortsätzen 22 an dem Rotorring 14 befestigt. Die Fortsätze 22 können elastisch sein, sodass die Rotorpole 20 in Umfangsrichtung 18 beweglich sind. Die Fortsätze 22 können aus dem gleichen Material wie die Rotorpole 20 sein. Die Fortsätze 22 können auch aus einem anderen Material z.B. einem Kunststoff oder einem Federstahl gebildet werden. Zwischen den Rotorpolen 20 sind Magnetelemente 24 in Ausnehmungen 26 angeordnet.In 1 is a rotor 10 for an electric machine 12 shown in a cross-sectional view. Centered in the rotor 10 is a rotor ring 14 arranged, wherein the rotor ring 14 a wave seat 16 forms. Along the circumferential direction 18 are on the rotor ring 14 rotor poles 20 equally distributed. The rotor poles 20 extend spoke-shaped radially from the rotor ring 14 out. The rotor poles 20 are with extensions 22 on the rotor ring 14 attached. The extensions 22 can be elastic, so the rotor poles 20 in the circumferential direction 18 are mobile. The extensions 22 can be made of the same material as the rotor poles 20 be. The extensions 22 can also be made of a different material such as a plastic or a spring steel. Between the rotor poles 20 are magnetic elements 24 in recesses 26 arranged.

Die Magnetelemente 24 verjüngen sich radial nach außen hin. Dabei verjüngen sich die Magnetelemente 24 kontinuierlich über ihre gesamte radiale Länge. Es wäre eine weitere Ausführungsform denkbar, bei der sich die Magnetelemente 24 nicht kontinuierlich verjüngen. Weiter wäre eine stufenweise Verjüngung denkbar oder eine Verjüngung, die über einen Teil der gesamten Länge des Magnetelements 24 geht. The magnetic elements 24 taper radially outward. The magnetic elements are tapered 24 continuously over its entire radial length. It would be conceivable another embodiment in which the magnetic elements 24 do not rejuvenate continuously. Further, a stepwise taper would be conceivable, or a taper, over part of the entire length of the magnetic element 24 goes.

Die radialen Ausnehmungen 26 sind zwischen den sich radial erstreckenden Rotorpolen 20 über deren gesamte radiale Länge ausgeformt. Die Rotorpole 20 weisen über deren gesamten Länge radial verlaufende Längsränder 28 auf, die die Ausnehmungen 26 begrenzen. Die Längsränder 28 sind zweigeteilt in einen ersten Unterabschnitt 30 und einen zweiten Unterabschnitt 32. Die Ausnehmungen 26 weisen somit den ersten Unterabschnitt 30 und den zweiten Unterabschnitt 32 auf. Der erste Unterabschnitt 30 endet radial weiter innen als der zweite Unterabschnitt 32. In dem ersten Unterabschnitt 30 ist das Magnetelement 24 eingefügt. Die Magnetelemente 24 sind komplementär zu den ersten Unterabschnitten 30. Die Magnetelemente 24 besitzen die gleiche Form wie der erste Unterabschnitt 30, sodass sie durch ihre verjüngte Form einen Kraftschluss mit dem ersten Unterabschnitt 30 der Ausnehmungen 26 bilden. Der ersten Unterabschnitt 30 weist einen ersten Randabschnitt 34 auf, der den ersten Unterabschnitt 30 begrenzt und gleichzeitig Teil des Längsrands 28 ist. Die Magnetelemente 24 liegen in Umfangsrichtung 18 an dem ersten Randabschnitt 34 des ersten Unterabschnittes 30 an. Die Rotorpole 20 und die Magnetelemente 24 weisen gemeinsame Kontaktflächen 36 auf, die sich radial entlang des ersten Randabschnitts 34 und axial auf der Länge des Rotors 10 ausdehnen. Der zweite Unterabschnitt 32 weist einen zweiten geraden Randabschnitt 38 auf, der den zweiten Unterabschnitt 32 begrenzet und auch Teil des Längsrandes 28 ist. Es sind auch Ausführungsformen mit einem geschwungenen oder geknickten zweiten Randabschnitt 22 vorstellbar. Der zweite Unterabschnitt 32 ist vorzugsweise gering radial ausgedehnt, damit die Magnetelemente 24 möglichst radial weit außen sitzen können.The radial recesses 26 are between the radially extending rotor poles 20 formed over the entire radial length. The rotor poles 20 have over their entire length radially extending longitudinal edges 28 on that the recesses 26 limit. The longitudinal edges 28 are divided into two parts into a first subsection 30 and a second subsection 32 , The recesses 26 thus have the first subsection 30 and the second subsection 32 on. The first subsection 30 ends radially further inside than the second subsection 32 , In the first subsection 30 is the magnetic element 24 inserted. The magnetic elements 24 are complementary to the first subsections 30 , The magnetic elements 24 have the same shape as the first subsection 30 , so that their rejuvenated form frictionally connects with the first subsection 30 the recesses 26 form. The first subsection 30 has a first edge portion 34 on, the first subsection 30 limited and at the same time part of the longitudinal edge 28 is. The magnetic elements 24 lie in the circumferential direction 18 at the first edge portion 34 of the first subsection 30 at. The rotor poles 20 and the magnetic elements 24 have common contact surfaces 36 on, extending radially along the first edge portion 34 and axially along the length of the rotor 10 expand. The second subsection 32 has a second straight edge portion 38 on, the second subsection 32 limited and also part of the longitudinal edge 28 is. There are also embodiments with a curved or kinked second edge portion 22 imaginable. The second subsection 32 is preferably slightly radially expanded so that the magnetic elements 24 as far as possible can sit radially far outside.

