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EINLEITUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf rotierende elektrische Maschinen.
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Maschinen mit internen Permanentmagneten und Induktionsmaschinen umfassen Rotoren, die Magneten oder leitfähige Stäbe enthalten können. Rein synchrone Reluktanzmaschinen enthalten keine Magnete. Die Masse eines Rotors kann aus gestapelten Elektrostahllaminierungen bestehen. Hohlräume in der Massestruktur können Magneten oder leitfähige Stäbe enthalten und zurückhalten und Flussbarrieren schaffen. Brücken und Stege aus magnetischem Material können solche Hohlräume begrenzen und eine strukturelle Verbindung von Massematerial über solche Hohlräume schaffen. Brücken und Stege führen jedoch zu unerwünschten Streuflusspfaden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor mit mehreren gestapelten Elektrostahllaminierungen umfassen, die einen Schlitz mit einem ersten Ende und gegenüberliegenden Seiten bilden, wobei das erste Ende durch eine Brücke definiert ist, die sich zwischen Elektrostahl auf gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes erstreckt, wobei die Brücke zwischen dem ersten Ende des Schlitzes und einer Außendurchmesseroberfläche des Rotors und unterhalb der Außendurchmesseroberfläche des Rotors angeordnet ist, wobei die Brücke eine Basis eines Kanals bildet, der an einer Außendurchmesseroberfläche des Rotors offen ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Brücke Elektrostahl umfassen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Brücke einen Elektrostahlbrückenabschnitt einteilig mit den Laminierungen und eine zusätzliche Brückenabstützung mit einer strukturellen Flussbarriere umfassen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die zusätzliche Brückenabstützung ein paramagnetisches Metall umfassen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die zusätzliche Brückenabstützung mit dem paramagnetischen Metall an die Elektrostahllaminierungen geschweißt sein.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die zusätzliche Brückenabstützung mit dem paramagnetischen Metall an Ort und Stelle auf dem Elektrostahlbrückenabschnitt abgeschieden sein.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Brücke einen Elektrostahlbrückenabschnitt einteilig mit den Laminierungen umfassen, wobei der Elektrostahlbrückenabschnitt auf eine den ersten Ende des Schlitzes gegenüberliegende Oberfläche oberflächenlegiert ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Brücke ferner eine zusätzliche Brückenabstützung mit einer strukturellen Flussbarriere umfassen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die zusätzliche Brückenabstützung ein paramagnetisches Metall umfassen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die zusätzliche Brückenabstützung mit dem paramagnetischen Metall an die Laminierungen geschweißt sein.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die zusätzliche Brückenabstützung mit dem paramagnetischen Metall an Ort und Stelle auf dem Elektrostahlbrückenabschnitt abgeschieden sein.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann der Kanal, der an der Außendurchmesseroberfläche des Rotors offen ist, nicht parallele Seitenwände umfassen, die sich in Richtung der Außendurchmesseroberfläche des Rotors zunehmend öffnen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann der Kanal mit einem dielektrischen Polymer gefüllt sein.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die elektrische Maschine ferner entweder einen Permanentmagneten innerhalb des Schlitzes oder einen leitfähigen Stab innerhalb des Schlitzes umfassen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Brücke durch eine lokalisierte Wärmebehandlung austenitisiert sein.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann ein elektrifizierter Antriebsstrang einen Batteriesatz, ein Traktionsleistungswechselrichtermodul („TPIM“), das mit dem Batteriesatz verbunden ist und dazu konfiguriert ist, eine Gleichspannung („DC“-Spannung) vom Batteriesatz in eine Wechselspannung („AC“-Spannung) umzusetzen, und eine rotierende elektrische Maschine, die durch die Wechselspannung vom TPIM erregt wird, umfassen, wobei die elektrische Maschine einen Stator, einen Rotor, der vom Stator umgeben ist, wobei der Rotor gestapelte mehrere Elektrostahllaminierungen umfasst, die einen Schlitz mit einem ersten Ende und gegenüberliegenden Seiten bilden, wobei das erste Ende durch eine Brücke definiert ist, die sich zwischen Elektrostahl auf gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes erstreckt, wobei die Brücke zwischen dem ersten Ende des Schlitzes und einer Außendurchmesseroberfläche des Rotors und unterhalb der Außendurchmesseroberfläche des Rotors angeordnet ist, wobei die Brücke eine Basis eines Kanals bildet, der an einer Außendurchmesseroberfläche des Rotors offen ist, eine Rotorwelle, die mit dem Rotor verbunden und von diesem umgeben ist, und dazu konfiguriert ist, sich um eine Drehachse in Verbindung mit dem Rotor zu drehen, wenn die elektrische Maschine erregt wird, und ein Getriebe, das mit der Rotorwelle gekoppelt ist und durch die elektrische Maschine versorgt wird, umfasst.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Brücke einen Elektrostahlbrückenabschnitt einteilig mit den Laminierungen und eine zusätzliche Brückenabstützung mit einer strukturellen Flussbarriere eines paramagnetischen Metalls umfassen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die strukturelle Flussbarriere an die Laminierungen geschweißt sein.
