-
Die Erfindung betrifft ein Blech für eine magnetische Einheit einer rotierenden elektrischen Maschine, mit wenigstens einer Durchgangsöffnung, die außerhalb eines Zentrums des Blechs angeordnet ist, sowie wenigstens einem magnetisierbaren Flussführungsteil zum Beeinflussen des Führens eines magnetischen Flusses, das in der wenigstens einen Durchgangsöffnung eingesetzt ist, wobei das Flussführungsteil einen kornorientierten Werkstoff aufweist. Die Erfindung betrifft ferner gemäß einem ersten Aspekt einen Läufer für eine rotierende elektrische Maschine, wobei der Läufer eine magnetische Einheit aufweist, die ein Blechpaket aufweist, welches in einer zu einer Drehachse des Läufers axialen Richtung aufeinanderfolgend angeordnete Bleche aufweist. Ferner betrifft die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt einen Läufer für eine rotierende elektrische Maschine, wobei der Läufer eine magnetische Einheit aufweist, die ein Körperelement aus einem magnetisierbaren, nicht-kornorientierten Werkstoff aufweist, wobei das Körperelement in einer zur Drehachse des Läufers axialen Richtung wenigstens eine Durchgangsöffnung, die außerhalb eines Zentrums des Körperelements angeordnet ist, sowie wenigstens ein magnetisierbares Flussführungsteil zum Beeinflussen des Führens eines magnetischen Flusses aufweist, das in der wenigstens einen Durchgangsöffnung eingesetzt ist, wobei das Flussführungsteil einen kornorientierten Werkstoff aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine rotierende elektrische Maschine mit einem Ständer und einem gegenüber dem Ständer drehbar angeordneten Läufer. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer rotierenden elektrischen Maschine.
-
Bleche für magnetische Einheiten, Läufer mit magnetischen Einheiten sowie rotierende elektrische Maschinen und Kraftfahrzeuge sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es dem Grunde nach eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Gattungsgemäß rotierende elektrische Maschinen werden nicht nur, aber mittlerweile häufig, bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Hybridfahrzeugen, Elektrofahrzeugen oder dergleichen, im Bereich einer jeweiligen Antriebseinrichtung eingesetzt. Sie können darüber hinaus jedoch nicht nur bei der Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs, sondern auch bei anderen Antriebsfunktionen zum Einsatz kommen, beispielsweise bei einem Fensterheber, einem Anlasser und/oder dergleichen.
-
Eine rotierende elektrische Maschine ist eine Vorrichtung, die in einem Motorbetrieb elektrische Energie in mechanische Energie, insbesondere in Bewegungsenergie in Form einer Rotation und/oder in einem Generatorbetrieb mechanische Energie in eine elektrische Energie umformt. Bei der Bewegung handelt es sich in der Regel um eine Drehbewegung, die vom Läufer gegenüber dem Ständer ausgeführt wird. Der Ständer ist im Unterschied zum Läufer in der Regel drehfest angeordnet, das heißt, bei der Drehbewegung handelt es sich um eine Drehbewegung des Läufers gegenüber dem Ständer.
-
Der Ständer und der Läufer sind mittels eines magnetischen Flusses verkettet, wodurch im Motorbetrieb die Kraftwirkung, nämlich das Drehmoment, erzeugt wird, die den Läufer gegenüber dem Ständer drehend antreibt. Im Generatorbetrieb kann dagegen dem Läufer zugeführte mechanische Energie in Form eines Drehmoments in elektrische Energie umgewandelt werden. Zu diesem Zweck weist zumindest der Ständer und gegebenenfalls auch der Läufer in der Regel eine magnetische Einheit auf, die ihrerseits eine von einem elektrischen Strom durchflossene Wicklung umfassen kann. Im Ständer oder im Läufer kann die Wicklung auch zumindest teilweise Permanentmagneten aufweisen oder zumindest durch Permanentmagneten ergänzt sein. Rotierende elektrische Maschinen der gattungsgemäßen Art sind insbesondere zum Beispiel Drehfeldmaschinen, die an ein mehrphasiges, insbesondere dreiphasiges, elektrisches Energieversorgungsnetz anschließbar sind, und zwar besonders Synchronmaschinen, Synchron-Reluktanzmaschinen, Synchronmaschinen mit Dämpferkäfig, Asynchronmaschinen und/oder dergleichen. Die rotierende elektrische Maschine kann sowohl als Innenläufer als auch als Außenläufer ausgebildet sein.
-
Bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug dient die rotierende elektrische Maschine häufig zum Antrieb des Kraftfahrzeugs während eines bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs. Daneben kann sie jedoch auch für andere Antriebsfunktionen vorgesehen sein, beispielsweise bei einem Fensterheber, bei einer Öl- und/oder Wasserpumpe und/oder dergleichen.
