DE102021123754A1

DE102021123754A1 - Rotor contour of an electrical machine to reduce magnetic force excitations

Info

Publication number: DE102021123754A1
Application number: DE102021123754.8A
Authority: DE
Inventors: Korbinian KOENIG-PETERMAIER; Maximilian Martens; Robert Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2023-03-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (3) für eine permanenterregte elektrische Maschine (1) aufweisend einen Rotorkern (8) und eine in den Rotorkern (8) eingebettete Permanentmagnetanordnung (12) zur Erzeugung einer magnetischen Luftspaltflussdichte in einem an eine Außenseite (9) des Rotorkerns (8) angrenzenden Luftspalt (4), wobei der Rotorkern (8) pro Rotorpol zumindest einen sich axial erstreckenden Hohlraum (13) zum Aufnehmen zumindest eines Permanentmagneten (14) der Permanentmagnetanordnung (12) aufweist und wobei in radialer Richtung zwischen den Hohlräumen (13) und der Außenseite (9) des Rotorkerns (8) jeweilige, sich in Umfangsrichtung (U) erstreckende Stege (15) mit Hauptflusspfadbereichen (16) und Streuflusspfadbereichen (17) für einen magnetischen Fluss der Permanentmagnetanordnung (12) ausgebildet sind,
wobei an die Hauptflusspfadbereiche (16) angrenzende Abschnitte der Außenseite (9) des Rotorkerns (8) eine Strukturierung (18) aufweisen, welche zur Beeinflussung eines Verlaufs der magnetischen Luftspaltflussdichte eine magnetische Störstruktur ausbildet. Die Erfindung betrifft außerdem eine permanenterregte elektrische Maschine (1) sowie ein Kraftfahrzeug.

The invention relates to a rotor (3) for a permanent-magnet electrical machine (1), having a rotor core (8) and a permanent magnet arrangement (12) embedded in the rotor core (8) for generating a magnetic air-gap flux density in an outer side (9) of the rotor core (8) adjacent air gap (4), wherein the rotor core (8) has at least one axially extending cavity (13) per rotor pole for receiving at least one permanent magnet (14) of the permanent magnet arrangement (12) and wherein in the radial direction between the cavities (13 ) and the outside (9) of the rotor core (8), respective webs (15) extending in the circumferential direction (U) are formed with main flux path areas (16) and leakage flux path areas (17) for a magnetic flux of the permanent magnet arrangement (12),
wherein sections of the outside (9) of the rotor core (8) adjoining the main flux path regions (16) have a structure (18) which forms a magnetic interference structure to influence a course of the magnetic air gap flux density. The invention also relates to a permanently excited electrical machine (1) and a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine aufweisend einen Rotorkern und eine in den Rotorkern eingebettete Permanentmagnetanordnung zur Erzeugung einer magnetischen Luftspaltflussdichte in einem an eine Außenseite des Rotorkerns angrenzenden Luftspalt. Der Rotorkern weist pro Rotorpol zumindest einen sich axial erstreckenden Hohlraum zum Aufnehmen zumindest eines Permanentmagneten der Permanentmagnetanordnung auf. In radialer Richtung zwischen den Hohlräumen und der Außenseite des Rotorkerns sind jeweilige, sich in Umfangsrichtung erstreckende Stege mit Hauptflusspfadbereichen und Streuflusspfadbereichen für einen magnetischen Fluss der Permanentmagnetanordnung ausgebildet. Die Erfindung betrifft außerdem eine permanenterregte elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a rotor for a permanent-magnet electrical machine, having a rotor core and a permanent magnet arrangement embedded in the rotor core for generating a magnetic air-gap flux density in an air gap adjacent to an outside of the rotor core. The rotor core has at least one axially extending cavity for receiving at least one permanent magnet of the permanent magnet arrangement per rotor pole. In the radial direction between the cavities and the outside of the rotor core, respective webs extending in the circumferential direction are formed with main flux path areas and leakage flux path areas for a magnetic flux of the permanent magnet arrangement. The invention also relates to a permanently excited electrical machine and a motor vehicle.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf permanenterregte elektrische Maschinen für Kraftfahrzeuge. Solche Maschinen können beispielsweise als Antriebsmaschinen für elektrifizierte Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge, eingesetzt werden. Permanenterregte elektrische Maschinen weisen Aktivteile in Form von einem ortsfest gelagerten Stator mit bestrombaren Statorwicklungen, welche beispielsweise in Statornuten angeordnet sind, sowie einem bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor mit einer Permanentmagnetanordnung auf. Die Permanentmagnetanordnung kann beispielsweise Oberflächenmagnete oder eingebettete bzw. vergrabene Permanentmagnete aufweisen, welche in Hohlräumen eines Rotorkerns des Rotors angeordnet sind. Magnetische Flüsse der Statorwicklungen und der Permanentmagnete führen zu einer magnetischen Luftspaltflussdichte innerhalb eines Luftspalts zwischen dem Rotor und dem Stator.In the present case, interest is directed towards permanently excited electrical machines for motor vehicles. Such machines can be used, for example, as drive machines for electrified motor vehicles, ie electric or hybrid vehicles. Permanently excited electrical machines have active parts in the form of a stationarily mounted stator with energizable stator windings, which are arranged, for example, in stator slots, and a rotor mounted rotatably with respect to the stator with a permanent magnet arrangement. The permanent magnet arrangement can have, for example, surface magnets or embedded or buried permanent magnets, which are arranged in cavities of a rotor core of the rotor. Magnetic fluxes of the stator windings and the permanent magnets result in an air gap magnetic flux density within an air gap between the rotor and the stator.

