DE102018206622A1

DE102018206622A1 - Rotor, electric machine and hybrid electric aircraft

Info

Publication number: DE102018206622A1
Application number: DE102018206622.1A
Authority: DE
Inventors: Anton Rudenko; Dragos Ursu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-10-31

Abstract

Der erfindungsgemäße Rotor ist ein Rotor für eine permanenterregte Drehmaschine. Der erfindungsgemäße Rotor weist Ausnehmungen für vergrabene Magnete auf, wobei der Rotor zur Drehung um eine Drehachse ausgebildet ist und der Rotor eine Schichtfolge von, zumindest auch, in Richtung der Drehachse aufeinanderfolgenden Schichten mit zumindest einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht aufweist. Dabei sind bei dem Rotor die erste Schicht und die zweite Schicht jeweils mit einer Anordnung von Bereichen mit einem ersten flussleitenden Material und Bereichen mit einem zweiten Material gebildet, wobei das zweite Material eine geringere magnetische Permeabilität aufweist als das erste flussleitende Material und die Anordnung von Bereichen der ersten Schicht und der Anordnung von Bereichen der zweiten Schicht voneinander abweichen.
Die elektrische Maschine ist insbesondere eine permanenterregte Drehmaschine und weist einen solchen Rotor auf.
Das hybridelektrische Luftfahrzeug weist einen solchen Rotor und/oder eine solche elektrische Maschine auf.

The rotor according to the invention is a rotor for a permanent-magnet lathe. The rotor according to the invention has recesses for buried magnets, wherein the rotor is designed for rotation about a rotation axis and the rotor has a layer sequence of, at least also, successive layers in the direction of the rotation axis with at least a first layer and a second layer. In the case of the rotor, the first layer and the second layer are each formed with an arrangement of regions with a first flux-conducting material and regions with a second material, the second material having a lower magnetic permeability than the first flux-conducting material and the arrangement of regions the first layer and the arrangement of areas of the second layer differ from each other.
The electric machine is in particular a permanent-magnet lathe and has such a rotor.
The hybrid electric aircraft has such a rotor and / or such an electric machine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer permanenterregten Drehmaschine, und eine elektrische Maschine, zweckmäßig eine permanenterregte Drehmaschine, sowie ein hybridelektrisches Luftfahrzeug.The invention relates to a rotor of an electric machine, in particular a permanent-magnet lathe, and an electric machine, suitably a permanent-magnet lathe, and a hybrid electric aircraft.

Es ist bekannt, elektrische Maschinen wie insbesondere permanenterregte Drehmaschinen mit Rotoren mit vergrabenen Magneten auszubilden.It is known to form electrical machines such as in particular permanent-magnet lathes with rotors with buried magnets.

Bei Rotoren mit vergrabenen Magneten werde besondere Anforderungen an ihre Auslegung, insbesondere hinsichtlich der Bereiche zwischen vergrabenen Magneten, den sogenannten Bridges, gestellt:

Zum einen müssen die Rotoren hohen mechanischen Anforderungen genügen: Denn es bestehen aufgrund der hohen Drehzahl im Bereich der Bridges hohe Materialspannungen infolge der Fliehkraft. Daher ist regelmäßig die Drehzahl nach oben begrenzt.

For rotors with buried magnets, special demands are placed on their design, in particular with regard to the areas between buried magnets, the so-called bridges:

On the one hand, the rotors have to meet high mechanical requirements: Because of the high speed in the area of the bridges, there are high material tensions as a result of centrifugal force. Therefore, the speed is limited to the top.

Es ist dazu bekannt, die zwischen den vergrabenen Magneten liegenden Bereiche zu verstärken. Allerdings kann in solchen verstärkten Bereichen magnetischer Fluss austreten, sodass der nutzbare magnetische Fluss und folglich eine maximal erreichbare Ausgangsleistung der elektrischen Maschine nach oben begrenzt sind. Folglich muss gegenwärtig zwischen der elektromagnetischen Effizienz und der mechanischen Stabilität ein Kompromiss gewählt werden.It is known to reinforce the areas lying between the buried magnets. However, magnetic flux can escape in such amplified areas, so that the usable magnetic flux and consequently a maximum achievable output of the electric machine are limited upwards. As a result, a compromise must currently be made between electromagnetic efficiency and mechanical stability.

Gerade für hybridelektrische Luftfahrzeuge ist jedoch eine Lösung mit zugleich hoher mechanischer Stabilität und mit hoher elektromagnetischer Effizienz wichtig.Especially for hybrid electric aircraft, however, a solution with high mechanical stability and high electromagnetic efficiency is important.

Vor diesem Hintergrund des Standes der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen Rotor und eine elektrische Maschine sowie ein hybridelektrisches Luftfahrzeug zu schaffen, bei welchen eine hohe mechanische Stabilität und eine hohe elektromagnetische Effizienz bei der Ausbildung mit vergrabenen Magneten möglich ist.Against this background of the prior art, it is therefore an object of the invention to provide a rotor and an electric machine and a hybrid electric aircraft, in which a high mechanical stability and a high electromagnetic efficiency in the design with buried magnets is possible.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Rotor mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und mit einer elektrischen Maschine mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen sowie mit einem hybridelektrischen Luftfahrzeug mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.This object of the invention is achieved with a rotor having the features specified in claim 1 and with an electrical machine having the features specified in claim 11 and with a hybrid electric aircraft having the features specified in claim 12. Preferred embodiments of the invention are set forth in the appended subclaims, the following description and the drawing.

