DE102022129165B3

DE102022129165B3 - Rotor for an electrical machine

Info

Publication number: DE102022129165B3
Application number: DE102022129165.0A
Authority: DE
Inventors: György Farkas
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-11-04
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2042-11-05

Abstract

Rotor für eine elektrische Maschine (2) mit einem Rotorkörper (8) aus einem ersten Material (25) mit einer ersten magnetischen Permeabilität, der einen Grundkörper (9), mehrere radial von dem Grundkörper abstehende Zahnhälse (10), die eine jeweilige Spule (11) einer Rotorwicklung (12) tragen, und mehrere Zahnköpfe (13), die einen jeweiligen der Zahnhälse (10) in Radialrichtung (14) verlängern und sich in Umfangsrichtung (15) beidseitig über den jeweils verlängerten Zahnhals (10) hinauserstrecken, umfasst, wobei zumindest einer der Zahnköpfe (13) wenigstens einen den jeweiligen Zahnkopf (13) in Axialrichtung (16) des Rotors (1) zumindest abschnittsweise durchsetzenden Hohlraum (18, 19) aufweist, der zumindest teilweise durch ein zweites Material (26) mit einer zweiten magnetischen Permeabilität, die geringer ist als die erste magnetische Permeabilität, gefüllt ist oder der frei bleibt, wobei der Hohlraum (18, 19) eine Öffnung (22, 23) zu der an dem jeweiligen Zahnhals (10) angeordneten Spule (11) hin aufweist, wobeidurch einen aus dem zweiten Material (26) gebildeten Einsetzkörper (20, 21) für sich genommen oder gemeinsam durch den Einsetzkörper (20, 21) und den Zahnkopf (13) ein jeweiliger Freiraum (35, 36) innerhalb des jeweiligen Hohlraums (18, 19) zumindest in einer Schnittfläche senkrecht zur Axialrichtung (16) allseitig begrenzt wird.Rotor for an electrical machine (2) with a rotor body (8) made of a first material (25) with a first magnetic permeability, which comprises a base body (9), a plurality of tooth necks (10) projecting radially from the base body, which carry a respective coil (11) of a rotor winding (12), and a plurality of tooth heads (13) which extend a respective one of the tooth necks (10) in the radial direction (14) and extend in the circumferential direction (15) on both sides beyond the respective extended tooth neck (10), wherein at least one of the tooth heads (13) has at least one cavity (18, 19) which at least partially penetrates the respective tooth head (13) in the axial direction (16) of the rotor (1), which is at least partially filled by a second material (26) with a second magnetic permeability which is lower than the first magnetic permeability, or which remains free, wherein the cavity (18, 19) has an opening (22, 23) to the the respective tooth neck (10) arranged coil (11), wherein by an insert body (20, 21) formed from the second material (26) alone or jointly by the insert body (20, 21) and the tooth head (13) a respective free space (35, 36) within the respective cavity (18, 19) is delimited on all sides at least in a sectional surface perpendicular to the axial direction (16).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine mit einem Rotorkörper aus einem ersten Material mit einer ersten magnetischen Permeabilität, der einen Grundkörper, mehrere radial von dem Grundkörper abstehende Zahnhälse, die eine jeweilige Spule einer Rotorwicklung tragen, und mehrere Zahnköpfe, die einen jeweiligen der Zahnhälse in Radialrichtung verlängern und sich in Umfangsrichtung beidseitig über den jeweils verlängerten Zahnhals hinauserstrecken, umfasst, wobei zumindest einer der Zahnköpfe wenigstens einen den jeweiligen Zahnkopf in Axialrichtung des Rotors zumindest abschnittsweise durchsetzenden Hohlraum aufweist, der zumindest teilweise durch ein zweites Material mit einer zweiten magnetischen Permeabilität, die geringer ist als die erste magnetische Permeabilität, gefüllt ist oder der frei bleibt wobei der Hohlraum eine Öffnung zu der an dem jeweiligen Zahnhals angeordneten Spule hin aufweist. Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine.The invention relates to a rotor for an electrical machine with a rotor body made of a first material with a first magnetic permeability, which comprises a base body, a plurality of tooth necks projecting radially from the base body, which carry a respective coil of a rotor winding, and a plurality of tooth heads, which extend a respective one of the tooth necks in the radial direction and extend in the circumferential direction on both sides beyond the respective extended tooth neck, wherein at least one of the tooth heads has at least one cavity which at least partially penetrates the respective tooth head in the axial direction of the rotor, which is at least partially filled by a second material with a second magnetic permeability which is lower than the first magnetic permeability, or which remains free, wherein the cavity has an opening towards the coil arranged on the respective tooth neck. In addition, the invention relates to an electrical machine, a motor vehicle and a method for producing a rotor for an electrical machine.

Es ist bekannt, in Zahnköpfen von Rotorzähnen Ausnehmungen vorzusehen, die frei bleiben beziehungsweise mit Material niedriger magnetischer Permeabilität befüllt werden, um eine Feldverteilung im Bereich des Luftspalts zwischen Rotor und Stator anzupassen, womit potentiell das erreichbare Drehmomente beziehungsweise einen Wirkungsgrad der elektrischen Maschine verbessert werden kann. Entsprechende Flusssperren werden beispielsweise in den fremderregten Synchronmaschinen gemäß EP 2 991 194 A1 und DE 10 2018 210 827 A1 genutzt.It is known to provide recesses in the tooth tips of rotor teeth, which remain free or are filled with material of low magnetic permeability in order to adjust the field distribution in the area of the air gap between the rotor and stator, which can potentially improve the achievable torque or the efficiency of the electrical machine. Corresponding flux barriers are used, for example, in the separately excited synchronous machines according to EP 2 991 194 A1 and EN 10 2018 210 827 A1 used.

Die nachveröffentlichte Druckschrift DE 10 2021 122 979 A1 offenbart eine Wicklung für eine elektrische Maschine, wobei die Wicklung einschubfertig zum axialen Einschieben in einen Aktivteilkern ausgebildet ist und dazu eine formstabile, kassettenartige Umhüllung aufweist.The republished publication EN 10 2021 122 979 A1 discloses a winding for an electrical machine, wherein the winding is designed to be ready for axial insertion into an active part core and has a dimensionally stable, cassette-like casing.

Die Druckschrift EP 2 728 721 A2 offenbart eine elektrische Maschine, deren Rotor in den Rotorzähnen jeweils wenigstens einen Schlitz innerhalb des Blechpakets aufweist und/oder bei dem die luftspaltabgewandte Fläche eines Zahnkopfes an den beiden Seiten des Zahnkopfes in Umfangsrichtung voneinander unterschiedlich geformt ist.The publication EP 2 728 721 A2 discloses an electrical machine whose rotor has at least one slot in each of the rotor teeth within the laminated core and/or in which the surface of a tooth head facing away from the air gap is shaped differently from one another in the circumferential direction on the two sides of the tooth head.

Die Druckschrift KR 10 2016 0 064 268 A offenbart einen Rotor für eine elektrische Maschine, dessen Zahnkopf Flusssperren aufweist, die jeweils als Durchbrechung des Zahnkopfes in Axialrichtung oder als Ausnehmung auf der luftspaltabgewandten Seite des Zahnkopfes ausgebildet sein können.The publication KR 10 2016 0 064 268 A discloses a rotor for an electrical machine, the tooth head of which has flux barriers, which can each be designed as an opening in the tooth head in the axial direction or as a recess on the side of the tooth head facing away from the air gap.

Die Druckschriften DE 10 2018 221 570 A1 und JP H07 - 33 576 Y2 offenbaren jeweils ein Halteelement zum Halten von Wicklungen eines Rotors eines Elektromotors, das in Nuten von Zahnköpfen der Rotorzähne eingreift.The printed publications EN 10 2018 221 570 A1 and JP-H07-33 576 Y2 each disclose a holding element for holding windings of a rotor of an electric motor, which engages in grooves of tooth heads of the rotor teeth.

Eine elektrische Maschine, deren Rotor durch Deckschieber verschlossene Nuten aufweist, ist aus der Druckschrift DE 10 2018 202 945 A1 bekannt. Auf ihren nach innen weisenden Seiten können die Deckschieber optional eine oder mehreren Seitenwänden aufweisen, die sich in die jeweilige Wickelnut hinein erstrecken.An electrical machine whose rotor has slots closed by cover slides is known from the publication EN 10 2018 202 945 A1 On their inward-facing sides, the cover slides can optionally have one or more side walls that extend into the respective winding groove.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch geeignete Ausgestaltung entsprechende Flusssperren beziehungsweise Ausnehmungen den Wirkungsgrad beziehungsweise erreichbare Drehmomente einer elektrischen Maschine weiter zu verbessern.The invention is based on the object of further improving the efficiency or achievable torques of an electrical machine by suitable design of corresponding flux barriers or recesses.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor der eingangs genannten Art gelöst, wobei durch einen aus dem zweiten Material gebildeten Einsetzkörper für sich genommen oder gemeinsam durch den Einsetzkörper und den Zahnkopf ein jeweiliger Freiraum innerhalb des jeweiligen Hohlraums zumindest in einer Schnittfläche senkrecht zur Axialrichtung allseitig begrenzt wird.The object is achieved according to the invention by a rotor of the type mentioned at the outset, wherein a respective free space within the respective cavity is delimited on all sides at least in a sectional surface perpendicular to the axial direction by an insert body formed from the second material, either alone or jointly by the insert body and the tooth head.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass durch ein Auftrennen von Flussbrücken an der der Spule zugewandten Seite des Zahnkopfes durch das Vorsehen eines dort offenen Hohlraums bei ansonsten gleicher Ausgestaltung der elektrischen Maschine höhere Drehmomente beziehungsweise Wirkungsgrade erreicht werden können.Within the scope of the invention, it was recognized that higher torques or efficiencies can be achieved by separating flux bridges on the side of the tooth head facing the coil by providing an open cavity there, with the electrical machine otherwise being designed the same.