Ein Verlauf der magnetischen Flussdichte beeinflusst ein Verhalten, insbesondere ein Drehmoment und eine Verlustleistung, der elektrischen Maschine. Dabei ist ein sinusförmiger Verlauf der magnetischen Luftspaltflussdichte über einen elektrischen Winkel ideal. Verkettete Streuungen der Permanentmagnete sowie geometrische Gegebenheiten des Rotors oder des Stators, beispielsweise die Statornuten, beeinflussen den qualitativen und quantitativen Verlauf der magnetischen Luftspaltflussdichte. Eine Streuung in Form von einem magnetischen Streufluss, welcher den Stator bzw. dessen Wicklung nicht durchflutet, trägt nicht zur Drehmomentbildung bei und reduziert daher die Amplitude und beeinflusst die Form der nutzdrehmomentbildenden, sinusförmigen Grundharmonischen. Eine Streuung in Form von einem Oberwellenstreufluss überlagert die nutzdrehmomentbildende, sinusförmige Grundharmonische durch harmonische Oberwellen. Diese harmonischen Oberwellen sind verantwortlich für eine zusätzliche Verlustleistung in den Aktivteilen und damit für eine zusätzliche Erwärmung der elektrischen Maschine. Außerdem verursachen die harmonischen Oberwellen zusätzliche Welligkeiten bzw. Ungleichförmigkeiten im Drehmoment sowie unerwünschte akustische Anregungen.A course of the magnetic flux density influences a behavior, in particular a torque and a power loss, of the electrical machine. A sinusoidal course of the magnetic air gap flux density over an electrical angle is ideal. Interlinked scattering of the permanent magnets as well as geometric conditions of the rotor or the stator, for example the stator slots, influence the qualitative and quantitative course of the magnetic air gap flux density. Scattering in the form of a magnetic leakage flux, which does not flow through the stator or its winding, does not contribute to the generation of torque and therefore reduces the amplitude and influences the form of the sinusoidal fundamental harmonic that forms the useful torque. A scattering in the form of a harmonic stray flux superimposes the useful torque-forming, sinusoidal fundamental harmonic with harmonic harmonics. These harmonics are responsible for additional power loss in the active parts and thus for additional heating of the electrical machine. In addition, the harmonic waves cause additional ripples or non-uniformities in the torque as well as unwanted acoustic excitations.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders einfach zu realisierende Lösung zur Beeinflussung eines Verlaufs einer magnetischen Luftspaltflussdichte einer permanenterregten elektrischen Maschine bereitzustellen.It is the object of the present invention to provide a solution that is particularly easy to implement for influencing a profile of a magnetic air-gap flux density of a permanently excited electrical machine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor, eine permanenterregte elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.According to the invention, this object is achieved by a rotor, a permanently excited electrical machine and a motor vehicle having the features according to the respective independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent patent claims, the description and the figure.

Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine weist zumindest zwei, in Umfangsrichtung des Rotors benachbart zueinander angeordnete Rotorpole auf. Der Rotor weist einen Rotorkern und eine in den Rotorkern eingebettete Permanentmagnetanordnung zur Erzeugung einer magnetischen Luftspaltflussdichte in einem an eine Außenseite des Rotorkerns angrenzenden Luftspalt auf. Der Rotorkern weist pro Rotorpol zumindest einen sich axial erstreckenden Hohlraum zum Aufnehmen zumindest eines Permanentmagneten der Permanentmagnetanordnung auf. In radialer Richtung zwischen den Hohlräumen und der Außenseite des Rotorkerns sind jeweilige, sich in Umfangsrichtung erstreckende Stege mit Hauptflusspfadbereichen und Streuflusspfadbereichen für einen magnetischen Fluss der Permanentmagnetanordnung ausgebildet. Erfindungsgemäß weisen an die Hauptflusspfadbereiche angrenzende Abschnitte der Außenseite des Rotorkerns eine Strukturierung auf, welche zur Beeinflussung eines Verlaufs der magnetischen Luftspaltflussdichte eine magnetische Störstruktur ausbildet.A rotor according to the invention for a permanently excited electrical machine has at least two rotor poles arranged adjacent to one another in the circumferential direction of the rotor. The rotor has a rotor core and a permanent magnet arrangement embedded in the rotor core for generating a magnetic air gap flux density in an air gap adjacent to an outer side of the rotor core. The rotor core has at least one axially extending cavity for receiving at least one permanent magnet of the permanent magnet arrangement per rotor pole. In the radial direction between the cavities and the outside of the rotor core, respective webs extending in the circumferential direction are formed with main flux path areas and leakage flux path areas for a magnetic flux of the permanent magnet arrangement. According to the invention, sections of the outside of the rotor core adjoining the main flux path areas have a structure which forms a magnetic interference structure for influencing a course of the magnetic air gap flux density.

Die Erfindung betrifft außerdem eine permanenterregte elektrische Maschine mit einem Stator und einem bezüglich des Stators drehbar gelagerten erfindungsgemäßen Rotor, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Luftspalt ausgebildet ist. Der Luftspalt liegt also entlang der radialen Richtung zwischen dem Rotor und dem Stator. Die elektrische Maschine kann beispielsweise als elektrische Traktionsmaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug verwendet werden. Die elektrische Maschine weist den Stator auf, welcher einen Statorkern, beispielsweise ein Statorblechpaket, mit in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Statornuten aufweist. In den Statornuten, welche dem Luftspalt zwischen Stator und Rotor zugewandt sind, sind bestrombare Statorwicklungen angeordnet. In einem durch das hohlzylinderförmige Statorblechpaket umschlossenen Innenraum ist der Rotor drehbar gelagert. Zwischen einer dem Innenraum zugewandten, die Statornuten aufweisenden Innenseite des Stators und der Außenseite des Rotorkerns ist der Luftspalt ausgebildet.The invention also relates to a permanently excited electric machine with a stator and a rotor according to the invention which is rotatably mounted with respect to the stator, an air gap being formed between the rotor and the stator. The air gap is thus along the radial direction between the rotor and the stator. The electric machine can be used, for example, as an electric traction machine for an electrically drivable motor vehicle. The electrical machine has the stator, which has a stator core, for example a laminated stator core, with stator slots distributed in the circumferential direction. In the stator slots, which are the air gap facing between the stator and the rotor, energizable stator windings are arranged. The rotor is rotatably mounted in an interior space enclosed by the hollow-cylindrical laminated core of the stator. The air gap is formed between an inside of the stator, which faces the interior and has the stator slots, and the outside of the rotor core.