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In einer nochmals anderen beispielhaften Ausführungsform kann ein Verfahren zum Konstruieren eines Rotors das Stapeln von mehreren Elektrostahllaminierungen, die einen Schlitz mit einem ersten Ende und gegenüberliegenden Seiten bilden, wobei das erste Ende durch eine Brücke definiert ist, die sich zwischen Elektrostahl auf gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes erstreckt, wobei die Brücke zwischen dem ersten Ende des Schlitzes und einer Außendurchmesseroberfläche des Rotors und unterhalb der Außendurchmesseroberfläche des Rotors angeordnet ist, wobei die Brücke eine Basis eines Kanals bildet, der an einer Außendurchmesseroberfläche des Rotors offen ist, das Schweißen einer zusätzlichen Brückenabstützung an die Laminierungen an der Basis des Kanals und das Füllen des Kanals mit einem nicht magnetischen und elektrisch nicht leitfähigen Material umfassen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann das Verfahren ferner das zumindest teilweise Füllen des Schlitzes mit entweder einem Permanentmagneten oder einem leitfähigen Stab umfassen.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Details zeigen sich nur beispielhaft in der folgenden ausführlichen Beschreibung, wobei die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
- 1 einen elektrifizierten Antriebsstrang gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
- 2 eine Maschine mit internen Permanentmagneten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
- 3 einen Rotor für eine Maschine mit internen Permanentmagneten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
- 4 einen Rotor für eine Induktionsmaschine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
- 5 einen Rotor für eine synchrone Reluktanzmaschine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
- 6 einen Rotor für eine Maschine mit internen Permanentmagneten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
- 7 einen Rotor für eine Maschine mit internen Permanentmagneten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
- 8 einen Rotor für eine Maschine mit internen Permanentmagneten gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen nicht begrenzen. In allen Zeichnungen geben entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale an.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf dieselben oder ähnliche Komponenten in den verschiedenen Figuren beziehen, ist ein elektrifizierter Antriebsstrang 10 in 1 schematisch dargestellt (z. B. für die Verwendung an Bord eines beispielhaften Kraftfahrzeugs 11). Der Antriebsstrang 10 umfasst eine rotierende elektrische Maschine 12 mit einem Rotor 14 und einem Stator 16. Wenn der Stator 16 erregt wird, führt der Rotor 14 ein Motordrehmoment (Pfeil TM) zu einem Getriebe („T“) 20 (z. B. einem Stufengangautomatikgetriebe) zu. Obwohl wegen der Darstellungseinfachheit weggelassen, kann der elektrifizierte Antriebsstrang 10 auch eine Brennkraftmaschine umfassen, die dazu konfiguriert ist, ein Kraftmaschinendrehmoment zu erzeugen. Bei solcher Ausstattung kann das erzeugte Kraftmaschinendrehmoment selektiv zum Getriebe 20 entweder allein oder in Verbindung mit dem Motordrehmoment (Pfeil TM) von der elektrischen Maschine 12 zugeführt werden.