In Versuchen und Simulationen wurde gegenüber einem Rotor ohne Flusssperren eine Erhöhung des motorischen Drehmoments um 1,85 bis 2,24 Prozent erreicht. Gegenüber Vergleichsrotoren mit ansonsten ähnlich ausgestalteten Hohlräumen zur Flusssperrung, bei denen jedoch in einer Schnittebene senkrecht zur Axialrichtung des Rotors die Hohlräume allseitig vom Material des Rotorkörpers umgeben sind und die somit die erfindungsgemäß vermiedene, spulenseitige Flussbrücke aufweisen, betrug die Erhöhung des erreichbaren Drehmoments im motorischen Betrieb immer noch 0,8 Prozent.In tests and simulations, an increase in motor torque of 1.85 to 2.24 percent was achieved compared to a rotor without flux barriers. Compared to comparison rotors with otherwise similarly designed cavities for flux barriers, but in which the cavities are surrounded on all sides by the material of the rotor body in a cutting plane perpendicular to the axial direction of the rotor and which therefore have the coil-side flux bridge avoided by the invention, the increase in achievable torque in motor operation was still 0.8 percent.

Durch diese Drehmomenterhöhung bei ansonsten gleicher Bauweise ist es bei gegebenem erforderlichen Drehmoment durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rotors beispielsweise möglich, kürzer bauende und leichtere elektrische Maschinen zu nutzen beziehungsweise niedrigere Spulenströme zu nutzen, womit beispielsweise Verlustleistungen und die Anforderungen an die Kühlung einer elektrischen Maschine reduziert werden können.Due to this increase in torque with otherwise the same design, it is possible, for example, to use shorter and lighter electrical machines or to use lower coil currents for a given required torque thanks to the design of the rotor according to the invention, which, for example, reduces power losses and the requirements for cooling. an electrical machine can be reduced.

Soweit vorliegend von einer Axialrichtung des Rotors beziehungsweise der elektrischen Maschine gesprochen wird, handelt es sich um die Richtung der Drehachse des Rotors. Bezüglich dieser Drehachse sind auch die Umfangs- und Radialrichtung definiert.When we talk about the axial direction of the rotor or the electrical machine, we are referring to the direction of the rotor's axis of rotation. The circumferential and radial directions are also defined in relation to this axis of rotation.

Soweit der Hohlraum nur teilweise durch das zweite Material gefüllt ist, bleibt der verbleibende Bereich des Hohlraums vorzugsweise frei, beispielsweise um ein Kühlmittel zu führen, oder ist durch weiteres Material mit relativ geringer magnetischer Permeabilität beziehungsweise zumindest mit einer magnetischen Permeabilität, die kleiner als die erste magnetische Permeabilität ist, gefüllt.If the cavity is only partially filled by the second material, the remaining area of the cavity preferably remains free, for example to guide a coolant, or is filled by further material with a relatively low magnetic permeability or at least with a magnetic permeability that is smaller than the first magnetic permeability.

Die jeweilige Öffnung erstreckt sich insbesondere über den gesamten Abschnitt des jeweiligen Zahnkopfs in Axialrichtung, über den sich auch der Hohlraum erstreckt, insbesondere über die gesamte Zahnkopflänge. Der Hohlraum kann in einer Schnittebene senkrecht zur Axialrichtung insbesondere ausschließlich zur Spule hin offen sein. Optional kann der Hohlraum auch an einer oder beiden axialen Stirnflächen des Rotors offen sein, beispielsweise um, wie später erläutert, das zweite Material als stab- beziehungsweise käfigförmigen Einsetzkörper in den wenigstens einen Hohlraum einzuführen.The respective opening extends in particular over the entire section of the respective tooth head in the axial direction, over which the cavity also extends, in particular over the entire length of the tooth head. The cavity can be open in a sectional plane perpendicular to the axial direction, in particular exclusively towards the coil. Optionally, the cavity can also be open on one or both axial end faces of the rotor, for example in order to introduce the second material as a rod- or cage-shaped insert body into the at least one cavity, as explained later.

Der Abschluss des Zahnkopfs zur Spule hin beziehungsweise eine Grenzfläche des Zahnkopfes, die an dessen vom Luftspalt abgewandten Seite liegt, kann abschnittsweise durch das erste Material und im Bereich der Öffnung durch das zweite Material gebildet sein. Insbesondere kann ein Festkörper aus dem zweiten Material bündig mit der luftspaltabgewandten Grenzfläche des Zahnkopfes abschließen.The end of the tooth head towards the coil or a boundary surface of the tooth head which is located on its side facing away from the air gap can be formed in sections by the first material and in the area of the opening by the second material. In particular, a solid body made of the second material can be flush with the boundary surface of the tooth head facing away from the air gap.

Der Rotorkörper kann einteilig beziehungsweise vorzugsweise geblecht zur Unterdrückung von Wirbelströmen aus dem ersten Material gebildet sein. Das erste Material kann somit beispielsweise ein Elektroblech oder ein anderes Material mit hoher magnetischer Permeabilität sein. Der Rotorkörper kann eine Rotorwelle ausbilden beziehungsweise in der elektrischen Maschine eine Rotorwelle, die drehfest mit dem Rotorkörper verbunden ist, insbesondere vollständig umgreifen.The rotor body can be made in one piece or preferably laminated from the first material to suppress eddy currents. The first material can thus be, for example, an electrical sheet or another material with high magnetic permeability. The rotor body can form a rotor shaft or, in the electrical machine, a rotor shaft that is connected to the rotor body in a rotationally fixed manner, in particular completely enclosing it.

Die Zahnköpfe können die Form von Sinuspolen oder Rundpolen aufweisen. Wie aus der eingangs zitierten Druckschrift DE 10 2018 210 827 A1 bekannt ist, können geeignet geformte Flusssperren, also insbesondere die erfindungsgemäß genutzten Hohlräume, auch dazu genutzt werden, Zahnköpfe mit einer äußeren Form eines Rundpols bezüglich ihrer Feldführung an das Verhalten von Sinuspolen anzugleichen. Der jeweilige Zahnkopf bildet jeweils die dem Luftspalt der elektrischen Maschine zugewandte Grenzfläche des Rotors aus. Insbesondere ist das zweite Material von der dem Luftspalt zugewandten Grenzfläche des Zahnkopfs beabstandet beziehungsweise erstreckt sich der Hohlraum nicht bis zu dieser Grenzfläche.The tooth heads can have the shape of sinusoidal poles or round poles. As can be seen from the publication cited at the beginning EN 10 2018 210 827 A1 As is known, suitably shaped flux barriers, in particular the cavities used according to the invention, can also be used to adapt tooth heads with an external shape of a round pole to the behavior of sine poles with regard to their field guidance. The respective tooth head forms the boundary surface of the rotor facing the air gap of the electrical machine. In particular, the second material is spaced from the boundary surface of the tooth head facing the air gap, or the cavity does not extend to this boundary surface.

Zwischen der Spule und der Öffnung des Hohlraums beziehungsweise dem zweiten Material kann wenigstens eine weitere Komponente angeordnet sein, deren magnetische Permeabilität vorzugsweise geringer ist als die erste magnetische Permeabilität. Die weitere Komponente kann beispielsweise ein Isolierpapier oder ein anderes Isoliermittel sein, das zwischen der Rotorwicklung und dem Zahnhals beziehungsweise dem Zahnkopf angeordnet ist.At least one further component can be arranged between the coil and the opening of the cavity or the second material, the magnetic permeability of which is preferably lower than the first magnetic permeability. The further component can be, for example, an insulating paper or another insulating means that is arranged between the rotor winding and the tooth neck or the tooth head.

Der durch das zweite Material gebildete Einsetzkörper kann in den Hohlraum eingeklebt sein. Alternativ oder ergänzend kann das zweite Material ein Klebstoff sein. Durch ein Verkleben des Einsetzkörpers beziehungsweise eine Nutzung von Klebstoff als zweites Material kann das zweite Material mit der Innenfläche des Hohlraums zumindest über Teilflächen oder vorzugsweise vollflächig verbunden sein, womit durch das zweite Material beispielsweise auch aufgrund von Zentrifugalkräften auf das erste Material des Zahnkopfes wirkende Fliehkräfte mit aufgenommen und abgestützt werden können.The insert body formed by the second material can be glued into the cavity. Alternatively or additionally, the second material can be an adhesive. By gluing the insert body or using adhesive as the second material, the second material can be connected to the inner surface of the cavity at least over partial areas or preferably over the entire surface, whereby the second material can absorb and support centrifugal forces acting on the first material of the tooth head, for example due to centrifugal forces.

Bei einer Nutzung von Klebstoff kann dieser insbesondere in den jeweiligen Hohlraum eingegossen oder eingespritzt werden und erst dort aushärten.When using adhesive, it can be poured or injected into the respective cavity and only hardened there.

Bei Nutzung eines Einsetzkörpers kann beispielsweise vor dem Einfügen des Einsetzkörpers Klebstoff auf die Innenfläche des Hohlraums und/oder die Außenfläche des Einsetzkörpers aufgebracht werden, um diesen, insbesondere über seine gesamte Kontaktfläche, mit der Innenfläche des Hohlraums zu verkleben.When using an insert body, for example, adhesive can be applied to the inner surface of the cavity and/or the outer surface of the insert body before inserting the insert body in order to bond it to the inner surface of the cavity, in particular over its entire contact surface.

Wenigstens ein der jeweiligen Spule zugewandter Oberflächenabschnitt des durch das zweite Material gebildeten Einsetzkörpers kann sich in Umfangsrichtung über die Öffnung hinaus entlang einer von der jeweiligen Spule abgewandten Innenfläche des Hohlraums erstrecken. Hierdurch kann die Innenfläche des Hohlraums den Einsetzkörper in Radialrichtung abstützen und es kann insbesondere ein Formschluss gebildet werden, der eine Verschiebung des Einsetzkörpers in Radialrichtung und insbesondere auch in Umfangrichtung blockiert. Ein stützender Abschnitt der Innenfläche kann insbesondere als eine Art Haltedorn ausgebildet sein, der die Öffnung des Hohlraums verengt.At least one surface section of the insert body formed by the second material facing the respective coil can extend in the circumferential direction beyond the opening along an inner surface of the cavity facing away from the respective coil. As a result, the inner surface of the cavity can support the insert body in the radial direction and in particular a positive connection can be formed which blocks a displacement of the insert body in the radial direction and in particular also in the circumferential direction. A supporting section of the inner surface can in particular be designed as a type of retaining mandrel which narrows the opening of the cavity.

