DE102019133854A1 - Full pole and salient pole rotor of an electric hybrid synchronous machine with electric and permanent magnetic excitation - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (4) für eine hybrid erregte Synchronmaschine (1), aufweisend:- ein Rotorblechpaket (6) mit einem Jochring (7) und mehreren, entlang eines Umfangs des Jochrings (7) an dem Jochring (7) angeordneten Rotorpolen (8),- Rotorspulen zur Erzeugung eines elektrisch erregten magnetischen Flusses, welche an dem Rotorblechpaket (6) angeordnet sind, und- Permanentmagnete (14) zur Erzeugung eines permanenterregten magnetischen Flusses, wobei ein hybrid erregter magnetischer Fluss durch Überlagerung des elektrisch erregten magnetischen Flusses und des permanenterregten magnetischen Flusses bereitstellbar ist, wobei die Permanentmagnete (14) zumindest teilweise in den Jochring (7) eingebettet sind.The invention relates to a rotor (4) for a hybrid excited synchronous machine (1), comprising: a laminated rotor core (6) with a yoke ring (7) and several rotor poles arranged along a circumference of the yoke ring (7) on the yoke ring (7) (8), - rotor coils for generating an electrically excited magnetic flux, which are arranged on the rotor core (6), and- permanent magnets (14) for generating a permanently excited magnetic flux, a hybrid excited magnetic flux by superimposing the electrically excited magnetic flux and the permanently excited magnetic flux can be provided, the permanent magnets (14) being at least partially embedded in the yoke ring (7).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine hybrid erregte Synchronmaschine. Der Rotor weist ein Rotorblechpaket mit einem Jochring und mehreren, entlang eines Umfangs des Jochrings an dem Jochring angeordneten Rotorpolen auf. Außerdem weist der Rotor Rotorspulen zur Erzeugung eines elektrisch erregten magnetischen Flusses, welche an dem Rotorblechpaket angeordnet sind, und Permanentmagnete zur Erzeugung eines permanenterregten magnetischen Flusses auf, wobei ein hybrid erregter magnetischer Fluss durch Überlagerung des elektrisch erregten Flusses und des permanenterregten magnetischen Flusses bereitstellbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine hybrid erregte Synchronmaschine sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a rotor for a hybrid excited synchronous machine. The rotor has a laminated rotor core with a yoke ring and a plurality of rotor poles arranged on the yoke ring along a circumference of the yoke ring. In addition, the rotor has rotor coils for generating an electrically excited magnetic flux, which are arranged on the rotor core, and permanent magnets for generating a permanently excited magnetic flux, with a hybrid excited magnetic flux being available by superimposing the electrically excited flux and the permanently excited magnetic flux. The invention also relates to a hybrid excited synchronous machine and a motor vehicle.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf hybrid erregte elektrische Rotationsmaschinen, welche beispielsweise als Traktionsmaschinen für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge eingesetzt werden können. Elektrische Rotationsmaschinen weisen einen Stator und einen gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor auf. Bei elektrisch erregten bzw. fremderregten elektrischen Rotationsmaschinen wird ein magnetischer Fluss im Rotor durch Bestromen von Rotorspulen des Rotors erzeugt. Der durch Variation des elektrischen Stromes in den Erregerwicklungen bzw. Rotorspulen erzeugte magnetische Fluss kann in vorteilhafter Weise variabel eingestellt werden und stellt somit einen Freiheitsgrad bei der Betriebspunktbestimmung der elektrischen Rotationsmaschine dar. Aus dem elektrischen Widerstand der Rotorspulen resultieren jedoch ohmsche Verluste, welche den Rotor erwärmen. Bei einer Verwendung von elektrisch erregten bzw. fremderregten Rotationsmaschinen als Traktionsmaschinen schränken die Verluste im Rotor zum einen die erreichbare mechanische Dauerleistung sowie das erreichbare mechanische Dauerdrehmoment der Maschine ein und beeinflussen zum anderen maßgeblich die Effizienz der elektromechanischen Wandlung.In the present case, the interest is directed towards hybrid-excited electric rotary machines, which can be used, for example, as traction machines for electrically driven motor vehicles. Rotary electric machines have a stator and a rotor which is rotatably mounted with respect to the stator. In electrically excited or separately excited electric rotating machines, a magnetic flux is generated in the rotor by energizing the rotor coils of the rotor. The magnetic flux generated by varying the electrical current in the excitation windings or rotor coils can advantageously be set variably and thus represents a degree of freedom in determining the operating point of the electrical rotating machine. However, the electrical resistance of the rotor coils results in ohmic losses which heat the rotor . When using electrically excited or separately excited rotating machines as traction machines, the losses in the rotor limit the achievable continuous mechanical power and the achievable mechanical continuous torque of the machine and have a significant impact on the efficiency of the electromechanical conversion.

