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Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine und eine elektrische Maschine.
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Typischerweise umfassen elektrische Maschinen einen Stator und einen dazu relativ beweglichen Rotor. Elektrische Maschinen können motorisch oder generatorisch arbeiten, wobei elektrische Energie in Bewegungsenergie oder umgekehrt konvertiert wird. Im Betrieb interagiert ein Magnetfeld des Rotors mit einem Magnetfeld des Stators.
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Der Stator kann als Wicklungstyp eine verteilte Wicklung aufweisen. Elektrische Maschinen mit verteilten Wicklungen werden verbreitet in Elektrofahrzeugen als Antriebsmaschine eingesetzt. Verteilte Wicklungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Wickelköpfe viel Platz entlang der axialen Maschinenlänge einnehmen. Somit verbleibt weniger Platz der axialen Maschinenlänge als aktive Länge. Damit ist der Bereich gemeint, der zum Erzeugen von Drehmoment und Leistung genutzt werden kann.
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Damit ergibt sich zwangsläufig, dass zumindest im Hinblick auf die Ausnutzung des verfügbaren Bauraums dieser Maschinentyp als ineffizient zu bewerten ist.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, welche effizient betrieben werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine elektrische Maschine anzugeben, welche effizient betrieben werden kann.
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Die Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Rotors für eine elektrische Maschine, umfasst der Rotor einen Hauptrotor, der um eine Längsachse drehbar ist. Der Hauptrotor kann die Form eines Zylinders aufweisen. Weiter kann der Hauptrotor auf einer Welle der elektrischen Maschine angeordnet sein. Bei dem Hauptrotor kann es sich um einen Klauenpol-Rotor mit einer Erregerspule handeln.
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Außerdem umfasst der Rotor mindestens einen Hilfsrotor, welcher ein Axialfluss-Rotor ist. Der Hilfsrotor kann in direktem Kontakt mit dem Hauptrotor sein. Der Hilfsrotor kann fest mit dem Hauptrotor verbunden sein. Somit laufen der Hauptrotor und der Hilfsrotor stets mit der gleichen Drehzahl und weisen zueinander den gleichen Winkel auf. Beispielsweise ist der Hilfsrotor auf den Hauptrotor aufgeklebt.
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Der Hilfsrotor ist ebenfalls um die Längsachse drehbar und entlang der Längsachse benachbart zum Hauptrotor angeordnet.
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Der Hilfsrotor weist mindestens einen Permanentmagneten auf. Der Permanentmagnet weist eine magnetische Achse auf. Die magnetische Achse verläuft parallel zur Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten. Das bedeutet, die magnetische Achse verbindet die beiden Pole des Permanentmagneten. Der Permanentmagnet kann beispielsweise Seltene Erden oder Ferritmagnete umfassen. Während Seltene Erden eine sehr hohe Leistungsdichte ermöglichen, bieten Ferritmagnete den Vorteil geringerer Kosten.
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Der Permanentmagnet weist zumindest stellenweise die Form eines Rings auf. Das kann bedeuten, dass zumindest ein Teil des Permanentmagneten die Form eines Rings aufweist. Weiter kann der Permanentmagnet weitere Teile aufweisen, welche nicht die Form eines Rings aufweisen. Mit anderen Worten kann der Permanentmagnet verschiedene Bereiche aufweisen, von denen mindestens einer die Form eines Rings aufweist. Die verschiedenen Bereiche des Permanentmagneten sind miteinander verbunden. Beispielsweise sind die verschiedenen Bereiche des Permanentmagneten durch einen Klebstoff miteinander verbunden. Der Permanentmagnet kann einstückig ausgebildet sein. In diesem Fall weist der Permanentmagnet eine besonders große mechanische Festigkeit auf. Es ist weiter möglich, dass der Permanentmagnet die Form eines Rings aufweist. Der Durchmesser des Rings kann kleiner sein als der Durchmesser des Hauptrotors. Der Ring kann um die Welle der elektrischen Maschine herum angeordnet sein.
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Der hier beschriebene Rotor kann in einer elektrischen Maschine mit einem Stator mit einer verteilten Wicklung verwendet werden. In diesem Fall weist der Stator eine aktive Länge auf, bei welcher es sich um den Bereich handelt, der zum Erzeugen von Drehmoment und Leistung genutzt werden kann. Die Wickelköpfe der verteilten Wicklung sind entlang der Längsachse neben der aktiven Länge angeordnet. Die Länge des Hauptrotors entlang der Längsachse kann der aktiven Länge entsprechen. Der Hilfsrotor ist somit benachbart zu den Wickelköpfen angeordnet. Das bedeutet, um die Längsachse herum ist der Hilfsrotor angeordnet und um den Hilfsrotor herum sind die Wickelköpfe angeordnet.
