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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus der
US2010181864 A1 bekannt, der um eine Rotorachse drehbar ist und ein oder mehrere Rotorkörper, insbesondere Rotorblechpakete, umfasst, wobei der bzw. die Rotorkörper jeweils mehrere Rotorpole und eine am Umfang ausgebildete Rotorkörperoberfläche aufweist, wobei die Rotorpole jeweils eine Anordnung von Permanentmagneten umfassen und in ihrer Polmitte eine d-Achse haben, wobei zur Verringerung der Drehmomentwelligkeit der elektrischen Maschine zumindest in einem der Rotorpole an der Rotorkörperoberfläche ein Paar von ersten Vertiefungen und ein Paar von zweiten Vertiefungen vorgesehen ist, wobei das Paar von ersten Vertiefungen und das Paar von zweiten Vertiefungen jeweils spiegelsymmetrisch zur d-Achse angeordnet ist, wobei das Paar von ersten Vertiefungen näher zur d-Achse angeordnet ist als das Paar von zweiten Vertiefungen, wobei der Rotor einen außerhalb der Vertiefungen zu messenden Rotordurchmesser aufweist und wobei die ersten und zweiten Vertiefungen jeweils eine tiefste Stelle aufweisen.
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Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Drehmomentwelligkeit der elektrischen Maschine reduziert sowie der Wirkungsgrad und die Akustik der elektrischen Maschine verbessert wird, indem das Paar von ersten und zweiten Vertiefungen gemäß den Kennzeichenmerkmalen des Anspruchs 1 optimaler ausgebildet und angeordnet ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors der elektrischen Maschine möglich.
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Jede der ersten und zweiten Vertiefungen erstreckt sich in Umfangsrichtung gesehen zwischen zwei Randpunkten der Rotorkörperoberfläche und weist zwei von den jeweiligen Randpunkten ausgehende, zur tiefsten Stelle hin verlaufende Konturflächen auf.
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Hinsichtlich der unsymmetrischen Ausbildung der Vertiefungen kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die der Polmitte zugewandte Konturfläche der ersten Vertiefung in Umfangsrichtung jeweils länger ausgebildet ist als die andere Konturfläche derselben ersten Vertiefung und/oder dass die der Polmitte zugewandte Konturfläche der zweiten Vertiefung in Umfangsrichtung jeweils länger ausgebildet ist als die andere Konturfläche derselben zweiten Vertiefung.
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Alternativ kann hinsichtlich der unsymmetrischen Ausbildung der Vertiefungen auch vorgesehen sein, dass die der Polmitte zugewandte Konturfläche der ersten Vertiefung in Umfangsrichtung jeweils länger ausgebildet ist als die andere Konturfläche derselben ersten Vertiefung und/oder dass die der Polmitte abgewandte Konturfläche der zweiten Vertiefung in Umfangsrichtung jeweils länger ausgebildet ist als die andere Konturfläche derselben zweiten Vertiefung.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn eine der beiden Konturflächen, insbesondere die kürzere Konturfläche, eines der ersten oder zweiten Vertiefungen einen einzigen, geradlinigen Abschnitt aufweist und dass die andere Konturfläche derselben Vertiefung einen einzigen, geradlinigen Abschnitt oder mehrere geradlinige Abschnitte mit wechselnder oder unterschiedlicher Steigung aufweist. Auf diese Weise lassen sich die ersten und zweiten Vertiefungen auf der Rotorkörperoberfläche besonders einfach und kostengünstig durch Stanzen herstellen.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn nach einem ersten und dritten Ausführungsbeispiel beide Konturflächen eines der ersten und/oder zweiten Vertiefungen von einem der beiden Randpunkte ausgehend zur tiefsten Stelle hin mit zunehmendem Abstand vom Rotordurchmesser verlaufen, insbesondere streng monoton. Auf diese Weise kann die Drehmomentwelligkeit der elektrischen Maschine noch weiter verbessert werden.
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Sehr vorteilhaft ist es, wenn nach einem zweiten Ausführungsbeispiel eine der beiden Konturflächen, insbesondere die kürzere Konturfläche, eines der ersten oder zweiten Vertiefungen von einem der beiden Randpunkte ausgehend zur tiefsten Stelle hin mit zunehmendem Abstand vom Rotordurchmesser verläuft, insbesondere streng monoton mit einem einzigen geradlinigen Abschnitt, und dass die andere Konturfläche derselben Vertiefung zwischen dem anderen Randpunkt und der tiefsten Stelle ein lokales Minimum und ein lokales Maximum aufweist, insbesondere derart, dass die beiden Konturflächen derselben Vertiefung zusammen einen W-förmigen Verlauf bilden. Auf diese Weise kann die Drehmomentwelligkeit der elektrischen Maschine noch weiter verbessert werden.
