DE102022001864A1 - Rotor for an electrical machine, and electrical machine with a corresponding rotor - Google Patents
Rotor for an electrical machine, and electrical machine with a corresponding rotor Download PDFInfo
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- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
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- H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
-
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine elektrische Maschine (2), wobei der Rotor (1) in Bezug zu einer Rotorachse (3) drehbar ist und der Rotor (1) einen Rotoraußenumfang (4) aufweist, wobei- der Rotor (1) mehrere am Rotoraußenumfangs (4) des Rotors (1) ausgebildete Auswölbungen (5) aufweist, und- die mehreren Auswölbungen (5) in Umfangsrichtung betrachtet am Rotoraußenumfang (4) verteilt angeordnet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine (2).The invention relates to a rotor (1) for an electrical machine (2), the rotor (1) being rotatable in relation to a rotor axis (3) and the rotor (1) having a rotor outer circumference (4), the rotor ( 1) has a plurality of bulges (5) formed on the rotor outer circumference (4) of the rotor (1), and the plurality of bulges (5) are arranged distributed on the rotor outer circumference (4) viewed in the circumferential direction. The invention also relates to an electrical machine (2).
Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor in Bezug zu einer Rotorachse drehbar ist und der Rotor einen Rotoraußenumfang aufweist.The invention relates to a rotor for an electrical machine, the rotor being rotatable in relation to a rotor axis and the rotor having a rotor outer circumference.
Des Weiteren betrifft die Erfindung Elektrische Maschine, mit einem Stator, welcher zur Aufnahme von Statorwicklungen ausgebildet ist.Furthermore, the invention relates to an electrical machine with a stator, which is designed to accommodate stator windings.
Elektrische betriebene Maschinen, wie beispielsweise Drehstrommaschine, Synchronmaschinen, Asynchronmaschinen oder anderweitige elektrische Maschinen, werden insbesondere für die E-Mobilität von Fahrzeugen benötigt. Elektrisch betriebene Fahrzeuge, wie Hybridfahrzeug, Plug-in-Fahrzeug oder Elektrofahrzeug, weisen ein elektrisches Antriebsaggregat beziehungsweise einen elektrischen Motor auf. Dieser benötigt eine elektrische Maschine.Electrically operated machines, such as three-phase machines, synchronous machines, asynchronous machines or other electrical machines, are required in particular for the e-mobility of vehicles. Electrically operated vehicles, such as hybrid vehicles, plug-in vehicles or electric vehicles, have an electric drive assembly or an electric motor. This requires an electric machine.
Beispielsweise kommen bei Traktionsantrieben beziehungsweise elektrischen Antrieben in elektrisch betriebenen Fahrzeugen permanentmagneterregte Synchronmaschinen mit innenliegenden Magneten (IPMSM) zum Einsatz. Dieser Art von Synchronmaschine weist eine hohe Leistungs- und Drehmomentdichte auf. Die innenanliegenden Magnete dieser Art Synchronmaschine sind insbesondere vergrabene Magnete.For example, permanent-magnet synchronous machines with internal magnets (IPMSM) are used in traction drives or electric drives in electrically operated vehicles. This type of synchronous machine has a high power and torque density. The internal magnets of this type of synchronous machine are, in particular, buried magnets.
Vor allem weisen elektrische Maschinen, insbesondere elektrische Drehstrommaschinen, eine negative NVH („noise vibration harshness“ - Geräusch, Vibration, Rauigkeit) auf. Dies ist besonders ungünstig für Personenkraftwagen mit einem elektrischen Antriebssystem, da dies vor allem für die Passagiere als störend empfunden werden kann.Above all, electrical machines, in particular electrical three-phase machines, have a negative NVH ("noise vibration harshness" - noise, vibration, roughness). This is particularly unfavorable for passenger cars with an electric drive system, since this can be perceived as a nuisance, especially for the passengers.
Beispielsweise offenbart die
Des Weiteren offenbart beispielsweise die
Ebenfalls offenbart die
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Rotor für eine elektrische Maschine zu schaffen, mit welchem hör- oder spürbare Schwingungen, welche durch den Rotor beziehungsweise die elektrische Maschine hervorgerufen werden, reduziert werden.One object of the present invention is therefore to create a rotor for an electrical machine with which audible or perceptible vibrations which are caused by the rotor or the electrical machine are reduced.
