DE102018210827A1 - Synchronous machine with a rotor and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Synchronmaschine (8), insbesondere fremderregte Synchronmaschine (8), aufweisend einen Stator (10) und einen Rotor (13), wobei der Rotor (13) mehrere Polstrukturen (9) mit jeweils einem Polschuh (14) aufweist, die jeweils bezüglich der Flussdichteverteilung einen Sinuspol zum Stator (10) ausbilden, wobei die Polschuhe (14) von dem Stator (10) durch einen Luftspalt (5) getrennt sind, wobei der Luftspalt (5) über die gesamte tangentiale Ausdehnung des Polschuhs (14) eine konstante Breite aufweist und die räumliche Verteilung des magnetischen Widerstands der Polschuhe (14) so ausgebildet ist, dass sich trotz des Luftspalts (5) konstanter Breite der Sinuspol ausbildet.Synchronous machine (8), in particular externally excited synchronous machine (8), comprising a stator (10) and a rotor (13), the rotor (13) having a plurality of pole structures (9), each with a pole piece (14), each with respect to the flux density distribution form a sine pole to the stator (10), the pole shoes (14) being separated from the stator (10) by an air gap (5), the air gap (5) having a constant width over the entire tangential extension of the pole shoe (14) and the spatial distribution of the magnetic resistance of the pole shoes (14) is designed such that the sinus pole is formed despite the air gap (5) having a constant width.

Description

Die Erfindung betrifft eine insbesondere fremderregte Synchronmaschine, aufweisend einen Stator und einen Rotor, wobei der Rotor mehrere Polstrukturen mit jeweils einem Polschuh aufweist, die jeweils bezüglich der Flussdichteverteilung einen Sinuspol zum Stator ausbilden, wobei die Polschuhe von dem Stator durch einen Luftspalt getrennt sind. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Synchronmaschine.The invention relates in particular to a separately excited synchronous machine, comprising a stator and a rotor, the rotor having a plurality of pole structures, each with a pole piece, each of which forms a sine pole with respect to the stator in terms of the flux density distribution, the pole pieces being separated from the stator by an air gap. In addition, the invention relates to a motor vehicle with such a synchronous machine.

Synchronmaschinen sind im Stand der Technik bereits bekannt. Dabei handelt es sich um Drehstrommaschinen, in denen der Rotor synchron mit dem Drehfeld des Stators läuft. Es sind sowohl Ausgestaltungen bekannt, in denen der Rotor außen um den Stator umläuft (sogenannter Außenrotor oder Außenläufer), als auch Ausgestaltungen, in denen der Rotor innerhalb des Stators drehbar gelagert ist (sogenannter Innenrotor oder Innenläufer). Der Rotor weist dabei üblicherweise mehrere Rotorpole auf, die bei einem Schenkelpolrotor, worauf sich die vorliegende Erfindung bezieht, durch Polstrukturen gebildet werden, die radial nach außen in einem Polschuh enden, der über einen Luftspalt vom Stator beabstandet ist. Dabei sind sowohl permanent erregte Synchronmaschinen, bei denen die Pole mittels eines Permanentmagneten definiert werden, als auch fremderregte Synchronmaschinen, bei denen eine elektrische Wicklung um den Polschenkel der Polstruktur gelegt ist, bekannt. Fremderrregte Synchronmaschinen werden dabei häufig in Kraftfahrzeugen eingesetzt.Synchronous machines are already known in the prior art. These are three-phase machines in which the rotor runs synchronously with the rotating field of the stator. Designs are known in which the rotor rotates around the outside of the stator (so-called external rotor or external rotor), as well as configurations in which the rotor is rotatably mounted within the stator (so-called internal rotor or internal rotor). The rotor usually has a plurality of rotor poles which, in the case of a salient pole rotor, to which the present invention relates, are formed by pole structures which end radially outward in a pole piece which is spaced from the stator by an air gap. Both permanently excited synchronous machines in which the poles are defined by means of a permanent magnet and externally excited synchronous machines in which an electrical winding is placed around the pole leg of the pole structure are known. Externally excited synchronous machines are often used in motor vehicles.

