DE102021210555A1

DE102021210555A1 - Permanently excited electrical machine

Info

Publication number: DE102021210555A1
Application number: DE102021210555.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Schneider; Christian Specht
Original assignee: Magna PT BV and Co KG
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2021-09-22
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2023-03-23

Abstract

Permanenterregte elektrische Maschine (1) umfassend einen Stator (2), der einen zentralen Hohlraum definiert, und einen Rotor (4), wobei der Rotor (4) zumindest teilweise, drehbar in dem zentralen Hohlraum angeordnet ist, wobei der Rotor (4) mehrere axial verlaufende Stegaufnahmekanäle (5) zur Aufnahme jeweils einer radialen Steganordnung (6) aufweist, wobei die Stegaufnahmekanäle (5) jeweils eine Anordnung, nämlich ein klauen- oder keilförmiges Profil (7, 7a, 7b), zur reversiblen axialen Befestigung der jeweiligen radialen Steganordnung (6) aufweisen.Permanent-magnet electrical machine (1) comprising a stator (2) defining a central cavity and a rotor (4), the rotor (4) being at least partially rotatably arranged in the central cavity, the rotor (4) having a plurality of axially running web receiving channels (5) for receiving a radial web arrangement (6) in each case, the web receiving channels (5) each having an arrangement, namely a claw-shaped or wedge-shaped profile (7, 7a, 7b), for the reversible axial attachment of the respective radial web arrangement (6) have.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine permanenterregte elektrische Maschine umfassend einen Stator, der einen zentralen Hohlraum definiert, und einen Rotor, wobei der Rotor zumindest teilweise, drehbar in dem zentralen Hohlraum angeordnet ist, wobei der Rotor mehrere axial verlaufende Stegaufnahmekanäle zur Aufnahme jeweils einer radialen Steganordnung aufweist, wobei die Stegaufnahmekanäle jeweils eine Anordnung, nämlich ein klauen- oder keilförmiges Profil, zur reversiblen axialen Befestigung der jeweiligen Steganordnung aufweisen.The present invention relates to a permanent-magnet electrical machine comprising a stator, which defines a central cavity, and a rotor, the rotor being arranged at least partially rotatably in the central cavity, the rotor having a plurality of axially extending web receiving channels for receiving a radial web arrangement in each case , The web receiving channels each having an arrangement, namely a claw-shaped or wedge-shaped profile, for the reversible axial attachment of the respective web arrangement.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Maschinen im Allgemeinen stellen insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik eine wichtige Komponente dar. Im Hinblick auf eine erweiterte Reichweite elektrifizierter Kraftfahrzeuge, wie etwa Elektrokraftfahrzeuge („battery electric vehicle“, BEV) und Hybridkraftfahrzeuge („(plug-in) hybrid electric vehicle“, (P)HEV), werden beispielsweise seitens elektrischer Maschine höhere Leistungsausgaben gefordert.Electrical machines in general are an important component, especially in the field of automotive engineering. With regard to an extended range of electrified motor vehicles, such as electric vehicles (“battery electric vehicle”, BEV) and hybrid vehicles (“(plug-in) hybrid electric vehicle”, (P)HEV), for example, higher power outputs are required on the part of the electric machine.

Eine in vielen technischen Bereichen eingesetzte Art von elektrischen Maschinen stellen permanenterregte dynamoelektrische Maschinen, wie eine permanenterregte Synchronmaschine, dar. Eine derartige elektrische Maschine kommt beispielsweise in industriellen Anwendungen bei Werkzeugmaschinen oder Produktionsmaschinen als hochdynamische Servomotoren zum Einsatz. Aufgrund ihrer im Vergleich zu anderen Maschinentypen hohen Leistungsdichte wird sie bevorzugt auch im Bereich der Elektromobilität verwendet. Im Bereich regenerativer Energien, insbesondere im Bereich der Windkraft, werden permanenterregte Synchronmaschinen aber auch als Generatoren eingesetzt.One type of electrical machine used in many technical areas is permanently excited dynamoelectric machines, such as a permanently excited synchronous machine. Such an electrical machine is used, for example, in industrial applications in machine tools or production machines as highly dynamic servomotors. Due to its high power density compared to other machine types, it is also preferred in the field of electromobility. In the field of regenerative energies, especially in the field of wind power, permanently excited synchronous machines are also used as generators.