Diese Aufgabe wird durch einen Rotor gemäß Patentanspruch 1 und eine elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 7 gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by a rotor according to patent claim 1 and an electrical machine according to
Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor in Bezug zu einer Rotorachse drehbar ist und der Rotor einen Rotoraußenumfang aufweist, aufweisend:
- - mehrere am Rotoraußenumfangs des Rotors ausgebildete Auswölbungen, wobei
- - die mehreren Auswölbungen in Umfangsrichtung betrachtet am Rotoraußenumfang verteilt angeordnet sind.
- - A plurality of bulges formed on the rotor outer periphery of the rotor, wherein
- - Considered in the circumferential direction, the plurality of bulges are arranged distributed on the outer circumference of the rotor.
Durch den erfindungsgemäßen Rotor kann insbesondere die elektrische Maschine beispielsweise in elektrisch betriebenen beziehungsweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden, ohne dass der Fahrer und insbesondere die Passagiere des Fahrzeugs durch hör- oder spürbare Schwingungen zu sehr gestört werden. Mit anderen Worten ausgedrückt ermöglicht der vorgeschlagene Rotor eine elektrische Maschine zu betreiben, welche ein verbessertes NVH-Verhalten aufweist.Due to the rotor according to the invention, the electric machine can be used in particular in electrically operated or electrically driven vehicles, without the driver and in particular the passengers of the vehicle being disturbed too much by audible or noticeable vibrations. In other words, the proposed rotor makes it possible to operate an electric machine that has improved NVH behavior.
Unter NVH ist „noise, vibration, harshness“, also Geräusch, Vibration, Rauigkeit zu verstehen. Durch diese Eigenschaft können hör- oder spürbare Schwingungen in Kraftfahrzeugen oder an Maschinen beschrieben werden. Rauigkeit bezeichnet den sowohl hör- als auch fühlbaren Übergangsbereich im Bereich von 20 Hertz bis 100 Hertz. Generell kann die Ursache für NVH die lokale Krafteinleitung einer Schwingungsquelle mit schwingungsübertragenden Medien, wie zum Beispiel Strukturen im Kraftfahrzeug verstanden werden. Die Gründe für Schwingungen können beispielsweise Stick-Slip-Effekte (selbsterregte Reibschwingung) im Fahrzeug, die entweder Nebenerscheinungen gewollter Reibung sind oder bei ungewollter Festkörperreibung entstehen zur Abstrahlung von Körperschall und letztlich hörbarem Luftschall führen. Diese genannten NVH-Eigenschaften können durch den erfindungsgemäß ausgestalteten Rotor verbessert werden, sodass das Vorhandensein von verschiedenen im elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug für die Passagiere angenehmer gestaltet werden kann.NVH means "noise, vibration, harshness". This property can be used to describe audible or noticeable vibrations in motor vehicles or machines. Roughness refers to the audible as well as tactile transition range in the range from 20 Hertz to 100 Hertz. In general, the cause of NVH can be understood as the local introduction of force from a vibration source with vibration-transmitting media, such as structures in motor vehicles. The reasons for vibrations can be, for example, stick-slip effects (self-excited frictional vibrations) in the vehicle, which are either side effects of intentional friction or occur in the case of unwanted solid-body friction, leading to the emission of structure-borne noise and ultimately audible airborne noise. These NVH properties mentioned can be improved by the rotor designed according to the invention, so that the presence of different types in the electrically operated motor vehicle can be made more pleasant for the passengers.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, welcher zur Aufnahme von Statorwicklungen ausgebildet ist und einem Rotor nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung davon, wobei der Rotor in Bezug auf den Stator um die Rotorachse drehbar ist. Beispielsweise kann es sich bei der elektrischen Maschine um eine Synchronmaschine, insbesondere um eine permanentmagneterregte Synchronmaschine mit innenliegenden Magneten handeln.A further aspect of the invention relates to an electrical machine with a stator, which is designed to accommodate stator windings, and a rotor according to the previous aspect or an advantageous development thereof, the rotor being rotatable about the rotor axis in relation to the stator. For example, the electrical machine can be a synchronous machine, in particular a permanent-magnet synchronous machine with internal magnets.
