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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Rotor einer elektrischen Maschine.
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Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt, welche als Motoren und/oder Generatoren verwendet werden. Üblicherweise werden elektrische Maschinen in Elektro- und Hybridfahrzeugen sowie elektrisch angetriebenen Fahrrädern eingesetzt. Bei solchen Anwendungen, in welchen hohe Drehmomente erforderlich sind, wird eine hohe Drehzahlfestigkeit der elektrischen Maschine, insbesondere eines Rotors der elektrischen Maschine, angestrebt. Gleichzeitig ist es erstrebenswert, die Magnetflussführung in dem Rotor für eine möglichst hohe Leistung zu optimieren und Materialkosten einzusparen.
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In der
US 2013/0026872 A1 ist ein Rotor für eine elektrische Maschine offenbart, in welchem Paare von Permanentmagneten alternierend entgegengesetzt eingebettet werden, um in Umfangsrichtung des Rotors alternierend Nord- und Südpole des Rotors zu definieren, wobei jeweils ein Paar von Permanentmagneten einen Nord- oder Südpol definiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Rotor weist den Vorteil auf, dass eine Magnetflussführung im Rotor optimiert wird, während gleichzeitig die Drehzahlfestigkeit des Rotors verbessert und Materialkosten eingespart werden. Dafür weist der Rotor einen hohlzylindrischen Zentralkörper aus einem magnetisch leitenden Material, insbesondere einem Material mit hoher magnetischer Leitfähigkeit wie etwa ein Elektroblech, auf. Der Zentralkörper weist an seinem Außenumfang mehrere in einer Umfangsrichtung des Rotors voneinander beabstandete Magnettaschen auf, wobei sich die Magnettaschen durch den Zentralkörper parallel zu einer Rotorachse des Rotors erstrecken. Der Rotor weist außerdem mehrere Rotorpole auf, wobei in Umfangsichtung des Rotors gesehen jeder zweite der Rotorpole einen ersten Rotorpol und die übrigen Rotorpole einen zweiten Rotorpol, der eine vom ersten Rotorpol verschiedene Polarität aufweist, bilden. Dabei ist in jeder Magnettasche mindestens ein Permanentmagnet angeordnet, wobei der mindestens eine Permanentmagnet jeder Magnettasche einen Magnetfluss ausbildet. Hierbei weist jeder der ersten Rotorpole zumindest eine der Magnettaschen auf. Die zweiten Rotorpole sind frei von Permanentmagneten. Die ersten Rotorpole weisen außerdem jeweils ein bezüglich der Rotorachse radial außerhalb der jeweiligen Magnettasche angeordnetes äußeres Polsegment auf, wobei ein radial innerhalb der jeweiligen Magnettasche angeordneter Bereich des hohlzylindrischen Zentralkörpers ein inneres Polsegment jedes ersten Rotorpols bildet. Hierbei ist das äußere Polsegment des jeweiligen ersten Rotorpols über Stege einstückig mit den beiden benachbarten zweiten Rotorpolen verbunden oder als ein von dem inneren Polsegment und den beiden benachbarten zweiten Rotorpolen separates Polsegment ausgebildet. Dabei ist der Rotor derart ausgebildet, dass der Magnetfluss des jeweiligen ersten Rotorpols von seinem inneren Polsegment über den zumindest einen Permanentmagneten der jeweiligen Magnettasche zu seinem äußeren Polsegment oder umgekehrt fließen kann. Außerdem ist hierbei ein Teil der jeweiligen Magnettasche, welcher nicht mit dem zumindest einen Permanentmagneten ausgefüllt ist, zur Reduktion von Streuflüssen zumindest abschnittsweise als magnetisch nichtleitender Spaltraum eingerichtet. Dadurch, dass hierbei nur die ersten Rotorpole Permanentmagnete aufweisen, kann auf zusätzliche Permanentmagnete, welche üblicherweise in den zweiten Rotorpolen angeordnet sind, verzichtet werden. Dadurch können Materialkosten eingespart werden. Außerdem wird dadurch, dass die zweiten Rotorpole keine Magnettaschen aufweisen, die Drehzahlfestigkeit des Rotors vorteilhafterweise erhöht.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn derjenige Teil des Magnetflusses jedes Permanentmagneten, welcher ausgehend von jedem Permanentmagneten radial nach außen oder radial nach innen verläuft, gleich groß und/oder gleich orientiert ist. Dadurch lässt sich die Anordnung der Permanentmagneten und der damit verbundene Aufbau des Rotors vorteilhafterweise weiter vereinfachen und die Magnetflussführung für hohe Leistungen optimieren.
