DE102021213932A1

DE102021213932A1 - Rotormodul für einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102021213932A1
Application number: DE102021213932.9A
Authority: DE
Inventors: Boris Dotz
Original assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2023-06-15
Also published as: EP4195459A1; US20230179041A1; JP2023085240A; CN116647065A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotormodul (15) für einen Rotor (3) einer rotierenden elektrischen Maschine (1) mit einer Drehachse (A), die einen Stator (2) umfasst, der einen Statorkern (9) umfasst, welcher radial ausgerichtete Statorzähne aufweist, wobei das Rotormodul (15) Folgendes umfasst:- einen Rotormodulkern (16)- mehrere Permanentmagnete (17, 18), die eine Anzahl von Magnetpolpaaren (24) definieren, die einen ersten Pol (22) und einen zweiten Pol (23) umfassen, wobei der erste Pol (22) und der zweite Pol (23) jedes Magnetpolpaars (24) benachbart sind,wobei die ersten Pole (22) Nordpole und die zweiten Pole (23) Südpole sind oder die ersten Pole (22) Südpole sind und die zweiten Pole (23) Nordpole sind,wobei die mehreren Permanentmagnete (17, 18) erste Magnetanordnungen (25), die jeweils einen ersten Pol (22) definieren, und zweite Magnetanordnungen (26), die jeweils einen zweiten Pol (23) definieren, definieren,wobei die ersten Magnetanordnungen (25) und die zweiten Magnetanordnungen (26) verschieden sind,wobei ein erster Winkel (27) zwischen dem ersten Pol (22) und dem zweiten Pol (23) jedes Paars gleich 360° dividiert durch die doppelte Anzahl von Magnetpolpaaren (24) ist,wobei ein zweiter Winkel (28) zwischen einem zweiten Pol (23) eines ersten Magnetpolpaars (29) und einem ersten Pol (22) eines zweiten Magnetpolpaars (30) neben dem zweiten Pol (23) des ersten Magnetpolpaars (29) gleich der Summe des ersten Winkels (27) und eines ersten Verschiebungswinkels ist, wobei der erste Verschiebungswinkel größer als null und kleiner als ein oder gleich einem maximalem Verschiebungswinkel ist, wobei der maximale Verschiebungswinkel gleich 360° dividiert durch die Anzahl von Statorzähnen ist.Die Erfindung betrifft auch einen Rotor (3), der mit solch einem Rotormodul (15) versehen ist, und eine rotierende elektrische Maschine 1, die solch einen Rotor (3) umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotormodul für einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine, das den Drehmomentrippel reduziert. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor, der solch ein Rotormodul umfasst, und eine rotierende elektrische Maschine, die solch einen Rotor umfasst.
Auf bekannte Weise umfassen rotierende elektrischen Maschinen mit einer Drehachse einen Rotor, der mehrere Rotormodule umfasst. Jedes Rotormodul umfasst Folgendes:

- einen Rotormodulkern
- mehrere Permanentmagnete, die eine Anzahl von Magnetpolpaaren definieren, die einen ersten Pol und einen zweiten Pol umfassen, wobei der erste Pol und der zweite Pol jedes Magnetpolpaars benachbart sind,

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Reduzierung oder Beseitigung dieser Nachteile.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotormodul für einen Rotor einer rotierenden elektrischen Maschine mit einer Drehachse, die einen Stator umfasst, der einen Statorkern umfasst, welcher radial ausgerichtete Statorzähne aufweist, wobei das Rotormodul Folgendes umfasst:

Dank eines zweiten Winkels, der größer als der erste Winkel ist, wird der Drehmomentrippel reduziert. Die Herstellung ist vereinfacht, da ein einziger Typ von Rotorplatte erforderlich ist, um den Rotormodulkern herzustellen. Des Weiteren kann die Magnetanordnung in Richtung der Drehachse ausgerichtet werden. Die Anordnung des Modulkerns und der Magnetanordnungen ist vereinfacht. Die Kosten des Rotors sind reduziert.
Gemäß einer Ausführungsform liegt der erste Verschiebungswinkel zwischen 30% und 70% des ersten maximalen Verschiebungswinkels und vorzugsweise zwischen 45% und 55% des ersten maximalen Verschiebungswinkels.
Dank solch eines ersten Verschiebungswinkels wird der Drehmomentrippel reduziert, während eine gute mechanische Festigkeit des Rotormodulkerns beibehalten wird. Des Weiteren wird eine starke Reduzierung des Drehmomentrippels erreicht, während die Drehmomentreduzierung begrenzt wird.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist ein dritter Winkel zwischen einem zweiten Pol des zweiten Magnetpolpaars und einem ersten Pol eines dritten Magnetpolpaars neben dem zweiten Pol des zweiten Magnetpolpaars gleich der Summe des ersten Winkels und eines zweiten Verschiebungswinkels, wobei der zweite Verschiebungswinkel größer als null und kleiner als ein oder gleich einem maximalem Verschiebungswinkel ist.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind der erste Verschiebungswinkel und der zweite Verschiebungswinkel verschieden.
