DE112006001929T5

DE112006001929T5 - Rotor hub and assembly for a permanent magnet electric machine

Info

Publication number: DE112006001929T5
Application number: DE112006001929T
Authority: DE
Inventors: Raymond Novi Ong; Martin J. Troy Reckker
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-05-29
Also published as: WO2007016345A1

Abstract

Rotornabe für eine Elektromaschine, wobei die Rotornabe einen Außenumfang aufweist und Folgendes umfasst:
mehrere längliche Schlitze in der Nähe des Außenumfangs der Rotornabe, die jeweils eine entsprechende Hauptachse aufweisen, welche zu einer entsprechenden Radialachse, die sich von einer achsensymmetrischen Mittellinie der Rotornabe aus erstreckt, nicht senkrecht verläuft, und
mehrere Durchgänge, die in der Rotornabe ausgebildet sind, wobei mindestens einer der Durchgänge mit einer Ausrichtung von mindestens einem der länglichen Schlitze so zusammenwirkt, dass das Gewicht der Rotornabe auf ein Minimum beschränkt und dabei die Betriebsfestigkeit der Rotornabe aufrechterhalten wird.A rotor hub for an electric machine, the rotor hub having an outer periphery and comprising:
a plurality of elongated slots near the outer circumference of the rotor hub, each having a respective major axis which is not perpendicular to a corresponding radial axis extending from an axisymmetric centerline of the rotor hub, and
a plurality of passages formed in the rotor hub, wherein at least one of the passages cooperates with an alignment of at least one of the elongated slots so as to minimize the weight of the rotor hub while maintaining the durability of the rotor hub.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Elektromaschinen, zum Beispiel Motoren und Generatoren mit Permanentmagneten.The The present disclosure generally relates to electrical machines, for example, motors and generators with permanent magnets.

Elektromaschinen (beispielsweise Elektromotoren und Generatoren) werden für zahlreiche Anwendungen verwendet, die von Elektrofahrzeugen bis hin zu Haushaltsgeräten reichen. Verbesserungen bei Leistung, Zuverlässigkeit, Wirkungsgrad und Leistungsdichte der Maschine sind für alle Arten von Elektromotoren erwünscht.electric machines (for example electric motors and generators) are used for numerous Applications ranging from electric vehicles to home appliances. Improvements in performance, reliability, efficiency and power density the machine are for all types of electric motors desired.

Eine Elektromaschine wandelt elektrische oder elektromagnetische Energie in mechanische Energie oder umgekehrt mechanische Energie in elektrische oder elektromagnetische Energie um.A Electric machine converts electrical or electromagnetic energy in mechanical energy or vice versa mechanical energy in electrical or electromagnetic energy.

Die bei Rotorbaugruppen verwendeten Permanentmagneten befinden sich in Aussparungen. Die Aussparungen sind in der Regel in der Nähe des Außenumfangs der Rotornabe ausgebildet, die aus Elektrostahlschichten aufgebaut ist. Bei Rotorbaugruppen wird Elektrostahl verwendet, weil dieser eine größere Permeabilität für das Leiten der magnetischen Kraftlinien besitzt. Der Aufbau eines Rotors erfolgt in Schichten, um insbesondere bei höheren Drehzahlen Wirbelstromverluste in der Rotornabe zu reduzieren. Der Rotor erstreckt sich von seinem Außenumfang zu einem Innendurchmesser, der eine Welle berührt. Die Gesamtmasse der Rotorbaugruppe gehört zu den Parametern, die u.a. die Beschleunigungseigenschaften des Elektromotors, die Kosten der Rotorbaugruppe und die Beanspruchung, der die verschiedenen Bestandteile der Rotorbaugruppe ausgesetzt sind, beeinflussen.The Permanent magnets used in rotor assemblies are located in recesses. The recesses are usually near the outer periphery formed of the rotor hub, which is composed of electrical steel layers is. For rotor assemblies electrical steel is used because of this a greater permeability for conducting has the magnetic lines of force. The structure of a rotor takes place in layers, especially at higher speeds eddy current losses reduce in the rotor hub. The rotor extends from his outer periphery to an inner diameter that touches a shaft. The total mass of the rotor assembly belongs to the parameters, i.a. the acceleration characteristics of the Electric motor, the cost of the rotor assembly and the load, which exposes the various components of the rotor assembly are, influence.

Bei Elektromaschinen verwendete Wellen bestehen meist aus Konstruktionsstahl, der etwas dichter und auf jeden Fall fester als Elektrostahl ist. Bei einer Anwendung benutzt ein Elektromotor des Toyota Prius, bei dem es sich um ein Hybridfahrzeug handelt, eine Hohlwelle mit einem integrierten Schlitten. Der Schlitten weist einen mittleren Steg auf, dessen eines Ende mit der Hauptwelle und dessen anderes Ende mit einem Schlittenträger verbunden ist, der sich axial in beide Richtungen von dem mittleren Steg weg erstreckt. Eine geschichtete Rotornabe mit Permanentmagneten wird in dem Schlittenträger gehalten. Durch den mittleren Steg, der von der Welle aus radial verläuft, entstehen besondere Ausgleichsprobleme in Bezug auf Schwingungsmoden. Die Lagerpositionen an der Welle des Toyota Prius müssen so positioniert werden, dass sich die Biegebeanspruchung durch den mittleren Steg auf ein Minimum beschränkt. Somit lässt sich die Konfiguration der Rotorbaugruppe, auch wenn die Welle des Toyota Prius für eine geringfügige Gewichtsreduzierung sorgt, nicht ohne weiteres auf andere Motorarten oder -größen übertragen.at Shafts used in electric machines are usually made of structural steel, which is a bit denser and definitely stronger than electrical steel. at an application uses an electric motor of the Toyota Prius, in which it is a hybrid vehicle, a hollow shaft with a integrated slide. The carriage has a central bridge on, one end with the main shaft and the other end with a sled carrier connected axially in both directions from the middle Footbridge extends away. A layered rotor hub with permanent magnets gets in the carriage carrier held. Through the middle bridge, which is radial from the shaft runs, special compensation problems arise in relation to vibration modes. The bearing positions on the shaft of the Toyota Prius must be positioned this way be that the bending stress through the middle bridge kept to a minimum. Thus lets the configuration of the rotor assembly, even if the shaft of the Toyota Prius for a minor one Weight reduction provides, not readily on other engine types or sizes.

Herkömmliche Rotorbaugruppen weisen rechteckige Rotoraussparungen auf, in denen die rechteckigen Permanentmagneten angeordnet sind. Bei diesen herkömmlichen Rotorbaugruppen verschlimmert die Spannungskonzentration in den Magnetaussparungen und den Rotorschichten die lokale Beanspruchung, wenn sich die Betriebsgeschwindigkeit erhöht. Wenn sich der Rotor mit hoher Drehzahl dreht, üben die Permanentmagneten eine nach außen gerichtete Radialkraft auf die Magnetaussparungen aus, was dazu führt, dass die Zentrifugalkräfte an den äußeren Ecken der Aussparungen reagieren. Diese lokale Beanspruchung bei herkömmlichen Rotorbaugruppen ist ein Grund dafür, dass der Rotor mit mehr Material ausgestattet wird.conventional Rotor assemblies have rectangular rotor recesses in which the rectangular permanent magnets are arranged. In these conventional Rotor assemblies aggravate the stress concentration in the Magnet cavities and the rotor layers the local stress, when the operating speed increases. When the rotor with high speed rotates, practice the permanent magnets an outwardly directed radial force on the magnetic recesses, which causes the centrifugal forces at the outer corners the recesses respond. This local stress in conventional Rotor assemblies is one reason that the rotor with more Material is equipped.

Es wäre wünschenswert, die Masse der Rotornabe, der Welle und der Permanentmagneten entweder einzeln oder insgesamt zu reduzieren und dabei eine Konfiguration der Rotorbaugruppe beizubehalten, die sich leicht herstellen und für Elektromaschinen mit unterschiedlicher Größe ohne weiteres skalieren lässt.It would be desirable the mass of the rotor hub, the shaft and the permanent magnet either to reduce individually or in total while maintaining a configuration to maintain the rotor assembly, which is easy to manufacture and for electrical machines with different size without to scale further.

Die hier beschriebenen Baugruppen und Bestandteile bieten verschiedene Möglichkeiten, das Gewicht einer Rotorbaugruppe für eine Elektromaschine zu reduzieren. Durch Reduzieren des Gewichts der Rotorbaugruppe kann sich der Rotor mit höherer Drehzahl drehen und dabei spezifische Massevorgaben für Elektromaschinen in der Automobilbranche sowie anderen Branchen einhalten.The Assemblies and components described here provide various Options, to reduce the weight of a rotor assembly for an electric machine. By reducing the weight of the rotor assembly, the rotor may become with higher Rotate speed and thereby specific mass specifications for electric machines in the automotive industry and other industries.

