DE112016006224T5

DE112016006224T5 - elektrische Maschinenvorrichtung

Info

Publication number: DE112016006224T5
Application number: DE112016006224.9T
Authority: DE
Inventors: Alexandros Michaelides; Ray Long; Mohammad Kimiabe
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2016-01-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2018-09-27
Also published as: GB201621298D0; US20190027983A1; US11088579B2; GB201600711D0; GB2546482A; WO2017121567A1; GB2546482B; GB2547746B; CN108475950A; GB2547746A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Rotor (3) für eine elektrische Maschine (1). Der Rotor (3) besteht aus einem Tragrahmen (5) mit einem Mittelteil (8) und einer Vielzahl von Speichen (9). Die Speichen (9) erstrecken sich von dem Mittelteil (8) aus nach außen. Die Speichen (9) weisen jeweils zumindest ein erstes und ein zweites Brückenelement (12A, 12B) auf, die durch eine oder mehrere Flusssperren (13) gebildet sind. Das erste und das zweite Brückenelement (12A, 12B) sind konfiguriert, um den magnetischen Streufluss in den Mittelteil (8) zu steuern. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf eine elektrische Maschine (1) mit einem Rotor (3) dieses Typs.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine elektrische Maschinenvorrichtung. Im Einzelnen, jedoch nicht ausschließlich, bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Rotor für eine elektrische Maschine, auf eine elektrische Maschine und auf ein Fahrzeug, das eine elektrische Maschine umfasst.
STAND DER TECHNIK
Es ist zunehmend üblich, elektrische Maschinen zu verwenden, um eine Antriebskraft zu erzeugen, um ein Fahrzeug, zum Beispiel ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) oder ein Elektrofahrzeug (EV), anzutreiben. Permanentmagnetmotoren können eine hohe Leistungsdichte und Effizienz bereitstellen, die sich für diese Anwendungen eignen. Diese Merkmale können jedoch auf die Verwendung von hochenergiedichten Permanentmagneten vertrauen, die den erforderlichen Grad an elektrischer Ladung und die damit verbundenen Wicklungsverluste für eine bestimmte Leistungsdichte reduzieren. Die aus seltenen Erdelementen wie Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) hergestellten Permanentmagneten liefern hohe Leistungsdichten und guten Widerstand gegen Entmagnetisierung. Diese Arten von Permanentmagneten sind jedoch relativ teuer. Die Verwendung von Magneten, die weniger oder keine seltenen Erdelemente umfassen, wie Ferritmagnete, wäre zumindest in bestimmten Anwendungen wünschenswert. Es bestehen jedoch weiterhin Herausforderungen, was das Erreichen von ausreichenden Leistungsdichtegraden bei gleichzeitiger Minderung des Entmagnetisierungsrisikos unter Feldschwächungs- und Kurzschlussbedingungen betrifft. Vor diesem Hintergrund wurde die vorliegende Erfindung konzipiert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Rotor, auf eine elektrische Maschine und auf ein Fahrzeug, wie in den beigefügten Patentansprüchen beansprucht. Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rotor für eine elektrische Maschine bereitgestellt, wobei der Rotor umfasst:

einen Tragrahmen, der einen Mittelteil und eine Vielzahl von Speichen umfasst, wobei sich die Speichen von dem Mittelteil aus nach außen erstrecken;
wobei jede Speiche mindestens ein erstes und ein zweites Brückenelement umfasst, die durch eine oder mehrere Flusssperren gebildet sind, wobei das erste und das zweite Brückenelement konfiguriert sind, um einen magnetischen Streufluss in den Mittelteil zu steuern. Das erste und das zweite Brückenelement bilden Wege des magnetischen Streuflusses von den Speichen zu dem Mittelteil des Tragrahmens. Die Reluktanz des Flussweges zu dem Mittelteil ist erhöht und der magnetische Streufluss kann reduziert sein. In bestimmten Ausführungsformen können das erste und das zweite Brückenelement eine Sättigung erreichen. Durch Steuern des Streuflusses in den Mittelteil kann die Flussdichte in einem Luftspalt zwischen dem Rotor und einem Stator verbessert werden. Die Drehmomentmerkmale der elektrischen Maschine können durch Flusskonzentration verbessert werden.

Das erste und das zweite Brückenelement können konfiguriert sein, um eine Sättigung zu erreichen und um den magnetischen Streufluss in den Mittelteil zu hemmen. Das längliche Profil des ersten und des zweiten Brückenelements reduziert ihre Fähigkeit, magnetischen Fluss zu übermitteln und sie können zumindest teilweise eine Sättigung erreichen. Das erste und das zweite Brückenelement können jeweils ein längliches Profil aufweisen. Jedes Brückenelement kann einen kleinen Querschnittsbereich aufweisen. Die Breite jedes Brückenelements kann im Vergleich zu der Länge des Brückenelements klein sein. Das erste und das zweite Brückenelement können entlang der Flusslinien eines zugeordneten Permanentmagneten verlängert sein. Die Brückenelemente können einen reduzierten Querschnittsbereich aufweisen, um die magnetische Sättigung zu fördern.
Der Mittelteil kann konfiguriert sein, um mit einer Abtriebswelle des Rotors gekoppelt zu werden. Eine Öffnung kann in dem Mittelteil gebildet sein, um die Abtriebswelle aufzunehmen. Der Mittelteil kann eine ringförmige Form aufweisen. Innere Flusssperren können in dem Mittelteil des Rotors angeordnet sein. Zum Beispiel können eine oder mehrere der inneren Flusssperren von der Basis jeder der Speichen radial zurückgesetzt sein. Die inneren Flusssperren können innerhalb des Mittelteils angeordnet sein, um den Streufluss zu reduzieren.
Das erste und das zweite Brückenelement können jede Speiche mit dem Mittelteil des Tragrahmens verbinden. Die Speichen können jeweils einen radial inneren Teil und einen radial äußeren Teil umfassen. Das erste und das zweite Brückenelement können in dem radial inneren Teil jeder Speiche gebildet sein. Insbesondere können das erste und das zweite Brückenelement an der Basis jeder Speiche gebildet sein. Das erste und das zweite Brückenelement können jede Speiche mit dem Mittelteil des Tragrahmens verbinden. Das erste und das zweite Brückenelement können eine Verbindung zwischen dem radial äußeren Teil jeder Speiche und dem Mittelteil des Rotors vorsehen. Der radial äußere Teil jeder Speiche kann einen im Wesentlichen durchgehenden Teil aufweisen. Der radial äußere Teil jeder Speiche kann einen Pol des Rotors bilden.