Eine permanenterregte Synchronmaschine zeichnet sich im Vergleich zu elektrisch erregten Synchronmaschinen durch einen erhöhten Wirkungsgrad aus. Dadurch, dass die permanenterregte Synchronmaschine auf eine elektrische Erregung verzichten kann, werden ohmsche Verluste eingespart. Das Erregerfeld der Maschine wird in der Regel von Permanentmagneten erzeugt, die im Rotor der Maschine angeordnet sind.A permanently excited synchronous machine is characterized by an increased efficiency compared to electrically excited synchronous machines. Because the permanently excited synchronous machine can do without electrical excitation, ohmic losses are saved. The excitation field of the machine is usually generated by permanent magnets that are arranged in the rotor of the machine.

Ein Nachteil der Permanenterregung besteht jedoch darin, dass das Erregerfeld nicht ohne Weiteres modifiziert werden kann. Grundsätzlich kann eine Synchronmaschine über ihre Nenndrehzahl hinaus betrieben werden, indem der sogenannte Feldschwächebereich angesteuert wird. In diesem Bereich wird die Maschine mit der maximalen Nennleistung betrieben, wobei mit zunehmender Drehzahl das von der Maschine abgegebene Drehmoment reduziert wird. Elektrisch erregte Synchronmaschinen können sehr einfach im Feldschwächebereich betrieben werden, indem der Erregerstrom reduziert wird.However, a disadvantage of permanent excitation is that the excitation field cannot be easily modified. In principle, a synchronous machine can be operated beyond its nominal speed by controlling the so-called field weakening range. In this range, the machine is operated with the maximum rated power, with the torque delivered by the machine being reduced as the speed increases. Electrically excited synchronous machines can be operated very easily in the field weakening range by reducing the excitation current.

Bei permanenterregten Maschinen sind Möglichkeiten bekannt, über eine geeignete Bestromung des Stators der elektrischen Maschine eine Luftspaltfeldkomponente zu erzeugen, die dem von den Permanentmagneten erzeugten Erregerfeld entgegenwirkt und dieses somit schwächt. Jedoch bewirkt eine derartige Ansteuerung der Maschine erhöhte Verluste, sodass die elektrische Maschine in diesem Bereich nur mit einem reduzierten Wirkungsgrad betrieben werden kann.In the case of permanently excited machines, possibilities are known for generating an air gap field component via a suitable energization of the stator of the electrical machine, which counteracts the excitation field generated by the permanent magnets and thus weakens it. However, such a control of the machine causes increased losses, so that the electrical machine can only be operated with reduced efficiency in this area.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte permanenterregte elektrische Maschine anzugeben, die sich insbesondere durch einen einfachen Aufbau auszeichnet.It is an object of the invention to specify an improved permanent-magnet electrical machine which is characterized in particular by a simple structure.

Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This need can be met by the subject matter of the present invention according to independent claim 1. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Die permanenterregte elektrische Maschine umfasst erfindungsgemäß einen Stator, der einen zentralen Hohlraum definiert, und einen Rotor, wobei der Rotor zumindest teilweise, drehbar in dem zentralen Hohlraum angeordnet ist,According to the invention, the permanently excited electrical machine comprises a stator, which defines a central cavity, and a rotor, the rotor being arranged at least partially in a rotatable manner in the central cavity.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist der Rotor mehrere axial verlaufende Stegaufnahmekanäle zur Aufnahme jeweils einer radialen Steganordnung auf.According to the present invention, the rotor has a plurality of axially extending web-receiving channels, each for receiving a radial web arrangement.

Erfindungsgemäß weisen die Stegaufnahmekanäle jeweils eine Anordnung, nämlich ein klauen- oder keilförmiges Profil, zur reversiblen axialen Befestigung der jeweiligen radialen Steganordnung auf.According to the invention, the web receiving channels each have an arrangement, namely a claw-shaped or wedge-shaped profile, for reversible axial attachment of the respective radial web arrangement.

Bevorzugt weist die jeweilige radiale Steganordnung ein radiales Stegelement, zumindest ein elastisches Element und ein Sockelelement auf, wobei das radiale Stegelement über das elastische Element mit dem Sockelelement verbunden ist und in eine radiale Richtung vorgespannt ist und wobei das Sockelelement eine Gegenkontur zu dem Profil ausbildet und so axial in das Profil einschiebbar ist.The respective radial bar arrangement preferably has a radial bar element, at least one elastic element and a base element, the radial bar element being connected to the base element via the elastic element and being pretensioned in a radial direction, and the base element forming a counter-contour to the profile and can be pushed axially into the profile.