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Wenn das Fahrzeug 11 von 1 als Hybridelektrofahrzeug verkörpert ist, können die elektrische Maschine 12 und/oder die Kraftmaschine das Getriebe 20 versorgen. Alternativ kann das Fahrzeug 11 ein Batterieelektrofahrzeug sein, in welchem Fall das Getriebe 20 allein durch das Motordrehmoment (Pfeil TM) von der elektrischen Maschine 12 versorgt werden kann. Die offenbarten Verbesserungen beziehen sich auf die Konstruktion der elektrischen Maschine 12 und können in Ausführungsformen eines Hybridelektrofahrzeugs („HEV“) und Elektrofahrzeugs („EV“) des Fahrzeugs 11 ohne Begrenzung sowie in Nicht-Fahrzeug-Anwendungen wie z. B. Kraftwerken, Lastenaufzügen, mobilen Plattformen und Robotern usw. verwirklicht werden.
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Mit fortgesetztem Bezug auf das beispielhafte Fahrzeug 11 von 1 kann der elektrifizierte Antriebsstrang 10 einen Wechselspannungsbus („AC“-Spannungsbus) 13 umfassen. Der AC-Spannungsbus 13 kann selektiv über ein Traktionsleistungswechselrichtermodul („TPIM“) 28 erregt werden, das mit einem Hochspannungsbatteriesatz („BHV“) 24, beispielsweise einer Lithiumionen-, Lithiumschwefel-, Nickelmetallhydrid- oder anderen Hochenergiespannungsversorgung gleichstromgekoppelt („DC“-gekoppelt) ist. Der AC-Spannungsbus 13 liefert eine AC-Busspannung („VAC“) und leitet AC-Strom zu und von der elektrischen Maschine 12. Das Motordrehmoment (Pfeil TM) von der erregten elektrischen Maschine 12, wenn sie in einem Antriebs- oder Motormodus arbeitet, wird einer Rotorwelle 14S des Rotors 14 erteilt, wobei die Rotorwelle 14S am Rotor 14 zapfengelagert, verkeilt oder anderweitig damit verbunden ist. Das Motordrehmoment (Pfeil TM) wird dann zu einer gekoppelten Last wie z. B. dem Getriebe 20 und/oder einem oder mehreren Straßenrädern 22 gelenkt.
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Der elektrifizierte Antriebsstrang 10 kann auch einen DC-zu-DC-Umsetzer („DC/DC“-Umsetzer) 26 umfassen, der dazu konfiguriert ist, eine relativ hohe DC-Busspannung („VDC“) nach Bedarf zu verringern oder zu erhöhen. Der DC/DC-Umsetzer 26 ist zwischen dem Batteriesatz 24 und dem TPIM 28 über positive (+) und negative (-) Schienen eines entsprechenden DC-Spannungsbusses 15 verbunden. In einigen Konfigurationen kann ein Hilfsbatteriesatz („BAUX“) 124 mit dem DC/DC-Umsetzer 26 verbunden sein, wobei der Hilfsbatteriesatz 124 als Bleisäurebatterie oder Batterie, die aus einer anderen für die Anwendung geeigneten Chemie konstruiert ist, verkörpert sein kann, und dazu konfiguriert ist, beispielsweise 12-15 V Hilfsspannung („VAUX“) zu speichern oder zu einer oder mehreren verbundenen Hilfsvorrichtungen (nicht gezeigt) zuzuführen.