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In diesem Aufbau der elektrischen Maschine wird durch den Hilfsrotor die magnetische Flussdichte des Hauptrotors verstärkt. Das bedeutet, die vom Hauptrotor erzeugte magnetische Flussdichte wird verstärkt. Im Betrieb der elektrischen Maschine verläuft der magnetische Fluss durch den Hauptrotor und den Hilfsrotor. Insbesondere wenn es sich bei dem Hauptrotor um einen Klauenpolrotor handelt, wird durch die Anordnung des Hilfsrotors neben dem Hauptrotor die Flussdichte des Hauptrotors verstärkt.
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Der Effekt des Hilfsrotors kann vergrößert werden, indem die Fläche des Permanentmagneten des Hilfsrotors in einem Querschnitt durch den Rotor vergrößert wird, wobei die Längsachse sich senkrecht zum Querschnitt durch den Rotor erstreckt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Permanentmagnet zumindest stellenweise die Form eines Rings aufweist. Dadurch kann der Permanentmagnet im Querschnitt durch den Rotor eine große Fläche bedecken. Der Permanentmagnet kann weitere Bereiche aufweisen, sodass die Fläche des Permanentmagneten im Querschnitt durch den Rotor weiter vergrößert ist. Insgesamt ist dadurch das Volumen des Permanentmagneten vergrößert, was dazu führt, dass der Effekt auf die Flussdichte des Hauptrotors vergrößert ist. Das bedeutet, je größer das Volumen des Permanentmagneten ist, desto mehr wird die Flussdichte des Hauptrotors vergrößert. Dies führt zu einem höheren Drehmoment und einer größeren Leistungsdichte der elektrischen Maschine. Somit kann die elektrische Maschine effizienter betrieben werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Rotors, ist der Hauptrotor als Klauenpol-Rotor ausgebildet. Der Klauenpol-Rotor kann eine Erregerspule aufweisen. Bei einem Klauenpol-Rotor greifen abwechselnd Klauen von zwei Rotorhälften ineinander. Die zwei Rotorhälften sind derart angeordnet, dass entlang des Umfangs des Klauenpol-Rotors jeweils eine Klaue, welche als Südpol ausgestaltet ist, zwischen zwei Klauen, welche als Nordpol ausgestaltet sind, angeordnet ist. Somit wechseln sich entlang des Umfangs des Klauenpol-Rotors Nord- und Südpole ab. Die Klauen sind um die Erregerspule herum angeordnet. Das bedeutet, dass die Klauen in einem Querschnitt durch den Hauptrotor um die Erregerspule herum angeordnet sind. Die Erregerspule kann die Form eines Rings aufweisen. Vorteilhafterweise kann der mindestens eine Hilfsrotor die Flussdichte des Klauenpol-Rotors verstärken.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Rotors, weist der Rotor einen weiteren Hilfsrotor auf, wobei der Hauptrotor entlang der Längsachse zwischen dem Hilfsrotor und dem weiteren Hilfsrotor angeordnet ist. Der weitere Hilfsrotor kann den gleichen Aufbau wie der Hilfsrotor aufweisen. Entlang der Längsachse kann der weitere Hilfsrotor in entgegengesetzter Richtung im Vergleich zum Hilfsrotor angeordnet sein. Das bedeutet, dass für den Hilfsrotor und den weiteren Hilfsrotor jeweils der Permanentmagnet dem Hauptrotor zugewandt ist. Durch die Verwendung des Hilfsrotors und des weiteren Hilfsrotors kann die Flussdichte des Hauptrotors weiter verstärkt werden. Vorteilhafterweise ist an beiden Seiten des Hauptrotors entlang der Längsachse ein Hilfsrotor angeordnet. Dadurch kann die Flussdichte des Hauptrotors mehr als bei nur einem Hilfsrotor verstärkt werden. Der Bauraum, in dem der Hilfsrotor und der weitere Hilfsrotor angeordnet sind, ist üblicherweise nicht für andere Teile des Rotors oder der elektrischen Maschine vorgesehen. Somit wird kein weiterer Bauraum benötigt, um den Hilfsrotor und den weiteren Hilfsrotor am Hauptrotor zu befestigen. Das bedeutet, die Effizienz der elektrischen Maschine mit dem Rotor kann erhöht werden, ohne dass mehr Bauraum benötigt wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Rotors, verläuft die magnetische Achse des Permanentmagneten parallel zur Längsachse. Das bedeutet, die magnetische Achse des Permanentmagneten zeigt entweder in Richtung des Hauptrotors oder vom Hauptrotor weg. Die magnetische Achse des Permanentmagneten des Hilfsrotors kann in die gleiche Richtung zeigen wie die magnetische Achse des Permanentmagneten des weiteren Hilfsrotors. Auf diese Art und Weise kann die Flussdichte des Hauptrotors verstärkt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Rotors, umfasst der Hilfsrotor einen Rotor-Kern, der zumindest stellenweise die Form eines Rings aufweist. Der Rotor-Kern weist beispielsweise Eisen auf. Somit dient der Rotor-Kern