Bei permanenterregten elektrischen Rotationsmaschinen wird der magnetische Fluss durch Permanentmagnete erzeugt. Hier werden keine Rotorspulen benötigt, jedoch wird teures und zum Teil seltenes Aktivmaterial für die Herstellung der Permanentmagnete benötigt. Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt, hybrid erregte elektrische Rotationsmaschinen bereitzustellen, welche im Rotor sowohl Rotorspulen zur elektrischen Erregung als auch Permanentmagnete zur permanenten Erregung aufweisen.In permanent-magnet rotary electric machines, the magnetic flux is generated by permanent magnets. No rotor coils are required here, but expensive and sometimes rare active material is required for the manufacture of the permanent magnets. It is therefore known from the prior art to provide hybrid-excited electrical rotating machines which have both rotor coils for electrical excitation and permanent magnets for permanent excitation in the rotor.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor für eine hybrid erregte Rotationsmaschine bereitzustellen, bei welchem Rotorspulen und Permanentmagnete hinsichtlich ihres Zusammenwirkens besonders günstig zueinander positioniert sind.It is the object of the present invention to provide a rotor for a hybrid excited rotary machine, in which rotor coils and permanent magnets are positioned particularly favorably with respect to their interaction with one another.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor, eine hybrid erregte Synchronmaschine sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.According to the invention, this object is achieved by a rotor, a hybrid excited synchronous machine and a motor vehicle with the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent claims, the description and the figures.

Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine hybrid erregte Synchronmaschine weist ein Rotorblechpaket mit einem Jochring und mehreren, entlang eines Umfangs des Jochrings an dem Jochring angeordneten Rotorpolen auf. Außerdem weist der Rotor Rotorspulen zur Erzeugung eines elektrisch erregten magnetischen Flusses, welche an dem Rotorblechpaket angeordnet sind, und Permanentmagnete zur Erzeugung eines permanenterregten magnetischen Flusses auf, wobei ein hybrid erregter magnetischer Fluss durch Überlagerung des elektrisch erregten magnetischen Flusses und des permanenterregten magnetischen Flusses bereitstellbar ist. Die Permanentmagnete sind zumindest teilweise in den Jochring eingebettet.A rotor according to the invention for a hybrid excited synchronous machine has a laminated rotor core with a yoke ring and a plurality of rotor poles arranged on the yoke ring along a circumference of the yoke ring. In addition, the rotor has rotor coils for generating an electrically excited magnetic flux, which are arranged on the rotor core, and permanent magnets for generating a permanently excited magnetic flux, a hybrid excited magnetic flux can be provided by superimposing the electrically excited magnetic flux and the permanently excited magnetic flux . The permanent magnets are at least partially embedded in the yoke ring.

Zur Erfindung gehört außerdem eine hybrid erregte Synchronmaschine aufweisend einen Stator und einen erfindungsgemäßen Rotor, wobei der Stator und der Rotor unter Ausbildung eines Luftspaltes beabstandet zueinander angeordnet sind und der Rotor drehbar bezüglich des Stators gelagert ist. Die Hybrid-Synchronmaschine kann beispielsweise als Traktionsmaschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs verwendet werden. Insbesondere ist die Synchronmaschine als Innenläufer ausgebildet, bei welcher der Rotor innerhalb eines hohlzylinderförmigen Statorblechpakets des Stators drehbar gelagert ist.The invention also includes a hybrid excited synchronous machine having a stator and a rotor according to the invention, the stator and the rotor being arranged at a distance from one another forming an air gap and the rotor being rotatably mounted with respect to the stator. The hybrid synchronous machine can be used, for example, as a traction machine of an electrically drivable motor vehicle. In particular, the synchronous machine is designed as an internal rotor, in which the rotor is rotatably supported within a hollow-cylindrical laminated core of the stator.