Radial außen an den Magnetelementen 24 angrenzend und zwischen den Rotorpolen 20 ist ein Spalt 40 ausgebildet. Der Spalt 40 erstreckt zwischen einer radial äußeren Kante 42 des Magnetelements 24 bis zu einem Polrand 44 des Rotors 10 und über die gesamte axiale Länge des Rotors 10. Die Rotorpole 20 sind radial außen auf der gesamten Länge des Rotors 10 nicht miteinander verbunden. Es ist denkbar den Rotor 10 mit einem Kunststoff zu umspritzen, dabei würde der Spalt 40 gefüllt werden. Die Magnetelemente 24 können dabei bis zum radial äußeren Polrand 24 der Rotorpole 20 reichen oder über den äußeren Polrand 24 radial hinausragen. Bei einer solchen Ausbildung würde dann auf den Spalt verzichtet.Radially outward on the magnetic elements 24 adjacent and between the rotor poles 20 is a gap 40 educated. The gap 40 extends between a radially outer edge 42 of the magnetic element 24 up to a pole edge 44 of the rotor 10 and over the entire axial length of the rotor 10 , The rotor poles 20 are radially outside on the entire length of the rotor 10 not connected. It is conceivable the rotor 10 with a plastic to be molded, this would be the gap 40 be filled. The magnetic elements 24 can thereby up to the radially outer edge of the pole 24 the rotor poles 20 rich or over the outer edge of the pole 24 protrude radially. In such a training would then be dispensed with the gap.

Die Rotorpole 20 weisen eine Verbindung 46 auf, die radial innen liegt. Die Verbindung 46 erstreckt sich entlang des Rotorrings 14 über die Fortsätze 22. Die Verbindung 46 ist von den Magnetelementen 24 radial soweit beabstandet, dass sich ein Hohlraum 48 zwischen der Verbindung 46 und den Magnetelementen 24 ausbildet. Der Hohlraum 48 liegt radial weiter innen als das Magnetelement 24 und grenzt an das Magnetelement 24 an. Der Hohlraum 48 erstreckt sich vom Rotorring 14 bis zu der dem Rotorring 14 zugewandten Seite der Magnetelemente 24 und der Rotorpole 20. The rotor poles 20 have a connection 46 which lies radially inward. The connection 46 extends along the rotor ring 14 over the extensions 22 , The connection 46 is from the magnetic elements 24 spaced radially so far that a cavity 48 between the connection 46 and the magnetic elements 24 formed. The cavity 48 is located radially further inside than the magnetic element 24 and adjoins the magnetic element 24 at. The cavity 48 extends from the rotor ring 14 up to the rotor ring 14 facing side of the magnetic elements 24 and the rotor poles 20 ,