Der erfindungsgemäße Rotor ist ein Rotor für eine permanenterregte Drehmaschine. Der erfindungsgemäße Rotor weist Ausnehmungen für vergrabene Magnete auf, wobei der Rotor zur Drehung um eine Drehachse ausgebildet ist und der Rotor eine Schichtfolge von, zumindest auch, in Richtung der Drehachse aufeinanderfolgenden Schichten mit zumindest einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht aufweist. Dabei sind bei dem erfindungsgemäßen Rotor die erste Schicht und die zweite Schicht jeweils mit einer Anordnung von Bereichen mit einem ersten flussleitenden Material und Bereichen mit einem zweiten Material gebildet, wobei das zweite Material eine geringere magnetische Permeabilität aufweist als das erste flussleitende Material und die Anordnung von Bereichen der ersten Schicht und die Anordnung von Bereichen der zweiten Schicht voneinander abweichen.The rotor according to the invention is a rotor for a permanent-magnet lathe. The rotor according to the invention has recesses for buried magnets, wherein the rotor is designed for rotation about a rotation axis and the rotor has a layer sequence of, at least also, successive layers in the direction of the rotation axis with at least a first layer and a second layer. In this case, in the rotor according to the invention, the first layer and the second layer are each formed with an array of regions with a first flux-conducting material and regions with a second material, wherein the second material has a lower magnetic permeability than the first flux-conducting material and the arrangement of Diverse areas of the first layer and the arrangement of areas of the second layer.

Mittels der erfindungsgemäß vorgesehenen Schichtfolge mit zumindest zwei unterschiedlichen Schichten lassen sich mechanische Stabilität und elektromagnetische Effizienz mittels ein und desselben Rotors realisieren: Die erste Schicht kann eine besonders hohe elektromagnetische Effizienz aufweisen, während die zweite Schicht elektromagnetisch ggf. etwas weniger effizient ausgebildet sein kann. Im Gegenzug kann die zweite Schicht jedoch eine besonders hohe mechanische Stabilität aufweisen, sodass die Schichtfolge mit den zumindest zwei unterschiedlichen Schichten die jeweiligen Vorteile der ersten und der zweiten Schicht miteinander vereinigen kann, ohne dass die Nachteile jeweils einer der Schichten der Schichtfolge für den gesamten Rotor in vollem Umfang in Kauf genommen werden müssen. Folglich ist der erfindungsgemäße Rotor zugleich mit einer hohen elektromagnetischen Effizienz und mit einer hohen mechanischen Stabilität ausbildbar.By means of the layer sequence provided according to the invention with at least two different layers, mechanical stability and electromagnetic efficiency can be realized by means of one and the same rotor: the first layer can have a particularly high electromagnetic efficiency, while the second layer can possibly be made less efficient electromagnetically. In return, however, the second layer can have a particularly high mechanical stability, so that the layer sequence with the at least two different layers can combine the respective advantages of the first and the second layer without the disadvantages of one of the layers of the layer sequence for the entire rotor must be accepted in full. Consequently, the rotor according to the invention can be formed simultaneously with a high electromagnetic efficiency and with a high mechanical stability.

Der erfindungsgemäße Rotor ist also mit einer Schichtfolge ausgebildet, welche zumindest zwei unterschiedliche Schichten umfasst, die vorzugsweise im Wechsel miteinander den Rotor bilden. Geeigneterweise sind die Schichten der Schichtfolge aneinander laminiert. Vorteilhafterweise ist es bekannt, Rotoren mittels Laminierens identischer Scheiben zu fertigen, die nachfolgend auf eine Welle aufgeschrumpft werden. Grundsätzlich können solche Scheiben als Schichten der erfindungsgemäß vorgesehenen Schichtfolge herangezogen werden, indem diese nicht identisch, sondern mit voneinander abweichenden Bereichen ausgebildet werden. Erfindungsgemäß ist es also zur Bildung des erfindungsgemäßen Rotors nicht erforderlich, völlig neue Fertigungsverfahren einzusetzen, sondern der erfindungsgemäße Rotor lässt sich grundsätzlich mit bekannten Fertigungstechniken realisieren.The rotor according to the invention is thus formed with a layer sequence which comprises at least two different layers which preferably form the rotor in alternation with one another. Suitably, the layers of the layer sequence are laminated together. Advantageously, it is known to manufacture rotors by laminating identical disks, which are subsequently shrunk onto a shaft. Basically, such slices can be used as layers of the layer sequence provided according to the invention, in that they are not identical but are formed with regions deviating from each other. According to the invention, it is therefore not necessary to use completely novel production methods for the formation of the rotor according to the invention, but the rotor according to the invention can in principle be realized with known production techniques.

Zweckmäßig erstreckt sich bei dem erfindungsgemäßen Rotor bei der ersten Schicht das zweite Material zumindest in einem ersten Erstreckungsbereich von zumindest einer zu einer nächsten benachbarten Ausnehmung für je einen vergrabenen Magneten und radial nach außen, d.h. insbesondere bis hin zu einem radial äußeren Rand der ersten Schicht, wobei das zweite Material radial bezüglich der Ausnehmungen außenliegende mit dem ersten flussleitenden Material gebildete Bereiche trennt.In the case of the rotor according to the invention, the second material expediently extends at least in a first extension region from at least one to one in the first layer next adjacent recess for each buried magnet and radially outward, ie in particular up to a radially outer edge of the first layer, wherein the second material separates radially with respect to the recesses outer areas formed with the first flow-conducting material areas.

