DE102021210180A1

DE102021210180A1 - Rotor einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102021210180A1
Application number: DE102021210180.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Theisinger; Dominik Flore
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-09-15
Filing date: 2021-09-15
Publication date: 2023-03-16
Also published as: WO2023041238A1

Abstract

Rotor (1) einer elektrischen Maschine, umfassend einen um eine Rotorachse (2) rotierbaren Rotorkörper (3), der mehrere Rotorpole (4) mit jeweils einer Polmittelachse (5) aufweist, wobei der jeweilige Rotorpol (4) durch die jeweilige Polmittelachse (5) in zwei Polhälften (4.1) geteilt ist, wobei mehrere der Rotorpole (4) jeweils eine zweilagige Magnetanordnung (6) umfassend mehrere Magnete (7) aufweisen, wobei die jeweilige Magnetanordnung (6) sich über beide Polhälften (4.1) des jeweiligen Rotorpols (4) erstreckt und in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse (2) gesehen jeweils eine innere Lage (6.1) von Magneten (7) und eine äußere Lage (6.2) von Magneten (7) umfasst, wobei die innere Lage (6.1) mindestens vier bezüglich der Polmittelachse (5) außerzentrale Magnete (7.1) und die äußere Lage (6.2) zwei bezüglich der Polmittelachse (5) außerzentrale Magnete (7.1) aufweist, wobei die außerzentralen Magnete (7.1) der äußeren Lage (6.2) jeweils unter einem schrägen Winkel (α) zur Polmittelachse (5) angeordnet sind, wobei der schräge Winkel (α) jeweils zwischen der Polmittelachse (5) und einer Neigungsachse (8) des jeweiligen außerzentralen Magneten (7.1) gebildet ist, wobei
zwischen den außerzentralen Magneten (7.1) der jeweiligen Magnetanordnung (6) zumindest eines der Rotorpole (4) zumindest ein auf der jeweiligen Polmittelachse (5) liegender zentraler Magnet (7.2) angeordnet ist, der insbesondere symmetrisch bezüglich der Polmittelachse (5) liegt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine aus der US10530205 B2 bekannt, mit einem um eine Rotorachse rotierbaren Rotorkörper, insbesondere ein Rotorblechpaket, der bezogen auf einen Querschnitt mehrere Rotorpole mit jeweils einer Polmittelachse aufweist, wobei der jeweilige Rotorpol durch die jeweilige Polmittelachse in zwei Polhälften geteilt ist, wobei mehrere, insbesondere alle, der Rotorpole jeweils eine zweilagige Magnetanordnung umfassend mehrere Magnete, insbesondere Permanentmagnete, aufweisen, wobei die jeweilige Magnetanordnung sich über beide Polhälften des jeweiligen Rotorpols erstreckt und in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse gesehen jeweils eine innere Lage von Magneten und eine äußere Lage von Magneten umfasst, wobei die innere Lage mindestens vier bezüglich der Polmittelachse außerzentrale Magnete und die äußere Lage zwei bezüglich der Polmittelachse außerzentrale Magnete aufweist, wobei die außerzentralen Magnete der äußeren Lage jeweils unter einem schrägen Winkel zur Polmittelachse angeordnet sind, wobei der schräge Winkel jeweils zwischen der Polmittelachse und einer Neigungsachse des jeweiligen außerzentralen Magneten gebildet ist.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass eine mit dem erfindungsgemäßen Rotor ausgestattete elektrische Maschine ein höheres maximales Drehmoment erzeugen kann sowie eine geringere Drehmomentwelligkeit und eine gute Feldschwächbarkeit aufweist. Dies wird erreicht, indem zwischen den außerzentralen Magneten der jeweiligen Magnetanordnung zumindest eines der Rotorpole zumindest ein auf der jeweiligen Polmittelachse liegender zentraler Magnet angeordnet ist, der insbesondere symmetrisch bezüglich der Polmittelachse liegt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors einer elektrischen Maschine möglich.