Insbesondere sind vorteilhafte Ausführungsformen des Rotors als vorteilhafte Ausführungsformen der elektrischen Maschine und umgekehrt anzusehen.In particular, advantageous embodiments of the rotor are to be regarded as advantageous embodiments of the electrical machine and vice versa.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing(s). The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.
Dabei zeigen die nachfolgenden Figuren in:
-
1 Eine schematische Teildarstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine; -
2 eine schematische Darstellung eines Pols des Rotors aus1 ; und -
3 eine schematische Schnitt-Darstellung einer Auswölbung des Rotors aus2 .
-
1 A schematic partial representation of a rotor of an electrical machine; -
2 a schematic representation of a pole of the rotor1 ; and -
3 a schematic sectional representation of a bulge of therotor 2 .
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function are provided with the same reference symbols in the figures.
Die
Der Rotor 1 weist beispielsweise einen Rotoraußenumfang 4 auf. Bei dem Rotoraußenumfang 4 kann es sich beispielsweise um die Rotoraußengeometrie beziehungsweise um die umlaufende Außenseite des Rotors 1 handeln. Beispielsweise kann der Rotor 1 zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, aus Elektroblech beziehungsweise aus einem Blechpaket bestehen.The rotor 1 has a rotor
Beispielsweise kann der Rotor 1 für eine permanentmagneterregte Synchronmaschine verwendet werden.For example, the rotor 1 can be used for a permanent-magnet synchronous machine.
Wie bereits eingangs erwähnt ist für den Einsatz des Rotors 1 beziehungsweise der elektrischen Maschine 2 in Fahrzeugen eine positive NVH-Eigenschaft beziehungsweise ein positives NVH-Verhalten von Bedeutung. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Rotors 1 kann das NVH-Verhalten im Luftspalt verbessert werden. Um insbesondere das Magnetfeld luftspaltoptimieren und somit die Geräusche der elektrischen Maschine 2 reduzieren zu können, weist der Rotor 1 mehrere am Rotoraußenumfang 4 des Rotors 1 ausgebildete Auswölbungen 5 auf. Diese mehrere Auswölbungen 5 können in Umfangsrichtung betrachtet am Rotoraußenumfang 4 verteilt angeordnet sein beziehungsweise werden. Insbesondere können je nach Anwendungsfall beziehungsweise Einsatzgebiet des Rotors 1 eine vordefinierte Anzahl an Auswölbungen 5 am Rotoraußenumfang 4 angeordnet werden.As already mentioned at the outset, a positive NVH property or a positive NVH behavior is important for the use of the rotor 1 or the
Bei den Auswölbungen 5 handelt es sich bezüglich des Rotoraußenumfangs 4 um abstehende Blechelemente des Rotors 1. Insbesondere stehen die Auswölbungen 5 bezüglich der Rotorachse 3 beziehungsweise eines Mittelpunkts des Rotors 1 abstehend weg. Beispielsweise weisen die Auswölbungen 5 gegenüber der Rotorachse 3 einen größeren Abstand auf als der Rotoraußenumfang 4 bezüglich der Rotorachse 3 beziehungsweise der Rotationsachse.The
Beispielsweise können die Auswölbungen 5 bauförmig beziehungsweise bogenförmig ausgebildet sein.For example, the
Mit Hilfe der Auswölbungen 5 kann beispielsweise eine geometrische Anpassung der Rotoraußengeometrie beziehungsweise des Rotoraußenumfangs 4 vorgenommen werden. Dies erfolgt beispielsweise mit Hilfe der örtlich angebrachten Auswölbung 5 des Rotors 1 beziehungsweise des Elektroblechs des Rotors 1. Mit Hilfe der Auswölbungen 5 kann das magnetische Rotorfeld des Rotors 1 sinusförmig gestaltet werden. Dies übt eine positive NVH-Eigenschaft auf die elektrische Maschine 2 beziehungsweise den Rotor 1 aus.The