Das erste und das zweite Brückenelement sind durch die eine oder die mehreren Flusssperren in dem Tragrahmen gebildet. Die eine oder die mehreren Flusssperren können in jeder Speiche gebildet sein. Die eine oder die mehreren Flusssperren können zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenelement angeordnet sein. Die eine oder die mehreren Flusssperren können jeweils einen innerhalb des Tragrahmens gebildeten Hohlraum umfassen. Die eine oder die mehreren Flusssperren können auf allen Seiten durch den Tragrahmen eingegrenzt sein. Die Bildung eines oder mehrerer Hohlräume in dem Tragrahmen kann das Kühlen des Rotors fördern, beispielsweise das Zirkulieren eines Gases durch den Rotor ermöglichen. Eine Vielzahl von Flusssperren kann in jeder Speiche gebildet sein.
Das erste und das zweite Brückenelement können mindestens im Wesentlichen symmetrisch um eine radiale Achse des Tragrahmens sein. Das erste und das zweite Brückenelement können zueinander in einer Richtung geneigt sein, die sich von dem Mittelteil aus nach außen erstreckt.
Das erste Brückenelement kann ein erstes laterales Brückenelement sein; und das zweite Brückenelement kann ein zweites laterales Brückenelement sein. Die Speichen können jeweils ein radiales Brückenelement umfassen, das sich entlang einer radialen Achse des Tragrahmens erstreckt. Das erste und das zweite Brückenelement können auf entsprechenden Seiten des radialen Brückenelements angeordnet sein. Das erste laterale Brückenelement kann auf einer ersten Seite des radialen Brückenelements angeordnet sein; und die zweite laterale Brücke kann auf einer zweiten Seite des radialen Brückenelements angeordnet sein.
Der Rotor kann ein oder mehrere Verstärkungselemente umfassen. Das eine oder die mehreren Verstärkungselemente können einen Querschnittsbereich aufweisen, der kleiner ist als der des ersten und des zweiten Brückenelements und/oder des radialen Brückenelements. Das eine oder die mehreren Verstärkungselemente können sich zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenelement erstrecken. Das eine oder die mehreren Verstärkungselemente können sich in einer Umfangsrichtung erstrecken. Die Kombination von einer Vielzahl von Brückenelementen mit dem einen oder den mehreren Verstärkungselementen kann eine Gitter-(Raster-)Struktur ausbilden. Das eine oder die mehreren Verstärkungselemente können sich zwischen dem radialen Brückenelement und dem ersten Brückenelement und/oder dem zweiten Brückenelement erstrecken.
Der Tragrahmen kann aus einem ferromagnetischen Material gebildet sein. Der Tragrahmen kann eine magnetisch durchlässige Struktur sein. Der Tragrahmen kann beispielsweise aus Elektroblech gebildet sein.
Der Tragrahmen kann eine Vielzahl von Lamellen umfassen, wobei sich jede Lamelle im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Rotors erstreckt. Die Lamellen können jeweils aus einem Blechmaterial, zum Beispiel durch Pressen oder Schneiden, gebildet sein. Die Lamellen können einteilige Rotorlamellen sein. Die einteiligen Rotorlamellen können jeweils einen Teil des Rotors definieren. Die einteiligen Rotorlamellen können jeweils den Mittelteil und die Speichen definieren. Die Lamellen können in einem Stapel angeordnet sein, um einen laminierten Kern zu bilden.
Der Rotor kann eine Vielzahl von Permanentmagneten umfassen. Die Permanentmagneten können in dem Tragrahmen zwischen den Speichen montiert sein. Das erste und das zweite Brückenelement können konfiguriert sein, um den magnetischen Streufluss aus den Permanentmagneten in den Mittelteil zu steuern.
Einer der Permanentmagneten kann zwischen jedem Paar benachbarter Speichen montiert sein. Die Permanentmagneten können jeweils einen Teil umfassen, der sich nach innen zu einem Zentrum des Rotors verjüngt. Der verjüngte Teil kann beispielsweise in Form eines gleichschenkligen Trapezes vorliegen. Der Rotor kann eine Vielzahl von Einsätzen zum Halten der Permanentmagneten in dem Rotor umfassen. Die Einsätze können zwischen den Speichen angeordnet sein. Die Einsätze können aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt sein.
Die Permanentmagneten können in dem Rotor so montiert sein, dass sich die Magnetisierungsrichtung jedes Permanentmagneten im Wesentlichen senkrecht zu einer radialen Richtung des Rotors, d. h. in einer Azimutal-(Umfangs-)Richtung, erstreckt. Die Permanentmagneten können in dem Rotor so montiert sein, dass die Magnetisierungsrichtungen abwechselnd in Azimutalrichtungen im Uhrzeigersinn/gegen den Uhrzeigersinn angeordnet sind. Diese Montageanordnung stellt eine abwechselnde radial nach innen/außen gerichtete Flussrichtung in den Speichen her.
Zwischen jedem Permanentmagneten und dem inneren Teil des Rotors kann eine Flusssperre gebildet sein, um den magnetischen Streufluss in den Mittelteil zu steuern. Die Flusssperre kann durch einen inneren, zwischen jedem Permanentmagneten und dem Mittelteil des Rotors gebildeten Hohlraum gebildet sein. Der innere Hohlraum kann in einem radial inneren Abschnitt eines zwischen benachbarten Speichen gebildeten Rotorschlitzes gebildet sein. Das erste und das zweite Brückenelement können eine erste und eine zweite gegenüberliegende Seite des inneren Hohlraums bilden. Die ersten und zweiten Seiten des inneren Hohlraums können einen Bogen, zum Beispiel einen Kreisbogen, umfassen. Der zugeordnete Permanentmagnet kann eine Seite des inneren Hohlraums bilden. Der innere Hohlraum kann von dem zwischen den benachbarten Speichen montierten Permanentmagneten geschlossen werden. Alternativ kann sich ein Verstärkungselement zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenelement, die gegenüberliegende Seiten des inneren Hohlraums bilden, erstrecken. Das Verstärkungselement kann eine Seite des inneren Hohlraums bilden. Das Verstärkungselement kann sich zum Beispiel im Wesentlichen senkrecht zu einer radialen Mittellinie des zwischen den benachbarten Speichen montierten Magneten erstrecken.
Die Speichen des Rotors können jeweils zumindest einen Sekundärmagneten umfassen. Der zumindest eine Sekundärmagnet kann einen Permanentmagneten umfassen. Der zumindest eine Sekundärmagnet kann in einem radial inneren Teil jeder Speiche montiert sein. Wie hierin beschrieben, umfasst jede Speiche mindestens ein erstes und ein zweites Brückenelement, die durch eine oder mehrere Flusssperren gebildet sind. Der zumindest eine Sekundärmagnet kann zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenelement montiert sein. Der zumindest eine Sekundärmagnet kann angepasst sein, um den magnetischen Fluss in dem ersten und dem zweiten Brückenelement zu sättigen. Die eine oder die mehreren Flusssperren können eine innere Öffnung umfassen. Der zumindest eine Sekundärmagnet kann in der inneren Öffnung montiert sein. Die Sekundärmagneten können zumindest teilweise betriebsfähig sein, um das erste und das zweite Brückenelement zu sättigen, um den magnetischen Streufluss in den Mittelteil zu steuern.