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Vorteilhafterweise grenzen die Magnettaschen der ersten Rotorpole jeweils unmittelbar an die jeweils benachbarten zweiten Rotorpole an. Dadurch können die Magnetflussführung in dem Rotor und die Drehzahlfestigkeit des Rotors für hohe Leistungen vorteilhafterweise optimiert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Permanentmagnete jeweils an dem äußeren Polsegment und dem inneren Polsegment des jeweiligen ersten Rotorpols anliegen. Dadurch kann der Magnetfluss, welcher von jedem Permanentmagnet ausgeht, verlustarm in den jeweiligen ersten Rotorpol fließen, wodurch Magnetstreuflüsse in dem Rotor verringert werden.
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Vorteilhafterweise weisen die äußeren Polsegmente jeweils mehrere in Umfangsrichtung des Rotors ausgebildete Verankerungsabschnitte auf. Der Zentralkörper weist vorteilhafterweise an einem Außenumfang der Magnettaschen in Umfangsrichtung des Rotors mehrere Hinterschneidungen, insbesondere stufenförmige und/oder schulterförmige Hinterschneidungen, auf, wobei die Verankerungsabschnitte eines der äußeren Polsegmente zum Hintergreifen der Hinterschneidungen der zugeordneten Magnettasche gebildet sind, um die äußeren Polsegmente an dem Zentralkörper zu verankern. Dadurch kann die Drehzahlfestigkeit des Rotors vorteilhafterweise erhöht werden.
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Vorteilhafterweise ist zwischen einem Verankerungsabschnitt des äußeren Polsegments und der zugeordneten Hinterschneidung des Zentralkörpers ein Spannelement zur Fixierung und/oder Vorfixierung des äußeren Polsegments angeordnet. Die Spannelemente können bevorzugt aus einem festen magnetisch nicht leitenden Material beziehungsweise aus einem Material, welches eine geringe magnetische Leitfähigkeit aufweist, wie etwa aus einem magnetisch nicht leitenden Edelstahl ausgebildet sein. Weiter bevorzugt können die Spannelemente aus einem elastischen magnetisch nicht leitenden Material wie etwa Gummi oder Epoxidharz, insbesondere Epoxidharz mit Glasfasern, gebildet sein. Die Spannelemente bewirken eine Spannkraft in radialer Richtung des Rotors auf die Verankerungsabschnitte der äußeren Polsegmente und den Hinterschneidungen des Zentralkörpers, wodurch die äußeren Polsegmente an dem Zentralkörper fixiert und gehalten werden. Als Spannkraft kann hierbei eine elastische Rückstellkraft oder ein Verformungswiderstand verstanden werden, welcher durch die Festigkeit der Spannelemente erzeugt wird. Dadurch werden die äußeren Polsegmente an dem Zentralkörper fixiert, ohne dass dabei die magnetisch kurzschließenden Magnetflüsse und damit die magnetisch kurzschließende Magnetflussdichte erhöht werden. Somit können die Spannelemente die Drehzahlfestigkeit des Rotors erhöhen, ohne die magnetisch kurzschließende Magnetflussdichte und damit die magnetischen Streuflüsse zu erhöhen.