Insbesondere ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter der Wendung „radial außenliegend“ „radial außenliegend relativ zu der oder den Ausnehmungen“ und unter der Wendung „radial innenliegend“ „radial innenliegend relativ zu der oder den Ausnehmungen“ zu verstehen, es sei denn, aus dem Sachzusammenhang ergibt sich in Einzelfall eine andere Bedeutung.In particular, in the context of the present invention, the term "radially outward" means "radially outward relative to the recess or cavities" and the term "radially inward" means "radially inward relative to the recess or cavities" unless, of course The factual context gives a different meaning in individual cases.

Bevorzugt erstreckt sich bei dem erfindungsgemäßen Rotor bei der ersten Schicht das zweite Material in einem zweiten Erstreckungsbereich von zumindest einer zu einer nächsten benachbarten Ausnehmung für einen vergrabenen Magneten und radial nach innen, d.h. insbesondere bis hin zu einem radial innenliegenden Rand der ersten Schicht des erfindungsgemäßen Rotors, wobei das zweite Material radial von den Ausnehmungen aus betrachtet innenliegende mit dem ersten flussleitenden Material gebildete Bereiche trennt.Preferably, in the rotor according to the invention in the first layer, the second material extends in a second extension region from at least one nearest adjacent buried magnet recess and radially inward, i. in particular up to a radially inner edge of the first layer of the rotor according to the invention, wherein the second material, viewed radially from the recesses, separates internal regions formed with the first flux-conducting material.

Bei dem erfindungsgemäßen Rotor sind vorzugsweise zwischen zwei Ausnehmungen in einer in umfänglicher Richtung abwechselnden Abfolge jeweils ein erster oder ein zweiter Erstreckungsbereich angeordnet.In the case of the rotor according to the invention, a first or a second extension region is preferably arranged in each case between two recesses in a sequence alternating in the circumferential direction.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors erstreckt sich bei der zweiten Schicht das zweite Material in einem dritten Erstreckungsbereich von zumindest einer zu einer nächsten benachbarten Ausnehmung, wobei das zweite Material radial außenliegend mit dem ersten flussleitenden Material gebildete Bereiche nicht trennt. Vorzugsweise weist der dritte Erstreckungsbereich in radialer Richtung und/oder quer zu dessen Längserstreckung eine Abmessung auf, welche der Abmessung der Ausnehmung und/oder der darin vorgesehenen vergrabenen Magnete entspricht oder um höchstens 50 Prozent, vorzugsweise höchstens 20 Prozent und idealerweise höchstens 10 Prozent von dieser Abmessung abweicht.In an advantageous development of the rotor according to the invention, in the second layer the second material extends in a third extension region from at least one to a next adjacent recess, wherein the second material does not separate radially outwardly formed regions with the first flux-conducting material. Preferably, the third extension region has a dimension in the radial direction and / or transversely to its longitudinal extension which corresponds to the dimension of the recess and / or the buried magnets provided therein or by at most 50 percent, preferably at most 20 percent and ideally at most 10 percent thereof Dimension deviates.

Ebenfalls bevorzugt erstreckt sich in einer weiteren Weiterbildung des Rotors gemäß der Erfindung bei der zweiten Schicht das zweite Material in einem vierten Erstreckungsbereich von zumindest einer zu einer nächsten benachbarten Ausnehmung und radial nach innen, wobei das zweite Material radial innenliegend im Vergleich zu den Ausnehmungen mit dem ersten flussleitenden Material gebildete Bereiche trennt und wobei zwischen der zumindest einen und der nächsten Ausnehmung mit dem ersten flussleitenden Material gebildeter Bereich angeordnet ist. Vorzugsweise ragt ein mit dem ersten flussleitenden Material gebildeter Bereich zwischen der einen und der nächsten Ausnehmung radial von außen in Richtung radial nach innen ein.Also preferably extends in a further development of the rotor according to the invention in the second layer, the second material in a fourth extension of at least one to a next adjacent recess and radially inwardly, the second material radially inwardly compared to the recesses with the separates areas formed and formed between the at least one and the next recess formed with the first flow-conducting material area. Preferably, an area formed with the first flux-conducting material protrudes radially inwards from the outside in the direction in which it is radially inwardly between the one and the next recess.

Bei dem erfindungsgemäßen Rotor sind bei der zweiten Schicht zweckmäßig zwischen je zwei Ausnehmungen in einer in umfänglicher Richtung abwechselnden Abfolge je ein dritter oder ein vierter Erstreckungsbereich angeordnet.In the case of the rotor according to the invention, a third or a fourth extension region is expediently arranged between each two recesses in a sequence alternating in the circumferential direction in the second layer.

Das zweite Material kann, wie die häufig mit dem ersten flussleitenden Material bei bekannten Rotoren gebildeten Bereiche, zweckmäßig eine Laminatstruktur oder aber alternativ eine Hybridstruktur mit Laminatanteilen und Anteilen von Volumenmaterial aufweisen. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen niedrigeren magnetischen Permeabilität des zweiten Materials lassen auf diese Weise magnetische Verluste wirksam geringhalten, sodass eine besonders hohe elektromagnetische Effizienz des erfindungsgemäßen Rotors möglich ist. Gleichzeitig lässt sich mit Laminatstrukturen oder Hybridstrukturen eine besonders hohe mechanische Robustheit der mit dem zweiten Material gebildeten Bereiche gewährleisten.The second material, like the regions frequently formed with the first flux-conducting material in known rotors, may expediently have a laminate structure or alternatively a hybrid structure with laminate portions and proportions of bulk material. Due to the inventively provided lower magnetic permeability of the second material can in this way effectively keep magnetic losses low, so that a particularly high electromagnetic efficiency of the rotor according to the invention is possible. At the same time, with laminate structures or hybrid structures, a particularly high mechanical robustness of the regions formed with the second material can be ensured.