Bei einer Ausführungsform weist eine Rotorbaugruppe eine Rotornabe auf, die einen ersten und einen zweiten Abschnitt umfasst, wobei der erste Abschnitt einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser aufweist, der erste Abschnitt mehrere gleichmäßig um den Umfang herum beabstandete Magnetaussparungen umfasst, der zweite Abschnitt einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser aufweist, der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts an dem Innendurchmesser des ersten Abschnitts anliegt, der zweite Abschnitt mehrere Durchgänge umfasst, wobei alle nebeneinanderliegenden Durchgänge durch Speichen voneinander getrennt sind, die jeweils in Bezug zu einer daneben liegenden Speiche eine gleichmäßige Dicke aufweisen und den Außendurchmesser des zweiten Abschnitts mit einem Wellenbefestigungsbereich verbinden, der einstückig und im Anschluss an den Innendurchmesser des zweiten Abschnitts ausgebildet ist, einen ersten Satz Permanentmagneten, wobei jeweils ein Permanentmagnet des ersten Satzes Permanentmagneten in jeweils einer Magnetaussparung aufgenommen wird, und eine Welle, die einen Außendiameter aufweist, der so bemessen ist, dass er den Innendurchmesser des zweiten Abschnitts der Rotornabe passgenau aufnimmt.In one embodiment, a rotor assembly includes a rotor hub having first and second portions, the first portion having an outer diameter and an inner diameter, the first portion including a plurality of magnet recesses equally spaced around the circumference, the second portion having an inner diameter and a second portion Outer diameter, the outer diameter of the second portion abuts the inner diameter of the first portion, the second portion comprises a plurality of passages, wherein all adjacent passages are separated by spokes, each having a uniform thickness with respect to an adjacent spoke and the outer diameter of connect second portion with a shaft mounting portion, which is integrally formed and subsequent to the inner diameter of the second portion, a first set of permanent magnets, wherein in each case a permanent magnet of the ers A set of permanent magnets is received in each case a magnetic recess, and a shaft having an outer diameter which is dimensioned so that it is the inner diameter of the second portion of the Rotor hub fits accurately.

Bei einer anderen Ausführungsform weist eine Elektromaschine eine Rotorbaugruppe auf, die eine Rotornabe und eine Welle umfasst, wobei die Rotornabe einen ersten und einen zweiten Abschnitt umfasst, der erste Abschnitt einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser aufweist, der erste Abschnitt mehrere gleichmäßig um den Umfang herum beabstandete Magnetaussparungen umfasst, der zweite Abschnitt einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser aufweist, der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts an dem Innendurchmesser des ersten Abschnitts anliegt, der zweite Abschnitt mehrere Durchgänge umfasst, wobei alle nebeneinanderliegenden Durchgänge durch Speichen voneinander getrennt sind, die jeweils in Bezug zu einer daneben liegenden Speiche eine gleichmäßige Dicke aufweisen und den Außendurchmesser des zweiten Abschnitts mit einem Wellenbefestigungsbereich verbinden, der einstückig und im Anschluss an den Innendurchmesser des zweiten Abschnitts ausgebildet ist, einen ersten Satz Permanentmagneten, wobei jeweils ein Permanentmagnet des ersten Satzes Permanentmagneten in jeweils einer Magnetaussparung aufgenommen wird, und einen Stator, der mehrere Wicklungen umfasst, die so positioniert sind, dass sie auf elektromagnetische Weise ein Drehen der Rotorbaugruppe verursachen.at another embodiment For example, an electric machine has a rotor assembly that has a rotor hub and a shaft, wherein the rotor hub has a first and a first second section includes, the first section an outer diameter and an inner diameter, the first portion a plurality evenly around the Circumferentially spaced around magnetic recesses, the second Section has an inner diameter and an outer diameter, the outer diameter of the second section at the inner diameter of the first section abuts, the second section comprises a plurality of passages, all adjacent crossings are separated by spokes, each related to an adjacent spoke have a uniform thickness and the outer diameter connect the second section to a shaft mounting area, the one-piece and following the inner diameter of the second section is formed, a first set of permanent magnets, each a permanent magnet of the first set of permanent magnets in each case a magnetic recess is received, and a stator, the more Includes windings that are positioned to be electromagnetic Cause rotation of the rotor assembly.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist eine Rotorbaugruppe eine Rotornabe auf, die einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser aufweist, mehrere gleichmäßig um den Umfang herum beabstandete Magnetaussparungen, die sich zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser befinden, einen ersten Satz Permanentmagneten, wobei jeweils ein Permanentmagnet des ersten Satzes Permanentmagneten in jeweils einer Magnetaussparung aufgenommen wird, eine Zwischennabe, die einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser aufweist und des Weiteren mehrere Erleichterungslöcher umfasst, die zwischen einem Bereich, der von dem Außendurchmesser begrenzt wird, und dem Innendurchmesser der Zwischennabe achsensymmetrisch angeordnet sind, wobei der Außendurchmesser der Zwischennabe so bemessen ist, dass er den Innendurchmesser der Rotornabe passgenau aufnimmt, und eine Welle, die einen Außendurchmesser aufweist, der so bemessen ist, dass er den Innendurchmesser der Zwischennabe passgenau aufnimmt.at a further embodiment For example, a rotor assembly has a rotor hub having an outer diameter and an inner diameter, several evenly around the Circumferentially spaced magnetic recesses extending between the outer diameter and the inner diameter, a first set of permanent magnets, wherein in each case a permanent magnet of the first set of permanent magnets is received in each case a magnetic recess, an intermediate hub, the one outside diameter and having an inner diameter and further comprising a plurality of relief holes, between a region bounded by the outer diameter, and the inner diameter of the intermediate hub arranged axially symmetrically are, with the outside diameter the intermediate hub is sized so that it the inner diameter of the rotor hub fits snugly, and a shaft having an outer diameter, the is sized so that it fits the inner diameter of the intermediate hub receives.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist eine Elektromaschine eine Rotorbaugruppe auf, die eine Rotornabe, eine Welle und eine Zwischennabe umfasst, wobei die Rotornabe einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser aufweist und sich mehrere gleichmäßig um den Umfang herum beabstandete Magnetaussparungen zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser befinden, einen ersten Satz Permanentmagneten, wobei jeweils ein Permanentmagnet des ersten Satzes Permanentmagneten in jeweils einer Magnetaussparung aufgenommen wird, eine Zwischennabe, die einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser aufweist und des Weiteren mehrere Erleichterungslöcher umfasst, die zwischen einem Bereich, der von dem Außendurchmesser begrenzt wird, und dem Innendurchmesser der Zwischennabe achsensymmetrisch angeordnet sind, wobei der Außendurchmesser der Zwischennabe so bemessen ist, dass er den Innendurchmesser der Rotornabe passgenau aufnimmt, und einen Stator, der mehrere Wicklungen umfasst, die so positioniert sind, dass sie auf elektromagnetische Weise ein Drehen der Rotorbaugruppe verursachen.at a further embodiment an electric machine comprises a rotor assembly having a rotor hub, a shaft and an intermediate hub, wherein the rotor hub a outer diameter and an inner diameter and several evenly around the Circumferentially spaced magnetic recesses between the outer diameter and the inner diameter, a first set of permanent magnets, wherein in each case a permanent magnet of the first set of permanent magnets is received in each case a magnetic recess, an intermediate hub, the one outside diameter and having an inner diameter and further comprising a plurality of relief holes, between a region bounded by the outer diameter, and the inner diameter of the intermediate hub arranged axially symmetrically are, wherein the outside diameter of the Intermediate hub is sized so that it has the inner diameter of the rotor hub fits snugly, and a stator that includes multiple windings, which are positioned in an electromagnetic way causing the rotor assembly to rotate.

Bei noch einer weiteren Ausführungsform weist eine Rotornabe einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser auf, mehrere Magnetaussparungen, die in einem Bereich ausgebildet sind, der in der Nähe des Außendurchmessers der Rotornabe und von diesem aus in Radialrichtung ein wenig nach innen hin angeordnet ist, und mindestens einen ersten Permanentmagneten, der ein Verhältnis von Polbogen zu Polteilung von ungefähr 0,9 aufweist und in jeder Magnetaussparung angeordnet ist.at still another embodiment a rotor hub an outer diameter and an inner diameter, a plurality of magnetic recesses, the are formed in a region close to the outer diameter of the rotor hub and from this radially inward a little inwardly is, and at least a first permanent magnet having a ratio of pole arc to pole pitch of about 0.9 and is arranged in each magnetic recess.