Die Magnetelemente 24 weisen einen symmetrisch trapezförmigen Querschnitt 50 auf. Der symmetrisch trapezförmige Querschnitt 50 weist gleichlange Schenkel 52 auf. Die Schenkel 52 bilden Kontaktflächen 36 mit den ersten Unterabschnitten 30 der Rotorpole 20. Die Rotorpole 20 sind ebenfalls symmetrisch. Da der zweite Randabschnitt 38 des zweiten Unterabschnittes 32 nicht in Umfangsrichtung 18 zu den Magnetelemente 24 geneigt sind, steht der zweite Randabschnitt 38 nicht über die äußere Kante 42 der Magnetelemente 24 über. The magnetic elements 24 have a symmetrical trapezoidal cross-section 50 on. The symmetrical trapezoidal cross section 50 has the same length of thighs 52 on. The thigh 52 form contact surfaces 36 with the first subsections 30 the rotor poles 20 , The rotor poles 20 are also symmetrical. Because the second edge section 38 of the second subsection 32 not in the circumferential direction 18 to the magnetic elements 24 are inclined, is the second edge portion 38 not over the outer edge 42 the magnetic elements 24 above.

In den folgenden Ausführungsbeispielen sind für die gleichen Bauteile jeweils die gleichen Bezugszahlen verwendet.In the following embodiments, the same reference numbers are used for the same components.

2 zeigt einen Rotor 10 mit Magnetelementen 24, die einen unsymmetrischen trapezförmigen Querschnitt 54 aufweisen mit ungleichlangen Schenkeln 56. Dabei ist ein erster Schenkel 58 des Magnetelements 24 kürzer als ein zweiter Schenkel 60. Die Magnetelemente 24 sind derart zwischen Rotorpolen 20 angeordnet, dass der erste Schenkel 58 dem zweiten Schenkel 60 eines benachbarten Magnetelements 24 zugewandt ist. Die Rotorpole 20 sind dabei unsymmetrisch. Es ist auch eine andere Ausführungsform denkbar, bei der die ersten Schenkel 58 zweier benachbarter Magnetelemente 24 einander zugekehrt sind. Solch eine Anordnung würde zu symmetrischen Rotorpolen 20 führen. Der erste Randabschnitt 34 eines ersten Unterabschnittes 30 und der zweite Randabschnitt 38 des zweiten Unterabschnittes 32 liegen auf einer Geraden. Es ist eine weitere Ausführungsform möglich, bei der der zweite Randabschnitt 38 und der ersten Randabschnitt 34 nicht auf einer Geraden liegen. Also fluchtet der zweite Randabschnitt 38 nicht mit dem ersten Randabschnitt 34. Das führt zu einem knickförmigen Übergang 62 des ersten Unterabschnittes 30 zum zweiten Unterabschnitt 32. Dieser knickförmige Übergang 62 kann optional einen radialen Anschlag für die Magnetelemente 24 bilden. 2 shows a rotor 10 with magnetic elements 24 , which has an asymmetrical trapezoidal cross-section 54 have with unequal length thighs 56 , Here is a first leg 58 of the magnetic element 24 shorter than a second leg 60 , The magnetic elements 24 are such between rotor poles 20 arranged that the first leg 58 the second leg 60 an adjacent magnetic element 24 is facing. The rotor poles 20 are unbalanced. It is also conceivable another embodiment, in which the first leg 58 two adjacent magnetic elements 24 facing each other. Such an arrangement would become symmetrical rotor poles 20 to lead. The first edge section 34 a first subsection 30 and the second edge portion 38 of the second subsection 32 lie on a straight line. Another embodiment is possible in which the second edge portion 38 and the first edge portion 34 do not lie on a straight line. So the second edge section is aligned 38 not with the first edge section 34 , This leads to a crescent-shaped transition 62 of the first subsection 30 to the second subsection 32 , This crease-shaped transition 62 Optionally a radial stop for the magnetic elements 24 form.

