Die Erfindung betrifft einen Rotor einer permanentmagneterregten elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 wie dieser bereits beispielhaft mit der DE 10 2008 059 347 A1 bekannt geworden ist.The invention relates to a rotor of a permanent magnet electric machine according to the preamble of claim 1 as this already by way of example with the DE 10 2008 059 347 A1 has become known.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen mit Permanentmagneten bestückten Rotor einer elektrischen Maschine mit einer hohen magnetischen Leistungsdichte darzustellen. Des Weiteren soll ein derartiger Rotor dargestellt werden, bei welchem die Magnete zusätzlich auch unter hohen, insbesondere in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges auftretenden Drehzahlen gegenüber betriebsbedingten Fliehkräften sicher abgestützt sind und wobei der Rotor auch unter einem solchen Drehzahleinfluss eine hohe Formstabilität aufweist und die Permanentmagnete bruchsicher befestigt sind. Insbesondere sollen diese Anforderungen auch über den genannten Bereich hinaus, insbesondere in einem Bereich oberhalb von etwa 7.000 Umdrehungen bis etwa 20.000 Umdrehungen pro Minute erfüllt sein. Zugleich soll das Massenträgheitsmoment des Rotors vergleichsweise gering gehalten werden.The object of the invention is to present a rotor equipped with permanent magnets of an electric machine with a high magnetic power density. Furthermore, such a rotor is to be represented, in which the magnets are additionally securely supported even under high, especially in a drive train of a vehicle speeds against operational centrifugal forces and the rotor has a high dimensional stability even under such a speed influence and fixed the permanent magnets unbreakable are. In particular, these requirements should also be met beyond the stated range, in particular in a range above approximately 7,000 revolutions to approximately 20,000 revolutions per minute. At the same time, the mass moment of inertia of the rotor should be kept comparatively low.
Zumindest eine der vorstehend genannten Aufgaben wird durch einen Rotor mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine elektrische Maschine unter Verwendung eines derartigen Rotors gemäß Patentanspruch 7 gelöst.At least one of the above objects is achieved by a rotor having the features specified in claim 1 and by an electric machine using such a rotor according to claim 7.
Vorteile sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der Figurenbeschreibung entnehmbar.Advantages and advantageous embodiments and developments of the invention are the dependent claims and the description of the figures removed.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beispielhaft erläutert.The invention will be explained by way of example with reference to an embodiment shown in the figures.
Es zeigen:
- 1 eine teilweise stirnseitige Ansicht eines Permanentmagnetrotors mit darin ausgebildeten Taschen zur Aufnahme von Permanentmagneten;
- 2 eine teilweise stirnseitige Ansicht des Permanentmagnetrotors von 1 mit in Taschen angeordneten Permanentmagneten;
- 3 die Anordnung von 2 mit weiteren eingetragenen Merkmalsbezeichnungen.
Show it: - 1 a partial end view of a permanent magnet rotor with pockets formed therein for receiving permanent magnets;
- 2 a partial frontal view of the permanent magnet rotor of 1 with permanent magnets arranged in pockets;
- 3 the arrangement of 2 with further registered feature names.
Die Figuren zeigen eine stirnseitige Draufsicht auf einen Rotor R für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine, bei dem eine Vielzahl von Permanentmagneten PM vollständig in einem radialen Raumbereich zwischen einer Drehachse bzw. Mittelachse A bzw. einem Zentrum Z und einer äußeren Umfangsfläche U bzw. einem äußeren Rand des Rotors R angeordnet sind. Es liegt also ein Rotor R mit vergrabenen Magneten vor, welcher im Ausführungsbeispiel als ein Innenläufer ausgebildet ist. Der Rotor R weist einen Rotorkörper RK auf, der vorliegend aus einzelnen, in einer Richtung entlang der Rotationsachse gestapelten Lamellen L aus einem Elektroblech gefertigt ist. In diesem Fall zeigt 1 einen Ausschnitt des Rotors R und ebenso ausschnittweise die Ausbildung einer einzelnen Blechlamelle L. Das verwendete Elektroblech kann dabei aus einem bekannten Werkstoff bestehen, beispielsweise mit der in Fachkreisen bekannten Bezeichnung NO30-15. Anstelle eines damit erzeugten Lamellenpakets kann der Rotorkörper RK auch als ein Massivteil, zum Beispiel aus einem Sinterwerkstoff ausgebildet sein.The figures show a frontal plan view of a rotor R for a permanent-magnet-excited electric machine in which a plurality of permanent magnets PM completely in a radial space between an axis of rotation or central axis A or a center Z and an outer peripheral surface U or an outer edge of the rotor R are arranged. So there is a rotor R with buried magnets in front, which is formed in the embodiment as an internal rotor. The rotor R has a rotor body RK in the present case of individual lamellae stacked in one direction along the axis of rotation L is made of an electrical sheet. In this case shows 1 a section of the rotor R and also in part the formation of a single lamination L , The electrical sheet used may consist of a known material, for example with the well-known in the art designation NO30-15. Instead of a laminated core thus produced, the rotor body RK also be designed as a solid part, for example of a sintered material.