Das Profil ist vorzugsweise als T-Profil oder als Keil-Profil ausgebildet.The profile is preferably designed as a T-profile or as a wedge profile.

Das radiale Stegelement ist vorzugsweise aus Eisen hergestellt. Hierzu eignet sich das Sintern mittels SMC-Pulver oder das Stacking von einzelnen isolierten Eisenblechen.The radial web member is preferably made of iron. Sintering using SMC powder or stacking individual insulated iron sheets is suitable for this.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung weist der Rotor Paare von ersten Permanentmagneten auf, wobei jeweils ein Permanentmagnet in einem ersten Magnetaufnahmekanal angeordnet ist, wobei jeweils zwei erste Magnetaufnahmekanäle in Bezug auf eine Richtung von einer zentralen Achse des Rotors hin zu einem Außenumfang des Rotors im Wesentlichen eine V-Form ausbildend zueinander angeordnet sind, wobei zumindest ein Stegaufnahmekanal in Umfangsrichtung des Rotors zumindest teilweise zwischen den zwei ersten Permanentmagneten eines Magnetpaars ausgeführt ist.In an advantageous embodiment variant of the present invention, the rotor has pairs of first permanent magnets, with one permanent magnet each being arranged in a first magnet receiving channel, with two first magnet receiving channels in each case being arranged in relation to a direction from a central axis of the rotor towards an outer circumference of the rotor Substantially a V-shape are arranged forming one another, wherein at least one web receiving channel is at least partially executed in the circumferential direction of the rotor between the two first permanent magnets of a pair of magnets.

Zumindest ein Stegaufnahmekanal und zumindest ein erster Magnetaufnahmekanal können als ein gemeinsamer Kanal ausgeführt sein. Bei Hochdrehzahlanwendungen werden diese Bereiche durch jeweils zumindest einen radialen Steg zwischen dem jeweiligen Stegaufnahmekanal und dem jeweiligen ersten Magnetaufnahmekanal zu Gunsten der mechanischen Stabilität des Rotors voneinander getrennt.At least one web receiving channel and at least one first magnet receiving channel can be designed as a common channel. In the case of high-speed applications, these areas are separated from one another by at least one radial web between the respective web receiving channel and the respective first magnet receiving channel in favor of the mechanical stability of the rotor.

In dem gemeinsamen Kanal ist vorzugsweise zumindest zwischen dem Stegaufnahmekanal und dem ersten Magnetaufnahmekanal ein Kanal zur axialen Führung bzw. Leitung eines Kühlmittels bzw. Schmiermittels ausgebildet.A channel for the axial guidance or conduction of a coolant or lubricant is preferably formed in the common channel at least between the web receiving channel and the first magnet receiving channel.

Vermittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der permanenterregten elektrischen Maschine wird unter Berücksichtigung einer einfachen sowie kostengünstigen Herstellung eine permanenterregte elektrische Maschine mit variablem Rotorfluss dargestellt.By means of the configuration of the permanent-magnet electrical machine according to the invention, a permanent-magnet electrical machine with a variable rotor flux is presented, taking into account simple and cost-effective production.

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine permanenterregte elektrische Maschine ohne eine radiale Steganordnung nach einer ersten Ausführungsvariante.
2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine permanenterregte elektrische Maschine ohne eine radiale Steganordnung nach einer zweiten Ausführungsvariante.
3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine permanenterregte elektrische Maschine ohne eine radiale Steganordnung nach einer dritten Ausführungsvariante.
4 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Querschnitts gemäß 1 bei „niedriger“ Drehzahl einer permanenterregten elektrischen Maschine mit einer radialen Steganordnung.
5 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Querschnitts gemäß 1 bei „hoher“ Drehzahl einer permanenterregten elektrischen Maschine mit einer radialen Steganordnung.
6a zeigt schematisch das in 2 und 3 markierte Detail A eines Stegaufnahmekanals, nämlich ein T-Profil.
6b zeigt schematisch ein Keil-Profil.
7 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer radialen Steganordnung.
8 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine radiale Steganordnung, die in ein T-Profil eines Stegaufnahmekanals eingeschoben ist.

The invention is described below by way of example with reference to the drawings.