Der Rotor weist das Rotorblechpaket auf, welches vorzugsweise aus Elektroblechen gebildet ist. Das Rotorblechpaket weist den Jochring bzw. das ringförmige Rotorjoch auf, welches zum Übertragen einer Rotation des Rotors, beispielsweise auf Räder des Kraftfahrzeugs, mit einer Welle mechanisch verbindbar ist. An dem Rotorjoch sind die Rotorpole angeordnet, wobei das Rotorjoch und die Rotorpole insbesondere einteilig ausgebildet sind. Im Falle eines Innenläufers sind die Rotorpole entlang eines Außenumfangs des ringförmigen Rotorjochs angeordnet. Das Rotorblechpaket trägt dabei eine erste magnetfelderzeugende Komponente in Form von den Rotorspulen und eine zweite magnetfelderzeugende Komponente in Form von den Permanentmagneten. Zum Erzeugen des elektrisch erregten Flusses kann den Rotorspulen ein elektrischer Strom zugeführt werden. Der Jochring führt außerdem den magnetischen Fluss.The rotor has the rotor core, which is preferably formed from electrical steel sheets. The laminated rotor core has the yoke ring or the annular rotor yoke, which can be mechanically connected to a shaft in order to transmit a rotation of the rotor, for example to the wheels of the motor vehicle. The rotor poles are arranged on the rotor yoke, the rotor yoke and the rotor poles in particular being formed in one piece. In the case of an internal rotor, the rotor poles are arranged along an outer circumference of the annular rotor yoke. The laminated rotor core carries a first magnetic field generating component in the form of the rotor coils and a second magnetic field generating component in the form of the permanent magnets. To generate the electrically excited flux, an electric current can be supplied to the rotor coils. The yoke ring also guides the magnetic flux.

Beispielsweise kann der Rotor ein Schenkelpolrotor sein. In diesem Fall sind die Rotorpole Schenkelpole, welche unter Ausbildung von Pollücken zum Aufnehmen der Rotorspulen beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Schenkelpole weisen Polschäfte, um welche die Rotorspulen gewickelt sind, und Polschuhe auf, welche an den Polschäften angeordnet sind. Synchronmaschinen mit Schenkelpolgeometrie des Rotors weisen den Vorteil auf, dass zusätzlich ein Reluktanzmoment, bedingt durch unterschiedliche magnetische Reluktanzen bzw. magnetische Widerstände entlang einer d-Achse, welche durch eine Polmitte der Rotorpole verläuft, und einer q-Achse, welche durch die Pollücke zwischen zwei benachbarten Rotorpolen verläuft, erzeugt werden kann. Die um die Polschäfte gewickelten Rotorspulen werden bei einer Rotation des Rotors durch die Polschuhe auf den Polschäften gehalten. Der Außenrand der Polschuhe kann beispielsweise einen Krümmungsradius aufweisen, welcher mit einem Krümmungsradius eines Innenrands des Stators korrespondiert, sodass der Luftspalt zwischen dem Außenrand der Polschuhe und dem Innenrand des Stators homogen ist und entlang der Umfangsrichtung eine konstante Breite aufweist. Auch kann der Krümmungsradius des Außenrands der Polschuhe von dem Krümmungsradius des Innenrands des Stators abweichen, sodass der Luftspalt zwischen dem Außenrand der Polschuhe und dem Innenrand des Stators inhomogen ist und entlang der Umfangsrichtung eine veränderliche Breite aufweist. Alternativ dazu kann der Rotor ein Vollpolrotor sein, bei welchem die Rotorpole direkt angrenzend aneinander angeordnet sind, wobei ein Außenrand der Rotorpole Nuten zum Aufnehmen der Rotorspulen aufweist. Der Rotor weist somit eine zylinderförmige Form auf. Synchronmaschinen mit Vollpolgeometrie des Rotors weisen den Vorteil auf, dass sie mit besonders hohen Drehzahlen betrieben werden können.For example, the rotor can be a salient pole rotor. In this case, the rotor poles are salient poles which are arranged at a distance from one another with the formation of pole gaps for receiving the rotor coils. The salient poles have pole shafts around which the rotor coils are wound, and pole shoes which are arranged on the pole shafts. Synchronous machines with salient pole geometry of the rotor have the advantage that there is also a reluctance torque due to different magnetic reluctances or magnetic resistances along a d-axis, which runs through a pole center of the rotor poles, and a q-axis, which runs through the pole gap between two adjacent rotor poles runs, can be generated. The rotor coils wound around the pole shafts are held on the pole shafts by the pole shoes when the rotor rotates. The outer edge of the pole pieces can, for example, have a radius of curvature which corresponds to a radius of curvature of an inner edge of the stator, so that the air gap between the outer edge of the pole pieces and the inner edge of the stator is homogeneous and has a constant width along the circumferential direction. The radius of curvature of the outer edge of the pole pieces can also deviate from the radius of curvature of the inner edge of the stator, so that the air gap between the outer edge of the pole pieces and the inner edge of the stator is inhomogeneous and has a variable width along the circumferential direction. Alternatively, the rotor can be a full-pole rotor in which the rotor poles are arranged directly adjacent to one another, an outer edge of the rotor poles having grooves for receiving the rotor coils. The rotor thus has a cylindrical shape. Synchronous machines with a full pole geometry of the rotor have the advantage that they can be operated at particularly high speeds.