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Vorteilhafterweise können die Spalträume der Magnettaschen mit einer nicht magnetischen Füllung gefüllt sein. Dabei kann die nicht magnetische Füllung beispielsweise Duroplast und/oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff und/oder ein Epoxidharz und/oder ein Epoxidharz mit Glasfasern sein. Das Material der Füllung ist jedoch nicht darauf beschränkt, vielmehr kann jedes Material eingesetzt werden, welches eine geringe magnetische Leitfähigkeit und/oder eine hohe Festigkeit und/oder Elastizität aufweist. Durch die nicht magnetische Füllung kann die Drehzahlfestigkeit des Rotors erhöht werden, ohne dabei die magnetisch kurzschließende Magnetflussdichte des Rotors wesentlich zu erhöhen.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Rotor eine Rotorbandage aufweisen, welche den Zentralkörper des Rotors an dessen Außenumfang in Umfangsrichtung umgibt. Dadurch können beispielsweise die äußeren Polsegmente an dem Zentralkörper sicherer fixiert werden. Die Rotorbandage kann die Drehzahlfestigkeit des Rotors weiter erhöhen, ohne dabei die kurzschließende Magnetflussdichte wesentlich zu erhöhen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Zentralkörper und/oder die äußeren Polsegmente jeweils aus einer Vielzahl von jeweils einteiligen Blechlamellen gebildet sind, welche entlang der Rotorachse des Rotors gestapelt sind. Dabei sind in mindestens einer Blechlamelle die Magnettaschen in Form von Aussparungen gebildet. Dadurch wird ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau des Rotors erreicht.
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In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung können die äußeren Polsegmente auch über Stege, welche radial zwischen den Verankerungsabschnitten der äußeren Polsegmente und den Hinterschneidungen des Zentralkörpers verlaufen, mit dem Zentralkörper verbunden, insbesondere einteilig verbunden, sein. Vorteilhafterweise können die Verankerungsabschnitte der äußeren Polsegmente radial nach außen gebogen sein, um an den Hinterschneidungen des Zentralkörpers anzuliegen. Bevorzugt können stattdessen die Hinterschneidungen des Zentralkörpers auch radial nach innen gebogen sein, um an den Verankerungsabschnitten der äußeren Polsegmente anzuliegen. Dadurch ist vorteilhafterweise die Drehzahlfestigkeit des Rotors erhöht. Es versteht sich, dass „anliegen“ als im Rahmen von Fertigungstoleranzen zu verstehen ist. Dabei kann „anliegen“ im Allgemeinen auch bedeuten, dass zwischen den entsprechenden Komponenten ein Spalt vorgesehen ist, insbesondere um das Zusammenfügen der Komponenten, beispielsweise beim Einfügen der Permanentmagnete zwischen den äußeren und inneren Polsegmenten, zu ermöglichen.
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Vorteilhafterweise können die Permanentmagnete in den Magnettaschen jeweils an einem äußeren Polsegment und einem inneren Polsegment im Wesentlichen anliegen. Dadurch fließt der Magnetfluss, welcher von den Permanentmagneten erzeugt wird, unmittelbar in das äußere Polsegment auf einer Seite des Permanentmagneten und in das innere Polsegment auf der anderen Seite des Permanentmagneten, wodurch ein magnetischer Kurzschluss zwischen den beiden Magnetpolen des Permanentmagneten weitestgehend oder vollständig verhindert werden kann.
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Vorteilhafterweise kann jeder Permanentmagnet eine beliebige Form aufweisen. Insbesondere können die Permanentmagnete abgerundete Ecken oder beispielsweise Aussparungen aufweisen. Dadurch kann die magnetisch kurschließende Magnetflussdichte verringert werden.
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Die Eigenschaften „nicht magnetisch leitend“ und „geringe magnetische Leitfähigkeit“ können insbesondere Materialien charakterisieren, welche eine magnetische Permeabilität von kleiner als eins oder ungefähr eins oder eine geringere magnetische Permeabilität als Eisen oder Elektroblech aufweisen.
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In den vorstehend beschriebenen Weiterbildungen kann in jeder Magnettasche mindestens ein Permanentmagnet angeordnet sein. Bei mehr als einem Permanentmagnet in jeder Magnettasche können die Permanentmagnete in einer beliebigen Anordnung angeordnet sein. Denkbar sind hierbei Anordnungen wie beispielsweise eine V-Anordnung, eine UV-Anordnung und/oder eine VV-Anordnung der Permanentmagnete in jeder Magnettasche. Außerdem kann jeder erster Rotorpol mehr als eine Magnettasche aufweisen, wobei in jeder Magnettasche mindestens ein Permanentmagnet angeordnet ist. Dabei können die mehreren Magnettaschen jedes ersten Rotorpols eine V-Anordnung, eine UV-Anordnung und/oder eine VV-Anordnung aufweisen. Es können auch in jeder Magnettasche mehrere Permanentmagnete in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung des Rotors gestapelt sein, das heißt, dass jeweils eine Seitenfläche eines Permanentmagneten an einer Seitenfläche eines anderen Permanentmagneten anliegt. Die Permanentmagnete können außerdem in jeder Magnettasche unterschiedlich angeordnet sein. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Permanentmagnete in allen Magnettaschen die gleiche Orientierung bezüglich der radialen Richtung beziehungsweise bezüglich der Rotorachse aufweisen, also, dass alle Magnettaschen die gleichen Rotorpole wie etwa Nordpol oder Südpol bilden und die Bereiche zwischen den Magnettaschen durch die Permanentmagneten in den Magnettaschen die entsprechenden Gegenpole wie etwa Südpol oder Nordpol bilden. Hierbei bedeuten die V-, UV- und die VV-Anordnungen, dass die Permanentmagnete beziehungsweise die Magnettaschen in Draufsicht des Rotors in jedem ersten Rotorpol eine V-Form oder eine U-Form bilden oder beispielsweise eine radial innen angeordnete U-Form und eine radial außen angeordnete V-Form oder umgekehrt oder eine radial innen angeordnete V-Form und eine radial außen angeordnete V-Form bilden.
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Vorteilhafterweise sind die Form der äußeren Polsegmente und die Form des Zentralkörpers beziehungsweise der inneren Polsegmente an die Anordnung der Permanentmagnete in den Magnettaschen geeignet angepasst. Das heißt, dass wenn beispielsweise die Permanentmagnete in einer V-Anordnung angeordnet sind, die inneren und die äußeren Polsegmente entsprechende V-förmige Aussparungen aufweisen, um die so angeordneten Permanentmagnete aufzunehmen.
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Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung können frei kombiniert werden. Insbesondere können die Verankerungsabschnitte, die Stege, die Rotorbandage, die Spannelemente und/oder die nicht magnetische Füllung für eine optimierte Drehzahlfestigkeit und magnetisch kurzschließender Magnetflussdichte miteinander frei kombiniert werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, welche den Rotor gemäß einer der vorstehenden vorteilhaften Weiterbildungen und einen Stator zum Antreiben des Rotors aufweist. Der vorstehend beschriebene Rotor weist den Vorteil auf, dass eine optimierte Magnetflussdichte ausgehend von den Permanentmagneten von dem Rotor radial nach außen verläuft und so in den Stator fließen kann. Somit benötigt der Rotor dieser Erfindung, wenn die Anzahl der Permanentmagnete pro Magnettasche und die Anzahl der Magnettaschen pro Rotorpol gleich ist, nur die Hälfte der Permanentmagnete im Vergleich zum Stand der Technik. Somit weist eine elektrische Maschine, welche diesen Rotor aufweist, die Vorteile einer hohen Leistung, einer hohen Drehzahlfestigkeit, eines einfachen Aufbaus und geringer Materialkosten auf. Die elektrische Maschine kann als Antrieb eines Fahrzeugs und/oder als Generator verwendet werden.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine Draufsicht eines Rotors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 3 eine Draufsicht eines Rotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
- 4 eine Draufsicht eines Rotors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine 100, welche einen Rotor 1 gemäß den nachstehenden Ausführungsformen und einen Stator 110 zum Antreiben des Rotors 1 aufweist. Der Rotor 1 weist einen hohlzylindrischen Zentralkörper 2 aus einem magnetisch leitenden Material wie etwa Elektroblech und/oder Eisen und/oder Stahl auf. Der Rotor 1 weist außerdem an seinem Außenumfang bezüglich einer Rotorachse 9, welche zentrisch durch den Rotor 1 verläuft, mehrere Magnettaschen 3 auf. Die Magnettaschen 3 erstrecken sich parallel zur Rotorachse 9 in einer Längsrichtung des Rotors 1. In der dargestellten Ausführungsform ist in jeder Magnettasche 3 ein Permanentmagnet 4 angeordnet. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, da auch eine Mehrzahl von Permanentmagneten 4 in jeder Magnettasche 3 angeordnet sein kann. Außerdem können die Permanentmagnete 4 und die Magnettaschen 3 in einer beliebigen Anzahl und Form, wie etwa eine V-Form, eine UV-Form, eine VV-Form, in einer radialen Richtung des Rotors 1 einlagig oder zweilagig ausgebildeten Form, in dem Rotor 1 angeordnet sein. Außerdem ist die Erfindung nicht auf die dargestellte rechteckige Form der Permanentmagnete 4 beschränkt. Die Permanentmagnete 4 können eine beliebige Form aufweisen.