Bei fremderregten Synchronmaschinen wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, die einzelnen Rotorpole als sogenannte Sinuspole auszuführen, um Drehungleichförmigkeiten zu reduzieren. Kennzeichnend für einen Sinuspol ist, dass sich im Luftspalt zwischen Rotor und Stator im Betrieb eine in etwa sinusförmige Flussdichteverteilung einstellt. Hierzu ist es bekannt, die Breite des Luftspalts, also den radialen Abstand der Polschuhoberfläche zur Statoroberfläche, geometrisch so auszuführen, dass sich die gewollte sinusförmige Flussdichteverteilung einstellt, indem die Breite des Luftspalts zu den in Umfangsrichtung seitlichen, tangentialen Rändern der Polschuhe hin zunimmt, so dass auch der magnetische Widerstand zu den Rändern hin stetig zunimmt.In the case of externally excited synchronous machines, it has been proposed in the prior art to design the individual rotor poles as so-called sine poles in order to reduce rotational irregularities. It is characteristic of a sine pole that an approximately sinusoidal flux density distribution occurs in the air gap between the rotor and the stator during operation. For this purpose, it is known to geometrically design the width of the air gap, i.e. the radial distance between the pole shoe surface and the stator surface, in such a way that the desired sinusoidal flux density distribution is established by increasing the width of the air gap towards the tangential edges of the pole shoes on the circumferential direction that the magnetic resistance towards the edges also increases steadily.

Diese geometrische Ausführung hat allerdings den Nachteil, dass sich in dem in Umfangsrichtung, also Tangentialrichtung, zur Mitte des Polschuhs hin verengenden Spalt ein aerodynamischer Druck aufbaut, der bremsend auf den Rotor wirkt und zusätzliche Reibungsverluste generiert. Insbesondere bei fremderregten Synchronmaschinen, die häufig als Traktionsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen, angewendet werden, existieren sehr hohe Umfangsgeschwindigkeiten, für die simulativ Zusatzverluste von mehreren hundert Watt bei Maximaldrehzahl durch die Ausgestaltung des Luftspalts festgestellt wurden.However, this geometric design has the disadvantage that an aerodynamic pressure builds up in the gap narrowing in the circumferential direction, that is to say tangential direction, towards the center of the pole shoe, which acts on the rotor in a braking manner and generates additional friction losses. Particularly in the case of externally excited synchronous machines, which are often used as traction motors, in particular in motor vehicles, there are very high peripheral speeds for which additional losses of several hundred watts at maximum speed have been determined by the design of the air gap.

DE 10 2010 041 015 A1 betrifft eine Maschinenkomponente, insbesondere einen Rotor, zum Aufbau einer elektrischen Maschine. Der Rotor weist Rotorpole auf, an denen ein von mindestens einem Permanentmagneten gebildetes Magnetfeld austritt, so dass mithin eine permanenterregte Maschine entsteht. Dabei wird eine Polkontur vorgeschlagen, die von einer rein kreiszylindrischen Mantelfläche der Maschinenkomponente abweicht, wobei die Polkontur insbesondere einer Sinuspolkontur, beispielsweise einer Richterkontur, entsprechen kann. DE 10 2010 041 015 A1 relates to a machine component, in particular a rotor, for building an electrical machine. The rotor has rotor poles at which a magnetic field formed by at least one permanent magnet emerges, so that a permanent-magnet machine is thus created. Here, a pole contour is proposed that deviates from a purely circular-cylindrical outer surface of the machine component, wherein the pole contour can in particular correspond to a sine pole contour, for example a Richter contour.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine insbesondere fremderregte Synchronmaschine mit Sinuspolen anzugeben, bei denen die Reibungsverluste wenigstens reduziert sind.The invention is based on the object of specifying an in particular externally excited synchronous machine with sine poles, in which the friction losses are at least reduced.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Synchronmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Luftspalt über die gesamte tangentiale Ausdehnung des Polschuhs eine konstante Breite aufweist und die räumliche Verteilung des magnetischen Widerstands der Polschuhe so ausgebildet ist, dass sich trotz des Luftspalts konstanter Breite der Sinuspol ausbildet.To achieve this object, in a synchronous machine of the type mentioned at the outset, the invention provides that the air gap has a constant width over the entire tangential extension of the pole piece and the spatial distribution of the magnetic resistance of the pole pieces is designed such that despite the air gap, the width is constant Sinus pole forms.