Die beschriebene Ausgestaltung kann dazu führen, dass der Einsetzkörper nicht in Radialrichtung von der der Spule zugewandten Seite in den Zahnkopf eingesetzt werden kann. Insbesondere in diesem Fall kann der Einsetzkörper beispielsweise in Axialrichtung in den Hohlraum eingeschoben werden. Wie später noch genauer erläutert werden wird, kann auch ein Einsetzkörper genutzt werden, der eine käfigartige Stabanordnung ausbildet, wobei die einzelnen Stäbe in einzelne Hohlräume eingeschoben werden.The described design can lead to the insert body not being able to be inserted into the tooth head in the radial direction from the side facing the coil. In this case in particular, the insert body can be pushed into the cavity in the axial direction, for example. As will be explained in more detail later, an insert body can also be used that forms a cage-like rod arrangement, with the individual rods being pushed into individual cavities.

Der durch das zweite Material gebildeter Einsetzkörper kann mehrere Teilkörper umfassen, wobei sich durch Hohlräume mehrerer der Zahnköpfe jeweils einer der Teilkörper in Axialrichtung erstreckt, wobei die axialen Enden der Teilkörper zumindest einseitig durch einen ringförmigen oder scheibenförmigen weiteren Teilkörper des Einsetzkörpers verbunden sind. Die Nutzung eines Einsetzkörpers, der in verschiedenen Hohlräume teilweise aufgenommen ist, kann zur Stabilisierung des Rotors beitragen.The insert body formed by the second material can comprise a plurality of partial bodies, wherein one of the partial bodies extends in the axial direction through cavities of a plurality of the tooth heads, wherein the axial ends of the partial bodies are connected at least on one side by an annular or disk-shaped further partial body of the insert body. The use of an insert body that is partially accommodated in various cavities can contribute to stabilizing the rotor.

Beispielsweise können die Teilkörper stabförmig sein beziehungsweise in Axialrichtung zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweisen und einteilig mit einem Ring beziehungsweise einer Scheibe ausgebildet sein. Diese käfigartige Stabanordnung kann anschließend axial in die Hohlräume eingeführt werden. Anschließend kann beispielsweise an den freien Enden der Teilkörper ein weiterer Ring oder eine weitere Scheibe angebracht werden. Dies kann beispielsweise stoffschlüssig durch Kleben oder Aufschmelzen des zweiten Materials erfolgen oder auch durch einen Kraft- oder Formschluss.For example, the partial bodies can be rod-shaped or have a substantially constant cross-section in the axial direction at least in sections and can be formed in one piece with a ring or a disk. This cage-like rod arrangement can then be inserted axially into the cavities. Then, for example, another ring or disk can be attached to the free ends of the partial bodies. This can be done, for example, by bonding or melting the second material or by a force or form fit.

Vorzugsweise kann ein hochfestes zweites Material, beispielsweise ein faserverstärktes Material, beispielsweise ein durch Kohle- und/oder Glasfaser verstärkter Kunststoff, verwendet werden.Preferably, a high-strength second material, for example a fiber-reinforced material, for example a plastic reinforced with carbon and/or glass fiber, can be used.

Durch den aus dem zweiten Material gebildeten Einsetzkörper wird für sich genommen oder gemeinsam durch den Einsetzkörper und den Zahnkopf ein jeweiliger Freiraum innerhalb des jeweiligen Hohlraums zumindest in einer Schnittfläche senkrecht zur Axialrichtung allseitig begrenzt, wobei der Freiraum insbesondere zur Führung eines Kühlfluids in Axialrichtung durch den jeweiligen Zahnkopf hindurch eingerichtet ist. Unabhängig davon, ob ein solcher Freiraum zur Kühlung genutzt wird, kann eine derartige Ausgestaltung zweckmäßig sein, um den Materialaufwand und somit auch das Gewicht des Rotors zu reduzieren.The insert body made of the second material, either alone or together with the insert body and the tooth head, delimits a respective free space within the respective cavity on all sides at least in a sectional area perpendicular to the axial direction, wherein the free space is designed in particular to guide a cooling fluid in the axial direction through the respective tooth head. Regardless of whether such a free space is used for cooling, such a design can be useful in order to reduce the material expenditure and thus also the weight of the rotor.

Wird ein isolierendes zweites Material genutzt, können unabhängig von möglichen im ersten Material auftretenden Spannungen auch leitende Kühlmittel genutzt werden, beispielsweise ein leitfähiges Wasser-Glykol-Gemisch. Insbesondere dann, wenn der Freiraum gemeinsam durch das erste und das zweite Material begrenzt wird, kann es zweckmäßig sein, nicht leitfähige Kühlmittel, beispielsweise Luft oder Öl, zu nutzen.If an insulating second material is used, conductive coolants can also be used, for example a conductive water-glycol mixture, regardless of any voltages that may occur in the first material. In particular, if the free space is limited jointly by the first and second materials, it can be useful to use non-conductive coolants, for example air or oil.

Der jeweilige Zahnhals kann durch zwei in Umfangsrichtung einander gegenüberliegende Zahnflanken begrenzt sein, wobei einerseits der minimale Abstand des jeweiligen Hohlraums des den jeweiligen Zahnhals in Radialrichtung verlängernden Zahnkopfes von wenigstens einer der Zahnflanken wenigstens genauso groß ist wie der minimale Abstand der Zahnflanken, und/oder wobei andererseits wenigstens einer der Zahnköpfe mehrere separate der Hohlräume aufweist, wobei der minimale Abstand dieser Hohlräume voneinander wenigstens genauso groß ist wie der minimale Abstand der Zahnflanken jenes Zahnhalses, den der jeweilige Zahnkopf in Axialrichtung verlängert.The respective tooth neck can be delimited by two tooth flanks opposite one another in the circumferential direction, wherein on the one hand the minimum distance of the respective cavity of the tooth head extending the respective tooth neck in the radial direction from at least one of the tooth flanks is at least as large as the minimum distance of the tooth flanks, and/or wherein on the other hand at least one of the tooth heads has several separate cavities, wherein the minimum distance of these cavities from one another is at least as large as the minimum distance of the tooth flanks of the tooth neck which the respective tooth head extends in the axial direction.

Durch die beschriebenen Ausgestaltungen kann erreicht werden, dass die Hohlräume, die aufgrund ihres Freibleibens beziehungsweise der geringeren Permeabilität des zweiten Materials Flusssperren bilden, den Feldführungsquerschnitt des jeweiligen Zahnes in Radialrichtung nicht begrenzen, sondern nur als Feldsperre in Umfangsrichtung zu den Enden des Zahnkopfes hin wirken. Die Gesamtfeldstärke an der dem Stator zugewandten Grenzfläche des Zahnkopfes wird somit nicht reduziert, sondern die Feldsperren dienen nur zu einer Anpassung der Feldverteilung und somit zu einer lokalen Feldkonzentration. Hierdurch kann bei gegebenem Wicklungsaufbau ein optimaler Drehmomentaufbau und somit ein optimaler Wirkungsgrad erreicht werden.The described designs make it possible to ensure that the cavities, which form flow barriers due to their freedom or the lower permeability of the second material, do not limit the field guide cross-section of the respective tooth in the radial direction, but only act as a field barrier in the circumferential direction towards the ends of the tooth tip. The total field strength at the interface of the tooth tip facing the stator is therefore not reduced, but the field barriers only serve to adjust the field distribution and thus to achieve a local field concentration. This makes it possible to achieve an optimal torque build-up and thus an optimal efficiency for a given winding structure.

Der jeweilige Hohlraum kann sich in Umfangsrichtung in Richtung jenes Zahnhalses, der durch den den jeweiligen Hohlraum aufweisenden Zahnkopf in Radialrichtung verlängert wird, weiter über die jeweilige Öffnung hinaus erstrecken als in die entgegengesetzte Richtung oder umgekehrt. Um eine optimale Feldkonzentration zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, das zweite Material bis relativ nahe zur Umfangsposition der Zahnflanke oder sogar darüber hinaus zu führen oder es relativ nahe an die Zahnkopfränder zu führen, beispielsweise um bei einem Zahnkopf in Form eines Rundpols die Feldverteilung an einen Sinuspol-Zahnkopf anzugleichen.The respective cavity can extend further beyond the respective opening in the circumferential direction in the direction of the tooth neck that is extended in the radial direction by the tooth head having the respective cavity than in the opposite direction, or vice versa. In order to achieve an optimal field concentration, it can be expedient to guide the second material relatively close to the circumferential position of the tooth flank or even beyond it, or to guide it relatively close to the tooth head edges, for example in order to adjust the field distribution to a sine pole tooth head in the case of a tooth head in the form of a round pole.

Es kann auch vorteilhaft sein, wenn ausschließlich einer der Abschnitte des Zahnkopfes, die sich in Umfangsrichtung über den Zahnhals hinaus erstrecken, einen Hohlraum aufweist oder wenn beide dieser Abschnitte jeweils einen der Hohlräume aufweisen, wobei die Hohlräume der beiden Abschnitte bezüglich der Mittellinie des Zahnhalses in Umfangsrichtung asymmetrisch ausgebildet sind.It may also be advantageous if only one of the sections of the tooth head which extend in the circumferential direction beyond the tooth neck has a cavity or if both of these sections each have one of the cavities, wherein the cavities of the two Sections are asymmetrical in the circumferential direction with respect to the center line of the tooth neck.