1 shows schematically a cross section through a permanently excited electrical machine without a radial web arrangement according to a first embodiment.
2 shows schematically a cross section through a permanently excited electrical machine without a radial web arrangement according to a second embodiment.
3 shows schematically a cross section through a permanently excited electrical machine without a radial web arrangement according to a third embodiment variant.
4 shows schematically a section of a cross section according to FIG 1 at "low" speed of a permanently excited electrical machine with a radial web arrangement.
5 shows schematically a section of a cross section according to FIG 1 at "high" speed of a permanently excited electrical machine with a radial web arrangement.
6a shows schematically the in 2 and 3 marked detail A of a web receiving channel, namely a T-profile.
6b shows schematically a wedge profile.
7 shows schematically a side view of a radial web arrangement.
8th shows schematically a section of a top view of a radial web arrangement, which is pushed into a T-profile of a web receiving channel.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

In 1 bis 3 ist jeweils schematisch ein Querschnitt durch eine permanenterregte elektrische Maschine 1 in unterschiedlichen Ausführungsvarianten dargestellt.In 1 until 3 a cross section through a permanently excited electrical machine 1 is shown schematically in different embodiment variants.

4 und 5 zeigen eine permanenterregte elektrische Maschine 1 gemäß 1 in unterschiedlichen Detaillierungsgraden. 4 and 5 show a permanently excited electrical machine 1 according to FIG 1 at different levels of detail.

Die permanenterregte elektrische Maschine 1 umfasst im Allgemeinen einen Stator 2 und einen Rotor 4. Der Stator 2 definiert einen zentralen Hohlraum in dem der Rotor 4 um eine zentrale Achse 13 drehbar angeordnet ist - d.h. der Stator 2 umgibt konzentrisch den als Innenläufer ausgebildeten Rotor 4. Der Stator 2 und der Rotor 4 sind in einer radialen Richtung über einen Luftspalt 17 voneinander beabstandet (1, 2, 3).The permanent-magnet electrical machine 1 generally comprises a stator 2 and a rotor 4. The stator 2 defines a central cavity in which the rotor 4 is rotatably arranged about a central axis 13 - i.e. the stator 2 concentrically surrounds the rotor 4, which is designed as an inner rotor. The stator 2 and the rotor 4 are spaced from each other in a radial direction by an air gap 17 ( 1 , 2 , 3 ).

Die Richtungsangabe „radial“ beschreibt eine Richtung normal zu der zentralen Achse 13 des Rotors 4. Die Richtungsangabe „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu der zentralen Achse 13 des Rotors 4.The directional statement "radial" describes a direction normal to the central axis 13 of the rotor 4. The directional statement "axial" describes a direction along or parallel to the central axis 13 of the rotor 4.