Naturgemäß können die genauen Konturen, d.h. Randkonturen, der mit dem ersten flussleitenden Material gebildeten Bereiche und der mit dem zweiten Material gebildeten Bereiche der ersten und der zweiten Schicht in verschiedenen Ausführungsbeispielen im Detail voneinander abweichen. Die konkrete Ausbildung der mit dem ersten flussleitenden Material gebildeten Bereiche und der mit dem zweiten Material gebildeten Bereiche der ersten und der zweiten Schicht ist zweckmäßig ein Ergebnis eines Optimierungsprozesses, welcher hinsichtlich der konkreten Spezifikationen und des individuellen Einsatzzwecks maßgeschneidert gelöst ist.Naturally, the exact contours, i. Edge contours, the areas formed with the first flux-conducting material and the regions formed by the second material of the first and the second layer in different embodiments in detail differ from each other. The concrete formation of the regions formed with the first flux-conducting material and the regions of the first and second layers formed with the second material is expediently a result of an optimization process, which is tailored with regard to the specific specifications and the individual application purpose.

Die erfindungsgemäßen Rotoren ermöglichen vorteilhaft elektrische Maschinen, insbesondere permanenterregte Drehfeldmaschinen, welche eine höhere Rotationsgeschwindigkeit bei zugleich höherer Ausgangsleistung der elektrischen Maschine erlauben.The rotors according to the invention advantageously enable electrical machines, in particular permanently excited rotary field machines, which permit a higher rotational speed with a simultaneously higher output power of the electric machine.

Der erfindungsgemäße Rotor kann folglich ermüdungsärmer und mit geringerer Masse ausgebildet werden, was eine höhere massebezogene Leistung einer elektrischen Maschine und folglich eines mit einer solchen elektrischen Maschine ausgestatteten hybridelektrischen Luftfahrzeugs ermöglicht.The rotor according to the invention can consequently be made less fatiguing and of lesser mass, which enables a higher mass-related power of an electric machine and consequently of a hybrid electric aircraft equipped with such an electric machine.

Ferner erlaubt die erfindungsgemäß vorgesehene Schichtfolge einen schnelleren Fertigungsprozess, bei welchem die mit dem ersten flussleitenden Material und die mit dem zweiten Material gebildeten Bereiche in einem gemeinsamen Prozessschritt zum erfindungsgemäßen Rotor laminierbar sind. Ferner lassen sich in der Schichtstruktur auch weitere Materialien leicht einbringen, sodass insbesondere Komposit-Materialien wie etwa Faserverbundwerkstoffe mit weiteren Vorteilen leicht zur Fertigung herangezogen werden können.Furthermore, the layer sequence provided according to the invention permits a faster production process, in which the layers formed with the first flux-conducting material and those with the second material Areas can be laminated in a common process step to the rotor according to the invention. Furthermore, other materials can be easily incorporated in the layer structure, so that in particular composite materials such as fiber composites with further advantages can easily be used for production.

Folglich sind im Vergleich zum Stand der Technik effizientere elektrische Maschinen mit höherer Leistungsdichte und höheren Drehzahlen realisierbar. In weiteren Anwendungen kann alternativ magnetisches Seltenerd-Material zur Ausbildung von Permanentmagneten eingespart werden, wobei gleichzeitig die Ausgangsleistung der diesen Rotor aufweisenden elektrischen Maschine beibehalten werden kann.As a result, more efficient electric machines with higher power density and higher rotational speeds can be realized compared to the prior art. In other applications, alternatively, rare earth magnetic material can be saved for forming permanent magnets, while maintaining the output of the electric machine having this rotor.

Bevorzugt sind die mit dem ersten flussleitenden Material gebildeten Bereiche überwiegend mit oder ausschließlich aus dem ersten flussleitenden Material gebildet und zweckmäßig hinsichtlich der Materialzusammensetzung abgrenzbar. Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt sind mit dem zweiten Material gebildete Bereiche überwiegend mit oder ausschließlich aus dem zweiten Material gebildet und zweckmäßig hinsichtlich der Materialzusammensetzung abgrenzbar.Preferably, the regions formed with the first flux-conducting material are predominantly formed with or exclusively from the first flux-conducting material and expediently can be delimited with regard to the material composition. Alternatively or additionally and also preferably, regions formed with the second material are predominantly formed with or exclusively from the second material and can be delimited with regard to the material composition.

Geeigneterweise ist bei dem erfindungsgemäßen Rotor das erste flussleitende Material mit einem Stahl gebildet.Suitably, in the rotor according to the invention, the first flux-conducting material is formed with a steel.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Rotor das zweite Material mit einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einem glasfaserverstärkten Kunststoff, gebildet.In the case of the rotor according to the invention, the second material is preferably formed with a fiber-reinforced plastic, in particular a glass fiber-reinforced plastic.