Das Luftspaltfeld der elektrischen Maschine 2 bildet sich beispielsweise aus der Superposition von Rotorfeld und Statorfeld aus. Hierzu kann mit Hilfe der Auswölbungen 5 der Rotoraußenumfang 4 an gezielt örtlich definierten Stellen Abhilfe geschaffen werden. Insbesondere ermöglicht es der erfindungsgemäße Rotor 1, das Vorliegend eines homogenen Luftspaltfelds und insbesondere eines homogeneren Rotorfeldes. Hierdurch können gezielt höhere Feldoberwellen reduziert werden und damit einhergehend das NVH-Verhalten der elektrischen Maschine 2. Insbesondere mit vergrabenen Magneten, verbessert werden.The air gap field of the
Um insbesondere das NVH-Verhalten und die magnetischen Felder des Rotors 1 zu verbessern, können zusätzlich oder optional mehrere Vertiefungen 6 in Umfangsrichtung betrachtet am Rotoraußenumfang 4 verteilt und beabstandet zu den Auswölbungen 5 angeordnet sein beziehungsweise werden. Bei den Vertiefungen 6 kann es sich um Einkerbungen, Nuten oder Einschnitte handeln. Hierbei können ebenfalls je nach Einsatzgebiet des Rotors 1 beziehungsweise Anwendungsfall für die elektrische Maschine 2 mehrere Vertiefungen 6 verteilt am Außenumfang 4 angeordnet werden. Entgegen der Auswölbungen 5, welche von dem Rotoraußenumfang 4 nach außen abstehen, sind die Vertiefungen 6 nach innen hin ausgebildet. Somit weisen bezüglich eines Radius r des Rotors 1 weisen die Vertiefungen 6 jeweils einen kleineren Radius bezüglich des Außenradius r auf. Die Auswölbungen 5 hingegen weisen bezüglich des Radius r einen größeren Radius auf.In order in particular to improve the NVH behavior and the magnetic fields of the rotor 1 , a plurality of
Des Weiteren kann in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass die Vertiefungen 6 und die Auswölbungen 5 derart am Rotoraußenumfang 4 angeordnet sind, dass zumindest eine Auswölbung 7 der mehreren Auswölbungen 5 zu zumindest einer dazu benachbarten Vertiefung 8 der mehreren Vertiefungen 6 einen vorgegebenen Abstand aufweist. Dies kann unter Berücksichtigung des Außenradius r des Rotors 1 erfolgen.Furthermore, in one exemplary embodiment, it can be provided that the
Beispielsweise ist in der
In der
In der Darstellung der
Des Weiteren können an zumindest einer in Umfangsrichtung betrachteten Seite 16 beziehungsweise Polseite des Magnetpols 9 zumindest an einer Vertiefung 17, welche innerhalb des Magnetpols 9 liegt, eine Auswölbung 18 der mehreren Auswölbungen 5, insbesondere unmittelbar, angeordnet sein. Somit kann jede Polseite des Magnetpols 9, welche entsprechende Symmetrieachse 11 gespiegelt ist, zumindest eine Vertiefung 17 und eine Auswölbung 18 unmittelbar beabstandet zueinander angeordnet sein. Ebenfalls können pro Seite 16 beliebig viele Vertiefungen 6 und Auswölbungen 5 angeordnet werden. Hierbei kann die Vertiefung 17 und die zu dieser Vertiefung 17 angeordnete Auswölbung 18 einen der beiden dem Magnetpol 9 bildenden Dauermagneten 10 zugeordnet und zu der Polmitte 12 des Magnetpols 9 hin orientiert sein.Furthermore, a
Beispielsweise können die Auswölbungen 5 an jeweils nur einer Seite der Vertiefungen 6 angeordnet sein, insbesondere zum inneren der V-förmigen Paare 14, 15 oder auch beidseitig der Vertiefungen 6. Somit kann beispielsweise links und rechts betrachtet einer Vertiefung 6 je eine Auswölbung 5 angeordnet sein.For example, the
Beispielsweise kann die Auswölbung 18 direkt am Ende der Einkerbung beziehungsweise Vertiefung 17 angeordnet sein, sodass beispielsweise in diesem Fall ein einheitlicher Außenradius nur zwischen der Vertiefung 17 und der Auswölbung 18 gegeben ist. Beispielsweise kann ein vorgegebener Abstand zwischen der Auswölbung 18 und der Vertiefung 17 vorgegeben werden. Innerhalb dieses Abstandes ist der Radius r gegeben.For example, the
