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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine dreiphasige permanentmagneterregte Synchronmaschine. Die Erfindung betrifft weiterhin eine dreiphasige permanentmagneterregte Synchronmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem einen Hybridantrieb, insbesondere für ein Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Bei der Auslegung einer elektrischen Maschine, insbesondere einer dreiphasigen permanentmagneterregten Synchronmaschine, bevorzugt für einen Hybridantrieb eines Fahrzeugs, ergibt sich je nach Gestaltung dieser Maschine und insbesondere eines Rotors dieser Maschine, bei der Berechnung in der Maschine auftretender, durch den Rotor und insbesondere durch Magnetfelder darin eingesetzter Permanentmagnete induzierter Spannungen, dass die Magnetfelder und damit die induzierten Spannungen mehr oder weniger stark von einer idealerweise angestrebten Sinusform entlang einer Umfangskoordinate des Rotors abweichen. Die tatsächlich sich ausbildenden Magnetfelder und induzierten Spannungen können dann gemäß einer Fourierzerlegung aus einer Grundfunktion und Harmonischen überlagert dargestellt werden. Die Grundfunktion, d.h. der Magnetfeld- bzw. Spannungsanteil mit einer Ordnungszahl 1 der Fourierzerlegung, weist dabei entlang der Umfangskoordinate des Rotors eine Periode auf, die einer räumlichen Erstreckung zweier benachbarter gegennamiger Magnetpole des Rotors in dieser Umfangskoordinate, d.h. einer Polteilung, entspricht, d.h. eine halbe Periode erstreckt sich über einen Magnetpol. Die zweite Harmonische, d.h. der Magnetfeld- bzw. Spannungsanteil mit der Ordnungszahl 2 der Fourierzerlegung, weist demgegenüber eine Periode auf, die einer räumlichen Erstreckung eines Magnetpols des Rotors in dieser Umfangskoordinate entspricht, d.h. eine halbe Periode erstreckt sich über einen halben Magnetpol. Bei der dritten Harmonischen, d.h. dem Magnetfeld- bzw. Spannungsanteil mit der Ordnungszahl 3 der Fourierzerlegung, erstreckt sich dann entsprechend eine halbe Periode über ein Drittel der räumlichen Erstreckung eines Magnetpols des Rotors in der Umfangskoordinate. Entsprechend erstreckt sich bei z.B. der neunten Harmonischen, d.h. dem Magnetfeld- bzw. Spannungsanteil mit der Ordnungszahl 9 der Fourierzerlegung, eine halbe Periode über ein Neuntel der räumlichen Erstreckung eines Magnetpols des Rotors in der Umfangskoordinate, usw.
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Bei den bevorzugt für Hybridantriebe eingesetzten dreiphasigen permanentmagneterregten Synchronmaschinen hat sich gezeigt, dass die Magnetfeld- bzw. Spannungsanteile mit den Ordnungszahlen 3 und 9 relativ groß sind. Bei einer Verschaltung der Maschine in Dreieckschaltung führen eben diese dritte und neunte Harmonische zu einem Kreisstrom innerhalb der Dreieckschaltung, der thermische Verluste hervorruft, ohne einen Beitrag zur Antriebsleistung der Maschine zu liefern.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2010 013 302 A1 ist ein Elektromotor bekannt, umfassend ein Motorgehäuse, in welchem Lager zur Lagerung der Rotorwelle vorgesehen sind, wobei im Motorgehäuse ein Statorblechpaket vorgesehen ist, an dem eine Statorwicklung angeordnet ist, wobei im Motorgehäuse ein mit der Rotorwelle drehfest verbundenes Rotorblechpaket vorgesehen ist. Am Rotorblechpaket sind Ausnehmungen vorgesehen, die von der einen axialen Stirnseite des Rotorblechpakets zur anderen axialen Stirnseite des Rotorblechpakets verlaufen, wobei innerhalb des Gehäuses Luft-Fördermittel vorgesehen sind, insbesondere zum Antrieben einer Luftströmung innerhalb des Gehäuses, insbesondere in den Ausnehmungen. In einer alternativen Ausführung weist das Rotorblechpaket als Ausnehmungen mehrere Nuten am Umfang auf, die in axialer Richtung schraubenartig ausgeführt sind und einen mit der axialen Richtung zunehmenden Winkelwert in Umfangsrichtung aufweisen. Durch diese Ausnehmungen, insbesondere Nuten, soll der Wärmeabtransport vom Rotor verbessert werden.