als Rotorjoch. Der Permanentmagnet ist am Rotor-Kern befestigt. Der Rotor-Kern und der Permanentmagnet können in direktem Kontakt sein. Dass der Rotor-Kern zumindest stellenweise die Form eines Rings aufweist kann bedeuten, dass zumindest ein Teil des Rotor-Kerns die Form eines Rings aufweist. Weiter kann der Rotor-Kern weitere Teile aufweisen, welche nicht die Form eines Rings aufweisen. Mit anderen Worten kann der Rotor-Kern verschiedene Bereiche aufweisen, von denen mindestens einer die Form eines Rings aufweist. Die verschiedenen Bereiche des Rotor-Kerns sind miteinander verbunden. Der Rotor-Kern kann einstückig ausgebildet sein. Der Durchmesser des Rings des Rotor-Kerns kann dem Durchmesser des Hauptrotors entsprechen. Da der Hilfsrotor den Permanentmagneten und den Rotor-Kern aufweist, kann die Flussdichte des Hauptrotors durch den Hilfsrotor verstärkt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Rotors, weist der Rotor-Kern Zähne auf, welche sich in Richtung des Hauptrotors erstrecken und beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Zähne können ebenfalls Eisen aufweisen. Die Zähne sind entlang des Umfangs des Rings des Rotor-Kerns angeordnet. Dabei erstrecken sich die Zähne vom Ring des Rotor-Kerns in Richtung des Hauptrotors. Entlang der Längsachse erstrecken sich die Zähne des Rotor-Kerns weiter in Richtung des Hauptrotors als der Permanentmagnet. Die Zähne können am Ring des Rotor-Kerns befestigt sein oder einstückig mit diesem ausgebildet sein. Die Zähne des Rotor-Kerns sind jeweils einer Klaue des Hauptrotors zugeordnet. Weiter können die Zähne des Rotor-Kerns bündig mit jeweils einer Klaue des Hauptrotors abschließen. Somit können die Zähne des Rotor-Kerns mit dem Hauptrotor verbunden sein. Die Zähne des Rotor-Kerns stellen vorteilhafterweise einen Weg für den magnetischen Fluss dar, welcher durch die Zähne des Rotor-Kerns in den Hauptrotor verläuft. Somit kann die Flussdichte des Hauptrotors verstärkt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Rotors, ist der Permanentmagnet zumindest stellenweise entlang der Längsachse zwischen dem Rotor-Kern und dem Hauptrotor angeordnet. Der Permanentmagnet kann entlang der Längsachse zwischen dem Ring des Rotor-Kerns und dem Hauptrotor angeordnet sein. Die Zähne des Rotor-Kerns können direkt mit dem Hauptrotor in Kontakt sein, so dass der Permanentmagnet entlang der Längsachse nicht zwischen den Zähnen und dem Hauptrotor angeordnet ist. Durch diesen Aufbau kann die Flussdichte des Hauptrotors verstärkt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Rotors, weist der Permanentmagnet entlang seines äußeren Umfangs Ausnehmungen auf, welche sich in Richtung der Längsachse teilweise durch den Permanentmagneten erstrecken. Das bedeutet, dass sich die Ausnehmungen vom äußeren Umfang des Permanentmagneten teilweise in Richtung der Längsachse erstrecken. Somit erstrecken sich die Ausnehmungen vom äußeren Umfang des Permanentmagneten in einer radialen Richtung teilweise in Richtung der Längsachse. Die radialen Richtungen erstrecken sich jeweils senkrecht zur Längsachse. In den Ausnehmungen können die Zähne des Rotor-Kerns angeordnet sein. Das bedeutet, der Rotor-Kern und der Permanentmagnet können bündig miteinander abschließen bis auf die Bereiche der Ausnehmungen und der Zähne. Durch diese Form des Permanentmagneten wird die Fläche des Permanentmagneten im Querschnitt durch den Rotor maximiert. Dadurch wird das Volumen des Permanentmagneten und somit auch die Flussdichte des Hauptrotors maximiert. Daher kann die elektrische Maschine effizienter betrieben werden. Des Weiteren kann die Form des Hilfsrotors an die Form des Hauptrotors angepasst sein. Dazu kann die Anzahl der Ausnehmungen gleich der Anzahl der Polpaare des Hauptrotors sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Rotors, sind die Ausnehmungen gleich groß und weisen gleiche Abstände zueinander auf. Das bedeutet, dass die Ausnehmungen entlang des Umfangs des Hilfsrotors gleich groß sein können. Weiter können die Abstände zwischen den Ausnehmungen entlang des Umfangs des Hilfsrotors gleich groß sein. Somit können der Permanentmagnet und die Zähne des Rotor-Kerns an die Form des Hauptrotors angepasst sein. Dadurch wird die Flussdichte des Hauptrotors verstärkt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Rotors, sind weitere Permanentmagnete mit dem Permanentmagneten verbunden, wobei die weiteren Permanentmagnete entlang des äußeren Umfangs des Permanentmagneten beabstandet zueinander angeordnet sind. In diesem Fall