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Auch vorteilhaft ist, wenn die ersten Vertiefungen an ihrer tiefsten Stelle jeweils eine maximale erste Tiefe aufweisen, wobei der Quotient aus der zweihundertfachen maximalen ersten Tiefe zum Rotordurchmesser im Bereich zwischen 0,2 und 1 liegt. Auf diese Weise ist ein Optimum hinsichtlich der Drehmomentwelligkeit, beispielsweise bzgl. einzelner dominanter Ordnungen, und des Rastmoments der elektrischen Maschine möglich.
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Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die zweiten Vertiefungen an ihrer tiefsten Stelle jeweils eine maximale zweite Tiefe aufweisen, wobei der Quotient aus der zweihundertfachen maximalen zweiten Tiefe zum Rotordurchmesser im Bereich zwischen 1 und 2,2 liegt. Auf diese Weise ist ein Optimum hinsichtlich der Drehmomentwelligkeit, beispielsweise bzgl. einzelner dominanter Ordnungen, und des Rastmoments der elektrischen Maschine möglich.
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Figurenliste
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Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt einen Rotorpol eines Rotors einer elektrischen Maschine mit erfindungsgemäßen Vertiefungen in einer Rotorkörperoberfläche,
- 2 eine Teilansicht einer Polhälfte des Rotorpols nach 1 mit unsymmetrischen Vertiefungen auf der Rotorkörperoberfläche gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 eine Teilansicht einer Polhälfte des Rotorpols nach 1 mit Vertiefungen auf der Rotorkörperoberfläche gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
- 4 eine Teilansicht einer Polhälfte des Rotorpols nach 1 mit unsymmetrischen Vertiefungen auf der Rotorkörperoberfläche gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt einen Rotorpol eines Rotors einer elektrischen Maschine mit erfindungsgemäßen Vertiefungen in einer Rotorkörperoberfläche.
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Der Rotor 1 einer elektrischen Maschine ist um eine Rotorachse 2 drehbar und umfasst zumindest einen Rotorkörper 3, der beispielsweise als Rotorblechpaket ausgeführt ist. Der Rotorkörper 3 weist jeweils mehrere Rotorpole 4 auf, von denen ein einzelner Rotorpol beispielhaft in 1 gezeigt ist. Der Rotorkörper 3 hat weiterhin eine am Umfang ausgebildete Rotorkörperoberfläche 5.
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Die Rotorpole 4 des Rotors 1 umfassen jeweils eine Anordnung von Permanentmagneten 6. In ihrer Polmitte haben die Rotorpole 4 jeweils eine sogenannte d-Achse 9.
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Zur Verringerung der Drehmomentwelligkeit ist zumindest in einem der Rotorpole 4 an der Rotorkörperoberfläche 5 ein Paar von ersten Vertiefungen 10 und ein Paar von zweiten Vertiefungen 11 vorgesehen. Das Paar von ersten Vertiefungen 10 ist spiegelsymmetrisch zur d-Achse 9 angeordnet. Ebenso ist das Paar von zweiten Vertiefungen 11 spiegelsymmetrisch zur d-Achse 9 angeordnet.
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Dabei ist das Paar von ersten Vertiefungen 10 näher zur d-Achse 9 angeordnet als das Paar von zweiten Vertiefungen 11.