Die Permanentmagnete PM bzw. kurz Magnete unterliegen hinsichtlich des Materialsystems keinen Besonderheiten oder Einschränkungen. Zum Beispiel können die Magnete Selten-Erd-Elemente enthalten und insbesondere dem Werkstoffsystem Neodym-Eisen-Bor (Nd-Fe-B) angehören. Eine elektrische Maschine umfasst neben dem Rotor grundsätzlich weiter einen Stator mit einer Statorwicklung, welche ausgebildet ist, um mit dem nachfolgend näher erläuterten Rotor in eine magnetische Wechselwirkung zu treten. Auf eine Darstellung und detaillierte Beschreibung des Stators wird verzichtet, da dieser an sich keinen Gegenstand der hier behandelten Erfindung darstellt und dessen grundsätzlicher Aufbau dem Fachmann hinreichend bekannt ist. Eine auf dem vorgeschlagenen Rotor R basierende elektrische Maschine kann sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden und kann zum Beispiel als Antriebsquelle in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug Verwendung finden. The permanent magnets PM or short magnets are subject to the material system no special or restrictions. For example, the magnets may contain rare earth elements and in particular belong to the material system neodymium-iron-boron (Nd-Fe-B). In addition to the rotor, an electric machine basically also comprises a stator with a stator winding, which is designed to enter into a magnetic interaction with the rotor explained in more detail below. On a representation and detailed description of the stator is omitted, since this is not a subject of the invention treated here and its basic structure is well known to those skilled in the art. One on the proposed rotor R based electric machine can be operated both motorized and regenerative and can be used, for example, as a drive source in an electric or hybrid vehicle.
Die 1-3 zeigen jeweils einen 45°-Sektor des Rotors R bzw. einen Achtelkreis von diesem. Die dargestellte Anordnung tritt am Rotor R bzw. an einer Blechlamelle L somit insgesamt 8-fach auf. Die in dem gesamten Sektor SE vorhandene geometrische Anordnung von Magneten und Ausnehmungen bildet ein geometrisches Motiv. An einem Vollkreis sind also insgesamt 8 Motive ausgebildet, welche sich jeweils durch eine Drehung um ein Achtel um die Rotorachse oder durch Spiegelung an einer Axialebene ineinander überführen lassen.The 1-3 each show a 45 ° sector of the rotor R or one-eighth of this. The arrangement shown occurs on the rotor R or on a lamination L thus a total of 8 times. Those in the entire sector SE existing geometric arrangement of magnets and recesses forms a geometric motif. So a total of 8 motives are formed on a full circle, which can be converted into each other by a rotation by one-eighth of the rotor axis or by reflection at an axial plane.
Die verwendeten Permanentmagnete PM1-6 weisen allgemein eine quaderförmige Gestalt auf und sind in dem gezeigten rechteckigen Querschnitt mit einer langen Seite M1 und einer kurzen Seite M2 ausgebildet. In der hier zeichnerisch nicht dargestellten Ausdehnung in Achsrichtung des Rotors R weisen die Magnete PM eine axiale Erstreckung bzw. eine Tiefe M3 auf. Die im Stoßbereich der Seiten M1 und M2 in axialer Richtung verlaufenden Kanten K können unter Ausbildung eines Kantenradius PMR abgerundet sein. Die Magnete PM können zur Unterdrückung von Wirbelströmen in Axialrichtung unter Ausbildung von einzelnen Magnetblöcken segmentiert und gegenseitig elektrisch isoliert sein, wobei am Rotor R mehrere solcher Blöcke axial aufeinander folgen können. Zur Ausbildung eines Motivs werden mit Vorteil zumindest im Querschnitt gleichartige Magnete PM1-6 oder Blöcke verwendet, wodurch die Herstellungskosten eines Rotors R begrenzt werden können. Der dargestellte Rotor-Querschnitt umfasst somit insgesamt 48 Magnete PM. Die Magnete PM weisen jeweils einen magnetischen Nordpol und einen Südpol auf, welche jeweils durch eine lange Seite M1 gebildet werden. Der die Magnete PM durchsetzende magnetische Fluss tritt senkrecht aus den Längsseiten aus bzw. in diese ein und verläuft in Richtung der Flächennormalen der Seiten M1.The permanent magnets used PM1-6 generally have a parallelepiped shape and are in the shown rectangular cross-section with a long side M1 and a short side M2 educated. In the drawing, not shown here in the axial direction of the rotor R Show the magnets PM an axial extension or a depth M3 on. The in the impact area of the sides M1 and M2 in the axial direction edges K can forming an edge radius PMR be rounded. The magnets PM can be segmented to suppress eddy currents in the axial direction to form individual magnetic blocks and be mutually electrically isolated, wherein the rotor R several such blocks can follow one another axially. To form a motif are advantageously at least in cross-section similar magnets PM1-6 or blocks, thereby reducing the manufacturing cost of a rotor R can be limited. The illustrated rotor cross-section thus comprises a total of 48 magnets PM , The magnets PM each have a north magnetic pole and a south pole, each with a long side M1 be formed. The magnets PM passing magnetic flux emerges perpendicularly from the longitudinal sides or in this and extends in the direction of the surface normal of the pages M1 ,
In den Figuren ist erkennbar, dass jeder Permanentmagnet PM1-6 in einer Magnettasche bzw. Tasche T1-6 aufgenommen ist. Zu diesem Zweck sind innerhalb der Taschen T Magnetaufnahmebereiche TM1-6 vorgesehen, von denen ein Rand R1-6 zumindest an den Längsseiten M1 der Magnete PM anliegt. Die Anzahl der Taschen T bzw. die Anzahl der Magnetaufnahmebereiche TM entspricht der Anzahl der Magnete PM. Die Taschen T sind im Bereich der Magnete PM so bemessen und ausgebildet, dass die Magnete PM axial in das Blechpaket bzw. den Rotorkörper RK eingeschoben und dort verklemmt angeordnet werden können. Die Magnete PM sind dadurch insbesondere in radialer als auch in axialer Richtung gegenüber betriebsbedingten Kräften fixiert.It can be seen in the figures that each permanent magnet PM1-6 in a magnetic bag or bag T1 - 6 is included. For this purpose, within the pockets T are magnetic receiving areas TM1 - 6 provided, of which one edge R1 - 6 at least on the long sides M1 the magnets PM is applied. The number of pockets T or the number of magnet receiving areas TM corresponds to the number of magnets PM , The pockets T are in the range of magnets PM so sized and trained that the magnets PM axially in the laminated core or the rotor body RK can be inserted and placed there jammed. The magnets PM are thereby fixed in particular in the radial and in the axial direction against operational forces.