Die erste der genannten Ausgestaltungen führt zur maximal asymmetrischen Sperrung des magnetischen Flusses, während durch den Symmetriebruch zwischen den Ausgestaltungen der Hohlräume an den beiden Zahnhalsseiten bedarfsgerecht auch geringere Symmetriebrüche implementiert werden können. Ein mehr oder weniger starker Symmetriebruch bezüglich der Hohlraumausgestaltung ist in Anwendungsfällen zweckmäßig, in denen die elektrische Maschine primär Drehmomente in eine Vorzugsrichtung aufbringen soll, beispielsweise wenn ein motorischer Betrieb ausschließlich für eine Drehrichtung gewünscht ist oder zumindest in eine Drehrichtung erheblich höhere Momente gewünscht sind als in die andere Drehrichtung. Beispielsweise ist es bei Antriebsmotoren von Kraftfahrzeugen üblich, dass diese nur in eine Richtung zum Antrieb genutzt werden und somit nur in diese Drehrichtung hohe Drehmomente aufbringen sollen. Bei einem Drehmoment in die umgekehrte Richtung, beispielsweise bei einer Nutzung als Generator, sind typischerweise geringere Drehmomente ausreichend.The first of the designs mentioned leads to the maximum asymmetrical blocking of the magnetic flux, while the symmetry break between the designs of the cavities on the two sides of the tooth neck also allows smaller symmetry breaks to be implemented as required. A more or less strong symmetry break with regard to the cavity design is useful in applications in which the electric machine is primarily intended to generate torques in a preferred direction, for example if motor operation is only desired for one direction of rotation or at least significantly higher torques are desired in one direction of rotation than in the other direction of rotation. For example, it is common for drive motors in motor vehicles to only be used for driving in one direction and thus only to generate high torques in this direction of rotation. For a torque in the opposite direction, for example when used as a generator, lower torques are typically sufficient.

Die asymmetrische Ausbildung von Hohlräumen auf unterschiedlichen Seiten der Mittellinien des Zahnhalses in Umfangsrichtung kann insbesondere derart erfolgen, dass die Öffnungen auf beiden Seiten des Zahnkopfes im Wesentlichen and er gleichen Position liegen beziehungsweise sogar bezüglich der Mittellinie des Zahnhalses symmetrisch zueinander sind. Die Asymmetrie kann dann dadurch resultieren, dass sich einer der Hohlräume in Umfangsrichtung weiter in Richtung zur Mittellinie des Zahnhalses hin erstreckt als der andere Hohlraum. Der sich weiter zur Mittellinie des Zahnhalses hin erstreckende Hohlraum kann beispielsweise in Umfangsrichtung mit dem Zahnhals überlappen, also die Position in Umfangsrichtung eine der Zahnflanken überqueren, wobei der Hohlraum an der gegenüberliegenden Seite des Zahnkopfes insbesondere gegenüber der Flanke des Zahnhalses in Umfangsrichtung zurückgesetzt ist, um, wie obig erläutert, eine Verengung des Flussquerschnitts zu vermeiden.The asymmetrical formation of cavities on different sides of the center lines of the tooth neck in the circumferential direction can in particular be carried out in such a way that the openings on both sides of the tooth head are essentially in the same position or are even symmetrical to one another with respect to the center line of the tooth neck. The asymmetry can then result from one of the cavities extending further in the circumferential direction towards the center line of the tooth neck than the other cavity. The cavity extending further towards the center line of the tooth neck can, for example, overlap with the tooth neck in the circumferential direction, i.e. cross the position in the circumferential direction of one of the tooth flanks, wherein the cavity on the opposite side of the tooth head is set back in the circumferential direction, in particular relative to the flank of the tooth neck, in order to avoid a narrowing of the flow cross-section, as explained above.

In Vorversuchen hat sich gezeigt, dass bei Nutzung in Antriebsmaschinen eines Kraftfahrzeugs der Hohlraum typischerweise ausschließlich auf der generatorisch belasteten Seite des Zahnkopfs vorgesehen werden sollte beziehungsweise der Hohlraum dort weiter von der Mittellinie des Zahnhalses beabstandet sein sollte als an der gegenüberliegenden Seite des Zahnkopfes, um das zur Verfügung stehende Antriebsmoment auf Kosten des typischerweise weniger relevanten Generatormoments zu erhöhen.Preliminary tests have shown that when used in the drive engines of a motor vehicle, the cavity should typically be provided exclusively on the side of the tooth head that is subject to generator load, or the cavity should be further away from the center line of the tooth neck there than on the opposite side of the tooth head in order to increase the available drive torque at the expense of the typically less relevant generator torque.

In alternativen Ausgestaltungen kann es auch vorteilhaft sein, an beiden Seiten der Mittellinie des Zahnhalses im Zahnkopf Hohlräume vorzusehen, die bezüglich der Mittellinie des Zahnhalses symmetrisch zueinander sind. Dies ist beispielsweise zweckmäßig, wenn beide Drehrichtungen des Rotors im Betrieb gleich relevant sind.In alternative embodiments, it may also be advantageous to provide cavities on both sides of the center line of the tooth neck in the tooth head, which cavities are symmetrical to one another with respect to the center line of the tooth neck. This is useful, for example, if both directions of rotation of the rotor are equally relevant during operation.

Neben dem erfindungsgemäßen Rotor betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Stator, die einen drehbar bezüglich des Stators gelagerten, erfindungsgemäßen Rotor umfasst. Bei der elektrischen Maschine kann es sich insbesondere um eine fremderregte Synchronmaschine handeln. Prinzipiell ist der erfindungsgemäße Rotor jedoch auch in anderen elektrischen Maschinen zweckmäßig nutzbar, beispielsweise in Maschinen mit fester Feldverteilung am Stator und variabler Feldverteilung am Rotor durch geeignete Bestromung der Rotorwicklung.In addition to the rotor according to the invention, the invention relates to an electrical machine with a stator, which comprises a rotor according to the invention that is rotatably mounted with respect to the stator. The electrical machine can in particular be a separately excited synchronous machine. In principle, however, the rotor according to the invention can also be used in other electrical machines, for example in machines with a fixed field distribution on the stator and a variable field distribution on the rotor by suitable current supply to the rotor winding.

Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, insbesondere als Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs, umfasst. Die erläuterten Vorteile der Bauraumreduzierung beziehungsweise des Effizienzgewinns sind insbesondere in Kraftfahrzeugen hoch relevant.The invention also relates to a motor vehicle that includes an electric machine according to the invention, in particular as a drive machine of the motor vehicle. The explained advantages of reducing installation space and increasing efficiency are particularly relevant in motor vehicles.

Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine, das die folgenden Schritte umfasst:

- Bereitstellen eines Rotorkörpers aus einem ersten Material mit einer ersten magnetischen Permeabilität, der einen Grundkörper, mehrere radial von dem Grundkörper abstehende Zahnhälse, und mehrere Zahnköpfe, die einen jeweiligen der Zahnhälse in Radialrichtung verlängern und sich in Umfangsrichtung beidseitig über den jeweils verlängerten Zahnhals hinauserstrecken, umfasst, wobei zumindest einer der Zahnköpfe wenigstens einen den jeweiligen Zahnkopf in Axialrichtung des Rotors zumindest abschnittsweise durchsetzenden Hohlraum aufweist, wobei der Hohlraum eine Öffnung zu dem Bereich hin, an dem im fertiggestellten Rotor eine an dem jeweiligen Zahnhals angeordnete Spule angeordnet ist, aufweist,
- Einbringen eines oder eines jeweiligen durch ein zweites Material gebildeten Einsetzkörpers in den jeweiligen Hohlraum, wobei das zweite Material eine zweite magnetische Permeabilität aufweist die geringer als die erste magnetische Permeabilität ist, , wobei durch den aus dem zweiten Material gebildeten Einsetzkörper für sich genommen oder gemeinsam durch den Einsetzkörper und den Zahnkopf ein jeweiliger Freiraum innerhalb des jeweiligen Hohlraums zumindest in einer Schnittfläche senkrecht zur Axialrichtung allseitig begrenzt wird, und
- Aufbringen Rotorwicklung derart, dass die Zahnhälse eine jeweilige Spule der Rotorwicklung tragen.

The invention also relates to a method for producing a rotor for an electrical machine, which comprises the following steps:

- Providing a rotor body made of a first material with a first magnetic permeability, which comprises a base body, a plurality of tooth necks projecting radially from the base body, and a plurality of tooth heads which extend a respective one of the tooth necks in the radial direction and extend in the circumferential direction on both sides beyond the respective extended tooth neck, wherein at least one of the tooth heads has at least one cavity which at least partially penetrates the respective tooth head in the axial direction of the rotor, wherein the cavity has an opening towards the region in which a coil arranged on the respective tooth neck is arranged in the finished rotor,
- introducing an insert body or a respective insert body formed by a second material into the respective cavity, wherein the second material has a second magnetic permeability which is lower than the first magnetic permeability, wherein the insert body formed from the second material, taken alone or jointly by the insert body and the tooth head, creates a respective free space within the respective cavity is bounded on all sides at least in a sectional area perpendicular to the axial direction, and
- Applying the rotor winding in such a way that the tooth necks carry a respective coil of the rotor winding.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors beziehungsweise der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine dienen. Unabhängig davon kann das erfindungsgemäße Verfahren mit den zum erfindungsgemäßen Rotor offenbarten Merkmalen weitergebildet werden und umgekehrt.The method according to the invention can be used in particular for producing the rotor according to the invention or the electrical machine according to the invention. Irrespective of this, the method according to the invention can be further developed with the features disclosed for the rotor according to the invention and vice versa.

Vor dem Aufbringen der Rotorwicklung kann insbesondere in einem weiteren Verfahrensschritt ein Isoliermittel zwischen Zahnhals beziehungsweise Zahnkopf und Rotorwicklung eingelegt werden. Dieses liegt dann typischerweise auch zwischen dem zweiten Material und der jeweiligen Spule.Before the rotor winding is applied, an insulating material can be inserted between the tooth neck or tooth head and the rotor winding, particularly in a further process step. This is then typically also located between the second material and the respective coil.

Typischerweise ist es vorteilhaft, den Einsetzkörper beziehungsweise den jeweiligen Einsetzkörper vor dem Aufbringen der Rotorwicklung in die Hohlräume einzusetzen, da in diesem Fall die Rotorwicklung während des Wickelvorgangs durch den Einsetzkörper abgestützt werden kann. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, den Einsetzkörper erst nach dem Aufbringen der Rotorwicklung einzubringen.Typically, it is advantageous to insert the insert body or the respective insert body into the cavities before applying the rotor winding, since in this case the rotor winding can be supported by the insert body during the winding process. In principle, however, it is also possible to insert the insert body only after the rotor winding has been applied.