-
Magnetische Einheiten, die sowohl im Ständer als auch insbesondere im Läufer angeordnet sein können, dienen dazu, insbesondere während des bestimmungsgemäßen Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine, den dabei auftretenden magnetischen Fluss in vorgebbarer Weise zu führen, um die gewünschte Kraftwirkung beziehungsweise das Drehmoment realisieren zu können. Dabei ist zu bedenken, dass die magnetische Flussdichte sowie auch die Richtung der magnetischen Flussdichte beziehungsweise des magnetischen Flusses in der magnetischen Einheit sehr unterschiedlich sein kann. Im Stand der Technik wird für die magnetische Einheit deshalb häufig ein Blechpaket oder ein Körperelement eingesetzt, welches nahezu isotrope Flussführungseigenschaften für den magnetischen Fluss aufweist. Bei einem Blechpaket ist eine Mehrzahl von aufeinanderfolgend angeordneten Blechen vorgesehen, die in axialer Richtung des Läufers, die parallel zu einer Drehachse des Läufers ist, angeordnet sind. In der Regel sind die einzelnen Bleche gegenüber einander elektrisch isoliert im Blechpaket angeordnet.
-
In diesem Zusammenhang offenbart die
US 9,246,361 B2 eine segmentierte magnetisch leitfähige Struktur angewendet bei rotierenden Maschinen. Die Struktur besteht aus magnetisierbaren Blechen, die in einer axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine gestapelt angeordnet sind. Die Struktur der Bleche ist so ausgebildet, dass Magnetpole als Bauelemente eines Ständers beziehungsweise eines Läufers der rotierenden elektrischen Maschine als separate Teile montiert werden können. Dabei können die Blechteile, die Magnetpole bereitstellen, aus einem kornorientierten Werkstoff gebildet sein. In diesem Zusammenhang offenbart ferner die
US 2001/0030486 A1 eine elektrische Maschine mit strukturellen Abstandshaltern. Darüber hinaus offenbart die
JP 2002-95227 A einen Läufer für einen Synchronreluktanzmotor und einen Synchronreluktanzmotor mit einem derartigen Läufer.
-
Auch wenn sich der vorgenannte Stand der Technik bewährt hat, so zeigen sich dennoch Nachteile. Der Einsatz des kornorientierten Werkstoffs gemäß den vorgenannten Offenbarungen führt dazu, dass die Kornorientierung in einem weiten Bereich nicht mit der Richtung des magnetischen Flusses übereinstimmt. Dadurch wird nicht nur die Führung des magnetischen Flusses verschlechtert, sondern es entstehen auch zusätzliche Verluste.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Führung des magnetischen Flusses, insbesondere innerhalb einer magnetischen Einheit des Läufers, zu verbessern sowie vorzugsweise den Wirkungsgrad einer rotierenden elektrischen Maschine sowie auch eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, zu verbessern.
-
Als Lösung werden mit der Erfindung ein Blech, Läufer, eine rotierende elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
-
In Bezug auf ein gattungsgemäßes Blech wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass das Flussführungsteil im in der Durchgangsöffnung angeordneten Zustand in seiner Lage gesichert gehalten ist.
-
In Bezug auf einen gattungsgemäßen Läufer gemäß dem ersten Aspekt wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die Bleche gemäß der Erfindung ausgebildet sind.
-
In Bezug auf einen Läufer gemäß dem zweiten Aspekt wird insbesondere vorgeschlagen, dass das Flussführungsteil im in der Durchgangsöffnung angeordneten Zustand in seiner Lage gesichert gehalten ist.
-
In Bezug auf eine gattungsgemäße rotierende elektrische Maschine wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass der Läufer gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
-
In Bezug auf ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die rotierende elektrische Maschine gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
-
Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass das Blech beziehungsweise das Körperelement in der Regel aus einem nicht-kornorientierten Werkstoff gebildet sein kann, wodurch eine im Wesentlichen isotrope Flussführung realisiert werden kann. Dadurch kann der magnetische Fluss zwar im Wesentlichen unabhängig von seiner Richtung gut geführt werden, jedoch sind die Flussführungseigenschaften begrenzt. Die Erfindung nutzt den weiteren Gedanken, dass durch die Anordnung des Flussführungsteils in der Durchgangsöffnung bereichsweise eine verbesserte Flussführung erreicht werden kann. Durch die Anordnung des Flussführungsteils kann nämlich eine verbesserte Flussführung dann erreicht werden, wenn die Kornorientierung des Flussführungsteils vorzugsweise im Wesentlichen entsprechend der im bestimmungsgemäßen Betrieb vorherrschenden Richtung des magnetischen Flusses entspricht. Dadurch kann eine verbesserte Flussführung gegenüber dem nicht-kornorientierten magnetisierbaren Werkstoff erreicht werden.