Bei noch einer weiteren Ausführungsform weist eine Rotornabe mit einem Außenumfang für eine Elektromaschine mehrere längliche Schlitze in der Nähe des Außenumfangs der Rotornabe auf, die jeweils eine entsprechende Hauptachse aufweisen, welche nicht senkrecht zu einer entsprechenden, von einer achsensymmetrischen Mittellinie der Rotornabe ausgehenden Radialachse verläuft. Zusätzlich oder alternativ dazu weist die Rotornabe mehrere Durchgänge auf, die in der Rotornabe ausgebildet sind, wobei mindestens einer der Durchgänge mit einer Ausrichtung von mindestens einem der länglichen Schlitze so zusammenwirkt, dass das Gewicht der Rotornabe auf ein Minimum beschränkt und dabei die Betriebsfestigkeit der Rotornabe aufrechterhalten wird.at still another embodiment a rotor hub with an outer circumference for one Electric machine several elongated Slits nearby the outer circumference the rotor hub, each having a respective major axis, which not perpendicular to a corresponding, of an axisymmetric Centerline of the rotor hub outgoing radial axis runs. Additionally or alternatively, the rotor hub has several passages, which are formed in the rotor hub, wherein at least one of crossings interacts with an alignment of at least one of the elongate slots, that the weight of the rotor hub is kept to a minimum and while the durability of the rotor hub is maintained.

Der vorangegangene Text ist eine Kurzdarstellung und enthält somit zwangsläufig Vereinfachungen, Verallgemeinerungen und nicht alle Einzelheiten. Fachleuten wird daher klar sein, dass diese Kurzdarstellung lediglich der Erläuterung dient und nicht im einschränkenden Sinne betrachtet werden soll. Andere Aspekte, erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Vorrichtungen und/oder Prozesse, die allein durch die Ansprüche definiert werden, ergeben sich aus der hierin enthaltenen, nicht einschränkenden, ausführlichen Beschreibung.Of the previous text is a summary and thus contains inevitably Simplifications, generalizations and not all details. Experts will therefore be clear that this short description is only the explanation serves and not in the limiting Meaning should be considered. Other aspects, features of the invention and Advantages of the devices and / or processes described herein, which is defined solely by the claims derive from the non-limiting, detailed Description.

In den Zeichnungen geben gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente oder Vorgänge an. Die Größe sowie die relative Position von Elementen in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht gezeichnet. Die Formen verschiedener Elemente und Winkel sind beispielsweise nicht maßstabsgerecht gezeichnet, und einige dieser Elemente wurden beliebig vergrößert und positioniert, um die Lesbarkeit der Zeichnungen zu verbessern. Des Weiteren soll die jeweilige gezeichnete Form der Elemente keine Informationen hinsichtlich der tatsächlichen Form dieser Elemente vermitteln, sondern lediglich der besseren Übersichtlichkeit der Zeichnungen dienen.In the drawings give same reference pay the same elements or transactions. The size and relative position of elements in the drawings are not necessarily drawn to scale. For example, the shapes of various elements and angles are not drawn to scale, and some of these elements have been arbitrarily enlarged and positioned to improve the readability of the drawings. Furthermore, the respective drawn form of the elements should not convey any information regarding the actual shape of these elements, but merely serve to improve the clarity of the drawings.

1 ist eine Querschnittsansicht einer Elektromaschine gemäß einer dargestellten Ausführungsform. 1 FIG. 10 is a cross-sectional view of an electric machine according to an illustrated embodiment. FIG.

2 ist eine isometrische Ansicht einer Rotorbaugruppe für einen Elektromotor gemäß einer dargestellten Ausführungsform von links vorn. 2 is an isometric view of a rotor assembly for an electric motor according to an illustrated embodiment from the left front.

3 ist eine Querschnittsansicht der Rotorbaugruppe aus 2. 3 is a cross-sectional view of the rotor assembly from 2 ,

4 ist eine Querschnittsansicht der Rotorbaugruppe aus 2 entlang der Linie 4-4 in 3, die die Rotornabe in einer Konfiguration mit um den Umfang herum beabstandeten Durchgängen und Speichen zeigt. 4 is a cross-sectional view of the rotor assembly from 2 along the line 4-4 in 3 showing the rotor hub in a configuration with circumferentially spaced passageways and spokes.

5A ist eine Querschnittsansicht einer anderen Rotorbaugruppe mit Speichen mit reduzierter Dicke gemäß einer weiteren dargestellten Ausführungsform. 5A FIG. 12 is a cross-sectional view of another rotor assembly having spokes of reduced thickness according to another illustrated embodiment. FIG.

5B ist eine Querschnittsansicht einer anderen Rotorbaugruppe mit einer geringeren Anzahl Durchgänge und Speichen gemäß einer weiteren dargestellten Ausführungsform. 5B FIG. 12 is a cross-sectional view of another rotor assembly having fewer number of passages and spokes according to another illustrated embodiment. FIG.

6 ist eine isometrische Ansicht einer Rotorbaugruppe mit einer Zwischennabe gemäß einer weiteren dargestellten Ausführungsform von links vorn. 6 is an isometric view of a rotor assembly with an intermediate hub according to another illustrated embodiment from the left front.

7 ist eine Querschnittsansicht der Rotorbaugruppe aus 6. 7 is a cross-sectional view of the rotor assembly from 6 ,

8A ist eine Querschnittsansicht der Rotorbaugruppe aus 6 entlang der Linie 8-8 in 7, die die Rotornabe in einer Konfiguration mit einer Zwischennabe zeigt, welche Erleichterungslöcher aufweist. 8A is a cross-sectional view of the rotor assembly from 6 along the line 8-8 in 7 showing the rotor hub in a configuration with an intermediate hub having relief holes.

8B ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Rotorbaugruppe mit einer anderen Konfiguration der Erleichterungslöcher in der Zwischennabe. 8B FIG. 12 is a cross-sectional view of another rotor assembly having a different configuration of the relief holes in the intermediate hub. FIG.

9 ist eine Querschnittsansicht einer Rotorbaugruppe mit einer Welle, die mit einer Rotornabe vollständiger Dicke drehverbunden ist, gemäß einer dargestellten Ausführungsform. 9 FIG. 12 is a cross-sectional view of a rotor assembly having a shaft rotatably coupled to a full thickness rotor hub according to an illustrated embodiment. FIG.

10 ist eine Querschnittsansicht einer Rotorbaugruppe mit einer Hohlwelle mit vergrößertem Durchmesser gemäß einer dargestellten Ausführungsform. 10 FIG. 10 is a cross-sectional view of a rotor assembly having a larger diameter hollow shaft according to an illustrated embodiment. FIG.

11 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Rotorbaugruppe mit einer Hohlwelle mit vergrößertem Durchmesser und einem allgemein konisch zulaufenden Bereich zwischen einer Endplatte und einem Lager gemäß einer dargestellten Ausführungsform. 11 FIG. 12 is a cross-sectional view of another rotor assembly having an enlarged diameter hollow shaft and a generally tapered portion between an end plate and a bearing according to an illustrated embodiment. FIG.

12 ist eine Querschnittsansicht einer Rotornabe mit einer Anzahl in einem Winkel zueinander liegender, länglicher Schlitze, die mit einer Anzahl Durchgänge angeordnet sind, gemäß einer dargestellten Ausführungsform. 12 FIG. 12 is a cross-sectional view of a rotor hub having a number of angularly spaced elongated slots disposed with a plurality of passageways, according to an illustrated embodiment. FIG.

13 ist eine vergrößerte Ansicht eines Paars der länglichen Schlitze der Rotornabe aus 12. 13 FIG. 12 is an enlarged view of a pair of the elongated slots of the rotor hub. FIG 12 ,

In der nachfolgenden Beschreibung werden bestimmte Einzelheiten erläutert, damit verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Baugruppen, Vorrichtungen und Systeme genau verständlich sind. Fachleute werden jedoch erkennen, dass die vorliegenden Baugruppen, Vorrichtungen und Systeme auch ohne eines oder mehrere dieser bestimmten Einzelheiten oder mit anderen Verfahren, Bestandteilen, Materialien usw. in die Praxis umgesetzt werden können. In anderen Fällen sind im Zusammenhang mit Elektromaschinen allgemein bekannte Konstruktionen nicht genau gezeigt oder beschrieben worden, um zu vermeiden, dass die Beschreibungen der Ausführungsformen der vorliegenden Baugruppen, Vorrichtungen und Systeme unverständlich werden.In In the following description, certain details are explained so that different embodiments the present assemblies, devices and systems are exactly understandable. professionals however, will recognize that the present assemblies, devices and systems even without one or more of these specific details or with other processes, components, materials, etc. in the Practice can be implemented. In other cases are commonly known constructions in the context of electric machines not exactly shown or described, to avoid that the descriptions of the embodiments The present assemblies, devices and systems are incomprehensible.