Die Speichen können jeweils mehr als einen der Sekundärmagneten umfassen. Die Speiche kann beispielsweise das erste und das zweite Brückenelement und ein radiales Brückenelement umfassen; ein erster Sekundärmagnet kann zwischen dem ersten Brückenelement und dem radialen Brückenelement montiert sein; und ein zweiter Sekundärmagnet kann zwischen dem zweiten Brückenelement und dem radialen Brückenelement montiert sein. Alternativ oder zusätzlich können erste und zweite Sekundärmagneten innerhalb der Speiche in einer radialen Richtung voneinander versetzt sein.
Eine innere Flusssperre kann zwischen jedem Permanentmagneten und dem Zentrum des Rotors gebildet sein. Die innere Flusssperre kann von dem Permanentmagneten radial zurückgesetzt sein. Die innere Flusssperre kann einen inneren Hohlraum umfassen. Wie hierin beschrieben, kann der innere Hohlraum zwischen jedem Permanentmagneten und dem inneren Teil des Rotors gebildet sein. Der innere Hohlraum kann zumindest teilweise durch das erste und das zweite Brückenelement, die durch eine oder mehrere Flusssperren gebildet sind, definiert sein. Zumindest ein Abschnitt des zumindest einen Sekundärmagneten kann in der Speiche neben den inneren Hohlräumen montiert sein. Somit können die Sekundärmagneten zumindest teilweise an den inneren Hohlräumen in einer Umfangsrichtung ausgerichtet sein.
Zumindest ein Abschnitt der Sekundärmagneten kann zwischen den zwischen aufeinanderfolgenden Speichen gebildeten inneren Hohlräumen angeordnet sein.
Die Sekundärmagneten können jeweils eine radiale magnetische Ausrichtung aufweisen. Die Sekundärmagneten können so montiert sein, dass sich die Magnetisierungsrichtung jedes Sekundärmagneten in zumindest im Wesentlichen radialer Richtung erstreckt. Somit kann zumindest in bestimmten Ausführungsformen die Magnetisierungsrichtung der Sekundärmagneten zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der zwischen den Speichen montierten Permanentmagneten sein. Die Sekundärmagneten könnten so ausgerichtet sein, dass die Magnetisierungsrichtung aller Sekundärmagneten gleich ist (entweder in einer radial nach innen gerichteten Richtung oder in einer radial nach außen gerichteten magnetischen Ausrichtung). Alternativ können die Sekundärmagneten so ausgerichtet sein, dass die Magnetisierungsrichtung der Sekundärmagneten zwischen radial nach innen gerichteten und radial nach außen gerichteten Richtungen um den Rotor abwechselt. Die Sekundärmagneten können so angeordnet sein, dass die Magnetisierungsrichtung des Sekundärmagneten in jeder Speiche der magnetischen Flussausrichtung in dieser Speiche folgt (bzw. sich danach ausrichtet). In dieser Anordnung sind die Magneten in jedem Pol des Rotors angeordnet, um sich gegenseitig abzustoßen. Zumindest in bestimmten Ausführungsformen kann diese Anordnung von Vorteil sein. Alternativ können die Sekundärmagneten so angeordnet sein, dass die Magnetisierungsrichtung des Sekundärmagneten in jeder Speiche entgegengesetzt zu der magnetischen Flussausrichtung in dieser Speiche ist.
Der Rotor kann sich für die Verwendung in einer geschalteten elektrischen Reluktanzmaschine eignen. Die Speichen können jeweils einen Rotorpol der elektrischen Maschine bilden. Das erste und das zweite Brückenelement können konfiguriert sein, um den magnetischen Streufluss in den Mittelteil zu steuern. Der magnetische Streufluss kann ein Statorfeld sein, das beispielsweise von einer Vielzahl von Statorwicklungen erzeugt wird. Im Einsatz können die Statorwicklungen selektiv unter Strom gesetzt werden, um den Rotor antreibend zu drehen.
Die Permanentmagneten könnten Magnete aus seltenen Erdelementen wie Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) sein. In alternativen Ausführungsformen können die Permanentmagneten Ferritmagneten sein.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, die einen Rotor umfasst, wie hierin beschrieben.
Nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das eine elektrische Maschine umfasst, wie hierin beschrieben.
Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt werden, und insbesondere deren individuelle Merkmale, unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination berücksichtigt werden können. Dies bedeutet, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer beliebigen Ausführungsform auf beliebige Weise und/oder in beliebiger Kombination kombiniert werden können, sofern diese Merkmale nicht unvereinbar sind. Der Anmelder behält sich das Recht vor, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder jeden neuen Patentanspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu verändern, um von einem beliebigen Merkmal eines beliebigen anderen Anspruchs abzuhängen und/oder dieses zu integrieren, obwohl es auf diese Art und Weise zuvor nicht beansprucht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun nur beispielhalber unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, hierbei zeigen:

1A und 1B eine elektrische Maschine nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Perspektivansicht eines Rotors der in 1 gezeigten elektrischen Maschine;
3 eine Perspektivansicht eines Stators der in 1 gezeigten elektrischen Maschine;
4A eine Draufsicht des in 2 gezeigten Rotors;
4B eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in 2 gezeigten Rotors;
5 eine grafische Darstellung der Flusslinien und Flussdichte, die in einem Segment des in 2 gezeigten Rotors nachgestellt sind;
6 eine grafische Darstellung der Spannungsverteilung, die in einem Segment des in 2 gezeigten Rotors nachgestellt ist;
7 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das die in 1 gezeigte elektrische Maschine enthält;
8 einen Querschnitt eines Rotors nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in 8 gezeigten Rotors;
10A eine Draufsicht einer geschalteten elektrischen Reluktanzmaschine nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
10B eine Draufsicht des Rotors der in 8A gezeigten geschalteten Reluktanzmaschine.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine elektrische Maschine 1 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Die elektrische Maschine 1 hat eine besondere Anwendung als Antriebsmotor in einem Fahrzeug 2 (in 7 dargestellt).
Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Rotor 3 und einen Stator 4. Eine Draufsicht der elektrischen Maschine 1 ist in Fig. 1A und eine Perspektivansicht in 1B gezeigt. Eine Perspektivansicht des Rotors 3 ist in 2 gezeigt; und eine Perspektivansicht des Stators 4 ist in 3 gezeigt. Die elektrische Maschine 1 weist eine Längs-(Dreh-)Achse X auf (die sich senkrecht zu der Ebene der Seite in 1A erstreckt), um die sich der Rotor 3 dreht. Die hierin beschriebene elektrische Maschine 1 hat eine Grundbetriebsgeschwindigkeit von 3000 U/min und eine Höchstbetriebsgeschwindigkeit von 15000 U/min. Der Stator 4 ist von herkömmlicher Bauart und hat einen Außendurchmesser von 205 mm. Der Rotor 3 hat einen Außendurchmesser von 140 mm und eine Stapellänge von 195 mm. Ein Luftspalt von 0,5 mm ist zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 4 vorgesehen.
Unter Bezugnahme auf 2 ist der Rotor 3 ein ferromagnetischer Rotor, der einen Tragrahmen 5, eine Vielzahl von Permanentmagneten 6 und eine Abtriebswelle 7 umfasst. Der Tragrahmen 5 umfasst einen Mittelteil 8 und eine Vielzahl von Speichen 9. Der Mittelteil 8 hat ein im Allgemeinen ringförmiges Profil und umfasst eine zentrale Öffnung 10, durch die sich die Abtriebswelle 7 erstreckt. Die Permanentmagneten 6 sind in zwischen benachbarten Speichen 9 gebildeten Rotorschlitzen 11 in dem Tragrahmen 5 montiert. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Rotor 3 zehn (10) der Permanentmagnete 6. Die Permanentmagneten 6 in der vorliegenden Ausführungsform sind Ferritmagnete, zum Beispiel FB9B-Ferritmagnete, sie können jedoch aus anderen Materialien bestehen. Die Permanentmagneten 6 weisen ein im Wesentlichen konstantes Profil parallel zu der Längsachse X des Rotors 3 auf. Die Permanentmagneten 6 umfassen jeweils einen radial inneren Teil 6A und einen radial äußeren Teil 6B. Im Querschnitt umfasst der radial innere Teil 6A ein gleichschenkliges Trapez, das sich nach innen zu einem Zentrum des Rotors 3 verjüngt; und der radial äußere Teil 6B ist im Wesentlichen rechteckig.
Der Tragrahmen 5 besteht aus einem ferromagnetischen Material. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Tragrahmen 5 eine Vielzahl von einteiligen Rotorlamellen, die in einem Stapel angeordnet sind, um einen lamellierten Kern zu bilden. Die Lamellen weisen jeweils eine einheitliche Struktur auf und können aus einem Blechmaterial, beispielsweise unter Verwendung einer Stanze, einer Gussform oder durch Laserschneiden, gebildet sein. Zu bemerken ist, dass die Lamellen im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse X des Rotors 3 angeordnet sind. Die Lamellen sind aus nicht kornorientiertem M270-35A-Elektroblech hergestellt, es ist jedoch zu bemerken, dass andere Materialien verwendet werden können. Die Speichen 9 erstrecken sich von dem Mittelteil 8 des Tragrahmens 5 radial nach außen. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Rotor 3 zehn (10) der Speichen 9, es sind jedoch auch andere Rotorkonfigurationen vorgesehen.
Die Speichen 9 weisen die gleiche Konfiguration auf und der Kürze halber wird nun nur eine der Speichen 9 beschrieben. Unter Bezugnahme auf 4A und 4B umfasst die Speiche 9 einen radial inneren Teil 9A, der mit dem Mittelteil 8 des Tragrahmens 5 verbunden ist; und einen radial äußeren Teil 9B, der proximal zu dem Stator 4 angeordnet ist. Der radial innere Teil 9A umfasst eine Vielzahl von Brückenelementen 12A-C, die mit dem Mittelteil 8 des Tragrahmens 5 verbunden sind. Die Brückenelemente 12A-C sind durch eine Vielzahl von Flusssperren 13 definiert, die innerhalb des Tragrahmens 5 gebildet sind. Die Flusssperren 13 in der vorliegenden Ausführungsform sind in den Speichen 9 gebildete Hohlräume. Die Speichen 9 umfassen jeweils vier (4) Flusssperren 13 zwischen dem ersten lateralen Brückenelement 12A und dem radialen Brückenelement 12C; und vier (4) zwischen dem radialen Brückenelement 12C und dem zweiten lateralen Brückenelement 12B gebildete Flusssperren 13. Die Flusssperren 13 sind symmetrisch um eine radiale Achse Y des Rotors 3 angeordnet. Wie hierin beschrieben, sind die Brückenelemente 12A-C betriebsfähig, um den magnetischen Streufluss von den Permanentmagneten 6 in den Mittelteil 8 des Tragrahmens 5 zu steuern. Der radial innere Teil 9A umfasst ein erstes und ein zweites laterales Brückenelement 12A, 12B; und ein radiales Brückenelement 12C. Das radiale Brückenelement 12C erstreckt sich entlang einer radialen Achse Y des Rotors 3. Das erste und das zweite laterale Brückenelement 12A, 12B sind auf jeweiligen Seiten des radialen Brückenelements 12C angeordnet und symmetrisch um die radiale Achse Y angeordnet. Das erste und das zweite laterale Brückenelement 12A, 12B sind zueinander nach innen geneigt, während sie sich von dem Mittelteil 8 des Tragrahmens 5 nach außen erstrecken. Der radial äußere Teil 9B der Speiche 9 weist einen im Wesentlichen durchgehenden Teil auf und ist angepasst, um in dem Luftspalt zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 4 die Flussdichte zu fördern. Insbesondere bildete der radial äußere Teil 9B einen Kopf 14 mit Umfangserweiterungen 15. Die Speichen 9 sind so profiliert, dass die Rotorschlitze 11 einen inneren Hohlraum 16 zwischen dem Permanentmagneten 6 und dem Mittelteil 8 bilden. Der innere Hohlraum 16 kann auch den magnetischen Streufluss in den Mittelteil 8 reduzieren.
Eine Vielzahl von Verstärkungselementen 17 erstrecken sich zwischen dem radialen Brückenelement 12C und jedem des ersten und des zweiten lateralen Brückenelements 12A, 12B. Die Flusssperren 13 sind jeweils durch Teile des Tragrahmens 5 eingegrenzt, besonders die Brückenelemente 12A-C und die Verstärkungselemente 17. Das erste und das zweite laterale Brückenelement 12A, 12B weisen ein nichtlineares Profil auf, das im Wesentlichen mit dem Profil der Seiten der Permanentmagneten 6 übereinstimmt. Die Verstärkungselemente 17 sind mit dem ersten und dem zweiten lateralen Brückenelement 12A, 12B proximal zu jeder Profiländerung verbunden, um lokal begrenzte strukturelle Belastungen innerhalb des Tragrahmens 5 zu reduzieren. Wie in 4 gezeigt, erstrecken sich drei (3) Verstärkungselemente 17 zwischen dem radialen Brückenelement 12C und jedem des ersten und des zweiten lateralen Brückenelements 12A, 12B. Die Verstärkungselemente 17 bilden eine Gitter-(Raster-)Struktur innerhalb der Speiche 9.