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Der Rotor 1 weist außerdem mehrere äußere Polsegmente 8 aus einem magnetisch leitenden Material wie etwa Elektroblech und/oder Eisen und/oder Stahl auf, welche jeweils an dem Außenumfang des Rotors 1 in den Magnettaschen 3 angeordnet sind. Die äußeren Polsegmente 8 sind bei dieser Ausführungsform einteilig mit dem Zentralkörper 2 gebildet und sind beispielsweise durch Stege 22, welche an dem Außenumfang des Zentralkörpers 2 einteilig mit den äußeren Polsegmenten 8 und dem Zentralkörper 2 gebildet sind und in einer Umfangsrichtung 18 des Rotors 1 verlaufen, an dem Zentralkörper 2 fixiert.
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In der dargestellten Ausführungsform sind außerdem alle Permanentmagnete 4 bezüglich der Rotorachse 9, also bezüglich einer radialen Richtung 7 des Rotors 1, gleich orientiert. Das heißt, dass hierbei alle Permanentmagnete 4 den gleichen Magnetpol (Nord- oder Südpol) nach außen aufweisen. Es kann also hierbei jeder Permanentmagnet 4 beispielsweise einen magnetischen Nordpol oder einen magnetischen Südpol in radialer Richtung 7 des Rotors 1 außen aufweisen. Dadurch, dass zwischen den Magnettaschen 3 magnetisch leitfähiges Material des Zentralkörpers 2 ist, verlaufen die Magnetfeldlinien der Permanentmagnete 4 an den äußeren Polsegmenten 8 aus dem Rotor 1 heraus, zwischen den Magnettaschen 3 in den Rotor 1 beziehungsweise in den Zentralkörper 2 wieder herein und schlussendlich zum entsprechenden magnetischen Gegenpol des Permanentmagneten 4, wie in 2 dargestellt.
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2 zeigt eine Draufsicht eines Rotors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Permanentmagnete 4 weisen hierbei eine erste radiale Außenfläche 4a und eine zweite radiale Außenfläche 4b auf, wobei die zweite radiale Außenfläche 4b in radialer Richtung 7 des Rotors 1 weiter außen liegt als die erste radiale Außenfläche 4a. Die ersten radialen Außenflächen 4a der Permanentmagnete 4 sind hierbei gegenüber von dem Zentralkörper 2 und liegen insbesondere an diesem an. Die zweiten radialen Außenflächen 4b sind hierbei jeweils gegenüber von einem äußeren Polsegment 8 und liegen insbesondere an diesen an. Dadurch wird ein magnetischer Kontakt zwischen den Permanentmagneten 4 und den äußeren Polsegmenten 8 und dem Zentralkörper 2 ermöglicht.
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Insbesondere kann der 2 der Verlauf eines Magnetflusses 5 der Permanentmagneten 4 entnommen werden. Dabei weist der Magnetfluss 5, welcher von den Permanentmagneten 4 gebildet beziehungsweise erzeugt wird, einen ersten Magnetflussbereich 19 und zwei zweite Magnetflussbereiche 20 auf. Die Unterteilung in Magnetflussbereiche 19 und 20 dient zur Veranschaulichung des Magnetflusses 5 in dem Rotor 1. Der Magnetfluss 5 kann auch in mehrere erste Magnetflussbereiche 19 und/oder nur einen zweiten Magnetflussbereich 20 und/oder mehrere zweite Magnetflussbereiche 20 unterteilt werden. Bei dieser Ausführungsform sind die magnetischen Nordpole der Permanentmagneten 4 beispielhaft radial außen und die entsprechenden magnetischen Gegenpole, also die magnetischen Südpole, beispielhaft radial innen angeordnet. Der Magnetfluss 5 des ersten Magnetflussbereichs 19, welcher an den Außenumfängen der äußeren Polsegmenten 8 gebildet ist, zeigt in eine Richtung, welche dem Magnetfluss 5 des zweiten Magnetflussbereichs 20, welcher in einer Umfangsrichtung 18 des Rotors 1 neben den Magnettaschen 3 beziehungsweise zwischen den Magnettaschen 3 gebildet ist, in radialer Richtung 7 entgegengesetzt ist. Das heißt, dass die Magnetfeldlinien des Magnetflusses 5 in dem Magnetflussbereich 19 in radialer Richtung 7 beispielsweise nach außen und in dem Magnetflussbereich 20 in radialer Richtung beispielsweise nach innen fließen. Bei Umkehrung der Magnetpole der Permanentmagneten 4 verlaufen die Magnetfeldlinien beziehungsweise verläuft der Magnetfluss 5 natürlich umgekehrt.