Sehr vorteilhaft ist, wenn die Neigungsachsen der außerzentralen Magnete der äußeren Lage in der Verlängerung durch den zentralen Magneten bzw. durch einen der zentralen Magnete verlaufen. Auf diese Weise kann das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine noch weiter gesteigert werden.
Nach einer vorteilhaften Ausführung kann der schräge Winkel der außerzentralen Magnete der äußeren Lage im Bereich zwischen 100° mech. und 145° mech., insbesondere zwischen 103° mech. und 125° mech., liegen.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Magnete der jeweiligen Magnetanordnung in Magnettaschen des Rotorkörpers angeordnet, wobei der zumindest eine zentrale Magnet gegenüber den außerzentralen Magneten in einer separaten Magnettasche angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine hohe Drehzahlfestigkeit des Rotors erreicht..
Besonders vorteilhaft ist, wenn zwischen der Magnettasche des zumindest einen zentralen Magneten der jeweiligen Magnetanordnung und den Magnettaschen der in derselben Polhälfte angeordneten außerzentralen Magnete jeweils ein in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse verlaufender Steg ausgebildet ist, der eine Erstreckungsachse aufweist, wobei die außerzentralen Magnete der äußeren Lage auf der der Polmittelachse abgewandten Seite der Erstreckungsachse des Steges liegen. Auf diese Weise kann das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine noch weiter gesteigert werden.
Nach einem vorteilhaften ersten Ausführungsbeispiel ist ein einziger zentraler Magnet in der jeweiligen Magnetanordnung vorgesehen, der in der inneren Lage oder in der äußeren Lage oder zwischen den beiden Lagen liegt. Auf diese Weise kann ein höheres maximales Drehmoment und eine höhere Entmagnetisierungsfestigkeit erzielt werden.
Nach einem vorteilhaften zweiten Ausführungsbeispiel sind in der jeweiligen Magnetanordnung mehrere, insbesondere zwei, zentrale Magnete vorgesehen, die in radialer Richtung gesehen übereinanderliegen und in einer gemeinsamen Magnettasche angeordnet sind, wobei sich die gemeinsame Magnettasche aus der inneren Lage in Richtung der äußeren Lage oder umgekehrt erstreckt. Auf diese Weise kann ein höheres maximales Drehmoment bei Minimierung der Magnetverluste erreicht werden. Außerdem können für die jeweilige Magnetanordnung hinsichtlich der Abmessungen gleiche Magnete verwendet werden, so dass die Fertigungskosten sinken.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die in derselben Polhälfte angeordneten außerzentralen Magnete der inneren Lage jeweils in einer gemeinsamen Magnettasche angeordnet sind. Auf diese Weise werden die Magnetverluste verringert.
Auch vorteilhaft ist, wenn die außerzentralen Magnete der jeweiligen Magnetanordnung symmetrisch bezüglich der jeweiligen Polmittelachse angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein homogenes Magnetfeld im Rotorpol erreicht.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die innere Lage der jeweiligen Magnetanordnung bogenförmig oder C-förmig und die äußere Lage der jeweiligen Magnetanordnung V-förmig verläuft. Mit einer solchen Magnetanordnung kann eine hohe Magnetmasse im Rotorpol bei geringen Magnetverlusten angeordnet werden, so dass das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine noch weiter erhöht werden kann.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn der jeweilige zentrale Magnet der jeweiligen Magnetanordnung bezüglich seiner Abmessungen identisch wie die außerzentralen Magnete oder größer oder kleiner als die außerzentralen Magnete der jeweiligen Magnetanordnung ausgebildet ist, und/oder dass die außerzentralen Magnete der jeweiligen Magnetanordnung bezüglich ihrer Abmessungen identisch ausgebildet sind. Auf diese Weise können die Fertigungskosten verringert werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor.