Besonders bevorzugt tragen die Ausnehmungen der ersten und/oder der zweiten Schicht, d.h. die Ausnehmungen des Rotors, Permanentmagnete, die zweckmäßig Bestandteil des erfindungsgemäßen Rotors sind. Der erfindungsgemäße Rotor ist somit magnetisch betriebsfertig zum Betrieb in einer elektrischen Maschine wie einer permanenterregten Drehmaschine ausgebildet.Particularly preferably, the recesses of the first and / or the second layer, i. the recesses of the rotor, permanent magnets, which are expedient part of the rotor according to the invention. The rotor according to the invention is thus magnetically ready for operation in an electrical machine such as a permanent-magnet lathe.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist insbesondere eine permanenterregte Drehmaschine und weist einen erfindungsgemäßen Rotor wie oben beschrieben auf.The electric machine according to the invention is in particular a permanent-magnet lathe and has a rotor according to the invention as described above.

Das erfindungsgemäße hybridelektrische Luftfahrzeug ist insbesondere ein hybridelektrisches Flugzeug und weist einen erfindungsgemäßen Rotor wie oben beschrieben und/oder eine erfindungsgemäße elektrische Maschine wie oben beschrieben auf.The hybrid-electric aircraft according to the invention is in particular a hybrid-electric aircraft and has a rotor according to the invention as described above and / or an electric machine according to the invention as described above.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 eine erste Schicht eines erfindungsgemäßen Rotors in einer Draufsicht in einer Prinzipskizze,
2 eine zweite Schicht des erfindungsgemäßen Rotors gem. 1 in einer Draufsicht in einer Prinzipskizze,
3 die erste Schicht gem. 1 und die zweite Schicht gem. 2 in einer überlagerten Draufsicht in einer Prinzipskizze sowie
4 ein erfindungsgemäßes hybridelektrisches Flugzeug mit einer permanenterregten Drehmaschine mit dem Rotor mit der ersten Schicht gem. 1 und der zweiten Schicht gem. 2 in einer Draufsicht in einer Prinzipskizze.

The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it:

1 a first layer of a rotor according to the invention in a plan view in a schematic diagram,
2 a second layer of the rotor according to the invention gem. 1 in a plan view in a schematic diagram,
3 the first layer acc. 1 and the second layer acc. 2 in a superimposed top view in a schematic diagram as well
4 an inventive hybrid electric aircraft with a permanent-magnet lathe with the rotor with the first layer gem. 1 and the second layer according to. 2 in a plan view in a schematic diagram.

Der erfindungsgemäße Rotor ist um eine Drehachse D drehbar, welche wie in 1 und 2 dargestellt senkrecht auf der Zeichenebene der Zeichnungsfiguren steht (die Drehachse D ist in der Zeichnung lediglich schematisch dargestellt: die Drehachse D steht im Zentrum des erfindungsgemäßen Rotors; den präzisen tatsächlichen Abstand der Drehachse D von den in der Zeichnung dargestellten Einzelheiten des erfindungsgemäßen Rotors gibt die schematische Zeichnung nicht maßstabsgerecht wider). Der magnetisch relevante Teil des Rotors weist im Schnitt senkrecht zur Drehachse D, d.h. in den 1 bis 3 in der Zeichenebene, im Wesentlichen die Gestalt eines Kreisrings K auf, welcher um die Drehachse D drehbar ist.The rotor according to the invention is about an axis of rotation D rotatable, which as in 1 and 2 represented perpendicular to the drawing plane of the drawing figures (the axis of rotation D is shown only schematically in the drawing: the axis of rotation D is at the center of the rotor according to the invention; the precise actual distance of the axis of rotation D of the details of the rotor according to the invention shown in the drawing, the schematic drawing is not true to scale). The magnetically relevant part of the rotor has in section perpendicular to the axis of rotation D ie in the 1 to 3 in the drawing plane, essentially the shape of a circular ring K, which is about the axis of rotation D is rotatable.

Der erfindungsgemäße Rotor weist eine Abfolge von Schichten auf, welche in Richtung der Drehachse D aufeinander folgen. Dabei umfasst die Abfolge zwei unterschiedliche Schichten A (1) und B (2), welche stets im Wechsel aufeinander folgen.The rotor according to the invention has a sequence of layers which are in the direction of the axis of rotation D follow one another. The sequence comprises two different layers A ( 1 ) and B ( 2 ), which always follow one another alternately.

Die in 1 dargestellte Schicht A weist in flächiger Erstreckung, d.h. in Erstreckungsrichtungen senkrecht zur Drehachse D, Bereiche 10, die mit, im dargestellten Ausführungsbeispiel aus, einem ersten flussleitenden Material gebildet sind, sowie weitere Bereiche, die mit, im dargestellten Ausführungsbeispiel aus, einem zweiten Material gebildet sind, auf. Dabei weist das zweite Material eine geringere magnetische Permeabilität auf als das erste flussleitende Material. Das erste flussleitende Material ist im dargestellten Ausführungsbeispiel Stahl und folglich stark flussleitend ausgebildet. Das zweite Material ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Faserverbundwerkstoff, hier ein glasfaserverstärkter Kunststoff, welcher keinerlei magnetisch flussleitende Eigenschaften aufweist und dessen magnetische Permeabilität nahezu derjenigen des Vakuums entspricht.In the 1 illustrated layer A has in planar extension, ie in the extension directions perpendicular to the axis of rotation D , Areas 10 , which are formed with, in the illustrated embodiment, a first flux-conducting material, as well as other areas that are formed with, in the illustrated embodiment, a second material, on. In this case, the second material has a lower magnetic permeability than the first flux-conducting material. The first flux-conducting material is steel in the illustrated embodiment and consequently highly flux-conducting. The second material is in the illustrated embodiment, a fiber composite material, here a glass fiber reinforced plastic, which has no magnetic flux-conducting properties and its magnetic Permeability almost equal to that of the vacuum.