Die Magnetelemente 24 weisen einen trapezförmigen Querschnitt 50, 54 auf. Der trapezförmige Querschnitt 50, 54 verjüngt sich nach außen hin. Der trapezförmige Querschnitt 50, 54 weist eine Höhe 64 auf. Die Höhe 64 ist näherungsweise senkrecht zur äußeren Kante 42 der Magnetelemente 24. Mit der Höhe 64 schließt wenigstens ein Schenkel 52, 56, vorzugsweise auf seiner gesamten Länge, einen Winkel 66 ein. Die Höhe 64 ist annähernd radial zum Rotor 64 gerichtet. Der Winkel 66 beträgt 0,01° bis 22°, insbesondere 0,1° und 10°, vorzugsweise 0, 1° bis 5°.The magnetic elements 24 have a trapezoidal cross-section 50 . 54 on. The trapezoidal cross section 50 . 54 tapers outward. The trapezoidal cross section 50 . 54 has a height 64 on. The height 64 is approximately perpendicular to the outer edge 42 the magnetic elements 24 , With the height 64 includes at least one leg 52 . 56 , preferably over its entire length, an angle 66 one. The height 64 is approximately radial to the rotor 64 directed. The angle 66 is 0.01 ° to 22 °, in particular 0.1 ° and 10 °, preferably 0, 1 ° to 5 °.

Die Magnetelemente 24 verkeilen sich durch die radial nach außen hin verjüngte Form zwischen den Rotorpolen 20 in den Ausnehmungen 26. Das Verkeilen ist abhängig von dem Haftreibungskoeffizienten zwischen Rotorpol 20 und Magnetelement 24, von der Oberflächenbeschaffenheit der Magnetelemente 24 und dem Winkel 66 der Verjüngung, den die Höhe 64 und ein Schenkel 52, 56 einschließt. Der Haftreibungskoeffizienten muss dabei größer sein als der Tangens des Winkels 66 mit dem sich die Magnetelemente 24 verjüngen. Um das Verkeilen zu verbessern ist eine Beschichtung denkbar, die den Haftreibungskoeffizient erhöht und die Oberflächenbeschaffenheit verbessert.The magnetic elements 24 wedged by the radially outwardly tapered shape between the rotor poles 20 in the recesses 26 , The wedging depends on the Static friction coefficients between rotor pole 20 and magnetic element 24 , of the surface condition of the magnetic elements 24 and the angle 66 the rejuvenation, the height 64 and a thigh 52 . 56 includes. The static friction coefficient must be greater than the tangent of the angle 66 with which the magnetic elements 24 rejuvenate. In order to improve wedging, a coating is conceivable which increases the static friction coefficient and improves the surface quality.

In 3 sind bogenförmig gekrümmte Rotorpole 20 eines Rotors 10 und dazu komplementäre bogenförmige Magnetelemente 24 gezeigt. Weiter können sich die Rotorpole 20 durch die bogenförmige Krümmung 68 auch in Umfangsrichtung 18 des Rotors 10 erstrecken. Die Rotorpole 20 sind spiralförmig um einen Rotorring 14 angeordnet. Zwischen den Rotorpolen 20 sind ebenfalls Ausnehmungen 26 ausgeformt. Die Ausnehmungen 26 werden in Umfangsrichtung 18 ebenfalls durch Längsränder 28 der Rotorpole 20 eingegrenzt. Die Ausnehmungen 26 erstrecken sich in radialer und Umfangsrichtung 18, sodass die Rotorpole 20 radial außen breiter sind als radial weiter innen. Die Ausnehmungen 26 sind in einen ersten Unterabschnitt 30 und einen zweiten Unterabschnitt 32 aufgeteilt. Der erste Unterabschnitt 30 weist einen bogenförmig gekrümmten ersten Randabschnitt 34 und der zweite Unterabschnitt 32 einen zweiten geraden Randabschnitt 38 auf. Der erste Randabschnitt 34 bildet einen Teil der spiralförmigen Längsränder 28 der Rotorpole 20. Der Übergang 62 vom ersten Unterabschnitt 30 zum zweiten Unterabschnitt 32 ist knickförmig. Der zweite Randabschnitt 38 steht radial über die radial äußerste Kante 42 des Magnetelements 24 über. Der zweite Randabschnitt 38 kann als Anschlag für die Magnetelemente 24 dienen. Eine weitere Ausführungsform wäre ein Rotor 10 mit einem zweiten Randabschnitt 32, der keinen knickförmigen Übergang 62 zum ersten Randabschnitt 30 bildet. Um einen statisch zuverlässigen Rotor 10 zu erhalten, kann ein Ring 78 im Durchmesser des Rotors 10 radial außen auf diesen angeordnet werden. Durch den Ring 78 sind die Rotorpole 20 und damit die Magnetelemente 24 radial fixiert.In 3 are arcuately curved rotor poles 20 a rotor 10 and complementary arcuate magnetic elements 24 shown. Next, the rotor poles can 20 through the arcuate curvature 68 also in the circumferential direction 18 of the rotor 10 extend. The rotor poles 20 are spiral around a rotor ring 14 arranged. Between the rotor poles 20 are also recesses 26 formed. The recesses 26 be in the circumferential direction 18 also by longitudinal edges 28 the rotor poles 20 limited. The recesses 26 extend in the radial and circumferential directions 18 so that the rotor poles 20 radially outside are wider than radially further inside. The recesses 26 are in a first subsection 30 and a second subsection 32 divided up. The first subsection 30 has an arcuately curved first edge portion 34 and the second subsection 32 a second straight edge portion 38 on. The first edge section 34 forms part of the spiral longitudinal edges 28 the rotor poles 20 , The transition 62 from the first subsection 30 to the second subsection 32 is kinky. The second edge section 38 is radially over the radially outermost edge 42 of the magnetic element 24 above. The second edge section 38 can be used as a stop for the magnetic elements 24 serve. Another embodiment would be a rotor 10 with a second edge portion 32 that does not have a crescent-shaped transition 62 to the first edge section 30 forms. To a statically reliable rotor 10 to get a ring 78 in the diameter of the rotor 10 be arranged radially outside on this. Through the ring 78 are the rotor poles 20 and thus the magnetic elements 24 radially fixed.