-
Die Erfindung nutzt dabei weiterhin, das Flussführungsteil so zu gestalten, dass es im in der Durchgangsöffnung gesicherten Zustand entsprechend der in diesem Bereich vorherrschenden Richtung des magnetischen Flusses seine Kornorientierung bereitstellt und so zu einer verbesserten Flussführung gegenüber dem nicht-kornorientierten Werkstoff, der das Flussführungsteil umgibt, erhöhen kann.
-
Das Blech beziehungsweise das Körperelement kann natürlich wenigstens eine einzige Durchgangsöffnung aufweisen. Vorzugsweise weist das Blech beziehungsweise das Körperelement jedoch mehrere Durchgangsöffnungen auf, in denen entsprechende Flussführungsteile angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Flussführungsteile vollständig von dem nicht-kornorientierten Werkstoff des Blechs beziehungsweise des Körperelements umgeben. Auf diese Weise kann eine verbesserte Flussführung erreicht werden, ohne dass Abmessungen der magnetischen Einheit, insbesondere des Läufers sowie auch der elektrischen Maschine beziehungsweise des Kraftfahrzeugs, geändert zu werden brauchen. Alleine die Anordnung des Flussführungsteils in der Durchgangsöffnung kann somit ausreichen, die verbesserte Flussführung und damit den verbesserten Wirkungsgrad erreichen zu können. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Größe des Flussführungsteils so bemessen ist, dass innerhalb des Bereichs, in dem das Flussführungsteil im Blech beziehungsweise im Körperelement angeordnet ist, sich die Richtung des magnetischen Flusses, der geführt werden soll, kaum oder nur unwesentlich gegenüber der Kornorientierung ändert.
-
Die Durchgangsöffnung des Blechs beziehungsweise des Körperelements ist vorzugsweise in einer axialen Richtung des Läufers ausgebildet. Die Durchgangsöffnung ist deshalb separat von einer etwaig vorgesehenen zentralen Durchgangsöffnung des Läufers, die dazu dient, zum Beispiel eine Läuferwelle oder dergleichen aufzunehmen. Das Gleiche gilt dem Grunde nach auch für das Blech, welches zum Ausbilden der magnetischen Einheit des Läufers in der Regel quer zur Drehachse des Läufers angeordnet ist. Dadurch folgen die aufeinanderfolgend angeordneten Bleche eines Blechpakets in axialer Richtung aufeinander. Im Blechpaket sind die aufeinanderfolgend angeordneten Bleche zueinander ferner in der Regel derart ausgerichtet, dass die Durchgangsöffnungen der Bleche zugleich auch Durchgangsöffnungen des gesamten Blechpakets in axialer Richtung bereitstellen.
-
Das Blech weist in der Regel einen Werkstoff aus einem nicht-kornorientierten Werkstoff auf, der magnetisierbar ist. Der magnetisierbare Werkstoff ist vorzugsweise ein ferromagnetischer Werkstoff. Der nicht-kornorientierte Werkstoff ist vorzugsweise im Wesentlichen unabhängig von der Richtung des Magnetfelds beziehungsweise des magnetischen Flusses im Wesentlichen gleich magnetisierbar. Ein solcher Werkstoff kann zum Beispiel Weicheisen, ein Werkstoff für Elektrobleche oder dergleichen sein.
-
Hiervon unterscheidet sich der kornorientierte magnetisierbare Werkstoff des Flussführungsteils. Der kornorientierte magnetisierbare Werkstoff, der beispielsweise ebenfalls als Blechteil zur Verfügung gestellt sein kann, kann durch mehrere, aufeinanderfolgende Walz- und Glühbehandlungen hergestellt werden. Dadurch kann eine Kornorientierung beziehungsweise Textur erreicht werden. Die hierdurch erreichbare Anisotropie im Werkstoff erlaubt es, abhängig von einer Magnetisierungsrichtung Ummagnetisierungsverluste und die relative magnetische Permeabilität zu ändern. Benutzt werden können kornorientierte magnetisierbare Werkstoffe zum Beispiel auch zum Herstellen von Transformatoren. Bei Nutzung eines kornorientierten magnetisierbaren Werkstoffs für das Flussführungsteil ist die Kornorientierung beziehungsweise Textur vorzugsweise in einer Ebene quer zu einer Blechdicke bei einem Blech beziehungsweise quer zu einer axialen Erstreckung des Körperelements. Dadurch kann durch die geeignete Anordnung des Flussführungsteils die Führung des magnetischen Flusses im bestimmungsgemä-ßen Betrieb verstärkt werden.
-
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Anwendung bei Läufern beschränkt und kann dem Grunde nach natürlich auch bei einem Ständer der rotierenden elektrischen Maschine vorgesehen sein. Das gesicherte Halten des Flussführungsteils in seiner Lage erlaubt es, dass besonders für den Läufer während des bestimmungsgemäßen Betriebs die Richtung des Flussführungsteils gegenüber dem Blech beziehungsweise gegenüber dem Körperelement im Wesentlichen konstant ist und somit die Flussführungseigenschaften im bestimmungsgemäßen Betrieb im Wesentlichen unverändert aufrechterhalten werden können.