Der Rotorkern kann beispielsweise als ein Rotorblechpaket aus axial gestapelten Elektroblechlamellen ausgebildet sein. Der Rotorkern weist eine der Rotationsachse zugewandte Innenseite und eine dem Luftspalt zugewandte Außenseite auf. Die Innenseite umschließt eine sich axial entlang der Rotationsachse erstreckende Rotorwelle, welche drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Der Rotor weist zumindest zwei Rotorpole auf, wobei jedem Rotorpol ein Sektor des Rotorkerns zugeordnet ist. Zwei benachbarte alternierende Rotorpole in Form von einem magnetischen Südpol und einem magnetischen Nordpol bilden ein Polpaar aus. Dabei ist in jedem Sektor zumindest ein Permanentmagnet angeordnet. Die Permanentmagnete sind dabei eingebettete bzw. vergrabene Magnete, welche in den Hohlräumen des Rotorkerns angeordnet sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass jeder Rotorpol einen Hohlraum mit einem Permanentmagneten aufweist. Der Permanentmagnet kann dabei auch ein geteilter Permanentmagnet sein, sodass in einem Hohlraum zumindest zwei Teilpermanentmagnete durch einen Luftsteg voneinander getrennt angeordnet sind. Auch kann vorgesehen sein, dass ein Rotorpol zumindest zwei, in Umfangsrichtung zueinander benachbarte Hohlräume aufweist, wobei in jedem Hohlraum ein Permanentmagnet angeordnet ist.The rotor core can be designed, for example, as a laminated rotor core made of axially stacked electrical laminations. The rotor core has an inside facing the axis of rotation and an outside facing the air gap. The inside encloses a rotor shaft which extends axially along the axis of rotation and is connected to the rotor in a rotationally fixed manner. The rotor has at least two rotor poles, with each rotor pole being assigned a sector of the rotor core. Two adjacent alternating rotor poles in the form of a magnetic south pole and a magnetic north pole form a pole pair. At least one permanent magnet is arranged in each sector. The permanent magnets are embedded or buried magnets, which are arranged in the cavities of the rotor core. It can be provided that each rotor pole has a cavity with a permanent magnet. The permanent magnet can also be a divided permanent magnet, so that at least two partial permanent magnets are arranged in a cavity, separated from one another by an air bridge. Provision can also be made for a rotor pole to have at least two cavities which are adjacent to one another in the circumferential direction, with a permanent magnet being arranged in each cavity.

Da der sich axial in dem Rotorkern erstreckende Hohlraum in radialer Richtung und in Umfangsrichtung vollständig von Rotorkernmaterial umgeben ist, befindet sich in radialer Richtung zwischen dem Hohlraum und der dem Luftspalt zugewandten Außenseite des Rotorkerns und damit zwischen dem in dem Hohlraum angeordneten Permanentmagneten und dem Luftspalt Rotorkernmaterial. Dieses Rotorkernmaterial bildet die Stege bzw. Brücken aus, welche sich in Umfangsrichtung erstrecken. Die Stege liegen also in radialer Richtung oberhalb der Permanentmagnete. Über diese Stege wird der magnetische Fluss zwischen den Permanentmagneten und dem Luftspalt geleitet.Since the cavity extending axially in the rotor core is completely surrounded by rotor core material in the radial direction and in the circumferential direction, there is rotor core material in the radial direction between the cavity and the outside of the rotor core facing the air gap and thus between the permanent magnet arranged in the cavity and the air gap . This rotor core material forms the webs or bridges, which extend in the circumferential direction. The webs are therefore in the radial direction above the permanent magnets. The magnetic flux between the permanent magnets and the air gap is conducted via these webs.