weist der Permanentmagnet die Form eines Rings auf. Die weiteren Permanentmagnete sind entlang des äußeren Umfangs des Rings angeordnet. Somit sind die weiteren Permanentmagnete am Permanentmagneten befestigt. Der Permanentmagnet mit den weiteren Permanentmagneten bildet somit einen Ring, welcher entlang seines äußeren Umfangs Ausnehmungen aufweist. Diese Ausnehmungen erstrecken sich vom äußeren Umfang teilweise in Richtung der Längsachse. Die weiteren Permanentmagnete können gleich groß sein und gleiche Abstände zueinander aufweisen. Das bedeutet, dass die Abstände zwischen den weiteren Permanentmagneten entlang des Umfangs des Hilfsrotors gleich groß sein können. Durch diese Form des Permanentmagneten mit den weiteren Permanentmagneten wird die Fläche, welche von Permanentmagneten bedeckt ist, im Querschnitt durch den Rotor maximiert. Dadurch wird das Volumen des Permanentmagneten und somit auch die Flussdichte des Hauptrotors maximiert. Daher kann die elektrische Maschine effizienter betrieben werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Rotors, verlaufen die magnetischen Achsen der weiteren Permanentmagnete parallel zur magnetischen Achse des Permanentmagneten. Dadurch tragen auch die weiteren Permanentmagnete zur Verstärkung des magnetischen Flusses des Hauptrotors bei.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Rotors, ist die Anzahl der weiteren Permanentmagnete gleich der Anzahl der Polpaare des Hauptrotors. Somit kann die Form des Hilfsrotors an die Form des Hauptrotors angepasst sein. Jeder der weiteren Permanentmagnete kann bündig mit einer Klaue des Klauenpol-Rotors abschließen. Durch diesen Aufbau kann die Flussdichte des Hauptrotors verstärkt werden.
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Des Weiteren wird eine elektrische Maschine angegeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine, weist die elektrische Maschine den Rotor auf. Somit sind alle Merkmale des beschriebenen Rotors auch für die elektrische Maschine offenbart und umgekehrt. Die elektrische Maschine weist weiter einen Stator auf. Bei dem Rotor kann es sich um einen Innenläufer oder einen Außenläufer handeln. Handelt es sich bei dem Rotor um einen Innenläufer, so ist eine Außenseite des Rotors dem Stator zugewandt. Der Rotor kann auf einer Welle der elektrischen Maschine angeordnet sein. Zwischen dem Stator und dem Rotor kann ein Luftspalt angeordnet sein. Der Stator weist eine verteilte Wicklung oder eine konzentrierte Wicklung auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine weist der Stator eine Wicklung mit Wickelköpfen auf, wobei sich der Hauptrotor so weit wie der Bereich des Stators zwischen den Wickelköpfen entlang der Längsachse erstreckt. Bei der Wicklung mit Wickelköpfen handelt es sich um eine verteilte Wicklung. Der Stator weist somit eine aktive Länge auf, welche sich in dem Bereich zwischen den Wickelköpfen erstreckt. Die aktive Länge ist der Bereich, der zum Erzeugen von Drehmoment und Leistung genutzt werden kann. Entlang der Längsachse entspricht somit die Länge des Hauptrotors der aktiven Länge. Das bedeutet, der Hilfsrotor ist entlang der Längsachse außerhalb der aktiven Länge angeordnet. Somit ist der Hilfsrotor benachbart zu den Wickelköpfen angeordnet. In einem Querschnitt durch die elektrische Maschine, welcher parallel zur Längsachse verläuft, ist der Hilfsrotor zwischen den Wickelköpfen angeordnet. Entlang der Längsachse kann sich der Hilfsrotor ungefähr genauso weit erstrecken wie die Wickelköpfe auf einer Seite des Stators. Es ist weiter möglich, dass sich der Hilfsrotor entlang der Längsachse genauso weit wie die Wickelköpfe auf einer Seite des Stators erstreckt. Ohne die Verwendung des Hilfsrotors würde der Bauraum, in dem der Hilfsrotor angeordnet ist, nicht zur Drehmomenterzeugung genutzt werden. Der Hilfsrotor trägt jedoch zu einer Verstärkung der Flussdichte des Hauptrotors bei. Somit kann die elektrische Maschine effizienter betrieben werden.
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Im Folgenden werden der hier beschriebene Rotor und die elektrische Maschine in Verbindung mit Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
- Mit den 1A, 1B, 1C und 1D wird ein Ausführungsbeispiel des Rotors beschrieben.
- Mit den 2A, 2B, 2C und 2D wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rotors beschrieben.
- Mit den 3A, 3B, 3C und 3D wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rotors beschrieben.
- In den 4A und 4B ist ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine gezeigt.