Die Erfindung geht mithin aus von einer grundsätzlich bekannten, insbesondere fremderregten Synchronmaschine, die entweder einen Außen- oder einen Innenrotor aufweist, der drehbar gegen den Stator gelagert ist und von dem Stator im Polschuhbereich durch einen dünnen Luftspalt einer bestimmten, erfindungsgemäß konstanten Breite beabstandet ist. Die Breite ist dabei als der radiale Abstand zwischen der Polschuhoberfläche und der Statoroberfläche zu verstehen. Trotz des in seiner Breite konstanten Luftspalts lässt sich jedoch der Sinuspol, das bedeutet, eine sinusförmige Flussdichteverteilung im Betrieb, erreichen, nachdem erkannt wurde, dass durch die im Stand der Technik bekannte Variation der Breite des Luftspalts der magnetische Widerstand lokal beeinflusst wird. Die Erfindung schlägt nun vor, diese Widerstandsbeeinflussung intern in den Rotorpolen vorzunehmen, konkret innerhalb der Polschuhe der Polstrukturen. Dabei sei angemerkt, dass es sich bei der hier beschriebenen Synchronmaschine insbesondere um eine Schenkelpolmaschine handelt, sich die Polstrukturen mithin aus einem Polschenkel und dem Polschuh zusammensetzen, wobei bei einer fremderregten Synchronmaschine um den Polschenkel die Erregerwicklung gelegt ist.The invention is therefore based on a fundamentally known, in particular externally excited, synchronous machine which has either an outer or an inner rotor which is rotatably mounted against the stator and is spaced from the stator in the pole shoe region by a thin air gap of a certain width which is constant according to the invention. The width is to be understood as the radial distance between the pole shoe surface and the stator surface. Despite the constant width of the air gap, the sinus pole, that is, a sinusoidal flux density distribution during operation, can be achieved after it has been recognized that the variation of the width of the air gap known in the prior art locally influences the magnetic resistance. The invention now proposes to carry out this influencing of resistance internally in the rotor poles, specifically within the pole shoes of the pole structures. It should be noted that the synchronous machine described here is in particular a salient pole machine, the pole structures are therefore composed of a pole leg and the pole shoe, the excitation winding being placed around the pole leg in the case of an externally excited synchronous machine.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weisen mithin die Polschuhe wenigstens eine lokale, zu einem veränderten magnetischen Widerstand führende Modifikation auf, die wiederum zur zumindest näherungsweisen Ausbildung eines Sinuspols führt. Dabei können geeignete magnetische Widerstandsverteilungen für Sinuspole beispielsweise im Rahmen einer Simulation ermittelt werden, die auch die bereitstehenden Maßnahmen zur Modifikation des Polschuhs berücksichtigen kann. Es können dabei verschiedene Freiheitsgrade genutzt werden, um trotz des in seiner Breite konstanten Luftspalts die Ausbildung eines Sinuspols herbeizuführen. According to the present invention, the pole shoes therefore have at least one local modification which leads to a changed magnetic resistance, which in turn leads to the formation of a sine pole at least approximately. Suitable magnetic resistance distributions for sine poles can be determined, for example, as part of a simulation, which can also take into account the measures available for modifying the pole piece. Different degrees of freedom can be used to produce a sinus pole despite the constant width of the air gap.

Durch den in seiner Breite konstanten Luftspalt werden die Reibungsverluste an den Polschuhen minimiert. Dies gelingt, da die aerodynamischen Zusatzverluste durch die veränderliche Breite des Luftspalts wegfallen, wobei durch die lokalen Modifikationen des Polschuhs die elektromagnetischen Vorteile eines Sinuspols weiterhin erhalten werden, indem der polinterne magnetische Widerstand derart gestaltet wird, dass sich wieder eine zumindest annähernd sinusförmige Flussdichteverteilung ergibt.The air gap, which is constant in width, minimizes friction losses at the pole pieces. This is possible because the additional aerodynamic losses due to the variable width of the air gap are eliminated, and the local modifications of the pole piece continue to maintain the electromagnetic advantages of a sinus pole by designing the pole-internal magnetic resistance in such a way that an at least approximately sinusoidal flux density distribution results again.