Bei der in 1 dargestellten Schicht A erstreckt sich das zweite Material in einem ersten Erstreckungsbereich 40 von einer ersten 50 bis zu einer zweiten Ausnehmung 60 für vergrabene Magnete (in der Zeichnung sind die Magnete nicht explizit dargestellt). In diesem Bereich erstreckt sich das zweite Material zudem radial nach außen, d.h. bis zu einer radial äußeren Oberfläche 70 der Schicht A des Rotors. Der erste Erstreckungsbereich ist radial außenliegend von der äußeren Oberfläche 70 des Rotors und radial innenliegend von einer glockenförmigen Kontur begrenzt, die einen radial in Richtung auf die Drehachse D weisenden Scheitel S1 aufweist. An je einer von zwei vom Scheitel S1 zur äußeren Oberfläche 70 führenden Flanken 80, 90 der glockenförmigen Kontur des ersten Erstreckungsbereichs 40 grenzt der erste Erstreckungsbereich 40 an je einer Schmalseite 100, 110 je einer der Ausnehmungen 50, 60 an.At the in 1 shown layer A, the second material extends in a first extension region 40 from a first 50 to a second recess 60 for buried magnets (in the drawing, the magnets are not explicitly shown). In this area, the second material also extends radially outwards, ie up to a radially outer surface 70 the layer A of the rotor. The first extension region is radially outward of the outer surface 70 the rotor and radially inwardly limited by a bell-shaped contour, which is a radially in the direction of the axis of rotation D pointing vertex S1 having. On each one of two from the vertex S1 to the outer surface 70 leading flanks 80 . 90 the bell-shaped contour of the first extension region 40 borders the first extension area 40 on each narrow side 100 . 110 one each of the recesses 50 . 60 at.

Bei der Schicht A erstreckt sich das zweite Material in einem zweiten Erstreckungsbereich 120 von der zweiten Ausnehmung 60 zu einer dritten Ausnehmung 130. Der zweite Erstreckungsbereich 120 weist ebenfalls eine glockenförmige Kontur auf, welche einen Scheitel S2 aufweist, der radial nach außen weist. Die glockenförmige Kontur des zweiten Erstreckungsbereichs 120 weist zwei radial nach innen verlaufende Flanken 140, 150 auf, von welchen jeweils eine an je eine Schmalseite 160, 170 der zweiten Ausnehmung 60 und der dritten Ausnehmung 130 angrenzt. Radial erstreckt sich der zweite Erstreckungsbereich 120 nach innen und mündet übergangslos, d.h. ohne Materialwechsel, in eine Speiche 180, welche ebenfalls mit, im gezeigten Ausführungsbeispiel aus, dem zweiten Material gebildet ist, ein.At the shift A the second material extends in a second extension region 120 from the second recess 60 to a third recess 130 , The second extension area 120 also has a bell-shaped contour, which is a vertex S2 has, which points radially outward. The bell-shaped contour of the second extension region 120 has two radially inwardly extending flanks 140 . 150 on, from each one on each narrow side 160 . 170 the second recess 60 and the third recess 130 borders. Radially extends the second extension region 120 to the inside and flows seamlessly, ie without material change, into a spoke 180 , which is also formed with, in the embodiment shown, the second material, a.

Der Scheitel S1 des ersten Erstreckungsbereichs 40 liegt radial innenliegend verglichen mit den an die Flanken 80, 90 des ersten Erstreckungsbereichs 40 angrenzenden Schmalseiten der ersten 50 und der zweiten Ausnehmung 60. Der Scheitel S2 des zweiten Erstreckungsbereichs 120 liegt radial außenliegend verglichen mit den an die Flanken 140, 150 des zweiten Erstreckungsbereichs 120 angrenzenden Schmalseiten 150, 160 der zweiten 60 und der dritten Ausnehmung 130.
In umfänglicher Richtung U um die Drehachse D ist jeweils im Wechsel ein erster Erstreckungsbereich 40 und ein zweiter Erstreckungsbereich 120 zwischen den Ausnehmungen 50, 60, 130 vorhanden. D.h. die Schicht A ist in umfänglicher Richtung U periodisch ausgebildet, in welcher die dritte Ausnehmung 130 die Rolle der ersten Ausnehmung 50 ausfüllt und sich die Schicht A periodisch fortsetzt.The vertex S1 of the first extension area 40 is radially inward compared with those on the flanks 80 . 90 of the first extension area 40 adjacent narrow sides of the first 50 and the second recess 60 , The vertex S2 of the second extension range 120 is radially outboard compared to those on the flanks 140 . 150 of the second extension range 120 adjacent narrow sides 150 . 160 the second 60 and the third recess 130 ,
In the circumferential direction U around the axis of rotation D is in each case alternately a first extension area 40 and a second extension area 120 between the recesses 50 . 60 . 130 available. That is the layer A is in the circumferential direction U formed periodically, in which the third recess 130 the role of the first recess 50 fills in and the layer A continues periodically.

