DE102019215324A1 - Rotor of a permanent magnet excited electrical machine - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Rotor (RO) für eine permanenterregte elektrische Maschine (EM) beschrieben, welcher einen Rotorkörper (RK) mit einer Mittelachse (A) und mit einer zu einem Stator (ST) gerichteten Umfangsfläche (U) umfasst. Der Rotor (R) bildet mehrere Rotorpole (RP) aus, welche jeweils zumindest einen radial innerhalb des Rotorkörpers (RK) in einer Tasche (T) aufgenommenen Permanentmagnet (PM3) aufweisen. Der Permanentmagnet ist am Rotor (RO) in axialer Richtung betrachtet mit einer Haupterstreckungsrichtung in tangentialer bzw. in Umfangsichtung angeordnet. Der Rotor zeichnet sich dadurch aus, dass in einem radialen Bereich des Rotorkörpers (RK) zwischen dem Permanentmagnet (PM3) und der Umfangsfläche (U) zumindest eine Ausnehmung (C41, C42) ausgebildet ist.A rotor (RO) for a permanently excited electrical machine (EM) is described which comprises a rotor body (RK) with a central axis (A) and with a circumferential surface (U) directed towards a stator (ST). The rotor (R) forms a plurality of rotor poles (RP), each of which has at least one permanent magnet (PM3) held radially inside the rotor body (RK) in a pocket (T). The permanent magnet is arranged on the rotor (RO), viewed in the axial direction, with a main direction of extent in a tangential or circumferential view. The rotor is characterized in that at least one recess (C41, C42) is formed in a radial area of the rotor body (RK) between the permanent magnet (PM3) and the circumferential surface (U).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer permanentmagneterregten elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 wie dieser bereits beispielhaft mit der DE 11 2016 004 949 T5 , der DE 10 2017 206 928 A1 oder der US 2012/0200186 A1 bekannt geworden ist.The invention relates to a rotor of a permanent magnet electrical machine according to the preamble of patent claim 1 as this already exemplified with the DE 11 2016 004 949 T5 , the DE 10 2017 206 928 A1 or the US 2012/0200186 A1 has become known.

Die in dem vorgenannten Stand der Technik beschriebenen Rotoren weisen eine Multi-Layer-Anordnung der Permanentmagnete auf, wobei zur Ausbildung eines Rotorpols dort jeweils die Magnete in einer sich zu einem Außenumfang des Rotors aufspreizenden V-Konfiguration angeordnet sind und wobei innerhalb des zwischen den V-Schenkeln gebildeten Bereichs mittig zumindest ein weiterer, tangential ausgerichteter Magnet zum Außenumfang eingesetzt ist. In einem Fußbereich der beiden V-Schenkel ist eine Ausnehmung als Flussbarriere ausgebildet, welche dem mittig angeordneten Magnet radial gegenüberliegt.The rotors described in the aforementioned prior art have a multi-layer arrangement of the permanent magnets, the magnets there being arranged in a V-configuration that spreads out toward an outer circumference of the rotor to form a rotor pole and within the between the V -Legs formed area centrally at least one further, tangentially aligned magnet is used to the outer circumference. In a foot area of the two V-legs, a recess is designed as a flux barrier, which is radially opposite the centrally arranged magnet.

Es hat sich beim Betrieb einer elektrischen Maschine mit einem solchen Rotor herausgestellt, dass das Drehmoment der elektrischen Maschine eine ausgeprägte Ungleichförmigkeit, insbesondere eine deutliche Welligkeit aufweist. Im Falle einer verteilten Wicklung tritt diese Drehmomentwelligkeit verstärkt bei einer Ordnung auf, welche mit der Anzahl der am Stator vorhandenen Zähne übereinstimmt.During the operation of an electrical machine with such a rotor, it has been found that the torque of the electrical machine has a pronounced non-uniformity, in particular a significant ripple. In the case of a distributed winding, this torque ripple occurs more intensely with an order which corresponds to the number of teeth present on the stator.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen gattungsgemäßen Rotor einer permanentmagneterregten elektrischen Maschine so zu verbessern, dass eine Drehmomentwelligkeit beim Betreiben einer damit ausgestatteten elektrischen Maschine weiter reduziert ist. Des Weiteren soll eine elektrische Maschine mit einem solchen Rotor dargestellt werden.The object of the invention is to improve a generic rotor of a permanent magnet-excited electrical machine in such a way that torque ripple when operating an electrical machine equipped therewith is further reduced. Furthermore, an electrical machine with such a rotor is to be shown.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch einen Rotor mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und gemäß einem weiteren Aspekt durch eine elektrische Maschine unter Verwendung eines derartigen Rotors gemäß Patentanspruch 10 gelöst.The above-mentioned object is achieved according to a first aspect by a rotor with the features specified in claim 1 and according to a further aspect by an electrical machine using such a rotor according to claim 10.

Vorteile sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der Figurenbeschreibung entnehmbar.Advantages and advantageous configurations and developments of the invention can be found in the dependent claims and the description of the figures.

Es wird somit ein Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine vorgeschlagen, welcher einen Rotorkörper mit einer Mittelachse und mit einer zu einem Stator gerichteten Umfangsfläche umfasst. Der Rotor bildet mehrere Rotorpole aus, welche jeweils zumindest einen radial innerhalb des Rotorkörpers in einer Tasche aufgenommenen Permanentmagnet aufweisen. Dieser Permanentmagnet ist am Rotor in axialer Richtung betrachtet mit einer Haupterstreckungsrichtung in tangentialer bzw. in Umfangsrichtung angeordnet. Der Rotor zeichnet sich dadurch aus, dass in einem radialen Bereich des Rotorkörpers zwischen dem Permanentmagnet und der Umfangsfläche zumindest eine Ausnehmung ausgebildet ist.A rotor for a permanently excited electrical machine is thus proposed which comprises a rotor body with a central axis and with a circumferential surface directed towards a stator. The rotor forms a plurality of rotor poles, each of which has at least one permanent magnet received radially inside the rotor body in a pocket. This permanent magnet is arranged on the rotor, viewed in the axial direction, with a main direction of extent in the tangential or in the circumferential direction. The rotor is characterized in that at least one recess is formed in a radial area of the rotor body between the permanent magnet and the circumferential surface.

Durch das Vorsehen von als Ausnehmungen ausgeführten oberflächennahen Flussbarrieren am Rotor, genauer radial in einer Zone zwischen einem im radial äußeren Randbereich des Rotors im Blechpaket vergraben angeordneten Permanentmagnet und der zum Stator weisenden Umfangsfläche des Rotors kann eine für einen Stator wirksame magnetische Flussdichte im Bereich eines Rotorpols räumlich in Umfangsrichtung in einer zur Abschwächung einer Drehmomentwelligkeit günstigen Art und Weise moduliert werden. Die damit erzielte Verbesserung ist unmittelbar bei der Drehung des Rotors spürbar. Des Weiteren können durch die vorgeschlagene Modifikation auch mit der Drehmomentwelligkeit einhergehende Geräusche merklich reduziert werden.By providing flux barriers designed as recesses on the rotor, more precisely radially in a zone between a permanent magnet buried in the radially outer edge area of the rotor in the laminated core and the circumferential surface of the rotor facing the stator, a magnetic flux density effective for a stator can be achieved in the area of a rotor pole be spatially modulated in the circumferential direction in a manner favorable to attenuating a torque ripple. The improvement achieved in this way can be felt immediately when the rotor rotates. Furthermore, the proposed modification can also noticeably reduce the noise associated with the torque ripple.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beispielhaft erläutert.The invention is explained below by way of example using an embodiment shown in the figures.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht einer permanenterregten elektrischen Maschine mit einem mit Permanentmagneten ausgebildeten Rotor;
  • 2 eine stirnseitige Teilansicht des Rotors von 1 mit darin ausgebildeten Taschen zur Aufnahme von Permanentmagneten in einer vergrößerten Darstellung;
  • 3 eine stirnseitige Teilansicht des Rotors von 1 mit in den Taschen aufgenommenen Permanentmagneten in einer vergrößerten Darstellung.
Show it:
  • 1 a schematic view of a permanently excited electrical machine with a rotor formed with permanent magnets;
  • 2 a front partial view of the rotor of 1 with pockets formed therein for receiving permanent magnets in an enlarged view;
  • 3 a front partial view of the rotor of 1 with permanent magnets received in the pockets in an enlarged view.

Die 1 zeigt eine stirnseitige Ansicht in axialer Richtung einer permanenterregten elektrische Synchronmaschine EM, welche beispielweise zum Einbau und zur Verwendung in einen Antriebsstrang eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs vorgesehen ist und eine Antriebskraft zum Fortbewegen des Fahrzeugs aufbringt. Die elektrische Maschine EM kann sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden. Die Elektrische Maschine EM umfasst einen Stator ST, einen innerhalb dazu drehbar um eine Achse A angeordneten mit Permanentmagneten PM bestückten Rotor RO und einem zwischen dem Stator ST und dem Rotor RO befindlichen radialen Luftspalt LS, über welchen sich ein Magnetfeld zur Erzeugung einer Drehbewegung des Rotors RO oder zur Erzeugung einer induzierten Spannung im Stator ST ausbreiten kann. Der Stator ST ist hierbei lediglich schematisch und stark vereinfacht dargestellt. Dieser umfasst ein in einer üblichen Art und Weise ausgebildetes Blechpaket mit Statorzähnen, an denen eine Statorwicklung zur Wechselwirkung mit den Rotormagneten PM angebracht ist. Der Stator ST kann vorliegend beispielsweise insgesamt 48 Statorzähne und gleichfalls 48 Statornuten aufweisen, in welchen eine verteilte Statorwicklung, beispielsweise eine 3-phasige Hairpinwicklung eingelegt ist. Der Stator ST bildet 8 Statorpole aus, welche sich jeweils effektiv über 6 Statorzähne erstrecken und welche mit insgesamt gleichfalls 8 Rotorpolen RP zusammenwirken. In 1 sind vereinfacht lediglich 8 Statorzähne SZ dargestellt.The 1 shows an end view in the axial direction of a permanently excited electrical synchronous machine EM which is provided, for example, for installation and for use in a drive train of an electric or hybrid vehicle and provides a driving force for moving the vehicle. The electric machine EM can be operated both as a motor and as a generator. The electric machine EM includes a stator ST , one inside rotatable about an axis A. arranged with permanent magnets PM equipped rotor RO and one between the stator ST and the rotor RO located radial air gap LS , over which a magnetic field to generate a rotary movement of the rotor RO or to generate an induced voltage in the stator ST can spread. The stator ST is only here shown schematically and greatly simplified. This comprises a laminated core formed in a customary manner with stator teeth on which a stator winding for interaction with the rotor magnets PM is appropriate. The stator ST can in the present case, for example, have a total of 48 stator teeth and likewise 48 stator slots, in which a distributed stator winding, for example a 3-phase hairpin winding, is inserted. The stator ST forms 8 stator poles, which each effectively extend over 6 stator teeth and which also have a total of 8 rotor poles RP work together. In 1 are simplified only 8 stator teeth SZ shown.

Der Rotor RO weist einen Rotorkörper RK auf, der vorliegend aus einzelnen, in einer Richtung entlang einer Rotationsachse A gestapelten Lamellen L aus einem Elektroblech gefertigt ist, wie diese ausschnittweise mit 2 gezeigt ist. Das verwendete Elektroblech kann dabei aus einem bekannten Werkstoff, beispielsweise mit der Bezeichnung N030-15 bestehen. Anstelle eines damit erzeugten Lamellenpakets kann der Rotorkörper RK auch als ein Massivteil, zum Beispiel aus einem Sinterwerkstoff ausgebildet sein.The rotor RO has a rotor body RK on, in the present case from individual, in one direction along an axis of rotation A. stacked slats L. is made from an electrical sheet, like this with excerpts 2 is shown. The electrical steel sheet used can consist of a known material, for example with the designation N030-15. Instead of a lamella set produced in this way, the rotor body RK also be designed as a solid part, for example made of a sintered material.

Bei dem Rotor RO sind eine Vielzahl von Permanentmagneten PM in einem radialen Raumbereich zwischen einer Drehachse bzw. Mittelachse A und einer äußeren Umfangsfläche U, das heißt einem äußeren Rand des Rotors R innerhalb von sich axial erstreckenden Taschen T angeordnet. Es liegt somit ein Rotor RO mit vergrabenen Magneten PM vor, welcher im Ausführungsbeispiel als ein Innenläufer ausgebildet ist. Zur übersichtlicheren Darstellung ist der Rotor RO zunächst in 2 lediglich mit den Taschen T, jedoch ohne die Permanentmagnete und in 3 mit in den Taschen T eingesetzten Permanentmagneten PM gezeigt.At the rotor RO are a variety of permanent magnets PM in a radial space area between an axis of rotation or a central axis A. and an outer peripheral surface U , that is, an outer edge of the rotor R. within axially extending pockets T arranged. There is thus a rotor RO with buried magnets PM before, which is designed as an internal rotor in the exemplary embodiment. The rotor is for a clearer representation RO initially in 2 only with the pockets T , but without the permanent magnets and in 3 with in the pockets T permanent magnets used PM shown.

Die Permanentmagnete PM bzw. Magnete unterliegen hinsichtlich des Materialsystems keinen Besonderheiten oder Einschränkungen. Zum Beispiel können die Magnete Selten-Erd-Elemente enthalten und insbesondere dem Werkstoffsystem Neodym-Eisen-Bor (Nd-Fe-B) angehören.The permanent magnets PM or magnets are not subject to any special features or restrictions with regard to the material system. For example, the magnets can contain rare earth elements and in particular belong to the neodymium-iron-boron (Nd-Fe-B) material system.

Die mit 1 dargestellte Anordnung der Taschen T und der Magnete PM zeigt acht identische Gruppen, welche jeweils einen 45°-Sektor des Rotors R bzw. einen Achtelkreis von diesem einnehmen und wobei jede Gruppe einen Rotorpol RP ausbildet. In der nachfolgenden Beschreibung wird somit lediglich auf einen der Rotorpole RP Bezug genommen.With 1 illustrated arrangement of the pockets T and the magnets PM shows eight identical groups, each representing a 45 ° sector of the rotor R. or occupy an eighth of a circle, each group having a rotor pole RP trains. The following description therefore only refers to one of the rotor poles RP Referenced.

Mit Blick auf die 2, 3 umfasst jeder Rotorpol RP drei Permanentmagnete PM1-3, welche allgemein eine quaderförmige Gestalt aufweisen und welche in dem gezeigten rechteckigen Querschnitt mit einer langen Seite M1 und einer kurzen Seite M2 ausgebildet sind. Die Seite M1 bildet die Haupterstreckungsrichtung und kann mit Blick auf 3 als eine Breite und die Seite M2 als eine Höhe eines der Permanentmagnete PM angesehen werden. Das Längenverhältnis M1/M2 dieser Seiten ist vorliegend gleich oder größer als 3:1. Des Weiteren weisen die Magnete PM1-3 in axialer Richtung als eine Tiefe eine Erstreckung bzw. Seite M3 auf, welche in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist. Die Magnete PM können zur Unterdrückung von Wirbelströmen in Axialrichtung unter Ausbildung von einzelnen Magnetblöcken segmentiert und gegenseitig elektrisch isoliert sein, wobei am Rotor RO mehrere solcher Blöcke axial aufeinander folgen können. Wie anhand von 3 sichtbar, sind die Magnete PM1-3 eines Rotorpols RP mit demselben Querschnitt ausgebildet.With view on 2 , 3 includes each rotor pole RP three permanent magnets PM1-3, which generally have a cuboid shape and which in the shown rectangular cross-section with a long side M1 and a short side M2 are trained. The page M1 forms the main direction of extent and can be facing 3 as a width and the side M2 as a height of one of the permanent magnets PM be considered. The aspect ratio M1 / M2 of these pages is presently equal to or greater than 3: 1. Furthermore, the magnets PM1-3 have an extension or side M3 in the axial direction as a depth, which, however, is not shown in the figures. The magnets PM can be segmented to suppress eddy currents in the axial direction with the formation of individual magnet blocks and mutually electrically isolated, with the rotor RO several such blocks can follow one another axially. As with 3 The magnets PM1-3 of a rotor pole are visible RP formed with the same cross section.

Der dargestellte Rotor-Querschnitt umfasst acht Rotorpole RP und somit insgesamt 24 Magnete PM. Die Magnete PM weisen jeweils einen magnetischen Nordpol und einen Südpol auf, welche durch die parallel gegenüberliegenden langen Seiten M1 gebildet werden. Der die Magnete PM durchsetzende magnetische Fluss tritt senkrecht aus den Längsseiten aus bzw. in diese ein und verläuft in Richtung der Flächennormalen der Seiten M1.The illustrated rotor cross section comprises eight rotor poles RP and thus a total of 24 magnets PM . The magnets PM each have a magnetic north pole and a south pole, which are defined by the parallel opposite long sides M1 are formed. The magnets PM The penetrating magnetic flux exits or enters the longitudinal sides perpendicularly and runs in the direction of the surface normals of the sides M1 .

Wie bereits erwähnt, ist jeder Permanentmagnet PM1-3 in einer Tasche T1-3 aufgenommen (2, 3), welche dem Querschnitt eines Magneten PM zumindest entspricht oder welche gegenüber einem dort eingesetzten Magnet PM vergrößert ausgebildet ist.As already mentioned, each permanent magnet PM1-3 is housed in a pocket T1-3 ( 2 , 3 ), which is the cross-section of a magnet PM at least corresponds to or which compared to a magnet used there PM is formed enlarged.

Innerhalb der Taschen T1-3 sind Magnetaufnahmebereiche TM1-3 vorgesehen, von denen ein Rand R1-3 mit zwei parallel verlaufende Seiten zumindest an den Längsseiten M1 der Magnete PM anliegt. Die Taschen T sind im Bereich der Magnete PM so bemessen und ausgebildet, dass diese axial in das Blechpaket bzw. den Rotorkörper RK eingeschoben und dort verklemmt angeordnet werden können. Bei gegenüber den Magneten PM im Querschnitt größer ausgebildeten Taschen T sind zu diesem Zweck an den Magnetaufnahmebereichen TM Haltevorsprünge HV vorgesehen. Die Magnete PM sind dadurch insbesondere in radialer Richtung, d.h. innerhalb der Zeichnungsebene als auch in axialer Richtung gegenüber betriebsbedingten Kräften fixiert.Magnet receiving areas TM1-3 are provided within the pockets T1-3, of which one edge R1-3 with two parallel sides, at least on the long sides M1 the magnets PM is applied. The bags T are in the field of magnets PM dimensioned and designed so that these axially into the laminated core or the rotor body RK can be inserted and jammed there. At opposite the magnets PM pockets with larger cross-sections T are for this purpose at the magnet reception areas TM Holding projections HV provided. The magnets PM are thereby fixed against operational forces in particular in the radial direction, ie within the plane of the drawing and in the axial direction.

Der hier beschriebene Rotor RO ist mit einer Multi-Layer-Anordnung von Permanentmagneten PM ausgebildet. Dabei sind zur Ausbildung eines Rotorpols RP zwei Taschen T1, T2 mit jeweils einem Magnet PM1, PM2 in einer sich zu einem Außenumfang des Rotors aufspreizenden V-Konfiguration angeordnet, wobei jede Tasche T mit einem Magneten PM einen V-Schenkel bildet. Wie in 3 sichtbar, sind die Taschen T1, T2 gegenüber den Magneten PM1, PM2 vergrößert ausgebildet und weisen neben den Magnetaufnahmebereichen TM beidseitig benachbart zur kurzen Seite M2 der Magnete PM jeweils Aussparungen C11, C12, C21, C22 auf, welche die Ausbreitung eines magnetischen Flusses in diesen Bereichen verhindern oder abschwächt und den Fluss somit in andere Bereiche des Rotors R drängt.The rotor described here RO is with a multi-layer arrangement of permanent magnets PM educated. Here are to form a rotor pole RP two pockets T1, T2, each with a magnet PM1, PM2, arranged in a V-configuration that spreads out towards an outer circumference of the rotor, with each pocket T with a magnet PM forms a V-leg. As in 3 visible, the pockets T1, T2 are opposite the Magnets PM1, PM2 are enlarged and have next to the magnet receiving areas TM on both sides adjacent to the short side M2 the magnets PM each have recesses C11, C12, C21, C22, which prevent or weaken the spread of a magnetic flux in these areas and thus the flux in other areas of the rotor R. urges.

Die beiden Taschen T1, T2 und Magnete PM1, PM2 der V-Konfiguration sind an der Blechlamelle L bezüglich einer Radiuslinie RR des Rotors R spiegelsymmetrisch angeordnet und schließen am Umfang einen Winkel α1 von etwa 30° ein (2). Die Magnete PM1, PM2 sind unter einem Winkel α2 von etwa 60° zueinander angeordnet (3). Es gilt somit bei dieser Anordnung zumindest näherungsweise α2 = 2x α1.The two pockets T1, T2 and magnets PM1, PM2 of the V configuration are on the sheet metal lamella L. with respect to a radius line RR of the rotor R. arranged mirror-symmetrically and close an angle on the circumference α1 of about 30 ° a ( 2 ). The magnets PM1, PM2 are at an angle α2 about 60 ° to each other ( 3 ). In this arrangement, it is therefore at least approximately α2 = 2x α1.

Die Taschen T1, T2 stehen radial innen näher zusammen als radial außen und schließen in einem radial inneren Fußbereich F der beiden V-Schenkel zwei Stege S1, S2 und eine mittige Ausnehmung C1 ein, welche eine Flussbarriere ausgebildet. Die Ausnehmung C1 ist symmetrisch zu den Permanentmagneten PM1, PM2 ausgebildet.The pockets T1, T2 are closer together radially on the inside than radially on the outside and close in a radially inner foot region F. of the two V-legs two webs S1, S2 and a central recess C1, which forms a flow barrier. The recess C1 is symmetrical to the permanent magnets PM1, PM2.

In einem Bereich radial außerhalb der Ausnehmung C1 liegt dieser der weitere Permanentmagnet PM3 gegenüber, welcher mittig zwischen den Magneten PM1, 2 und insbesondere zwischen radial außen befindlichen Abschnitten der Magnete PM1, 2 angeordnet ist. Der Magnet PM3 ist mit dessen Längsseite M1 in tangentialer Richtung bzw. in Umfangsrichtung des Rotors R ausgerichtet. Der radiale Abstand des Permanentmagnet PM3 zu der Umfangsfläche U ist etwa gleich oder kleiner als die Höhe des Permanentmagneten PM3. Die Erstreckung der Ausnehmung C1 in tangentialer Richtung bzw. in Umfangsrichtung entspricht näherungsweise der Erstreckung des Magneten PM3 in dieser Richtung. In radialer Richtung ist die Ausnehmung C1 größer als die Seite M2 und kleiner als die Seite M1 des Magneten PM1 und im Weiteren auch der Magnete PM1, 2 ausgeführt.In an area radially outside of the recess C1, the further permanent magnet PM3 lies opposite this, which is arranged centrally between the magnets PM1, 2 and in particular between radially outer sections of the magnets PM1, 2. The magnet PM3 is with its long side M1 in the tangential direction or in the circumferential direction of the rotor R. aligned. The radial distance of the permanent magnet PM3 to the circumferential surface U is approximately equal to or less than the height of the permanent magnet PM3. The extension of the recess C1 in the tangential direction or in the circumferential direction corresponds approximately to the extension of the magnet PM3 in this direction. In the radial direction, the recess C1 is larger than the side M2 and smaller than the side M1 of the magnet PM1 and subsequently also the magnets PM1, 2.

An dem Magneten PM3 sind beidseitig in Umfangsrichtung weitere Ausnehmungen C31, C32 vorgesehen, die ebenfalls zum Zweck einer gezielten Flussführung dienen. Die Ausnehmungen sind mittels Trennstegen S3, S4 separat von der Tasche T3 und in radialer Richtung größer als die kurze Seite M2 des Magneten PM3 ausgebildet. Die Ausnehmungen C31, C32 überragen den Magnet PM3 in radialer Richtung zur äußeren Umfangsfläche U des Rotors R hin. Die Ausnehmungen C31, C32 sind zudem in Umfangsrichtung etwa gleich oder kleiner als eine Seite M2 des Magnet PM3 ausgeführt.Further recesses C31, C32 are provided on both sides of the magnet PM3 in the circumferential direction, which also serve for the purpose of targeted flux guidance. The recesses are separated from the pocket T3 by means of separators S3, S4 and are larger in the radial direction than the short side M2 of the magnet PM3 is formed. The recesses C31, C32 project beyond the magnet PM3 in the radial direction to the outer circumferential surface U of the rotor R. down. The recesses C31, C32 are also approximately equal to or smaller than one side in the circumferential direction M2 of the magnet PM3.

Ein zwischen dem Rotor RO und dem Stator ST wirkendes Magnetfeld ist im Bereich der Rotorpole RP und Statorpole im Vergleich zu umfangsmäßig zwischenliegenden Bereichen besonders stark ausgebildet, so dass das von der elektrischen Maschine EM bei einer Drehung des Rotors R aufgenommene oder abgegebene Drehmoment Schwankungen unterworfen ist und eine Welligkeit des Drehmoments wahrgenommen wird. Eine Verbesserung im Sinne einer Reduzierung der Drehmomentwelligkeit kann durch das Einbringen von weiteren Flussbarrieren in der unmittelbaren Nähe der Umfangsfläche U des Rotors R erzielt werden.One between the rotor RO and the stator ST The effective magnetic field is in the area of the rotor poles RP and stator poles are particularly strong compared to circumferentially intermediate areas, so that the electrical machine EM when the rotor rotates R. absorbed or output torque is subject to fluctuations and a ripple of the torque is perceived. An improvement in the sense of reducing the torque ripple can be achieved by introducing further flux barriers in the immediate vicinity of the circumferential surface U of the rotor R. be achieved.

Hierzu sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel radial in einer Zone zwischen dem im radial äußeren Randbereich des Rotors RO angeordneten Magnet PM3 und der Umfangsfläche U des Rotors R weitere Ausnehmungen C41, C42 in das Blechpaket eingebracht. Die Ausnehmungen C41, C42 sind in Umfangsrichtung symmetrisch zu dem Magnet PM3 und weiterhin auch symmetrisch zu den Ausnehmungen C31, C32 ausgebildet, wobei in Umfangsrichtung der Abstand zwischen den benachbarten Ausnehmungen C41; C42 etwas geringer ist als die Abstände der Ausnehmungen C41; C42 zu den jeweils seitlich benachbarten Ausnehmungen C31; C32. Alternativ können in Umfangsrichtung die Abstände zwischen jeweils zwei zueinander benachbarten Ausnehmungen C31, C32, C41; C42 zumindest etwa gleich groß sein.For this purpose, in the present exemplary embodiment, radially in a zone between that in the radially outer edge region of the rotor RO arranged magnet PM3 and the peripheral surface U of the rotor R. further recesses C41, C42 introduced into the laminated core. The recesses C41, C42 are formed in the circumferential direction symmetrically to the magnet PM3 and furthermore also symmetrically to the recesses C31, C32, wherein in the circumferential direction the distance between the adjacent recesses C41; C42 is slightly smaller than the distances between the recesses C41; C42 to the laterally adjacent recesses C31; C32. Alternatively, the distances between two mutually adjacent recesses C31, C32, C41; C42 should be at least about the same size.

In Umfangsrichtung außerhalb der Ausnehmungen C31, C32 ist jeweils eine weitere Ausnehmung C43, C44 vorgesehen, die gemeinsam mit den Ausnehmungen C41, C42 und einer radial äußeren Berandung der Ausnehmungen C31, C32 zumindest etwa auf demselben Teilkreisdurchmesser TK angeordnet sind. Weiterhin befinden sich auch zumindest annähernd eine radial äußere Berandung der Ausnehmungen C11, C21 auf diesem Teilkreisdurchmesser TK. Die Ausnehmung C43, C44 sind in Umfangsrichtung näher zu den Ausnehmung C31, C32 angeordnet. Die Ausnehmungen C41, C42, C43, C44 sind in dem hier besprochenem Beispiel identisch ausgebildet und zudem auch im Querschnitt sichtbar kleiner als die Ausnehmungen C31, C32 gestaltet. Vorliegend sind die nah am Außenrand U befindlichen Ausnehmungen C41, C42, C43, C44 etwa rechteckig geformt, wobei sich die längere Seite eines solchen Rechtecks in Umfangsrichtung des Rotors R erstreckt. In der gezeigten Ansicht entspricht das Verhältnis einer in etwa in radialer Richtung verlaufenden Höhe der Ausnehmungen C41, C42, C43, C44 in Bezug auf die kurze Magnetseite M2 näherungsweise gleich 1:5. Des Weiteren beträgt das Verhältnis einer in etwa in Umfangsrichtung verlaufenden Breite der Ausnehmungen C41, C42, C43, C44 in Bezug auf die kurze Magnetseite M2 näherungsweise gleich 1:3.In the circumferential direction outside the recesses C31, C32 a further recess C43, C44 is provided, which together with the recesses C41, C42 and a radially outer edge of the recesses C31, C32 at least approximately on the same pitch circle diameter TK are arranged. Furthermore, there is also at least approximately a radially outer edge of the recesses C11, C21 on this pitch circle diameter TK . The recesses C43, C44 are arranged closer to the recesses C31, C32 in the circumferential direction. The recesses C41, C42, C43, C44 are designed identically in the example discussed here and are also designed to be visibly smaller in cross section than the recesses C31, C32. In the present case, those are close to the outer edge U located recesses C41, C42, C43, C44 approximately rectangular shaped, the longer side of such a rectangle in the circumferential direction of the rotor R. extends. In the view shown, the ratio corresponds to a height of the recesses C41, C42, C43, C44 running approximately in the radial direction in relation to the short magnet side M2 approximately equal to 1: 5. Furthermore, the ratio of a width of the recesses running approximately in the circumferential direction is C41, C42, C43, C44 in relation to the short magnet side M2 approximately equal to 1: 3.

Die die V-Schenkel ausbildenden Magnete PM1, PM2 und der mittig zwischen diesen angeordnete Magnet PM3 können in dem mit 1, 2 dargestellten Querschnitt jeweils auch aus mehreren Magneten PM zusammengesetzt und innerhalb einer gemeinsamen Tasche T angeordnet sein. Anstelle einer gemeinsamen Tasche können zur Darstellung einer solchen Anordnung auch separate Taschen mit zwischen diesen befindlichen Trennstegen vorgesehen sein.The magnets PM1, PM2 forming the V-legs and the magnet PM3 arranged centrally between them can be used in the with 1 , 2 Cross-section shown in each case from several magnets PM put together and within a common pocket T be arranged. Instead of a common pocket, separate pockets with separating webs located between them can also be provided to represent such an arrangement.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

AA.
Mittelachse, DrehachseCenter axis, axis of rotation
CC.
AusnehmungRecess
EMEM
Elektrische MaschineElectric machine
FF.
FußbereichFoot area
LL.
LamelleLamella
LSLS
LuftspaltAir gap
M1M1
lange Magnetseitelong magnetic side
M2M2
kurze Magnetseiteshort magnetic side
PMPM
Magnetmagnet
RORO
Rotorrotor
RR.
Randedge
RKRK
RotorkörperRotor body
RPRP
RotorpolRotor pole
RRRR
RadiuslinieRadius line
SS.
Stegweb
SZSZ
StatorzahnStator tooth
STST
Statorstator
TT
Magnettasche, TascheMagnetic pocket, pocket
TKTK
TeilkreisPitch circle
TMTM
MagnetaufnahmebereichMagnet receiving area
UU
UmfangsflächeCircumferential surface
α1α1
Winkelangle
α2α2
Winkelangle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 112016004949 T5 [0001]DE 112016004949 T5 [0001]
  • DE 102017206928 A1 [0001]DE 102017206928 A1 [0001]
  • US 2012/0200186 A1 [0001]US 2012/0200186 A1 [0001]

Claims (11)

Rotor (RO) für eine permanenterregte elektrische Maschine (EM) umfassend, - einen Rotorkörper (RK) mit einer Mittelachse (A) und mit einer zu einem Stator (ST) gerichteten Umfangsfläche (U), - mehrere Rotorpole (RP) mit jeweils zumindest einen radial innerhalb des Rotorkörpers (RK) in einer Tasche (T) aufgenommenen Permanentmagnet (PM3), welcher am Rotor (RO) in axialer Richtung betrachtet mit einer Haupterstreckungsrichtung in tangentialer bzw. in Umfangsichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem radialen Bereich des Rotorkörpers (RK) zwischen dem Permanentmagnet (PM3) und der Umfangsfläche (U) zumindest eine Ausnehmung (C41, C42) ausgebildet ist.Rotor (RO) for a permanently excited electrical machine (EM) comprising, - a rotor body (RK) with a central axis (A) and with a circumferential surface (U) directed towards a stator (ST), - several rotor poles (RP) each with at least a permanent magnet (PM3) received radially inside the rotor body (RK) in a pocket (T), which is arranged on the rotor (RO) viewed in the axial direction with a main direction of extent in tangential or circumferential view, characterized in that - in a radial Area of the rotor body (RK) between the permanent magnet (PM3) and the peripheral surface (U) at least one recess (C41, C42) is formed. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (PM) rechteckig, trapezförmig oder bogenförmig ausgebildet ist und eine lange Seite (M1) und eine kurze Seite (M2) aufweist, wobei die lange Seite (M1) die Haupterstreckungsrichtung ausbildet.Rotor after Claim 1 , characterized in that the permanent magnet (PM) is rectangular, trapezoidal or arc-shaped and has a long side (M1) and a short side (M2), the long side (M1) forming the main direction of extent. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand des Permanentmagnet (PM3) zu der Umfangsfläche (U) etwa gleich oder kleiner ist als die Höhe dieses Permanentmagnet (PM3).Rotor after Claim 1 or 2 , characterized in that the radial distance between the permanent magnet (PM3) and the peripheral surface (U) is approximately equal to or less than the height of this permanent magnet (PM3). Rotor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Permanentmagnet (PM3) beidseitig in Umfangsrichtung benachbarte Ausnehmungen (C31, C32) vorgesehen sind.Rotor after one of the Claims 1 - 3 , characterized in that adjacent recesses (C31, C32) are provided on both sides of the permanent magnet (PM3) in the circumferential direction. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung außerhalb der Ausnehmungen (C31, C32) weitere Ausnehmungen (C43, C44) vorgesehen sind.Rotor after Claim 4 , characterized in that further recesses (C43, C44) are provided in the circumferential direction outside the recesses (C31, C32). Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Ausnehmungen (C43, C44) gemeinsam mit den Ausnehmungen (C41, C42) und einer radial äußeren Berandung der Ausnehmungen (C31, C32) etwa auf ein und demselben Teilkreisdurchmesser (TK) angeordnet sind.Rotor after Claim 5 , characterized in that the further recesses (C43, C44) are arranged together with the recesses (C41, C42) and a radially outer edge of the recesses (C31, C32) approximately on one and the same pitch circle diameter (TK). Rotor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der Rotorpole (RP) symmetrisch zu dem Permanentmagnet (PM3) zwei weitere Permanentmagnete (PM1, PM2) in einer sich zur Umfangsfläche (U) aufspreizenden V-Konfiguration angeordnet sind, wobei der Permanentmagnet (PM3) mittig zwischen den weiteren Permanentmagneten (PM1, PM2) angeordnet ist.Rotor after one of the Claims 1 - 6th , characterized in that on one of the rotor poles (RP) symmetrically to the permanent magnet (PM3) two further permanent magnets (PM1, PM2) are arranged in a V-configuration spreading towards the circumferential surface (U), the permanent magnet (PM3) being centered between the further permanent magnets (PM1, PM2) is arranged. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig zur einer kurzen Seite (M2) der zwei weiteren Permanentmagnete (PM1, PM2) benachbart Aussparungen (C11, C12, C21, C22) vorgesehen sind.Rotor after Claim 7 , characterized in that recesses (C11, C12, C21, C22) are provided adjacent to a short side (M2) of the two further permanent magnets (PM1, PM2) on both sides. Rotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fußbereich (F) der V-Konfiguration symmetrisch zwischen den weiteren Permanentmagneten (PM1, PM2) eine Ausnehmung (C1) ausgebildet ist.Rotor after Claim 7 or 8th , characterized in that a recess (C1) is formed symmetrically between the further permanent magnets (PM1, PM2) in a foot region (F) of the V configuration. Elektrische Maschine (EM) mit einem Stator (ST) und einem drehbar zu diesem gelagerten Rotor (RO), welcher nach einem der Patentansprüche 1-9 ausgebildet ist.Electrical machine (EM) with a stator (ST) and a rotatable to this mounted rotor (RO), which after one of the Claims 1 - 9 is trained. Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (RO) 8 Rotorpole (RP) und der Stator (ST) 48 Statorzähne (SZ) aufweist.Electric machine after Claim 10 , characterized in that the rotor (RO) has 8 rotor poles (RP) and the stator (ST) has 48 stator teeth (SZ).
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