- In 5 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Teil eines Ausführungsbeispiels der elektrischen Maschine gezeigt.
- In den 6A und 6B ist ein Ausführungsbeispiel des Stators gezeigt.
- In 7 ist ein Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels der elektrischen Maschine gezeigt.
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In 1A ist ein Ausführungsbeispiel eines Rotors 20 für eine elektrische Maschine 21 gezeigt. Einzelne Komponenten des Rotors 20 sind zum besseren Verständnis separiert voneinander dargestellt. Im zusammengesetzten Zustand ergeben die einzelnen Komponenten das Ausführungsbeispiel des Rotors 20.
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Der Rotor 20 weist einen Hauptrotor 22 auf, der um eine Längsachse z drehbar ist. Die Längsachse z erstreckt sich durch den Rotor 20 hindurch. Bei dem Hauptrotor 22 handelt es sich um einen Klauenpol-Rotor. Der Hauptrotor 22 weist mehrere Klauen 32 auf, welche entlang des Umfangs des Hauptrotors 22 verteilt sind. Weiter weist der Hauptrotor 22 eine Erregerspule 39 auf. Die Klauen 32 sind um die Erregerspule 39 herum angeordnet. Der Hauptrotor 22 weist näherungsweise die Form eines Zylinders auf. Die Klauen 32 weisen jeweils eine Grundfläche in Form eines Trapezes auf. Die Grundfläche erstreckt sich entlang des Umfangs des Hauptrotors 22. Der Hauptrotor 22 weist zwei Stirnflächen 33 auf, welche die Grundflächen des Zylinders bilden. Die Klauen 32 sind derart angeordnet, dass bei der Hälfte der Klauen 32 die längere Grundseite der Grundfläche des Trapezes in Richtung einer der Stirnflächen 33 zeigt und bei der anderen Hälfte der Klauen 32 die kürzere Grundseite der Grundfläche in Richtung dieser Stirnfläche 33 zeigt. Somit sind die Klauen 32 alternierend entlang des Umfangs des Hauptrotors 22 verteilt.
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Der Rotor 20 weist weiter einen Hilfsrotor 23 und einen weiteren Hilfsrotor 25 auf. Der Hilfsrotor 23 ist ein Axialflussrotor. Außerdem ist der Hilfsrotor 23 ebenfalls um die Längsachse z drehbar und entlang der Längsachse z benachbart zum Hauptrotor 22 angeordnet. Der Hilfsrotor 23 weist einen Permanentmagneten 24 und weitere Permanentmagneten 29 auf. Der Permanentmagnet 24 weist die Form eines Rings auf. Der Ring ist um die Längsachse z angeordnet. Somit liegt der Mittelpunkt des Rings auf der Längsachse z.
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Die weiteren Permanentmagnete 29 sind mit dem Permanentmagneten 24 verbunden. Dabei sind die weiteren Permanentmagnete 29 entlang des äußeren Umfangs des Permanentmagneten 24 beabstandet zueinander angeordnet. Der Permanentmagnet 24 mit den weiteren Permanentmagneten 29 bildet somit einen Ring, welcher entlang seines äußeren Umfangs Ausnehmungen 28 aufweist. Die weiteren Permanentmagnete 29 weisen jeweils die gleiche Größe auf und sind in gleichen Abständen zueinander entlang des Umfangs des Permanentmagneten 24 angeordnet. Weiter verlaufen die magnetischen Achsen der weiteren Permanentmagnete 29 parallel zur magnetischen Achse des Permanentmagneten 24. Die magnetische Achse des Permanentmagneten 24 verläuft parallel zur Längsachse z. Der Permanentmagnet 24 weist entlang der Längsachse z eine kleinere Ausdehnung auf als entlang einer radialen Richtung r, welche senkrecht zur Längsachse z verläuft. Auch die weiteren Permanentmagnete 29 weisen entlang der Längsachse z eine kleinere Ausdehnung auf als entlang einer radialen Richtung r.
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Der Hilfsrotor 23 weist weiter einen Rotor-Kern 26 auf, der zumindest stellenweise die Form eines Rings aufweist. Der Rotor-Kern 26 kann Eisen aufweisen und als Rotorjoch dienen. Weiter weist der Rotor-Kern 26 Zähne 27 auf, welche sich in Richtung des Hauptrotors 22 erstrecken und beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Zähne 27 sind an einer Außenseite des Rotor-Kerns 26 angeordnet. Weiter weisen die Zähne 27 gleiche Abstände entlang des Umfangs des Rotor-Kerns 26 zueinander auf. Der restliche Teil des Rotor-Kerns 26, bei welchem es sich nicht um die Zähne 27 handelt, weist die Form eines Rings auf. Der Ring des Rotor-Kerns 26 weist entlang der Längsachse z eine kleinere Ausdehnung auf als entlang einer radialen Richtung r.