In einer konkreten, besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Polschuhe wenigstens teilweise wenigstens eine zur seitlichen Begrenzung der Polstruktur hin in ihrer radialen Ausdehnung zunehmende, insbesondere luftgefüllte Ausnehmung aufweisen. Das bedeutet, es werden ein oder mehrere Ausschnitte/Ausstanzungen in den Polschuh eingebracht, die bevorzugt luftgefüllt sein können, wobei es jedoch auch denkbar ist, ein anderes, den magnetischen Widerstand des Polschuhs modifizierendes Material einzufügen. Konkret bedeutet dies, dass durch gezielte Wegnahme von magnetisch leitfähigem Material die gewünschte Flussdichteverteilung eingestellt werden kann. Hierbei kann im Wesentlichen der radiale Ausdehnungsverlauf der wenigstens einen Ausnehmung, welcher bezüglich der radial verlaufenden Mittelachse der Polstruktur symmetrisch gewählt wird, den aus dem Stand der Technik bekannten Luftspaltverlauf zunehmender Breite nachbilden, so dass der zusätzliche luftgefüllte Freiraum, der durch Modifikation der Luftspaltbreite gegeben war, nun - hinsichtlich der gewünschten Flussdichteverteilung gegebenenfalls angepasst - in den Polschuh hinein verlagert ist. Dabei erstrecken sich die Ausnehmungen zumindest im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Rotors. In ihrem sonstigen Verlauf kann die wenigstens eine Ausnehmung bevorzugt dem tangentialen Verlauf des Luftspalts folgen, das bedeutet, zumindest mit der dem Luftspalt zugewandten Oberfläche dessen Verlauf angepasst sein.In a specific, particularly preferred embodiment of the present invention, it can be provided that the pole shoes have at least partially at least one, in particular air-filled recess, which increases in its radial extent toward the lateral boundary of the pole structure. This means that one or more cutouts / punchings are made in the pole piece, which can preferably be filled with air, but it is also conceivable to insert another material that modifies the magnetic resistance of the pole piece. Specifically, this means that the desired flux density distribution can be set by deliberately removing magnetically conductive material. Essentially, the radial expansion course of the at least one recess, which is chosen symmetrically with respect to the radially extending central axis of the pole structure, can replicate the air gap course of increasing width known from the prior art, so that the additional air-filled free space, which was given by modification of the air gap width , now - adjusted with regard to the desired flux density distribution - is shifted into the pole piece. The recesses extend at least substantially over the entire axial length of the rotor. In its other course, the at least one recess can preferably follow the tangential course of the air gap, which means that its course can be adapted at least with the surface facing the air gap.

In einer zusätzlich oder alternativ einsetzbaren Ausgestaltung, die auch auf die Erhöhung des magnetischen Widerstands durch Wegnahme magnetisch leitfähigen Materials abzielt, kann vorgesehen sein, dass die Polstruktur durch ein Blechpaket gebildet wird, wobei die Blechlamellen in zumindest einem zur seitlichen Begrenzung hin gelegenen Strukturbereich des Polschuhs dünner gepresst sind als in einem zur Mitte des Polschuhs gelegenen Strukturbereich. Das bedeutet, die einzelnen Lamellen des Blechpakets, aus denen die Polstrukturen gebildet sind, können zu den tangential seitlichen Enden hin gezielt dünner gepresst werden, so dass durch eine gezielte Wegnahme von magnetisch leitfähigem Material auch so die gewünschte Widerstandsverteilung und somit Flussdichteverteilung hergestellt werden kann.In an additionally or alternatively usable embodiment, which also aims to increase the magnetic resistance by removing magnetically conductive material, it can be provided that the pole structure is formed by a laminated core, the laminations being in at least one structural region of the pole shoe that is located towards the lateral boundary are pressed thinner than in a structural area located to the center of the pole piece. This means that the individual lamellae of the laminated core, from which the pole structures are formed, can be deliberately pressed thinner towards the tangentially lateral ends, so that the desired resistance distribution and thus flux density distribution can also be produced by deliberately removing magnetically conductive material.