Soweit es der Kontext nicht anders erfordert, ist das Wort „umfassen" und dessen Variationen, wie beispielsweise „umfasst" und „umfassend", in der gesamten Beschreibung sowie den nachfolgenden Ansprüchen in einem offenen, nicht ausschließenden Sinne zu verstehen, d.h. als „insbesondere, jedoch nicht ausschließlich".So far unless the context requires otherwise, the word "embrace" and its variations, such as "includes" and "comprising" throughout Description and the following claims in an open, not excluding sense to understand, i. as "in particular, but not exclusively ".

Der Verweis auf „eine Ausführungsform" in dieser Beschreibung bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Konstruktion oder Eigenschaft, das/die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, bei mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Baugruppen, Vorrichtungen und Systeme vorhanden ist. Somit beziehen sich die Ausdrücke „bei einer Ausführungsform" an verschiedenen Stellen in dieser Beschreibung nicht zwangsläufig alle auf dieselbe Ausführungsform. Des Weiteren lassen sich die einzelnen Merkmale, Konstruktionen oder Eigenschaften auf beliebige geeignete Weise bei einer oder mehreren Ausführungsformen kombinieren.The reference to "one embodiment" in this specification means that a particular feature, design, or characteristic described in connection with the embodiment is present in at least one embodiment of the present assemblies, devices, and systems The terms "in one embodiment" at various points in this description are not necessarily all to the same embodiment. Furthermore, the individual characteristics, Kon structures or properties in any suitable manner in one or more embodiments.

Die hier verwendeten Überschriften sind zweckmäßig und dienen nicht der Auslegung des Schutzumfangs oder der Bedeutung der beanspruchten Erfindung.The Headings used here are functional and are not intended to interpret the scope or meaning of the claimed invention.

1 stellt eine Elektromaschine 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Baugruppen, Vorrichtungen und Systeme dar. Die Elektromaschine 2 der dargestellten Ausführungsform umfasst ein Gehäuse 4, einen Stator 6 und eine Rotorbaugruppe 10. Der Stator weist elektrische Wicklungen auf, die zwar nicht gezeigt, in der Technik jedoch allgemein bekannt sind. 1 puts an electric machine 2 according to an embodiment of the present assemblies, devices and systems. The electric machine 2 The illustrated embodiment includes a housing 4 , a stator 6 and a rotor assembly 10 , The stator has electrical windings which, although not shown, are well known in the art.

Die 2 und 3 zeigen die Rotorbaugruppe 10, die eine Rotornabe 12, eine Welle 14, eine Anzahl Permanentmagneten 16 und eine Bandageschicht 18 umfasst. Die Rotorbaugruppe 10 umfasst des Weiteren ein Paar Endplatten 20. Die Welle 14 ist auf Rollenlagern 22 gelagert. An der Rotorbaugruppe 10 wurde ein Massenausgleich vorgenommen, so dass sie sich um eine Mittellinie 24 dreht. Der Massenausgleich kann durch Hinzufügen oder Entfernen von Material an den Endplatten 20 erfolgen.The 2 and 3 show the rotor assembly 10 holding a rotor hub 12 , a wave 14 , a number of permanent magnets 16 and a bandage layer 18 includes. The rotor assembly 10 further includes a pair of end plates 20 , The wave 14 is on roller bearings 22 stored. At the rotor assembly 10 a mass balance was made so that they centered around one another 24 rotates. The mass balance can be achieved by adding or removing material at the end plates 20 respectively.

Die Rotornabe 12 weist einen ersten Abschnitt 30 und einen zweiten Abschnitt 32 auf. Die Rotornabe 12 wird aus Schichten aufgebaut, wobei es sich um einen in der Technik allgemein bekannten Prozess handelt, durch den der Wirbelstromeffekt in der Rotornabe 12 reduziert wird. Bei den Schichten handelt es sich um dünne Stahlschichten oder -bleche, die aufeinander gestapelt und mit Hilfe von Klammern, Nieten oder Schweißverbindungen aneinander befestigt werden. Der erste Abschnitt 30 der Rotornabe 12, der oft als „aktiver" Abschnitt der Rotornabe 12 bezeichnet wird, leitet die magnetischen Feldlinien. Somit beeinflussen die Abmessungen einer Querschnittsfläche des ersten Abschnittes 30 den Wirkungsgrad der Vorrichtung. Wenn sich die Querschnittsfläche des ersten Abschnittes 30 verringert, steigt die Reluktanz (d.h. der Widerstand) an. Dementsprechend besteht eine Möglichkeit, das Gewicht der Rotorbaugruppe 10 zu verringern, darin, die Querschnittsfläche des zweiten Abschnittes 32 der Rotornabe 12 zu reduzieren.The rotor hub 12 has a first section 30 and a second section 32 on. The rotor hub 12 is built up from layers, which is a process well known in the art, through which the eddy current effect in the rotor hub 12 is reduced. The layers are thin steel layers or sheets that are stacked on top of each other and fastened together using staples, rivets or welds. The first paragraph 30 the rotor hub 12 which is often called the "active" section of the rotor hub 12 is referred to, directs the magnetic field lines. Thus, the dimensions of a cross-sectional area of the first section influence 30 the efficiency of the device. When the cross-sectional area of the first section 30 decreases, the reluctance (ie the resistance) increases. Accordingly, there is a possibility of the weight of the rotor assembly 10 to reduce, in it, the cross-sectional area of the second section 32 the rotor hub 12 to reduce.

Der erste Abschnitt 30 und der zweite Abschnitt 32 können einstückig ausgebildet sein, damit eine monolithische oder einteilige Rotornabe 12 erzielt wird. Für Fachleute wird jedoch ersichtlich und klar sein, dass der erste Abschnitt 30 und der zweite Abschnitt 32 auch separate Bestandteile sein können, die auf mechanische Weise, zum Beispiel durch ein Presspassungsverfahren, miteinander verbunden werden.The first paragraph 30 and the second section 32 can be integrally formed, so that a monolithic or one-piece rotor hub 12 is achieved. However, for professionals it will be apparent and clear that the first section 30 and the second section 32 may also be separate components which are mechanically connected together, for example by a press-fitting method.

4 zeigt die Rotorbaugruppe 10 aus 2. Eine gestrichelte Linie 34 stellt die Abgrenzung zwischen dem ersten Abschnitt 30 und dem zweiten Abschnitt 32 der Rotornabe 12 dar. Die Welle 14 ist mit dem zweiten Abschnitt 32 der Rotornabe 12 über komplementäre Keilnuten 26 drehverbunden. Die Festigkeit der Drehverbindung zwischen der Welle 14 und der Rotornabe 12 lässt sich durch einen Presssitz zwischen der Welle 14 und der Rotornabe 12 erhöhen. Der Presssitz kann zusätzlich zu den Keilnuten 26 verwendet werden oder das einzige Mittel zum Drehverbinden der Welle 14 mit der Rotornabe 12 sein. Bei der dargestellten Ausführungsform sind nur zwei Keilnuten 26 gezeigt, für Fachleute wird jedoch ersichtlich und klar sein, dass bei der Rotorbaugruppe 10 eine größere oder kleinere Anzahl Keilnuten 26 eingesetzt werden kann. 4 shows the rotor assembly 10 out 2 , A dashed line 34 represents the demarcation between the first section 30 and the second section 32 the rotor hub 12 dar. The wave 14 is with the second section 32 the rotor hub 12 via complementary keyways 26 rotationally connected. The strength of the rotary joint between the shaft 14 and the rotor hub 12 can be achieved by a press fit between the shaft 14 and the rotor hub 12 increase. The press fit may be in addition to the keyways 26 be used or the only means for rotational connection of the shaft 14 with the rotor hub 12 be. In the illustrated embodiment, only two keyways 26 However, it will be apparent to those skilled in the art that in the rotor assembly 10 a greater or lesser number of keyways 26 can be used.