Ziel ist es dabei, dass die durch die magnetischen Flüsse der Permanentmagnetanordnung und der Statorwicklungen im Luftspalt erzeugte Luftspaltflussdichte einen möglichst glatten, sinusförmigen Verlauf aufweist. Dieser glatte, sinusförmige Verlauf wird insbesondere durch den magnetischen Hauptfluss der Permanentmagnete über die Hauptflusspfadbereiche der Stege gebildet. Magnetische Streuflüsse der Permanentmagnete können diese sinusförmige Grundwelle jedoch mit unerwünschten Oberwellen überlagern, sodass der Verlauf der Luftspaltflussdichte gestört bzw. geändert wird. Diese magnetischen Streuflüsse treten beispielsweise an Rändern der Permanentmagnete auf und werden über die Streuflussbereiche der Stege zu dem Luftspalt geleitet. Auch die Statornuten können den Verlauf der Luftspaltflussdichte negativ beeinflussen. Diese Änderungen bzw. Störungen des magnetischen Flusses führen zu harmonischen magnetischen Kraftanregungen verschiedener Ordnungszahlen, welche zu mechanischen Belastungen der Maschinenbauteile und insbesondere zu akustischen Anregungen führen.The aim here is for the air gap flux density generated by the magnetic fluxes of the permanent magnet arrangement and the stator windings in the air gap to have the smoothest possible sinusoidal curve. This smooth, sinusoidal course is formed in particular by the main magnetic flux of the permanent magnets via the main flux path areas of the webs. Magnetic stray fluxes from the permanent magnets can, however, superimpose this sinusoidal fundamental wave with undesired harmonics, so that the course of the air-gap flux density is disturbed or changed. These magnetic stray fluxes occur, for example, at the edges of the permanent magnets and are conducted to the air gap via the stray flux regions of the webs. The stator slots can also have a negative effect on the course of the air gap flux density. These changes or disturbances in the magnetic flux lead to harmonic magnetic force excitations of different ordinal numbers, which lead to mechanical stress on the machine components and, in particular, to acoustic excitations.

Um die magnetische Luftspaltflussdichte insbesondere dahingehend zu verändern, dass sie möglichst glatt und oberwellenreduziert ist, wird die dem Luftspalt zugewandte Oberfläche des Rotors gezielt konturiert bzw. strukturiert. Dadurch wird die magnetische Leitfähigkeit des Rotorkerns in diesen Bereichen gezielt zur Störung bzw. Beeinflussung des von den Permanentmagneten erzeugten magnetischen Hauptflusses verändert. So können sich beispielsweise die Flussstörungen von Rotor und Stator gegenseitig auslöschen bzw. reduzieren. Zur Störung bzw. Beeinflussung des magnetischen Hauptflusses der Permanentmagnete wird die Oberflächenkontur bzw. Struktur in den Bereichen der Außenseite des Rotors eingebracht, welche an die Hauptflussbereiche der Stege angrenzen.In order to change the magnetic air gap flux density in particular to the effect that it is as smooth as possible and reduces harmonics, the surface of the rotor facing the air gap is contoured or structured in a targeted manner. As a result, the magnetic conductivity of the rotor core is changed in a targeted manner in these areas in order to disrupt or influence the main magnetic flux generated by the permanent magnets. For example, the flux disturbances of the rotor and stator can cancel out or reduce each other. In order to disrupt or influence the main magnetic flux of the permanent magnets, the surface contour or structure is introduced in the areas of the outside of the rotor which adjoin the main flux areas of the webs.

Durch die Reduktion der resultierenden Flussharmonischen und damit auch der magnetischen Kraftanregungen wird zusätzlich noch eine Reduzierung der elektromagnetischen Verluste, beispielsweise im Blechpaket, erreicht.By reducing the resulting flux harmonics and thus also the magnetic force excitations, a reduction in electromagnetic losses, for example in the laminated core, is also achieved.

Vorzugsweise umfasst die Strukturierung Einkerbungen in der Außenseite des Rotorkerns, welche sich axial zumindest teilweise über eine Länge des Rotorkerns erstrecken. Die Einkerbungen sind insbesondere durch Stanzen der Elektroblechlamellen des Rotorblechpakets ausgebildet. Die Einkerbungen sind also Vertiefungen bzw. Nuten, durch welche eine vormals kreisförmige Außenkontur des Rotorkerns verändert wird. Die Kerben können sich über eine gesamte axiale Länge erstrecken. Die Kerben können sich auch abschnittsweise über die axiale Länge erstrecken und entlang der Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sein.The structuring preferably comprises indentations in the outside of the rotor core which extend axially at least partially over a length of the rotor core. The notches are formed, in particular, by punching the laminated electrical conductors of the laminated rotor core. The notches are thus indentations or grooves, through which a previously circular outer contour of the rotor core is changed. The notches may extend an entire axial length. The notches can also extend in sections over the axial length and be offset from one another along the circumferential direction.