Dank eines ersten Verschiebungswinkels und eines zweiten Verschiebungswinkels, die verschieden sind, können mehrere harmonische Komponenten des Drehmomentrippels effektiv reduziert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung liegt der zweite Verschiebungswinkel zwischen 30% und 70% des maximalen Verschiebungswinkels und vorzugsweise zwischen 45% und 55% des maximalen Verschiebungswinkels. Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der zweite Verschiebungswinkel gleich dem ersten Verschiebungswinkel.
Die Verwendung eines ersten Verschiebungswinkels und eines zweiten Verschiebungswinkels, die gleich sind, ermöglicht eine starke Reduzierung bestimmter harmonischer Komponenten des Drehmomentrippels.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst das Rotormodul mindestens vier Magnetpolpaare, wobei die Anzahl von Magnetpolpaaren gerade ist, und wobei das erste Magnetpolpaar und ein viertes Magnetpolpaar bezüglich der Drehachse symmetrisch sind und das zweite Magnetpolpaar und ein fünftes Magnetpolpaar bezüglich der Drehachse symmetrisch sind.
Solche Symmetrien zwischen dem ersten Magnetpolpaar und einem vierten Magnetpolpaar und dem zweiten Magnetpolpaar und einem fünften Magnetpolpaar verbessern die Auswuchtung des Rotormoduls.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der Rotormodulkern mehrere Magnettaschen auf, wobei die Permanentmagnete der ersten Magnetanordnungen und der zweiten Magnetanordnungen in den Magnettaschen angeordnet sind.
Da die Magnetanordnungen in der Axialrichtung ausgerichtet sind, kann die Magnettasche gerade und in der Axialrichtung verlaufen. Das Einführen der Magnetanordnung in die Magnettaschen ist vereinfacht, und die Herstellungskosten sind reduziert.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist jede erste Magnetanordnung und jede zweite Magnetanordnung zwei Permanentmagnete auf, die eine V-Form bilden.
Dank solcher Magnetanordnungen kann mehr Magnetmaterial verwendet werden, ohne dass die Größe des Rotormoduls vergrößert werden muss. Des Weiteren wird ein größeres Reluktanzmoment erreicht.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist jede erste Magnetanordnung und jede zweite Magnetanordnung vier Permanentmagnete auf, die eine Doppel-V-Form bilden, wobei die Doppel-V-Form eine erste V-Form und eine zweite V-Form umfasst, wobei die Spitze der ersten V-Form und die Spitze der zweiten V-Form auf einer radialen Ebene des Rotormoduls ausgerichtet sind, wobei die radiale Ebene eine Längsachse des Pols definiert.
Dank solcher Magnetanordnungen kann sogar noch mehr Magnetmaterial verwendet werden, ohne dass die Größe des Rotormoduls vergrößert werden muss. Des Weiteren wird ein größeres Reluktanzmoment erreicht.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist jede erste Magnetanordnung und jede zweite Magnetanordnung mindestens einen Permanentmagneten (18) auf, der tangential in jeder Magnettasche eingebettet ist.
Dank solcher Magnetanordnungen kann die Anzahl von Permanentmagneten reduziert werden. Die Herstellung des Rotormoduls ist leichter.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Rotormodulkern ein laminierter Rotormodulkern, der mehrere Rotorplatten umfasst, die in Richtung der Drehachse gestapelt sind.
Die Erfindung betrifft auch einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, der ein einziges Rotormodul wie oben beschrieben umfasst.
Die Erfindung betrifft auch einen Rotor für eine rotierende elektrische Maschine, der mindestens ein erstes Rotormodul und ein zweites Rotormodul umfasst, wobei das erste Rotormodul und das zweite Rotormodul Rotormodule wie oben beschrieben sind, wobei das erste Rotormodul und das zweite Rotormodul identisch sind und eine erste axiale Endfläche und eine zweite axiale Endfläche gegenüber der ersten axialen Endfläche aufweisen, und wobei die zweite axiale Endfläche des ersten Rotormoduls der zweiten axialen Endfläche des zweiten Rotormoduls zugekehrt ist, insbesondere die zweite axiale Endfläche des ersten Rotormoduls mit der zweiten axialen Endfläche des zweiten Rotormoduls in Kontakt steht. Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst der Rotor für die rotierende elektrische Maschine ein drittes Rotormodul, wobei das dritte Rotormodul und das erste Rotormodul identisch sind, wobei die erste axiale Endfläche des dritten Rotormoduls der ersten axialen Endfläche des zweiten Rotormoduls zugekehrt ist, insbesondere die erste axiale Endfläche des dritten Rotormoduls mit der ersten axialen Endfläche des zweiten Rotormoduls in Kontakt steht.
Solch ein mehrere Rotormodule umfassender Rotor ermöglicht einen geringen Drehmomentrippel, während die Drehmomentreduzierung weiter begrenzt wird. Die Verwendung identischer Rotormodule vereinfacht die Herstellung des Rotors. Der Rotorplatten der Rotormodulkerne können identisch sein, wodurch die Anzahl von Komponentenreferenzen reduziert wird. Diese einfache Herstellung ermöglicht die Reduzierung der Kosten des Rotors.