Die Permanentmagnete sind zur Erzeugung des magnetisch erregten Flusses ausgebildet. Die Permanentmagnete sind dabei insbesondere in einer Speichenanordnung angeordnet. Auch andere Anordnungen, beispielsweise V-Anordnungen mit Flusskonzentration, sind denkbar. Der elektrisch erregte magnetische Fluss und der permanenterregte magnetische Fluss können sich zu dem hybrid erregten magnetischen Fluss überlagern, welcher eine Luftspaltflussdichte im Luftspalt der Synchronmaschine erzeugt. Die Permanentmagnete sind in das Rotorblechpaket eingebettet. Dazu weist das Blechpaket für jeden Permanentmagneten eine Aussparung auf, welche sich axial durch das Rotorblechpaket hindurch erstreckt und in welcher der zumindest eine Permanentmagnet angeordnet ist. Das Einbetten der Permanentmagnete in das Rotorblechpaket weist den Vorteil auf, dass es auf einfach Weise automatisiert durchgeführt werden kann. Beispielsweise können die Aussparungen durch Ausstanzen gebildet sein und die Permanentmagnete können durch einfaches axiales Einschieben in die Aussparungen mit anschließendem Durchsetzfügen am Rotorblechpaket angeordnet werden. Außerdem kann durch das Einbetten der Permanentmagnete in das Rotorblechpaket mit Schenkelpolen und inhomogener Luftspaltweite eine sinusförmige Luftspaltflussdichte mit geringen harmonischen Oberwellen begünstigt werden.The permanent magnets are designed to generate the magnetically excited flux. The permanent magnets are arranged in particular in a spoke arrangement. Other arrangements, for example V arrangements with flux concentration, are also conceivable. The electrically excited magnetic flux and the permanently excited magnetic flux can overlap to form the hybrid excited magnetic flux, which generates an air gap flux density in the air gap of the synchronous machine. The permanent magnets are embedded in the rotor core. For this purpose, the laminated core has a recess for each permanent magnet which extends axially through the laminated rotor core and in which the at least one permanent magnet is arranged. Embedding the permanent magnets in the rotor core has the advantage that it can be carried out in an automated manner in a simple manner. For example, the recesses can be formed by punching out and the permanent magnets can be arranged on the rotor laminated core by simply being pushed axially into the recesses with subsequent clinching. In addition, by embedding the permanent magnets in the rotor core with salient poles and inhomogeneous air gap width, a sinusoidal air gap flux density with low harmonic waves can be promoted.