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Der Rotor 14 der elektrischen Maschine 12 ist benachbart zum Stator 16 positioniert und davon durch einen Luftspalt G getrennt, wobei ein solcher Luftspalt G eine Magnetflussbarriere bildet. Der Stator 16 und der Rotor 14 können aus einem Stapel von dünnen Laminierungen (z. B. Elektrostahl oder anderes eisenhaltiges Material, wobei jede Laminierung typischerweise etwa 0,2 mm - 0,5 mm dick ist, wie durch den Fachmann auf dem Gebiet erkannt) konstruiert sein. Die Laminierungen können auf ihre fertige Form durch eine Stanze und Matrize geschnitten werden oder können durch einen Laser oder durch Drahtfunkenerosion geschnitten werden. Der Rotor gemäß einer nicht begrenzenden beispielhaften Ausführungsform ist konzentrisch innerhalb des Stators 16 angeordnet, so dass der Stator 16 den Rotor 14 umgibt. In einer solchen Ausführungsform ist der Luftspalt G ein radialer Luftspalt und die elektrische Maschine 12 verkörpert eine Maschine vom Radialflusstyp. Andere Ausführungsformen können jedoch verwirklicht werden, in denen die relativen Positionen des Rotors 14 und Stators 16 umgekehrt sind. Für Erläuterungskonsistenz wird die Ausführungsform von 1, in der sich der Rotor 14 radial innerhalb des Stators 16 befindet, hier ohne Begrenzung der Konstruktion auf eine solche Konfiguration beschrieben. Der Rotor 14 kann beispielsweise in einer Maschine mit internen Permanentmagneten (IPM), einer synchronen Permanentmagnetreluktanzmaschine (PMSR-Maschine), einer synchronen Reluktanzmaschine (SR-Maschine) oder einer Induktionsmaschine verkörpert sein.
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Der Rotor 14, der in 1 schematisch gezeigt ist, umfasst interne Rotorschlitze, die durch Leerstellen im Elektrostahl der Laminierungen gekennzeichnet sind. Solche Rotorschlitze können eine Flussbarriere innerhalb des Rotors 14 bereitstellen und können andere Rotormerkmale enthalten, wie hier weiter beschrieben. In einer IPM-Maschinen-Ausführungsform oder einer PMSR-Maschinen-Ausführungsform können die Rotorschlitze teilweise oder vollständig mit Permanentmagneten gefüllt sein. In einer SR-Maschinen-Ausführungsform können die Rotorschlitze teilweise oder vollständig mit einem im Wesentlichen nicht magnetischen Material gefüllt sein. In einer Induktionsmaschinenausführungsform können die Rotorschlitze vollständig oder teilweise mit einem im Wesentlichen nicht magnetischen, elektrisch leitfähigen Material gefüllt sein.
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2 stellt einen einzelnen Magnetpol des Rotors 14 und einen Abschnitt des Stators 16 nahe zu diesem von 1 gemäß einer IPM-Maschinen-Ausführungsform dar. PMSR-Maschinen-Ausführungsformen sind ähnlich konstruiert. Die Darstellung in 2 ist repräsentativ für eine beispielhafte sechspolige Ausführungsform des Rotors 14, wobei die restlichen fünf Pole zu dem beispielhaften Pol von 2 identisch sind und folglich wegen der Darstellungseinfachheit und Deutlichkeit weggelassen sind. Es ist zu verstehen, dass Rotoren mit irgendeiner Anzahl von Polen verwendet werden können. Die sechspolige Ausführungsform von 2 ist daher nicht begrenzend und erläuternd für nur eine mögliche Konfiguration.
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Der Stator 16 von 1 gemäß der Ausführungsform von 2 weist radial vorstehende Statorzähne 16T auf, die sich von einem zylindrischen Statorkern 16C einwärts erstrecken. Das heißt, die Statorzähne 16T erstrecken sich in Richtung des Rotors 14 vom Statorkern 16C. Die Innendurchmesseroberfläche 31 des Stators 16 ist die radial innerste Oberfläche der Statorzähne 16T, die der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14 in beabstandeter Nachbarschaft zugewandt ist oder gegenüberliegt, um den Luftspalt G (siehe 1) zu bilden. Benachbarte Statorzähne 16T sind durch einen entsprechenden Statorschlitz 37 voneinander getrennt, wie durch den Fachmann auf dem Gebiet erkannt wird. Die Statorschlitze 37 umschließen elektrische Leiter, typischerweise Kupferdrähte oder Kupferstäbe/„Haarnadeln“. Solche Leiter bilden gemeinsam Statorwicklungen 32. Ein rotierendes Statormagnetfeld wird erzeugt, wenn die Statorwicklungen 32 sequentiell durch eine mehrphasige Ausgangsspannung aus dem TPIM 28 von 1 erregt werden. Statormagnetpole, die aus dem resultierenden rotierenden Statormagnetfeld gebildet werden, stehen mit Rotorpolen in Wechselwirkung, um den Rotor 14 mit der Rotorwelle 14S zu drehen.