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Auch aus der Druckschrift
JP 8-275 421 A sind spiralförmige Nuten auf der Rotoroberfläche einer elektrischen Maschine bekannt, die der Förderung von Kühlluft bei Drehung des Rotors dienen.
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Die Erfindung hat die Aufgabe, bei einer dreiphasigen permanentmagneterregten Synchronmaschine der vorbeschriebenen Art den unerwünschten Kreisstrom innerhalb der Dreieckschaltung mit insbesondere fertigungstechnisch einfachen Mitteln wenigstens zu verringern, bevorzugt vollständig zu unterdrücken und damit die dadurch hervorgerufenen thermischen Verluste zu verringern bzw. zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor für eine dreiphasige permanentmagneterregte Synchronmaschine, die einen Stator umfasst, in dem im Betrieb durch ein von Magnetpolen des Rotors erzeugtes Magnetfeld eine Spannung induzierbar ist, wobei eine Feldstärke des Magnetfelds entlang einer Umfangskoordinate des Rotors einen Verlauf aufweist, der aus einer Überlagerung einer sinusförmigen Grundfunktion, deren Periode einer Polteilung des Rotors entspricht, und sinusförmigen Harmonischen der Grundfunktion gebildet ist, wobei in und/oder unter einer dem Stator zugewandten Umfangsfläche des Rotors in ihrer Längserstreckung einer axialen Erstreckung der Polteilung des Rotors folgende, sich quer zu ihrer Längserstreckung entlang der Umfangskoordinate im Bereich der Maxima wenigstens der dritten Harmonischen und außerhalb des Bereichs der Maxima der Grundfunktion erstreckende, nutartige Ausnehmungen und/oder Hohlräume angeordnet sind.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Rotor sind somit in der dem Stator zugewandten Umfangsfläche des Rotors nutartige Ausnehmungen angeordnet, oder es sind unterhalb der dem Stator zugewandten Umfangsfläche des Rotors Hohlräume angeordnet. Auch ist eine Kombination möglich, gemäß der sowohl nutartige Ausnehmungen als auch Hohlräume vorgesehen sind. Diese nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume erstrecken sich mit ihrer Längserstreckung entlang der axialen Erstreckung der Polteilung des Rotors. Sind also die Magnetpole des Rotors in axialer Richtung des Rotors und damit der Maschine gerade ausgerichtet, d.h. parallel zur Rotationsachse der Maschine, erstrecken sich auch die nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume mit ihrer Längserstreckung parallel zur Rotationsachse. Sind dagegen die Magnetpole des Rotors gegen die axiale Richtung des Rotors und damit der Maschine in einem Winkel ausgerichtet, d.h. die Magnetpole verlaufen entlang einer Schraubenlinie gegenüber der Rotationsachse der Maschine, erstrecken sich auch die nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume mit ihrer Längserstreckung parallel zu dieser Schraubenlinie.
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Quer zu dieser Längserstreckung der nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume, d.h. in Richtung der Umfangskoordinate des Rotors, sind die nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume im Bereich, d.h. im räumlichen Bereich entlang der Umfangskoordinate des Rotors, der Maxima wenigstens der dritten Harmonischen und außerhalb des Bereichs der Maxima der Grundfunktion angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass wenigstens die dritte Harmonische des Magnetfelds geschwächt wird, da für sie durch die nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume eine geringere magnetische Leitfähigkeit in der Maschine gebildet ist. Dadurch wird die durch diese Harmonische des Magnetfelds induzierte Spannung in der Maschine ebenfalls verringert und somit durch diese Spannung, d.h. durch diesen Spannungsanteil in der insgesamt in der Maschine induzierten Spannung, hervorgerufene Kreisströme und somit die dadurch entstehenden Verluste verringert.