Zusätzlich dazu, dass er ein mechanisches Koppelglied zwischen dem ersten Abschnitt 30 der Rotornabe 12 und der Welle 14 bereitstellt, kann der zweite Abschnitt 32 des Weiteren mit einem gewichtsreduzierten Querschnittsprofil konfiguriert werden, das der Betriebsbeanspruchung der Elektromaschine, wie beispielsweise Temperaturwechselbeanspruchung, Zentrifugalkräften und anderen Kräften, widerstehen kann. Bei einer Ausführungsform kann die Rotornabe 12 bei Geschwindigkeiten von ungefähr 13.500-18.000 U/min betrieben werden. Zusätzlich dazu ist die Rotornabe 12 bei Temperaturen bis zu ca. 120 Grad Celsius betriebstüchtig. Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Rotornabe 12 bei Temperaturen bis zu ca. 180 Grad Celsius betriebstüchtig.In addition to having a mechanical coupling link between the first section 30 the rotor hub 12 and the wave 14 can provide the second section 32 further configured with a weight reduced cross-sectional profile that can withstand the operating stresses of the electric machine, such as thermal cycling, centrifugal forces and other forces. In one embodiment, the rotor hub 12 at speeds of about 13,500-18,000 rpm. In addition, the rotor hub is 12 operating at temperatures up to about 120 degrees Celsius. In an alternative embodiment, the rotor hub is 12 operating at temperatures up to about 180 degrees Celsius.

Die Schichtbleche, die für den Aufbau der Rotornabe 12 verwendet werden, bestehen in der Regel aus einem Elektrostahl, der eine geringere Festigkeit aufweist als Konstruktionsstahl. Elektrostahl, der manchmal als „Schichtstahl" bezeichnet wird, kann beispielsweise ein Verhältnis von Zugfestigkeit zu Dichte aufweisen, das ungefähr 50% unter dem für Konstruktionsstahl liegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Schichtstahl eine Dichte von 7,6 g/cm³ und eine Zugfestigkeit von 550 MPa aufweisen. Konstruktionsstahl wie der für die Welle 14 verwendete kann eine Dichte von 7,9 g/cm³ und eine Zugfestigkeit von 850 MPa aufweisen.The laminations used for the construction of the rotor hub 12 used are usually made of an electrical steel, which has a lower strength than structural steel. For example, electrical steel, sometimes referred to as "layered steel", may have a tensile strength to density ratio that is about 50% less than that for structural steel In the present embodiment, the layered steel may have a density of 7.6 g / cm ³ and a Tensile strength of 550 MPa, structural steel such as that for the shaft 14 used may have a density of 7.9 g / cm ³ and a tensile strength of 850 MPa.

Da in der Regel ein schwächerer Schichtstahl für den Aufbau von Rotornaben verwendet wird, ist es in der Branche üblich gewesen, sowohl den ersten Abschnitt 30 als auch den zweiten Abschnitt massiv zu halten. Wie bereits erläutert wurde, muss der erste Abschnitt 30 im Wesentlichen massiv sein, damit er ausreichend magnetische Feldlinien auf effiziente Weise leiten kann. Durch einen massiven zweiten Abschnitt 32 kommt jedoch eine beträchtliche Menge Material hinzu, das die Rotornabe 12 schwerer macht.Because a weaker layered steel is typically used to build rotor hubs, it has been common in the industry to use both the first section 30 as well as keeping the second section massive. As already explained, the first section 30 be substantially massive so that it can conduct sufficient magnetic field lines in an efficient manner. Through a massive second section 32 However, there is a considerable the amount of material added to the rotor hub 12 makes it harder.

Die in 4 dargestellte Ausführungsform zeigt den zweiten Abschnitt 32 der Rotornabe 12 mit einer Anzahl um den Umfang herum beabstandeter Durchgänge 36, die durch Speichen 38 voneinander getrennt sind. Die Durchgänge 36 und die Speichen 38 liegen nebeneinander und sind mit einem Wellenbefestigungsbereich 40 verbunden. Der Wellenbefestigungsbereich 40 liefert ausreichend Material, das die Keilnuten 26 bilden und der Drehbeanspruchung widerstehen kann, die durch die Wechselwirkung zwischen der Welle 14 und der Rotornabe 12 entsteht. Wie in 3 gezeigt ist, verlaufen die Durchgänge 36 axial durch den zweiten Abschnitt 32 der Rotornabe 12. Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwar acht Durchgänge 36 gezeigt, für Fachleute wird jedoch ersichtlich und klar sein, dass der zweite Abschnitt 32 mit einer größeren oder kleineren Anzahl Durchgänge 36 konfiguriert werden kann.In the 4 illustrated embodiment shows the second section 32 the rotor hub 12 with a number of circumferentially spaced passages 36 by spokes 38 are separated from each other. The passages 36 and the spokes 38 lie next to each other and have a shaft attachment area 40 connected. The shaft attachment area 40 provides sufficient material that the keyways 26 form and can withstand the torsional stress caused by the interaction between the shaft 14 and the rotor hub 12 arises. As in 3 is shown passages pass 36 axially through the second section 32 the rotor hub 12 , Although in the illustrated embodiment, eight passes 36 However, for professionals it will be apparent and clear that the second section 32 with a larger or smaller number of passes 36 can be configured.

Was den ersten Abschnitt 30 der Rotornabe 12 betrifft, so weist die dargestellte Ausführungsform acht Magnetaussparungen 42 auf, wobei jede Aussparung so konfiguriert ist, dass sie sechzehn Permanentmagneten 16 aufnehmen kann. Die Permanentmagneten 16 können aus gesintertem Neodym-Eisen-Bor bestehen, das sich für den Betrieb bei einer Temperatur bis zu mindestens 180 Grad Celsius eignet. Für Fachleute wird ersichtlich und klar sein, dass der erste Abschnitt 30 der Rotornabe 12 eine größere oder kleinere Anzahl Permanentmagneten 16 aufweisen kann.What the first section 30 the rotor hub 12 relates, the illustrated embodiment has eight magnetic recesses 42 each recess being configured to have sixteen permanent magnets 16 can record. The permanent magnets 16 can consist of sintered neodymium-iron-boron, which is suitable for operation at a temperature up to at least 180 degrees Celsius. For professionals, it will be apparent and clear that the first section 30 the rotor hub 12 a larger or smaller number of permanent magnets 16 can have.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist des Weiteren die Bandageschicht 18 gezeigt, die um einen Außendurchmesser 28 des ersten Abschnittes 30 der Rotornabe 12 herum ausgebildet ist. Mehrere Rippen 44 trennen die um den Umfang herum beabstandeten Magnetaussparungen 42 voneinander. Zum Füllen des verbleibenden Zwischenraums 46 in den Magnetaussparungen 46, der nicht von den Permanentmagneten 16 ausgefüllt wird, wird ein Epoxidharz verwendet. Ein Epoxidharz, das zum Füllen des verbleibenden Zwischenraums 46 verwendet werden kann, ist glasfaserverstärktes Epoxidharz. Die Permanentmagneten 16 können zusätzlich oder alternativ dazu mit einem Magnetklebstoff wie Cyanacrylatklebstoff in die Magnetaussparungen 42 geklebt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzen die Permanentmagneten 16 gerade Seiten und eine Dicke von ungefähr 9,0 mm.Further, in the illustrated embodiment, the bandage layer is 18 shown around an outside diameter 28 of the first section 30 the rotor hub 12 is formed around. Several ribs 44 separate the magnetic recesses spaced around the circumference 42 from each other. To fill the remaining gap 46 in the magnetic recesses 46 that is not from the permanent magnets 16 is filled, an epoxy resin is used. An epoxy resin used to fill the remaining gap 46 can be used is glass fiber reinforced epoxy resin. The permanent magnets 16 In addition or alternatively, with a magnetic adhesive such as cyanoacrylate adhesive may be in the magnetic recesses 42 to be glued. In the illustrated embodiment, the permanent magnets 16 straight sides and a thickness of about 9.0 mm.

Ein Vorteil des Ausbildens der Bandageschicht 18 um die Rotornabe 12 herum besteht darin, dass die Bandageschicht 18 eine radiale Verstärkung für die Rotornabe 12 und die Permanentmagneten 16 zur Verfügung stellt. Zusätzlich dazu kann die Bandageschicht 18 die Permanentmagneten 16 vor Korrosion schützen. Die Bandageschicht 18 besteht aus einer Kohlenstoff/Epoxidharz-Matrix. Bei einer Ausführungsform besteht die Bandageschicht 18 aus einer 65%-igen Kohlenstoff/Epoxidharz-Matrix. Der Kohlenstoff/Epoxidharz-Verbundwerkstoff wird nass auf die Rotornabe 12 gelegt, wo sich zwischen einem Innendurchmesser der Bandageschicht 18 und dem Außendurchmesser der Rotornabe 12 eine Verbindung bildet. Eine Dicke der Bandageschicht im Bereich von ungefähr 1,00 mm bis 2,00 mm ist für die meisten Elektromaschinenanwendungen ausreichend.An advantage of forming the bandage layer 18 around the rotor hub 12 around is that the bandage layer 18 a radial reinforcement for the rotor hub 12 and the permanent magnets 16 provides. In addition, the bandage layer can 18 the permanent magnets 16 protect against corrosion. The bandage layer 18 consists of a carbon / epoxy resin matrix. In one embodiment, the bandage layer is 18 from a 65% carbon / epoxy resin matrix. The carbon / epoxy composite gets wet on the rotor hub 12 placed where between an inner diameter of the bandage layer 18 and the outer diameter of the rotor hub 12 forms a connection. A thickness of the bandage layer in the range of about 1.00 mm to 2.00 mm is sufficient for most electrical machine applications.