Wie bereits zum erfindungsgemäßen Rotor erwähnt wurde, kann zumindest ein Abschnitt des oder des jeweiligen Einsetzkörpers in Axialrichtung in den jeweiligen Hohlraum eingeschoben oder eingezogen werden. Dies kann eine besonders einfache Herstellung des Rotors ermöglichen. Alternativ ist es auch möglich, den Einsetzkörper in den jeweiligen Hohlraum einzugießen oder ihn radial in den Hohlraum einzufügen.As already mentioned with regard to the rotor according to the invention, at least one section of the or the respective insert body can be pushed or pulled into the respective cavity in the axial direction. This can enable particularly simple manufacture of the rotor. Alternatively, it is also possible to cast the insert body into the respective cavity or to insert it radially into the cavity.

Als Einsetzkörper kann ein Einsetzkörper verwendet werden, der mehrere Teilkörper umfasst, die sich ausgehend von einem ringförmigen oder scheibenförmigen weiteren Teilkörper des Einsetzkörpers in eine Längsrichtung des Einsetzkörpers erstrecken, wobei die Teilkörper jeweils derart in Axialrichtung in einen jeweiligen der Hohlräume eingeführt werden, dass die Längsrichtung mit der Axialrichtung zusammenfällt. Ein Einsetzen eines solchen, insbesondere käfigartigen, Einsetzkörpers und seine Vorteile wurden bereits obig mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Rotor erläutert.An insert body can be used which comprises a plurality of partial bodies which extend from an annular or disk-shaped further partial body of the insert body in a longitudinal direction of the insert body, wherein the partial bodies are each inserted in the axial direction into a respective one of the cavities such that the longitudinal direction coincides with the axial direction. Inserting such an insert body, in particular a cage-like one, and its advantages have already been explained above with reference to the rotor according to the invention.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, das ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors umfasst,
2 bis 4 Teilansichten verschiedener elektrischer Maschinen, die unterschiedliche Rotoren umfassen,
5 und 6 Teilansichten verschiedener Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer elektrischer Maschinen, die unterschiedliche Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Rotoren umfassen, und
7 ein Zwischenergebnis eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Rotors.

Further advantages and details can be found in the following examples and the associated drawings. These show schematically:

1 an embodiment of a motor vehicle according to the invention, which comprises an embodiment of an electrical machine according to the invention with an embodiment of a rotor according to the invention,
2 to 4 Partial views of various electrical machines comprising different rotors,
5 and 6 Partial views of various embodiments of electrical machines according to the invention, which comprise different embodiments of rotors according to the invention, and
7 an intermediate result of an embodiment of the method according to the invention for producing a rotor.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 4 mit einer elektrischen Maschine 2, die im Beispiel als Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs 4 dient. Die elektrische Maschine 2 umfasst einen Stator 3 und einen drehbar bezüglich des Stators 3 gelagerten Rotor 1. Da es sich im Beispiel bei der elektrischen Maschine 2 um eine fremderregte Synchronmaschine handelt, trägt der Rotor 1 eine in 1 nicht dargestellte Rotorwicklung. 1 shows a motor vehicle 4 with an electric machine 2, which in the example serves as the drive machine of the motor vehicle 4. The electric machine 2 comprises a stator 3 and a rotor 1 which is rotatably mounted with respect to the stator 3. Since the electric machine 2 in the example is a separately excited synchronous machine, the rotor 1 carries a 1 Rotor winding not shown.

Verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten des Rotors 1 werden im Folgenden mit Bezug auf die Detaildarstellungen in 2 bis 6 diskutiert, die jeweils ein Segment der elektrischen Maschine 2 schematisch darstellen, in dem sich genau ein Zahnhals 10 des Rotors 1 in Radialrichtung 14 bezüglich der Rotorwelle 7 beziehungsweise der Rotationsachse 17 von einem Grundkörper 9 des Rotorkörpers 8 in Richtung des Stators 3 erstreckt. Im Beispiel wird eine elektrische Maschine mit insgesamt sechs solchen Zahnhälsen 10 genutzt, so dass das gezeigte, genau einen Zahnhals 10 umfassende Segmente einem 60°-Segment entspricht.Various design options for the rotor 1 are described below with reference to the detailed illustrations in 2 to 6 discussed, each of which schematically represents a segment of the electrical machine 2, in which exactly one tooth neck 10 of the rotor 1 extends in the radial direction 14 with respect to the rotor shaft 7 or the rotation axis 17 from a base body 9 of the rotor body 8 in the direction of the stator 3. In the example, an electrical machine with a total of six such tooth necks 10 is used, so that the segment shown, which comprises exactly one tooth neck 10, corresponds to a 60° segment.

Zunächst soll die vorteilhafte Ausgestaltung des Rotors 1 für das Beispiel gemäß 2 näher erläutert werden. Zum leichteren Verständnis ist neben dem Rotor 1 auch das zugehörige Segment des Stators 3 dargestellt, wobei ein Statorkörper 5 die Wicklungen 6 der verschiedenen Phasen der elektrischen Maschine 2 in üblicher Weise trägt. Bezüglich dieses Stators 3 ist der Rotor 1 drehbar um eine Rotationsachse 17 gelagert, die parallel zur Axialrichtung 16 des Rotors 1 beziehungsweise der elektrischen Maschine 2 verläuft. Die Rotorwelle 7 ist drehfest mit einem Rotorkörper 8 verbunden, der aus einem ersten Material 25 gebildet ist, typischerweise aus einem geblechten, weichmagnetischen Material, also einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität.First, the advantageous design of the rotor 1 for the example according to 2 will be explained in more detail. For easier understanding, the associated segment of the stator 3 is also shown in addition to the rotor 1, with a stator body 5 carrying the windings 6 of the various phases of the electrical machine 2 in the usual way. With respect to this stator 3, the rotor 1 is mounted so as to be rotatable about an axis of rotation 17 which runs parallel to the axial direction 16 of the rotor 1 or the electrical machine 2. The rotor shaft 7 is connected in a rotationally fixed manner to a rotor body 8 which is made of a first material 25, typically a laminated, soft magnetic material, i.e. a material with high magnetic permeability.

Der Rotorkörper 8 umfasst den Grundkörper 9, der beispielsweise im Wesentlichen zylinderförmig sein kann, von diesem in die Radialrichtung 14 abstehende Zahnhälse 10, die eine jeweilige Spule 11 einer Rotorwicklung 12 tragen, und Zahnköpfe 13, die einen jeweiligen der Zahnhälse 10 in die Radialrichtung 14 verlängern und sich in die Umfangsrichtung 15 des Rotors 1 beziehungsweise der elektrischen Maschine 2 beidseitig über den jeweiligen verlängerten Zahnhals 10 hinausstrecken. Zwischen dem Rotorkörper 9 und der jeweiligen Spule 11 ist im Beispiel ein Isoliermittel 22, beispielsweise Isolierpapier, angeordnet.The rotor body 8 comprises the base body 9, which can be essentially cylindrical, for example, tooth necks 10 protruding from it in the radial direction 14, which carry a respective coil 11 of a rotor winding 12, and tooth heads 13, which extend a respective one of the tooth necks 10 in the radial direction 14 and extend on both sides in the circumferential direction 15 of the rotor 1 or the electrical machine 2 beyond the respective extended tooth neck 10. In the example, an insulating means 22, for example insulating paper, is arranged between the rotor body 9 and the respective coil 11.

Zur hinreichenden Abstützung der Rotorwicklung 12 sollte sich der Zahnkopf 13 in Umfangsrichtung 15 hinreichend weit über den Zahnhals 10 hinauserstrecken, insbesondere dann, wenn eine orthozyklische Wicklung genutzt werden soll. Zur hinreichenden Abstützung gegen Zentrifugalkräfte beim Betrieb der elektrischen Maschine einerseits und, um eine geeignete Formung der dem Luftspalt beziehungsweise dem Stator 3 zugewandten Grenzfläche 24 des Zahnkopfes 13 zu ermöglichen, im Beispiel eine Sinuspolform, ist eine gewisse Ausdehnung des Zahnkopfes 13 in Radialrichtung 14 erforderlich. Würde somit der gesamte Zahnkopf 13 auf dem ersten Material 25 gebildet, würde der Feldführungsquerschnitt im Zahnkopf 13 gegenüber dem Zahnhals 10 erheblich erweitert, so dass im Luftspalt zwischen Rotor 1 und dem Stator 3 deutlich niedrigere Feldstärken resultieren können als in Fällen, in denen der Zahnkopf 13 nicht oder nur unwesentlich über den Zahnhals 10 hinausragen würde. Während somit zum Abstützen der Spulen 8 ein relativ breiter Zahnkopf 13 gewünscht ist, wäre dies bei ausschließlicher Nutzung des ersten Materials 25 im Zahnkopf für die erreichbaren Feldstärken im Luftspalt und somit für erreichbare Drehmomente und Wirkungsgrade typischerweise nachteilig.To adequately support the rotor winding 12, the tooth head 13 should extend sufficiently far beyond the tooth neck 10 in the circumferential direction 15, in particular if an orthocyclic winding is to be used. To adequately support against centrifugal forces during operation of the electrical machine on the one hand and to enable a suitable formation of the boundary surface 24 of the tooth head 13 facing the air gap or the stator 3, in the example a sine pole shape, a certain expansion of the tooth head 13 in the radial direction 14 is necessary. If the entire tooth head 13 were thus formed on the first material 25, the field guide cross-section in the tooth head 13 would be considerably expanded compared to the tooth neck 10, so that significantly lower field strengths can result in the air gap between the rotor 1 and the stator 3 than in cases in which the tooth head 13 did not protrude beyond the tooth neck 10 or only protruded insignificantly. While a relatively wide tooth head 13 is thus desired for supporting the coils 8, this would typically be disadvantageous for the achievable field strengths in the air gap and thus for the achievable torques and efficiencies if the first material 25 were used exclusively in the tooth head.