Wie in 4A und 4B gezeigt, ist ein Einsatz 18 zwischen einem radialen äußeren Rand der Permanentmagneten 6 und den Umfangserweiterungen 15 angeordnet. Der Einsatz 18 ist betriebsfähig, um die radiale Bewegung des Permanentmagneten 6 zu hemmen. Der Einsatz 18 in der vorliegenden Ausführungsform ist aus einem Kunststoffmaterial hergestellt und profiliert, um in das innere Profil der Umfangserweiterungen 15 zu passen.
Die hierin beschriebene elektrische Maschine 1 arbeitet auf herkömmliche Weise. Es ist zu bemerken, dass im Einsatz die Speichen 9 sowohl mechanischen als auch magnetischen Halt für den Permanentmagneten 6 innerhalb des Rotors 3 liefern. Die vorrangigen Überlegungen zur Optimierung der elektromagnetischen Merkmale des Rotors 3 bestanden darin, die radialen Abmessungen des Permanentmagneten 6 zu vergrößern, um die Flussdichte der Luftspalte und das Drehmoment über Flusskonzentration bei gleichzeitiger Erhöhung der Reluktanz des Flussweges zu dem Mittelteil 8 zu erhöhen, um Streufluss zu hemmen. Die Brückenelemente 12A-C bilden einen magnetischen Streuflussweg zu dem Mittelteil 8. Um die Reluktanz des Flussweges zu erhöhen, wird die Dicke der Brückenelemente 12A-C reduziert und ihre Länge erhöht (entlang des magnetischen Streuflussweges). Somit weisen die Brückenelemente 12A-C jeweils eine längliche Struktur auf. Die Erweiterung der Flusssperren 13 in dem q-Achsenbereich (in 4A gezeigt) wird reduziert, um die Verminderung der q-Achsen-Induktivität zu vermeiden. Die vorrangigen Überlegungen zur Optimierung der strukturellen Merkmale des Rotors 3 bestanden darin, die Masse zu minimieren, die Radial- und Umfangsablenkung zu steuern und strukturelle Belastungen unter einer vorbestimmten Schwelle zu halten.
Eine grafische Darstellung der nachgestellten Flusslinien und Flussdichte innerhalb des Rotors 3 ist in 5 gezeigt. Die Flusssperren 13 sind betriebsfähig, um Streufluss zu hemmen. Die Brückenelemente 12A-C stellen magnetische Streuflusswege von den Permanentmagneten 6 in den Mittelteil 8 des Tragrahmens 5 bereit, wie durch die in 5 gezeigten Flusslinien dargestellt. Aufgrund des reduzierten Querschnittsbereichs erreichen die Brückenelemente 12A-C jedoch eine Sättigung und begrenzen den magnetischen Streufluss in den Mittelteil 8. Wie in 5 gezeigt, ist der magnetische Fluss innerhalb des ersten und des zweiten lateralen Brückenelements 12A, 12B am höchsten proximal zu einem radial inneren Rand des Permanentmagneten 6. Der magnetische Fluss ist gleichmäßiger entlang der Länge des radialen Brückenelements 12C verteilt. Eine grafische Darstellung der nachgestellten Spannungsverteilung (MPa) in dem Rotor 3 ist in 6 gezeigt. Die strukturellen Belastungen innerhalb des ersten und des zweiten lateralen Brückenelements 12A, 12B sind am höchsten proximal zu einem radial inneren Rand des Permanentmagneten 6.
Eine schematische Darstellung der in einem Fahrzeug 2 eingebauten elektrischen Maschine 1 ist in 7 gezeigt. Das Fahrzeug 2 kann zum Beispiel ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) oder ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) sein. Die elektrische Maschine 1 erzeugt eine Antriebskraft, um das Fahrzeug 2 anzutreiben. Ein mit der Verwendung von Ferritmaterialien für die Permanentmagneten 6 zusammenhängendes Problem in einem Antriebsmotor ist die mögliche Entmagnetisierung bei Feldschwächung oder während eines Kurzschlussfehlers. Zumindest in bestimmten Ausführungsformen kann die Anordnung der Brückenelemente 12A-C einen verbesserten Widerstand gegen Entmagnetisierung liefern. Die Brückenelemente 12A-C sehen einen ferromagnetischen magnetischen Streuflussweg mit einem niedrigeren magnetischen Reluktanzweg vor (im Vergleich zu einem Luftporen-Streuflussweg). Dies kann den Einfluss des Entmagnetisierungsfeldes auf die Permanentmagneten 6 reduzieren.
Die elektrische Maschine 1 kann flüssigkeitsgekühlt sein, zum Beispiel durch Zirkulieren einer Flüssigkeit durch einen an dem Stator 4 vorgesehenen Kühlmantel. Im Einsatz könnte zusätzliche Kühlung durch Umluft durch die Flusssperren 13 bereitgestellt werden.
Es ist zu bemerken, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an der hierin beschriebenen elektrischen Maschine 1 vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Anmeldung abzuweichen. Der hierin beschriebene Rotor 3 besteht aus drei der Brückenelemente 12A-C in jeder Speiche 9. Es versteht sich, dass jede Speiche 9 aus zwei (2) der Brückenelemente 12A-C bestehen kann, zum Beispiel durch Weglassen des radialen Brückenelements 12C. Alternativ kann jede Speiche 9 mehr als drei (3) der Brückenelemente umfassen. In bestimmten Ausführungsformen können die Verstärkungselemente 17 zwischen den Brückenelementen 12A-C weggelassen werden. Zum Beispiel können sich die Flusssperren 13 durchgehend entlang der Länge der Brückenelemente 12A-C erstrecken.
Innere Flusssperren 13 können innerhalb des Mittelteils 8 der elektrischen Maschine 1 gebildet sein. Die inneren Flusssperren 13 können innerhalb des Mittelteils 8 überdies angeordnet sein, um den Streufluss von den Permanentmagneten 6 zu reduzieren. Die inneren Flusssperren 13 können zum Beispiel von der Basis der Speichen 9 radial zurückgesetzt sein. Die inneren Flusssperren 13 können in dem von den Permanentmagneten 6 radial zurückgesetzten Mittelteil 8 angeordnet sein.