Die Magnete PM und die Taschen T sind erkennbar in zwei zueinander radial gestaffelten V-förmigen Gruppen V1, V2 angeordnet, welche eine erste Gruppe V1 mit Magneten PM1, 2 und eine zweite Gruppe 2 mit Magneten PM3-6 bilden. Die Taschen T einer Gruppe V bzw. der beiden Schenkel V1.1, V1.2; V2.1, V2.2 eines V sind zueinander geneigt angeordnet. Jede Tasche T weist zur Ausbildung eines Magnetaufnahmebereichs TM an deren Berandung R zwei parallel verlaufende Seiten RM auf, welche mit den Längsseiten M1 zusammenwirken und auf diese Weise faktisch zusammenfallen. Die Taschen T jeder Gruppe V stehen radial innen näher zusammen als radial außen und schließen jeweils in dem radial innersten Bereich einen Steg S1, S2 mit zueinander parallelen Seiten S1.1, S1.2; S2.1, S2.2 ein, wobei dort jedoch anstelle von parallelen Geraden alternativ oder ergänzend auch gekrümmte Begrenzungslinien realisiert sein können. Der Winkel zwischen zwei zugehörigen V-Schenkeln V1.1, V1.2 bzw. V2.1, V2.2 kann grundsätzlich ein spitzer, ein rechter, ein stumpfer oder auch ein gestreckter Winkel sein.The magnets PM and the bags T are recognizable in two radially staggered V-shaped groups V1 . V2 arranged, which is a first group V1 with magnets PM1, 2 and a second group 2 with magnets PM3-6 form. The pockets of a group V or the two legs V1.1 . V1.2 ; V2.1 . V2.2 one V are arranged inclined to each other. Every bag T indicates the formation of a magnetic receiving area TM at the border R two parallel sides RM on, which with the long sides M1 interact in this way and in fact coincide. The bags T each group V are radially inwardly closer together than radially outward and close in the radially innermost region in each case a web S1 . S2 with parallel sides S1.1 . S1.2 ; S2.1 . S2.2 a, where, however, instead of parallel lines, alternatively or additionally curved boundary lines can be realized. The angle between two associated V-legs V1.1 . V1.2 respectively. V2.1 . V2.2 can basically be a pointed, a right, a dull or even a stretched angle.
Die erste, radial äußere V-förmige Gruppe V1 umfasst zwei Taschen T1, T2, die einen Sektor SE1 mit einen Winkel α1 (Alpha 1) einschließen, der im Ausführungsbeispiel etwa 90° beträgt. Jeder der beiden V-Schenkel dieser Gruppe V1 wird durch genau eine Tasche T gebildet. Die beiden Taschen T1, T2 der ersten Gruppe V1 sind an der Blechlamelle L bezüglich eines Radiusvektors RR1 des Rotors R spiegelsymmetrisch angeordnet und unter einem Winkel von etwa 45° zum Radiusvektor RR1 positioniert.The first, radially outer V-shaped group V1 includes two pockets T1 . T2 that a sector SE1 with an angle α1 (Alpha 1 ), which in the embodiment is about 90 °. Each of the two V-legs of this group V1 is through exactly one bag T educated. The two bags T1 . T2 the first group V1 are at the lamella L with respect to a radius vector RR1 of the rotor R arranged mirror-symmetrically and at an angle of about 45 ° to the radius vector RR1 positioned.
Die zweite, radial innere V-förmige Gruppe V2 umfasst insgesamt vier Taschen T3-T6, die einen Sektor SE2 mit einem Winkel α2 (Alpha 2) einschließen, welcher in der Figur etwa 82° beträgt. Vorliegend ist demnach der Winkel α1 > α2 (Alpha 1 > Alpha 2). Jeder der beiden V-Schenkel V2.1, V2.2 dieser Gruppe V2 wird durch genau zwei Taschen T3, T4, T5, T6 gebildet, welche entlang einer Geraden jeweils in Richtung der langen Seite M1 aufeinander folgen. Die vier Taschen T der zweiten Gruppe V2 sind an der Blechlamelle L ebenfalls bezüglich des Radiusvektors RR1 spiegelsymmetrisch angeordnet und sind unter einem Winkel von ca. 41°, also mithin kleiner als 45° zum Radiusvektor RR1 positioniert.The second, radially inner V-shaped group V2 includes a total of four pockets T3-T6 that a sector SE2 with an angle α2 (Alpha 2), which in the figure is about 82 °. In the present case, therefore, the angle α1> α2 (Alpha 1> Alpha 2). Each of the two V-thighs V2 .1, V2.2 this group V2 is through exactly two pockets T3 . T4 . T5 . T6 formed, which along a straight line respectively in the direction of the long side M1 follow one another. The four pockets T of the second group V2 are at the lamella L also with respect to the radius vector RR1 arranged mirror-symmetrically and are at an angle of approximately 41 °, that is thus less than 45 ° to the radius vector RR1 positioned.