-
Das Körperelement gemäß dem zweiten Aspekt kann dem Grunde nach natürlich auch ein Blechpaket aufweisen. Es kann darüber hinaus jedoch auch - je nach Maschinenkonstruktion - aus einem einstückigen Teil gebildet sein. In Bezug auf das Körperelement ist das Flussführungsteil vorzugsweise hinsichtlich seiner axialen Erstreckung entsprechend der axialen Erstreckung des Körperelements beziehungsweise der magnetisierbaren Einheit beziehungsweise des Läufers ausgebildet.
-
In Bezug auf den ersten Aspekt beziehungsweise das Blech ist das Flussführungsteil hinsichtlich seiner Dicke vorzugsweise im Wesentlichen entsprechend der Dicke des Blechs ausgebildet.
-
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Kornorientierung des kornorientierten Werkstoffs des Flussführungsteils abhängig von einer Richtung eines im bestimmungsgemäßen Betrieb zu führenden magnetischen Flusses gewählt ist. Dadurch kann eine gute Wirkung des Flussführungsteils im bestimmungsgemäßen Betrieb erreicht werden, sodass die Führung des magnetischen Flusses besonders im bestimmungsgemäßen Betrieb deutlich verbessert werden kann. Die Führung des magnetischen Flusses beziehungsweise seine Richtung kann beispielsweise mittels geeigneter Messtechnik, aber auch numerisch mittels Simulation ermittelt werden. Anhand der ermittelten Richtung des magnetischen Flusses kann sodann die Ausrichtung und Kontur des Flussführungsteils ermittelt werden und das Flussführungsteil entsprechend hergestellt werden. Das Flussführungsteil kann dann entsprechend ausgerichtet in die Durchgangsöffnung eingesetzt werden beziehungsweise dort angeordnet werden.
-
Durch die gesicherte Anordnung wird erreicht, dass die Flussführungseigenschaften während des bestimmungsgemäßen Betriebs in der gewünschten Form bereitgestellt und erhalten bleiben können. Je nach Konstruktion des Läufers beziehungsweise der magnetischen Einheit kann es vorgesehen sein, dass mehr als eine einzige Durchgangsöffnung vorgesehen sind, in denen entsprechende Flussführungsteile angeordnet sein können. Vorzugsweise sind die Flussführungsteile entsprechend der Richtung des im bestimmungsgemäßen Betrieb auftretenden magnetischen Flusses ausgerichtet in den jeweiligen Durchgangsöffnungen angeordnet und gesichert gehalten. Durch die Erfindung ist es somit auch möglich, eine verbesserte Flussführung auch dann zu erreichen, wenn der magnetische Fluss keine im Wesentlichen konstante Richtung aufweist. Durch entsprechendes Vorsehen von Durchgangsöffnungen und deren Abmessungen in Verbindung mit entsprechender Ausrichtung der Flussführungsteile in den jeweiligen Durchgangsöffnungen kann auch bei gekrümmten Richtungen des magnetischen Flusses eine verbesserte Flussführung erreicht werden. Diese Maßnahme kann natürlich gleichermaßen auch für das Körperelement vorgesehen sein.
-
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass eine Außenkontur des Flussführungsteils zumindest teilweise an eine Innenkontur der Durchgangsöffnung angepasst ausgebildet ist. Dadurch kann zumindest bereichsweise eine formschlüssige Anordnung des Flussführungsteils in seiner jeweiligen Durchgangsöffnung erreicht werden. Beispielsweise kann eine reibschlüssige Verbindung erreicht werden. Hierdurch kann nicht nur eine gute Verbindung zwischen dem Flussführungsteil und der Innenkontur der Durchgangsöffnung erreicht werden, sondern es kann zugleich auch ein gesichertes Halten des Flussführungsteils in seiner bestimmten Lage erreicht werden. Darüber hinaus kann auch eine gute thermische Ankopplung erreicht werden. Weiterhin kann natürlich vorgesehen sein, dass zwischen der Innenkontur der Durchgangsöffnung und dem Flussführungsteil eine Öffnung verbleibt. Diese kann zum Beispiel als Flusssperre oder dergleichen genutzt werden. Durch Anordnung einer oder mehrerer derartiger Öffnungen kann somit die Flussführungsflexibilität erhöht werden. Dies gilt natürlich gleichermaßen auch für das Körperelement.