Die Magnetelemente 24 sind komplementär zu dem ersten Unterabschnitt 30. Die Magnetelemente 24 weisen eine konvexe Seite 70 mit einem Radius 72 auf und eine konkaven Seite 74 mit einem entsprechenden Radius 76 auf. Der konvexe Radius 72 ist größer als der konkave Radius 76. Die konvexe Seite 70 und die konkave Seite 74 bilden mit den ersten Unterabschnitten 30 Kontaktflächen 36. The magnetic elements 24 are complementary to the first subsection 30 , The magnetic elements 24 have a convex side 70 with a radius 72 on and a concave side 74 with a corresponding radius 76 on. The convex radius 72 is greater than the concave radius 76 , The convex side 70 and the concave side 74 form with the first subsections 30 contact surfaces 36 ,

Die beiden Mittelpunkte 73, 75 der Radien 72, 76 sind zueinander verschoben so das die Magnetelemente 24 eine verjüngte Form aufweisen. Auf diese Weise erhält man radial nach außen hin verjüngte Magnetelemente 24. Eine weitere mögliche Ausführungsform sind nicht konstante Radien 72, 76. Dadurch werden auch die Magnetelemente 24 verjüngt. Denkbar sind auch Radien 72, 76 die gleichgroß, aber zueinander in tangentialer Richtung ihrer Krümmungen verschoben sind. Vorstellbar ist auch ein Magnetelement 24, dessen konvexe Seite 70 einen kleineren Radius 72 als die konkave Seite 74 aufweist, aber die Radien 72, 74 zueinander nicht verschoben sind. Die stetig verjüngte Form des Magnetelementes 24 wird dann erreicht, indem man das Magnetelement 24 an seinem senkrecht zur Krümmung 68 breitesten Ort ablängt. The two centers 73 . 75 the radii 72 . 76 are shifted to each other so that the magnetic elements 24 have a tapered shape. In this way one obtains radially outwardly tapered magnetic elements 24 , Another possible embodiment is not constant radii 72 . 76 , This also causes the magnetic elements 24 rejuvenated. Also conceivable are radii 72 . 76 the same size, but are shifted to each other in the tangential direction of their curvatures. Also conceivable is a magnetic element 24 whose convex side 70 a smaller radius 72 as the concave side 74 has, but the radii 72 . 74 not shifted to each other. The steadily tapered shape of the magnetic element 24 is then achieved by placing the magnetic element 24 at its perpendicular to the bend 68 widest place.