Die Erfindung betrifft auch eine rotierende elektrischen Maschine, die einen Rotor wie oben beschrieben und einen Stator, der einen Statorkern umfasst, welcher radial ausgerichtete Statorzähne aufweist, umfasst.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung befindet sich der Stator radial außerhalb des Rotors.
Die Erfindung wird durch Lektüre der folgenden Beschreibung und genauer Betrachtung der sie begleitenden Figuren besser verständlich. Diese Figuren werden nur zur Veranschaulichung dargeboten und schränken die Erfindung in keiner Weise ein.

1 ist eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen rotierenden elektrischen Maschine; und
2 zeigt ein Rotormodul gemäß dem Stand der Technik; und
3 zeigt ein Rotormodul gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
4 zeigt ein Rotormodul gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
5 zeigt ein Rotormodul gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, das mit orthoradial ausgerichteten Magneten versehen ist; und 6 zeigt eine teilweise auseinandergezogene schematische Ansicht eines Rotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
7 zeigt eine teilweise schematische Ansicht des Rotors von 6; und
8 zeigt ein Schaubild des Drehmoments mit einem Rotormodul gemäß dem Stand der Technik und des Drehmoments mit einem Rotormodul gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Identische, ähnliche oder analoge Elemente behalten von einer Figur zur nächsten das gleiche Bezugszeichen. Die Ordinalzahlen werden zum unterscheiden von Merkmalen verwendet Sie definieren keine Position eines Merkmals. Infolgedessen bedeutet ein drittes Merkmal eines Produkts zum Beispiel nicht, dass das Produkt ein erstes und/oder ein zweites Merkmal hat.
1 zeigt einen Halbschnitt durch eine schematisch gezeigte rotierende elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 umfasst eine Welle 4 mit einem darauf sitzenden Rotor 3. Die Welle 4 ist zum Beispiel mittels eines ersten Lagers 11 und eines zweiten Lagers 12 so angebracht, dass sie um eine Drehachse A bezüglich eines Stators 2 drehbar ist. Der Begriff „axial“ bezieht sich auf die Richtung der Drehachse A der rotierenden elektrischen Maschine. Der Stator 2 umfasst einen Statorkern 9 und eine Wicklung 8. Zum Beispiel ist der Statorkern 9 ein laminierter Statorkern 9, der mehrere Statorplatten umfasst. Der Statorkern 9 umfasst radial ausgerichtete Statorzähne. Zwischen den Zähnen sind Schlitze ausgebildet. Die Wicklung 8 umfasst Leiter. Die Leiter sind in den Schlitzen angeordnet. Wicklungsenden 10 verbinden elektrisch die Leiter zur Bildung der Wicklung 8. Zum Beispiel ist die Wicklung 8 eine U-Pin-Wicklung oder eine Wicklung mit mehreren Lappen. Zum Beispiel ist die Wicklung eine doppelte Dreiphasenwechselstromwicklung.
Zum Beispiel sitzt das erste Lager 11 in einem ersten Halter 5, und das zweite Lager 12 sitzt in einem zweiten Halter 6. Das erste Lager 11 und das zweite Lager 12 sind zum Beispiel Kugellager, Rollenlager oder Gleitlager. Bei der Ausführungsform von 1 weist die rotierende elektrische Maschine ein Gehäuse 32 auf. Das Gehäuse 32 umfasst den ersten Halter 5, den zweiten Halter 6 und einen Gehäuseteil 7. Der Gehäuseteil 7 verbindet den ersten Halter 5 und den zweiten Halter 6. Zum Beispiel ist der Statorkern 9 durch Presspassung in dem Gehäuseteil 7 eingebracht, insbesondere umfasst der Gehäuseteil 7 eine zylindrische Innenfläche, in der eine zylindrischer Außenfläche des Statorkerns 9 durch Presspassung eingebracht ist. Bei einer anderen Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, umfasst der erste Halter oder zweite Halter einen ersten röhrenförmigen Abschnitt, in dem der Statorkern durch Presspassung eingebracht ist. Der andere Halter kann einen zweiten röhrenförmigen Abschnitt umfassen. Es kann eine Kühlkammer zwischen dem ersten röhrenförmigen Abschnitt und dem zweiten röhrenförmigen Abschnitt ausgebildet sein. Bei einer anderen Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, ist eine Kühlkammer in dem Gehäuseteil ausgebildet.
Die Welle 4 kann mit einem Antriebsglied 13, wie zum Beispiel einer Riemenscheibe oder einem Zahnrad, drehgekoppelt sein.
Der Rotor 3 ist mit der Welle drehverbunden. Der Rotor kann einen ersten Endring 21 und einen zweiten Endring 20, die sich an den axial gegenüberliegenden Enden des Rotors befinden, umfassen. Der erste Endring 21 und der zweite Endring 20 sind zum Beispiel Auswuchtringe. Zum Beispiel wird das Auswuchten des Rotors durch Materialabnahme in dem ersten und/oder dem zweiten Auswuchtring erreicht.
Der Rotor 3 umfasst ein oder mehrere Rotormodule 15.