Der Rotor 4 ist drehfest mit einer Rotorwelle 16 verbunden und weist zur Erzeugung eines Erregerfeldes, das den Luftspalt 17 radial durchflutet, mehrere Paare von ersten Permanentmagneten 11a, 11b und mehrere Paare von zweiten Permanentmagneten 18a, 18b auf, die in paarweise in dem Rotor 4 ausgebildeten Magnetaufnahmekanälen 12a, 12b, 19a, 19b angeordnet sind. Die paarweise ausgeführten Magnetaufnahmekanäle 12a, 12b, 19a, 19b sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt in dem Rotor 4 ausgebildet. So ist in den vorliegenden Ausführungsbeispielen einer permanenterregten elektrischen Maschine 1 gemäß 1, 2 und 3 jeweils ein Paar von ersten Permanentmagneten 11a, 11b, nämlich ein erster Permanentmagnet 11a in einem ersten Magnetaufnahmekanal 12a und ein weiterer erster Permanentmagnet 11b in einem weiteren ersten Magnetaufnahmekanal 12b, und jeweils ein Paar von zweiten Permanentmagneten 18a, 18b, nämlich ein zweiter Permanentmagnet 18a in einem zweiten Magnetaufnahmekanal 19a und ein weiterer zweiter Permanentmagnet 18b in einem weiteren zweiten Magnetaufnahmekanal 19b, angeordnet. Die ersten Magnetaufnahmekanäle 12a, 12b, in denen jeweils ein erster Permanentmagnet 11 a, 11b angeordnet ist, sind in Bezug auf eine radiale Richtung von einer zentralen Achse 13 des Rotors 4 hin zu einem Außenumfang 14 des Rotors 4 im Wesentlichen eine V-Form ausbildend zueinander angeordnet. Zwischen den beiden ersten Permanentmagneten 11a, 11b und somit zwischen den beiden ersten Magnetaufnahmekanälen 12a, 12b ist in dem Rotor 4 jeweils zumindest ein Stegaufnahmekanal 5 ausgebildet (1, 2, 3). In der ersten Ausführungsvariante der permanenterregten elektrischen Maschine 1 gemäß 1, 4 und 5 sind in dem Rotor 4 zwischen den beiden ersten Permanentmagneten 11a, 11 b und somit zwischen den beiden ersten Magnetaufnahmekanälen 12a, 12b zwei Stegaufnahmekanäle 5 ausgebildet, wobei die Stegaufnahmekanäle 5 durch einen radialen Steg 20 voneinander getrennt sind. Um die Anzahl der Stegelemente 8 zu reduzieren, bietet sich die Verwendung eines radialen Stegelements 8 pro Pol, d.h. pro Magnetpaar, an - n der zweiten Ausführungsvariante der permanenterregten elektrischen Maschine 1 gemäß 2 und der dritten Ausführungsvariante der permanenterregten elektrischen Maschine 1 gemäß 3 ist in dem Rotor 4 zwischen den beiden ersten Permanentmagneten 11a, 11b und somit zwischen den beiden ersten Magnetaufnahmekanälen 12a, 12b jeweils ein Stegaufnahmekanal 5 ausgebildet. Um die Stabilität des Rotors 4 bei Hochdrehzahlanwendungen zu garantieren sind bei der dritten Ausführungsvariante gemäß 3 die Stegaufnahmekanäle zwischen den beiden ersten Permanentmagneten 11a, 11b und somit zwischen den beiden ersten Magnetaufnahmekanälen 12a, 12b nicht einteilig mit den ersten Magnetaufnahmekanälen 12a, 12b ausgebildet, sondern getrennt von diesen, sodass sich zwischen den jeweiligen Stegaufnahmekanälen 5 und den jeweiligen ersten Magnetaufnahmekanälen stets ein radialer Steg 20 erstreckt.The rotor 4 is connected in a torque-proof manner to a rotor shaft 16 and, in order to generate an excitation field that flows radially through the air gap 17, has several pairs of first permanent magnets 11a, 11b and several pairs of second permanent magnets 18a, 18b, which are arranged in pairs in the rotor 4 formed magnet receiving channels 12a, 12b, 19a, 19b are arranged. The pairs of magnet receiving channels 12a, 12b, 19a, 19b are formed in the rotor 4, distributed uniformly in the circumferential direction. So in the present embodiments, a permanent excited electrical machine 1 according to 1 , 2 and 3 a pair of first permanent magnets 11a, 11b each, namely a first permanent magnet 11a in a first magnet receiving channel 12a and a further first permanent magnet 11b in a further first magnet receiving channel 12b, and a pair of second permanent magnets 18a, 18b each, namely a second permanent magnet 18a in a second magnet receiving channel 19a and a further second permanent magnet 18b in a further second magnet receiving channel 19b. The first magnet receiving channels 12a, 12b, in each of which a first permanent magnet 11a, 11b is arranged, essentially form a V-shape in relation to a radial direction from a central axis 13 of the rotor 4 towards an outer circumference 14 of the rotor 4 arranged to each other. Between the two first permanent magnets 11a, 11b and thus between the two first magnet receiving channels 12a, 12b, at least one web receiving channel 5 is formed in the rotor 4 ( 1 , 2 , 3 ). In the first embodiment of the permanent magnet electrical machine 1 according to 1 , 4 and 5 Two web receiving channels 5 are formed in the rotor 4 between the two first permanent magnets 11a, 11b and thus between the two first magnet receiving channels 12a, 12b, the web receiving channels 5 being separated from one another by a radial web 20. In order to reduce the number of bar elements 8, the use of a radial bar element 8 per pole, ie per magnet pair, is recommended - n according to the second embodiment variant of the permanent-magnet electrical machine 1 2 and according to the third variant embodiment of the permanent-magnet electrical machine 1 3 a web receiving channel 5 is formed in the rotor 4 between the two first permanent magnets 11a, 11b and thus between the two first magnet receiving channels 12a, 12b. In order to guarantee the stability of the rotor 4 in high-speed applications, according to the third embodiment variant 3 the web receiving channels between the two first permanent magnets 11a, 11b and thus between the two first magnet receiving channels 12a, 12b are not formed in one piece with the first magnet receiving channels 12a, 12b, but separately from them, so that there is always a gap between the respective web receiving channels 5 and the respective first magnet receiving channels radial web 20 extends.