Die Magnetelemente 24 können aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt sein. Dabei umfassen die Magnetelemente 24 Werkstoffe, die magnetische Eigenschaften besitzen, wie NdFeB oder Ferrit. Insbesondere werden die Magnetelemente 24 mittels einem Metallpulver-Spritzgießverfahren (MIM) gefertigt, bei dem ein Metallpulver-Bindemittel-Gemisch in eine Form gespritzt wird.The magnetic elements 24 can be made of different materials. In this case, the magnetic elements include 24 Materials that possess magnetic properties, such as NdFeB or ferrite. In particular, the magnetic elements 24 manufactured by a metal powder injection molding (MIM), in which a metal powder-binder mixture is injected into a mold.

Da die sich radial verjüngenden Magnetelemente 24 speichenförmig angeordnet sind, ist deren Magnetisierung näherungsweise in Umfangsrichtung 18 des Rotors 10 polarisiert. Es wäre auch eine radiale Polarisierung denkbar. Because the radially tapered magnetic elements 24 are arranged in the shape of a spike, their magnetization is approximately in the circumferential direction 18 of the rotor 10 polarized. It would also be conceivable radial polarization.

Benachbarte Magnetelemente 24 weisen eine entgegengesetzte Richtung des Magnetflusses 80 auf. Dadurch sind gleichartige Magnetpole 82 von jeweils zwei benachbarten Magnetelementen 24 gegeneinander gerichtet. Die Magnetflüsse 80 zweier benachbarter Magnetelemente 24 fließen so in den Rotorpolen 20 auf einander zu und bäumen sich radial auf. Der Magnetfluss 80 tritt senkrecht aus den Rotorpolen 20 am Polrand 44 heraus. Es sind auch anderweitige Polarisierungen der Magnetelemente 24 möglich. So können die Magnetelemente 24 radial polarisiert werden oder benachbarte Magnetelemente 22 paarweise die gleiche Richtung des Magnetflusses 80 aufweisen.Adjacent magnet elements 24 have an opposite direction of magnetic flux 80 on. As a result, are similar magnetic poles 82 each of two adjacent magnetic elements 24 directed against each other. The magnetic fluxes 80 two adjacent magnetic elements 24 so flow in the rotor poles 20 towards each other and rear up radially. The magnetic flux 80 occurs vertically from the rotor poles 20 at the pole edge 44 out. There are also other polarizations of the magnetic elements 24 possible. So can the magnetic elements 24 be radially polarized or adjacent magnetic elements 22 in pairs the same direction of the magnetic flux 80 exhibit.