Figurenliste
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorpols eines Rotors einer elektrischen Maschine und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorpols eines Rotors einer elektrischen Maschine.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorpols eines Rotors einer elektrischen Maschine.
Der erfindungsgemäße Rotor 1 einer elektrischen Maschine umfasst einen um eine Rotorachse 2 rotierbaren Rotorkörper 3, beispielsweise ein Rotorblechpaket, der bezogen auf einen Querschnitt mehrere Rotorpole 4 mit jeweils einer Polmittelachse 5 aufweist. Beispielsweise sind sechs oder acht Rotorpole 4 für den Rotor 1 vorgesehen. Der jeweilige Rotorpol 4 ist durch die jeweilige Polmittelachse 5 in zwei Polhälften 4.1 geteilt.
Mehrere, beispielsweise alle, der Rotorpole 4 haben jeweils eine zweilagige Magnetanordnung 6 umfassend mehrere Magnete 7, insbesondere Permanentmagnete. Die jeweilige Magnetanordnung 6 erstreckt sich über beide Polhälften 4.1 des jeweiligen Rotorpols 4 und weist in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 gesehen jeweils eine innere Lage 6.1 von Magneten 7 und eine äußere Lage 6.2 von Magneten 7 auf. Die innere Lage 6.1 der jeweiligen Magnetanordnung 6 ist beispielsweise bogenförmig oder C-förmig und die äußere Lage 6.2 der jeweiligen Magnetanordnung 6 beispielsweise V-förmig ausgeführt. Die innere Lage 6.1 umfasst mindestens vier bezüglich der Polmittelachse 5 außerzentrale Magnete 7.1 und die äußere Lage 6.2 zwei bezüglich der Polmittelachse 5 außerzentrale Magnete 7.1. Die außerzentralen Magnete 7.1 der jeweiligen Magnetanordnung 6 sind beispielsweise symmetrisch bezüglich der jeweiligen Polmittelachse 5 angeordnet.
Die außerzentralen Magnete 7.1 der äußeren Lage 6.2 sind jeweils unter einem schrägen Winkel α zur Polmittelachse 5 angeordnet. Dabei ist der schräge Winkel α jeweils zwischen der Polmittelachse 5 und einer Neigungsachse 8 des jeweiligen außerzentralen Magneten 7.1 gebildet. Die jeweilige Neigungsachse 8 des jeweiligen außerzentralen Magneten 7.1 kann zwischen den sich gegenüberliegenden beispielsweise parallelen Außenflächen der Magnete 7.1 (inklusive der Außenflächen) liegen, beispielsweise mittig zwischen den Außenflächen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen den außerzentralen Magneten 7.1 der jeweiligen Magnetanordnung 6 zumindest eines der Rotorpole 4 zumindest ein auf der jeweiligen Polmittelachse 5 liegender zentraler Magnet 7.2 angeordnet ist, der insbesondere symmetrisch bezüglich der Polmittelachse 5 liegt. Die elektrische Maschine weist auf diese Weise ein höheres maximales Drehmoment, eine geringere Drehmomentwelligkeit und eine gute Feldschwächbarkeit auf.
Die Magnete 7 der jeweiligen Magnetanordnung 6 sind in Magnettaschen 9 des Rotorkörpers 3 angeordnet.
Die Neigungsachsen 8 der außerzentralen Magnete 7.1 der äußeren Lage 6.2 verlaufen in der Verlängerung beispielsweise durch den zentralen Magneten 7.2 bzw. durch einen der zentralen Magnete 7.2 oder zumindest durch die dem zentralen Magneten 7.2 zugeordnete Magnettasche 9. Der schräge Winkel α der außerzentralen Magnete 7.1 der äußeren Lage 6.2 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 100° mech. und 145° mech., insbesondere zwischen 103° mech. und 125° mech..
Der zumindest eine zentrale Magnet 7.2 ist gegenüber den außerzentralen Magneten 7.1 in einer separaten Magnettasche 9 angeordnet.