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Grundsätzlich ist für die Drehmomentenbildung in der Maschine lediglich die Grundfunktion, also der Magnetfeldanteil mit der Ordnungszahl 1 der Fourierzerlegung, relevant. Die restlichen Sinusfunktionen, d.h. die Harmonischen mit der Ordnungszahl 2 und mehr, verursachen Verluste, im Fall der 3., 9., 15., 21. usw. Harmonischen die genannten Kreisströme in einer Dreieckschaltung, wenn die Maschine entsprechend verschaltet ist. Die relevanten Orte, an denen die nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume zur Unterdrückung dieser Harmonischen mit der Ordnungszahl 3, 9, 15, 21 usw. angeordnet sind, sind die räumlichen Lagen der auch als Amplituden bezeichneten Maxima dieser zu unterdrückenden Harmonischen entlang der Umfangskoordinate des Rotors.
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Grundsätzlich kann vorgesehen sein, an allen Stellen der Amplituden der Harmonischen mit den Ordnungszahlen 3, 9, 15, 21, usw. eine nutartige Ausnehmung und/oder einen Hohlraum in der dem Stator zugewandten Umfangsfläche des Rotorsund/oder unterhalb derselben im Rotor vorzusehen. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass eine Störung des Verlaufs der Grundfunktion des Magnetfelds den zur Drehmomentenbildung nutzbaren Anteil des Magnetfelds schwächt, was jedoch unerwünscht ist. Bei der konkreten Ausbildung der nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume ist anhand einfacher Versuche oder Variationen einer Simulationsrechnung individuell zu bestimmen, in welcher Anzahl und welcher Gestaltung, z.B. in welchem Querschnitt und mit welchen Abmessungen, die nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume in bzw. unter der dem Stator zugewandten Umfangsfläche des Rotors angeordnet werden. Dabei ist auch der Wert der Amplituden der zu unterdrückenden Harmonischen in die Dimensionierung der nutartigen Ausnehmungen und/oder der Hohlräume einzubeziehen. Bei dieser in jedem Einzelfall gesondert vorzunehmenden Dimensionierung ist ein Ausgleich zwischen der Unterdrückung der unerwünschten Harmonischen einerseits und der Forderung andererseits zu bilden, die Grundfunktion möglichst unbeeinflusst zu lassen.
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Im Resultat sind somit die nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume wenigstens an denjenigen Stellen in und/oder unter der Umfangsfläche des Rotors vorgesehen, an denen das Maximum der dritten Harmonischen auftritt, wobei zugleich sicherzustellen ist, die Grundfunktion nicht oder nur minimal zu beeinträchtigen. Mit dieser Gestaltung können die unerwünschten Harmonischen des Magnetfeldes wirksam reduziert werden. Entsprechend wird eine Anregung von Kreisströmen in der in Dreieckschaltung betriebenen Maschine vermindert. Die Sinusförmigkeit des Verlaufs des Magnetfelds wird damit gesteigert.
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Die Erfindung ermöglicht mit einfachen konstruktiven und fertigungstechnischen Mitteln eine wirksame Unterdrückung störender, d.h. verlusterzeugender, Harmonischer des Verlaufs des Magnetfelds in der Maschine entlang der Umfangskoordinate des Rotors. Demgegenüber ist eine Möglichkeit, die Umfangsfläche des Rotors in Richtung der Umfangskoordinate etwa sinusförmig auszugestalten, so dass sich in Polmitte ein geringerer Luftspalt zum Stator hin ergibt als in Pollücken, fertigungstechnisch komplizierter und kostenaufwendiger.