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In der IPM-Maschinen-Ausführungsform von 2 umfasst der Rotor einen eingebetteten Satz von Permanentmagneten, die hier gemeinsam als Rotormagneten 55 bezeichnet werden. Die Rotormagneten 55 können beispielsweise aus Ferrit, Neodym-Eisen-Bor, Samariumkobalt, Aluminium-Nickel-Kobalt usw. oder einem anderen für die Anwendung geeigneten Material konstruiert sein. Die Rotormagneten 55 sind in einer solchen Ausführungsform in jeweilige Rotorschlitze 35 innerhalb des Stapels von individuellen Stahllaminierungen des Rotors 14 eingebettet. Die Anzahl, der Typ, die Position und/oder die relative Orientierung der Rotormagneten 55 beeinflussen schließlich den Betrag und die Verteilung des Magnetflusses in den eisenhaltigen Materialien der elektrischen Maschine 12. Die Rotormagneten 55 können in Polpaaren angeordnet sein, wie in einer allgemeinen V-Muster-Konfiguration gezeigt, wenn der Rotor 14 entlang seiner Drehachse betrachtet wird. In einer solchen V-Muster-Konfiguration liegt ein äußeres kurzes Ende 33 der Rotormagneten 55 näher an der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14 als das andere innere kurze Ende 33 der Rotormagneten 55. Die kurzen Enden 33 der Rotormagneten 55, die am nächsten zur Außendurchmesseroberfläche 30 liegen, sind weiter beabstandet als die kurzen Enden 33 der Rotormagneten 55, die näher an der Rotorwelle 14S angeordnet sind. Axial betrachtet wie in 2 können auch die Rotormagneten 55 jedes Polpaars symmetrisch mit Bezug auf ein entsprechendes Rotorpolstück 14P und auf jeder Seite davon mit einer länglichen Seite 34 der Rotormagneten 55, die dem Rotorpolstück 14P zugewandt ist, verteilt sein. Die gegenüberliegende längliche Seite 34 der Rotormagneten 55 jedes Polpaars ist einer Rotorrippe 14R zugewandt, die zwischen jedem Rotorpol angeordnet ist und sich radial auswärts vom Rotorkern 14C erstreckt. Eine Brücke 36 erstreckt sich zwischen dem Polstück 14P und der Rippe 14R und verbindet strukturell das Polstück 14P mit der Rippe 14R. Die Brücke 36 ist zwischen dem äußeren kurzen Ende 33 des Magneten 55 und der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14 angeordnet. Insbesondere ist die Brücke 36 von der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14 entfernt und unterhalb dieser angeordnet und bildet die Basis eines Kanals 38 am Umfang der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14, wie hier weiter beschrieben. Die Brücke 36 in 2 ist unmittelbar benachbart zum äußeren kurzen Ende 33 des Rotormagneten 55 dargestellt, die Brücke 36 kann jedoch in beabstandeter Nachbarschaft zum kurzen Ende 33 des Rotormagneten 55 sein, das durch eine Flussbarriere getrennt ist. Die Rotorschlitze 35, die einem Polpaar des Rotormagneten 55 entsprechen, können kontinuierlich sein und zwischen den kurzen Enden 33 der Rotormagneten 55 verbinden, die näher an der Rotorwelle 14S angeordnet sind, wodurch eine Flussbarriere zwischen dem Polstück 14P und dem Rotorkern 14C geschaffen wird.