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2 zeigt eine Teilansicht einer Polhälfte des Rotorpols nach 1 mit unsymmetrischen Vertiefungen auf der Rotorkörperoberfläche gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Die ersten Vertiefungen 10 und die zweiten Vertiefungen 11 haben jeweils eine bezüglich ihrer Erstreckung in radialer Richtung tiefste Stelle 14, wobei die radiale Richtung bezogen ist auf die Rotorachse 2 des Rotors 1.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die ersten Vertiefungen 10 und die zweiten Vertiefungen 11 jeweils unsymmetrisch bezüglich der jeweils tiefsten Stelle 14 ausgebildet sind. Die ersten Vertiefungen 10 und die zweiten Vertiefungen 11 erstrecken sich also ausgehend von der jeweils tiefsten Stelle 14 der jeweiligen Vertiefung in entgegengesetzter Umfangsrichtung ungleich weit.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen dem Paar von ersten Vertiefungen 10, bezogen auf die tiefste Stelle 14 der jeweiligen ersten Vertiefung 10, ein Winkelabstand α1 im Bereich zwischen 16 Grad elektrisch und 64 Grad elektrisch und zwischen dem Paar von zweiten Vertiefungen 11, bezogen auf die tiefste Stelle 14 der jeweiligen zweiten Vertiefung 11, ein Winkelabstand α2 im Bereich zwischen 80 Grad elektrisch und 119,6 Grad elektrisch ausgeführt ist.
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Der Rotor 1 weist einen Rotordurchmesser D auf, der außerhalb der Vertiefungen 10,11 zu messen ist.
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Jede der ersten Vertiefungen 10 und zweiten Vertiefungen 11 erstreckt sich in Umfangsrichtung gesehen zwischen zwei Randpunkten 15 der Rotorkörperoberfläche 5. Die Randpunkte 15 liegen auf dem Rotordurchmesser D, während jede Vertiefung 10,11 zwischen ihren Randpunkten 15 gegenüber dem Rotordurchmesser D vertieft ist.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die ersten Vertiefungen 10 in Umfangsrichtung gesehen jeweils eine Erstreckung Δα1 zwischen den Randpunkten 15 im Bereich zwischen 7,2 Grad elektrisch und 23,2 Grad elektrisch und die zweiten Vertiefungen 11 in Umfangsrichtung gesehen jeweils eine Erstreckung Δα2 zwischen den Randpunkten 15 im Bereich zwischen 12 Grad elektrisch und 32 Grad elektrisch aufweisen.
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Die ersten Vertiefungen 10 haben an ihrer tiefsten Stelle 14 beispielsweise jeweils eine maximale erste Tiefe T1, wobei der Quotient aus der zweihundertfachen maximalen ersten Tiefe T1 zum Rotordurchmesser D beispielsweise im Bereich zwischen 0,2 und 1 liegt. Die zweiten Vertiefungen 11 an ihrer tiefsten Stelle 14 beispielsweise jeweils eine maximale zweite Tiefe T2, wobei der Quotient aus der zweihundertfachen maximalen zweiten Tiefe T2 zum Rotordurchmesser D beispielsweise im Bereich zwischen 1 und 2,2 liegt.
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Außerdem weist jede der ersten Vertiefungen 10 und zweiten Vertiefungen 11 zwei von den jeweiligen Randpunkten 15 ausgehende, zur tiefsten Stelle 14 hin verlaufende Konturflächen 16 auf.
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Hinsichtlich der Unsymmetrie der Vertiefungen 10,11 ist nach dem ersten Ausführungsbeispiel in 2 die der Polmitte 9 zugewandte Konturfläche 16 der ersten Vertiefung 10 in Umfangsrichtung jeweils länger ausgebildet als die andere Konturfläche 16 derselben ersten Vertiefung 10. Weiterhin ist nach dem ersten Ausführungsbeispiel in 2 die der Polmitte 9 zugewandte Konturfläche der zweiten Vertiefung 11 in Umfangsrichtung jeweils länger ausgebildet als die andere Konturfläche derselben zweiten Vertiefung 11.
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Eine der beiden Konturflächen 16 eines der ersten Vertiefungen 10 oder zweiten Vertiefungen 11 kann beispielsweise geradlinig verlaufen, also einen einzigen geradlinigen Abschnitt 16.1 haben, oder mehrere geradlinige Abschnitte 16.1 mit wechselnder oder unterschiedlicher Steigung aufweisen. Auch die andere Konturfläche 16 derselben Vertiefung 10,11 kann beispielsweise geradlinig verlaufen, also einen einzigen geradlinigen Abschnitt 16.1 haben, oder mehrere geradlinige Abschnitte 16.1 mit wechselnder oder unterschiedlicher Steigung aufweisen. Zwischen den geradlinigen Abschnitten 16.1 kann ein Radius vorgesehen sein.
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Nach dem ersten Ausführungsbeispiel in 2 haben beide Konturflächen 16 der ersten Vertiefung 10 jeweils einen einzigen, geradlinigen Abschnitt 16.1. Auf diese Weise wird eine unsymmetrische V-förmige erste Vertiefung 10 gebildet.