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Das Einbringen nutartiger Ausnehmungen in die Umfangsfläche des Rotors der Maschine ist verglichen mit einer etwa sinusförmigen Ausgestaltung der Umfangsfläche des Rotors einfacher herzustellen. Außerdem lassen sich die Lage entlang der Umfangskoordinate, die Gestaltung, insbesondere der Querschnitt, und die Anzahl der Nuten den entsprechenden Notwendigkeiten jeder Maschinenkonstruktion und Maschinendimensionierung individuell leicht anpassen. Entsteht z.B. eine starke dritte Harmonische, aber keine neunte, kann sich bei Lage und Ausgestaltung der nutartigen Ausnehmungen lediglich auf die für die dritte Harmonische relevanten Orte, d.h. die Orte, an denen deren Maxima auftreten, bezogen werden. In vergleichbarer Weise ist auch das Einbringen von Hohlräumen in den Rotor unterhalb der Umfangsfläche des Rotors der Maschine einfacher als die genannte, etwa sinusförmige Ausgestaltung der Umfangsfläche des Rotors, insbesondere dadurch, dass für die Hohlräume einfache Querschnittsformen wählbar sind.
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Mit der Erfindung sind Maschinen der vorgenannten Art außer in Sternschaltung auch in Dreieckschaltung verlustarm betreibbar.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors sind die in der dem Stator zugewandten Umfangsfläche des Rotors in ihrer Längserstreckung der axialen Erstreckung der Polteilung des Rotors folgenden, nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume sich quer zu ihrer Längserstreckung entlang der Umfangskoordinate im Bereich der Maxima wenigstens der dritten und zusätzlich wenigstens der neunten und/oder der fünfzehnten und/oder der einundzwanzigsten Harmonischen und außerhalb des Bereichs der Maxima der Grundfunktion erstreckend angeordnet.
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Bei dieser Weiterbildung sind somit die nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume quer zu ihrer Längserstreckung, d.h. in Richtung der Umfangskoordinate des Rotors, im entlang der Umfangskoordinate des Rotors sich erstreckenden räumlichen Bereich der Maxima nicht nur der dritten Harmonischen angeordnet, sondern für die Anordnung der nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume sind außerdem die räumlichen Bereiche berücksichtigt, in denen wahlweise die Maxima der neunten und/oder der fünfzehnten und/oder der einundzwanzigsten Harmonischen, aber auch weiterer, noch höherer Harmonischer liegen. Auch hier ist zu beachten, dass die nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume außerhalb des Bereichs der Maxima der Grundfunktion anzuordnen sind, um eine Schwächung der Grundfunktion zu vermeiden.
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Dadurch wird erreicht, dass neben der dritten Harmonischen des Magnetfelds auch wahlweise die neunte, fünfzehnte, einundzwanzigste usw. Harmonische geschwächt wird, da auch für sie durch die nutartigen Ausnehmungen und/oder Hohlräume eine geringere magnetische Leitfähigkeit in der Maschine gebildet ist. Dadurch werden die durch diese Harmonischen des Magnetfelds induzierten Spannungsanteile in der Maschine ebenfalls verringert und somit durch diese Spannungsanteile in der insgesamt in der Maschine induzierten Spannung hervorgerufene Kreisströme und somit die dadurch entstehenden Verluste verringert. Diese Weiterbildung ist bevorzugt einsetzbar in Fällen, in denen die höheren Harmonischen noch nennenswerte Amplituden aufweisen. Allerdings nimmt bei üblichen Maschinen die Amplitude der Harmonischen mit steigender Ordnungszahl ab.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist die Umfangsfläche des Rotors derart ausgestaltet, dass ein Luftspalt zwischen der Umfangsfläche und einer dieser gegenüberliegenden Fläche des Stators entlang der Umfangskoordinate des Rotors außerhalb der Erstreckung der nutartigen Ausnehmungen wenigstens nahezu konstant ausgebildet ist. Damit wird eine konstruktiv und fertigungstechnisch einfache und kostengünstige Ausbildung des Rotors erhalten.