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3 stellt einen einzelnen Magnetpol des Rotors 14 von 1 gemäß einer IPM-Maschinen-Ausführungsform mit zwei Polpaaren von Rotormagneten 55 pro Pol dar, wobei die Rotormagneten 55 in einem dualen V-Muster angeordnet sind, wobei ein größeres erstes Polpaar der Rotormagneten 55 in einem V-Muster angeordnet ist, das ein kleineres zweites Polpaar der Rotormagneten 55 flankiert, das ebenso in einem V-Muster angeordnet ist. PMSR-Maschinen-Ausführungsformen sind ähnlich konstruiert. Die dargestellten Konfigurationen der Rotormagneten 55 in 2 und 3 sind beispielhafte Ausführungsformen von IPM- und PMSR-Maschinen. Andere IPM- und PMSR-Maschinen-Ausführungsformen mit zusätzlichen Magneten und alternativen Anordnungen können für einen Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich sein.
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4 stellt einen Abschnitt des Rotors 14 von 1 gemäß einer Induktionsmaschinenausführungsform dar. In der Induktionsmaschinenausführungsform von 4 umfasst der Rotor 14 einen eingebetteten Satz von leitfähigen Stäben 41, die gemeinsam hier als Käfigläufer bezeichnet werden. Die leitfähigen Stäbe 41 können beispielsweise aus Aluminium, Kupfer, Messing oder einem anderen für die Anwendung geeigneten Material konstruiert sein. Die leitfähigen Stäbe 41 in einer solchen Ausführungsform sind in jeweilige Rotorschlitze 35 innerhalb des Stapels von individuellen Stahllaminierungen des Rotors 14 eingebettet. Die leitfähigen Stäbe 41 können relativ zur Drehachse des Rotors 14 geringfügig schräg sein. Die Querschnittsform der leitfähigen Stäbe 41 entlang der Drehachse des Rotors 14 in 4 betrachtet ist nur beispielhaft und nicht begrenzend. Axial wie in 2 betrachtet können die leitfähigen Stäbe auch symmetrisch um den Umfang des Rotors 14 verteilt sein, wobei benachbarte leitfähige Stäbe durch Rippen 14R getrennt sind. Eine Brücke 36 erstreckt sich zwischen den Rippen 14R und verbindet die Rippen 14R strukturell auf beiden Seiten eines leitfähigen Stabes 41 miteinander. Die Brücke 36 ist zwischen dem äußeren Ende 33 des leitfähigen Stabes 41 und der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14 angeordnet. Insbesondere ist die Brücke 36 von der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14 entfernt und darunter angeordnet und bildet die Basis eines Kanals 38 am Umfang der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14, wie hier weiter beschrieben.
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5 stellt einen Abschnitt des Rotors 14 von 1 gemäß einer Ausführungsform einer synchronen Reluktanzmaschine dar. In der Ausführungsform der synchronen Reluktanzmaschine von 5 umfasst der Rotor 14 keine Magneten und auch keine leitfähigen Stäbe in den Schlitzen 35. Brücken 36 erstrecken sich zwischen dem Elektrostahl auf beiden Seiten der Schlitze 35 und verbinden diesen strukturell miteinander. Die Brücken 36 sind zwischen den Enden der Schlitze 35 und der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14 angeordnet. Insbesondere ist die Brücke 36 von der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14 entfernt und darunter angeordnet und bildet die Basis eines Kanals 38 am Umfang der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14, wie hier weiter beschrieben.
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6 stellt einen einzelnen Magnetpol des Rotors 14 von 1 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform einer IPM-Maschine mit einem einzelnen Rotormagneten 55 pro Pol dar, wobei die Rotormagneten 55 zentral zum Polstück 14P und zum Rotorschlitz 35 angeordnet sind. Der einzelne Schlitz 35 umfasst Brücken 36 an beiden Enden davon.