In 4 ist eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 12 gezeigt. Die elektrische Maschine 12 umfasst einen Stator 84 und einen Rotor 10. Der Rotor 10 umfasst ein aus gestanzten Blechlamellen 86 zusammengesetztes Rotorpaket 88, eine Rotorwelle 90 und Magnetelemente 24. Das Rotorpaket 88 weist Rotorpole 20 auf. Die Magnetelemente 24 können im Rotorpaket 88 axial fixiert werden, indem die äußersten Blechlamellen 86 versetzt werden. Dabei können die Blechlamellen 86 in Umfangsrichtung 18 verdreht werden. Eine weitere Möglichkeit ist es, das Rotorpaket 88 in Teilpakete aus Blechlamellen 86 zu unterteilen und diese in Umfangsrichtung 18 zu versetzen. So können Magnetelemente 24 in jedem Teilpaket angeordnet und dadurch axial fixiert werden. In 4 ist die elektrische Maschine 12 mit dem Rotor 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Es können auch die weiteren erfindungsgemäßen Rotoren 10 eingesetzt sein.In 4 is an electrical machine according to the invention 12 shown. The electric machine 12 includes a stator 84 and a rotor 10 , The rotor 10 includes a stamped sheet metal lamella 86 assembled rotor package 88 , a rotor shaft 90 and magnetic elements 24 , The rotor package 88 has rotor poles 20 on. The magnetic elements 24 can in the rotor package 88 axially fixed by the outermost laminations 86 be offset. The laminations can 86 in the circumferential direction 18 to be twisted. Another option is to use the rotor package 88 in subpackets made of laminations 86 to subdivide and these in the circumferential direction 18 to move. So can magnetic elements 24 arranged in each sub-package and thereby fixed axially. In 4 is the electric machine 12 with the rotor 10 shown according to the first embodiment. It can also the other rotors of the invention 10 be used.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors 10 mit den Magnetelementen 24 aus den vorherigen Figuren umfasst mehrere Schritte. Die unmagnetisierten Magnetelemente 24 können in die ersten Unterabschnitte 30 im Rotor 10 eingesetzt werden. Die Magnetelemente 24 werden axial in den Rotor 10 eingesetzt und dann radial nach außen gepresst. Dabei sind die radial innen angeordneten Hohlräume 48 groß genug, um Presswerkzeuge in den Hohlräumen 48 einzubringen und die Magnetelemente 24 radial nach außen zu pressen. Um die Magnetelemente 24 axial montieren zu können, weisen die Hohlräume 48 in Umfangsrichtung 18 bevorzugt eine größere Breite auf, als die Magnetelemente 24 an der radialen Innenseite. So können die Magnetelemente 24 in die Ausnehmungen 26 geführt werden und nach außen gepresst werden. Dadurch kommt es zum Verkeilen ungeachtet der Toleranzen der Magnetelemente 24 oder der Ausnehmungen 26. Danach kann der Rotor 10 mit den Magnetelementen 24 ausgewuchtet und die Magnetelemente 24 magnetisiert werden.A method of manufacturing a rotor 10 with the magnetic elements 24 from the previous figures comprises several steps. The unmagnetized magnetic elements 24 can in the first subsections 30 in the rotor 10 be used. The magnetic elements 24 become axially in the rotor 10 inserted and then pressed radially outward. In this case, the radially inner cavities are arranged 48 big enough to press tools in the cavities 48 to introduce and the magnetic elements 24 to press radially outward. To the magnetic elements 24 to mount axially, have the cavities 48 in the circumferential direction 18 preferably has a greater width than the magnetic elements 24 on the radial inside. So can the magnetic elements 24 in the recesses 26 be guided and pressed outwards. This results in wedging regardless of the tolerances of the magnetic elements 24 or the recesses 26 , After that, the rotor can 10 with the magnetic elements 24 balanced and the magnetic elements 24 be magnetized.

Die Magnetelemente 24 können durch eine Rotation des Rotors 10 in den Ausnehmungen 26 fixiert werden, indem die Fliehkräfte an den Magnetelementen 24 angreifen und diese die radial nach außen gegen die Kontaktflächen 36 pressen.The magnetic elements 24 can by a rotation of the rotor 10 in the recesses 26 be fixed by the centrifugal forces on the magnetic elements 24 Attack and apply these radially outward against the contact surfaces 36 press.

Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. Da die Magnetelemente 24 sich im ersten Unterabschnitt 30 der Ausnehmung 26 im Rotor 10 verkeilen, kann die Ausrichtung und Form des zweiten Randabschnitts 38 frei gestaltet werden. Durch diese freie Gestaltung des radial äußeren Polrandes 44 kann das Rastmoment beeinflusst werden. Die Erfindung eignet sich besonders für mechanisch empfindliche Magnetelemente 24, wie Seltene-Erden-Magnete, wobei diese auch mit einer Beschichtung, insbesondere aus ferromagnetisch leitendem Material, ausgeführt sein kann. Diese Beschichtung kann das Verkeilen der Magnetelemente 24 zwischen den Rotorpolen 20 zusätzlich verstärken, indem die Beschichtung den Haftkoeffizienten zwischen Magnetelemente 24 und Rotorpol 20 erhöht. Die elektrische Maschine 12 mit dem erfindungsgemäßen Rotor 10 findet vorzugsweise Anwendung für Stellantriebe und Hybridantriebe in Kraftfahrzeugen, insbesondere für eine Servolenkung, ist jedoch nicht auf solch eine Anwendung beschränkt.It should be noted that, with regard to the exemplary embodiments shown in the figures and in the description, a variety of possible combinations of the individual features are possible with one another. Because the magnetic elements 24 in the first subsection 30 the recess 26 in the rotor 10 can wedge, the orientation and shape of the second edge section 38 be designed freely. Through this free design of the radially outer pole edge 44 the cogging torque can be influenced. The invention is particularly suitable for mechanically sensitive magnetic elements 24 , such as rare earth magnets, which may also be designed with a coating, in particular of ferromagnetic conductive material. This coating can cause the wedging of the magnetic elements 24 between the rotor poles 20 additionally reinforce by the coating the adhesion coefficient between magnetic elements 24 and rotor pole 20 elevated. The electric machine 12 with the rotor according to the invention 10 Preferably finds application for actuators and hybrid drives in motor vehicles, especially for a power steering, but is not limited to such an application.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010064259 A1 [0002]