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Dadurch, dass der Magnetfluss 5 im ersten Magnetflussbereich 19 und im zweiten Magnetflussbereich 20 radial entgegengesetzt ist, bilden diese einen ersten Rotorpole 16 und einen zweiten Rotorpol 17. Der erste Rotorpol 16 wird durch den Magnetfluss 5 des ersten Magnetflussbereichs 19 an dem Außenumfang des äußeren Polsegments 8 gebildet. Der zweite Rotorpol 17 wird durch den Magnetfluss 5 des zweiten Magnetflussbereichs 20 an dem Außenumfang des Zentralkörpers 2 und in Umfangsrichtung 18 zwischen den Magnettaschen 3 gebildet. Genauer ausgedrückt wird der zweite Rotorpol 17 durch den Magnetfluss 5 von zwei benachbarten Magnettaschen 3 beziehungsweise Permanentmagneten 4 gebildet. Der erste Rotorpol 16 und der zweite Rotorpol 17 sind entgegengesetzte Magnetpole. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Rotorpol 16 ein magnetischer Nordpol und der zweite Rotorpol 17 ein magnetischer Südpol. Der erste Rotorpol 16 und der zweite Rotorpol 17 können jedoch auch umgekehrt magnetisiert sein. Die Magnetisierung des ersten Rotorpols 16 und des zweiten Rotorpols 17 hängt von der Orientierung der Permanentmagnete 4 ab. Die ersten Rotorpole 16 und die zweiten Rotorpole 17 sind hierbei abwechselnd angeordnet. Somit bildet jeder der Permanentmagnete 4 einen ersten Rotorpol 16 und einen zweiten Rotorpol 17. Die zweiten Rotorpole 17, welche für den Antrieb des Rotors 1 benötigt werden, müssen somit nicht von zusätzlich angeordneten Permanentmagneten 4 mit einer Orientierung, welche denen des ersten Rotorpols 16 entgegengesetzt ist, gebildet werden. Anders ausgedrückt weisen bei der vorliegenden Erfindung die ersten Rotorpole 16 mindestens einen Permanentmagneten 4 auf, während die zweiten Rotorpole 17 keinen Permanentmagneten 4 aufweisen. Der Bereich des Zentralkörpers 2, welcher radial innerhalb der jeweiligen Magnettasche 3 des ersten Rotorpols 16 ist, wird auch als inneres Polsegment des ersten Rotorpols 16 bezeichnet.
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In der dargestellten Ausführungsform weisen die äußeren Polsegmente 8 außerdem jeweils mehrere in Umfangsrichtung 18 längliche Verankerungsabschnitte 11 auf. Der Zentralkörper 2 weist an seinem Außenumfang entsprechende mehrere Hinterschneidungen 12 auf, welche in der Umfangsrichtung 18 des Rotors 1 an denselben Stellen wie die Verankerungsabschnitte 11 der äußeren Polsegmente 8 angeordnet sind. Die Hinterschneidungen 12 des Zentralkörpers 2 sind radial weiter außen als die Verankerungsabschnitte 11 der äußeren Polsegmente 8 und sind von diesen beabstandet.