-
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass sowohl die Außenkontur als auch die Innenkontur jeweils Formschlusselemente aufweisen, die miteinander in Eingriff stehen. Durch die Formschlusselemente, die miteinander in Eingriff stehen, kann auf besonders einfache und zuverlässige Weise ein gesichertes Halten der Lage des Flussführungsteils in der Durchgangsöffnung realisiert werden. Die Formschlusselemente können beispielsweise durch Vorsprünge gebildet sein, die an der Innenkontur der Durchgangsöffnung und/oder an der Außenkontur des Flussführungsteils ausgebildet sind, die in entsprechende jeweils gegenüberliegende Ausnehmungen an der Innenkontur der Durchgangsöffnung beziehungsweise der Außenkontur des Flussführungsteils ausgebildet sind, eingreifen. Die Formschlusselemente können beispielsweise nach Art von Zähnen, Pilzen ausgebildet sein, aber auch weitere eckige und/oder runde Strukturen aufweisen. Die Ausnehmungen sind dann vorzugsweise entsprechend angepasst ausgebildet, sodass eine formschlüssige Verbindung realisiert werden kann. Die Formschlusselemente können beispielsweise nach Art eines Puzzleteils ausgebildet sein. Diese Weiterbildung eignet sich dann nicht nur für das Blech, sondern auch für das Körperelement. Die Formschlusselemente erstrecken sich zumindest teilweise über den Umfang der Innenkontur beziehungsweise der Außenkontur. Vorzugsweise sind sie im Wesentlichen Vollumfänglich ausgebildet.
-
Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Außenkontur des Führungsteils wenigstens eine Ausnehmung aufweist, die gegenüberliegend zu einer Ausnehmung der Innenkontur der Durchgangsöffnung angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, zum Beispiel eine Flusssperre zu realisieren. Dadurch kann die Flexibilität in Bezug auf das Führen des magnetischen Flusses in der magnetischen Einheit weiter verbessert werden. Auch diese Weiterbildung eignet sich sowohl für die Realisierung bei dem Blech als auch bei dem Körperelement.
-
In Bezug auf den Läufer wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Läufer als Innenläufer oder als Außenläufer ausgebildet ist. Dadurch kann die Erfindung auch bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen in Bezug auf elektrische Maschinen zum Einsatz kommen.
-
Die für das erfindungsgemäße Blech angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich gleichermaßen auch insbesondere für das erfindungsgemä-ße Körperelement sowie für die erfindungsgemäßen Läufer entsprechend dem ersten und zweiten Aspekt sowie die rotierende elektrische Maschine und das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
-
Die vorgenannten Möglichkeiten können natürlich auch in nahezu beliebiger Weise kombiniert werden, um die Funktion der Erfindung weiter zu verbessern oder an spezifische Konstruktionen und Beanspruchungen anpassen zu können.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen eines erfindungsgemäßen Läufers, der Merkmale aufweist, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Blechs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Läufers hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
-
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 in einer schematischen Seitenansicht ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinrichtung, die eine elektrische Maschine umfasst;
- 2 in einer schematischen Draufsicht einen Ausschnitt eines Blechs für eine Synchron-Reluktanzmaschine;
- 3 eine schematisch vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts III gemäß 2 in einem Bereich, in dem Formschlusselemente angeordnet sind;
- 4 in einer schematischen Schnittansicht einen Ausschnitt einer magnetischen Einheit eines Läufers einer permanenterregten Synchronmaschine;
- 5 eine schematisch vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts V gemäß 4 in einem Bereich, in dem Formschlusselemente angeordnet sind;
- 6 in einer schematischen Schnittansicht einen Ausschnitt einer magnetischen Einheit eines Läufers einer fremderregten Synchronmaschine; und
- 7 eine schematisch vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts VII gemäß 6 in einem Bereich, in dem Formschlusselemente angeordnet sind.
-
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
-
1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, welches hier als Elektrofahrzeug 50 ausgebildet ist. Das Elektrofahrzeug 50 weist eine elektrische Antriebseinrichtung 52 auf, die als rotierende elektrische Maschine 10 eine permanenterregte Synchronmaschine zum Antreiben des Elektrofahrzeugs 50 in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb aufweist. In alternativen Ausgestaltungen kann die rotierende elektrische Maschine auch nach Art einer fremderregten Synchronmaschine, einer Synchron-Reluktanzmaschine oder dergleichen gebildet sein. Je nach Konstruktion der elektrischen Antriebseinrichtung 52 kann die rotierende elektrische Maschine 10 einen Innenläufer oder einen Außenläufer aufweisen. Die elektrische Antriebseinrichtung 52 ist ferner über einen Wechselrichter 56 als Energiewandler an eine Hochvoltbatterie 54 angeschlossen, die der elektrischen Energieversorgung der Antriebseinrichtung 52 dient.
-
2 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen Ausschnitt eines Blechs 12 einer Synchron-Reluktanzmaschine 10 als rotierender elektrischer Maschine, die in ihrem weiteren Aufbau nicht dargestellt ist. Dieser ist dem Fachmann bekannt, weshalb von einer detaillierten weiteren Erläuterung hierzu abgesehen wird. Weitere entsprechende Ausschnitte schließen sich in Umfangsrichtung an, um eine im Wesentlichen kreisförmige Kontur des Blechs 12 zu bilden.