Beispielsweise kann eine Vertiefung 6 mit der an dieser benachbarten Auswölbung 5 einem der V-förmig angeordneten Dauermagnete 10 angeordnet sein und in Bezug zu dieser V-förmigen Anordnung zu der Polmitte 12 hin orientiert sein. Bei der doppel-V-förmigen Anordnung der beiden Paare 14, 15 kann beispielsweise an jedem der „doppelförmig“ angeordneten Magnete 10 eines Schenkels dieser V-förmigen Anordnung der Paare 14, 15 die Vertiefung 17 und die Auswölbung 18 angeordnet sein, sodass dann ein die Vertiefung 17 zwischen zwei Dauermagneten 10 ist und die Auswölbung 18 entsprechend innerhalb eines Magneten 10 liegt.For example, a
In der
Bei einer permanentmagneterregten Synchronmaschine mit innenanliegenden Magneten (IPMSM) als beispielsweise elektrische Maschine 2 wird ein jeweiliger Pol, also hier als Beispiel der Pol 9, in die Zonen A bis D beispielsweise unterteilt beziehungsweise eingeteilt. Dies ist nochmal in der
Die Zonen A bis D geben beispielsweise an, in welchem Bereich die in der
Die Breite b der Auswölbung 5 wird entsprechend der Polpaare in folgenden Bereich angegeben:
Dies jetzt noch einmal aufgelöst dargestellt:
Die Bereiche, in denen die einzelnen Auswölbungen 5 sich wie folgt festlegen und in Umfangslänge in mm beziehungsweise Umfangsrichtung angegeben werden können:The areas in which the individual bulges 5 are defined as follows and can be specified in circumferential length in mm or in the circumferential direction:
In der Zone B kann die Umfangslänge UmA wie folgt lauten:
In der Zone B kann gelten:
In der Zone C kann gelten:
In der Zone C kann gelten:
Diese Beispiele für diese Zonen für die Umfangslängen der Zone A bis B sind nur als Beispiel dargestellt und sollen das Verständnis des Lesers verbessern. Insbesondere sind die soeben genannten Beispielsweise beziehungsweise Erläuterungen, Formen und Einheiten als Beispiel zur Verdeutlichung beziehungsweise zum besseren Verständnis dargestellt.These examples of these zones for the perimeter lengths of zone A through B are presented by way of example only and are intended to enhance the reader's understanding. In particular, the examples or explanations, forms and units just mentioned are presented as examples for clarification or better understanding.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Rotorrotor
- 22
- Elektrische Maschineelectrical machine
- 33
- Rotorachserotor axis
- 44
- Rotoraußenumfangrotor outer circumference
- 55
- Auswölbungenbulges
- 66
- Vertiefungdeepening
- 77
- Auswölbung der mehreren Auswölbungenbulge of the multiple bulges
- 88th
- Vertiefung der mehreren Vertiefungenindentation of the multiple indentations
- 99
- Magnetpolmagnetic pole
- 1010
- Dauermagnetepermanent magnets
- 1111
- Flusssperrenflow barriers
- 1212
- Polmittepole center
- 1111
- Symmetrieachseaxis of symmetry
- 1313
- Magnetöffnungenmagnet openings
- 14, 1514, 15
- V-förmig angeordnete Paare von DauermagnetenV-shaped pairs of permanent magnets
- 1616
- Seite beziehungsweise Polseiteside or pole side
- 1717
- Vertiefung der Polseitedeepening of the polar side
- 1818
- Auswölbung der Polseitebulging of the pole side
- 1919
- Symmetrieachseaxis of symmetry
- A bis DA to D
- Zonenzones
- rright
- Radiusradius
- bb
- Breite einer Auswölbungwidth of a bulge
- di.e
- Höhe einer Auswölbungheight of a bulge
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102016109584 A1 [0006]DE 102016109584 A1 [0006]
- WO 2018/139675 A1 [0006]WO 2018/139675 A1 [0006]
- DE 102007041099 A1 [0007]DE 102007041099 A1 [0007]
- DE 102018118409 A1 [0008]DE 102018118409 A1 [0008]
- DE 1120891567 A1 [0008]DE 1120891567 A1 [0008]
- EP 3154175 [0008]EP 3154175 [0008]
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ID=82403187
Family Applications (1)
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2022
- 2022-05-27 DE DE102022001864.0A patent/DE102022001864A1/en active Pending
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Legal Events
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