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Zusätzlich dazu können die äußeren Polsegmente 8 zusätzlich zu den Stegen 22, wie in 2 dargestellt, oder auch anstatt den Stegen 22 mit einer Rotorbandage 21 an dem Zentralkörper 2 fixiert sein. Dadurch wird die Drehzahlfestigkeit des Rotors 1 erhöht, ohne dass die magnetisch kurzschließende Magnetflussdichte wesentlich erhöht wird.
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Jeder der Permanentmagnete 4 weist außerdem eine dritte Außenfläche 4c und eine vierte Außenfläche 4d auf, welche in den Magnettaschen 3 freiliegen.
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Zwischen den äußeren Polsegmenten 8 und dem Zentralkörper 2 bilden sich somit Freiräume 10, welche eine zumindest teilweise magnetische Isolierung zwischen den äußeren Polsegmenten 8 und dem Zentralkörper 2 ermöglichen. Die Freiräume 10 verhindern somit weitestgehend einen magnetischen Kurzschluss zwischen den beiden Magnetpolen der Permanentmagnete 4. Ein magnetischer Kurzschluss ist hierbei eine magnetische Verbindung zwischen den beiden Magnetpolen der Permanentmagnete 4, welche nicht über den Außenumfang des Rotors 1 verläuft beziehungsweise eine Magnetfeldlinie oder Magnetflussdichte, welche in radialer Richtung 7 nicht aus dem Rotor 1 austritt.
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3 zeigt eine Draufsicht eines Rotors 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zur in 2 dargestellten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Rotor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform zusätzlich mehrere Spannelemente 13 auf, welche jeweils zwischen einem Verankerungsabschnitt 11 eines äußeren Polsegments 8 und einer Hinterschneidung 12 des Zentralkörpers 2 angeordnet sind. Die Spannelemente üben eine Spannkraft in radialer Richtung 7 aus und fixieren somit die äußeren Polsegmente 8 an dem Zentralkörper 2. Die Spannelemente 13 können zusätzlich zu den Stegen 22 und/oder zu der Rotorbandage 21 oder anstelle dieser vorgesehen sein.
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Die Spannelemente 13 sind außerdem aus einem magnetisch nicht oder schlecht leitenden Material gebildet. Dadurch wird die Drehzahlfestigkeit des Rotors 1 weiter erhöht, ohne dabei die magnetisch kurzschließende Magnetflussdichte wesentlich zu erhöhen.
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4 zeigt eine Draufsicht eines Rotors 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu den ersten beiden Ausführungsformen werden die Freiräume 10 zwischen den äußeren Polsegmenten 8 und dem Zentralkörper 2 beziehungsweise die Magnettaschen 3 bei dieser Ausführungsform mit einer magnetisch nicht leitenden Füllung 14 gefüllt. Die Füllung 14 kann dabei insbesondere Duroplast und/oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff und/oder ein Epoxidharz, insbesondere ein Epoxidharz mit Glasfasern, sein. Die Füllung 14 erhöht weiter die Drehzahlfestigkeit des Rotors 1, ohne dabei die kurzschließende Magnetflussdichte wesentlich zu erhöhen.
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Die Füllung 14 kann auch in den ersten beiden Ausführungsformen, welche in den 1 bis 3 dargestellt sind, in den Freiräumen 10 des Rotors 1 gefüllt sein. Es ist außerdem möglich, zusätzlich zur Füllung 14 die äußeren Polsegmente 8 durch die Stege 22 und/oder die Rotorbandage 21 und/oder die Spannelemente 13 an dem Zentralkörper zu fixieren, um so die Drehzahlfestigkeit des Rotors 1 zu erhöhen.
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Bei den vorstehend beschriebenen ersten beiden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die äußeren Polsegmente 8 und der Zentralkörper 2 einteilig gebildet und mit Stegen 22 verbunden. Unter Verwendung der Rotorbandage 21 und/oder der Spannelemente 13 und/oder der Füllung 14 können die äußeren Polsegmente 8 jedoch auch separate Elemente sein, welche ohne Stege 22 mit dem Zentralkörper 2 verbunden werden und die Permanentmagnete 4 fixieren. Dadurch wird die Drehzahlfestigkeit des Rotors 1 aufrechterhalten, während jedoch die kurzschließende Magnetflussdichte dadurch verringert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2013/0026872 A1 [0003]