-
Die Synchron-Reluktanzmaschine 10 weist einen Innenläufer 42 auf, der in einer Öffnung eines nicht weiter darstellten Ständers der Synchron-Reluktanzmaschine 10 drehbar angeordnet ist.
-
Der Läufer 42 weist eine magnetische Einheit 36 auf, die nach Art eines Blechpakets aus den Blechen 12 gebildet ist. In 2 ist schematisch ein Ausschnitt des Blechs 12 darstellt. Das Blech 12 ist vorliegend im Wesentlichen kreisrund ausgebildet. Der Läufer 42 weist ein Zentrum 20 auf, welches zugleich auch seine Drehachse im bestimmungsgemäßen Betrieb darstellt.
-
Der Läufer 42 umfasst eine Läuferwelle 62, an der die magnetische Einheit 36 mit den Blechen 12 befestigt ist.
-
Die Bleche 12 sind aus einem nicht-kornorientierten magnetisierbaren Werkstoff gebildet und in axialer Richtung zur Drehachse des Läufers 42 unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet. Die Bleche 12 sind elektrisch isoliert gegenüber einander angeordnet.
-
Die Bleche 12 sind als Reluktanzbleche ausgebildet und weisen Flussleitabschnitte 66 sowie Flusssperrabschnitte 64 auf. Die Funktion einer Synchron-Reluktanzmaschine 10 ist dem Fachmann bekannt, weshalb von weiteren Erläuterungen diesbezüglich abgesehen wird. In 2 ist ein Ausschnitt eines Blechs 12 dargestellt, das einen im Wesentlichen kreisförmigen Außenumfang aufweist. Das Blech 12 weist eine nicht bezeichnete zentrale Durchgangsöffnung auf, in der die Läuferwelle 62 anordbar ist.
-
Im Bereich der Flussleitabschnitte 66 und der Flusssperrabschnitte 64 ist eine weitere Durchgangsöffnung 14 ausgebildet. Die Durchgangsöffnung 14 ist außerhalb des Zentrums 20 des Blechs 12 angeordnet und ist insbesondere durch den nicht-kornorientierten Werkstoff des Blechs 12 getrennt von der zentralen Durchgangsöffnung angeordnet.
-
In der Durchgangsöffnung 14 ist ein Flussführungsteil 22 eingesetzt, welches zum Beeinflussen des Führens eines magnetischen Flusses während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Reluktanz-Synchronmaschine 10 dient. Das Flussführungsteil 22 ist aus einem magnetisierbaren Werkstoff gebildet, der zugleich ein kornorientierter Werkstoff ist. Die Kornorientierung des Flussführungsteils 22 ist in der 2 vorliegend durch parallele Linien dargestellt.
-
Ein magnetischer Fluss wird in Richtung der parallelen Linien des Flussführungsteils 22 verstärkt und quer dazu gedämpft geführt, weil das Flussführungsteil 22 in Richtung der parallelen Linien vorliegend einen geringeren magnetischen Widerstand als der nicht-kornorientierte Werkstoff aufweist, wohingegen quer dazu das Flussführungsteil 22 einen höheren magnetischen Widerstand als der nicht-kornorientierte Werkstoff des Blechs 12 bereitstellt. Dadurch kann die Flussführung in Richtung der parallelen Linien verbessert werden, wohingegen sie quer dazu verschlechtert wird. Dies führt dazu, dass die gewünschte Funktion der Flusssperrbereiche 64 und der Flussleitbereiche 66 mittels des Flussführungsteils 22 unterstützt beziehungsweise verbessert werden kann. Darüber hinaus ist vorliegend vorgesehen, dass die Flusssperrabschnitte 64 in das Flussführungsteil 22 hineinragen, sodass radiale Stege 68 gebildet werden, die der Stabilität des Läufers 42 während des bestimmungsgemäßen Betriebs dienen.
-
Die Kornorientierung des kornorientierten Werkstoffs des Flussführungsteils 22 ist somit abhängig von einer Richtung des im bestimmungsgemäßen Betrieb zu führenden magnetischen Flusses gewählt.
-
Das Flussführungsteil 22 ist im in der Durchgangsöffnung 14 angeordneten Zustand in seiner Lage gesichert gehalten. Zu diesem Zweck ist eine Außenkontur 30 des Flussführungsteils 22 zumindest teilweise an eine Innenkontur 28 der Durchgangsöffnung 14 angepasst ausgebildet, wie dies anhand von 3 gezeigt ist.