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Die der Polmitte 9 zugewandte Konturfläche 16 der zweiten Vertiefung 11 weist mehrere, beispielsweise drei geradlinige Abschnitte 16.1 mit wechselnder oder unterschiedlicher Steigung auf, während die der Polmitte 9 abgewandte kürzere Konturfläche 16 der zweiten Vertiefung 11 mit einem einzigen, geradlinigen Abschnitt 16.1 ausgeführt ist.
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Die beiden Konturflächen 16 der ersten Vertiefungen 10 und der zweiten Vertiefungen 11 verlaufen nach dem ersten Ausführungsbeispiel in 2 jeweils von einem der beiden Randpunkte 15 ausgehend zur tiefsten Stelle 14 der jeweiligen Vertiefung 10,11 hin mit zunehmendem Abstand vom Rotordurchmesser D, also streng monoton.
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3 zeigt eine Teilansicht einer Polhälfte des Rotorpols 4 nach 1 mit unsymmetrischen Vertiefungen auf der Rotorkörperoberfläche gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Das zweite Ausführungsbeispiel nach 3 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 darin, dass die Vertiefungen 10,11 auf eine alternative Weise ausgebildet sind.
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Hinsichtlich der Unsymmetrie der Vertiefungen 10,11 ist nach dem zweiten Ausführungsbeispiel in 3 die der Polmitte 9 zugewandte Konturfläche 16 der ersten Vertiefung 10 in Umfangsrichtung jeweils länger ausgebildet ist als die andere Konturfläche derselben ersten Vertiefung 10.
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Weiterhin ist nach dem zweiten Ausführungsbeispiel in 3 die der Polmitte 9 abgewandte Konturfläche 16 der zweiten Vertiefung 11 in Umfangsrichtung jeweils länger ausgebildet ist als die andere Konturfläche 16 derselben zweiten Vertiefung 11.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel hat eine der beiden Konturflächen 16, beispielsweise die kürzere der beiden Konturflächen 16, eines der ersten Vertiefungen 10 und/oder zweiten Vertiefungen 11 einen einzigen, geradlinigen Abschnitt 16.1, wobei die andere, beispielsweise längere, Konturfläche 16 derselben Vertiefung 10,11 mehrere, beispielsweise drei, geradlinige Abschnitte 16.1 mit wechselnder oder unterschiedlicher Steigung aufweist.
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Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel verläuft eine der beiden Konturflächen 16, beispielsweise die kürzere Konturfläche 16, eines der ersten Vertiefungen 10 und/oder zweiten Vertiefungen 11 von einem der beiden Randpunkte 15 ausgehend zur tiefsten Stelle 14 der jeweiligen Vertiefung 10,11 hin mit zunehmendem Abstand vom Rotordurchmesser D, beispielsweise streng monoton. Die andere, beispielsweise längere, Konturfläche 16 derselben Vertiefung 10,11 weist zwischen dem anderen Randpunkt 15 derselben Vertiefung 10,11 und der tiefsten Stelle 14 ein lokales Minimum 17 und ein lokales Maximum 18 auf, beispielsweise derart, dass die beiden Konturflächen 16 derselben Vertiefung 10,11 zusammen einen W-förmigen Verlauf bilden. Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel haben die erste Vertiefung 10 und die zweite Vertiefung 11 der Polhälfte des Rotorpols 4 jeweils einen W-förmigen Verlauf.
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4 zeigt eine Teilansicht einer Polhälfte des Rotorpols nach 1 mit unsymmetrischen Vertiefungen auf der Rotorkörperoberfläche gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Das dritte Ausführungsbeispiel ist eine alternative Ausführung des zweiten Ausführungsbeispiels und unterscheidet sich gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel lediglich darin, dass das lokale Minimum 17 und das lokale Maximum 18 an der anderen Konturfläche 16 der ersten Vertiefung 10 und der zweiten Vertiefung 11 entfällt. Die beiden Konturflächen 16 der ersten Vertiefungen 10 und der zweiten Vertiefungen 11 verlaufen dadurch wie beim ersten Ausführungsbeispiel jeweils von einem der beiden Randpunkte 15 ausgehend zur tiefsten Stelle 14 der jeweiligen Vertiefung 10,11 hin mit zunehmendem Abstand vom Rotordurchmesser D, also streng monoton.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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