Die 5A und 5B stellen zwei alternative Ausführungsformen dar, wobei sich jede alternative Ausführungsform von der vorhergehenden Ausführungsform lediglich durch die Konfiguration der Durchgänge 36 und der Speichen 38 unterscheidet. 5A stellt eine alternative Ausführungsform einer Rotorbaugruppe 100 dar. Die Rotorbaugruppe 100 weist eine Rotornabe 112, eine Welle 114, Permanentmagneten 116 und eine Bandageschicht 118 auf. Die Durchgänge 120 weiten sich auf oder, anders ausgedrückt, die Dicke jeder Speiche 122 verringert sich. Eine solche Verringerung kann durch eine Finite-Elemente-Berechnung oder Prototypenprüfung verifiziert werden, um sicherzustellen, dass die Speichen 122 eine ausreichende Querschnittsfläche behalten, um den ersten Abschnitt 124 der Rotornabe 112 stützen zu können. Die Rotorbaugruppe 200 in 5B ähnelt der vorhergehenden Ausführungsform darin, dass sie eine Rotornabe 212, eine Welle 214, Magneten 216 und eine Bandageschicht 218 aufweist. Die Rotornabe 212 ist mit einer geringeren Anzahl Durchgänge 220 und gleichermaßen einer geringeren Anzahl Speichen 222 konfiguriert. Kurz gesagt lässt sich mit jeder der oben angeführten Ausführungsformen eine relative Gewichtsverringerung im Bereich von ungefähr 25% bis 35% erzielen. Die angegebene Gewichtsreduzierung beruht auf einem Vergleich mit einer massiven Rotornabe, insbesondere einem massiven zweiten Abschnitt einer Rotornabe.The 5A and 5B illustrate two alternative embodiments, with each alternative embodiment of the previous embodiment only by the configuration of the passages 36 and the spokes 38 different. 5A FIG. 3 illustrates an alternate embodiment of a rotor assembly. FIG 100 dar. The rotor assembly 100 has a rotor hub 112 , a wave 114 , Permanent magnets 116 and a bandage layer 118 on. The passages 120 expand or, in other words, the thickness of each spoke 122 decreases. Such a reduction can be verified by a finite element calculation or prototype test to ensure that the spokes 122 keep a sufficient cross-sectional area to the first section 124 the rotor hub 112 to be able to support. The rotor assembly 200 in 5B is similar to the previous embodiment in that it has a rotor hub 212 , a wave 214 , Magnets 216 and a bandage layer 218 having. The rotor hub 212 is with a smaller number of passes 220 and equally fewer spokes 222 configured. In short, each of the above embodiments achieves a relative weight reduction in the range of about 25% to 35%. The specified weight reduction is based on a comparison with a solid rotor hub, in particular a massive second section of a rotor hub.

Die 6, 7 und 8A stellen eine Rotorbaugruppe 300 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Baugruppen, Vorrichtungen und Systeme dar. Die Rotorbaugruppe 300 ähnelt der vorhergehenden Ausführungsform darin, dass sie eine Rotornabe 312, eine Welle 314, Magneten 316 und eine Bandageschicht 318 aufweist. Die Rotornabe 312 unterscheidet sich von der in den 2 bis 5B jedoch dadurch, dass der zweite Abschnitt 32 der z.B. in 3 abgebildeten Ausführungsform durch eine Zwischennabe 320 ersetzt worden ist.The 6 . 7 and 8A make a rotor assembly 300 according to another embodiment of the present assemblies, devices and systems. The rotor assembly 300 is similar to the previous embodiment in that it has a rotor hub 312 , a wave 314 , Magnets 316 and a bandage layer 318 having. The rotor hub 312 is different from the one in the 2 to 5B however, in that the second section 32 eg in 3 illustrated embodiment by an intermediate hub 320 has been replaced.

8A zeigt die Zwischennabe 320, die sich zwischen der Rotornabe 312 und der Welle 314 befindet. Zusätzlich dazu besteht die Zwischennabe 320 bei der vorliegenden Ausführungsform aus Aluminium. Durch die Zugfestigkeit von Aluminium im Vergleich zu seiner geringen Dichte ist dieses ein günstiger Bestandteil für die Zwischennabe 320. Die Zwischennabe 320 kann durch Presspassung mit der Welle 314 verbunden werden. Aufgrund des Betriebstemperaturbereiches der Rotorbaugruppe 300 kann der Anpressdruck, der bei der Presspassung zwischen der Zwischennabe 320 und der Welle 314 entsteht, erhöht werden. Ein Verfahren, einen guten Presssitz zwischen der Zwischennabe 320 und der Welle 314 zu erzeugen, besteht darin, die Zwischennabe 320 zu erwärmen, sie mit der Welle 314 zusammenzubauen und dann die Baugruppe abkühlen zu lassen. 8A shows the intermediate hub 320 extending between the rotor hub 312 and the wave 314 be place. In addition, there is the intermediate hub 320 aluminum in the present embodiment. Due to the tensile strength of aluminum compared to its low density, this is a favorable component for the intermediate hub 320 , The intermediate hub 320 can by press fitting with the shaft 314 get connected. Due to the operating temperature range of the rotor assembly 300 can the contact pressure, which in the press fit between the intermediate hub 320 and the wave 314 arises, be increased. A procedure, a good press fit between the intermediate hub 320 and the wave 314 to generate, is the intermediate hub 320 to warm her with the wave 314 assemble and then allow the assembly to cool.

Die Zwischennabe 320 berührt außerdem auch die Rotornabe 312. Bei der dargestellten Ausführungsform lässt sich die Drehverbindung der Zwischennabe 320 mit der Rotornabe 312 mit Hilfe von Keilnuten 322 erzielen. Alternativ dazu lässt sich die Drehverbindung der Zwischennabe 320 mit der Rotornabe 312 mechanisch mit Hilfe von Presspassung, Kleben, Schweißen oder einem anderen Prozess erzielen.The intermediate hub 320 also touches the rotor hub 312 , In the illustrated embodiment, the rotational connection of the intermediate hub can be 320 with the rotor hub 312 with the help of keyways 322 achieve. Alternatively, the rotary connection of the intermediate hub can be 320 with the rotor hub 312 achieve mechanically by means of press-fitting, gluing, welding or another process.

Das Gewicht der Zwischennabe 320 lässt sich weiter reduzieren, indem man Erleichterungslöcher 324 hinzufügt, die sich über die gesamte axiale Länge der Zwischennabe 320 erstrecken können.The weight of the intermediate hub 320 can be further reduced by using lightening holes 324 adds over the entire axial length of the intermediate hub 320 can extend.

8B stellt eine Rotorbaugruppe 400 dar, die der Rotorbaugruppe 300 aus 8A gleicht, nur weist hier eine Zwischennabe 420 eine Anzahl größerer Erleichterungslöcher 424 auf. Für Fachleute wird ersichtlich und klar sein, dass Größe, Form und Ausrichtung der Erleichterungslöcher 424 in Abhängigkeit von einer beliebigen Anzahl Faktoren variieren können. Bei einer Ausführungsform können die Erleichterungslöcher 424 so konfiguriert sein, dass sie den Massenausgleich der Rotorbaugruppe 400 verstärken. Infolgedessen liegt die relative Gewichtsreduzierung der in den 6, 7, 8A und 8B gezeigten Ausführungsformen, wenn sie mit einer massiven Rotornabe, insbesondere einem massiven zweiten Abschnitt einer Rotornabe, verglichen werden, im Bereich von ungefähr 15% bis 25%. 8B represents a rotor assembly 400 that of the rotor assembly 300 out 8A is similar, only here has an intermediate hub 420 a number of larger relief holes 424 on. It will be apparent to those skilled in the art that the size, shape, and orientation of the relief holes 424 can vary depending on any number of factors. In one embodiment, the relief holes 424 be configured to balance the mass of the rotor assembly 400 strengthen. As a result, the relative weight reduction is in the 6 . 7 . 8A and 8B shown embodiments, when compared with a solid rotor hub, in particular a solid second portion of a rotor hub, in the range of about 15% to 25%.