An einer Blechlamelle L sind die beiden Gruppen V1, V2 so angeordnet, dass deren Spiegelebene mit einer Axialebene und dem durch diesen verlaufenden Radiusvektor RR1 zusammenfällt.On a sheet metal lamella L are the two groups V1 . V2 arranged such that its mirror plane with an axial plane and the radius vector extending through this RR1 coincides.
Die Taschen T3-T6 bzw. die Magnete PM3-PM6 der zweiten Gruppe V2 spannen somit einen Raumbereich bzw. den Sektor SE2 auf, in welchem die Magnete PM1, 2 der ersten Gruppe V1 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Magnete PM der ersten Gruppe V1 von den Magneten PM der zweiten Gruppe V2 eingeschlossen, wobei der Sektor SE2 von einem zugehörigen Bereich des Außenumfangs U des Rotors R begrenzt wird. Weiterhin sind zwei am gezeigten Querschnitt in Umfangsrichtung benachbarte Motive spiegelbildlich angeordnet, wobei die Spiegelebene mit einem Radiusvektor RR2 zusammenfällt.The bags T3 - T6 or the magnets PM3-PM6 of the second group V2 thus span a space area or the sector SE2 in which the magnets PM1, 2 of the first group V1 are arranged. In other words, the magnets PM the first group V1 from the magnets PM the second group V2 including the sector SE2 from an associated area of the outer periphery U of the rotor R is limited. Furthermore, two adjacent circumferentially adjacent motives are arranged in mirror image, wherein the mirror plane with a radius vector RR2 coincides.
Vorliegend betragen ein Innenradius IR des Blechpakets etwa 2 Längeneinheiten und ein Außenradius OR etwa 7 Längeneinheiten, so dass das Blechpaket eine radiale Erstreckung von etwa 5 Längeneinheiten aufweist. Die Seite M1 eines Magneten PM beträgt hierbei etwa 1 bis 1,6, insbesondere etwa 1,3 Längeneinheiten. Die Größen M1, ID und OD verhalten sich damit zueinander wie etwa (1 ....1,6) : 2 : 7.In the present case are an inner radius IR of the laminated core about 2 units of length and an outer radius OR about 7 units of length, so that the laminated core has a radial extent of about 5 units of length. The page M1 a magnet PM in this case is about 1 to 1.6, in particular about 1.3 units of length. The sizes M1 . ID and OD behave with each other like (1 .... 1,6): 2: 7.
Wie in den Figuren sichtbar, sind die Taschen T gegenüber den Magneten PM vergrößert ausgebildet und weisen neben den Magnetaufnahmebereichen TM und somit beidseitig benachbart zur kurzen Seite M2 der Magnete PM jeweils Ausnehmungen bzw. Aussparungen C2, C20 bzw. C4 auf. Des Weiteren sind Aussparungen C1, C30 in der Umgebung von Magneten PM vorgesehen, welche separat von den Taschen T ausgebildet sind und welche nachfolgend detailliert erläutert werden. Die Ausnehmungen C erstrecken sich in Axialrichtung durch den Rotor.As seen in the figures, the pockets are opposite the magnets PM formed enlarged and have next to the magnetic receiving areas TM and thus adjacent to both sides of the short side M2 the magnets PM each recesses or recesses C2 . C20 respectively. C4 on. Furthermore, there are recesses C1 . C30 in the vicinity of magnets PM provided, which are formed separately from the pockets T and which will be explained in detail below. The recesses C extend in the axial direction through the rotor.
In den Figuren ist zunächst erkennbar, dass in dem von der ersten Gruppe V1 aufgespannten Sektor SE1 eine Ausnehmung C1 ausgebildet ist, welche darin eine vergleichsweise große Fläche einer Lamelle L bzw. des Rotorkörpers RK belegt. Diese Ausnehmung C1 ist bezüglich einer Axialschnittebene symmetrisch zu den beiden benachbarten Magneten PM1, PM2 ausgebildet und in radialer Richtung etwa mittig zu einer kürzesten Verbindungslinie l1 der Magnete PM1, PM2 und zur äußeren Begrenzung U der Lamelle L bzw. des Rotors R angeordnet (3). Vorliegend ist die Ausnehmung C1 als ein abgerundetes Dreieck geformt, wobei grundsätzlich auch andere Formen möglich sind.In the figures, it is first evident that in the first group V1 spanned sector SE1 a recess C1 is formed, which is a comparatively large area of a blade L or the rotor body RK busy. This recess C1 is symmetrical to the two adjacent magnets with respect to an axial section plane PM1 . PM2 formed and in the radial direction approximately centrally to a shortest connecting line l1 the magnets PM1 . PM2 and to the outer limit U the slat L or the rotor R arranged ( 3 ). In the present case is the recess C1 formed as a rounded triangle, in principle, other forms are possible.