2 zeigt ein Rotormodul 15 des Stands der Technik in einer Ansicht senkrecht zur Drehachse A. Das Rotormodul 15 umfasst einen Rotormodulkern 16. Der Rotormodulkern 16 ist zum Beispiel ein laminierter Rotormodulkern, der mehrere in Richtung der Drehachse A gestapelte Rotorplatten umfasst. Der Rotormodulkern 16 umfasst mehrere Magnettaschen 38. In den Magnettaschen 38 sind mehrere
Permanentmagnete 17 angeordnet. Die mehreren Permanentmagnete 17 definieren eine Anzahl von Magnetpolpaaren 24, die einen ersten Pol 22 und einen zweiten Pol 23 umfassen, wobei der erste Pol 22 und der zweite Pol 23 jedes Magnetpolpaars benachbart sind. Die ersten Pole 22 sind Nordpole und die zweiten Pole 23 sind Südpole oder die ersten Pole 22 sind Südpole und die zweiten Pole 23 sind Nordpole. Das Rotormodul von 2 weist vier Magnetpolpaare 24 auf. Die mehreren Permanentmagnete 17 definieren erste Magnetanordnungen 25, die jeweils einen ersten Pol 22 definieren, und zweite Magnetanordnungen 26, die jeweils einen zweiten Pol 23 definieren. Die ersten Magnetanordnungen 25 und die zweiten Magnetanordnungen 26 sind verschieden. Mit anderen Worten teilen sich die ersten Magnetanordnungen 25 und die zweiten Magnetanordnungen 26 keine Magnete.
Ein erster Winkel 27 zwischen dem ersten Pol 22 und dem zweiten Pol 23 jedes Paars ist gleich 360° dividiert durch die doppelte Anzahl von Magnetpolpaaren 24. Die Winkel zwischen dem ersten Pol und dem zweiten Pol benachbarter Magnetpolpaare 24 sind gleich dem ersten Winkel. Jeder erste Pol 22 und jeder zweite Pol 23 weist eine Längsachse auf. Die Winkel zwischen den Polen werden zwischen den Längsachsen der Pole gemessen.
Jede erste Magnetanordnung 25 und jede zweite Magnetanordnungen 26 weist vier Permanentmagnete 17 auf, die eine Doppel-V-Form bilden, wobei die Doppel-V-Form eine erste V-Form 39 und eine zweite V-Form 40 umfasst. Die Spitze der ersten V-Form 39 und die Spitze der zweiten V-Form 40 sind auf einer Radialebene des Rotormoduls ausgerichtet, wobei die Radialebene eine Längsachse des Pols bildet.
3 zeigt ein Rotormodul 15 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieses Rotormodul 15 teilt einige Merkmale mit dem oben beschriebenen Rotormodul des Stands der Technik. Es werden nur Unterschiede ausführlich beschrieben.
Ein zweiter Winkel 28 zwischen einem zweiten Pol 23 eines ersten Magnetpolpaars 29 und einem ersten Pol 22 eines zweiten Magnetpolpaars 30 neben dem zweiten Pol 23 des ersten Magnetpolpaars 29 ist gleich der Summe des ersten Winkels 27 und eines ersten Verschiebungswinkels. Der erste Verschiebungswinkel ist größer als null und kleiner als ein oder gleich einem maximalen Verschiebungswinkel. Der maximale Verschiebungswinkel ist gleich 360° dividiert durch die Anzahl von Statorzähnen. Somit ist der zweite Winkel 28 größer als der erste Winkel 27.
Der erste Verschiebungswinkel kann zwischen 30% und 70% des ersten maximalen Verschiebungswinkels und vorzugsweise zwischen 45% und 55% des ersten maximalen Verschiebungswinkels liegen.
Des Weiteren ist ein zweiter Winkel 31 zwischen einem zweiten Pol 23 des zweiten Magnetpolpaars 30 und einem ersten Pol 22 eines dritten Magnetpolpaars 32 neben dem zweiten Pol 23 des zweiten Magnetpolpaars 30 gleich der Summe des ersten Winkels 27 und eines zweiten Verschiebungswinkels. Der zweite Verschiebungswinkel ist größer als null und kleiner als ein oder gleich einem maximalen Verschiebungswinkel.
Der zweite Verschiebungswinkel kann zwischen 30% und 70% des maximalen Verschiebungswinkels und vorzugsweise zwischen 45% und 55% des maximalen Verschiebungswinkels liegen.
Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung, die in 3 gezeigt wird, ist der zweite Verschiebungswinkel gleich dem ersten Verschiebungswinkel.
Bei einer nicht gezeigten Variante der ersten Ausführungsform ist der zweite Verschiebungswinkel von dem ersten Verschiebungswinkel verschieden.
Des Weiteren ist ein vierter Winkel 33 zwischen einem zweiten Pol 23 des dritten Magnetpolpaars 32 und einem ersten Pol 22 eines sechsten Magnetpolpaars 34 neben dem zweiten Pol 23 des dritten Magnetpolpaars 32 gleich der Summe des ersten Winkels 27 und eines dritten Verschiebungswinkels. Der dritte Verschiebungswinkel ist größer als null und kleiner als ein oder gleich einem maximalen Verschiebungswinkel.