Alternativ oder zusätzlich ist es ferner denkbar, dass die Polstruktur in zumindest einem Strukturbereich des Polschuhs eine durch lokalen Wärme- und/oder Krafteintrag veränderte Struktureigenschaft und somit einen veränderten magnetischen Widerstand aufweist. Das bedeutet, in zweckmäßiger Weiterbildung kann eine gezielte Veränderung des magnetischen Verhaltens, insbesondere des Rotorbleches am Polschuh, durch lokale Wärmebehandlung oder lokale mechanische Gefügeveränderung herbeigeführt werden.As an alternative or in addition, it is also conceivable that the pole structure in at least one structural region of the pole shoe has a structural property which is changed by local heat and / or force input and thus has a changed magnetic resistance. This means that in a suitable development, a targeted change in the magnetic behavior, in particular the rotor plate on the pole piece, can be brought about by local heat treatment or local mechanical structural changes.

Wie bereits angedeutet, wird der magnetische Widerstandsverlauf im Polschuh vorzugsweise im Wesentlichen symmetrisch zu einer radialen Mittelachse der Polstruktur gewählt, was entsprechend auch für die Modifikationen des Polschuhs bzw. wenigstens deren Wirkung gilt. Diese Symmetrie fördert die möglichst exakte Ausbildung der sinusförmigen Flussdichteverteilung.As already indicated, the magnetic resistance profile in the pole piece is preferably selected to be essentially symmetrical to a radial central axis of the pole structure, which also applies accordingly to the modifications of the pole piece or at least their effect. This symmetry promotes the most exact possible formation of the sinusoidal flux density distribution.

Neben der Synchronmaschine betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen durch eine erfindungsgemäße Synchronmaschine gebildeten Traktionsmotor. Gerade in Kraftfahrzeugen treten, wie eingangs dargelegt, aufgrund der hohen Maximaldrehzahlen und somit hohen Umfangsgeschwindigkeiten bei einer Variation von Luftspaltbreiten starke aerodynamische Zusatzverluste auf, die durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung minimiert bzw. gänzlich eliminiert werden können. Sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Synchronmaschine lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.In addition to the synchronous machine, the present invention also relates to a motor vehicle having a traction motor formed by a synchronous machine according to the invention. In motor vehicles, in particular, as stated at the outset, due to the high maximum speeds and thus high peripheral speeds with a variation in air gap widths, there are strong additional aerodynamic losses which can be minimized or completely eliminated by the configuration according to the invention. All statements relating to the synchronous machine according to the invention can be transferred analogously to the motor vehicle according to the invention, with which the advantages already mentioned can also be obtained.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

  • 1 eine Ausgestaltung eines Sinuspols gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 eine erfindungsgemäße fremderregte Synchronmaschine,
  • 3 eine Polstruktur der Synchronmaschine gemäß 2, und
  • 4 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug
Further advantages and details of the present invention result from the exemplary embodiments shown below and from the drawing. Show:
  • 1 an embodiment of a sine pole according to the prior art,
  • 2 an externally excited synchronous machine according to the invention,
  • 3 a pole structure according to the synchronous machine 2 , and
  • 4 a motor vehicle according to the invention