Bogenförmige Magneten in der RotornabeArc shaped magnets in the rotor hub

9 stellt eine Querschnittsansicht einer Rotorbaugruppe 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Baugruppen, Vorrichtungen und Systeme dar. Es werden nur wesentliche Unterschiede zwischen der vorliegenden Ausführungsform und den oben genannten Ausführungsformen angegeben. Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Anzahl Permanentmagneten 502 um einen äußeren Abschnitt 504 einer Rotornabe 506 herum angeordnet. Jeder der Permanentmagneten 502 ist ringförmig und besitzt einen inneren Bogen 508 sowie einen äußeren Bogen 510. Die Permanentmagneten 502 können in die Rotornabe 506 eingelassen sein und von einer Bandageschicht 512 an der Rotornabe 506 gehalten werden. Ein (nicht gezeigter) Magnetklebstoff wie Cyanacrylatklebstoff kann für das Ankleben der Permanentmagneten 502 an die Rotornabe 506 und/oder die Bandageschicht 512 verwendet werden. 9 FIG. 12 is a cross-sectional view of a rotor assembly. FIG 500 according to an embodiment of the present assemblies, devices and systems. Only significant differences between the present embodiment and the above embodiments are given. In the illustrated embodiment, a number of permanent magnets 502 around an outer section 504 a rotor hub 506 arranged around. Each of the permanent magnets 502 is ring-shaped and has an inner arch 508 as well as an outer bow 510 , The permanent magnets 502 can in the rotor hub 506 taken in and from a bandage layer 512 at the rotor hub 506 being held. A magnetic adhesive (not shown) such as cyanoacrylate adhesive may be used to adhere the permanent magnets 502 to the rotor hub 506 and / or the bandage layer 512 be used.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Permanentmagneten 502 so konfiguriert, dass sie eine Winkelweite 514 aufweisen. Wenn die Winkelweite 514 im Bereich von ungefähr 35,5 bis 45,5 Grad liegt, lässt sich die Dicke und somit das Gewicht der Permanentmagneten 502 reduzieren. Bei einer Ausführungsform beträgt die Winkelweite 514 ungefähr 40,5 Grad, was einem Verhältnis von Polbogen zu Polteilung von 0,9 entspricht. Die Magnetdicke kann auf ungefähr 7,5 mm verringert werden, wenn die Winkelweite 514 ungefähr 40,5 beträgt. Tests haben gezeigt, dass magnetische Belastung und elektromotorische Kraft (EMK) bei einem Verhältnis von Polbogen zu Polteilung von weniger als 0,9 abzufallen beginnen. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, wäre eine zusätzliche Strombelastung erforderlich, die jedoch wiederum zu höheren Kupferverlusten (d.h. I²R-Verlusten) führt.In the illustrated embodiment, the permanent magnets 502 configured to give you an angular width 514 exhibit. If the angular width 514 is in the range of about 35.5 to 45.5 degrees, can the thickness and thus the weight of the permanent magnet 502 to reduce. In one embodiment, the angular width is 514 about 40.5 degrees, which corresponds to a ratio of pole to pole pitch of 0.9. The magnet thickness can be reduced to about 7.5 mm when the angular width 514 is about 40.5. Tests have shown that magnetic load and electromotive force (EMF) begin to drop at a ratio of pole to pole pitch of less than 0.9. To counteract this, an additional current load would require that (I ² R losses ie) results, however, turn to higher copper losses.

Eine Hohlwelle mit großem Durchmesser in der RotorbaugruppeA hollow shaft with a large diameter in the rotor assembly

10 stellt eine Rotorbaugruppe 600 mit einer Hohlwelle 602 mit großem Durchmesser dar, die mit einer Rotornabe 604 drehverbunden ist. Eine Aufgabe der Hohlwelle 602 besteht darin, den zweiten Abschnitt 32 der in den 3 und 4 gezeigten Rotornabe 12 zu ersetzen. Durch das Bereitstellen der Hohlwelle 602 könnte die Rotornabe 604 mit Hilfe von komplementären Keilnuten, Presspassung oder einem anderen mechanischen Verbindungsverfahren direkt an der Hohlwelle 602 angebracht werden. 10 represents a rotor assembly 600 with a hollow shaft 602 with a large diameter, with a rotor hub 604 is rotationally connected. A task of the hollow shaft 602 is the second section 32 in the 3 and 4 shown rotor hub 12 to replace. By providing the hollow shaft 602 could be the rotor hub 604 by means of complementary keyways, interference fit or another mechanical connection method directly on the hollow shaft 602 be attached.

11 stellt eine weitere Rotorbaugruppe 700 mit einer Hohlwelle mit großem Durchmesser 702 dar. Eine Rotornabe 704 kann die Hohlwelle 702 aufnehmen. Anders als bei der vorhergehenden Ausführungsform weist die Hohlwelle 702 der dargestellten Ausführungsform einen Übergangsteil 706 auf, der in jedes Lagerzapfenende 708 übergeht. Der Übergangsteil 706 kann lokale Spannungskonzentrationen reduzieren und den Belastungsverlauf ausgleichen. Die Ausführungsformen mit den Hohlwellen 602, 702, die in den 10 und 11 dargestellt sind, würden nicht nur das Gesamtgewicht der Rotorbaugruppe reduzieren, sondern auch die Anzahl der Bauteile der Rotorbaugruppen 600, 700. 11 represents another rotor assembly 700 with a hollow shaft with a large diameter 702 dar. A rotor hub 704 can the hollow shaft 702 take up. Unlike the previous embodiment, the hollow shaft 702 the illustrated embodiment, a transition part 706 in the end of each journal 708 passes. The transition part 706 can reduce local stress concentrations and balance the load history. The embodiments with the hollow shafts 602 . 702 that in the 10 and 11 not only would reduce the overall weight of the rotor assembly, but also the number of components of the rotor assemblies 600 . 700 ,

Ein Vorteil der hier erläuterten Ausführungsformen der Rotorbaugruppen besteht darin, dass sich zumindest eine Mehrzahl der Abschnitte der Rotorbaugruppe, die eine komplizierte Form aufweisen, innerhalb des Schichtbereiches der Rotorbaugruppe befinden. Dadurch können die anderen Bestandteile der Rotorbaugruppe einen Aufbau besitzen, der sich einfacher herstellen lässt, wodurch sich der Produktionsaufwand und die Produktionskosten verringern.One Advantage of the explained here embodiments the rotor assemblies is that at least a plurality the portions of the rotor assembly, which have a complicated shape, within of the layer area of the rotor assembly. This allows the Other components of the rotor assembly have a structure that easier to manufacture, which reduces production costs and production costs.

12 zeigt eine Rotornabe 800 für eine Elektromaschine mit einem Außenumfang 802. Die Rotornabe 800 weist mehrere längliche Schlitze 804 auf, die eine ungefähr rechteckige und/oder elliptische Form besitzen können und sich in der Nähe des Außenumfangs 802 der Rotornabe 800 befinden. Die länglichen Schlitze 804 weisen jeweils eine entsprechende Hauptachse 806 auf. Die länglichen Schlitze 804 sind so ausgerichtet, dass ihre jeweiligen Hauptachsen 806 nicht senkrecht zu der entsprechenden, von einer Rotationsachse oder achsensymmetrischen Mittellinie 810 der Rotornabe 800 ausgehenden Radialachse 808 verlaufen. 12 shows a rotor hub 800 for an electric machine with an outer circumference 802 , The rotor hub 800 has several elongated slots 804 on, which may have an approximately rectangular and / or elliptical shape and in the vicinity of the outer periphery 802 the rotor hub 800 are located. The elongated slots 804 each have a corresponding main axis 806 on. The elongated slots 804 are aligned so that their respective major axes 806 not perpendicular to the corresponding axis of rotation or axisymmetric centerline 810 the rotor hub 800 outgoing radial axis 808 run.

Zusätzlich dazu weist die Rotornabe 800 mehrere Durchgänge 812 auf, die in der Rotornabe 800 gemäß der dargestellten Ausführungsform ausgebildet sind. Durch die Anordnung der Durchgänge 812 in Bezug zu den länglichen Schlitzen 804 kann das Gewicht der Rotornabe auf ein Minimum beschränkt werden, während die strukturelle Integrität und/oder Betriebsfestigkeit der Rotornabe 800 erhalten bleibt.In addition, the rotor hub points 800 several passes 812 up in the rotor hub 800 are formed according to the illustrated embodiment. By the arrangement of the passages 812 in relation to the oblong slots 804 For example, the weight of the rotor hub may be kept to a minimum while maintaining the structural integrity and / or durability of the rotor hub 800 preserved.