Ferner weist die Einbettung der einzelnen Permanentmagnete im aktiven Kurzschlussfall, welcher zum Vermeiden von Schäden bei zu hohen elektrischen Spannungen an der Synchronmaschine und somit zum Bereitstellen eines sicheren Betriebsmodus für die Synchronmaschine gezielt herbeigeführt werden kann, günstige Bedingungen auf, um ein Entmagnetisieren der Permanentmagnete zu verhindern. Falls es dennoch zur Reduzierung der Magnetisierung und damit zur Funktionsbeeinträchtigung bis hin zum Ausfall der Permanentmagnete kommen sollte, können immer noch die Rotorspulen zur Rotorpolerregung und damit zur Drehmomentwandlung verwendet werden. Sollte es zum Ausfall der elektrischen Erregung kommen, kann die Synchronmaschine zur Drehmomentwandlung weiterhin alleinig mit der permanentmagnetischen Erregung durch die Permanentmagnete betrieben werden.Furthermore, the embedding of the individual permanent magnets in the event of an active short circuit, which can be brought about in a targeted manner to avoid damage in the event of excessively high electrical voltages on the synchronous machine and thus to provide a safe operating mode for the synchronous machine, has favorable conditions to prevent demagnetization of the permanent magnets . If the magnetization is reduced and the function is impaired or the permanent magnets fail, the rotor coils can still be used for rotor pole excitation and thus for torque conversion. If the electrical excitation fails, the synchronous machine for torque conversion can continue to be operated solely with the permanent magnetic excitation by the permanent magnets.

Wenn beide magnetfelderzeugenden Komponenten funktionstüchtig sind und die permanentmagnetische und die elektrische Erregungen „zusammenarbeiten“ und sich deren magnetische Flüsse zu dem hybriderregten Fluss überlagern, so kann der den Rotorspulen zugeführte elektrische Strom zum Erzeugen eines bestimmten Drehmoments im Vergleich zu einer rein elektrisch erregten Rotationsmaschine reduziert werden. Die Synchronmaschine ist also besonders energiesparend ausgebildet. Durch das Reduzieren des elektrischen Stroms werden auch ohmsche Verluste, welche den Rotor erwärmen und eine mechanische Dauerleistung, das erreichbare mechanische Dauerdrehmoment sowie die Effizienz einer Rotationsmaschine negativ beeinflussen, in vorteilhafter Weise verringert. Zum anderen können die Permanentmagnete im Vergleich zu rein permanenterregten Rotationsmaschinen mit einer geringeren Magnetmasse ausgebildet werden.If both magnetic field-generating components are functional and the permanent magnetic and electrical excitations "work together" and their magnetic fluxes overlap to form the hybrid-excited flux, the electric current supplied to the rotor coils to generate a certain torque can be reduced compared to a purely electrically excited rotary machine . The synchronous machine is therefore designed to be particularly energy-saving. By reducing the electrical current, ohmic losses, which heat up the rotor and negatively influence continuous mechanical power, the achievable continuous mechanical torque and the efficiency of a rotary machine, are advantageously reduced. On the other hand, the permanent magnets can be designed with a lower magnet mass compared to purely permanent-magnet rotary machines.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Permanentmagnete auf der, zwischen zwei benachbarten Rotorpolen verlaufenden q-Achse angeordnet sind und quer zur q-Achse magnetisiert sind. Beispielsweise können bei einem Schenkelpolrotor die Permanentmagnete vollständig in dem Jochring angeordnet sein. Da die Permanentmagnete auf der q-Achse angeordnet sind, sind in Umfangsrichtung abwechselnd Schenkelpole mit Rotorwicklungen und Permanentmagnete angeordnet.It can be provided that the permanent magnets are arranged on the q-axis running between two adjacent rotor poles and are magnetized transversely to the q-axis. For example, in the case of a salient pole rotor, the permanent magnets can be arranged completely in the yoke ring. Since the permanent magnets are arranged on the q-axis, salient poles with rotor windings and permanent magnets are arranged alternately in the circumferential direction.