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Bevorzugt ist vorgesehen, die nutartigen Ausnehmungen von vornherein bei der Fertigung des Rotors herzustellen. Daneben ist jedoch auch möglich, die nutartigen Ausnehmungen erst nach Abschluss der Fertigung der Maschine im Zuge eines individuellen Abgleichs jedes einzelnen Exemplars der gefertigten Maschinen anzubringen. Dies kann z.B. durch Fräsen, Schleifen oder dergleichen ausgeführt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotors sind die unter der dem Stator zugewandten Umfangsfläche des Rotors in ihrer Längserstreckung der axialen Erstreckung der Polteilung des Rotors folgenden Hohlräume als quer zu ihrer Längserstreckung wenigstens nahezu vollständig abgeschlossene Kavitäten ausgebildet. Dabei ist mit dem Begriff Kavität zum Ausdruck gebracht, dass es sich gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung um bevorzugt von möglichen weiteren Hohlräumen innerhalb des Rotors, z.B. den aus dem Stand der Technik bekannten, am Rotorblechpaket vorgesehenen Ausnehmungen, die von der einen axialen Stirnseite des Rotorblechpakets zur anderen axialen Stirnseite des Rotorblechpakets verlaufen und dem Führen von Kühlluft dienen, getrennt angeordnete und in sich geschlossene oder wenigstens nahezu geschlossene Hohlräume handelt, die besonders bevorzugt kanal- bzw. röhrenartig ausgestaltet sind. Diese Gestaltung ist dann wenigstens weitgehend unabhängig von anderen Gestaltungsmerkmalen bzw. Gestaltungselementen des Rotors vornehmbar.
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Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotors sind die unter der dem Stator zugewandten Umfangsfläche des Rotors in ihrer Längserstreckung der axialen Erstreckung der Polteilung des Rotors folgenden Hohlräume als nutartige Taschen in einer Wandung wenigstens einer Magnettasche des Rotors ausgebildet. Damit ist eine Vereinfachung der Gestaltung des Rotors, z.B. eine Vereinfachung eines Rotorblechschnitts, gegenüber einer Gestaltung mit getrennt angeordneten und in sich geschlossenen oder wenigstens nahezu geschlossenen Hohlräumen möglich, wodurch insbesondere für eine Fertigung einzusetzende Stanzwerkzeuge vereinfacht und damit kostengünstiger hergestellt werden können. Diese Ausgestaltung macht sich die Tatsache zunutze, dass die Position der Magnettaschen eines z.B. permanentmagneterregten Rotors direkt mit dem Verlauf der Magnetfelder bzw. induzierten Spannungen entlang der Umfangskoordinate korreliert ist und somit bestimmte räumliche Zuordnungen der Magnettaschen zu den Hohlräumen gegeben sind.
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Auch für die Hohlräume, d.h. Kavitäten und/oder Taschen, ist bevorzugt vorgesehen, diese von vornherein bei der Fertigung des Rotors herzustellen. Daneben ist jedoch auch möglich, die Hohlräume, d.h. Kavitäten und/oder Taschen, erst nach Abschluss der Fertigung der Maschine im Zuge eines individuellen Abgleichs jedes einzelnen Exemplars der gefertigten Maschinen anzubringen. Dies kann z.B. durch Bohren oder dergleichen ausgeführt werden.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine dreiphasige permanentmagneterregte Synchronmaschine, die gekennzeichnet ist durch einen Rotor der vorbeschriebenen Art. Die derart ausgebildete Maschine weist insbesondere auch im Betrieb in Dreieckschaltung, d.h. bevorzugt bei hoher Belastung, einen verbesserten Wirkungsgrad und verringerte Verluste auf, wodurch die thermische Belastung der Maschine verringert und die Energieausnutzung verbessert werden. Dies ist besonders vorteilhaft für einen Einsatz der Maschine in elektrisch betriebenen Fahrzeugen.
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Demgemäß wird die oben genannte Aufgabe vorteilhaft auch gelöst durch einen Hybridantrieb, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer derartigen dreiphasigen permanentmagneterregten Synchronmaschine.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im nachfolgenden näher beschrieben, wobei übereinstimmende Elemente in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung als Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1, und
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung als weitere Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1.