Die Ausnehmung C1 dient der Verringerung der Massenträgheit des Rotors R insgesamt und insbesondere einer Verringerung der zwischen den Magneten PM1, PM2 der ersten Gruppe V1 eingeschlossenen Masse des Rotorkörpers RK. Die Ausnehmung C1 fungiert somit als eine Masseentlastungsöffnung und ist radial außerhalb des Stegs S1 ausgebildet, welcher die beiden Magnete PM 1, PM2 bzw. die Taschen T1, T2 in Umfangsrichtung beabstandet. Der Steg S1 stützt dabei einen radial außerhalb zu diesem liegenden und von den beiden Magneten PM1, PM2 eingeschlossenen Raumbereich des Rotorkörpers RK gegen einwirkende Kräfte ab. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verhält sich der Querschnitt der Ausnehmung C1 zu dem von dem Steg S1 ausgehenden und von den benachbarten bzw. zugeordneten Magneten PM1, 2 eingeschlossenen Flächenbereich wie etwa 1:5. Je nach Anordnung der Magnete und den jeweils vorliegenden konstruktiven Gegebenheiten kann das genannte Verhältnis auch kleiner und auch größer sein und insbesondere in einem Bereich ab etwa 1:7 oder größer vorliegen.The recess C1 serves to reduce the inertia of the rotor R overall and in particular a reduction in between the magnets PM1 . PM2 the first group V1 enclosed mass of the rotor body RK , The recess C1 thus acts as a mass relief port and is radially outboard of the web S1 formed, which the two magnets PM 1 . PM2 or the bags T1 . T2 spaced in the circumferential direction. The jetty S1 supports a radially outward lying to this and of the two magnets PM1 . PM2 enclosed space region of the rotor body RK against acting forces. In the illustrated embodiment, the cross section of the recess behaves C1 to the one from the footbridge S1 outgoing and from the adjacent or associated magnets PM1 , 2 included area such as 1: 5. Depending on the arrangement of the magnets and the constructive conditions available in each case, said ratio can also be smaller and larger, and in particular in a range from about 1: 7 or greater.
Anstelle einer einzigen Ausnehmung C1 können alternativ auch mehrere masseentlastende Ausnehmungen in dem genannten Bereich ausgeführt sein, wobei das besagte Flächenverhältnis entsprechend gleichfalls realisiert sein kann. Der Steg S1 bildet einen inneren Stützabschnitt, welcher gemeinsam mit je einem zwischen dem radial äußeren Abschnitten eines Magneten und dem Randbereich ausgebildeten weiteren Steg S3, S4 den genannten Bereich abstützt. Die weiteren Stege S3, S4 bilden äußere Stützbereiche. Der Bereich zwischen den Magneten PM1, PM2 ist also durch insgesamt drei Stützbereiche S1, S3, S4 gehalten.Instead of a single recess C1 Alternatively, it is also possible for a plurality of mass-relieving recesses to be made in the said region, wherein the said area ratio can be correspondingly likewise realized. The jetty S1 forms an inner support portion, which together with each one formed between the radially outer portions of a magnet and the edge region further web S3 . S4 supported the said area. The other bridges S3 . S4 form outer support areas. The area between the magnets PM1 . PM2 is thus through a total of three support areas S1 . S3 . S4 held.
Infolge der Masseentlastung kann der Steg S1 somit schwächer und insbesondere in Umfangsrichtung des Rotors R schmaler ausgeführt werden. Zugleich können dadurch die zu der Ausnehmung C1 benachbarten Magnete PM1, PM2 in radialer Richtung weiter nach außen in den Randbereich des Rotors R nahe der Umfangsfläche U verlagert werden. In den Figuren ist erkennbar, dass der Abstand der Magnete PM1, PM2 zu dem Randbereich U des Rotors R kleiner als eine Breite des Stegs S1 und etwa nur mit einer halben Stegbreite ausgeführt ist.As a result of the mass relief, the bridge can S1 thus weaker and in particular in the circumferential direction of the rotor R be made narrower. At the same time they can to the recess C1 neighboring magnets PM1 . PM2 in the radial direction further outward into the edge region of the rotor R near the peripheral surface U be relocated. In the figures it can be seen that the distance of the magnets PM1 . PM2 to the edge area U of the rotor R smaller than a width of the bridge S1 and is executed only about half a bridge width.
Auf diese Weise können die Magnete PM1, PM2 der ersten Gruppe V1 in Umfangsrichtung insgesamt näher zusammengeführt werden, wodurch die magnetische Leistungsdichte, die Effizienz und das maximal erzielbare Drehmoment der Elektromaschine merklich erhöht werden können. Die Ausnehmung C1 ist außerhalb eines den Rotor R durchsetzenden magnetischen Hauptflusses angeordnet, der sich bei fehlender Ausnehmung C1 dort ausbreiten würde. Insbesondere ist die Ausnehmung in einem Bereich mit einem zu einem magnetischen Hauptfluss geringen magnetischen Fluss oder in einem im Wesentlichen magnetflussfreien Bereich angeordnet. Somit stellen die Ausnehmungen C1 keine Flussbarrieren zu einer gezielten Beeinflussung des magnetischen Flusses innerhalb des Rotorkörpers dar.In this way, the magnets can PM1 . PM2 the first group V1 Overall, be brought closer together in the circumferential direction, whereby the magnetic power density, the efficiency and the maximum achievable torque of the electric machine can be significantly increased. The recess C1 is outside of a rotor R arranged passing through the main magnetic flux, in the absence of recess C1 spread out there. In particular, the recess is arranged in a region with a magnetic flux which is small relative to a main magnetic flux or in a region which is essentially free of magnetic flux. Thus, the recesses C1 No flow barriers to a targeted influence on the magnetic flux within the rotor body.