Um diesen Nachteil zu vermeiden beziehungsweise zumindest zu reduzieren, sind im jeweiligen Zahnkopf 13 Hohlräume 18, 19 vorgesehen, die den Zahnkopf 13 in Axialrichtung 16, also senkrecht zur Bildebene in 2, zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, durchsetzen. Die Hohlräume 18, 19 könnten prinzipiell freibleiben, beispielsweise um als Kühlkanäle zur Verfügung zu stehen. Zur besseren Abstützung der Spulen 25 beziehungsweise zur Stabilisierung des Zahnkopfes 13 kann es jedoch vorteilhaft sein, sie zumindest teilweise beziehungsweise wie im Beispiel in 2 gezeigt vollständig mit einem zweiten Material 26, dessen magnetische Permeabilität geringer ist als die magnetische Permeabilität des ersten Materials 25, auszufüllen.In order to avoid or at least reduce this disadvantage, cavities 18, 19 are provided in the respective tooth head 13, which guide the tooth head 13 in the axial direction 16, i.e. perpendicular to the image plane in 2 , at least partially, in particular completely. The cavities 18, 19 could in principle remain free, for example to be available as cooling channels. For better support of the coils 25 or to stabilize the tooth head 13, however, it can be advantageous to cover them at least partially or, as in the example, in 2 shown completely with a second material 26 whose magnetic permeability is lower than the magnetic permeability of the first material 25.

Wesentlich ist hierbei, dass die Anordnung und Abmessung der Hohlräume 18, 19 derart gewählt ist, dass sie jeweils eine Öffnung 22, 23 zu der an dem jeweiligen Zahnhals 10 angeordneten Spule 11 aufweisen. Hierdurch weist der Zahnkopf 13 an seiner der Spule 11 zugewandten Grenzfläche keine geschlossene Schicht aus dem ersten Material 25 auf, sondern seine Oberfläche wird dort zum Teil durch das erste Material 25 und zum Teil durch das zweite Material 26 gebildet. Gegenüber anderen Ausgestaltungen von Flusssperren in Zahnköpfen wird hierdurch eine zur Spule 11 benachbarte Flussbrücke aufgebrochen, wodurch der magnetische Widerstand in Querrichtung des Zahnkopfes deutlich erhöht werden kann, wodurch ein Feldkonzentrationseffekt durch die Hohlräume 18, 19 gegenüber Ausgestaltungen solcher Hohlräume, die entsprechende Öffnung 22, 23 nicht aufweisen, deutlich verbessert werden kann.It is important here that the arrangement and dimensions of the cavities 18, 19 are selected such that they each have an opening 22, 23 to the coil 11 arranged on the respective tooth neck 10. As a result, the tooth head 13 does not have a closed layer of the first material 25 at its interface facing the coil 11, but its surface is formed there partly by the first material 25 and partly by the second material 26. Compared to other designs of flux barriers in tooth heads, this breaks up a flux bridge adjacent to the coil 11, whereby the magnetic resistance in the transverse direction of the tooth head can be significantly increased, whereby a field concentration effect through the cavities 18, 19 can be significantly improved compared to designs of such cavities that do not have the corresponding opening 22, 23.

Die erläuterten Beispiele gehen davon aus, dass das zweite Material 26 im Rahmen der Herstellung des Rotors 1 als einer oder mehrere vorkonfektionierte Einsetzkörper 20, 21 bereitgestellt wird, die zum Beispiel in Axialrichtung 16 in die jeweiligen Hohlräume 18, 19 eingeführt werden. In alternativen Ausgestaltungen wäre es auch möglich, solche Einsetzkörper 20, 21 in Radialrichtung von der rotorwellenzugewandten Seite in den Zahnkopf 13 einzusetzen, sie durch einspritzen oder eingießen von flüssigem zweiten Material, insbesondere Klebstoff, in die Hohlräume 18, 19 auszubilden oder Ähnliches.The examples explained assume that the second material 26 is provided as one or more prefabricated insert bodies 20, 21 during the manufacture of the rotor 1, which are introduced into the respective cavities 18, 19, for example, in the axial direction 16. In alternative embodiments, it would also be possible to insert such insert bodies 20, 21 in the radial direction from the side facing the rotor shaft into the tooth head 13, to form them by injecting or pouring liquid second material, in particular adhesive, into the cavities 18, 19, or the like.

Ein radiales Einsetzen ist in dem in 2 gezeigten Beispiel jedoch nicht möglich, da sich ein der Spule 11 zugewandter Oberflächenabschnitt 28 des jeweiligen Einsetzkörpers 20, 21 in Umfangsrichtung 15 über die jeweilige Öffnung 22, 23 hinauserstreckt und sich somit in Radialrichtung an einer von der Spule 11 abgewandten Innenfläche 29 des jeweiligen Hohlraums 18, 19 abstützt. Das erste Material bildet somit an beiden Seiten des Hohlraums in Umfangsrichtung einen Vorsprung beziehungsweise eine Art Haltedorn aus, der den jeweiligen Einsetzkörper 20, 21 von der radial innenliegenden Seite beziehungsweise in 2 von unten abstützt. Somit sind die Einsetzkörper 20, 21 im gezeigten Beispiel bereits durch den Zahnkopf 13 sowohl in Radialrichtung 14 als auch in Umfangsrichtung 15 bereits formschlüssig fixiert, so dass es prinzipiell ausreichend wäre, ihre Position in Axialrichtung 16, beispielsweise durch entsprechende Anschläge an den Enden des Rotors 1, festzulegen, um sie zu fixieren.A radial insertion is possible in the 2 However, this is not possible in the example shown, since a surface section 28 of the respective insert body 20, 21 facing the coil 11 extends in the circumferential direction 15 beyond the respective opening 22, 23 and is thus supported in the radial direction on an inner surface 29 of the respective cavity 18, 19 facing away from the coil 11. The first material thus forms a projection or a type of retaining mandrel on both sides of the cavity in the circumferential direction, which holds the respective insert body 20, 21 from the radially inner side or in 2 from below. Thus, in the example shown, the insert bodies 20, 21 are already positively fixed by the tooth head 13 both in the radial direction 14 and in the circumferential direction 15, so that in principle it would be sufficient to determine their position in the axial direction 16, for example by means of corresponding stops at the ends of the rotor 1, in order to fix them.

Um jedoch auch auf die relativ dünnen Abschnitte des ersten Materials 25 an den Enden des Zahnkopfes 13 in Umfangsrichtung wirkende Zentrifugalkräfte beim Betrieb der elektrischen Maschine 2 robust abstützen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der jeweilige Einsetzkörper 20, 21 in den jeweiligen Hohlraum 18, 19 eingeklebt ist, wobei vorzugsweise eine zumindest im Wesentlichen geschlossene Klebstoffschicht zwischen dem ersten und zweiten Material genutzt wird. Alternativ zu einem Einkleben von Einsetzkörpern 20, 21 würde eine ähnliche Verstärkung des Zahnkopfes 13 auch erreicht werden, wenn das zweite Material 26 ein Klebstoff ist, der beispielsweise in die Hohlräume 18, 19 eingespritzt oder eingegossen wird und dort aushärtet.However, in order to be able to robustly support centrifugal forces acting in the circumferential direction on the relatively thin sections of the first material 25 at the ends of the tooth head 13 during operation of the electrical machine 2, it is advantageous if the respective insert body 20, 21 is glued into the respective cavity 18, 19, wherein preferably an at least substantially closed adhesive layer is used between the first and second material. As an alternative to gluing in insert bodies 20, 21, a similar reinforcement of the tooth head 13 would also be achieved if the second material 26 is an adhesive which is, for example, injected or poured into the cavities 18, 19 and hardens there.

Wie bereits erläutert wurde, sollen zum Erreichen hoher Wirkungsgrade und Drehmomente auch hohe Feldstärken im Bereich des Luftspalts zwischen Rotor 1 und Stator 3 erreicht werden. Es ist daher vorteilhaft, wenn der magnetische Widerstand beziehungsweise der Feldführungsquerschnitt im Magnetkreis im Wesentlichen durch die Abmessungen des Zahnhalses 10 als schmalster Bereich aus weichmagnetischem Material begrenzt wird und wenn weitere Einschnürungen des Feldführungsquerschnitts vermieden werden. Um dies zu erreichen, sind die Hohlräume 18, 19 in dem in 2 gezeigten Beispiel derart ausgestaltet, dass einerseits der minimale Abstand 32 des jeweiligen Hohlraums 18, 19 von einer jeweiligen Zahnflanke 30, 31 des Zahnhalses 10 wenigstens genauso groß ist wie der minimale Abstand 33 dieser Zahnflanken 30, 31 und andererseits der minimale Abstand 34 dieser Hohlräume 18, 19 voneinander ebenfalls wenigstens genauso groß ist wie der minimale Abstand der Zahnflanken 30, 31.As already explained, in order to achieve high efficiency and torque, high field strengths must also be achieved in the area of the air gap between rotor 1 and stator 3. It is therefore advantageous if the magnetic resistance or the field guide cross-section in the magnetic circuit is essentially limited by the dimensions of the tooth neck 10 as the narrowest area made of soft magnetic material and if further constrictions of the field guide cross-section are avoided. In order to achieve this, the cavities 18, 19 in the 2 shown example is designed such that, on the one hand, the minimum distance 32 of the respective cavity 18, 19 from a respective tooth flank 30, 31 of the tooth neck 10 is at least as large as the minimum distance 33 of these tooth flanks 30, 31 and, on the other hand, the minimum distance 34 of these cavities 18, 19 from one another is also at least as large as the minimum distance of the tooth flanks 30, 31.

Bei elektrischen Maschinen 2 ist es häufig erheblich relevanter, hohe Drehmomente in einer der beiden möglichen Drehrichtungen bereitstellen zu können als in die andere Richtung. Beispielsweise ist es bei einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs typischerweise deutlich relevanter, zum Antrieb des Kraftfahrzeugs hohe Drehmomente bereitzustellen als zur Rekuperation.In the case of electrical machines 2, it is often much more relevant to be able to provide high torques in one of the two possible directions of rotation than in the other direction. For example, in the case of a drive motor of a motor vehicle, it is typically much more relevant to provide high torques for driving the motor vehicle than for recuperation.