Die übrigen, nicht von Ausnehmungen 50, 60, 130 und Speichen 180 eingenommenen Bereiche 10 der ersten Schicht A sind mit dem ersten flussleitenden Material gebildet. Die Bereiche mit dem ersten flussleitenden Material werden radial zu den Ausnehmungen 50, 60, 130 außenliegend von den ersten Erstreckungsbereichen 40 voneinander getrennt und radial innenliegend von den zweiten Erstreckungsbereichen 120 voneinander getrennt.The rest, not of recesses 50 . 60 . 130 and spokes 180 occupied areas 10 of the first layer A are formed with the first flux-conducting material. The regions with the first flux-conducting material become radial to the recesses 50 . 60 . 130 outboard from the first extents 40 separated from each other and radially inwardly of the second extension portions 120 separated from each other.

Mit anderen Worten sind diejenigen Flächenbereiche der ersten Schicht A des Rotors mit dem ersten flussleitenden Material gebildete Bereiche 10, welche sich radial außen von den Speichen 180 befinden und dort einen die Drehachse D umfänglich umgebenden Kreisring K einnehmen und nicht erster 40 oder zweiter Erstreckungsbereich 120 oder Ausnehmung 50, 60, 130 sind.In other words, those surface areas of the first layer A The areas formed by the rotor with the first flux-conducting material 10 extending radially outward from the spokes 180 are there and the axis of rotation D circumferentially surrounding circular ring K occupy and not first 40 or second extension range 120 or recess 50 . 60 . 130 are.

Die Schicht B weist wie in 2 dargestellt ebenfalls mit dem ersten flussleitenden Material gebildete Bereiche 185 sowie identische Ausnehmungen 50, 60, 130 wie in Schicht A für die vergrabenen Magnete auf. Im Unterschied zum ersten Erstreckungsbereich 40 ist das zweite Material jedoch in einem dritten Erstreckungsbereich 190 angeordnet, welcher sich in umfänglicher Richtung zwischen den Schmalseiten 100, 110 der Ausnehmungen 50, 60 erstreckt.The layer B has as in 2 also shows areas formed with the first flux-conducting material 185 as well as identical recesses 50 . 60 . 130 as in layer A for the buried magnets. In contrast to the first extension area 40 however, the second material is in a third span 190 arranged, which extends in the circumferential direction between the narrow sides 100 . 110 the recesses 50 . 60 extends.

Der dritte Erstreckungsbereich 190 weist quer zur umfänglichen Erstreckung zwischen den Schmalseiten 100, 110 eine Abmessung identisch mit jener der Schmalseiten 100, 110 der Ausnehmungen 50, 60 auf und trennt radial im Vergleich zu den Ausnehmungen 50, 60, 130 außenliegende Bereiche, welche mit dem ersten flussleitenden Material gebildet sind, nicht.The third extension area 190 points transversely to the circumferential extent between the narrow sides 100 . 110 a dimension identical to that of the narrow sides 100 . 110 the recesses 50 . 60 on and separates radially compared to the recesses 50 . 60 . 130 outlying areas, which are formed with the first flux-conducting material, not.

Die Schicht B weist ferner wie in 2 dargestellt einen vierten Erstreckungsbereich 200 auf, welcher sich nur über einen Teilbereich des zweiten Erstreckungsbereichs 120 erstreckt (s.a. überlagerte Darstellung in 3). Im Vergleich zum zweiten Erstreckungsbereich 120 ragt der vierte Erstreckungsbereich 200 nicht radial mit einem nach außen weisenden Scheitel S2 im Vergleich mit der zweiten Ausnehmung 60 und der dritten Ausnehmung 130 nach außen aus, sondern weist eine zwischen zweiter 60 und dritter Ausnehmung 130 befindliche Einbuchtung 210 auf, in welche das erste Material in radialer Richtung von außen einragt. Im Vergleich zum zweiten Erstreckungsbereich 130 ist die Speiche 180 zudem nicht allein mit dem zweiten Material gebildet, sondern die Speiche 180 ist entlang eines radial außen liegenden Abschnitts an ihren Randbereichen in umfänglicher Richtung mit Bereichen 10 ersten flussleitenden Materials gebildet. Diese Bereiche 10 des ersten flussleitenden Materials strecken sich jeweils radial nach innen in den radial außen liegenden Abschnitt der Speiche 180 hinein.The layer B also indicates as in 2 illustrated a fourth extension range 200 which extends only over a partial area of the second extension area 120 extends (sa superimposed representation in 3 ). Compared to the second extension range 120 the fourth extension area protrudes 200 not radially with an outwardly facing apex S2 in comparison with the second recess 60 and the third recess 130 outward, but has one between the second 60 and third recess 130 located indentation 210 in which projects the first material in the radial direction from the outside. Compared to the second extension range 130 is the spoke 180 also not formed solely with the second material, but the spoke 180 is along a radially outer portion at its edge regions in the circumferential direction with areas 10 first flux-conducting material formed. These areas 10 of the first flux-conducting material each extend radially inwardly into the radially outer portion of the spoke 180 into it.