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In den verschiedenen beispielhaften Maschinenausführungsformen von 2-6 und mit weiterem Bezug auf 7 wird erkannt, dass die Anordnung der Brücke 36 unterhalb der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14 vorteilhaft die Herstellung der individuellen Stahllaminierungen des Rotors 14 mit einem integralen verdünnten Brückenabschnitt 36B ermöglicht, der allein keine ausreichende strukturelle Integrität für den Rotor 14 schaffen kann, der jedoch eine Basis oder ein Substrat in Verbindung mit den Seitenwänden 38S des Kanals 38 am Umfang der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14 zum Integrieren einer zusätzlichen Brückenabstützung 36A schafft, wie hier weiter beschrieben.
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Mit zusätzlichem Bezug auf 8 und fortgesetztem Bezug auf 7 kann der Stapel von individuellen Stahllaminierungen des Rotors 14 zwei oder mehr Teilstapel 81 umfassen, die separat bearbeitet werden können, wie hier beschrieben.
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Jeder Teilstapel 81 umfasst mehrere individuelle Laminierungen 81A, die in der Anzahl äquivalent sein können oder sich unterscheiden können. In einer Ausführungsform kann die zusätzliche Brückenabstützung 36A eine strukturelle Flussbarriere sein, beispielsweise ein im Wesentlichen rechteckiges Stück aus paramagnetischem Metall, das im Kanal 38 angeordnet ist und strukturell am umgebenden Elektrostahl (z. B. Seitenwänden 38S des Kanals 38 und/oder am verdünnten Brückenabschnitt 36B) befestigt ist, beispielsweise an die Stelle geschweißt ist durch irgendeinen geeigneten Schweißprozess, einschließlich beispielsweise Plasma- oder TIG-Lichtbogen-, Laser- oder Reibschweißen. Alternative strukturelle Befestigungen der zusätzlichen Brückenabstützung 36A können verwendet werden, einschließlich beispielsweise Löten, Hartlöten oder strukturellen Klebstoffen. In einer Ausführungsform kann bei dem verdünnten Brückenabschnitt 36B die freiliegende Oberfläche gegenüber dem Schlitz vor der Installation der zusätzlichen Brückenabstützung 36A legiert werden. Oberflächenlegieren kann durch Diffusion der Legierung oder Schmelzvermischen der Legierung und des Elektrostahls des verdünnten Brückenabschnitts 36B durchgeführt werden. Irgendeine geeignete Wärmequelle, beispielsweise Plasma oder TIG-Lichtbogen oder Laser, kann bei der Oberflächenlegierung verwendet werden. In einer Ausführungsform kann die Legierung vorher angeordnet werden, wie z. B. durch Pastenaufbringen oder thermisches Spray, oder kann während der Wärmeaufbringung zugeführt werden, wie z. B. durch Drahtzufuhr. In einer Ausführungsform wird Laserlegieren mit hoher Energiedichte für eine genaue Schmelztiefensteuerung verwendet. Die Oberflächenlegierung kann vorteilhafterweise zu einem verringerten Streufluss durch den verdünnten Brückenabschnitt 36B aufgrund der größeren Reluktanz der resultierenden Legierung führen. In einer Ausführungsform kann die zusätzliche Brückenabstützung 36A an Ort und Stelle auf dem verdünnten Brückenabschnitt 36B zwischen und auf den Seitenwänden 38S des Kanals 38 durch Drahtlichtbogenabscheidung, thermisches Spray, kaltes Spray, Elektroplattieren, Laserummantelung oder Kombinationen davon abgeschieden werden. In einer Ausführungsform können Materialien, die für die zusätzliche Brückenabstützung 36A und die Legierung geeignet sind, beispielsweise Austenitbildner umfassen, wie z. B. Kohlenstoff (C), Nickel (Ni), Mangan (Mn) und Stickstoff (N) sowie Eisen (Fe), Aluminium (AI), Silizium (Si), Chrom (Cr), Niob (Nb), Molybdän (Mo) und Titan (Ti). Eine zusätzliche lokalisierte Wärmebehandlung der Brücke 36 kann verwendet werden, nachdem die zusätzliche Brückenabstützung 36A fertiggestellt ist, um Materialspannungen und/oder Austenitisierung abzuschwächen. In einer Ausführungsform sind die Seitenwände 38S des Kanals 38 nicht parallel und öffnen sich zunehmend in Richtung der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14. Eine solche Konfiguration der Seitenwände 38S des Kanals 38 ermöglicht vorteilhafterweise einen Herstellungszugang zum verdünnten Brückenabschnitt 36B für die Materialanordnung und einen Werkzeugzugang während