Eine elektrische Maschine 1 nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben. Gleiche Bezugsziffern werden für gleiche Komponenten verwendet. Die Beschreibung hierin betrifft die Veränderungen in der Konfiguration des Rotors 3 in der vorliegenden Ausführungsform.
Eine Querschnittsansicht, die sich quer zu einer Längs-(Dreh-)Achse X des Rotors 3 erstreckt, ist in 8 gezeigt. Der Rotor 3 ist ein ferromagnetischer Rotor, der einen Tragrahmen 5 und eine Vielzahl von Permanentmagneten 6 umfasst. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Permanentmagneten 6 Primärmagneten zur Erzeugung von Drehmoment. Der Tragrahmen 5 umfasst einen Mittelteil 8 und eine Vielzahl von Speichen 9. Der Mittelteil 8 hat ein im Allgemeinen ringförmiges Profil und umfasst eine zentrale Öffnung 10, durch die sich eine Abtriebswelle (nicht gezeigt) erstreckt. Die Permanentmagneten 6 sind in zwischen benachbarten Speichen 9 gebildeten jeweiligen Rotorschlitzen 11 in dem Tragrahmen 5 montiert. Wie in 8 gezeigt, umfasst der Rotor 3 in der vorliegenden Ausführungsform vierzig (40) der zwischen vierzig (40) Speichen 9 angeordneten Permanentmagnete 6. Die Permanentmagneten 6 in der vorliegenden Ausführungsform sind Ferritmagnete, zum Beispiel FB9B-Ferritmagnete, sie können jedoch aus anderen Materialien bestehen. Die Permanentmagneten 6 weisen ein im Wesentlichen konstantes Profil parallel zu der Längsachse X auf. Die Permanentmagneten 6 sind jeweils im Wesentlichen rechteckig in dem Querschnitt, wie in 9 gezeigt.
Die Speichen 9 des Rotors 3 weisen jeweils die gleiche Konfiguration auf und der Kürze halber wird nun nur eine der Speichen 9 beschrieben. Wie in 9 gezeigt, umfasst die Speiche 9 einen radial inneren Teil 9A, der mit dem Mittelteil 8 des Tragrahmens 5 verbunden ist; und einen radial äußeren Teil 9B, der proximal zu dem Stator 4 angeordnet ist. Der radial innere Teil 9A umfasst ein erstes und ein zweites Brückenelement 12A, 12B, die mit dem Mittelteil 8 des Tragrahmens 5 verbunden sind. Ein Sekundärmagnet (sättigender Magnet) 20 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenelement 12A, 12B montiert. Das erste und das zweite Brückenelement 12A, 12B sind durch eine Flusssperre 13 definiert, die eine in der Speiche 9 gebildete innere Öffnung umfasst. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Sekundärmagnet 20 im Wesentlichen rechteckig im Querschnitt. Eine Mittellinie des Sekundärmagneten 20 ist auf einem Radius des Rotors 3 angeordnet.
Wie hierin in Bezug auf die vorherige Ausführungsform beschrieben, sind die Brückenelemente 12A, 12B betriebsfähig, um den magnetischen Streufluss von dem Permanentmagneten 6 in den Mittelteil 8 des Tragrahmens 5 zu steuern. Der in der Flusssperre 13 montierte Sekundärmagnet 20 ist zumindest teilweise betriebsfähig, um das erste und das zweite Brückenelement 12A, 12B zumindest teilweise (magnetisch) zu sättigen. Somit kann zumindest in bestimmten Ausführungsformen der Sekundärmagnet 20 den magnetischen Streufluss von den Permanentmagneten 6 in den Mittelteil 8 weiter reduzieren. Der Sekundärmagnet 20 kann insofern als entbehrlicher Magnet betrachtet werden, da sie nicht direkt vorgesehen sind, den von dem Rotor 3 erzeugten magnetischen Fluss zu erhöhen. Der Sekundärmagnet 20 ist vielmehr angeordnet, um den Streufluss von den zwischen den Speichen 9 des Rotors 3 montierten Permanentmagneten 6 zu reduzieren. Die Sekundärmagneten 20 können dadurch den von den Permanentmagneten 6 erzeugten magnetischen Fluss steuern, um die Flussdichte in dem Luftspalt zwischen dem Rotor 3 und dem Stator zu erhöhen.
Die Sekundärmagneten 20 können dadurch indirekt das von der elektrischen Maschine 1 erzeugte Drehmoment erhöhen.
Die Permanentmagneten 6 sind in dem Rotor 3 so montiert, dass sich die Magnetisierungsrichtung jedes Permanentmagneten 6 im Wesentlichen senkrecht zu einer radialen Richtung des Rotors 3, d. h. in einer Azimutal-(Umfangs-)Richtung, erstreckt. Die Permanentmagneten 6 sind abwechselnd in Azimutalrichtungen im Uhrzeigersinn/gegen den Uhrzeigersinn ausgerichtet. Die Permanentmagneten 6 unterstützen dadurch die abwechselnde radial nach innen/außen gerichtete Flussrichtung in dem Luftspalt. Ein Paar der Permanentmagneten 6, die so ausgerichtet sind, dass die Magnetisierungsrichtungen zueinander hin ausgerichtet sind, erzeugt eine radial nach außen gerichtete Flussrichtung in dem Luftspalt. Ein Paar der Permanentmagneten 6, die so ausgerichtet sind, dass die Magnetisierungsrichtungen voneinander weg ausgerichtet sind, erzeugt eine radial nach innen gerichtete Flussrichtung in dem Luftspalt. Diese Konfiguration der Permanentmagneten 6 wird auch in der hierin beschriebenen vorherigen Ausführungsform verwendet.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Sekundärmagneten 20 in den Speichen 9 so montiert, dass die Magnetisierungsrichtung jedes Sekundärmagneten 20 im Wesentlichen radial (d. h. senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der Permanentmagneten 6) ist. Somit weisen die Sekundärmagneten 20 jeweils eine radiale magnetische Ausrichtung auf. Die Sekundärmagneten 20 könnten so ausgerichtet sein, dass die Magnetisierungsrichtung aller Sekundärmagneten 20 gleich ist (entweder eine radial nach innen gerichtete Richtung oder eine radial nach außen gerichtete magnetische Ausrichtung). In der vorliegenden Ausführungsform sind die Sekundärmagneten 20 so ausgerichtet, dass die Magnetisierungsrichtung der Sekundärmagneten 20 zwischen radial nach innen gerichteten und radial nach außen gerichteten Richtungen um den Rotor 3 abwechselt. Im Einzelnen sind die Sekundärmagneten 20 so angeordnet, dass die Magnetisierungsrichtung des Sekundärmagneten 20 in jeder Speiche 9 der magnetischen Flussausrichtung in dieser Speiche 9 folgt (bzw. sich danach ausrichtet), die von den benachbarten Permanentmagneten 6 erzeugt wird. Die Sekundärmagneten 6 sind so angeordnet, dass die Polarität der Sekundärmagneten 6 dem von den Permanentmagneten 6 erzeugten Fluss in dieser Speiche 9 folgt. In jeder Speiche 9, in der die benachbarten Permanentmagneten 6 so montiert sind, dass die Magnetisierungsrichtungen zueinander hin ausgerichtet sind (d. h. um eine radial nach außen gerichtete Flussrichtung in dem Luftspalt zu erzeugen), ist der Sekundärmagnet 20 in der Speiche 9 so ausgerichtet, dass die Magnetisierungsrichtung radial nach außen ist. Umgekehrt ist in jeder Speiche 9, in der die benachbarten Permanentmagneten 6 so montiert sind, dass die Magnetisierungsrichtungen voneinander weg ausgerichtet sind (d. h. um eine radial nach innen gerichtete Flussrichtung in dem Luftspalt zu erzeugen), der Sekundärmagnet 6 in dieser Speiche 9 so ausgerichtet, dass die Magnetisierungsrichtung radial nach innen ist. In dieser Anordnung sind die Permanentmagneten 6 und die Sekundärmagneten 20 in jedem Pol des Rotors 3 angeordnet, um sich gegenseitig abzustoßen. Zumindest in bestimmten Ausführungsformen kann dies eine wirksamere Brückensättigung liefern.