In dem in 2 gezeigten Beispiel sind daher die Hohlräume 18, 19, die in den beiden über den Zahnhals 10 hinausragenden Abschnitt des Zahnkopfes 13 angeordnet sind, asymmetrisch bezüglich der Mittellinie 40 des Zahnhalses 10 ausgebildet. Insbesondere entfernt sich der der Mittellinie 40 zugewandte Rand des Hohlraums 18 mit zunehmendem Radius, also in 2 in Richtung nach oben, zunehmend von der Mittellinie 40, während sich der entsprechende Rand der Ausnehmung 19 mit zunehmendem Radius der Mittellinie 40 annähert. Durch eine derartige Ausgestaltung werden einerseits die obig erläuterten Abstände 32, 33 eingehalten, wobei jedoch andererseits gegenüber einer symmetrischen Ausgestaltung der Hohlräume 18, 19 bezüglich der Mittellinie 40 eine Verzerrung der Feldstärkeverteilung im Bereich des Luftspaltes resultiert, die zu einer Verlagerung des Maximums dieser Feldstärkenverteilung des Erregerfeldes in 2 nach links beziehungsweise entgegen dem Uhrzeigersinn führt.In the 2 In the example shown, the cavities 18, 19, which are arranged in the two sections of the tooth head 13 projecting beyond the tooth neck 10, are therefore formed asymmetrically with respect to the center line 40 of the tooth neck 10. In particular, the edge of the cavity 18 facing the center line 40 moves away with increasing radius, i.e. in 2 in the upward direction, increasingly from the center line 40, while the corresponding edge of the recess 19 approaches the center line 40 with increasing radius. On the one hand, such a design ensures that the distances 32, 33 explained above are maintained, but on the other hand, compared to a symmetrical design of the cavities 18, 19 with respect to the center line 40, a distortion of the field strength distribution in the area of the air gap results, which leads to a shift of the maximum of this field strength distribution of the excitation field in 2 to the left or counterclockwise.

Hierdurch kann bei geeigneter Bestromung der Wicklungen 6 des Stators 3 insgesamt ein etwas höheres Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn erreicht werden, als dies bei einer symmetrischen Ausgestaltung der Hohlräume 18, 19 der Fall wäre, wobei auch für Drehmomente im Uhrzeigersinn höhere Drehmomente erreicht werden können als dies ohne die Hohlräume 18, 19 der Fall wäre.As a result, with suitable current supply to the windings 6 of the stator 3, a slightly higher counterclockwise torque can be achieved overall than would be the case with a symmetrical design of the cavities 18, 19, whereby higher torques can also be achieved for clockwise torques than would be the case without the cavities 18, 19.

Während die in 2 gezeigte Ausgestaltung eine leichte Verstärkung des Drehmoments in eine bevorzugte Drehrichtung gegenüber einer symmetrischen Ausgestaltung ermöglicht, kann es in einigen Fällen gewünscht sein, das Drehmoment in eine bevorzugte Drehrichtung noch weiter zu erhöhen, wofür auch eine Absenkung des Drehmoments in die andere Drehrichtung in Kauf genommen werden kann. In diesem Fall kann vorteilhaft sein, die in 3 gezeigte modifizierte Ausgestaltung des Rotors 1 zu verwenden, bei der ausschließlich einer der Abschnitte des Zahnkopfes 13, der sich in Umfangsrichtung 15 über den Zahnhals 10 hinaus erstreckt, einen Hohlraum 18 aufweist. Der gegenüberliegende Abschnitt des Zahnhalses 13 ist vollständig aus dem ersten Material 25 gebildet. Die in 3 gezeigte Ausgestaltung kann für Antriebsmotoren von Kraftfahrzeugen besonders vorteilhaft sein, da dort typischerweise zum Antrieb erheblich höhere Drehmomente bereitgestellt werden sollen als zur Rekuperation.While the 2 shown design allows a slight increase in the torque in a preferred direction of rotation compared to a symmetrical design, in some cases it may be desirable to increase the torque in a preferred direction of rotation even further, for which a reduction in the torque in the other direction of rotation may also be accepted. In this case it may be advantageous to 3 shown modified embodiment of the rotor 1, in which only one of the sections of the tooth head 13, which extends in the circumferential direction 15 beyond the tooth neck 10, has a cavity 18. The opposite section of the tooth neck 13 is formed completely from the first material 25. The in 3 The configuration shown can be particularly advantageous for drive motors of motor vehicles, since there typically considerably higher torques are to be provided for propulsion than for recuperation.

4 zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Rotors 1. Die dortige Ausgestaltung unterscheidet sich von den in 2 und 3 gezeigten Ausgestaltungen primär dadurch, dass statt einer Sinuspolform der den Luftspalt zugewandten Grenzfläche 24 des Zahnkopfes 13 eine Rundpolform genutzt wird. 4 shows another possible design of the rotor 1. The design there differs from the ones in 2 and 3 shown embodiments primarily in that a round pole shape is used instead of a sinusoidal pole shape of the interface 24 of the tooth tip 13 facing the air gap.

Bezüglich der elektrodynamischen Eigenschaften im Luftspalt ist bei vollständiger Bildung des Zahnkopfes 13 aus dem ersten Material 25 eine Sinuspolform der Grenzfläche 24 gegenüber der Rundpolform in der Regel deutlich vorteilhaft. Da eine konstante Breite des Luftspalts jedoch beispielsweise aus strömungsdynamischen Eigenschaften vorteilhaft sein kann, kann es zweckmäßig sein, die Grundform des Zahnkopfes gemäß einer Rundpolform zu wählen und die resultierende Feldverteilung durch geeignete Wahl der Form der Hohlräume 18, 19 an jene Feldverteilung, die bei einer Sinuspolform resultieren würde, anzugleichen. Dieser Ansatz ist für in Querschnittsflächen senkrecht zur Axialrichtung 16 vollständig nach außen abgeschlossene Hohlräume an sich, wie eingangs erläutert, bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Auch die zu diesem Zweck genutzten Flusssperren beziehungsweise Hohlräume 18, 19 können jedoch vorteilhaft so ausgestaltet werden, dass sie die Öffnungen 22, 23 aufweisen, also dass eine zur Spule 11 benachbarte Flussbrücke aufgebrochen wird, um die Drehmomentbereitstellung beziehungsweise den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine 2 weiter zu verbessern.With regard to the electrodynamic properties in the air gap, when the tooth tip 13 is completely formed from the first material 25, a sinusoidal pole shape of the interface 24 is generally clearly advantageous compared to the round pole shape. However, since a constant width of the air gap can be advantageous, for example, for flow-dynamic properties, it can be expedient to select the basic shape of the tooth tip according to a round pole shape and to adjust the resulting field distribution to the field distribution that would result from a sinusoidal pole shape by appropriately selecting the shape of the cavities 18, 19. This approach is already known from the prior art for cavities that are completely closed off to the outside in cross-sectional areas perpendicular to the axial direction 16, as explained at the beginning. The flow barriers used for this purpose However, the hollow spaces 18, 19 can advantageously be designed such that they have the openings 22, 23, i.e. that a flux bridge adjacent to the coil 11 is broken up in order to further improve the torque provision or the efficiency of the electric machine 2.

In dem in 4 gezeigten Beispiel werden beispielhafte Hohlräume 18, 19 genutzt, die zumindest näherungsweise spiegelsymmetrisch bezüglich der Mittellinie 40 des Zahnhalses 10 sind. Es wäre alternativ jedoch auch möglich, asymmetrische Hohlräume 18, 19 zu nutzen, wie dies vorangehend mit Bezug auf 2 erläutert wurde.In the 4 In the example shown, exemplary cavities 18, 19 are used which are at least approximately mirror-symmetrical with respect to the center line 40 of the tooth neck 10. Alternatively, however, it would also be possible to use asymmetric cavities 18, 19, as described above with reference to 2 was explained.

Es kann vorteilhaft sein, die Hohlräume 18, 19 nur teilweise mit dem zweiten Material 26 zu befüllen beziehungsweise Einsetzkörper 20 zu nutzen, die Freiräume 35, 36 innerhalb der Hohlräume 18, 19 freilassen, wie dies beispielhaft in 5 gezeigt ist. Die Freiräume 35, 36 können beispielsweise dazu dienen, ein Kühlmittel in Axialrichtung durch den Zahnkopf 13 zu führen. Da der Kühlmittelfluss durch die Freiräume 35, 36 nur durch eine relative dünne Isolation durch das zweite Material 26 und das Isoliermittel 27 von der Spule 11 getrennt ist, kann hierdurch eine hocheffiziente Kühlung der Spule 11 und somit der Rotorwicklung 12 erreicht werden.It may be advantageous to only partially fill the cavities 18, 19 with the second material 26 or to use insert bodies 20 that leave free spaces 35, 36 within the cavities 18, 19, as is shown by way of example in 5 is shown. The free spaces 35, 36 can serve, for example, to guide a coolant in the axial direction through the tooth tip 13. Since the coolant flow through the free spaces 35, 36 is only separated from the coil 11 by a relatively thin insulation by the second material 26 and the insulating means 27, a highly efficient cooling of the coil 11 and thus of the rotor winding 12 can be achieved.

Da das zweite Material die Freiräume 35, 36, abgesehen von Fluidzu- und - abläufen an den axialen Endflächen, vollständig einhausen kann, können beispielsweise auch leitfähige Kühlmittel, beispielsweise leitfähige Wasser-Glykol-Gemische, genutzt werden.Since the second material can completely enclose the free spaces 35, 36, apart from fluid inlets and outlets at the axial end surfaces, conductive coolants, for example conductive water-glycol mixtures, can also be used.

Sind die Einsetzkörper 20, 21 mit den Innenflächen des jeweiligen Hohlraums 18, 19 verklebt, tragen die Einsetzkörper 20, 21 trotz der verbleibenden Freiräume 35, 36 weiterhin erheblich zur Stabilität des Zahnkopfes 13 gegenüber auftretenden Zentrifugalkräften bei.If the insert bodies 20, 21 are glued to the inner surfaces of the respective cavity 18, 19, the insert bodies 20, 21 continue to contribute significantly to the stability of the tooth head 13 against occurring centrifugal forces, despite the remaining free spaces 35, 36.