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Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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In 1 ist grobschematisch ein beispielhafter Verlauf einer Grundfunktion G, einer dritten Harmonischen H3 und einer neunten Harmonischen H9 eines Verlaufs eines Magnetfelds M entlang einer Erstreckung einer Umfangskoordinate U eines Rotors R dargestellt. Der Rotor R ist grobschematisch als abgewickelter Querschnitt im Bereich zweier benachbarter, gegennamiger Magnetpole MP1 und MP2 wiedergegeben. Dabei ist mit dem Bezugszeichen UF eine Umfangsfläche des Rotors R bezeichnet, die einem Stator S zugewandt ist. Der Stator S ist ebenfalls grobschematisch als abgewickelter Querschnitt im Bereich der beiden benachbarten, gegennamigen Magnetpole MP1 und MP2 wiedergegeben, wobei schematisch auch Statorzähne SZ dargestellt sind. Zwischen der Umfangsfläche UF des Rotors R und den Statorzähnen SZ befindet sich ein Luftspalt L mit grundsätzlich gleichförmiger, entlang der Umfangskoordinate U konstanter Breite B.
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In der Umfangsfläche UF des Rotors R sind nutartige Ausnehmungen N1, N2, N3, N4 eingeformt, die sich mit ihrer Längserstreckung senkrecht zur Zeichenebene erstrecken. Quer zu ihrer Längserstreckung in Richtung der Umfangskoordinate U erstrecken sich die nutartigen Ausnehmungen N1 bis N4 im Bereich der Maxima der dritten Harmonischen H3 und der neunten Harmonischen H9, jedoch außerhalb des Bereichs der Maxima der Grundfunktion G. Zur einfacheren Orientierung im Diagramm ist als Umfangskoordinate U der elektrische Winkel des Rotors R in Winkelgraden aufgetragen, wobei jeder der Magnetpole MP1, MP2 sich über einen elektrischen Winkel von 180° erstreckt. Eine Periode der Grundfunktion G mit 360° erstreckt sich somit über beide Magnetpole MP1, MP2. Die Maxima der Grundfunktion G befinden sich bei einem elektrischen Winkel von 90° und 270°. Die Maxima der dritten Harmonischen H3 befinden sich bei einem elektrischen Winkel von 30°, 90°, 150°, 210°, 270° und 330°. Die Maxima der neunten Harmonischen H9 befinden sich bei einem elektrischen Winkel von 10°, 30°, 50°, 70°, 90°, 110°, 130°, 150°, 170°, 190°, 210°, 230°, 250°, 270°, 290°, 310°, 330° und 350°.
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In dem in 1 gezeigten Beispiel sind nun, um die Bedingung zu erfüllen, dass sich die nutartigen Ausnehmungen N1 bis N4 im Bereich der Maxima der dritten Harmonischen H3 und der neunten Harmonischen H9, jedoch außerhalb des Bereichs der Maxima der Grundfunktion G befinden sollen, vier nutartige Ausnehmungen N1 bis N4 wie folgt vorgesehen:
- • eine erste nutartige Ausnehmung N1 erstreckt sich vom ersten Maximum der dritten Harmonischen H3 bei einem Winkel von 30° bis zum zweiten Nulldurchgang der dritten Harmonischen H3 bei einem Winkel von 60°, wobei der Nulldurchgang bei 0° mitgezählt wurde;
- • eine zweite nutartige Ausnehmung N2 erstreckt sich vom dritten Nulldurchgang der dritten Harmonischen H3 bei einem Winkel von 120° bis zum dritten Maximum der dritten Harmonischen H3 bei einem Winkel von 150°;
- • eine dritte nutartige Ausnehmung N3 erstreckt sich vom vierten Maximum der dritten Harmonischen H3 bei einem Winkel von 210° bis zum fünften Nulldurchgang der dritten Harmonischen H3 bei einem Winkel von 240°;
- • eine vierte nutartige Ausnehmung N4 erstreckt sich vom sechsten Nulldurchgang der dritten Harmonischen H3 bei einem Winkel von 300° bis zum sechsten Maximum der dritten Harmonischen H3 bei einem Winkel von 330°.
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Diese Gestaltung bedeutet, dass sich die angegebenen nutartigen Ausnehmungen N1 bis N4 auf der Umfangsfläche UF des Rotors R je von einem Maximum der neunten Harmonischen H9 bis zu ihrem übernächsten Nulldurchgang bzw. von einem Nulldurchgang der neunten Harmonischen H9 bis zu ihrem übernächsten Maximum erstrecken.