Radial zwischen den Stegaufnahmekanälen 5 und dem Stator 2 sind in dem Rotor 4 jeweils die zweiten Magnetaufnahmekanäle 19a, 19b ausgeführt, wobei in dem zweiten Magnetaufnahmekanal 19a jeweils ein zweiter Permanentmagnet 18a und in dem weiteren zweiten Magnetaufnahmekanal 19b jeweils ein weiterer zweiter Permanentmagnet 18b angeordnet ist.The second magnet receiving channels 19a, 19b are configured radially between the web receiving channels 5 and the stator 2 in the rotor 4, with a second permanent magnet 18a being arranged in the second magnet receiving channel 19a and a further second permanent magnet 18b being arranged in the further second magnet receiving channel 19b.

Die axial verlaufenden Stegaufnahmekanäle 5 dienen der Aufnahme jeweils zumindest einer radialen Steganordnung 6, wobei die Stegaufnahmekanäle 5 jeweils eine Anordnung, nämlich ein Profil 7, zur reversiblen axialen Befestigung der Steganordnung 6 aufweisen (6a, 6b, 7). Das Profil 7 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils als T-Profil 7a ausgebildet (6a, 7). Eine Ausbildung als Keil-Profil 7b gemäß 6b ist jedoch auch denkbar.The axially extending web receiving channels 5 each serve to accommodate at least one radial web arrangement 6, the web receiving channels 5 each having an arrangement, namely a profile 7, for the reversible axial attachment of the web arrangement 6 ( 6a , 6b , 7 ). The profile 7 is designed in the present embodiment as a T-profile 7a ( 6a , 7 ). Training as a wedge profile according to 7b 6b is also conceivable.

7 veranschaulicht schematisch eine radiale Steganordnung 6. Eine solche radiale Steganordnung 6 kann in axialer Richtung in einen jeweiligen Stegaufnahmekanal 5 eingeschoben werden. Die radiale Steganordnung 6 umfasst ein radiales Stegelement 8, mehrere elastische Elemente 9, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Federn 9a, und ein Sockelelement 10. Das radiale Stegelement 8 ist über die Federn 9a mit dem Sockelelement 10 verbunden und in eine radiale Richtung vorgespannt. Das Sockelelement 10 bildet eine Gegenkontur zu dem T-Profil 7a des Stegaufnahmekanals 5 aus und ist so axial in das T-Profil 7a einschiebbar (8). 7 FIG. 12 schematically illustrates a radial web arrangement 6. Such a radial web arrangement 6 can be pushed into a respective web receiving channel 5 in the axial direction. The radial web arrangement 6 comprises a radial web element 8, several elastic elements 9, springs 9a in the present exemplary embodiment, and a base element 10. The radial web element 8 is connected to the base element 10 via the springs 9a and is pretensioned in a radial direction. The base element 10 forms a counter-contour to the T-profile 7a of the web receiving channel 5 and can thus be pushed axially into the T-profile 7a ( 8th ).

In dem in 1, 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeweils ein Stegaufnahmekanal 5 einteilig, nämlich als ein gemeinsamer Kanal, mit einem ersten Magnetaufnahmekanal 12a, 12b ausgebildet, wobei in jeweiligen Stegaufnahmekanal 5 jeweils eine variable radiale Steganordnung 6 angeordnet ist ( 4, 5). In dem gemeinsamen Kanal, zwischen dem Stegaufnahmekanal 5 und dem ersten Magnetaufnahmekanal 12a, 12b, d.h. zwischen der radialen Steganordnung 6 und dem jeweiligen ersten Permanentmagneten 11a, 11b, ist jeweils ein Kanal 15 zur axialen Führung bzw. Leitung eines Kühlmittels bzw. Schmiermittels durch den Rotor 4 ausgebildet. Bei dem Kühl- bzw. Schmiermittel handelt es sich um ein magnetisch, nicht leitendes Kühl- bzw. Schmiermittel. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um Öl. Derart wird die Reibung zwischen dem radialen Stegelement 8 und dem restlichen Rotor 4 minimiert und verhindert, dass das radiale Stegelement 8 in einer fixen Position stecken bleibt.in the in 1 , 4 and 5 In the exemplary embodiment illustrated, a web receiving channel 5 is formed in one piece, namely as a common channel, with a first magnet receiving channel 12a, 12b, with a variable radial web arrangement 6 being arranged in each web receiving channel 5 ( 4 , 5 ). In the common channel, between the web receiving channel 5 and the first magnet receiving channel 12a, 12b, ie between the radial web arrangement 6 and the respective first permanent magnet 11a, 11b, there is a channel 15 for the axial guidance or conduction of a coolant or lubricant through the Rotor 4 formed. The coolant or lubricant is a magnetic, non-conductive coolant or lubricant. In the present embodiment, it is oil. In this way, the friction between the radial bar element 8 and the rest of the rotor 4 is minimized and the radial bar element 8 is prevented from getting stuck in a fixed position.