Bevorzugt sind pro Rotorpol zumindest zwei Hohlräumen mit jeweils zumindest einem Permanentmagneten in einer V-Anordnung angeordnet, sodass der zugehörige Steg insbesondere in einer Rotorpolmitte einen größeren radialen Durchmesser aufweist als an Rotorpolrändern. Ein Winkel der V-Anordnung kann dabei beliebig sein. Beispielsweise können die Permanentmagnete tangential bezüglich der Rotationsachse orientiert sein. Hier beträgt der Winkel der V-Anordnung beispielsweise 180°. Insbesondere ist der Winkel der V-Anordnung jedoch kleiner als 180°. Durch diese Anordnung der Permanentmagnete nimmt eine radiale Breite bzw. ein radialer Durchmesser der Stege ausgehend von der Rotorpolmitte in Richtung der Rotorpolränder ab. An den zu den Rotorpolrändern benachbarten Stegrändern, angrenzend an welchen die Ränder der Permanentmagnete angeordnet sind, ist also die radiale Breite des Stegs am geringsten. Diese Bereiche bilden den Streuflussbereich eines Stegs aus. Der Bereich zwischen den Rotorpolrändern bildet den Hauptflussbereich eines Stegs aus. Somit sind die Oberflächenstrukturen an der Außenseite des Rotorkerns insbesondere in dem Bereich zwischen den Rotorpolränderns ausgebildet. Es sind jedoch auch andere Anordnung der Permanentmagneten möglich, beispielsweise eine waagrechte Anordnung, eine Delta-Anordnung, eine A-Anordnung oder dergleichen.At least two cavities, each with at least one permanent magnet, are preferably arranged in a V arrangement per rotor pole, so that the associated web has a larger radial diameter in particular in a rotor pole center than at rotor pole edges. An angle of the V Arrangement can be arbitrary. For example, the permanent magnets can be oriented tangentially with respect to the axis of rotation. Here the angle of the V arrangement is 180°, for example. In particular, however, the angle of the V arrangement is less than 180°. As a result of this arrangement of the permanent magnets, a radial width or a radial diameter of the webs decreases, starting from the rotor pole center in the direction of the rotor pole edges. The radial width of the web is therefore the smallest at the web edges adjacent to the rotor pole edges, adjacent to which the edges of the permanent magnets are arranged. These areas form the leakage flux area of a web. The area between the rotor pole edges forms the main flux area of a web. The surface structures are thus formed on the outside of the rotor core, in particular in the area between the rotor pole edges. However, other arrangements of the permanent magnets are also possible, for example a horizontal arrangement, a delta arrangement, an A arrangement or the like.

Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen permanenterregten elektrischen Maschine. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und weist die elektrische Maschine als elektrische Traktionsmaschine bzw. Antriebsmaschine auf.The invention also includes a motor vehicle with a permanently excited electrical machine according to the invention. The motor vehicle is in particular an electric or hybrid vehicle and has the electric machine as an electric traction machine or drive machine.

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

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention result from the claims, the figure and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figure can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawings.

Es zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Sektors einer Ausführungsform einer permanenterregten elektrischen Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 kann beispielsweise als elektrische Traktionsmaschine eines hier nicht gezeigten elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 2 und einen bezüglich des Stators 2 um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor 3. Der Stator 2 und der Rotor 3 sind unter Ausbildung eines Luftspaltes 4 beabstandet zueinander angeordnet. Der Stator 2 weist einen Statorkern 5 in Form von einem Statorblechpaket mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung U verteilt angeordneten Statornuten 6 auf, in welchen bestrombare Wicklungen 7 des Stators 2 zur Erzeugung eines magnetischen Flusses angeordnet sind.It shows the only figure 1 a schematic sectional view of a sector of an embodiment of a permanent-magnet electrical machine 1. The electrical machine 1 can be designed, for example, as an electrical traction machine of an electrically drivable motor vehicle, not shown here. The electrical machine 1 comprises a stator 2 and a rotor 3 which is mounted so as to be rotatable about an axis of rotation with respect to the stator 2. The stator 2 and the rotor 3 are arranged at a distance from one another, forming an air gap 4. The stator 2 has a stator core 5 in the form of a stator laminated core with a multiplicity of stator slots 6 distributed in the circumferential direction U, in which energizable windings 7 of the stator 2 are arranged for generating a magnetic flux.