13 zeigt eine vergrößerte Ansicht des länglichen Schlitzes 804, der sich in der Nähe des Umfangs 802 der Rotornabe 800 gemäß einer Ausführungsform befindet. Die Hauptachse eines ersten Schlitzes 804a bildet einen spitzen Winkel 814 (d.h. größer als 0, aber kleiner als 180 Grad) mit der Hauptachse eines daneben liegenden oder nachfolgenden Schlitzes 804b. Es werden zwar die Begriffe „nebeneinander liegen", „daneben liegend" verwendet, es ist jedoch nicht notwendig, dass die Schlitze 804a, 804b direkt nebeneinander liegen. Die jeweiligen Schlitze 804a, 804b können beispielsweise durch einen Abschnitt 816 der Rotornabe 800 voneinander getrennt sein. Außerdem kann die Anordnung und Ausrichtung der Schlitze 804, insbesondere der Schlitze 804a, 804b, die einen spitzen Winkel 814 bilden, der zum Umfang der Rotornabe 800 hin offen ist, die Betriebsbeanspruchung eines Brückenbereichs 818 reduzieren, bei dem es sich um den Bereich der Rotornabe 800 handelt, der sich zwischen den Schlitzen 804 und dem Umfang 802 der Rotornabe 800 befindet. 13 shows an enlarged view of the elongated slot 804 that is close to the perimeter 802 the rotor hub 800 according to one embodiment. The main axis of a first slot 804a makes a sharp angle 814 (ie greater than 0 but less than 180 degrees) with the major axis of an adjacent or subsequent slot 804b , Although the terms "lying next to each other", "lying next to one another" are used, it is not necessary that the slits 804a . 804b lie directly next to each other. The respective slots 804a . 804b for example, through a section 816 the rotor hub 800 be separated from each other. In addition, the arrangement and orientation of the slots 804 , especially the slots 804a . 804b that have a sharp angle 814 form the circumference of the rotor hub 800 open, the operating stress of a bridge area 818 reduce, which is the area of the rotor hub 800 is acting between the slots 804 and the scope 802 the rotor hub 800 located.

Ein möglicher Vorteil der in den 12 und 13 beschriebenen Ausführungsformen besteht darin, dass die Anordnung der länglichen Schlitze 804 in der Rotornabe 800, die die Betriebsbeanspruchung in dem Brückenbereich 818 reduzieren kann, einen Zusammenbau der Rotornabe 800 ohne die Bandageschicht 18 ermöglichen kann.A possible advantage of in the 12 and 13 described embodiments is that the arrangement of the elongated slots 804 in the rotor hub 800 that the operating stress in the bridge area 818 can reduce, an assembly of the rotor hub 800 without the bandage layer 18 can allow.

Es sind hier verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Baugruppen, Vorrichtungen und Systeme beschrieben worden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass diese Ausführungsformen lediglich der Erläuterung der Prinzipien der vorliegenden Baugruppen, Vorrichtungen und Systeme dienen. Für Fachleute werden zahlreiche Modifikationen und Anpassungsmöglichkeiten offensichtlich sein, ohne dass man dabei Erfindungsgedanke und Schutzumfang für die vorliegenden Baugruppen, Vorrichtungen und Systeme verlässt.It Here are several embodiments the present assemblies, devices and systems described Service. It should be noted, however, that these embodiments just the explanation the principles of the present assemblies, devices and systems serve. For Professionals will be numerous modifications and customization options be obvious without compromising the inventive concept and scope of protection for the leaves these assemblies, devices and systems.

Die verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Alle oben genannten US-Patente, Patentanmeldungen und Publikationen, auf die in dieser Beschreibung verwiesen wird, sowie die vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 60/432,468 , die am 10. Dezember 2002 eingereicht wurde, die US-Patentanmeldung Nr. 10/728,715 , die am 4. Dezember 2003 eingereicht wurde, die vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 60/432,727 , die am 11.Dezember 2002 eingereicht wurde, die US-Patentanmeldung Nr. 10/730,759 , die am 8. Dezember 2003 eingereicht wurde, die vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 60/608,930 , die am 30. Juli 2004 eingereicht wurde, und die US-Patentanmeldung Nr. 11/192,321 werden durch Nennung als hierin vollinhaltlich aufgenommen betrachtet. Aspekte der Erfindung können bei Bedarf dergestalt modifiziert werden, dass sie Vorrichtungen, Merkmale und Konzepte der verschiedenen Patente, Anmeldungen und Publikationen einsetzen, um noch weitere Ausführungsformen der Erfindung zur Verfügung stellen zu können.The various embodiments described above may be combined into other embodiments. All of the above US patents, patent applications and publications referred to in this specification and the provisional U.S. Patent Application No. 60 / 432,468 , which was tabled on 10 December 2002, the U.S. Patent Application No. 10 / 728,715 filed on 4 December 2003, the provisional one U.S. Patent Application No. 60 / 432,727 , which was submitted on December 11, 2002, the U.S. Patent Application No. 10 / 730,759 filed on 8 December 2003, the provisional one U.S. Patent Application No. 60 / 608,930 filed on 30 July 2004 and the U.S. Patent Application No. 11 / 192,321 are considered by reference to be fully incorporated herein. Aspects of the invention may be modified as needed by employing apparatus, features, and concepts of the various patents, applications, and publications to provide still further embodiments of the invention.

ZusammenfassungSummary

Eine Rotorbaugruppe für die Verwendung bei einem Elektromotor oder Generator, deren Masse im Vergleich zu konventionellen Rotorbaugruppen geringer ist. Zusätzlich dazu ist die Rotorbaugruppe so konfiguriert, dass sie für Elektromotoren von unterschiedlicher Größe skaliert werden kann. Innerhalb der Rotorbaugruppe können die Rotornabe, die Welle und die Permanentmagneten unabhängig voneinander oder gemeinsam so modifiziert werden, dass sie eine reduzierte Masse aufweisen. Unter einem Aspekt ist ein neben der Welle liegender Abschnitt der Rotornabe mit Durchgängen und Speichen konfiguriert. Unter einem weiteren Aspekt wird zwischen der Welle und der Rotornabe eine Zwischennabe mit Erleichterungslöchern bereitgestellt. Unter noch einem weiteren Aspekt ersetzt eine Hohlwelle mit großem Durchmesser einen Abschnitt der Rotornabe. Unter noch einem weiteren Aspekt sind die Permanentmagneten so konfiguriert, dass sie eine Bogenform aufweisen, welche es erlaubt, die Dicke der Magneten zu verringern, ohne deren Wirkungsgrad zu reduzieren.A rotor assembly for use with an electric motor or generator whose mass is lower compared to conventional rotor assemblies. In addition, the rotor assembly is configured to scale for electric motors of different sizes. Within the rotor assembly, the rotor hub, shaft and permanent magnets may be independently or jointly modified to have a reduced mass. In one aspect, a portion of the rotor hub adjacent the shaft is configured with passages and spokes. In another aspect, an intermediate hub with lightening holes is provided between the shaft and the rotor hub. In yet another aspect, a large diameter hollow shaft replaces a portion of the Rotor hub. In yet another aspect, the permanent magnets are configured to have an arcuate shape that allows the thickness of the magnets to be reduced without reducing their efficiency.

Claims

Rotor hub for an electric machine, wherein the rotor hub has an outer circumference and comprising: several elongated slots near the outer periphery the rotor hub, each having a respective major axis, which to a corresponding radial axis extending from an axisymmetric Centerline of the rotor hub extends from, not perpendicular, and several Passages, which are formed in the rotor hub, wherein at least one of crossings interacts with an alignment of at least one of the elongate slots, that the weight of the rotor hub is kept to a minimum and while the durability of the rotor hub is maintained.

Rotor according to claim 1, wherein the main axis of a the elongated one Slits not parallel to the major axis of an adjacent one, subsequent elongated Slot runs.

A rotor according to claim 1, wherein the major axes are consecutive following elongated Slots are angled to each other.

A rotor according to claim 1, wherein the major axes are consecutive following elongated Slots are angled to each other and point between them Angle form, which is open to the periphery of the rotor.

A rotor according to claim 1, wherein the elongate slots about have rectangular shape.

Rotor assembly having a rotor hub according to one of claims 1 to 5 and further comprising: one first set of permanent magnets, each one a permanent magnet of the first set of permanent magnets in each case an elongated Slot is taken, and a shaft that has an outside diameter which is dimensioned so that it fits perfectly from the rotor hub is recorded.

Electric machine comprising a rotor assembly according to claim 6 and further comprising: a stator, which includes a plurality of windings positioned to be act electromagnetically on the permanent magnets of the rotor assembly, when power is applied.