Der dritte Verschiebungswinkel kann zwischen 30% und 70% des maximalen Verschiebungswinkels und vorzugsweise zwischen 45% und 55% des maximalen Verschiebungswinkels liegen.
Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung, die in 3 gezeigt wird, ist der dritte Verschiebungswinkel gleich dem ersten Verschiebungswinkel.
Bei einer nicht gezeigten anderen Ausführungsform ist der zweite Verschiebungswinkel von dem ersten Verschiebungswinkel und/oder dem zweiten Verschiebungswinkel verschieden.
8 zeigt einen Vergleich zwischen einem ersten Ausgangsdrehmoment 48 einer rotierenden elektrischen Maschine, die mit einem in 2 gezeigten Rotormodul des Stands der Technik versehen ist, und einem zweiten Ausgangsdrehmoment 49 einer rotierenden elektrischen Maschine, die mit dem in 3 gezeigten Rotormodul versehen ist. Der Drehmomentrippel des zweiten Ausgangsdrehmoments 49 ist im Vergleich zu dem Drehmomentrippel des ersten Ausgangsdrehmoments 48 um das Fünffache reduziert.
Die Größe und die Form der Magnettaschen 38 sind so definiert, dass die Magnete 17 in den Magnettaschen 38 eingesetzt werden können. Die Magnettaschen 38 können freie Räume, das heißt Räume, die nicht mit den Magneten 17 gefüllt sind, aufweisen. Die freien Räume können die Magnetflüsse in dem Rotor verbessern. Die freien Räume können mit einem Harz zum Halten des Magneten gefüllt werden.
Bei der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Rotormodul 15 vier Magnetpolpaare 24, das erste Magnetpolpaar 29, das zweite Magnetpolpaar 30, das dritte Magnetpolpaar 32 und das sechste Magnetpolpaar 34. Zwischen dem zweiten Pol 23 des sechsten Magnetpolpaars 34 und dem ersten Pol 22 des ersten Magnetpolpaars 29 ist ein fünfter Winkel 35 definiert. In Anbetracht des ersten Verschiebungswinkels, des zweiten Verschiebungswinkels und des dritten Verschiebungswinkels ist der fünfte Winkel kleiner als der erste Winkel 27. Natürlich müssen die verschiedenen Verschiebungswinkel so definiert sein, dass der fünfte Winkel groß genug ist, eine Brücke 46 in dem Rotormodulkern zwischen den Magnettaschen des zweiten Pols 23 des sechsten Magnetpolpaars 34 und des ersten Pols 22 des ersten Magnetpolpaars 29 zu halten. Zum Beispiel muss die Brücke dick genug sein, wohlbekannte mechanische Belastungen, wie zum Beispiel die Belastungen durch Fliehkräfte, zu widerstehen. Aus Gründen der Herstellbarkeit kann die Brücke dicker als eine Dicke einer Rotorplatte sein.
Bei einer nicht gezeigten Variante der ersten Ausführungsform ist die Anzahl von Magnetpolpaaren verschiedenen, zum Beispiel 5 oder mehr Magnetpolpaare. Ein letztes Magnetpolpaar befindet sich neben dem ersten Magnetpolpaar 29 gegenüber dem zweiten Magnetpolpaar 30. Zwischen dem zweiten Pol des letzten Magnetpolpaars und dem ersten Pol des ersten Magnetpolpaars ist ein letzter Winkel definiert. Natürlich müssen die verschiedenen Verschiebungswinkel so definiert sein, dass der letzte Winkel groß genug ist, eine Brücke 46 in dem Rotormodulkern zwischen den Magnettaschen des zweiten Pols 23 des letzten Magnetpolpaars und des ersten Pols 22 des ersten Magnetpolpaars 29 zu halten. Zum Beispiel muss die Brücke dick genug sein, wohlbekannte mechanische Belastungen, wie zum Beispiel die Belastungen durch Fliehkräfte, zu widerstehen. Aus Gründen der Herstellbarkeit kann die Brücke dicker als eine Dicke einer Rotorplatte sein. 4 zeigt ein Rotormodul 15 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieses Rotormodul 15 teilt einige Merkmale mit dem oben beschriebenen Rotormodul des Stands der Technik. Es werden nur Unterschiede ausführlich beschrieben.
Das Rotormodul 15 umfasst vier Magnetpolpaare.
Wie bei der ersten Ausführungsform ist ein zweiter Winkel 28 zwischen einem zweiten Pol 23 eines ersten Magnetpolpaars 29 und einem ersten Pol 22 eines zweiten Magnetpolpaars 30 neben dem zweiten Pol 23 des ersten Magnetpolpaars 29 gleich der Summe des ersten Winkels 27 und eines ersten Verschiebungswinkels. Der erste Verschiebungswinkel ist größer als null und kleiner als ein oder gleich einem maximalen Verschiebungswinkel. Der maximale Verschiebungswinkel ist gleich 360° dividiert durch die Anzahl von Statorzähnen. Somit ist der zweite Winkel 28 größer als der erste Winkel 27.