Die geometrische Ausbildung und die Positionierung der Ausnehmung C1 in der dargestellten und erläuterten Weise führen somit im Vergleich zu einem dort geschlossenen Rotorkörper zu einer lediglich geringen und minimierten Beeinflussung des Magnetflusses, wobei die vorgenannten positiven Aspekte deutlich überwiegen. Allgemein sind das Vorsehen von Aussparungen und die damit verbundene Massereduzierung in einem radial äußeren Bereich des Rotors besonders unter hohen Drehzahlen mit einem positiven Effekt verbunden. Im Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen C1 insbesondere in einem radialen Bereich oberhalb bzw. ab etwa 6/7 des Radius OR und insbesondere zwischen etwa 6/7 und 7/7 des Radius OR vorgesehen.The geometric design and the positioning of the recess C1 In the illustrated and explained manner thus result in comparison to a closed there rotor body to only a small and minimized influence of the magnetic flux, the above-mentioned positive aspects significantly outweigh. Generally, the provision of recesses and the associated mass reduction in a radially outer region of the rotor are associated with a positive effect, especially at high speeds. In the embodiment, the recesses C1 in particular in a radial region above or from about 6/7 of the radius OR and in particular between about 6/7 and 7/7 of the radius OR intended.
Wie bereits weiter oben angesprochen, sind die Magnete PM innerhalb der Magnetaufnahmebereiche TM kraftschlüssig durch eine Klemmung fixiert.As already mentioned above, the magnets are PM within the magnet receiving areas TM frictionally fixed by a clamp.
Die Klemmung kann dabei eine ausschließliche Befestigungsart bilden. Bei Bedarf kann jedoch alternativ und/oder zusätzlich dazu eine Verklebung der Magnete PM erfolgen. Zur Vermeidung von mechanischen Spannungsspitzen und eines daraus resultierenden Sprödbruchs der Magnete PM, wie dieser insbesondere unter dem Einfluss hoher Drehzahlen auftretenden kann, sind an Randpositionen der Magnetaufnahmebereiche TM bzw. in den Endbereichen der parallelen Seiten M1 vergleichsweise kleine Aussparungen C2 vorgesehen, wie diese beispielhaft für den Magnet PM3 in 2 dargestellt und dort bezeichnet ist. Entsprechende Aussparungen C2 sind an allen Taschen T1-6 vorgesehen. Diese Aussparungen C2 sind in Bereichen der von den Seiten M1, M2 ausgebildeten und sich entlang M3 erstreckenden Kanten K der Magnete PM ausgebildet und weisen jeweils eine gekrümmte Kontur mit vergleichsweise kleinen Radien auf. Die besagten Kanten K der Magnete PM sind somit freigestellt und liegen nicht an den Rändern R der Taschen T an. Die Magnete PM sind dadurch in diesen besonders bruchempfindlichen Zonen auch unter Betriebsbedingungen keinen erhöhten mechanischen Belastungen ausgesetzt.The clamping can form an exclusive method of attachment. If required, however, alternatively and / or in addition to a gluing of the magnets PM respectively. To avoid mechanical stress peaks and a resulting brittle fracture of the magnets PM how it can occur in particular under the influence of high rotational speeds, are at edge positions of the magnet receiving areas TM or in the end areas of the parallel sides M1 comparatively small recesses C2 provided, as this example for the magnet PM3 in 2 represented and designated there. Corresponding recesses C2 are on all bags T1 - 6 intended. These recesses C2 are in areas of the pages M1 . M2 formed and extending along M3 edges K the magnets PM formed and each have a curved contour with relatively small radii. The said edges K the magnets PM are thus free and are not on the edges R the bags T at. The magnets PM As a result, they are not exposed to increased mechanical stresses in these particularly fracture-sensitive zones even under operating conditions.
Angrenzend an die radial äußeren Bereiche der vier Magnete PM1-4 der zweiten Gruppe V2 sind Aussparungen C20 über die gesamte Breite der Seite M2 ausgeführt, welche die an den Kanten K vorhandenen Aussparungen C2 miteinander verbinden (2). Die Seiten M2 sind somit vollständig freigestellt. Die Magnete PM können im Bereich dieser Kanten K eckig oder mit einem Kantenradius ausgeführt sein. Im letzteren Fall kann der Radius zumindest größenordnungsmäßig in den Bereich des Kantenradius der Magnete fallen.Adjacent to the radially outer regions of the four magnets PM1-4 the second group V2 are recesses C20 across the entire width of the page M2 executed, which at the edges K existing recesses C2 connect with each other ( 2 ). The pages M2 are thus completely free. The magnets PM can be in the range of these edges K square or be designed with an edge radius. In the latter case, the radius can at least fall on the order of magnitude of the edge radius of the magnets.
Den Figuren ist entnehmbar, dass die Permanentmagnete PM im Wesentlichen vollflächig mit deren Seiten M1 zu dem Rotorkörper RK gefügt sind. Genauer sind die Permanentmagnete PM ausschließlich mit den Seiten M1 zu dem Rotorkörper RK gefügt und die beiden Seiten M2 sind freigestellt. Gemäß einer bevorzugten Befestigungsart sind die Permanentmagnete PM ausschließlich kraftschlüssig zu dem Rotorkörper RK gefügt, insbesondere eingepresst.The figures can be seen that the permanent magnets PM essentially full surface with their sides M1 to the rotor body RK are joined. More precise are the permanent magnets PM exclusively with the pages M1 to the rotor body RK joined and the two sides M2 are free. According to a preferred method of attachment, the permanent magnets PM exclusively non-positively to the rotor body RK joined, in particular pressed.