1 zeigt eine Ausgestaltung eines Sinuspols 1 gemäß dem Stand der Technik. Eine Polstruktur 2 wird dabei aus einem Polschenkel 3 und einem Polschuh 4 gebildet, welcher einen Luftspalt 5 zu der hier nur angedeuteten Oberfläche 6 des Stators der Synchronmaschine bildet. Wicklungen sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Ersichtlich ist die Kontur des Polschuhs 4 zur Statoroberfläche 6 hin so ausgestaltet, dass sich der Luftspalt 5 ausgehend von einer radialen Mittelachse 7 der Polstruktur 2 vergrößert, so dass tangential seitlich ein größerer magnetischer Widerstand gegeben ist und sich eine sinusförmige Flussdichteverteilung ausbildet. Der Nachteil dieses in seiner Breite zur Polstrukturmitte hin abnehmenden, also sich verengenden Luftspalts 5 sind jedoch erhöhte Reibungsverluste durch Luftstauung. 1 shows an embodiment of a sine pole 1 according to the state of the art. A pole structure 2 becomes a pole piece 3 and a pole piece 4 formed which is an air gap 5 to the surface only hinted at here 6 of the stator of the synchronous machine. For the sake of clarity, windings are not shown. The contour of the pole piece can be seen 4 to the stator surface 6 designed so that the air gap 5 starting from a radial central axis 7 the pole structure 2 Enlarged so that there is greater magnetic resistance laterally tangentially and a sinusoidal flux density distribution is formed. The disadvantage of this air gap, which decreases in width towards the center of the pole structure, i.e. narrows 5 are increased friction losses due to air congestion.

Die 2 und 3 zeigen eine erfindungsgemäße fremderregte Synchronmaschine 8, wobei 3 die erfindungsgemäß vorgesehenen Polstrukturen 9 in vergleichbarer Darstellung zur 1 genauer zeigt. Die Synchronmaschine 8 weist einen feststehenden Stator 10 auf, dessen in Nuten vorgesehene Statorwicklungen 11 der Übersichtlichkeit halber nur teilweise gezeigt sind. Mittels einer Drehachse 12 ist der Rotor 13 drehbar gegenüber dem Stator 10 gelagert, wobei es sich bei dem Rotor 13 um einen Innenrotor handelt. Der im vorliegenden Fall vierpolige Rotor 13 weist für jeden seiner Rotorpole Polstrukturen 9, auf, die jeweils wiederum einen Polschenkel 3 und einen Polschuh 14 umfassen. Um den Polschenkel 3 ist jeweils die in 2 angedeutete Erregerwicklung 15 gelegt.The 2 and 3 show an externally excited synchronous machine according to the invention 8th , in which 3 the pole structures provided according to the invention 9 in a comparable representation to 1 shows more precisely. The synchronous machine 8th has a fixed stator 10 on whose stator windings provided in slots 11 are only partially shown for the sake of clarity. By means of an axis of rotation 12 is the rotor 13 rotatable with respect to the stator 10 stored, it being the rotor 13 is an inner rotor. The four-pole rotor in the present case 13 has pole structures for each of its rotor poles 9 , each with a pole leg 3 and a pole piece 14 include. Around the pole leg 3 is always the in 2 indicated excitation winding 15 placed.

Wie sich insbesondere aus 3 entnehmen lässt, ist der Polschuh 14 gegenüber dem Polschuh 4 verändert ausgestaltet. Zum einen ist sein Oberflächenverlauf zur Statoroberfläche 6 so gewählt, dass der Luftspalt 5 über seine gesamte Ausdehnung in tangentialer Richtung, also Umfangsrichtung, eine konstante Breite aufweist. Um dennoch die Rotorpole als Sinuspole zu etablieren, ist der Polschuh 14 bezüglich seines internen magnetischen Widerstands modifiziert, vorwiegend durch das Vorsehen von den Polschuh 14 in axialer Richtung durchlaufenden, luftgefüllten Ausnehmungen 16, die aus dem Blechpaket 17, das die Polstruktur 9 bildet, ausgestanzt sind. Ausgehend von der radialen Mittelachse der Polstruktur 9 nimmt die radiale Ausdehnung der Ausnehmungen 16, im Wesentlichen entsprechend dem Verlauf der Luftspaltbreite gemäß 1, zu. Die Ausdehnungen der Ausnehmungen 16 sind dabei so gewählt, dass sich trotz des in seiner Breite konstanten Luftspalts 5 eine sinusförmige Flussdichteverteilung ergibt, mithin ein Sinuspol entsteht.How to look in particular 3 is the pole piece 14 opposite the pole piece 4 designed differently. On the one hand, its surface course is to the stator surface 6 chosen so that the air gap 5 has a constant width over its entire extent in the tangential direction, that is to say the circumferential direction. In order to nevertheless establish the rotor poles as sine poles, the pole piece is 14 modified in terms of its internal magnetic resistance, mainly by the provision of the pole piece 14 Air-filled recesses running through in the axial direction 16 that come from the sheet metal package 17 that the pole structure 9 forms, are punched out. Starting from the radial central axis of the pole structure 9 takes the radial expansion of the recesses 16 , essentially according to the course of the air gap width 1 , too. The dimensions of the recesses 16 are chosen in such a way that, despite the constant width of the air gap 5 results in a sinusoidal flux density distribution, thus creating a sine pole.