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Der Permanentmagnet 24 ist entlang der Längsachse z zwischen dem Rotor-Kern 26 und dem Hauptrotor 22 angeordnet. Die Zähne 27 des Rotor-Kerns 26 sind in direktem Kontakt mit dem Hauptrotor 22. Das bedeutet, zwischen den Zähnen 27 des Rotor-Kerns 26 und dem Hauptrotor 22 ist der Permanentmagnet 24 nicht angeordnet. Im zusammengesetzten Zustand erstrecken sich die Zähne 27 durch die Abstände zwischen den weiteren Permanentmagneten 29 in Richtung des Hauptrotors 22. Außerdem ist der Permanentmagnet 24 mit den weiteren Permanentmagneten 29 im zusammengesetzten Zustand im direkten Kontakt mit dem Hauptrotor 22. Die einzelnen Komponenten des Rotors 20 können durch Kleben miteinander verbunden sein.
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Im zusammengesetzten Zustand schließen die weiteren Permanentmagnete 29 jeweils mit einer längeren Grundseite der Grundfläche einer Klaue 32 des Hauptrotors 22 bündig ab. Weiter sind die Zähne 27 im zusammengesetzten Zustand in direktem Kontakt mit jeweils einer kürzeren Grundseite der Grundfläche einer Klaue 32. Daher ist die Anzahl der weiteren Permanentmagnete 29 gleich der Anzahl der Polpaare des Hauptrotors 22. Somit kann sich im Betrieb der elektrischen Maschine 21 der magnetische Fluss durch die Klauen 32 weiter durch die Zähne 27 und den Rotor-Kern 26 erstrecken. Dadurch wird die magnetische Flussdichte des Rotors 20 erhöht.
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Der weitere Hilfsrotor 25 weist den gleichen Aufbau wie der Hilfsrotor 23 auf und ist andersherum im Vergleich zum Hilfsrotor 23 am Hauptrotor 22 befestigt. Der Hauptrotor 22 ist entlang der Längsachse z zwischen dem Hilfsrotor 23 und dem weiteren Hilfsrotor 25 angeordnet. Somit ist der Permanentmagnet 24 des weiteren Hilfsrotors 25 zwischen dem Rotor-Kern 26 des weiteren Hilfsrotors 25 und dem Hauptrotor 22 angeordnet. Der Hilfsrotor 23 und der weitere Hilfsrotor 25 sind an gegenüberliegenden Stirnflächen 33 des Hauptrotors 22 angeordnet. Da die weiteren Permanentmagnete 29 des weiteren Hilfsrotors 25 ebenfalls an die Klauen 32 des Hauptrotors 22 angepasst sind, ist der weitere Hilfsrotor 25 um die Längsachse z um einen Winkel zum Hilfsrotor 23 verdreht.
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Das in 1A gezeigte Ausführungsbeispiel weist den Vorteil auf, dass ein großer Teil der Fläche zwischen dem Rotor-Kern 26 und dem Hauptrotor 22 vom Permanentmagneten 24 mit den weiteren Permanentmagneten 29 ausgefüllt wird. Somit weist der Permanentmagnet 24 mit den weiteren Permanentmagneten 29 ein großes Volumen auf, was dazu führt, dass die magnetische Flussdichte des Hauptrotors 22 vergrößert ist.
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In 1B ist das Ausführungsbeispiel des Permanentmagneten 24 mit den weiteren Permanentmagneten 29 aus 1A gezeigt.
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In 1C ist das Ausführungsbeispiel des Hilfsrotors 23 aus 1A gezeigt. Dabei ist der Permanentmagnet 24 mit den weiteren Permanentmagneten 29 mit dem Rotor-Kern 26 verbunden. Die Zähne 27 des Rotor-Kerns 26 erstrecken sich in den Abständen zwischen den weiteren Permanentmagneten 29. Dabei sind die Zähne 27 beabstandet zu den weiteren Permanentmagneten 29 angeordnet. Das bedeutet, die Zähne 27 sind nicht in direktem Kontakt mit den weiteren Permanentmagneten 29. Die Zähne 27 erstrecken sich entlang der Längsachse z weiter als der Permanentmagnet 24 und die weiteren Permanentmagnete 29.
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In 1D ist das Ausführungsbeispiel des Rotors 20 aus 1A gezeigt. Im Unterschied zur Darstellung in 1A sind in 1D der Hilfsrotor 23 und der weitere Hilfsrotor 25 im zusammengesetzten Zustand gezeigt.