Eine innere Flusssperre, die einen inneren Hohlraum 16 umfasst, ist zwischen dem Permanentmagneten 6 und dem Mittelteil 8 gebildet. Das erste und das zweite Brückenelement 12A, 12B sind angeordnet, um gegenüberliegende Seiten des inneren Hohlraums 16 zu bilden. Die äußeren Wände des ersten und des zweiten Brückenelements 12A, 12B weisen ein konkaves Profil auf, das von zumindest einem Bogen gebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das konkave Profil einen Kreisbogen. Das erste und das zweite Brückenelement 12A, 12B bilden einen halbkreisförmigen inneren Teil des inneren Hohlraums 16, der gegenüber einer inneren Seite des Permanentmagneten 6 angeordnet ist. Der innere Hohlraum 16 kann den magnetischen Streufluss in den Mittelteil 8 des Rotors 3 reduzieren. Wie am deutlichsten in 9 gezeigt wird, ist ein radial innerer Abschnitt jedes Sekundärmagneten 20 zwischen den benachbarten inneren Hohlräumen 16 angeordnet. Somit sind die Sekundärmagneten 20 zumindest teilweise an den inneren Hohlräumen 16 in einer Umfangsrichtung ausgerichtet.
Die Speichen 9 umfassen jeweils Umfangserweiterungen 15. Wie in 9 gezeigt, ist ein Einsatz 18 zwischen einem radialen äußeren Rand der Permanentmagneten 6 und den Umfangserweiterungen 15 angeordnet, um die radiale Bewegung des Permanentmagneten 6 zu hemmen. Der Einsatz 18 in der vorliegenden Ausführungsform ist aus einem Kunststoffmaterial hergestellt und profiliert, um in das innere Profil der Umfangserweiterungen 15 zu passen.
In einer Variante sind die Sekundärmagneten 20 so angeordnet, dass die Magnetisierungsrichtung des Sekundärmagneten 20 in jeder Speiche 9 entgegengesetzt zu der magnetischen Flussausrichtung in dieser Speiche 9 ist, die von den benachbarten Permanentmagneten 6 erzeugt wird. Die Polarität der Sekundärmagneten 6 befindet sich in einem Abstoßungsmodus gegenüber dem von den Permanentmagneten 6 erzeugten Fluss in dieser Speiche 9. In jeder Speiche 9, in der die benachbarten Permanentmagneten 6 so montiert sind, dass die Magnetisierungsrichtungen zueinander hin ausgerichtet sind (d. h. um eine radial nach außen gerichtete Flussrichtung in dem Luftspalt zu erzeugen), ist der Sekundärmagnet 20 in der Speiche 9 so ausgerichtet, dass die Magnetisierungsrichtung radial nach innen ist. Umgekehrt ist in jeder Speiche 9, in der die benachbarten Permanentmagneten 6 so montiert sind, dass die Magnetisierungsrichtungen voneinander weg ausgerichtet sind (d. h. um eine radial nach innen gerichtete Flussrichtung in dem Luftspalt zu erzeugen), der Sekundärmagnet 6 in dieser Speiche 9 so ausgerichtet, dass die Magnetisierungsrichtung radial nach außen ist.
Die Anordnung der Brückenelemente 12A-C und die Flusssperren 13 wurden unter Bezugnahme auf eine elektrische Maschine 1 mit Permanentmagnet beschrieben. Aspekte der hierin beschriebenen Erfindung können jedoch auf andere Motortypen wie eine geschaltete Reluktanzmaschine anwendbar sein. Eine geschaltete Reluktanzmaschine 101 ist beispielhaft in 10A gezeigt. Gleiche Bezugsziffern werden für gleiche Komponenten verwendet, obwohl sie der Klarheit halber um 100 erhöht wurden.
Die geschaltete Reluktanzmaschine 101 umfasst einen Rotor 103 und einen Stator 104. Wie in 10B gezeigt, umfasst der Rotor 103 eine Vielzahl von Speichen 109, die jeweils eine Vielzahl von Flusssperren 113 umfassen. Es versteht sich, dass der Rotor 103 der geschalteten Reluktanzmaschine 101 keine zwischen den Speichen 109 angeordneten Permanentmagneten enthält. Vielmehr besteht der Rotor 103 aus einem magnetischen Material wie Elektroblech und die Speichen 109 bilden jeweils einen Rotorpol. Der Stator 104 umfasst eine Vielzahl von Wicklungen, die angeordnet sind, um Statorpole 119 zu bilden. Die Statorpole 119 werden selektiv unter Strom gesetzt, um ein Statorfeld zu erzeugen, das die Rotorpole anzieht und den Rotor 103 antreibend dreht. In dieser Anmeldung sind die Brückenelemente 12A-C angepasst, um den magnetischen Streufluss von dem Statorfeld in den Mittelteil 108 des Rotors 103 zu steuern. In der dargestellten Anordnung erstrecken sich die Flusssperren 113 radial nach außen jenseits derjenigen der anderen hierin dargestellten Ausführungsformen. Darüber hinaus ist der seitliche Umfang der innersten Flusssperren 113 erhöht, um sich lateral nach außen in den Bereich des radial von den Permanentmagneten 106 zurückgesetzten Mittelteils 108 zu erstrecken. In der in 10A und 10B dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Flusssperren 113 umlaufend um den Mittelteil 108 des Rotors 103.