Das Rotormodul 15 umfasst ein viertes Magnetpolpaar 36 und ein fünftes Magnetpolpaar 37. Das erste Magnetpolpaar 29 und ein viertes Magnetpolpaar 36 sind bezüglich der Drehachse A symmetrisch. Das zweite Magnetpolpaar 30 und ein fünftes Magnetpolpaar 37 sind bezüglich der Drehachse A symmetrisch. Der Winkel zwischen dem zweiten Pol 23 des vierten Magnetpolpaars 36 und dem ersten Pol 22 des fünften Magnetpolpaars 37 ist gleich dem zweiten Winkel 28.
Bei einer nicht gezeigten Variante der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl von Magnetpolpaaren gerade und größer als oder gleich sechs. Jedes Magnetpolpaar ist mit einem anderen Magnetpolpaar bezüglich der Drehachse A symmetrisch.
Wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung und ihrer Varianten müssen die verschiedenen Verschiebungswinkel dahingehend definiert sein, eine Brücke 46 in dem Rotormodulkern zwischen den Magnettaschen des ersten Pols und des zweiten Pols benachbarter Magnetpolpaare aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel muss die Brücke dick genug sein, wohlbekannte mechanische Belastungen, wie zum Beispiel die Belastungen durch Fliehkräfte, zu widerstehen. Aus Gründen der Herstellbarkeit kann die Brücke dicker als eine Dicke einer Rotorplatte sein.
Wie in 3 und 4 zu sehen ist, weist der Rotormodulkern 16 mehrere Magnettaschen 38 auf. Die Permanentmagnete 17, 18 der ersten Magnetanordnungen 25 und der zweiten Magnetanordnungen 26 können in den Magnettaschen 38 angeordnet sein. Jede erste Magnetanordnung 25 und jede zweite Magnetanordnung 26 weist vier Permanentmagnete 17 auf, die eine Doppel-V-Form bilden, wobei die Doppel-V-Form eine erste V-Form 39 und eine zweite V-Form 40 umfasst. Zum Beispiel sind die Spitze der ersten V-Form 39 und die Spitze der zweiten V-Form 40 auf einer Radialebene des Rotormoduls ausgerichtet. Zum Beispiel definiert die Radialebene eine Längsachse des Pols.
Bei einer anderen nicht gezeigten Ausführungsform weist jede erste Magnetanordnung 25 und jede zweite Magnetanordnung 26 zwei Permanentmagnete 17 auf, die eine V-Form bilden.
5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Die dritte Ausführungsform ähnelt der zweiten Ausführungsform. Jede erste Magnetanordnung 25 und jede zweite Magnetanordnung 26 weist mindestens einen Permanentmagneten 18 auf, der tangential in jeder Magnettasche 38 eingebettet ist. Mit anderen Worten sind die Magnete orthoradial ausgerichtet.
Eine andere nicht gezeigte Ausführungsform der Erfindung ähnelt der ersten Ausführungsform der Erfindung, jedoch ähneln die erste und die zweite Magnetanordnung der ersten und der zweiten Magnetanordnung der dritten Ausführungsform der Erfindung.
Eine andere nicht gezeigte Ausführungsform der Erfindung ähnelt der Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung, jedoch ähneln die erste und die zweite Magnetanordnung der ersten und der zweiten Magnetanordnung der dritten Ausführungsform der Erfindung.
Eine andere nicht gezeigte Ausführungsform der Erfindung ähnelt der Variante der zweiten Ausführungsform der Erfindung, jedoch ähneln die erste und die zweite Magnetanordnung der ersten und der zweiten Magnetanordnung der dritten Ausführungsform der Erfindung.
Bei allen Ausführungsformen können die Permanentmagnete mehrere Elementarpermanentmagnete beinhalten.
Zum Beispiel umfasst der Rotor 3 der rotierenden elektrischen Maschine 1 ein einziges Rotormodul 15.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der Rotor 3 der rotierenden elektrischen Maschine 1 mindestens ein erstes Rotormodul 41 und ein zweites Rotormodul 42. Das erste Rotormodul 41 und das zweite Rotormodul 42 sind identisch. Das erste Rotormodul 41 und das zweite Rotormodul 42 weisen eine erste axiale Endfläche 44 und eine zweite axiale Endfläche 45 gegenüber der ersten axialen Endfläche 44 auf. Die zweite axiale Endfläche 45 des ersten Rotormoduls 41 ist der zweiten axialen Endfläche 45 des zweiten Rotormoduls 42 zugekehrt, insbesondere steht die zweite axiale Endfläche 45 des ersten Rotormoduls 41 mit der zweiten axialen Endfläche 45 des zweiten Rotormoduls 42 in Kontakt. Dank der zuvor beschriebenen Verschiebungswinkel sind die erste axiale Endfläche 44 und die zweite axiale Endfläche 45 verschieden.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der Rotor 3 für die rotierende elektrische Maschine 1 zusätzlich zu dem ersten Rotormodul 41 und dem zweiten Rotormodul 42 ein drittes Rotormodul 43. Das dritte Rotormodul 43 und das erste Rotormodul 41 sind identisch. Zum Beispiel ist die erste axiale Endfläche 44 des dritten Rotormoduls 43 der ersten axialen Endfläche 44 des zweiten Rotormoduls 43 zugekehrt, insbesondere steht die erste axiale Endfläche 44 des ersten Rotormoduls 43 mit der ersten axialen Endfläche 44 des zweiten Rotormoduls 43 in Kontakt.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der Rotor mehr als drei Rotormodule 15.