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In 2A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rotors 20 gezeigt. Dabei sind wie in 1A einzelne Komponenten des Rotors 20 zum besseren Verständnis separiert voneinander dargestellt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel in 1A weist der Permanentmagnet 24 eine andere Form auf. Im Ausführungsbeispiel in 2A weist der Permanentmagnet 24 die gleiche Form auf wie in 1A der Permanentmagnet 24 mit den weiteren Permanentmagneten 29. Das bedeutet, der Permanentmagnet 24 ist einstückig ausgebildet. Weiter weist der Permanentmagnet 24 einen Bereich auf, welcher die Form eines Rings hat. Außerdem weist der Permanentmagnet 24 insgesamt die Form eines Ringes auf, welcher entlang seines äußeren Umfangs Ausnehmungen 28 aufweist. Die Ausnehmungen 28 erstrecken sich jeweils teilweise vom äußeren Umfang des Permanentmagneten 24 in Richtung der Längsachse z durch den Permanentmagneten 24. Das bedeutet, die Ausnehmungen 28 erstrecken sich jeweils entlang einer radialen Richtung r.
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Im Vergleich zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Ausführungsbeispiel aus 2A eine größere mechanische Stabilität auf, da der Permanentmagnet 24 eine größere mechanische Stabilität aufweist. Dieser ist einstückig ausgebildet und es sind keine weiteren Permanentmagnete 29 am Permanentmagneten 24 befestigt. Dies erhöht die mechanische Stabilität des Permanentmagneten 24. Außerdem weist der in 2A gezeigte Rotor 20 den gleichen Vorteil wie der in 1A gezeigte Rotor 20 auf, nämlich dass durch den Hilfsrotor 23 und den weiteren Hilfsrotor 25 die magnetische Flussdichte im Hauptrotor 22 vergrößert ist.
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In 2B ist das Ausführungsbeispiel des Permanentmagneten 24 aus 2A gezeigt.
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In 2C ist das Ausführungsbeispiel des Hilfsrotors 23 aus 2A gezeigt. Dabei ist der Permanentmagnet 24 mit dem Rotor-Kern 26 verbunden. Die Zähne 27 des Rotor-Kerns 26 erstrecken sich durch die Ausnehmungen 28. Dabei sind die Zähne 27 beabstandet zum Permanentmagneten 24 angeordnet. Das bedeutet, die Zähne 27 sind nicht in direktem Kontakt mit dem Permanentmagneten 24. Die Zähne 27 erstrecken sich entlang der Längsachse z weiter als der Permanentmagnet 24.
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In 2D ist das Ausführungsbeispiel des Rotors 20 aus 2A gezeigt. Im Unterschied zur Darstellung in 2A sind in 2D der Hilfsrotor 23 und der weitere Hilfsrotor 25 im zusammengesetzten Zustand gezeigt.
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In 3A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rotors 20 gezeigt. Dabei sind wie in 1A einzelne Komponenten des Rotors 20 zum besseren Verständnis separiert voneinander dargestellt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel in 2A weist der Permanentmagnet 24 eine andere Form auf. Der Permanentmagnet 24 weist die Form eines Rings auf. Der restliche Aufbau des Rotors 20 unterscheidet sich nicht von dem in 1A gezeigten Aufbau.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist der Permanentmagnet 24 ebenfalls eine große mechanische Stabilität auf. Außerdem kann dieser einfach gefertigt werden.
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In 3B ist das Ausführungsbeispiel des Permanentmagneten 24 aus 3A gezeigt.
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In 3C ist das Ausführungsbeispiel des Hilfsrotors 23 aus 3A gezeigt. Dabei ist der Permanentmagnet 24 mit dem Rotor-Kern 26 verbunden. Die Zähne 27 des Rotor-Kerns 26 sind dabei um den äußeren Umfang des Permanentmagneten 24 herum angeordnet. Der Permanentmagnet 24 ist nicht in den Abständen zwischen den Zähnen 27 angeordnet. Die Zähne 27 erstrecken sich entlang der Längsachse z weiter als der Permanentmagnet 24.
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In 3D ist das Ausführungsbeispiel des Rotors 20 aus 3A gezeigt. Im Unterschied zur Darstellung in 3A sind in 3D der Hilfsrotor 23 und der weitere Hilfsrotor 25 im zusammengesetzten Zustand gezeigt.
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In 4A ist ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 21 gezeigt. Die elektrische Maschine 21 weist einen Stator 30 mit einer verteilten Wicklung 38 auf. Die Wicklung 38 ist in Nuten 37 des Stators 30 angeordnet. Die Nuten 37 sind in ein Statorblech 36 eingebracht. Die Wickelköpfe 31 der Wicklung 38 des Stators 30 ragen an gegenüberliegenden Seiten aus dem Statorblech 36 heraus. Der Bereich zwischen den Wickelköpfen 31 des Stators 30 ist die aktive Länge 34, welche zur Erzeugung des Drehmoments genutzt werden kann. Im Stator 30 ist der Rotor 20 angeordnet. Dabei schließt der Hauptrotor 22 mit der aktiven Länge 34 des Stators 30 ab. Das bedeutet, der Hauptrotor 22 erstreckt sich entlang der Längsachse z so weit wie der Bereich des Stators 30 zwischen den Wickelköpfen 31. Benachbart zu den Wickelköpfen 31 sind der Hilfsrotor 23 und der weitere Hilfsrotor 25 angeordnet. Das bedeutet, in einer radialen Richtung r ist der Hilfsrotor 23 neben den Wickelköpfen 31 angeordnet. Der Hilfsrotor 23 weist den Permanentmagneten 24 und den Rotor-Kern 26 auf. Dabei ist der Permanentmagnet 24 entlang der Längsachse z zwischen dem Rotor-Kern 26 und dem Hauptrotor 22 angeordnet.