Der Rotor 3 weist zumindest zwei Rotorpole in Form von zumindest einem magnetischen Nordpol und zumindest einem magnetischen Südpol auf. Der Rotor 3 weist einen Rotorkern 8 in Form von einem Rotorblechpaket auf, welcher eine einem Luftspalt 4 zugewandte Außenseite 9 aufweist. Eine Innenseite 10 des Rotorkerns 8 ist mit einer Welle 11 zur Drehmomentübertragung drehfest verbunden. Außerdem weist der Rotor 3 eine eingebettete Permanentmagnetanordnung 12 auf. Dazu weist jeder Rotorpol hier zwei Hohlräume 13 auf, welche V-förmig zueinander angeordnet sind und sich in einer axialen, entlang der Rotationsachse orientierten Richtung zumindest teilweise durch den Rotorkern 8 hindurch erstreckt. In jedem Hohlraum 13 ist ein Permanentmagnet 14 angeordnet. Magnetische Flüsse der eingebetteten Permanentmagnetanordnung 12 sowie der Wicklungen 7 erzeugen in dem Luftspalt 4 eine magnetische Flussdichte bzw. Luftspaltflussdichte, deren Verlauf einen Betrieb der elektrischen Maschine 1 beeinflusst. Der magnetische Fluss der Permanentmagnete 14 wird dabei über Stege 15 des Rotorkerns 4 geleitet, welche einen Hauptflussbereich 16 zum Leiten des magnetischen Hauptflusses der Permanentmagnete 14 und einen Streuflussbereich 17 zum Leiten des magnetischen Streuflusses der Permanentmagnete 14 aufweisen.The rotor 3 has at least two rotor poles in the form of at least one magnetic north pole and at least one magnetic south pole. The rotor 3 has a rotor core 8 in the form of a laminated rotor core, which has an outside 9 facing an air gap 4 . An inner side 10 of the rotor core 8 is non-rotatably connected to a shaft 11 for torque transmission. In addition, the rotor 3 has an embedded permanent magnet arrangement 12 . For this purpose, each rotor pole has two cavities 13 which are arranged in a V-shape relative to one another and extend at least partially through the rotor core 8 in an axial direction oriented along the axis of rotation. A permanent magnet 14 is arranged in each cavity 13 . Magnetic fluxes of the embedded permanent magnet arrangement 12 and of the windings 7 produce a magnetic flux density or air gap flux density in the air gap 4 , the progression of which influences the operation of the electric machine 1 . The magnetic flux of the permanent magnets 14 is conducted via webs 15 of the rotor core 4 which have a main flux area 16 for conducting the main magnetic flux of the permanent magnets 14 and a leakage flux area 17 for conducting the magnetic leakage flux of the permanent magnets 14 .

Durch Änderungen bzw. Störungen dieses Verlaufes der magnetischen Luftspaltflussdichte sind der Stator 2 und der Rotor 3 hohen magnetischen Kraftanregungen ausgesetzt. Beispielsweise treten aufgrund der Statornuten 6 harmonische Kraftanregungen verschiedener Ordnungszahlen auf, die zu mechanischen Belastungen der Bauteile und insbesondere zu akustischen Anregungen führen. Beispielsweise können zum zeitlichen Verschieben der Kraftanregungen Schrägungen oder Staffelungen des Stators 2 oder Rotors 3 eingesetzt werden, bei welchen Blechlamellen oder Blechlamellenpakete, welche axial zu dem jeweiligen Blechpaket gestapelt werden, axial gegeneinander verdreht werden.The stator 2 and the rotor 3 are exposed to high magnetic force excitations as a result of changes or disturbances in this profile of the magnetic air gap flux density. For example, due to the stator slots 6, harmonic force excitations of different ordinal numbers occur, which lead to mechanical loads on the components and, in particular, to acoustic excitations. For example, skewing or staggering of the stator 2 or rotor 3 can be used to shift the force excitations in time, in which laminations or laminations stacked axially to the respective laminations are rotated axially against each other.