In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Rotorpole Kavitäten zur Erhöhung eines Reluktanzmomentes der Synchronmaschine auf, welche sich entlang der durch eine Polmitte der Rotorpole verlaufenden d-Achse erstrecken. Die Kavitäten können schlitzartige Aussparungen sein, welche sich axial durch das Rotorblechpaket erstrecken und in radialer Richtung innerhalb des Rotorpols orientiert sind. Im Falle eines Schenkelpolrotors sind die Kavitäten in den Schenkelpolen angeordnet und erstrecken sich insbesondere zumindest über eine Länge des Polschafts. Das aus die Schenkelpolgeometrie resultierende Reluktanzmoment wird durch die Kavitäten in vorteilhafter Weise weiter erhöht.In a further development of the invention, the rotor poles have cavities for increasing a reluctance torque of the synchronous machine, which cavities extend along the d-axis running through a pole center of the rotor poles. The cavities can be slot-like recesses which extend axially through the rotor core and are oriented in the radial direction within the rotor pole. In the case of a salient pole rotor, the cavities are arranged in the salient poles and in particular extend over at least a length of the pole shaft. The reluctance torque resulting from the salient pole geometry is advantageously further increased by the cavities.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Permanentmagnete entlang der durch eine Polmitte der Rotorpole verlaufenden d-Achse angeordnet sind, sich ausgehend von dem Rotorjoch bis in die Rotorpole erstrecken und senkrecht zur d-Achse magnetisiert sind.It can also be provided that the permanent magnets are arranged along the d-axis running through a pole center of the rotor poles, extend from the rotor yoke into the rotor poles and are magnetized perpendicular to the d-axis.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Synchronmaschine. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug und weist die Synchronmaschine als Traktionsmaschine auf.The invention also relates to a motor vehicle with a synchronous machine according to the invention. The motor vehicle is in particular an electrically drivable motor vehicle and has the synchronous machine as a traction machine.

Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Rotor vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Synchronmaschine sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The embodiments presented with reference to the rotor according to the invention and their advantages apply accordingly to the synchronous machine according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar. Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Synchronmaschine;
  • 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Synchronmaschine; und
  • 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Synchronmaschine.
Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own. The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of a first embodiment of a synchronous machine;
  • 2 a schematic representation of a second embodiment of a synchronous machine; and
  • 3 a schematic representation of a third embodiment of a synchronous machine.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1, 2 und 3 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen einer Synchronmaschine 1, welche als Traktionsmaschine für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug verwendet werden kann. Die Synchronmaschine 1 weist einen Stator 2 mit einem hohlzylinderförmigen Statorblechpaket 3 und einen innerhalb des Statorblechpakets 3 angeordneten Rotor 4 auf. In Statornuten 5 des Statorblechpakets 3 sind hier nicht gezeigte Statorwicklungen zur Erzeugung eines magnetischen Drehfelds angeordnet, welches den Rotor 4 in eine Drehbewegung versetzt. Der Rotor 4 weist ein Rotorblechpaket 6 mit einem Jochring 7 und Rotorpolen 8 auf. Der Rotor 4 ist hier als ein Schenkelpolrotor ausgebildet und weist somit an dem Rotorjoch 7 radial abstehende Schenkelpole als die Rotorpole 8 auf. Der Rotor 4 kann jedoch auch als ein Vollpolrotor ausgebildet sein. Die Schenkelpole 8 weisen jeweils einen Polschaft 9 sowie einen Polschuh 10 auf. Zwischen einem Außenrand 11 der Polschuhe 10 und dem Statorblechpaket 3 ist ein Luftspalt 12 gebildet. Um jeden Polschaft 9 ist eine hier nicht gezeigte Rotorspule gewickelt, wobei die Rotorspulen in Pollücken 13 zwischen zwei benachbarten Schenkelpolen 8 angeordnet sind. Durch Einprägen eines elektrischen Stroms in die Rotorspulen erzeugen diese einen elektrisch erregten magnetischen Fluss, welcher zu einer magnetischen Flussdichte im Luftspalt 12 beiträgt. 1 , 2 and 3 show different embodiments of a synchronous machine 1 which can be used as a traction machine for an electric or hybrid vehicle. The synchronous machine 1 has a stator 2 with a hollow cylindrical stator core 3 and one inside the stator core 3 arranged rotor 4th on. In stator slots 5 of the stator core 3 Stator windings, not shown here, are arranged to generate a rotating magnetic field which drives the rotor 4th set in a rotary motion. The rotor 4th has a rotor core 6th with a yoke ring 7th and rotor poles 8th on. The rotor 4th is designed here as a salient pole rotor and thus points to the rotor yoke 7th salient poles protruding radially as the rotor poles 8th on. The rotor 4th however, it can also be designed as a full pole rotor. The salient pole 8th each have a pole shaft 9 as well as a pole piece 10 on. Between an outer edge 11 the pole shoes 10 and the stator core 3 is an air gap 12th educated. Around every pole 9 a rotor coil, not shown here, is wound, the rotor coils in pole gaps 13th between two adjacent salient poles 8th are arranged. By impressing an electric current in the rotor coils, they generate an electrically excited magnetic flux, which leads to a magnetic flux density in the air gap 12th contributes.