-
3 stellt einen vergrößerten Bereich III der 2 dar. Zu erkennen ist, dass sowohl die Außenkontur 30 als auch die Innenkontur 28 jeweils Formschlusselemente 32, 34 aufweisen, die miteinander in Eingriff stehen. Auf diese Weise kann eine mechanische Verbindung zwischen dem Flussführungsteil 22 und der Durchgangsöffnung 14 nach Art von Puzzle-Teilen, die miteinander verbunden sind, hergestellt werden. Die Formschlusselemente 32, 34 sind vorliegend im Wesentlichen pilzförmig ausgebildet und so versetzt zueinander angeordnet, dass sie ineinandergreifen können, um eine formschlüssige Verbindung herstellen zu können.
-
Ferner ist aus 2 weiterhin ersichtlich, dass die Außenkontur 30 des Flussführungsteils 22 Ausnehmungen 70 aufweist, die gegenüberliegend zu den Ausnehmungen der Innenkontur 28 der Durchgangsöffnung 14 angeordnet ist, die die Flusssperrabschnitte 64 bilden. Dadurch kann insgesamt die Funktion der Synchron-Reluktanz-Maschine 10, insbesondere des Läufers 42, verbessert werden.
-
4 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine zweite Ausgestaltung einer permanenterregten Synchronmaschine 60 als rotierender elektrischer Maschine, bei der ebenfalls ein Läufer 44 als Innenläufer ausgebildet ist. Der Ständer der permanenterregten Synchronmaschine 60 ist vorliegend ebenfalls nicht dargestellt. Die Ausgestaltung gemäß 4 basiert auf der Ausgestaltung gemäß 2, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede weiter erläutert. Die Darstellung gemäß 4 entspricht im Wesentlichen der schematischen Darstellung gemäß 2.
-
Wie aus 4 ersichtlich ist, umfasst der Läufer 42 eine magnetische Einheit 38, die ein Körperelement 46 aus einem magnetisierbaren, nicht-kornorientierten Werkstoff aufweist. Das Körperelement 46 ist vorliegend ebenfalls als Blechpaket ausgebildet. In alternativen Ausgestaltungen kann hier jedoch auch ein homogenes Körperelement aus einem geeigneten Ferritwerkstoff oder dergleichen vorgesehen sein.
-
Das Körperelement 46 umfasst vier Permanentmagnete 72, die im Wesentlichen paarweise doppel-V-förmig angeordnet sind. Die Permanentmagnete 72 sind im Körperelement 46 versenkt angeordnet. Quer zu Polen der Permanentmagnete 72 sind Durchgangsöffnungen 76 ausgebildet, um einen magnetischen Rückschluss unmittelbar am jeweiligen Permanentmagneten 72 zu reduzieren. In 4 sind zwei in Umfangsrichtung zueinander benachbarte Magnetpole des Läufers 44 dargestellt. Die äußere Geometrie des Läufers 44 entspricht im Wesentlichen der äußeren Geometrie des Läufers 42, weshalb diesbezüglich auf die Ausführungen zu 2 verwiesen wird.
-
Zu erkennen ist, dass jeweils zwei der Permanentmagnete 72 in der V-förmigen Anordnung im Wesentlichen etwa parallel zueinander ausgerichtet angeordnet sind. Zwischen den jeweils paarweise im Wesentlichen parallel angeordneten Permanentmagneten 72 ist jeweils eine Durchgangsöffnung 16 ausgebildet, die ebenfalls wie bei der Ausgestaltung gemäß 2 außerhalb eines Zentrums 20 des Körperelements 46 angeordnet ist.
-
Das Körperelement 46 ist aus einem nicht-kornorientierten Werkstoff gebildet. In den Durchgangsöffnungen 16 ist jeweils ein magnetisierbares Flussführungsteil 24 zum Beeinflussen des Führens eines magnetischen Flusses eingesetzt, welches im in der Durchgangsöffnung 16 angeordneten Zustand in seiner Lage gesichert gehalten ist. Das Flussführungsteil 24 weist einen kornorientierten Werkstoff auf, so wie das Flussführungsteil 22 gemäß 2. Die Darstellung des Flussführungsteils 24 entspricht im Wesentlichen der Darstellung des Flussführungsteils 22 gemäß 2. Die Kornorientierung ist daher ebenfalls wieder mit parallelen Linien dargestellt. Diesbezüglich wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
-
Die Richtung der Kornorientierung des Flussführungsteils 24 ist für eine Überlagerung der magnetischen Felder des Läufers 44 und des Ständers bei einem maximalen Drehmoment ausgerichtet. Dies ist anhand der Linien im Flussführungsteil 24 ersichtlich. Dem Grunde nach kann diese Auslegungsregel natürlich auch bei den anderen Ausführungsbeispielen angewendet werden.
-
5 zeigt in einer schematischen vergrößerten Darstellung einen Bereich V in 4. Zu erkennen ist, dass das Flussführungsteil 24 eine Außenkontur 30 mit einem Formschlusselement 34 aufweist, wohingegen die Innenkontur 28 der Durchgangsöffnung 16 ein Formschlusselement 32 aufweist. Die Formschlusselemente 32, 34 stehen miteinander in Eingriff. Dadurch ist das Flussführungsteil 24 in der Durchgangsöffnung 16 gesichert gehalten.
-
In dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Flussführungsteile 24 etwa eine axiale Erstreckung haben, die der axialen Erstreckung der magnetischen Einheit 38 des Läufers 44 entspricht.
-
6 zeigt nun in einer weiteren schematischen Schnittansicht eine dritte Ausgestaltung eines Läufers 44 einer fremderregten Synchronmaschine 58 als rotierende elektrische Maschine. Der Läufer 44 weist eine magnetische Einheit 48 auf, in der eine Wicklung 74 angeordnet ist, die mit einem Gleichstrom beaufschlagbar ist. Eine Konstruktion eines nicht dargestellten Ständers der fremderregten Synchronmaschine 58 kann im Wesentlichen der des Ständers der permanenterregten Synchronmaschine 60 entsprechen.
-
Der Läufer 44 umfasst eine magnetische Einheit 40, die aus einem Blechpaket gebildet ist, und zwar aus Einzelblechen, die elektrisch isoliert aufeinanderfolgend in axialer Richtung in Bezug auf eine Drehachse des Läufers 44 angeordnet sind. Die weiteren mechanischen Eigenschaften des Läufers 44 entsprechen im Wesentlichen denen des Läufers 42, weshalb diesbezüglich auf die diesbezüglichen Ausführungen ergänzend verwiesen wird.
-
In 6 ist ein Ausschnitt eines entsprechenden Blechs 48 gemäß einer Darstellung wie in 2 gezeigt. Das Blech 48 weist im Bereich einer Läuferwicklung 74, das heißt innerhalb der Wicklung 74, eine dezentrale Durchgangsöffnung 18 auf, in der ein Flussführungsteil 26 angeordnet ist. Das Flussführungsteil 26 ist hinsichtlich seines Werkstoffs entsprechend den Flussführungsteilen 22, 24 gemäß den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ausgebildet.
-
In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kornorientierung des Flussführungsteils 26 in Richtung des magnetischen Flusses ausgerichtet ist, der durch die Wicklung 74 erzeugt ist. Im vorliegenden Fall ist die Kornorientierung im Wesentlichen radial in Bezug auf den Läufer 44 ausgerichtet. Bezüglich der entsprechenden Eigenschaften wird auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele ergänzend verwiesen.
-
Ein Bereich VII in 6 ist in 7 vergrößert dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass die Durchgangsöffnung 18 ebenfalls eine Innenkontur 28 und das Flussführungsteil 26 eine Außenkontur 30 aufweisen, die jeweilige Formschlusselemente 32, 34 aufweisen, die miteinander in Eingriff stehen. Diesbezüglich wird auf die entsprechenden Ausführungen zu 2 und 3 verwiesen.
-
Insgesamt sind die Flussführungsteile 22, 24, 26 im Wesentlichen versenkt in den jeweiligen Blechen 12, 48 sowie dem Körperelement 46 angeordnet.
-
Durch die Anordnung der Formschlussteile 22, 24, 26, die eine magnetische Vorzugsrichtung aufgrund ihrer Kornorientierung aufweisen, das heißt magnetisch anisotrop sind, und dadurch, dass miteinander in Eingriff stehende Formschlusselemente vorgesehen sind, kann für die jeweiligen Läufer 42, 44, 46 eine verbesserte Flussführung erreicht werden, sodass der Wirkungsgrad der jeweiligen elektrischen Maschine 10, 58, 60 entsprechend vergrößert werden kann. Dadurch kann ein zusätzliches Reluktanzdrehmoment in der jeweiligen rotierenden elektrischen Maschine 10, 58, 60 erzeugt werden. Infolgedessen kann ein größeres Drehmoment, eine größere Leistung sowie auch eine größere Leistungsdichte erreicht werden.
-
Die Bleche 12, 48 können eine für Läufer übliche Dicke aufweisen, zum Beispiel etwa 0,25 mm oder dergleichen. Die Formschlusskonturen beziehungsweise die Formschlusselemente 32, 34 sorgen dafür, dass die Flussführungsteile 22, 24, 26 in der vorgegebenen Anordnung in Bezug auf die Kornorientierung im Blechpaket beziehungsweise in den Blechen 12, 48 beziehungsweise dem Körperelement 46 mechanisch bezüglich der Festigkeit gut integriert sind. Durch die mittels der Formschlusselemente 32, 34 gebildete Formschlusskontur können darüber hinaus Kräfte zwischen der Innenkontur 28 und der Außenkontur 30 übertragen werden. Dadurch können beispielsweise Fliehkräfte oder auch Torsionskräfte übertragen werden.
-
Die Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 9246361 B2 [0007]
- US 2001/0030486 A1 [0007]
- JP 2002095227 A [0007]