Durch die Aussparungen C2 und im Weiteren auch durch die Aussparungen C20 wird eine höhere Montage- und Betriebssicherung der Magnete PM realisiert. Auch eine gegebenenfalls auf der Oberfläche der Magnete PM aufgebrachte isolierende Beschichtung kann dadurch möglichst geschont und vor einer Beschädigung bewahrt werden.Through the recesses C2 and also by the recesses C20 will increase the mounting and operating safety of the magnets PM realized. Also, if necessary, on the surface of the magnets PM applied insulating coating can thereby be spared as possible and preserved from damage.
Zur effektiven und insbesondere zur gezielten räumlichen Führung eines magnetischen Flusses innerhalb des Rotors R sind weitere Ausnehmungen C3 vorgesehen, welche als Hindernisse bei der Ausbreitung des Magnetflusses wirken. Auf diese Weise können unerwünschte magnetische Kurzschlüsse im Rotor R vermieden und gleichzeitig erreicht werden, dass sich der Magnetfluss in einer definierten Weise auf einem gewünschten Pfad zwischen dem Rotor R und einem Stator ausbreiten kann. Derartige Ausnehmungen C3 sind im besprochenen Ausführungsbeispiel in einem radial äußeren Bereich des Rotors R und damit nahe der Außenumfangsfläche U vorgesehen. Zur Ausbildung solcher Flussbarrieren weisen die Taschen T1, T2 der ersten Gruppe V1 Erweiterungen auf, deren radial äußere Berandung zumindest etwa parallel zu der Außenumfangsfläche U des Rotors ausgebildet ist und damit die Stege S3, S4 berandet. Vorliegend sind diese Erweiterungen bzw. Ausnehmungen C3 insbesondere etwa dreieckförmig ausgebildet. Es können grundsätzlich auch andere Formen zum Einsatz kommen.For the effective and in particular for targeted spatial guidance of a magnetic flux within the rotor R are further recesses C3 provided, which act as obstacles in the propagation of the magnetic flux. In this way, unwanted magnetic short circuits in the rotor R be avoided and simultaneously achieved that the magnetic flux in a defined manner on a desired path between the rotor R and a stator can spread. Such recesses C3 are in the discussed embodiment in a radially outer region of the rotor R and thus close to the outer peripheral surface U intended. To form such river barriers have the pockets T1 . T2 the first group V1 Extensions, whose radially outer boundary at least approximately parallel to the outer peripheral surface U of the rotor is formed and thus the webs S3 . S4 bounded. In the present case, these extensions or recesses C3 in particular formed approximately triangular. In principle, other forms can also be used.
Die radial außen liegenden Taschen T3, T6 der zweiten Gruppe V2 weisen im Vergleich zu den Taschen T1, T2 der ersten Gruppe V1 einen größeren radialen Abstand zu der Außenumfangsfläche U des Rotors R auf. In diesem Fall sind die jeweils zugeordneten Ausnehmungen C30 bzw. Flussbarrieren separat von den Magnettaschen T3, T6 ausgeführt. Die Ausnehmungen C30 sind gleichfalls etwa dreieckförmig mit einer zumindest etwa parallel zu der Außenumfangsfläche U des Rotors R verlaufenden radial äußeren Berandung gebildet, wodurch dort Stege S9, S10 vorliegen. Wie in 2 erkennbar, sind zwischen den Aussparungen C20 und C30 weitere Stege S5, S6 vorgesehen, welche mit zwei parallelen Rändern an die besagten Aussparungen angrenzen. Zwischen den Taschen T3, T4 und T5, T6 sind weitere Stege S7, S8 ausgebildet.The radially outer pockets T3 . T6 the second group V2 wise compared to the bags T1 . T2 the first group V1 a greater radial distance to the outer peripheral surface U of the rotor R on. In this case, the respective associated recesses C30 or flux barriers separately from the magnetic pockets T3 . T6 executed. The recesses C30 are also approximately triangular with at least approximately parallel to the outer peripheral surface U of the rotor R extending radially outer boundary, which there webs S9 . S10 available. As in 2 Recognizable are between the recesses C20 and C30 more bridges S5 . S6 provided, which adjoin with two parallel edges to said recesses. Between the bags T3 . T4 and T5 . T6 are more bridges S7 . S8 educated.