Darüber hinaus weist der Rotor 4 Permanentmagnete 14 auf, welche in das Rotorblechpaket 6 eingebettet sind. Die Permanentmagnete 14 sind dabei zumindest bereichsweise, in 1 und 2, vollständig, in dem Rotorjoch 7 angeordnet. Die Permanentmagnete 14 erzeugen einen permanenterregten magnetischen Fluss, welcher sich mit dem elektrisch erregten magnetischen Fluss der Rotorspulen zu einem hybrid erregten magnetischen Fluss zum Erzeugen der Luftspaltflussdichte überlagern kann. Die Permanentmagnete 14 sind hier als quaderförmige Magnete ausgebildet. Hier sind die Permanentmagnete 14 in einer Speichenanordnung angeordnet. Dazu sind die Permanentmagnete 14 in Umfangsrichtung äquidistant zueinander über das Rotorblechpaket 6 verteilt angeordnet. Zwei benachbarte Permanentmagnete 14 weisen dabei entgegengesetzte Polarisierungen auf.In addition, the rotor has 4th Permanent magnets 14th on, which in the rotor core 6th are embedded. The permanent magnets 14th are at least partially, in 1 and 2 , completely, in the rotor yoke 7th arranged. The permanent magnets 14th generate a permanently excited magnetic flux, which can be superimposed with the electrically excited magnetic flux of the rotor coils to form a hybrid excited magnetic flux to generate the air gap flux density. The permanent magnets 14th are designed here as cuboid magnets. Here are the permanent magnets 14th arranged in a spoke arrangement. These are the permanent magnets 14th equidistant from one another in the circumferential direction over the rotor core 6th arranged distributed. Two adjacent permanent magnets 14th have opposite polarizations.

Gemäß 1 und 2 sind die Permanentmagnete 14 auf einer q-Achse q angeordnet, welche durch die Pollücken 13 verläuft, und quer bzw. senkrecht zur q-Achse q magnetisiert. Gemäß 3 sind die Permanentmagnete 14 auf einer d-Achse d angeordnet, welche durch eine Polmitte der Rotorpole 8 verläuft, und sind senkrecht zur d-Achse magnetisiert. Dabei erstrecken sich die Permanentmagnete 14 von dem Rotorjoch 7 bis in die Rotorpole 8 in den Bereich der Polschuhe 10. Gemäß 2 weist das Rotorblechpaket 6 außerdem Kavitäten 15 auf, welche sich entlang der d-Achsen d erstrecken. Die Kavitäten 15 sind strahlenförmig angeordnet und erstrecken sich ausgehend von dem Rotorjoch 7 durch den Rotorpol 8 bis in den Bereich der Polschuhe 10. Die Kavitäten 15 sorgen für unterschiedliche Reluktanzen bzw. magnetische Widerstände des Rotorblechpakets 6 entlang des Umfangs und erhöhen ein Reluktanzmoment der Synchronmaschine 1, welches gemeinsam mit dem Drehmoment aus der elektrischen Erregung und dem Drehmoment aus der permanentmagnetischen Erregung zum resultierenden Drehmoment beiträgt.According to 1 and 2 are the permanent magnets 14th arranged on a q-axis q, which passes through the pole gaps 13th runs, and magnetized transversely or perpendicular to the q-axis q. According to 3 are the permanent magnets 14th arranged on a d-axis d, which passes through a pole center of the rotor poles 8th runs, and are magnetized perpendicular to the d-axis. The permanent magnets extend 14th from the rotor yoke 7th up to the rotor poles 8th in the area of the pole pieces 10 . According to 2 has the rotor core 6th also cavities 15th which extend along the d-axes d. The cavities 15th are arranged radially and extend from the rotor yoke 7th through the rotor pole 8th up to the area of the pole shoes 10 . The cavities 15th ensure different reluctances or magnetic resistances of the rotor core 6th along the circumference and increase a reluctance torque of the synchronous machine 1 which together with the torque from the electrical excitation and the torque from the permanent magnetic excitation contribute to the resulting torque.