6 zeigt eine Abwandlung des mit Bezug auf 5 erläuterten Vorgehens, bei dem das zweite Material 26 beziehungsweise die Einsetzkörper 20, 21 den jeweiligen Freiraum 35, 36 nur einseitig begrenzt beziehungsweise begrenzen. Somit wird der jeweilige Freiraum 35, 36 in der Schnittebene senkrecht zur Axialrichtung 16 gemeinsam durch den Rotorkörper 8 beziehungsweise das erste Material 25 und den jeweiligen Einsetzkörper 20, 21 beziehungsweise das zweite Material 26 begrenzt. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, nicht leitfähige Kühlmittel, beispielsweise Öl oder Luft, zu nutzen. 6 shows a modification of the one with reference to 5 explained procedure, in which the second material 26 or the insert bodies 20, 21 delimits or limits the respective free space 35, 36 only on one side. The respective free space 35, 36 is thus delimited in the sectional plane perpendicular to the axial direction 16 jointly by the rotor body 8 or the first material 25 and the respective insert body 20, 21 or the second material 26. In this case, it can be advantageous to use non-conductive coolants, for example oil or air.

In den bisherigen Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, dass in die einzelnen Hohlräume 18, 19 des gleichen beziehungsweise auch von verschiedenen Zahnköpfen 13 separat Einsetzkörper 20, 21 eingesetzt werden. Um einerseits die Herstellung des Rotors 1 beziehungsweise des Rotorkörpers 8 zu erleichtern und andererseits seine Stabilität, insbesondere gegenüber Zentrifugalkräften, weiter zu erhöhen, ist es jedoch auch möglich, einen gemeinsamen Einsetzkörper 20 zu verwenden, der mehrere Teilkörper 37 umfasst, die in jeweils einen der Hohlräume 18, 19 eingesetzt werden. Ein Beispiel hierfür ist in 7 dargestellt, wobei in 7 ein Zwischenzustand des Rotorkörpers 8 im Rahmen der Herstellung des Rotors 1 dargestellt ist, bei dem gerade das Einsetzen des Einsetzkörpers 20 in die Hohlräume 18, 19 erfolgt und die Rotorwicklung 12 noch nicht aufgebracht ist.In the previous embodiments, it was assumed that insert bodies 20, 21 are inserted separately into the individual cavities 18, 19 of the same or different tooth heads 13. In order to facilitate the manufacture of the rotor 1 or the rotor body 8 on the one hand and to further increase its stability, in particular against centrifugal forces, on the other hand, it is also possible to use a common insert body 20 which comprises several partial bodies 37 which are inserted into one of the cavities 18, 19. An example of this is shown in 7 shown, where in 7 an intermediate state of the rotor body 8 during the manufacture of the rotor 1 is shown, in which the insertion body 20 is just being inserted into the cavities 18, 19 and the rotor winding 12 has not yet been applied.

Die verschiedenen Teilkörper 37 des Einsetzkörpers 20 erstrecken sich stabartig in eine Längsrichtung, die in 7 der Hochrichtung entspricht, und die beim Einsetzen mit der Axialrichtung 16 des Rotors 1 beziehungsweise des Rotorkörpers 8 zusammenfällt. An ihrem beim Einsetzen von dem Rotorkörper 8 abgewandten Ende sind die Teilkörper 37 über einen weiteren Teilkörper 38, der im Beispiel ringförmig ausgebildet ist, jedoch beispielsweise auch scheibenförmig sein kann, verbunden. Im gezeigten Zustand wird der gesamte Einsetzkörper 20 in Richtung der Pfeile 41 nach unten geschoben, womit die die Hohlräume 18, 19 durchsetzenden Teilkörper 37 im Endzustand an der dem weiteren Teilkörper 38 gegenüberliegenden Seite des Rotorkörpers 8 über die axialen Enden der Hohlräume 18, 19 beziehungsweise über die diese aufweisenden Zahnköpfe 13 hinausragen.The various partial bodies 37 of the insert body 20 extend rod-like in a longitudinal direction, which 7 corresponds to the vertical direction, and which coincides with the axial direction 16 of the rotor 1 or the rotor body 8 when inserted. At their end facing away from the rotor body 8 when inserted, the partial bodies 37 are connected via a further partial body 38, which is ring-shaped in the example, but can also be disk-shaped, for example. In the state shown, the entire insert body 20 is pushed downwards in the direction of the arrows 41, whereby the partial bodies 37 passing through the cavities 18, 19 protrude in the final state on the side of the rotor body 8 opposite the further partial body 38 beyond the axial ends of the cavities 18, 19 or beyond the tooth heads 13 having them.

Wie durch den Pfeil 14 dargestellt ist, kann ein weiterer Ring 39 oder eine weitere Scheibe anschließend genutzt werden, um die Teilkörper 37 auch an diesem Ende zu verbinden, beispielsweise indem die Teilkörper 37 mit dem weiteren Ring 39 verklebt werden.As shown by the arrow 14, a further ring 39 or a further disk can subsequently be used to connect the partial bodies 37 at this end as well, for example by gluing the partial bodies 37 to the further ring 39.

Der resultierende Rotor kann, anschließend in üblicherweise bewickelt werden.The resulting rotor can then be wound in the usual way.

Claims

Rotor for an electrical machine (2) with a rotor body (8) made of a first material (25) with a first magnetic permeability, which comprises a base body (9), a plurality of tooth necks (10) projecting radially from the base body, which carry a respective coil (11) of a rotor winding (12), and a plurality of tooth heads (13) which extend a respective one of the tooth necks (10) in the radial direction (14) and extend in the circumferential direction (15) on both sides beyond the respective extended tooth neck (10), wherein at least one of the tooth heads (13) has at least one tooth head (13) in the axial direction (16) of the rotor (1) has a cavity (18, 19) which penetrates at least partially through the axial direction (16) of the rotor (1), which is at least partially filled by a second material (26) with a second magnetic permeability which is lower than the first magnetic permeability, or which remains free, wherein the cavity (18, 19) has an opening (22, 23) towards the coil (11) arranged on the respective tooth neck (10), wherein a respective free space (35, 36) within the respective cavity (18, 19) is delimited on all sides at least in a sectional area perpendicular to the axial direction (16) by an insert body (20, 21) formed from the second material (26), either alone or jointly by the insert body (20, 21) and the tooth head (13).

Rotor after Claim 1 , characterized in that the insert body (20, 21) formed by the second material (26) is glued into the cavity (18, 19) and/or that the second material (26) is an adhesive.

Rotor after Claim 1 or 2 , characterized in that at least one surface section (28) of the insert body (20, 21) formed by the second material (26) facing the respective coil (11) extends in the circumferential direction (15) beyond the opening (22, 23) along an inner surface (29) of the cavity (18, 19) facing away from the respective coil (11).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the insert body (20, 21) formed by the second material (26) comprises a plurality of partial bodies (37), wherein one of the partial bodies (37) extends in the axial direction through cavities (18, 19) of a plurality of the tooth heads (13), wherein the axial ends of the partial bodies (37) are connected at least on one side by an annular or disk-shaped further partial body (38) of the insert body (20, 21).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the free space (35, 36) is designed to guide a cooling fluid in the axial direction (16) through the respective tooth head (13).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the respective tooth neck (10) is delimited by two tooth flanks (30, 31) lying opposite one another in the circumferential direction (15), wherein on the one hand the minimum distance (32) of the respective cavity (18, 19) of the tooth head (13) extending the respective tooth neck (10) in the radial direction (14) from at least one of the tooth flanks (30, 31) is at least as large as the minimum distance (33) of the tooth flanks (30, 31), and/or wherein on the other hand at least one of the tooth heads (13) has several separate cavities (18, 19), wherein the minimum distance (34) of these cavities (18, 19) from one another is at least as large as the minimum distance (33) of the tooth flanks (30, 31) of that tooth neck (10) which the respective tooth head (13) extends in the axial direction (16).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that only one of the sections of the tooth head (13) which extend beyond the tooth neck (10) in the circumferential direction (15) has a cavity (18, 19) or that both of these sections each have one of the cavities (18, 19), wherein the cavities (18, 19) of the two sections are formed asymmetrically in the circumferential direction (15) with respect to the center line (40) of the tooth neck (10).

Electric machine with a stator (3), characterized in that it comprises a rotor (1) according to one of the preceding claims, which is mounted rotatably with respect to the stator (3).

Motor vehicle, characterized in that it comprises an electric machine (2) according to Claim 8 , in particular as a drive machine of the motor vehicle (4).

Method for producing a rotor (1) for an electrical machine (2), comprising the steps: - providing a rotor body (8) made of a first material (25) with a first magnetic permeability, which comprises a base body (9), a plurality of tooth necks (10) projecting radially from the base body (9), and a plurality of tooth heads (13) which extend a respective one of the tooth necks (10) in the radial direction (14) and extend in the circumferential direction (15) on both sides beyond the respective extended tooth neck (10), wherein at least one of the tooth heads (13) has at least one cavity (18, 19) which at least partially penetrates the respective tooth head (13) in the axial direction (16) of the rotor (1), wherein the cavity (18, 19) has an opening (22, 23) towards the region in which a coil (11) arranged on the respective tooth neck (10) is arranged in the finished rotor (1), - introducing one or a respective insert body (20, 21) formed by a second material (26) into the respective cavity (18, 19), wherein the second material (26) has a second magnetic permeability which is lower than the first magnetic permeability, wherein the insert body (20, 21) formed from the second material (26) alone or jointly by the insert body (20, 21) and the tooth head (13) a respective free space (35, 36) within the respective cavity (18, 19) is delimited on all sides at least in a sectional area perpendicular to the axial direction (16), and - applying the rotor winding (12) such that the tooth necks (10) carry a respective coil (11) of the rotor winding (12).

Procedure according to Claim 10 , characterized in that at least a portion of the respective insert body (20, 21) is inserted or retracted in the axial direction (16) into the respective cavity (18, 19).

Procedure according to Claim 11 , characterized in that an insert body (20, 21) is used as the insert body (20), which comprises a plurality of partial bodies (37) which extend from an annular or disc-shaped further partial body (38) of the insert body (20) in a longitudinal direction of the insert body (20), wherein the partial bodies (37) are each introduced in the axial direction (16) into a respective one of the cavities (18, 19) in such a way that the longitudinal direction coincides with the axial direction (16).