Dabei ist zwischen der Magnettasche 9 des zumindest einen zentralen Magneten 7.2 der jeweiligen Magnetanordnung 6 und den Magnettaschen 9 der in derselben Polhälfte 4.1 angeordneten außerzentralen Magnete 7.1 jeweils ein in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 verlaufender Steg 10 vorgesehen, der eine Erstreckungsachse 10.1 aufweist und einen radial innerhalb der Magnetanordnung 6 liegenden inneren Polabschnitt mit einem radial außerhalb der Magnetanordnung 6 liegenden äußeren Polabschnitt verbindet. Die außerzentralen Magnete 7.1 der äußeren Lage 6.2 der jeweiligen Magnetanordnung 6 sind auf der der Polmittelachse 5 abgewandten Seite der Erstreckungsachse 10.1 des jeweiligen Steges 10 angeordnet.
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 ist ein einziger zentraler Magnet 7.2 in der jeweiligen Magnetanordnung 6 vorgesehen, der in der inneren Lage 6.1 oder in der äußeren Lage 6.2 oder zwischen den beiden Lagen 6.1,6.2 liegt.
Die in derselben Polhälfte 4.1 angeordneten außerzentralen Magnete 7.1 der inneren Lage 6.1 sind jeweils in einer gemeinsamen Magnettasche 9 angeordnet.
Der jeweilige zentrale Magnet 7.2 der jeweiligen Magnetanordnung 6 kann bezüglich seiner Abmessungen identisch wie die außerzentralen Magnete 7.1 oder größer oder kleiner als die außerzentralen Magnete 7.1 der jeweiligen Magnetanordnung 6 ausgebildet sein. Weiterhin können die außerzentralen Magnete 7.1 der jeweiligen Magnetanordnung 6 bezüglich ihrer Abmessungen identisch ausgeführt sein.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorpols eines Rotors einer elektrischen Maschine. Bei dem Rotorpol nach 2 sind die gegenüber dem Rotorpol nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel ausschließlich darin, dass in der zentralen Magnettasche 9 mehrere zentrale Magnete 7.2. vorgesehen sind. Darüber hinaus, insbesondere hinsichtlich der außerzentralen Magnete 7.1, ist das zweite Ausführungsbeispiel wie das erste Ausführungsbeispiel ausgebildet.
Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 sind in der jeweiligen Magnetanordnung 6 -im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel- mehrere, insbesondere zwei, zentrale Magnete 7.2 vorgesehen, die in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 2 gesehen übereinanderliegen und in einer gemeinsamen Magnettasche 9 angeordnet sind. Die gemeinsame Magnettasche 9 der zentralen Magnete 7.2 erstreckt sich beispielsweise aus der inneren Lage 6.1 in Richtung der äußeren Lage 6.2 oder umgekehrt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10530205 B2 [0001]

Claims

Rotor (1) einer elektrischen Maschine, umfassend einen um eine Rotorachse (2) rotierbaren Rotorkörper (3), insbesondere ein Rotorblechpaket, der bezogen auf einen Querschnitt mehrere Rotorpole (4) mit jeweils einer Polmittelachse (5) aufweist, wobei der jeweilige Rotorpol (4) durch die jeweilige Polmittelachse (5) in zwei Polhälften (4.1) geteilt ist, wobei mehrere, insbesondere alle, der Rotorpole (4) jeweils eine zweilagige Magnetanordnung (6) umfassend mehrere Magnete (7), insbesondere Permanentmagnete, aufweisen, wobei die jeweilige Magnetanordnung (6) sich über beide Polhälften (4.1) des jeweiligen Rotorpols (4) erstreckt und in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse (2) gesehen jeweils eine innere Lage (6.1) von Magneten (7) und eine äußere Lage (6.2) von Magneten (7) umfasst, wobei die innere Lage (6.1) mindestens vier bezüglich der Polmittelachse (5) außerzentrale Magnete (7.1) und die äußere Lage (6.2) zwei bezüglich der Polmittelachse (5) außerzentrale Magnete (7.1) aufweist, wobei die außerzentralen Magnete (7.1) der äußeren Lage (6.2) jeweils unter einem schrägen Winkel (α) zur Polmittelachse (5) angeordnet sind, wobei der schräge Winkel (α) jeweils zwischen der Polmittelachse (5) und einer Neigungsachse (8) des jeweiligen außerzentralen Magneten (7.1) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den außerzentralen Magneten (7.1) der jeweiligen Magnetanordnung (6) zumindest eines der Rotorpole (4) zumindest ein auf der jeweiligen Polmittelachse (5) liegender zentraler Magnet (7.2) angeordnet ist, der insbesondere symmetrisch bezüglich der Polmittelachse (5) liegt.