der Herstellung. In einer Ausführungsform können die Kanäle 38 mit einem nicht magnetischen und elektrisch nicht leitfähigen Füllmaterial 39 gefüllt werden, beispielsweise dielektrischem Polymer, das an die Brücke 36 und die Seitenwände 38S des Kanals 38 bindet und so ausgebildet werden kann, dass es der Außendurchmesseroberfläche 30 des Rotors 14 folgt. In einer Ausführungsform kann das Füllmaterial 39 auch als zusätzliche Brückenabstützung 36A fungieren. Die Bearbeitung von Teilstapeln kann vorteilhafterweise Wirbelströme in einem zusammengesetzten Rotorstapel durch Schaffen von leitfähigen Lücken zwischen der jeweiligen zusätzlichen Brückenabstützung 36A begrenzen. Die Bearbeitung von Teilstapeln kann vorteilhafterweise eine Installation eines segmentierten Rotormagneten 55 ermöglichen.
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Die hier verwendete Terminologie dient nur für den Zweck der Beschreibung von speziellen Ausführungsformen und soll nicht begrenzend sein. Wie hier verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“ ebenso die Pluralformen umfassen, wenn der Zusammenhang nicht deutlich Anderes angibt. Ferner ist zu verstehen, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn in dieser Patentbeschreibung verwendet, die Anwesenheit von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber die Anwesenheit oder den Zusatz von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementkomponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
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Alle Zahlenwerte hier werden als durch den Begriff „etwa“ modifiziert angenommen, ob explizit angegeben oder nicht. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung können Bereiche als von „etwa“ einem speziellen Wert bis „etwa“ einen anderen speziellen Wert ausgedrückt sein. Der Begriff „etwa“ bezieht sich im Allgemeinen auf einen Bereich von Zahlenwerten, die ein Fachmann auf dem Gebiet als äquivalent zum angeführten Zahlenwert mit derselben Funktion oder demselben Ergebnis oder im Allgemeinen angemessen innerhalb Herstellungstoleranzen des angeführten Zahlenwerts betrachten würde. Ebenso sind hier dargelegte Zahlenwerte nur ein nicht begrenzendes Beispiel und können nominale Werte sein, wobei zu verstehen ist, dass tatsächliche Werte von nominalen Werten gemäß der Umgebung, der Entwurfs- und Herstellungstoleranz, dem Alter und anderen Faktoren abweichen können.
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Wenn nicht explizit als „direkt“ beschrieben, wenn eine Beziehung zwischen einem ersten und einem zweiten Element in der obigen Offenbarung beschrieben ist, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, wobei keine anderen Zwischenelemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind, kann jedoch auch eine indirekte Beziehung sein, wobei ein oder mehrere Zwischenelemente (entweder räumlich oder funktional) zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind.
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Ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens können in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Obwohl jede der Ausführungsformen vorstehend als bestimmte Merkmale aufweisend beschrieben ist, können ferner irgendeines oder mehrere dieser Merkmale, die mit Bezug auf irgendeine Ausführungsform der Offenbarung beschrieben sind, in irgendeiner der anderen Ausführungsformen implementiert werden und/oder mit Merkmalen von dieser kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus und Permutationen von einer oder mehreren Ausführungsformen miteinander bleiben innerhalb des Schutzbereichs dieser Offenbarung.
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Obwohl die obige Offenbarung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist für den Fachmann auf dem Gebiet zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Elemente davon gegen Äquivalente ausgetauscht werden können, ohne von ihrem Schutzbereich abzuweichen. Außerdem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne vom wesentlichen Schutzbereich davon abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen begrenzt ist, sondern alle Ausführungsformen umfasst, die in den Schutzbereich davon fallen.