Bei der zweiten Schicht B sind also diejenigen Flächenbereiche mit dem ersten flussleitenden Material gebildete Bereiche 185, welche sich radial außen von den Speichen 180 aus gesehen befinden und dort einen die Drehachse D umfänglich umgebenden Kreisring K einnehmen und nicht erster 40 oder zweiter Erstreckungsbereich 120 oder Ausnehmung 50, 60, 130 sind, sowie die Randbereiche an den in umfänglicher Richtung U außenleigenden Bereichen der Speichen 180 an ihren radial äußeren Abschnitten.At the second layer B So are those surface areas formed with the first flux-conducting material areas 185 extending radially outward from the spokes 180 Seen from there and there is a rotation axis D circumferentially surrounding circular ring K take and not first 40 or second extension area 120 or recess 50 . 60 . 130 are, as well as the edge regions on the outer U in the circumferential direction U-laying areas of the spokes 180 at their radially outer sections.

Es versteht sich, dass sich die Schicht B mit ihrem anhand von 2 beschriebenen Segment periodisch in umfänglicher Richtung U fortsetzt.It is understood that the layer B with its based on 2 described segment continues in the circumferential direction U periodically.

Zur Bildung des erfindungsgemäßen Rotors sind abwechselnd eine Mehrzahl von Schichten A und B im Wechsel aufeinander auflaminiert. In einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schichten A, B des Rotors integral gefertigt, etwa mittels 3D-Drucks, wobei die Schichten A, B durch Wechsel der räumlichen Materialabscheidung gebildet werden.To form the rotor according to the invention are alternately a plurality of layers A and B laminated alternately. In a further, not specifically illustrated embodiment, the layers A . B of the rotor made integrally, such as by means of 3D printing, the layers A , B are formed by changing the spatial material deposition.

In sämtliche Ausnehmungen 50, 60, 130 sind in an sich bekannter Weise Permanentmagnete (nicht explizit dargestellt) zur Bildung eines betriebsfertigen Rotors 20 eingebracht.In all recesses 50 . 60 . 130 are in a conventional manner permanent magnets (not explicitly shown) to form a ready rotor 20 brought in.

Die Permanentmagnete weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel mindestens eine Flachseite F auf, welche jeweils parallel zur Drehachse orientiert ist. Die Flachseiten schließen jeweils mit der Umfangsrichtung um die Drehachse einen Winkel von betragsmäßig 45 Grad ein, wobei das Vorzeichen des Winkels vorzugsweise in umfänglicher Richtung von einem Magneten zum nächsten Magneten wechselt.The permanent magnets have in the illustrated embodiment, at least one flat side F, which is oriented in each case parallel to the axis of rotation. The flat sides each enclose an angle of 45 degrees with the circumferential direction about the axis of rotation, the sign of the angle preferably changing in the circumferential direction from one magnet to the next magnet.

Das erfindungsgemäße hybridelektrische Flugzeug 400 weist wie in 4 dargestellt zum Antrieb eines Propellers 410 und/oder eines Triebwerks (in der Zeichnung nicht dargestellt) einen erfindungsgemäßen Elektromotor 420 mit dem Rotor 20' mit den Schichten A und B auf.The hybrid electric aircraft according to the invention 400 points as in 4 shown for driving a propeller 410 and / or an engine (not shown in the drawing) an electric motor according to the invention 420 with the rotor 20 ' with the layers A and B on.

Claims

Rotor for a permanently excited lathe, comprising recesses for buried magnets, wherein the rotor is designed for rotation about a rotation axis and the rotor has a layer sequence of, at least, in the direction of the axis of rotation successive layers (A, B) with at least a first layer (A ) and a second layer (B), the first layer (A) and the second layer (B) each having an array of regions (10, 185) with a first flux-conducting material and regions (40, 120, 190, 200 ) are formed with a second material, wherein the second material has a lower magnetic permeability than the first flux-conducting material and the arrangement of regions (10, 40, 120) of the first layer (A) and the arrangement of regions (185, 190, 200) of the second layer (B) differ from each other.

A rotor as claimed in the preceding claim, wherein in the first layer (A) the second material extends at least in one first extension region (40) from at least one (50) to a next adjacent recess (60) and radially outward and with the first separates flow-forming material formed areas (10).

A rotor according to any one of the preceding claims wherein in the first layer (A) the second material extends in a second extension region (120) from at least one (60) to a next adjacent recess (130) and radially inward and with the first separates flow-forming material formed areas (10).

Rotor according to the two preceding claims, wherein between two recesses (50, 60, 130) in alternating sequence a first (40) or a second extension region (120) are arranged.

A rotor according to any one of the preceding claims, wherein in the second layer (B) the second material extends in a third extension region (190) from at least one (50) to a next adjacent recess (60) and radially outward with the first flux-conducting Material formed areas (185) does not separate.

A rotor according to any one of the preceding claims, wherein in the second layer (B) the second material extends in a fourth extension region (200) from at least one (60) to a next adjacent recess (130) and radially inward, and with the first Ranges formed (185) formed flow-conducting material, wherein between the at least one (60) and the next recess (130) formed with the first flow-conducting material region is arranged.

A rotor as claimed in either of the preceding claims, wherein a third (190) or a fourth extension region (200) is arranged in alternating sequence between two recesses (50, 60, 130).

A rotor as claimed in any one of the preceding claims, wherein the first flux-conducting material is formed with a steel.

Rotor according to one of the preceding claims, wherein the second material with a composite material and / or a fiber-reinforced material, in particular a fiber-reinforced plastic, is formed.

Rotor according to one of the preceding claims, in which the recesses carry permanent magnets.

Electric machine with a rotor (20 ') according to one of the preceding claims.

A hybrid electric aircraft according to one of the preceding claims, comprising a rotor (20 ') and / or an electric machine (420) according to one of the preceding claims.