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungsachsen (8) der außerzentralen Magnete (7.1) der äußeren Lage (6.2) in der Verlängerung durch den zentralen Magneten (7.2) bzw. durch einen der zentralen Magnete (7.2) verlaufen.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der schräge Winkel (α) der außerzentralen Magnete (7.1) der äußeren Lage (6.2) im Bereich zwischen 100° mech. und 145° mech., insbesondere zwischen 103° mech. und 125° mech., liegt.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (7) der jeweiligen Magnetanordnung (6) in Magnettaschen (9) des Rotorkörpers (3) angeordnet sind, wobei der zumindest eine zentrale Magnet (7.2) gegenüber den außerzentralen Magneten (7.1) in einer separaten Magnettasche (9) angeordnet ist.
Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Magnettasche (9) des zumindest einen zentralen Magneten (7.2) der jeweiligen Magnetanordnung (6) und den Magnettaschen (9) der in derselben Polhälfte (4.1) angeordneten außerzentralen Magnete (7.1) jeweils ein in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse (2) verlaufender Steg (10) ausgebildet ist, der eine Erstreckungsachse (10.1) aufweist, wobei die außerzentralen Magnete (7.1) der äußeren Lage (6.2) auf der der Polmittelachse (5) abgewandten Seite der Erstreckungsachse (10.1) des Steges (10) liegen.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger zentraler Magnet (7.2) in der jeweiligen Magnetanordnung (6) vorgesehen ist, der in der inneren Lage (6.1) oder in der äußeren Lage (6.2) oder zwischen den beiden Lagen (6.1,6.2) liegt.
Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der jeweiligen Magnetanordnung (6) mehrere, insbesondere zwei, zentrale Magnete (7.2) vorgesehen sind, die in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse (2) gesehen übereinanderliegen und in einer gemeinsamen Magnettasche (9) angeordnet sind, wobei sich die gemeinsame Magnettasche (9) aus der inneren Lage (6.1) in Richtung der äußeren Lage (6.2) oder umgekehrt erstreckt.
Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in derselben Polhälfte (4.1) angeordneten außerzentralen Magnete (7.1) der inneren Lage (6.1) jeweils in einer gemeinsamen Magnettasche (9) angeordnet sind.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die außerzentralen Magnete (7.1) der jeweiligen Magnetanordnung (6) symmetrisch bezüglich der jeweiligen Polmittelachse (5) angeordnet sind.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Lage (6.1) der jeweiligen Magnetanordnung (6) bogenförmig oder C-förmig und die äußere Lage (6.2) der jeweiligen Magnetanordnung (6) V-förmig verläuft.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige zentrale Magnet (7.2) der jeweiligen Magnetanordnung (6) bezüglich seiner Abmessungen identisch wie die außerzentralen Magnete (7.1) oder größer oder kleiner als die außerzentralen Magnete (7.1) der jeweiligen Magnetanordnung (6) ausgebildet ist, und/oder dass die außerzentralen Magnete (7.1) der jeweiligen Magnetanordnung (6) bezüglich ihrer Abmessungen identisch ausgebildet sind.
Elektrische Maschine mit einem Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.