Bei einer anderen Ausführungsform sind einige erste axiale Endflächen benachbarter Rotormodule einander zugekehrt und/oder sind einige zweite axiale Endflächen benachbarter Rotormodule einander zugekehrt und ist mindestens eine erste axiale Endfläche einer zweiten axialen Endfläche eines benachbarten Rotormoduls zugekehrt.
6 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung solch eines Rotors 3, der ein erstes Rotormodul 41, ein zweites Rotormodul 42 und ein drittes Rotormodul 43 umfasst. 7 ist eine andere Ansicht des Rotors 3.
Die Figuren zeigen Ausführungsformen der Rotormodule 15 und des Rotors 3 für rotierende elektrische Maschinen 1, wobei sich der Stator 2 radial außerhalb des Rotors 3 befindet. Wie in den Figuren zu sehen ist, umfassen die Rotormodule 15 und der Rotor ein Axialloch 47. Das Axialloch 47 ist zur Aufnahme der Welle 13 ausgeführt. Der Rotor 3 ist zum Beispiel durch Presspassung auf der Welle 13 angebracht. In einem anderen Beispiel weist die Welle 13 eine Schulter und ein Gewinde auf. Der Rotor 3 ist zum Beispiel zwischen der Schulter und einer auf dem Gewinde aufgeschraubten Mutter an der Welle 13 fixiert.
Bei einer anderen nicht gezeigten Ausführungsform sitzt der Rotor nicht auf einer Welle. Der Rotor ist zum Beispiel an einem röhrenförmigen Teil, wie zum Beispiel einem Kupplungsträger eines Kupplungsmoduls, montiert.
Bei einer anderen nicht gezeigten Ausführungsform ist der Rotor nicht an einer Rotornabe fixiert.
Bei einer anderen nicht gezeigten Ausführungsform befindet sich der Stator radial innerhalb des Rotors.
Bezugszeichenliste

1: rotierende elektrische Maschine
2: Stator
3: Rotor
4: Welle
5: erster Halter
6: zweiter Halter
7: Gehäuseteil
8: Wicklung
9: Statorkern
10: Wicklungsende
11: erstes Lager
12: zweites Lager
13: Antriebsglied
15: Rotormodul
16: Rotormodulkern
17: Permanentmagnet
18: Permanentmagnet
20: zweiter Endring
21: erster Endring
22: erster Pol
23: zweiter Pol
24: Magnetpolpaar
25: erste Magnetanordnung
26: zweite Magnetanordnung
27: erster Winkel
28: zweiter Winkel
29: erstes Magnetpolpaar
30: zweites Magnetpolpaar
31: dritter Winkel
32: drittes Magnetpolpaar
33: vierter Winkel
34: sechstes Magnetpolpaar
35: fünfter Winkel
36: viertes Magnetpolpaar
37: fünftes Magnetpolpaar
38: Magnettasche
39: erste V-Form
40: zweite V-Form
41: erstes Rotormodul
42: zweites Rotormodul
43: drittes Rotormodul
44: erste axiale Endfläche
45: zweite axiale Endfläche
46: Brücke
47: Axialloch
48: erstes Ausgangsdrehmoment
49: zweites Ausgangsdrehmoment

Claims

Rotormodul (15) für einen Rotor (3) einer rotierenden elektrischen Maschine (1) mit einer Drehachse (A), die einen Stator (2) umfasst, der einen Statorkern (9) umfasst, welcher radial ausgerichtete Statorzähne aufweist, wobei das Rotormodul (15) Folgendes umfasst: - einen Rotormodulkern (16) - mehrere Permanentmagnete (17, 18), die eine Anzahl von Magnetpolpaaren (24) definieren, die einen ersten Pol (22) und einen zweiten Pol (23) umfassen, wobei der erste Pol (22) und der zweite Pol (23) jedes Magnetpolpaars (24) benachbart sind, wobei die ersten Pole (22) Nordpole und die zweiten Pole (23) Südpole sind oder die ersten Pole (22) Südpole sind und die zweiten Pole (23) Nordpole sind, wobei die mehreren Permanentmagnete (17, 18) erste Magnetanordnungen (25), die jeweils einen ersten Pol (22) definieren, und zweite Magnetanordnungen (26), die jeweils einen zweiten Pol (23) definieren, definieren, wobei die ersten Magnetanordnungen (25) und die zweiten Magnetanordnungen (26) verschieden sind, wobei ein erster Winkel (27) zwischen dem ersten Pol (22) und dem zweiten Pol (23) jedes Paars gleich 360° dividiert durch die doppelte Anzahl von Magnetpolpaaren (24) ist, wobei ein zweiter Winkel (28) zwischen einem zweiten Pol (23) eines ersten Magnetpolpaars (29) und einem ersten Pol (22) eines zweiten Magnetpolpaars (30) neben dem zweiten Pol (23) des ersten Magnetpolpaars (29) gleich der Summe des ersten Winkels (27) und eines ersten Verschiebungswinkels ist, wobei der erste Verschiebungswinkel größer als null und kleiner als ein oder gleich einem maximalem Verschiebungswinkel ist, wobei der maximale Verschiebungswinkel gleich 360° dividiert durch die Anzahl von Statorzähnen ist.