Claims (8)

Rotor (4) für eine hybrid erregte Synchronmaschine (1), aufweisend: - ein Rotorblechpaket (6) mit einem Jochring (7) und mehreren, entlang eines Umfangs des Jochrings (7) an dem Jochring (7) angeordneten Rotorpolen (8), - Rotorspulen zur Erzeugung eines elektrisch erregten magnetischen Flusses, welche an dem Rotorblechpaket (6) angeordnet sind, und - Permanentmagnete (14) zur Erzeugung eines permanenterregten magnetischen Flusses, wobei ein hybrid erregter magnetischer Fluss durch Überlagerung des elektrisch erregten magnetischen Flusses und des permanenterregten magnetischen Flusses bereitstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (14) zumindest teilweise in den Jochring (7) eingebettet sind.A rotor (4) for a hybrid excited synchronous machine (1), comprising: a laminated rotor core (6) with a yoke ring (7) and several rotor poles (8) arranged along a circumference of the yoke ring (7) on the yoke ring (7), - rotor coils for generating an electrically excited magnetic flux, which are arranged on the rotor core (6), and - permanent magnets (14) for generating a permanently excited magnetic flux, a hybrid excited magnetic flux by superimposing the electrically excited magnetic flux and the permanently excited magnetic Flux can be provided, characterized in that the permanent magnets (14) are at least partially embedded in the yoke ring (7). Rotor (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) ein Schenkelpolrotor ist und die Rotorpole (8) Schenkelpole sind, welche unter Ausbildung von Pollücken (3) zum Aufnehmen der Rotorspulen beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei die Schenkelpole (8) Polschäfte (9), um welche die Rotorspulen gewickelt sind, und Polschuhe (10) aufweisen, welche an den Polschäften (9) angeordnet sind.Rotor (4) Claim 1 , characterized in that the rotor (4) is a salient pole rotor and the rotor poles (8) are salient poles which are spaced apart from one another with the formation of pole gaps (3) for receiving the rotor coils, the salient poles (8) pole shafts (9), around which the rotor coils are wound, and have pole shoes (10) which are arranged on the pole shafts (9). Rotor (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) ein Vollpolrotor ist und die Rotorpole (8) direkt angrenzend aneinander angeordnet sind, wobei ein Außenrand der Rotorpole (8) Nuten zum Aufnehmen der Rotorspulen aufweist.Rotor (4) Claim 1 , characterized in that the rotor (4) is a full-pole rotor and the rotor poles (8) are arranged directly adjacent to one another, an outer edge of the rotor poles (8) having grooves for receiving the rotor coils. Rotor (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (14) auf einer, zwischen zwei benachbarten Rotorpolen (8) verlaufenden q-Achse (q) angeordnet sind und quer zur q-Achse (q) magnetisiert sind.Rotor (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets (14) are arranged on a q-axis (q) running between two adjacent rotor poles (8) and are magnetized transversely to the q-axis (q). Rotor (4) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorpole (8) Kavitäten (15) zur Erhöhung eines Reluktanzmomentes der Synchronmaschine (1) aufweisen, welche sich entlang einer durch eine Polmitte der Rotorpole (8) verlaufenden d-Achse (d) erstrecken.Rotor (4) Claim 4 , characterized in that the rotor poles (8) have cavities (15) for increasing a reluctance torque of the synchronous machine (1) which extend along a d-axis (d) running through a pole center of the rotor poles (8). Rotor (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (14) entlang einer durch eine Polmitte der Rotorpole (8) verlaufenden d-Achse (d) angeordnet sind, sich ausgehend von dem Rotorjoch (7) bis in die Rotorpole (8) erstrecken und senkrecht zur d-Achse (d) magnetisiert sind.Rotor (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets (14) are arranged along a d-axis (d) running through a pole center of the rotor poles (8), starting from the rotor yoke (7) into the Rotor poles (8) extend and are magnetized perpendicular to the d-axis (d). Hybrid erregte Synchronmaschine (1) aufweisend einen Stator (2) und einen Rotor (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Hybrid excited synchronous machine (1) having a stator (2) and a rotor (4) according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug mit einer Synchronmaschine (1) nach Anspruch 7.Motor vehicle with a synchronous machine (1) according to Claim 7 .
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