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Um die Bedingung zu erfüllen, dass sich die nutartigen Ausnehmungen N1 bis N4 außerhalb des Bereichs der Maxima der Grundfunktion G befinden sollen, erstrecken sich die nutartigen Ausnehmungen N1 bis N4 in diesem Beispiel nicht in dem Bereich jedes der Maxima der dritten und der neunten Harmonischen H3 und H9, sondern nur ausgewählter Maxima.
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In der Darstellung der 1 sind die nutartigen Ausnehmungen N1 bis N4 als rechteckige Nuten dargestellt. In der dementsprechenden räumlichen Ausgestaltung des Rotors R werden die nutartigen Ausnehmungen N1 bis N4 durch Rücksprünge in der Umfangsfläche UF des Rotors R gebildet, in denen der Radius des Rotors R sprungartig verringert ist. Wahlweise können die nutartigen Ausnehmungen N1 bis N4 auch abweichend von dieser Darstellung gestaltet sein, z.B. mit ausgerundeten Rücksprüngen, kontinuierlichen Übergängen zur Umfangsfläche UF des Rotors R, mit einem kreisabschnittsförmigen Querschnitt, oder dergleichen.
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2 zeigt in einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach 1 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem anstelle der vorbeschriebenen Nuten N1, N2, N3, N4 Kavitäten K1, K2 im Rotor R unterhalb der Umfangsfläche UF angeordnet sind. Vereinfachend ist nur ein Magnetpol MP1 wiedergegeben, der mit zwei im Rotor „vergrabenen“ Permanentmagneten P1 und P2 ausgebildet ist, von denen jeder in einer gesonderten Magnettasche aufgenommen ist. Lage, Abmessungen und Gestalt bzw. Kontur der Kavitäten K1, K2 sind durch einfache Versuche bzw. Simulationsrechnungen bestimmbar und optimierbar. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kavitäten K1, K2 zwischen den Permanentmagneten P1 bzw. P2 und der Umfangsfläche UF in der Nachbarschaft einer in Richtung zur Umfangsfläche UF gekippten Ecke der Permanentmagneten P1 bzw. P2 angeordnet. Andere Gestaltungen und Positionen sind je nach Erfordernis möglich.
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3 zeigt in einer weiteren Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach 1 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem anstelle der vorbeschriebenen Nuten N1, N2, N3, N4 Taschen T1, T2 im Rotor R unterhalb der Umfangsfläche UF angeordnet sind. Vereinfachend ist wieder nur der Magnetpol MP1 wiedergegeben. Die Taschen sind in Wandungen der Magnettaschen für die Permanentmagnete P1 bzw. P2 eingeformt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Taschen T1, T2 zwischen den Permanentmagneten P1 bzw. P2 und der Umfangsfläche UF im Anschluss an die in Richtung zur Umfangsfläche UF gekippte Ecke der Magnettaschen für die Permanentmagnete P1 bzw. P2 angeordnet. Andere Gestaltungen und Positionen sind je nach Erfordernis auch hier möglich.
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Bezugszeichenliste
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- B
- Breite von L
- G
- Grundfunktion
- H3
- Dritte Harmonische
- H9
- Neunte Harmonische
- K1
- Erste Kavität
- K2
- Zweite Kavität
- L
- Luftspalt
- M
- Magnetfeld
- MP1
- Magnetpol
- MP2
- Magnetpol
- N1
- Erste nutartige Ausnehmung
- N2
- Zweite nutartige Ausnehmung
- N3
- Dritte nutartige Ausnehmung
- N4
- Vierte nutartige Ausnehmung
- P1
- Erster Permanentmagnet
- P2
- Zweiter Permanentmagnet
- R
- Rotor
- S
- Stator
- SZ
- Statorzähne
- T1
- Erste Tasche
- T2
- Zweite Tasche
- U
- Umfangskoordinate
- UF
- Umfangsfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010013302 A1 [0004]
- JP 8-275421 A [0005]