Rotormodul (15) nach Anspruch 1, wobei der erste Verschiebungswinkel zwischen 30% und 70% des ersten maximalen Verschiebungswinkels und vorzugsweise zwischen 45% und 55% des ersten maximalen Verschiebungswinkels liegt.
Rotormodul (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein dritter Winkel (31) zwischen einem zweiten Pol (23) des zweiten Magnetpolpaars (30) und einem ersten Pol (22) eines dritten Magnetpolpaars (32) neben dem zweiten Pol (23) des zweiten Magnetpolpaars (30) gleich der Summe des ersten Winkels (27) und eines zweiten Verschiebungswinkels ist, wobei der zweite Verschiebungswinkel größer als null und kleiner als ein oder gleich einem maximalem Verschiebungswinkel ist.
Rotormodul (15) nach Anspruch 3, wobei der zweite Verschiebungswinkel zwischen 30% und 70% des ersten maximalen Verschiebungswinkels und vorzugsweise zwischen 45% und 55% des ersten maximalen Verschiebungswinkels liegt.
Rotormodul (15) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der zweite Verschiebungswinkel gleich dem ersten Verschiebungswinkel ist.
Rotormodul (15) nach Anspruch 1 oder 2, das mindestens vier Magnetpolpaare (24) umfasst, wobei die Anzahl von Magnetpolpaaren (24) gerade ist, und wobei das erste Magnetpolpaar (29) und ein viertes Magnetpolpaar (36) bezüglich der Drehachse (A) symmetrisch sind und das zweite Magnetpolpaar (30) und ein fünftes Magnetpolpaar (37) bezüglich der Drehachse (A) symmetrisch sind.
Rotormodul (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotormodulkern (16) mehrere Magnettaschen (38) aufweist, wobei die Permanentmagnete (17, 18) der ersten Magnetanordnungen (25) und der zweiten Magnetanordnungen (26) in den Magnettaschen (38) angeordnet sind.
Rotormodul (15) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei jede erste Magnetanordnung (25) und jede zweite Magnetanordnung (26) zwei Permanentmagnete (17) aufweist, die eine V-Form bilden.
Rotormodul (15) nach Anspruch 7, wobei jede erste Magnetanordnung (25) und jede zweite Magnetanordnung (26) vier Permanentmagnete (17) aufweist, die eine Doppel-V-Form bilden, wobei die Doppel-V-Form eine erste V-Form (39) und eine zweite V-Form (40) umfasst, wobei die Spitze der ersten V-Form (39) und die Spitze der zweiten V-Form (40) auf einer Radialebene des Rotormoduls ausgerichtet sind, wobei die Radialebene eine Längsachse des Pols definiert.
Rotormodul (15) nach Anspruch 7, wobei jede erste Magnetanordnung (25) und jede zweite Magnetanordnung (26) mindestens einen Permanentmagneten (18) aufweist, der tangential in jeder Magnettasche (38) eingebettet ist.
Rotor (3) für eine rotierende elektrischen Maschine (1), der ein einziges Rotormodul (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Rotor (3) für eine rotierende elektrische Maschine (1), der mindestens ein erstes Rotormodul (41) und ein zweites Rotormodul (42) umfasst, wobei das erste Rotormodul (41) und das zweite Rotormodul (42) Rotormodule (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 sind, wobei das erste Rotormodul (41) und das zweite Rotormodul (42) identisch sind und eine erste axiale Endfläche (44) und eine zweite axiale Endfläche (45) gegenüber der ersten axialen Endfläche (44) aufweisen, und wobei die zweite axiale Endfläche (45) des ersten Rotormoduls (41) der zweiten axialen Endfläche (45) des zweiten Rotormoduls (42) zugekehrt ist, insbesondere die zweite axiale Endfläche (45) des ersten Rotormoduls (41) mit der zweiten axialen Endfläche (45) des zweiten Rotormoduls (42) in Kontakt steht.
Rotor (3) für eine rotierende elektrische Maschine (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, der ein drittes Rotormodul (43) umfasst, wobei das dritte Rotormodul (43) und das erste Rotormodul (41) identisch sind, wobei die erste axiale Endfläche (44) des dritten Rotormoduls (43) der ersten axialen Endfläche (44) des zweiten Rotormoduls (43) zugekehrt ist, insbesondere die erste axiale Endfläche (44) des dritten Rotormoduls (43) mit der ersten axialen Endfläche (44) des zweiten Rotormoduls (43) in Kontakt steht.
Rotierende elektrische Maschine (1), die einen Rotor (3) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 und einen Stator (2) umfasst, der einen Statorkern (9), welcher radial ausgerichtete Statorzähne aufweist, umfasst.
Rotierende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 14, wobei sich der Stator (2) radial außerhalb des Rotors (3) befindet.