Die Federn 9a zur Fixierung des radialen Stegelements 8, als auch das T-Profil 7a für das Sockelelement 10 sind in radialer Richtung auf Seiten der zentralen Achse 13 des Rotors 4, nämlich näher an der zentralen Achse 13 des Rotors 4 als das radiale Stegelement 8, sozusagen „radial unterhalb“ des radialen Stegelements 8, angeordnet. Eine Anordnung der Federn 9a zur Fixierung des radialen Stegelements 8, als auch des T-Profils 7a für das Sockelelement 10 in radialer Richtung auf Seiten des Außenumfangs 14 des Rotors 4, nämlich näher an dem Außenumfang 14 des Rotors 4 als das radialen Stegelement 8, sozusagen „radial oberhalb“ des radialen Stegelements 8, ist ebenso denkbar, jedoch nicht vorteilhaft. Eine derartige Anordnung würde eine radiale Erstreckung des Stegaufnahmekanals 5 „radial oberhalb“ des Stegelements 8 erfordern. Da in diesem Bereich große Magnetflussdichten vorliegen, hätte dies eine signifikante Reduzierung der d-Induktivität und somit eine erhebliche Verschlechterung der „Motorperformance“ zur Folge. Die Anordnung der Federn 9a und des Sockelelements 10 „radial unterhalb“ des radialen Stegelements 8, wirkt sich dagegen nur minimal auf die „Motorperformance“ aus.The springs 9a for fixing the radial bar element 8, as well as the T-profile 7a for the base element 10 are in the radial direction on the side of the central axis 13 of the rotor 4, namely closer to the central axis 13 of the rotor 4 than the radial bar element 8 , so to speak "radially below" the radial web element 8 arranged. An arrangement of the springs 9a for fixing the radial web element 8, as well as the T-profile 7a for the base element 10 in the radial direction on the side of the outer circumference 14 of the rotor 4, namely closer to the outer circumference 14 of the rotor 4 than the radial web element 8, so to speak “radially above” the radial web element 8, is also conceivable, but not advantageous. Such an arrangement would require the web receiving channel 5 to extend radially “radially above” the web element 8 . Since there are high magnetic flux densities in this area, this would result in a significant reduction in the d-inductance and thus a considerable deterioration in the "motor performance". The arrangement of the springs 9a and the base element 10 “radially below” the radial web element 8, on the other hand, has only a minimal effect on the “motor performance”.

Eine durch eine Rotation des Rotors 4 hervorgerufene Zentrifugalkraft beeinflusst die radiale Bewegung der jeweiligen radialen Steganordnung 6, genauer des jeweiligen radialen Stegelements 8, innerhalb des jeweiligen Stegaufnahmekanals 5. Je nach Wahl der Federkonstanten der Federn 9a wird das jeweilige radiale Stegelement 8 bei steigender Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 4 mehr oder weniger radial nach außen, nämlich in Richtung zum Außenumfang 14 des Rotors 4 bewegt (5). Bei sinkender Rotationsgeschwindigkeit wird das jeweilige radiale Stegelement 8 aufgrund der durch die Federn 9a vorgegebenen Vorspannung wieder radial nach innen, nämlich in Richtung zu einer zentralen Achse 13 des Rotors 4, bewegt (4).A centrifugal force caused by a rotation of the rotor 4 influences the radial movement of the respective radial bar arrangement 6, more precisely of the respective radial bar element 8, within the respective bar receiving channel 5. Depending on the selection of the spring constants of the springs 9a, the respective radial bar element 8 is moved as the rotational speed of the Rotor 4 moves more or less radially outwards, namely in the direction of the outer circumference 14 of the rotor 4 ( 5 ). When the rotational speed decreases, the respective radial web element 8 is moved radially inwards again, namely in the direction of a central axis 13 of the rotor 4, due to the prestressing predetermined by the springs 9a ( 4 ).

Vermittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der permanenterregten elektrischen Maschine 1 wird unter Berücksichtigung einer einfachen sowie kostengünstigen Herstellung eine permanenterregte elektrische Maschine 1 mit variablem Rotorfluss dargestellt. Durch die Verwendung einer variablen radialen Steganordnung 6 entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Rotorflussfeld erzeugt, dass mit der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 4 und somit mit der Position der variablen radialen Steganordnung 6 variiert. Mit variablem Rotorfluss kann die Drehmomentausgabe der Rotorwelle 16 auf Grundlage einer Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 4 eingestellt werden.By means of the configuration according to the invention of the permanent-magnet electrical machine 1, a permanent-magnet electrical machine 1 with a variable rotor flux is presented, taking into account simple and cost-effective production. By using a variable radial vane arrangement 6 according to the present invention, a rotor flux field is created which varies with the rotational speed of the rotor 4 and thus with the position of the variable radial vane arrangement 6 . With variable rotor flux, the torque output of the rotor shaft 16 can be adjusted based on a rotational speed of the rotor 4 .

Bezugszeichenlistereference list

11: Permanenterregte elektrische MaschinePermanently excited electrical machine
22: Statorstator
44: Rotorrotor
55: StegaufnahmekanalBar receiving channel
66: Radiale SteganordnungRadial web arrangement
77: Profilprofile
7a7a: T-ProfilT profile
7b7b: Keil-Profilwedge profile
88th: Radiales StegelementRadial bar element
99: Elastisches Elementelastic element
9a9a: FederFeather
1010: Sockelelementbase element
11a, 11b11a, 11b: Erster PermanentmagnetFirst permanent magnet
12a, 12b12a, 12b: Erster MagnetaufnahmekanalFirst magnet recording channel
1313: Zentrale Achse (des Rotors)Central axis (of the rotor)
1414: Außenumfang (des Rotors)outer circumference (of the rotor)
1515: Kanalchannel
1616: Rotorwellerotor shaft
1717: Luftspaltair gap
18a, 18b18a, 18b: Zweiter PermanentmagnetSecond permanent magnet
19a, 19b19a, 19b: Zweiter MagnetaufnahmekanalSecond magnet recording channel
2020: Radialer StegRadial web

Claims

Permanent-magnet electrical machine (1) comprising a stator (2) defining a central cavity and a rotor (4), the rotor (4) being at least partially rotatably arranged in the central cavity, the rotor (4) having a plurality of axially running web receiving channels (5) for receiving a radial web arrangement (6) in each case, the web receiving channels (5) each having an arrangement, namely a claw-shaped or wedge-shaped profile (7, 7a, 7b), for the reversible axial attachment of the respective radial web arrangement (6) have.

Permanently excited electrical machine (1) after claim 1 , characterized in that the respective radial web arrangement (6) has a radial web element (8), at least one elastic element (9, 9a) and a base element (10), wherein the radial web element (8) via the elastic element (9, 9a) is connected to the base element (10) and is prestressed in a radial direction, with the base element (10) forming a counter-contour to the profile (7, 7a, 7b) and thus being axially inserted into the profile (7, 7a, 7b) is retractable.

Permanently excited electrical machine (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the profile (7, 7a, 7b) is designed as a T-profile (7a) or as a wedge profile (7b).

Permanently excited electrical machine (1) after claim 2 or 3 , characterized in that the radial web element (8) from stacked Sheet iron or as a sintered part made of SMC powder.

Permanently excited electrical machine (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the rotor (4) has a plurality of pairs of first permanent magnets (11a, 11b), one permanent magnet (11a, 11b) in each case being arranged in a first magnet receiving channel (12a, 12b), with two first magnet receiving channels ( 12a, 12b) in relation to a radial direction from a central axis (13) of the rotor (4) towards an outer circumference (14) of the rotor (4) are arranged essentially forming a V-shape relative to one another, with at least one web receiving channel ( 5) at least partially between the two first permanent magnets (11a, 11b) in the circumferential direction of the rotor (4).

Permanently excited electrical machine (1) after claim 5 , characterized in that at least one web receiving channel (5) and at least one first magnet receiving channel (12a, 12b) are designed as a common channel.

Permanently excited electrical machine (1) after claim 6 , characterized in that in the common channel at least between the web receiving channel (5) and the first magnet receiving channel (12a, 12b) a channel (15) for the axial guidance of a coolant and / or lubricant is formed.