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In 4B ist eine seitliche Ansicht des Ausführungsbeispiels der elektrischen Maschine 21 aus 4A gezeigt. Die Wickelköpfe 31 ragen an gegenüberliegenden Seiten aus dem Statorblech 36 heraus. Der Bereich zwischen den Wickelköpfen 31 entlang der Längsachse z ist die aktive Länge 34 der elektrischen Maschine 21.
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In 5 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Teil eines Ausführungsbeispiels der elektrischen Maschine 21 gezeigt. Der Querschnitt durch die elektrische Maschine 21 verläuft entlang der Längsachse z. Es ist der Teil der elektrischen Maschine 21 auf einer Seite der Längsachse z dargestellt. Der Rotor 20 ist auf einer Welle 35 der elektrischen Maschine 21 angeordnet. Die Welle 35 erstreckt sich parallel zur Längsachse z. Entlang der Längsachse z ist der Hauptrotor 22 zwischen dem Hilfsrotor 23 und dem weiteren Hilfsrotor 25 angeordnet. Um den Hauptrotor 22 herum ist der Stator 30 angeordnet. Das bedeutet, in dieser Ansicht ist der Stator 30 über dem Hauptrotor 22 angeordnet. Aus dem Statorblech 36 ragen an gegenüberliegenden Seiten die Wickelköpfe 31 heraus. Die Länge des Hauptrotors 22 entlang der Längsachse z entspricht der aktiven Länge 34 des Stators 30. Der Hilfsrotor 23 und der weitere Hilfsrotor 25 sind in dieser Ansicht unterhalb der Wickelköpfe 31 angeordnet. Dabei erstrecken sich der Hilfsrotor 23 und der weitere Hilfsrotor 25 entlang der Längsachse z in etwa so weit wie die Wickelköpfe 31.
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In 6A ist ein Ausführungsbeispiel des Stators 30 gezeigt. Der Stator 30 weist ein Statorblech 36 auf, in welches Nuten 37 eingebracht sind. In den Nuten 37 ist die elektrische Wicklung 38 des Stators 30 angeordnet. Dabei ragen die Wickelköpfe 31 aus dem Statorblech 36 heraus.
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In 6B ist das Ausführungsbeispiel des Stators 30 aus 6A ohne die elektrische Wicklung 38 dargestellt. Es ist ein Querschnitt durch den Stator 30 gezeigt, wobei der Querschnitt senkrecht zur Längsachse z verläuft. Das Statorblech 36 weist eine Vielzahl von Nuten 37 auf, welche in Richtung der Innenseite des Stators 30 geöffnet sind.
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In 7 ist ein Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels der elektrischen Maschine 21 gezeigt. Es ist ein Schnitt durch eine Ebene gezeigt, in welcher die Längsachse z verläuft. Der Rotor 20 ist im Stator 30 angeordnet. Der Stator 30 weist die elektrische Wicklung 38 auf, wobei die Wickelköpfe 31 an gegenüberliegenden Seiten aus dem Statorblech 36 herausragen. Der Hauptrotor 22 ist entlang der aktiven Länge 34 des Stators 30 angeordnet. Die Klauen 32 des Hauptrotors 22 sind um die Erregerspule 39 herum angeordnet. An gegenüberliegenden Seiten des Hauptrotors 22 sind jeweils der Hilfsrotor 23 und der weitere Hilfsrotor 25 angeordnet. Der Hilfsrotor 23 und der weitere Hilfsrotor 25 weisen jeweils den Permanentmagneten 24 und den Rotor-Kern 26 auf. Der Rotor-Kern 26 weist die Zähne 27 auf. Der Hilfsrotor 23 und der weitere Hilfsrotor 25 sind jeweils am Hauptrotor 22 befestigt.
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Bezugszeichenliste
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- 20:
- Rotor
- 21:
- elektrische Maschine
- 22:
- Hauptrotor
- 23:
- Hilfsrotor
- 24:
- Permanentmagnet
- 25:
- weiterer Hilfsrotor
- 26:
- Rotor-Kern
- 27:
- Zahn
- 28:
- Ausnehmung
- 29:
- weiterer Permanentmagnet
- 30:
- Stator
- 31:
- Wickelkopf
- 32:
- Klauen
- 33:
- Stirnfläche
- 34:
- aktive Länge
- 35:
- Welle
- 36:
- Statorblech
- 37:
- Nut
- 38:
- Wicklung
- 39:
- Erregerspule
- r:
- radiale Richtung
- z:
- Längsachse