Weitere, als Flussbarrieren dienende Ausnehmungen bzw. Aussparungen C4 sind ebenfalls an den jeweiligen radial innersten Taschen T1, T2 und T4, T5 von erster und zweiter Gruppe V1, 2, insbesondere in einem Fußbereich F der jeweiligen V-Anordnung vorgesehen, an dem die Magnete PM einer Gruppe V in Umfangsrichtung am nächsten zusammenstehen. Die Stege S1, S2 liegen damit auch im jeweiligen Fußbereich F1, F2 ist. Diese Aussparungen C4 weisen allgemein eine asymmetrische Form auf und sind im Ausführungsbeispiel etwa asymmetrisch tropfenförmig ausgebildet. Mit Blick auf die Figuren ist erkennbar, dass die Ausnehmungen C4 eine etwa zum Zentrum des Rotors R ausgerichtete Haupterstreckungsrichtung aufweisen. Mit anderen Worten ist die maximale Erstreckung C4R der außerhalb eines Magneten PM befindlichen Aussparungen C4 in radialer Richtung merklich größer als deren maximale Erstreckung C4U in Umfangsrichtung des Rotorkörpers RK (1). Vorliegend beträgt das Verhältnis etwa 1,8:1. Besonders vorteilhaft ist ein Verhältnis ab etwa 1,3:1 und größer. Zur Ausbildung eines Stegs S1, S2 sind an zwei in Umfangsrichtung benachbarten Aussparungen C4 jeweils parallelverlaufende Kanten S1.1, S1.2; S2.1, S2.2 vorgesehen, die somit im Wesentlichen in Richtung des Radiusvektors RR1 verlaufen. Durch einen Steg S1, S2 werden die jeweils dazu radial außen liegenden Strukturbereiche des Rotors R mechanisch abgestützt. Auch bei diesen Aussparungen C4 sind zur Vermeidung von mechanischen Spannungsspitzen gerundete Konturlinien ausgebildet. Die dabei angewandten maximalen Radien sind jedoch bezogen auf die zuvor erläuterten Ausnehmungen C2, C20, C3, C30 vergleichsweise groß. Insbesondere wird durch die tropfenförmige Ausbildung der Ausnehmungen C4 der Weg des Magnetflusses in diesen Bereichen verlängert und die Ausbildung von Kurzschlüssen reduziert. Auch diese Maßnahme bewirkt eine höhere Drehzahlfestigkeit des Rotors R.Further, as flow barriers serving recesses or recesses C4 are also at the respective radially innermost pockets T1 . T2 and T4 . T5 from first and second group V1 . 2 , in particular provided in a foot region F of the respective V-arrangement, on which the magnets PM a group V in the circumferential direction are the closest together. The bridges S1 . S2 are therefore also in the respective footer F1 . F2 is. These recesses C4 generally have an asymmetrical shape and are formed in the exemplary embodiment as asymmetrical drop-shaped. Looking at the figures, it can be seen that the recesses C4 one to the center of the rotor R have aligned main extension direction. In other words, the maximum extension C4R the outside of a magnet PM located recesses C4 noticeably larger in the radial direction than its maximum extent C4U in the circumferential direction of the rotor body RK ( 1 ). In the present case, the ratio is about 1.8: 1. Particularly advantageous is a ratio from about 1.3: 1 and larger. To form a bridge S1 . S2 are at two circumferentially adjacent recesses C4 each parallel edge S1 .1, S1.2 ; S2.1 . S2.2 provided, which are thus substantially in the direction of the radius vector RR1 run. Through a jetty S1 . S2 are the respective radially outer structural regions of the rotor R mechanically supported. Even with these recesses C4 are formed to avoid mechanical stress peaks rounded contour lines. However, the maximum radii used in this case are based on the previously explained recesses C2 . C20 . C3 . C30 comparatively large. In particular, by the drop-shaped formation of the recesses C4 extends the path of magnetic flux in these areas and reduces the formation of short circuits. This measure also causes a higher speed resistance of the rotor R ,
Die voranstehend erläuterten Ausbildungen der verschiedenen Arten von Ausnehmungen können an einem Rotor jeweils für sich genommen allein oder in einer beliebigen Kombination erfolgen.The above-explained embodiments of the various types of recesses can take place on a rotor, taken alone or in any combination.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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AA
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Mittelachse, DrehachseCentral axis, axis of rotation
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C1C1
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Ausnehmungrecess
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C2C2
-
Ausnehmungrecess
-
C3C3
-
Ausnehmungrecess
-
C4C4
-
Ausnehmungrecess
-
C4RC4R
-
radiale Erstreckungradial extent
-
C4UC4U
-
Umfangserstreckungcircumferential extension
-
C20C20
-
Ausnehmungrecess
-
C30C30
-
Ausnehmungrecess
-
F1, 2F1, 2
-
Fußbereichfooter
-
IRIR
-
Innenradiusinner radius
-
KK
-
Kanteedge
-
LL
-
Lamellelamella
-
l1l1
-
Abstanddistance
-
M1M1
-
Magnetseitemagnet page
-
M2M2
-
Magnetseitemagnet page
-
M3M3
-
Magnetseitemagnet page
-
OROR
-
Außenradiusouter radius
-
PMPM
-
Magnetmagnet
-
PMRPMR
-
Kantenradiusedge radius
-
RR
-
Rotorrotor
-
R1-6R1-6
-
Randedge
-
RKRK
-
Rotorkörperrotor body
-
RMRM
-
Seitepage
-
RR1RR1
-
Radiusvektorradius vector
-
RR2RR2
-
Radiusvektor KantenradiusRadius vector Edge radius
-
S1-10S1-10
-
Stegweb
-
S1.1S1.1
-
Seitepage
-
S1.2S1.2
-
Seitepage
-
S2.1S2.1
-
Seitepage
-
S2.2S2.2
-
Seitepage
-
SESE
-
Sektorsector
-
SE1SE1
-
Sektorsector
-
SE2SE2
-
Sektorsector
-
T1-6T1-6
-
Magnettasche, TascheMagnetic bag, bag
-
TETE
-
Randpositionmargin position
-
TM1TM1
-
-6Magnetaufnahmebereich-6Magnetaufnahmebereich
-
UU
-
Umfangsflächeperipheral surface
-
V1V1
-
erste Gruppefirst group
-
V2V2
-
zweite Gruppesecond group
-
V1.1V1.1
-
V-SchenkelV-leg
-
V1.2V1.2
-
V-SchenkelV-leg
-
V2.1V2.1
-
V-SchenkelV-leg
-
V2.2V2.2
-
V-SchenkelV-leg
-
ZZ
-
Zentrum
center
-
α1α1
-
Winkelangle
-
α2α2
-
Winkelangle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102008059347 A1 [0001]DE 102008059347 A1 [0001]