Claims

Rotor ( 10 ) for an electric machine ( 12 ), wherein on the rotor ( 10 ) along its circumferential direction ( 18 ) several rotor poles ( 20 ) are arranged, wherein between the rotor poles ( 20 ) Magnetic elements ( 24 ) are arranged, characterized in that the magnetic elements ( 24 ) taper radially outward.

Rotor ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the magnetic elements ( 24 ) continuously taper radially outwardly over its entire length.

Rotor ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that between the radially extending rotor poles ( 20 ) over its entire length radial recesses ( 26 ) are formed, wherein in the recesses ( 26 ) the magnetic elements ( 24 ) are inserted, wherein the recesses ( 26 ) complementary to the magnetic elements ( 24 ) are shaped so that the magnetic elements ( 24 ) in the recesses ( 26 ) wedging.

Rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the rotor poles ( 20 ) radially outwardly a gap ( 40 ) is formed, and the rotor poles ( 20 ) are not connected to each other on the outside.

Rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor poles ( 20 ) a connection ( 46 ), which lies radially inward, wherein the compound ( 46 ) of the magnetic elements ( 24 ) is radially spaced so far that a cavity ( 48 ) between the connection ( 46 ) and the magnetic elements ( 24 ) is trained

Rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic elements ( 24 ) has a trapezoidal approximately symmetrical cross section ( 50 ), wherein the trapezoidal approximately symmetrical cross section ( 50 ) approximately equal legs ( 28 ) having.

Rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic elements ( 24 ) has a trapezoidal asymmetrical cross section ( 54 ), wherein the asymmetrical cross section ( 50 ) uneven legs ( 56 ) having.

Rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic elements ( 24 ) has a trapezoidal cross-section ( 50 . 54 ), wherein the trapezoidal cross section ( 50 . 54 ) tapers outwardly to approximately its entire length, the trapezoidal cross-section having a height ( 64 ), with the at least one leg ( 56 . 58 ), preferably over its entire length an angle ( 66 ), where the angle ( 66 ) 0.01 ° to 22 °, in particular 0 , 1 ° to 10 °, preferably 0 , 1 ° to 5 °.

Rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic elements ( 24 ) by the radially outwardly tapered shape between the rotor poles ( 20 ) in the recesses ( 26 ) due to a coefficient of static friction, wherein the static friction coefficient must be greater than the tangent of the angle ( 66 ) with which the magnetic elements ( 24 ) rejuvenate.

Rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic elements ( 24 ) an arcuate curvature ( 68 ) exhibit.

Rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic elements ( 24 ) a convex side ( 70 ) with a radius ( 72 ) which is opposite the radius ( 76 ) a concave side ( 74 ) is different.

Rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the radii ( 72 . 76 ) of the magnetic elements ( 24 ) in the tangential direction of the curvatures ( 68 ) are shifted.

Rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic elements ( 24 ) of rare earths, in particular NdFeB, or of ferrite, preferably as a plastic-bonded magnetic element ( 24 ) - are formed.

Rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the radially tapered magnetic elements ( 24 ) approximately in the circumferential direction ( 18 ) of the rotor ( 10 ) are magnetized.

Rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that adjacent magnetic elements ( 24 ) an opposite direction of the magnetic flux ( 80 ) exhibit.

Electric machine ( 12 ) with a rotor ( 10 ) according to one of the preceding claims, which is rotatable within a stator ( 84 ) is arranged.

Method for producing a rotor ( 10 ) for an electric machine ( 12 ) preferably according to one of the preceding claims, characterized by an axial insertion of the magnetic elements ( 24 ) in recesses ( 26 ) in a rotor package ( 88 ) and subsequent radial outward pressing of the magnetic elements ( 24 ) into the recesses ( 26 )

Method for producing a rotor ( 10 ) for an electric machine ( 12 ) according to claim 16, characterized in that the magnetic elements ( 24 ) by a rotation of the rotor ( 10 ) in the recesses ( 26 ) are fixed.