Zusätzlich oder alternativ sind auch andere Arten der Modifikation des magnetischen Widerstands im Polschuh 14 denkbar, um die Konstanthaltung der Breite des Luftspalts 5 zu kompensieren, insbesondere zur tangential seitlichen Begrenzung des Polschuhs 14 hin dünner gepresste Blechlamellen des Blechpakets 17. Denkbar ist es auch, durch lokale Wärmebehandlung oder lokale mechanische Gefügeveränderung den magnetischen Widerstand des Polschuhes 14 geeignet räumlich zu variieren.Additionally or alternatively, there are other types of modification of the magnetic resistance in the pole piece 14 conceivable to keep the width of the air gap constant 5 to compensate, especially for the tangential lateral limitation of the pole piece 14 thinly pressed sheet metal lamellae of the sheet stack 17 , It is also conceivable to use local heat treatment or local mechanical structural changes to change the magnetic resistance of the pole piece 14 suitable to vary spatially.

4 zeigt schließlich eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 18, welches als Traktionsmotor 19 eine erfindungsgemäße fremderregte Synchronmaschine 8 nutzt. 4 finally shows a schematic diagram of a motor vehicle according to the invention 18 which is used as a traction motor 19 an externally excited synchronous machine according to the invention 8th uses.

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Synchronmaschine (8), insbesondere fremderregte Synchronmaschine (8), aufweisend einen Stator (10) und einen Rotor (13), wobei der Rotor (13) mehrere Polstrukturen (9) mit jeweils einem Polschuh (14) aufweist, die jeweils bezüglich der Flussdichteverteilung einen Sinuspol zum Stator (10) ausbilden, wobei die Polschuhe (14) von dem Stator (10) durch einen Luftspalt (5) getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (5) über die gesamte tangentiale Ausdehnung des Polschuhs (14) eine konstante Breite aufweist und die räumliche Verteilung des magnetischen Widerstands der Polschuhe (14) so ausgebildet ist, dass sich trotz des Luftspalts (5) konstanter Breite der Sinuspol ausbildet.Synchronous machine (8), in particular externally excited synchronous machine (8), comprising a stator (10) and a rotor (13), the rotor (13) having a plurality of pole structures (9), each with a pole piece (14), each with respect to the flux density distribution form a sine pole to the stator (10), the pole shoes (14) being separated from the stator (10) by an air gap (5), characterized in that the air gap (5) extends over the entire tangential extension of the pole shoe (14) has a constant width and the spatial distribution of the magnetic resistance of the pole shoes (14) is designed such that the sinus pole is formed despite the air gap (5) of constant width. Synchronmaschine (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (14) wenigstens teilweise wenigstens eine zur seitlichen Begrenzung der Polstruktur (9) hin in ihrer radialen Ausdehnung zunehmende, insbesondere luftgefüllte Ausnehmung (16) aufweisen.Synchronous machine (8) after Claim 1 , characterized in that the pole pieces (14) have at least partially at least one recess (16), in particular air-filled, which increases in their radial extent towards the lateral boundary of the pole structure (9). Synchronmaschine (8) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausnehmung (15) in ihrem Verlauf dem tangentialen Verlauf des Luftspalts (5) folgt.Synchronous machine (8) after Claim 2 , characterized in that the at least one recess (15) follows the tangential course of the air gap (5). Synchronmaschine (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polstruktur (9) durch ein Blechpaket (17) gebildet wird, wobei die Blechlamellen in zumindest einem zur seitlichen Begrenzung hin gelegenen Strukturbereich des Polschuhs (14) dünner gepresst sind als in einem zur Mitte des Polschuhs (14) gelegenen Strukturbereich.Synchronous machine (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the pole structure (9) is formed by a laminated core (17), the laminations being pressed thinner in at least one structural region of the pole shoe (14) lying to the side than in a structural area located towards the center of the pole piece (14). Synchronmaschine (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polstruktur (9) in zumindest einem Strukturbereich des Polschuhs (14) eine durch lokalen Wärme- und/oder Krafteintrag veränderte Struktureigenschaft und somit veränderten magnetischen Widerstand aufweist.Synchronous machine (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the pole structure (9) in at least one structural region of the pole piece (14) has a structural property changed by local heat and / or force input and thus changed magnetic resistance. Synchronmaschine (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Widerstandsverlauf im Polschuh (14) im Wesentlichen symmetrisch zu einer radialen Mittelachse (7) der Polstruktur (9) gewählt ist.Synchronous machine (8) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic resistance profile in the pole shoe (14) is chosen to be substantially symmetrical with respect to a radial central axis (7) of the pole structure (9). Kraftfahrzeug (18), aufweisend einen durch eine Synchronmaschine (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche gebildeten Traktionsmotor (19).Motor vehicle (18), comprising a traction motor (19) formed by a synchronous machine (8) according to one of the preceding claims.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021164926A1 (en) * 2020-02-19 2021-08-26 Vitesco Technologies GmbH Rotor for an electric machine, electric machine and motor vehicle
DE102020130124A1 (en) 2020-11-16 2022-05-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Reduction of the aerodynamic flow resistance in an electrical machine through partially modified electrical laminations of a rotor and motor vehicle
DE102021119135A1 (en) 2021-07-23 2023-01-26 Vitesco Technologies GmbH Rotor for an externally excited electric machine, electric machine and motor vehicle
DE102021211999A1 (en) 2021-10-25 2023-04-27 Mahle International Gmbh Rotor for a separately excited electrical synchronous machine
DE102022129165B3 (en) 2022-11-04 2024-05-08 Audi Aktiengesellschaft Rotor for an electrical machine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080224558A1 (en) * 2007-03-15 2008-09-18 A. O. Smith Corporation Interior permanent magnet motor including rotor with flux barriers
DE102007040750A1 (en) * 2007-08-28 2009-03-05 Brusa Elektronik Ag Electrically excited synchronous motor, in particular for vehicle drives
DE102010041015A1 (en) 2010-09-20 2012-03-22 Robert Bosch Gmbh Machine component for an electrical machine
EP2741398A1 (en) * 2012-12-06 2014-06-11 Siemens Aktiengesellschaft Rotor of an electric generator

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4131276B2 (en) 2005-12-19 2008-08-13 ダイキン工業株式会社 Electric motor and its rotor and magnetic core for rotor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080224558A1 (en) * 2007-03-15 2008-09-18 A. O. Smith Corporation Interior permanent magnet motor including rotor with flux barriers
DE102007040750A1 (en) * 2007-08-28 2009-03-05 Brusa Elektronik Ag Electrically excited synchronous motor, in particular for vehicle drives
DE102010041015A1 (en) 2010-09-20 2012-03-22 Robert Bosch Gmbh Machine component for an electrical machine
EP2741398A1 (en) * 2012-12-06 2014-06-11 Siemens Aktiengesellschaft Rotor of an electric generator

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021164926A1 (en) * 2020-02-19 2021-08-26 Vitesco Technologies GmbH Rotor for an electric machine, electric machine and motor vehicle
DE102020130124A1 (en) 2020-11-16 2022-05-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Reduction of the aerodynamic flow resistance in an electrical machine through partially modified electrical laminations of a rotor and motor vehicle
DE102021119135A1 (en) 2021-07-23 2023-01-26 Vitesco Technologies GmbH Rotor for an externally excited electric machine, electric machine and motor vehicle
DE102021211999A1 (en) 2021-10-25 2023-04-27 Mahle International Gmbh Rotor for a separately excited electrical synchronous machine
DE102021211999B4 (en) 2021-10-25 2023-08-17 Mahle International Gmbh Rotor for a separately excited electrical synchronous machine
DE102022129165B3 (en) 2022-11-04 2024-05-08 Audi Aktiengesellschaft Rotor for an electrical machine

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