Alternativ oder zusätzlich zur Staffelung oder Schrägung des Rotors 3 wird hier zum Erreichen eines möglichst glatten, sinusförmigen Verlaufs der Luftspaltflussdichte in diejenigen Abschnitte der Außenseite 9 des Rotorkerns 8, welche an die Hauptflussbereiche 16 der Stege 15 angrenzen, eine magnetische Störstruktur in Form von einer Strukturierung 18 eingebracht. Die Strukturierung 18 weist hier Einkerbungen 19 auf, welche sich axial zumindest teilweise über eine Länge des Rotorkerns 8 erstrecken und eine Oberflächenkontur des Rotorkerns 8 gegenüber einer kreisrunden Form verändern. Diese gezielte Einbringung von Nuten und Kerben 19 ändert die magnetische Leitfähigkeit an der Oberfläche des Rotorblechpakets 8 zur gezielten Störung des magnetischen Flusses, welcher wiederum vorteilhaft mit den magnetischen Störungen verursacht durch die Beschaffenheit des Stators 2 interagiert. Diese Flussstörungen von Rotor 3 und Stator 2 löschen sich gegenseitig im Idealfall aus bzw. reduzieren sich. Durch die Reduktion der resultierenden Flussharmonischen und damit auch Kraftanregungen wird zusätzlich noch eine Reduzierung der elektromagnetischen Verluste, beispielsweise im Blechpaket, erreicht.As an alternative or in addition to the staggering or skewing of the rotor 3, a magnetic interference structure in the form of a Structure 18 introduced. The structuring 18 has notches 19 here, which extend axially at least partially over a length of the rotor core 8 and change a surface contour of the rotor core 8 compared to a circular shape. This targeted introduction of grooves and notches 19 changes the magnetic conductivity on the surface of the rotor lamination stack 8 for the purposeful disruption of the magnetic flux, which in turn interacts advantageously with the magnetic disruptions caused by the nature of the stator 2 . In the ideal case, these flux disturbances of rotor 3 and stator 2 cancel each other out or are reduced. By reducing the resulting flux harmonics and thus also force excitations, a reduction in electromagnetic losses, for example in the laminated core, is also achieved.

Claims

Rotor (3) for a permanent-magnet electrical machine (1), having a rotor core (8) and a permanent magnet arrangement (12) embedded in the rotor core (8) for generating a magnetic air-gap flux density in a region adjacent to an outside (9) of the rotor core (8). Air gap (4), the rotor core (8) having at least one axially extending cavity (13) per rotor pole for accommodating at least one permanent magnet (14) of the permanent magnet arrangement (12) and being in the radial direction between the cavities (13) and the outside (9) of the rotor core (8), respective webs (15) extending in the circumferential direction (U) are formed with main flux path areas (16) and leakage flux path areas (17) for a magnetic flux of the permanent magnet arrangement (12), characterized in that on the main flux path areas (16) Adjoining sections of the outside (9) of the rotor core (8) have a structure (18) which is used to influence a course the magnetic air gap flux density forms a magnetic interference structure.

rotor (3) after claim 1 , characterized in that the structuring (18) comprises indentations (19) in the outside (9) of the rotor core (8) which extend axially at least partially over a length of the rotor core (8).

rotor (3) after claim 2 , characterized in that the rotor core (8) is designed as a laminated core of axially stacked electrical laminations, wherein the notches (19) are formed by punching the electrical laminations.

Rotor (3) according to one of the preceding claims, characterized in that at least two cavities (13) each with at least one permanent magnet (14) are arranged in a V arrangement per rotor pole, so that the associated web (15) in a rotor pole center has a larger radial diameter than at rotor pole edges.

rotor (3) after claim 4 , characterized in that areas of the webs (15) in the rotor pole center form the main flux path areas (16) and at the rotor pole edges the leakage flux path areas (17).

Permanently excited electrical machine (1) with a stator (2) and a rotor (3) which is rotatably mounted with respect to the stator (2) according to one of the preceding claims, with an air gap (4) between the rotor (3) and the stator (2) is trained.

Motor vehicle with a permanently excited electrical machine (1). claim 6 .