Claims

Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor umfasst: einen Tragrahmen, der einen Mittelteil und eine Vielzahl von Speichen umfasst, wobei sich die Speichen von dem Mittelteil aus nach außen erstrecken; wobei jede Speiche mindestens ein erstes und ein zweites Brückenelement umfasst, die durch eine oder mehrere Flusssperren gebildet sind, wobei das erste und das zweite Brückenelement konfiguriert sind, um einen magnetischen Streufluss in den Mittelteil zu steuern.
Rotor nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Brückenelement konfiguriert sind, um eine Sättigung zu erreichen und um den magnetischen Streufluss in den Mittelteil zu hemmen.
Rotor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das erste und das zweite Brückenelement jeweils ein längliches Profil aufweisen.
Rotor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei das erste und das zweite Brückenelement jede Speiche mit dem Mittelteil des Tragrahmens verbinden.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste und das zweite Brückenelement in einem radial inneren Teil jeder Speiche gebildet sind; und ein radial äußerer Teil jeder Speiche einen im Wesentlichen durchgehenden Teil aufweist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Flusssperren einen in der Speiche gebildeten Hohlraum umfassen.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Brückenelement jeweils ein längliches Profil aufweisen.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Brückenelement mindestens im Wesentlichen symmetrisch um eine radiale Achse des Tragrahmens sind.
Rotor nach Anspruch 8, wobei das erste und das zweite Brückenelement zueinander in einer Richtung geneigt sind, die sich von dem Mittelteil aus nach außen erstreckt.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Speiche ein radiales Brückenelement umfasst, das sich entlang einer radialen Achse des Tragrahmens erstreckt.
Rotor nach Anspruch 10, wobei das erste und das zweite Brückenelement auf jeweiligen Seiten des radialen Brückenelements angeordnet sind.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein oder mehrere Verstärkungselemente.
Rotor nach Anspruch 12, wobei sich das eine oder die mehreren Verstärkungselemente zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenelement erstrecken.
Rotor nach Anspruch 12, sofern direkt oder indirekt von Anspruch 8 abhängig, wobei sich das eine oder die mehreren Verstärkungselemente zwischen dem radialen Brückenelement und dem ersten Brückenelement oder dem zweiten Brückenelement erstrecken.
Rotor nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, wobei das eine oder die mehreren Verstärkungselemente einen Querschnittsbereich aufweisen, der kleiner ist als jener des ersten und des zweiten Brückenelements und/oder des radialen Brückenelements.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tragrahmen aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tragrahmen eine Vielzahl von Lamellen umfasst, wobei sich jede Lamelle im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Rotors erstreckt.
Rotor nach Anspruch 17, wobei jede Lamelle eine einteilige Rotorlamelle ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Vielzahl von Permanentmagneten, die in dem Tragrahmen zwischen den Speichen montiert sind; wobei das erste und das zweite Brückenelement konfiguriert sind, um den magnetischen Streufluss von den Permanentmagneten in den Mittelteil zu steuern.
Rotor nach Anspruch 19, wobei die Permanentmagneten jeweils einen Teil umfassen, der sich nach innen zu einem Zentrum des Rotors verjüngt.
Rotor nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, umfassend eine Vielzahl von Einsätzen zum Halten der Permanentmagneten in dem Rotor.
Rotor nach einem der Ansprüche 19, 20 oder 21, wobei ein innerer Hohlraum zwischen jedem Permanentmagneten und dem Mittelteil des Rotors gebildet ist, um den magnetischen Streufluss in den Mittelteil zu steuern.
Rotor nach Anspruch 22, wobei das erste und das zweite Brückenelement eine erste und eine zweite gegenüberliegende Seite des inneren Hohlraums bilden.
Rotor nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei jeder Permanentmagnet eine Seite des inneren Hohlraums bildet.
Rotor nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei die Permanentmagneten in dem Rotor so montiert sind, dass sich die Magnetisierungsrichtung jedes Permanentmagneten in einer Azimutalrichtung erstreckt.
Rotor nach Anspruch 25, wobei die Permanentmagneten in dem Rotor abwechselnd in Azimutalrichtungen im Uhrzeigersinn/gegen den Uhrzeigersinn ausgerichtet sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei jede Speiche des Rotors mindestens einen Sekundärmagneten umfasst.
Rotor nach Anspruch 27, wobei der mindestens eine Sekundärmagnet in einem radial inneren Teil jeder Speiche montiert ist.
Rotor nach Anspruch 27 oder Anspruch 28, wobei der mindestens eine Sekundärmagnet zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenelement montiert ist.
Rotor nach Anspruch 29, wobei die eine oder die mehreren Flusssperren eine innere Öffnung umfassen und der mindestens eine Sekundärmagnet in der inneren Öffnung montiert ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei die Sekundärmagneten jeweils eine radiale magnetische Ausrichtung aufweisen.
Rotor nach Anspruch 31, sofern direkt oder indirekt von Anspruch 25 abhängig, wobei die Magnetisierungsrichtung der Sekundärmagneten im Wesentlichen senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der Permanentmagneten ist.
Rotor nach Anspruch 32, wobei die Sekundärmagneten so ausgerichtet sind, dass die Magnetisierungsrichtung aller Sekundärmagneten gleich ist.
Rotor nach Anspruch 33, wobei die Sekundärmagneten so ausgerichtet sind, dass die Magnetisierungsrichtung der Sekundärmagneten zwischen radial inneren und radial äußeren Richtungen um den Rotor abwechselt.
Rotor nach Anspruch 34, wobei die Sekundärmagneten so angeordnet sein können, dass die Magnetisierungsrichtung des Sekundärmagneten in jeder Speiche der magnetischen Flussausrichtung in dieser Speiche folgt.
Rotor nach Anspruch 34, wobei die Sekundärmagneten so angeordnet sein können, dass die Magnetisierungsrichtung des Sekundärmagneten in jeder Speiche in der entgegengesetzten Richtung zu der magnetischen Flussausrichtung in dieser Speiche ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Speichen jeweils einen Rotorpol bilden; wobei das erste und das zweite Brückenelement konfiguriert sind, um den magnetischen Streufluss in den Mittelteil zu steuern.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Permanentmagneten Ferritmagneten sind.
Elektrische Maschine, einen Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend.
Fahrzeug, eine elektrische Maschine nach Anspruch 39 umfassend.
Rotor, im Wesentlichen wie hierin beschrieben unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren.
Elektrische Maschine, im Wesentlichen wie hierin beschrieben unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren.