DE112017006059T5

DE112017006059T5 - Vorrichtung für eine elektrische maschine

Info

Publication number: DE112017006059T5
Application number: DE112017006059.1T
Authority: DE
Inventors: Bonyadi Roozbeh; Alexandros Michaelides; Istvan KIRALY; Tiago CESA
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-09-19
Also published as: GB201719505D0; GB201620300D0; GB2559233B; WO2018099811A1; GB2559233A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Rotor (3) für eine elektrische Maschine (1). Der Rotor (3) umfasst mehrere Permanentmagneten (6-n), wobei jeder Permanentmagnet in einer in dem Rotor (3) gebildeten Magnetöffnung (10-n) montiert ist. Mehrere Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2) und Brücken (13-1, 13-2, 14-1, 14-2, 24-1) sind in dem Rotor (3) gebildet. Die Brücken (13-1, 13-2, 14-1, 14-2, 24-1) sind jeweils zwischen einer der Magnetöffnungen (10-n) und einer benachbarten der Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2) gebildet. Jede Brücke umfasst durch die Magnetöffnung (10-n) bzw. die Flussleitsperre gebildete, entgegengesetzte erste und zweite Seiten (15-1, 15-2, 16-1). Die erste Seite umfasst einen ersten Kreisbogen (17B, 21B, 27B, 33B, 37B) (17B, 21B, 27B), und die zweite Seite umfasst einen zweiten Kreisbogen (18B, 22B, 28B, 34B, 38B) (18B, 22B, 28B). Die vorliegende Offenbarung betrifft auch eine einen Rotor (3) umfassende elektrische Maschine (1) und ein eine elektrische Maschine (1) umfassendes Fahrzeug (2).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung für eine elektrische Maschine. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, betrifft die vorliegende Offenbarung einen Rotor für eine elektrische Maschine; eine einen Rotor umfassende elektrische Maschine; und ein eine elektrische Maschine nach den anhängenden Ansprüchen umfassendes Fahrzeug.
HINTERGRUND
Eine besondere Konstruktionsherausforderung für elektrische Maschinen ist die Konstruktion des Rotors, um die mechanischen Beanspruchungen zu reduzieren, die innerhalb des Rotors induziert werden, wenn er sich dreht. Der Rotor umfasst mehrere Permanentmagneten, die in darin gebildeten Öffnungen montiert sind. Der Rotor kann auch Flussleitsperren in der Form von Öffnungen zum Steuern des durch die Permanentmagnete erzeugten Magnetflusses umfassen. Die Magnetöffnungen und Flussleitsperren bilden mehrere Brücken (oder Stege) innerhalb des Rotors. Wenn die elektrische Maschine in Betrieb ist, werden mechanische Spannungen innerhalb des Rotors bei dessen Rotation induziert. Die entstehenden mechanischen Spannungen konzentrieren sich in den Brücken innerhalb des Rotors. Die Brücken innerhalb des Rotors müssen ausreichend stabil ausgeführt sein, um den entstehenden Strukturbelastungen zu widerstehen. Zumindest in bestimmten Ausführungsformen strebt die vorliegende Erfindung an, den Rotor derart auszubilden, dass die mechanischen Spannungen innerhalb des Rotors reduziert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen einen Rotor für eine elektrische Maschine; eine einen Rotor umfassende elektrische Maschine und ein Fahrzeug, wie in den angehängten Ansprüchen beansprucht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Rotor für eine elektrische Maschine vorgesehen, wobei der Rotor Folgendes umfasst:

mehrere Permanentmagnete, wobei jeder Permanentmagnet in einer in dem Rotor gebildeten Magnetöffnung montiert ist;
mehrere im Rotor gebildete Flussleitsperren; und
mehrere Brücken, wobei jede Brücke in dem Rotor zwischen einer der Magnetöffnungen und einer der benachbarten Flussleitsperren gebildet ist;
wobei jede Brücke durch die Magnetöffnung bzw. die Flussleitsperre gebildete, entgegengesetzte erste und zweite Seiten umfasst, wobei die erste Seite einen ersten Kreisbogen umfasst, und die zweite Seite einen zweiten Kreisbogen umfasst. Zumindest in bestimmten Ausführungsformen kann diese Anordnung der ersten und der zweiten Seite jeder Brücke dazu dienen, die Spannungen gleichmäßiger innerhalb der Brücken zu verteilen. Zumindest in bestimmten Ausführungsformen können die Brücken dazu gebildet sein, die mechanische Integrität des Rotors bei hohen Drehzahlen beizubehalten. Die Brücken können auch beim Steuern der Flussdichte in dem Rotor wirksam sein. Die Brücken können dazu gebildet sein, einen Reluktanz-Flusspfad innerhalb des Rotors zu definieren.

Der erste Kreisbogen kann einen kleineren Radius als der zweite Kreisbogen aufweisen. Alternativ kann der erste Kreisbogen einen größeren Radius als der zweite Kreisbogen aufweisen. Zumindest in bestimmten Ausführungsformen kann der erste Kreisbogen im Wesentlichen den gleichen Radius wie der zweite Kreisbogen aufweisen.
Der erste Kreisbogen kann eine Länge aufweisen, die größer oder kleiner als eine Länge des zweiten Kreisbogens sein kann. Zumindest in bestimmten Ausführungsformen kann der erste Kreisbogen im Wesentlichen die gleiche Länge wie der zweite Kreisbogen aufweisen.
Eine erste virtuelle Sehnenlinie kann zwischen den Enden des ersten Kreisbogens definiert sein, und eine zweite virtuelle Sehnenlinie kann zwischen den Enden des zweiten Kreisbogens definiert sein. Die erste und die zweite virtuelle Sehnenlinie können in einem Querschnitt durch den Rotor definiert sein (d. h. senkrecht zu einer Drehachse des Rotors).
Der erste und der zweite Kreisbogen können derart angeordnet sein, dass die erste und die zweite virtuelle Sehnenlinie im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Der erste und der zweite Kreisbogen können derart angeordnet sein, dass die erste und die zweite virtuelle Sehnenlinie in einem Sehnenwinkel relativ zueinander orientiert sind. Der Sehnenwinkel kann größer als oder gleich 0,1° sein. Der Sehnenwinkel kann kleiner als oder gleich 10°, 15° oder 20° sein. Die erste und die zweite virtuelle Sehnenlinie können in einer ersten Richtung konvergieren oder divergieren. Der Sehnenwinkel kann positiv oder negativ sein.
Die mehreren Flussleitsperren können interne und/oder externe Flussleitsperren umfassen. Die internen Flussleitsperren sind innerhalb des Rotors gebildete Öffnungen. Die externen Flussleitsperren sind an der Außenseite des Rotors gebildete Öffnungen, zum Beispiel in einer externen Oberfläche des Rotors.
Die erste Seite jeder Brücke kann mehr als einen Kreisbogen umfassen. Die erste Seite jeder Brücke kann mehrere Kreisbögen umfassen. Die Enden der Kreisbögen können miteinander verbunden sein. Die Kreisbögen können derart angeordnet sein, dass die erste Seite jeder Brücke eine im Wesentlichen durchgehende Kurve umfasst oder aus dieser besteht. Die erste Seite jeder Brücke kann einen zweiten Kreisbogen umfassen. Die erste Seite jeder Brücke kann einen dritten Kreisbogen umfassen. Der zweite Kreisbogen kann im Wesentlichen den gleichen Radius wie der dritte Kreisbogen aufweisen. Alternativ kann der zweite Kreisbogen einen anderen Radius als der dritte Kreisbogen aufweisen. Der erste Kreisbogen kann einen Radius aufweisen, der sich von dem Radius des zweiten Kreisbogens und/oder des dritten Kreisbogens unterscheidet. Der erste Kreisbogen kann einen Radius aufweisen, der größer als der Radius des zweiten Kreisbogens und/oder des dritten Kreisbogens ist. Der erste Kreisbogen kann zwischen dem zweiten und dem dritten Kreisbogen angeordnet sein. Der erste, der zweite und der dritte Kreisbogen können derart angeordnet sein, dass sie ein im Wesentlichen durchgehendes gekrümmtes Profil bilden. Der erste, der zweite und der dritte Kreisbogen können miteinander verbunden sein. Einer des zweiten und des dritten Kreisbogens kann verlängert sein, um eine Tränentropfenform in der Magnetöffnung zu bilden.
Die zweite Seite jeder Brücke kann mehr als einen Kreisbogen umfassen. Die zweite Seite jeder Brücke kann mehrere Kreisbögen umfassen. Die Enden der Kreisbögen können miteinander verbunden sein. Die Kreisbögen können derart angeordnet sein, dass die zweite Seite jeder Brücke eine im Wesentlichen durchgehende Kurve umfasst oder aus dieser besteht. Die zweite Seite jeder Brücke kann einen zweiten Kreisbogen umfassen. Die zweite Seite jeder Brücke kann einen dritten Kreisbogen umfassen. Der zweite Kreisbogen kann im Wesentlichen den gleichen Radius wie der dritte Kreisbogen aufweisen. Alternativ kann der zweite Kreisbogen einen anderen Radius als der dritte Kreisbogen aufweisen. Der erste Kreisbogen kann einen Radius aufweisen, der sich von dem Radius des zweiten Kreisbogens und/oder des dritten Kreisbogens unterscheidet. Der erste Kreisbogen kann einen Radius aufweisen, der größer als der Radius des zweiten Kreisbogens und/oder des dritten Kreisbogens ist. Der erste Kreisbogen kann zwischen dem zweiten und dem dritten Kreisbogen angeordnet sein. Der erste, der zweite und der dritte Kreisbogen können ein im Wesentlichen durchgehendes gekrümmtes Profil bilden. Der erste, der zweite und der dritte Kreisbogen können miteinander verbunden sein. Einer des zweiten und des dritten Kreisbogens kann verlängert sein, um eine umgekehrte Tränentropfenform in der Flussleitsperre zu bilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Rotor für eine elektrische Maschine vorgesehen, wobei der Rotor Folgendes umfasst:

mehrere Permanentmagnete, wobei jeder Permanentmagnet in einer in dem Rotor gebildeten Magnetöffnung montiert ist;
mehrere im Rotor gebildete Flussleitsperren; und
mehrere Brücken, wobei jede Brücke in dem Rotor zwischen einer der Magnetöffnungen und einer der benachbarten Flussleitsperren gebildet ist; wobei jede Brücke durch die Magnetöffnung bzw. die Flussleitsperre gebildete, entgegengesetzte erste und zweite Seiten umfasst;
wobei die erste Seite jeder Brücke mehrere Kreisbögen umfasst, die derart angeordnet sind, dass sie ein im Wesentlichen durchgehendes gekrümmtes Profil bilden; und/oder die zweite Seite jeder Brücke mehrere Kreisbögen umfasst, die derart angeordnet sind, dass sie ein im Wesentlichen durchgehendes gekrümmtes Profil bilden.

Die erste Seite jeder Brücke umfasst mehrere Kreisbögen. Die Enden der Kreisbögen können miteinander verbunden sein. Die Kreisbögen können derart angeordnet sein, dass die erste Seite jeder Brücke eine im Wesentlichen durchgehende Kurve umfasst oder aus dieser besteht. Die Kreisbögen können derart angeordnet sein, dass die erste Seite jeder Brücke konkav ist.
Die erste Seite jeder Brücke kann aus drei Kreisbögen bestehen. Die drei Kreisbögen können miteinander verbunden sein. Einer der Kreisbögen kann sich derart erstrecken, dass ein Tränentropfenmerkmal in einem unteren Teil der Magnetöffnung gebildet wird.
Die zweite Seite jeder Brücke umfasst mehrere Kreisbögen. Die Enden der Kreisbögen können miteinander verbunden sein. Die Kreisbögen können derart angeordnet sein, dass die zweite Seite jeder Brücke eine im Wesentlichen durchgehende Kurve umfasst oder aus dieser besteht. Die Kreisbögen können derart angeordnet sein, dass die zweite Seite jeder Brücke konkav ist.
Die zweite Seite jeder Brücke kann aus drei Kreisbögen bestehen. Die drei Kreisbögen können miteinander verbunden sein. Einer der Kreisbögen kann sich derart erstrecken, dass ein umgekehrtes Tränentropfenmerkmal in einem oberen Teil der Flussleitsperre gebildet wird.
Die erste und die zweite Seite der Brücke können konkav sein, sodass die Brücke eine bikonkave Form aufweist. Ein mittlerer Abschnitt der Brücke ist schmaler als ein oder beide Enden der Brücke.
Der Rotor kann mehrere Magnetpole umfassen. Die Magnetpole können jeweils zumindest eine erste Schicht umfassen, die einen oder mehrere der Permanentmagnete enthält. Eine der Flussleitsperren kann auf jeder Seite der ersten Schicht gebildet sein.
Die Magnetpole können jeweils eine zweite Schicht umfassen, die einen oder mehrere der Permanentmagnete enthält. Eine der Flussleitsperren kann auf jeder Seite der zweiten Schicht gebildet sein.
Die Magnetpole können jeweils eine dritte Schicht umfassen, die einen oder mehrere der Permanentmagnete enthält.
Die Flussleitsperren sind vorgesehen, um die Flussdichtenverteilung innerhalb des Rotors zu steuern. Die Flussleitsperren können jeweils eine in dem Rotor gebildete Öffnung umfassen. Die Öffnung kann eine interne Öffnung oder eine externe Öffnung sein.
Der Rotor kann eine oder mehrere innere Flussleitsperren und/oder eine oder mehrere äußere Flussleitsperren umfassen. Die Ausdrücke „innere“ und „äußere“ können dazu verwendet werden, den Ort der Flussleitsperren relativ zu einer Polachse (d-Achse) eines zugeordneten Magnetpols zu definieren. Die äußere Flussleitsperren können seitlich außerhalb der inneren Flussleitsperren angeordnet sein. Der Rotor kann erste und zweite innere Sperren umfassen. Der Rotor kann erste und zweite äußere Flussleitsperren umfassen.
Der Rotor kann zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre umfassen, die zwischen einer der Magnetöffnungen und einer der benachbarten Flussleitsperren angeordnet ist. Das Vorsehen von zumindest einer zwischenliegenden Flussleitsperre in dem Rotor wird für unabhängig patentierbar gehalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Rotor für eine elektrische Maschine vorgesehen, wobei der Rotor Folgendes umfasst:

mehrere Permanentmagnete, wobei jeder Permanentmagnet in einer in dem Rotor gebildeten Magnetöffnung montiert ist;
mehrere im Rotor gebildete Flussleitsperren; und
mehrere Brücken;
wobei zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre zwischen einer der Magnetöffnungen und einer der benachbarten Flussleitsperren angeordnet ist.

Die zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre kann mehrere der Brücken zwischen einer der Magnetöffnungen und einer der benachbarten Flussleitsperren bilden. Zum Beispiel kann der Rotor eine der zwischenliegenden Flussleitsperren umfassen, die zwischen einer der Magnetöffnungen und einer der benachbarten Flussleitsperren angeordnet ist, um zwei (2) der Brücken zu bilden. Als weiteres Beispiel kann der Rotor zwei der zwischenliegenden Flussleitsperren umfassen, die zwischen einer der Magnetöffnungen und einer der benachbarten Flussleitsperren angeordnet sind, um drei (3) der Brücken zu bilden. Drei oder mehr zwischenliegende Flussleitsperren können zwischen der Magnetöffnung und der benachbarten Flussleitsperre vorgesehen sein. Es versteht sich, dass unterschiedliche Mengen an zwischenliegenden Flussleitsperren zwischen der Magnetöffnung und der benachbarten Flussleitsperre in verschiedenen Schichten des Rotors vorgesehen sein können.
Eine der zwischenliegenden Flussleitsperren kann zwischen der Magnetöffnung und der benachbarten Flussleitsperre angeordnet sein. Alternativ können mehr als eine der zwischenliegenden Flussleitsperren zwischen der Magnetöffnung und der benachbarten Flussleitsperre angeordnet sein.
Die mindestens eine zwischenliegende Flussleitsperre kann zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre mit einer geschlossenen Umfangslinie umfassen. Die mindestens eine zwischenliegende Flussleitsperre kann von dem den Rotor bildenden Material umgeben sein. Die mindestens eine zwischenliegende Flussleitsperre kann von einer Innenkante oder Außenkante des Rotors derart eingesetzt sein, dass die Innenkante oder die Außenkante zumindest im Wesentlichen durchgehend ist.
Die mindestens eine zwischenliegende Flussleitsperre kann zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre mit einer offenen Umfangslinie sein. Die mindestens eine zwischenliegende Flussleitsperre kann zu einer Innenkante oder einer Außenkante des Rotors offen sein, sodass die Innenkante oder die Außenkante unterbrochen oder nicht durchgehend ist.
Die zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre kann ein Profil aufweisen, das mehrere Kreisbögen umfasst oder aus diesen besteht. Die Kreisbögen können verschiedene Radien und/oder verschiedene Mittelpunkte aufweisen. Die Kreisbögen können derart angeordnet sein, dass die zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre ein im Wesentlichen durchgehendes äußeres Profil aufweist. Die Kreisbögen können ineinander übergehen, um eine Fläche frei von Scheitelpunkten oder anderen plötzlichen Richtungsänderungen zu bilden. Somit kann die zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre ein stufenloses äußeres Profil aufweisen.
Die mindestens eine zwischenliegende Flussleitsperre kann einen Leerbereich mit einem Tränentropfenprofil umfassen.
Die mindestens eine zwischenliegende Flussleitsperre kann jeweils eine Hauptachse und eine Nebenachse aufweisen. Die mindestens eine zwischenliegende Flussleitsperre kann symmetrisch um eine oder beide der Hauptachse und der Nebenachse sein. Der Rotor kann mehrere der zwischenliegenden Flussleitsperren umfassen, die zumindest in ersten und zweiten Schichten angeordneten ersten und zweiten Permanentmagneten zugeordnet sind. Die zwischenliegenden Flussleitsperren können derart angeordnet sein, dass zumindest einige der Hauptachsen im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Mindestens eine der Brücken kann erste und zweite Seiten umfassen, die entgegengesetzte erste und zweite Bögen mit jeweiligen ersten und zweiten virtuellen Sehnen enthalten. Die ersten und zweiten virtuellen Sehnen können in einem Sehnenwinkel relativ zueinander geneigt sein. Der Sehnenwinkel kann ungleich null sein. Der Sehnenwinkel kann zum Beispiel in dem Bereich 0°° bis 10° liegen. Der Sehnenwinkel kann kleiner als oder gleich einem Winkel des folgenden Satzes sein: 10°, 8°, 6°, 4° oder 2°. Alternativ können die erste und die zweite virtuelle Sehne im Wesentlichen parallel zueinander sein, was einem Sehnenwinkel von null entspricht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine einen Rotor umfassende elektrische Maschine wie hierin beschrieben vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Maschine wie hierin beschrieben vorgesehen. Die elektrische Maschine kann eine Permanentmagnet-Synchronmaschine sein.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das eine elektrischen Maschine, wie hierin beschrieben, umfasst.
Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Patentansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt werden, und insbesondere deren individuellen Merkmale, unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination berücksichtigt werden können. Dies bedeutet, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer beliebigen Ausführungsform auf beliebige Art und/oder beliebige Kombination kombiniert werden können, sofern diese Merkmale nicht inkompatibel sind. Der Anmelder behält sich das Recht vor, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder einen beliebigen neuen Patentanspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu verändern, um von einem beliebigen Merkmal eines beliebigen anderen Patentanspruchs abzuhängen und/oder dieses zu integrieren, obwohl es auf diese Art und Weise zuvor nicht beansprucht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nun ausschließlich beispielshaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben, hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 einen Querschnitt durch die in 1 gezeigte elektrische Maschine;
3A einen Ausschnitt des Rotors der in 1 gezeigten elektrischen Maschine;
3B eine vergrößerte Ansicht einer Brücke, die zwischen einer Magnetöffnung in einer inneren Schicht und einer äußeren Flussleitsperre des in 3A gezeigten Rotors gebildet ist;
3C eine vergrößerte Ansicht einer Brücke, die zwischen einer Magnetöffnung in einer Zwischenschicht und einer inneren Flussleitsperre des in 3A gezeigten Rotors gebildet ist;
4A ein Segment eines Rotors einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4B eine vergrößerte Ansicht einer Brücke, die zwischen einer Magnetöffnung in einer inneren Schicht und einer äußeren Flussleitsperre des in 4A gezeigten Rotors gebildet ist;
4C eine vergrößerte Ansicht einer Brücke, die zwischen einer Magnetöffnung in einer Zwischenschicht und einer inneren Flussleitsperre des in 4A gezeigten Rotors gebildet ist;
5A eine Variante des in den 4A-C gezeigten Segmenten;
5B eine vergrößerte Ansicht einer Brücke, die zwischen einer Magnetöffnung in einer Außenschicht und einer äußeren Nut in einer Außenfläche des Rotors gebildet ist;
6A ein Segment eines Rotors einer elektrischen Maschine nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6B eine vergrößerte Ansicht einer Brücke, die zwischen einer Magnetöffnung in einer inneren Schicht und einer äußeren Flussleitsperre des in 5A gezeigten Rotors gebildet ist;
7A ein Segment eines Rotors einer elektrischen Maschine nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7B eine vergrößerte Ansicht einer zwischenliegenden Flussleitsperre, die mehrere Brücken zwischen einer Magnetöffnung in einer inneren Schicht und einer äußeren Flussleitsperre des in 7A gezeigten Rotors bildet;
7C eine Variante der in den 7A und 7B gezeigten zwischenliegenden Flussleitsperre;
8A einen Ausschnitt eines Rotors einer elektrischen Maschine nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8B eine vergrößerte Ansicht einer zwischenliegenden Flussleitsperre, die zwischen einer Magnetöffnung in einer inneren Schicht und einer äußeren Flussleitsperre des in 8A gezeigten Rotors gebildet ist;
8C eine vergrößerte Ansicht einer zwischenliegenden Flussleitsperre, die zwischen einer Magnetöffnung in einer Zwischenschicht und einer inneren Flussleitsperre des in 8A gezeigten Rotors gebildet ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine elektrische Maschine 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die elektrische Maschine 1 in der vorliegenden Ausführungsform ist zur Verwendung als Fahrantrieb in einem Motorfahrzeug 2 gebildet, wie schematisch in 1 gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 2 ist die elektrische Maschine 1 ein Permanentmagnet-Synchronmotor, der einen Rotor 3 und einen Stator 4 umfasst. Ein Luftspalt wird zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 4 aufrechterhalten. Der Rotor 3 besteht aus mehreren Lamellen eines ferromagnetischen Materials zum Bilden eines Rotor-Eisenkerns. Der Rotor 3 ist dazu ausgebildet, um eine Drehachse Z zu rotieren (die sich senkrecht zu der Seitenebene in 2 erstreckt). Der Rotor 3 umfasst acht (8) Magnetpole 5a-h, die jeweils drei (3) Permanentmagnete 6-n aufweisen (wobei n die Anzahl der Magnete in jedem der Magnetpole 5a-h darstellt). In alternativen Ausführungsformen kann der Rotor 3 weniger oder mehr als acht (8) Magnetpole 5a-h umfassen. Darüber hinaus kann jeder Magnetpol 5a-h weniger oder mehr als drei (3) Magnete 6-n umfassen. Der Stator 4 umfasst mehrere Statorzähne 8, die sich radial nach innen erstrecken, um Spulenwicklungen 9 zu tragen. In der vorliegenden Anordnung umfasst der Stator 4 achtundvierzig (48) Schlitze 8, sodass sechs (6) Schlitze 8 für jeden Magnetpol 5 vorliegen. Die Permanentmagnete 6-n erzeugen einen Magnetfluss, und ein Drehmoment wird erzeugt, um den Rotor 3 durch Bestromen der Spulenwicklung 9 anzutreiben.
Die Magnetpole 5a-h sind in ihrer Winkelstellung voneinander getrennt, und ein Zwischenpolbereich 7a-h ist zwischen benachbarten Magnetpolen 5a-h ausgebildet. Die Magnetpole 5a-h erstrecken sich jeweils von der Drehachse Z des Rotors 3 radial nach außen. Der Rotor 3 weist eine äußere Oberfläche SC1 in Form eines Kreiszylinders mit einem Radius R auf. Die Magnetpole 5a-h haben alle die gleiche allgemeine Konfiguration und der Kürze halber wird hierin nur der erste Magnetpol 5a beschrieben. Ein angenommener Bezugsrahmen für den ersten Magnetpol 5a ist in 3A gezeigt Der Bezugsrahmen umfasst eine Polachse (d-Achse), die mit dem Permanentmagnetfluss des ersten Magnetpols 5a ausgerichtet ist. Eine Zwischenpolachse (q-Achse), die quer zur Richtung des ersten Magnetpols 5a angeordnet ist (d. h. quer zur Polachse (d-Achse)), bildet eine Mittellinie der Zwischenpolbereiche 7a-h. Der Winkelunterschied der d-Achsen von benachbarten Magnetpolen 5a-h beträgt 45°. Der Winkelunterschied der Polachse (d-Achse) des ersten Magnetpols 5a und der Zwischenpolachse (q-Achse) eines benachbarten ersten Zwischenpolbereichs 7a beträgt in der vorliegenden Ausführungsform 30°.
Die Permanentmagnete 6-n sind jeweils in einer jeweiligen Magnetöffnung 10-n montiert, die im Rotor 3 ausgebildet ist. Die Magnetöffnungen 10-n sind interne Öffnungen, die sich im Wesentlichen parallel zu der Drehachse Z erstrecken. Die Permanentmagnete 6-n in dem ersten Magnetpol 5a sind in einer radialen äußeren Schicht L1, einer mittleren Schicht L2 und einer radialen inneren Schicht L3 angeordnet. Wie in 2 gezeigt, sind die äußere Schicht, die Zwischenschicht und die inneren Schichten L1-L3 konzentrisch um die Drehachse Z des Rotors 3 mit einem radialen Versatz zwischen jeder der äußeren, der mittleren und der inneren Schicht L1-L3 angeordnet. Die äußere, mittlere und innere Schicht L1-L3 innerhalb des ersten Pols 5a umfasst jeweils einen der Permanentmagneten 6-n. Die Permanentmagnete 6-n sind jeweils im Wesentlichen senkrecht zum Radius R des Rotors 3 angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform können zwei oder mehr Permanentmagnete 6-n in jeder der äußeren, mittleren und inneren Schichten L1 bis L3 vorgesehen sein. In alternativen Ausführungsformen können die Permanentmagnete 6-n nur in einigen der äußeren, mittleren und inneren Schichten L1 bis L3 angeordnet sein. Beispielsweise können die Magnetpole 5a-h eine äußere Schicht L1 und/oder eine innere Schicht L3 umfassen. In bestimmten Ausführungsformen können die Permanentmagnete 6-n in zusätzlichen Schichten angeordnet sein. Die Magnetöffnungen 10-n umfassen jeweils einen ersten und einen zweiten lateralen Anschlag S-1, S-2, um die seitliche Bewegung der Permanentmagnete 6-n zu verhindern. Der erste und der zweite seitliche Anschlag S-1, S-2 umfassen einen ersten und einen zweiten Vorsprung zum Eingriff mit entsprechenden Seiten des Permanentmagneten 6-n, der in den Magnetöffnungen 10-n angeordnet ist.
Die erste und zweite Flussleitsperre 11-1, 11-2; und die erste und zweite äußere Flussleitsperre 12-1, 12-2 sind jedem der Magnetpole 5a-h zugeordnet. Die Ausdrücke „innen“ und „außen“ werden verwendet, um den Ort der Flussleitsperren relativ zur Polachse (d-Achse) des ersten Magnetpols 5a zu definieren. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind vorgesehen, um die entsprechende Flussdichteverteilung an den lateralen Begrenzungen der Magnetpole 5a-h zu gewährleisten. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind symmetrisch um die Polachse (d-Achse) angeordnet. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 sind an gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten 6-2 in der Zwischenschicht L2 angeordnet; und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind an gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten 6-1 in der inneren Schicht L3 angeordnet. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 umfassen jeweils einen luftgefüllten Hohlraum, der sich in radialer Richtung vom Zentrum des Rotors 3 erstreckt. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind innere Öffnungen (oder Löcher), die in dem Rotor 3 gebildet sind, und sind von der Außenfläche SC1 des Rotors 3 eingesetzt. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind von ferromagnetischem Material des Rotors 3 umgeben. Somit haben die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 einen geschlossenen Umfang.
Die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind der Magnetöffnung 10-1 in der inneren Schicht L3 zugeordnet. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 sind der Zwischenmagnetöffnung 10-2 in der Zwischenschicht L2 zugeordnet. Erste und zweite innere Brücken 13-1, 13-2 sind zwischen der Magnetöffnung 10-1 in der inneren Schicht L3 und den äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 gebildet. Eine erste und zweite Zwischenbrücke 14-1, 14-2 sind zwischen der Zwischenmagnetöffnung 10-2 in der Zwischenschicht L2 und den inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 gebildet. Die Konfiguration der ersten und zweiten inneren Brücken 13-1, 13-2 und der ersten und zweiten Zwischenbrücken 14-1, 14-2 wird nun detaillierter beschrieben.
Wie in 3A gezeigt, sind die erste und die zweite innere Brücke 13-1, 13-2 um die Polachse (d-Achse) symmetrisch und weisen die gleiche Konfiguration auf. Die Konfiguration der ersten inneren Brücke 13-1 wird nun unter Bezugnahme auf 3B beschrieben. Die erste innere Brücke 13-1 umfasst eine innere laterale Seite 15-1, die durch die Magnetöffnung 10-1 definiert wird; und eine äußere laterale Seite 16-1, die durch erste äußere Flussleitsperre 12-1 definiert ist. Die innere laterale Seite 15-1 und die äußere laterale Seite 16-1 bilden gegenüberliegende Seiten der ersten inneren Brücke 13-1 und sind konkav, so dass die erste innere Brücke 13-1 ein bikonkaves Profil aufweist. Die innere laterale Seite 15-1 umfasst obere, mittlere und untere innere Bögen 17A, 17B, 17C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes inneres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 17A, 17B, 17C sind kreisförmige Bögen. Die äußere laterale Seite 16-1 umfasst obere, mittlere und untere äußere Bögen 18A, 18B, 18C, die miteinander verbunden sind, um ein kontinuierliches äußeres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 18A, 18B, 18C sind kreisförmige Bögen. In der vorliegenden Ausführungsform bildet der obere äußere Bogen 18A ein invertiertes Tropfenelement in der ersten äußeren Flussleitsperre 12-1.
Die mittleren inneren und äußeren Bögen 17B, 18B haben zumindest im Wesentlichen den gleichen Radius und zumindest im Wesentlichen die gleiche Länge. Die relative Position und Orientierung des mittleren inneren Bogens 17B und des mittleren äußeren Bogens 18B beeinflussen die in der ersten inneren Brücke 13-1 während des Betriebs der elektrischen Maschine 1 induzierte mechanische Belastung. Die Orientierung des mittleren inneren Bogens 17B wird unter Bezugnahme auf eine innere virtuelle Sehne C1 beschrieben; und die Orientierung des mittleren äußeren Bogens 18B wird unter Bezugnahme auf eine äußere virtuelle Sehne C2 beschrieben. Die innere virtuelle Sehne C1 erstreckt sich zwischen den Enden des mittleren inneren Bogens 17B; und die äußere virtuelle Sehne C2 erstreckt sich zwischen den Enden des mittleren äußeren Bogens 18B. Die relative Position und Orientierung der ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 werden durch die relative Position der Mittelpunkte der mittleren inneren und äußeren Bögen 17B, 18B bestimmt. Die ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 sind um einen ersten Sehnenlinienwinkel α1 zueinander geneigt. Die ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 divergieren voneinander in einer ersten Richtung, die sich vom Rotor 3 nach außen erstreckt. Es wurde erkannt, dass das Verringern des ersten Sehnenlinienwinkels α1 zwischen den ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 die mechanische Spannung innerhalb der ersten inneren Brücke 13-1 gleichmäßiger verteilt. Der erste Sehnenlinienwinkel α1 in der ersten inneren Brücke 13-1 beträgt in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 8,61°. Eine erste Mittellinie CL1 der ersten inneren Brücke 13-1 ist zwischen den ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 definiert. Die erste Mittellinie CL1 ist in einem ersten Mittellinienwinkel relativ zu dem Radius R des Rotors 3 geneigt. Die Anordnung der ersten inneren Brücke 13-1 ist für die zweite innere Brücke 13-2 um die Polachse (d-Achse) gespiegelt.
Wie in 3A gezeigt ist, sind die erste und die zweite Zwischenbrücke 14-1, 14-2 um die Polachse (d-Achse) symmetrisch und haben die gleiche Konfiguration. Die Konfiguration der ersten Zwischenbrücke 14-1 wird nun unter Bezugnahme auf 3C beschrieben. Die erste Zwischenbrücke 14-1 weist eine innere laterale Seite 19-1 auf, die durch die Zwischenmagnetöffnung 10-2 definiert ist; und eine äußere laterale Seite 20-1, die durch die erste innere Flussleitsperre 11-1 definiert ist. Die innere laterale Seite 19-1 und die äußere laterale Seite 20-1 sind konkav, so dass die erste Zwischenbrücke 14-1 ein bikonkaves Profil aufweist. Die innere laterale Seite 19-1 umfasst obere, mittlere und untere innere Bögen 21A, 21B, 21C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes inneres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 21A, 21B, 21C sind kreisförmige Bögen. Die äußere laterale Seite 20-1 umfasst obere, mittlere und untere äußere Bögen 22A, 22B, 22C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes äußeres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 22A, 22B, 22C sind kreisförmige Bögen. Die mittleren inneren und äußeren Bögen 21B, 22B haben zumindest im Wesentlichen den gleichen Radius und zumindest im Wesentlichen die gleiche Länge. Die relative Position und Orientierung des zweiten mittleren inneren Bogens 21B und des zweiten mittleren äußeren Bogens 22B beeinflussen die mechanische Belastung in der ersten Zwischenbrücke 14-1, wenn die elektrische Maschine 1 in Betrieb ist. Die Orientierung des zweiten mittleren inneren Bogens 21B wird unter Bezugnahme auf eine virtuelle zweite innere virtuelle Sehne C3 beschrieben; und die Orientierung des zweiten mittleren äußeren Bogens 22B wird unter Bezugnahme auf eine äußere virtuelle Sehne C4 beschrieben. Die zweite innere virtuelle Sehne C3 erstreckt sich zwischen den Enden des zweiten mittleren inneren Bogens 21B; und die äußere virtuelle Sehne C4 erstreckt sich zwischen den Enden des zweiten mittleren äußeren Bogens 22B. Die relative Position und Orientierung der zweiten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C3, C4 werden durch die relative Position der Mittelpunkte der mittleren inneren und äußeren Bögen 21B, 22B bestimmt. Die zweiten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C3, C4 sind um einen zweiten Sehnenlinienwinkel a2 relativ zueinander geneigt. Die zweiten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C3, C4 weichen in einer ersten Richtung voneinander ab, die sich vom Rotor 3 nach außen erstreckt. Es wurde erkannt, dass das Verringern des zweiten Sehnenlinienwinkels α2 zwischen den zweiten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C3, C4 die mechanische Belastung innerhalb der ersten Zwischenbrücke 14-1 gleichmäßiger verteilt. Der zweite Sehnenlinienwinkel α2 in der ersten Zwischenbrücke 14-1 beträgt in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 7,52°. Eine zweite Mittellinie CL2 der ersten Zwischenbrücke 14-1 ist zwischen den zweiten inneren und äußeren Sehnen C3, C4 definiert. Die zweite Mittellinie CL2 ist um einen zweiten Mittellinienwinkel β2 relativ zum Radius R des Rotors 3 geneigt. Die Anordnung der ersten Zwischenbrücke 14-1 ist um die Polachse (d-Achse) für die zweite Zwischenbrücke 14-2 gespiegelt.
Die ersten und zweiten inneren Brücken 13-1, 13-2 und die ersten und zweiten Zwischenbrücken 14-1, 14-2 sind so konfiguriert, dass sie die mechanische Integrität der Lamellen des Rotors 3 bei hohen Drehzahlen aufrechterhalten und gleichzeitig die Flussdichte steuern. In der vorliegenden Ausführungsform gibt es keine Flussleitsperren, die der äußeren Schicht L1 zugeordnet sind. Es versteht sich, dass in einer Variante zusätzliche Flussleitsperren vorgesehen sein können. Zum Beispiel können Flussleitsperren der äußeren Magnetöffnung 10-3 in der äußeren Schicht L1 zugeordnet sein. Ein Paar dritter Brücken (nicht gezeigt) kann zwischen der äußeren Magnetöffnung 10-3 und den zusätzlichen Flussleitsperren gebildet sein. In einer weiteren Variante können eine oder mehrere der Flussleitsperren eine externe Flussleitsperre sein, die sich nach außen zu einer Seitenwand des Rotors 3 erstrecken kann.
Eine weitere Ausführungsform des Rotors 3 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 4A-C beschrieben. Dieselben Referenzzahlen werden für dieselben Komponenten verwendet. Die Beschreibung dieser Ausführungsform konzentriert sich auf die Unterschiede zu der in den 3A-C gezeigten Ausführungsform.
Der Rotor 3 umfasst sechs (6) Magnetpole 5a-h, die jeweils drei (3) Permanentmagnete 6-n (wobei n die Anzahl der Magneten in jedem der Magnetpole 5a-h darstellt) umfassen, die in einer äußeren Schicht L1, einer mittleren Schicht L2 und einer inneren Schicht L3 angeordnet sind. Die Permanentmagnete 6-n sind in Magnetöffnungen 10-n montiert. Der Rotor 3 umfasst innere Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 umfassen jeweils einen luftgefüllten Hohlraum. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind innere Öffnungen (oder Löcher), die in dem Rotor 3 gebildet sind, und sind von der Außenfläche SC1 des Rotors 3 eingesetzt. Erste und zweite externe Flussleitsperren 23-1, 23-2 sind in der Außenfläche des Rotors 3 gebildet.
Die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind der Magnetöffnung 10-1 in der inneren Schicht L3 zugeordnet. Erste und zweite innere Brücken 13-1, 13-2 sind zwischen der Magnetöffnung 10-1 in der inneren Schicht L3 und den äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 gebildet. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 sind der Zwischenmagnetöffnung 10-2 in der Zwischenschicht L2 zugeordnet. Erste und zweite Zwischenbrücken 14-1, 14-2 sind zwischen der Zwischenmagnetöffnung 10-2 in der Zwischenschicht L2 und den inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 gebildet. Die ersten und zweiten externen Flussleitsperren 23-1, 23-2 sind der äußeren Magnetöffnung 10-3 in der äußeren Schicht L1 zugeordnet. Erste und zweite äußere Brücken 24-1, 24-2 sind zwischen der äußeren Magnetöffnung 10-3 in der äußeren Schicht L1 und der ersten und zweiten externen Flussleitsperre 23-1, 23-2 gebildet.
Wie in 4A gezeigt, sind die ersten und zweiten inneren Brücken 13-1, 13-2 um die Polachse (d-Achse) symmetrisch und weisen die gleiche Konfiguration auf. Die Konfiguration der ersten inneren Brücke 13-1 wird nun unter Bezugnahme auf 4B beschrieben. Die erste innere Brücke 13-1 umfasst eine innere laterale Seite 15-1, die durch die Magnetöffnung 10-1 definiert wird; und eine äußere laterale Seite 16-1, die durch erste äußere Flussleitsperre 12-1 definiert ist. Die innere laterale Seite 15-1 und die äußere laterale Seite 16-1 sind konkav, so dass die erste innere Brücke 13-1 ein bikonkaves Profil aufweist. Die innere laterale Seite 15-1 umfasst obere, mittlere und untere innere Bögen 17A, 17B, 17C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes inneres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 17A, 17B, 17C sind kreisförmige Bögen. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich der erste untere innere Bogen 17C über einen Winkel von mehr als 90° (und typischerweise weniger als 145°). Der untere innere Bogen 17C bildet dadurch ein Tränentropfenmerkmal in der Magnetöffnung 10-1 außerhalb des ersten Magneten 6-1. Die äußere laterale Seite 16-1 umfasst obere, mittlere und untere äußere Bögen 18A, 18B, 18C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes äußeres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 18A, 18B, 18C sind kreisförmige Bögen. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich der obere äußere Bogen 18A, um ein invertiertes Tränentropfenelement in der ersten äußeren Flussleitsperre 12-1 zu bilden. Die erste äußere Flussleitsperre 12-1 umfasst einen konkaven Abschnitt, der an den oberen äußeren Bogen 18A angrenzt. Der konkave Abschnitt kann zum Beispiel durch einen Kreisbogen definiert sein, der mit dem oberen äußeren Bogen 18A verbunden ist.
Die mittleren inneren und äußeren Bögen 17B, 18B haben zumindest im Wesentlichen den gleichen Radius und zumindest im Wesentlichen die gleiche Länge. Die relative Position und Orientierung des mittleren inneren Bogens 17B und des mittleren äußeren Bogens 18B beeinflussen die mechanische Spannung in der ersten inneren Brücke 13-1, wenn die elektrische Maschine 1 in Betrieb ist. Die Orientierung des mittleren inneren Bogens 17B wird unter Bezugnahme auf eine innere virtuelle Sehne C1 beschrieben; und die Orientierung des mittleren äußeren Bogens 18B wird unter Bezugnahme auf eine äußere virtuelle Sehne C2 beschrieben. Die erste innere virtuelle Sehne C1 erstreckt sich zwischen den Enden des mittleren inneren Bogens 17B; und die erste äußere virtuelle Sehne C2 erstreckt sich zwischen den Enden des mittleren äußeren Bogens 18B. Die relative Position und Orientierung der ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 werden durch die relative Position der Mittelpunkte der mittleren inneren und äußeren Bögen 17B, 18B bestimmt. Die ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 sind um einen ersten Sehnenlinienwinkel α1 zueinander geneigt. Die ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 laufen in einer ersten Richtung aufeinander zu, die sich vom Rotor 3 nach außen erstreckt. Es wurde erkannt, dass das Verringern des ersten Sehnenlinienwinkels α1 zwischen den ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 die mechanische Spannung innerhalb der ersten inneren Brücke 13-1 gleichmäßiger verteilt. Der erste Sehnenlinienwinkel α1 in der ersten inneren Brücke 13-1 beträgt in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 1,65°. Eine erste Mittellinie CL1 der ersten inneren Brücke 13-1 ist zwischen den ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 definiert. Die erste Mittellinie CL1 ist in einem ersten Mittellinienwinkel relativ zu dem Radius R des Rotors 3 geneigt. Die Anordnung der ersten inneren Brücke 13-1 ist für die zweite innere Brücke 13-2 um die Polachse (d-Achse) gespiegelt.
Wie in 4A gezeigt, sind die erste und die zweite Zwischenbrücke 14-1, 14-2 um die Polachse (d-Achse) symmetrisch und weisen die gleiche Konfiguration auf. Die Konfiguration der ersten Zwischenbrücke 14-1 wird nun unter Bezugnahme auf 4C beschrieben. Die erste Zwischenbrücke 14-1 weist eine innere laterale Seite 19-1 auf, die durch die Zwischenmagnetöffnung 10-2 definiert ist; und eine äußere laterale Seite 20-1, die durch die erste innere Flussleitsperre 11-1 definiert ist. Die innere laterale Seite 19-1 und die äußere laterale Seite 20-1 sind konkav, so dass die erste Zwischenbrücke 14-1 ein bikonkaves Profil aufweist. Die innere laterale Seite 19-1 umfasst obere, mittlere und untere innere Bögen 21A, 21B, 21C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes inneres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 21A, 21B, 21C sind kreisförmige Bögen. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich der untere innere Bogen 21C über einen Winkel von mehr als 90° (und typischerweise weniger als 145°). Der untere innere Bogen 21C bildet dadurch ein Tränentropfenmerkmal in der Zwischenmagnetöffnung 10-2 außerhalb des zweiten Magneten 6-2. Die äußere laterale Seite 20-1 umfasst obere, mittlere und untere äußere Bögen 22A, 22B, 22C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes äußeres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 22A, 22B, 22C sind kreisförmige Bögen. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich der obere äußere Bogen 22A, um ein invertiertes Tränentropfenelement in der ersten inneren Flussleitsperre 11-1 zu bilden. Die erste innere Flussleitsperre 11-1 umfasst einen konkaven Abschnitt neben dem oberen äußeren Bogen 22A. Der konkave Abschnitt kann zum Beispiel durch einen Kreisbogen definiert sein, der mit dem oberen äußeren Bogen 22A verbunden ist.
Der zweite mittlere innere Bogen 21B und der zweite mittlere äußere Bogen 22B haben zumindest im Wesentlichen den gleichen Radius und zumindest im Wesentlichen die gleiche Länge. Die relative Position und Orientierung des zweiten mittleren inneren Bogens 21B und des zweiten mittleren äußeren Bogens 22B beeinflussen die mechanische Belastung in der ersten Zwischenbrücke 14-1, wenn die elektrische Maschine 1 in Betrieb ist. Die Orientierung des zweiten mittleren inneren Bogens 21B und des zweiten mittleren äußeren Bogens 22B wird hierin unter Bezugnahme auf die jeweiligen zweiten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C3, C4 beschrieben. Die zweite innere virtuelle Sehne C3 erstreckt sich zwischen den Enden des zweiten mittleren inneren Bogens 21B; und die zweite äußere virtuelle Sehne C4 erstreckt sich zwischen den Enden des zweiten mittleren äußeren Bogens 22B. Die relative Position und Orientierung der zweiten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C3, C4 werden durch die relative Position der Mittelpunkte der mittleren inneren und äußeren Bögen 21B, 22B bestimmt. Die zweiten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C3, C4 sind um einen zweiten Sehnenlinienwinkel α2 relativ zueinander geneigt. Die zweiten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C3, C4 laufen in einer ersten Richtung aufeinander zu und erstrecken sich vom Rotor 3 nach außen. Es wurde erkannt, dass das Verringern des zweiten Sehnenlinienwinkels α2 zwischen den zweiten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C3, C4 die mechanische Belastung innerhalb der ersten Zwischenbrücke 14-1 gleichmäßiger verteilt. Der zweite Sehnenlinienwinkel α2 in der ersten Zwischenbrücke 14-1 beträgt in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 0,29°. Eine zweite Mittellinie CL2 der ersten Zwischenbrücke 14-1 ist zwischen den zweiten inneren und äußeren Sehnen C3, C4 definiert. Die zweite Mittellinie CL2 ist um einen zweiten Mittellinienwinkel relativ zu dem Radius R des Rotors 3 geneigt. Die Anordnung der ersten Zwischenbrücke 14-1 ist um die Polachse (d-Achse) für die zweite Zwischenbrücke 14-2 gespiegelt.
Die ersten und zweiten inneren Brücken 13-1, 13-2 und die ersten und zweiten Zwischenbrücken 14-1, 14-2 sind so konfiguriert, dass sie die mechanische Integrität der Lamellen des Rotors 3 bei hohen Drehzahlen aufrechterhalten und gleichzeitig die Flussdichte steuern.
Eine in den 4A-C gezeigte Variante des Rotors 3 wird in den 5A und 5B dargestellt. Dieselben Referenzzahlen werden für dieselben Komponenten verwendet.
Wie in 5A gezeigt, sind die ersten und zweiten äußeren Brücken 24-1, 24-2 zwischen der äußeren Magnetöffnung 10-3 in der äußeren Schicht L3 und der ersten und zweiten äußeren Flussleitsperre 23-1, 23-2 gebildet. Die erste und die zweite äußere Brücke 24-1, 24-2 sind um die Polachse (d-Achse) symmetrisch und haben die gleiche Konfiguration. Die Konfiguration der zweiten äußeren Brücke 24-2 wird nun unter Bezugnahme auf 5B beschrieben. Die zweite äußere Brücke 24-2 umfasst eine innere laterale Seite 25-2, die durch die äußere Magnetöffnung 10-3 definiert ist; und eine äußere laterale Seite 26-2, die durch die zweite externe Nut 23-2 definiert ist. Die innere laterale Seite 25-2 und die äußere laterale Seite 26-2 sind derart konkav, dass die zweite äußere Brücke 24-2 ein bikonkaves Profil aufweist. Die innere laterale Seite 25-2 umfasst obere, mittlere und untere innere Bögen 27A, 27B, 27C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes inneres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 27A, 27B, 27C sind kreisförmige Bögen. Die äußere laterale Seite 26-2 umfasst obere, mittlere und untere äußere Bögen 28A, 28B, 28C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes äußeres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 28A, 28B, 28C sind kreisförmige Bögen.
Der mittlere innere Bogen 27B und der mittlere äußere Bogen 28B haben zumindest im Wesentlichen denselben Radius und zumindest im Wesentlichen dieselbe Länge. Die relative Position und Orientierung des mittleren inneren Bogens 27B und des mittleren äußeren Bogens 28B beeinflussen die mechanische Belastung in der zweiten äußeren Brücke 24-2, wenn die elektrische Maschine 1 arbeitet. Die Orientierung des mittleren inneren Bogens 27B und des mittleren äußeren Bogens 28B wird hier unter Bezugnahme auf jeweilige dritte innere und äußere virtuelle Sehnen C5, C6 beschrieben. Die dritte innere virtuelle Sehne C5 erstreckt sich zwischen den Enden des mittleren inneren Bogens 27B; und die dritte äußere virtuelle Sehne C6 erstreckt sich zwischen den Enden des mittleren äußeren Bogens 28B. Die relative Position und Orientierung der dritten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C5, C6 werden durch die relative Position der Mittelpunkte der mittleren inneren und äußeren Bögen 27B, 28B bestimmt. Die dritten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C5, C6 sind um einen dritten Sehnenlinienwinkel a3 relativ zueinander geneigt. Die dritten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C5, C6 laufen in einer ersten Richtung aufeinander zu und erstrecken sich vom Rotor 3 nach außen. Es wurde erkannt, dass das Verringern des dritten Sehnenlinienwinkels α3 zwischen den dritten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C5, C6 mechanische Belastungen innerhalb der zweiten äußeren Brücke 24-2 gleichmäßiger verteilt. Der dritte Sehnenlinienwinkel α3 in der ersten Zwischenbrücke 14-1 beträgt in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 0,29°. Der dritte Sehnenlinienwinkel α3 kann im Bereich von 0° bis 10° liegen. Eine dritte Mittellinie CL3 der dritten Zwischenbrücke 24-1 ist zwischen den dritten inneren und äußeren Sehnen C5, C6 definiert. Die dritte Mittellinie CL3 ist um einen dritten Mittellinienwinkel relativ zu dem Radius R des Rotors 3 geneigt. Die Anordnung der ersten Zwischenbrücke 24-2 ist um die Polachse (d-Achse) für die erste Zwischenbrücke 24-1 gespiegelt.
Eine weitere Ausführungsform des Rotors 3 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 6A und 6B beschrieben. Dieselben Referenzzahlen werden für dieselben Komponenten verwendet. Die Beschreibung dieser Ausführungsform konzentriert sich auf die Unterschiede zu der in den 4A-C gezeigten Ausführungsform.
Der Rotor 3 umfasst sechs (6) Magnetpole 5a-h, die jeweils drei (3) Permanentmagnete 6-n (wobei n die Anzahl der Magneten in jedem der Magnetpole 5a-h darstellt) umfassen, die in einer äußeren Schicht L1, einer mittleren Schicht L2 und einer inneren Schicht L3 angeordnet sind. Die Permanentmagnete 6-n sind in Magnetöffnungen 10-n montiert. Der Rotor 3 umfasst innere Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 umfassen jeweils einen luftgefüllten Hohlraum. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind innere Öffnungen (oder Löcher), die in dem Rotor 3 gebildet sind, und sind von der Außenfläche SC1 des Rotors 3 eingesetzt.
Die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind der inneren Magnetöffnung 10-1 in der inneren Schicht L3 zugeordnet. Erste und zweite innere Brücken 13-1, 13-2 sind zwischen der inneren Magnetöffnung 10-1 in der inneren Schicht L3 und den äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 gebildet. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 sind der Zwischenmagnetöffnung 10-2 in der Zwischenschicht L2 zugeordnet. Eine erste und zweite Zwischenbrücke 14-1, 14-2 sind zwischen der Zwischenmagnetöffnung 10-2 in der Zwischenschicht L2 und den inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 gebildet.
Wie in 6A gezeigt, sind die erste und die zweite innere Brücke 13-1, 13-2 um die Polachse (d-Achse) symmetrisch und weisen die gleiche Konfiguration auf. Die Konfiguration der ersten inneren Brücke 13-1 wird nun unter Bezugnahme auf 6B beschrieben. Die erste innere Brücke 13-1 umfasst eine innere laterale Seite 15-1, die durch die innere Magnetöffnung 10-1 definiert ist; und eine äußere laterale Seite 16-1, die durch die erste äußere Flussleitsperre 12-1 definiert ist. Die innere laterale Seite 15-1 und die äußere laterale Seite 16-1 sind konkav, so dass die erste innere Brücke 13-1 ein bikonkaves Profil aufweist. Die innere laterale Seite 15-1 umfasst obere, mittlere und untere innere Bögen 17A, 17B, 17C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes inneres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 17A, 17B, 17C sind kreisförmige Bögen. Die äußere laterale Seite 16-1 umfasst obere, mittlere und untere äußere Bögen 18A, 18B, 18C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes äußeres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 18A, 18B, 18C sind kreisförmige Bögen. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich der erste untere äußere Bogen 18C über einen Winkel von mehr als 90° (und weniger als 180°). Der erste untere äußere Bogen 18C bildet ein Tränentropfenmerkmal in der ersten äußeren Flussleitsperre 12-1.
Die mittleren inneren und äußeren Bögen 17B, 18B haben zumindest im Wesentlichen den gleichen Radius und zumindest im Wesentlichen die gleiche Länge. Die relative Position und Orientierung des mittleren inneren Bogens 17B und des mittleren äußeren Bogens 18B beeinflussen die mechanische Spannung in der ersten inneren Brücke 13-1, wenn die elektrische Maschine 1 in Betrieb ist. Die Orientierung des mittleren inneren Bogens 17B wird unter Bezugnahme auf eine erste innere virtuelle Sehne C1 beschrieben; und die Orientierung des mittleren äußeren Bogens 18B wird unter Bezugnahme auf eine erste äußere virtuelle Sehne C2 beschrieben. Die erste innere virtuelle Sehne C1 erstreckt sich zwischen den Enden des mittleren inneren Bogens 17B; und die erste äußere virtuelle Sehne C2 erstreckt sich zwischen den Enden des mittleren äußeren Bogens 18B. Die relative Position und Orientierung der ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 werden durch die relative Position der Mittelpunkte der mittleren inneren und äußeren Bögen 17B, 18B bestimmt. Die ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 sind um einen ersten Sehnenlinienwinkel α1 zueinander geneigt. Die ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 weichen in einer ersten Richtung voneinander ab, die sich vom Rotor 3 nach außen erstreckt. Es wurde erkannt, dass das Verringern des ersten Sehnenlinienwinkels α1 zwischen den ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 die mechanische Spannung innerhalb der ersten inneren Brücke 13-1 gleichmäßiger verteilt. Der erste Sehnenlinienwinkel α1 in der ersten inneren Brücke 13-1 beträgt in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 3,09°. Eine erste Mittellinie CL1 der ersten inneren Brücke 13-1 ist zwischen den ersten virtuellen inneren und äußeren Sehnen C1, C2 definiert. Die erste Mittellinie CL1 ist in einem ersten Mittellinienwinkel relativ zu dem Radius R des Rotors 3 geneigt. Die Anordnung der ersten inneren Brücke 13-1 ist für die zweite innere Brücke 13-2 um die Polachse (d-Achse) gespiegelt.
Die Anordnung der ersten und der zweiten Zwischenbrücken 14-1, 14-2 ist gegenüber den hier mit Bezug auf die 4A-C beschriebenen unverändert.
Die ersten und zweiten inneren Brücken 13-1, 13-2 und die ersten und zweiten Zwischenbrücken 14-1, 14-2 sind so konfiguriert, dass sie die mechanische Integrität der Lamellen des Rotors 3 bei hohen Drehzahlen aufrechterhalten und gleichzeitig die Flussdichte steuern.
Eine weitere Ausführungsform eines Rotors 3 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 7A und 7B beschrieben. Dieselben Referenzzahlen werden für dieselben Komponenten verwendet. Die Beschreibung dieser Ausführungsform konzentriert sich auf die Unterschiede zu der in den 3A-C gezeigten Ausführungsform. Der Rotor 3 in dieser Ausführungsform umfasst acht (8) Magnetpole 5, die jeweils die gleiche Konfiguration aufweisen. In den 8A-8C ist nur ein erster Magnetpol 5a gezeigt. Jeder Magnetpol 5-n in dem Rotor 3 ist symmetrisch um die d-Achse, und die Beschreibung hier konzentriert sich auf die Konfiguration der Merkmale auf einer Seite davon.
Der Rotor 3 dient zur Verwendung in einem Permanentmagnet-Synchronmotor. Der Rotor 3 besteht aus mehreren Lamellen eines ferromagnetischen Materials zum Bilden eines Rotor-Eisenkerns. Der Rotor 3 ist in einem Stator angeordnet, der mehrere Spulenwicklungen aufweist. Der Rotor 3 umfasst acht (8) Magnetpole 5a-h, die jeweils drei (3) Permanentmagnete 6-n aufweisen (wobei n die Anzahl der Magnete in jedem der Magnetpole 5a-h darstellt). In alternativen Ausführungsformen kann der Rotor 3 weniger oder mehr als acht (8) Magnetpole 5a-h umfassen. Darüber hinaus kann jeder Magnetpol 5a-h weniger oder mehr als drei (3) Magnete 6-n umfassen. In der vorliegenden Ausführungsform hat jeder Magnet 6-n eine Längsmittellinie, die sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung (d. h. senkrecht zu einem Radius des Rotors 3) erstreckt. Die Permanentmagnete 6-n erzeugen einen Magnetfluss, und ein Drehmoment wird erzeugt, um den Rotor 3 durch Bestromen der Spulenwicklungen in einem Stator anzutreiben. Im Gebrauch dreht sich der Rotor 3 um eine Drehachse Z (die sich senkrecht zur Seitenebene in 7A erstreckt).
Die Anordnung der Magnetpole 5a-h ist dieselbe wie die in 3A dargestellte Anordnung. Die Magnetpole 5a-h sind in ihrer Winkelstellung voneinander getrennt, und ein Zwischenpolbereich 7a-h ist zwischen benachbarten Magnetpolen 5a-h ausgebildet. Die Magnetpole 5a-h erstrecken sich jeweils von der Drehachse Z des Rotors 3 radial nach außen. Der Rotor 3 hat eine Außenfläche SC1 in Form eines Kreiszylinders. Die Magnetpole 5a-h alle haben die gleiche allgemeine Konfiguration und der Kürze halber wird hierin nur ein erster Magnetpol 5a beschrieben. Der Bezugsrahmen umfasst eine Polachse (d-Achse), die an dem Permanentmagnetfluss des ersten Magnetpols 5a ausgerichtet ist. Eine Zwischenpolachse (q-Achse), die quer zur Richtung des ersten Magnetpols 5a angeordnet ist (d. h. quer zur Polachse (d-Achse)), bildet eine Mittellinie der Zwischenpolbereiche 7a-h. Der Rotor 3 in der vorliegenden Ausführungsform umfasst acht (8) Magnetpole, und der Winkelabstand der d-Achsen benachbarter Magnetpole 5a-h beträgt 45°. Der Winkelabstand der Polachse (d-Achse) des ersten Magnetpols 5a und der Zwischenpolachse (q-Achse) eines benachbarten ersten Zwischenpolbereichs 7a beträgt in der vorliegenden Ausführungsform 22,5°. Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Prinzipien in einer elektrischen Maschine 1 mit einer unterschiedlichen Anzahl an Magnetpolen 5-n implementiert werden können. Zum Beispiel kann der Rotor 3 zehn (10) Magnetpole aufweisen, die einem Winkelabstand von 36° zwischen den d-Achsen benachbarter Magnetpole und einem Winkelabstand von 18° zwischen der Polachse (d-Achse) und der Zwischenpolachse (q-Achse) eines benachbarten ersten Zwischenpolbereichs 7a entsprechen. Als weiteres Beispiel kann der Rotor 3 sechs (6) Magnetpole umfassen, die einem Winkelabstand von 60° zwischen den d-Achsen benachbarter Magnetpole und einem Winkelabstand von 30° zwischen der Polachse (d-Achse) und der Zwischenpolachse (q-Achse) eines benachbarten ersten Zwischenpolbereichs 7a entsprechen.
Der Rotor 3 weist mehrere gleiche Pole 5a-f auf und der erste Pol 5a wird in 7A gezeigt. Die Permanentmagnete 6-n sind jeweils in einer jeweiligen Magnetöffnung 10-n montiert, die im Rotor 3 ausgebildet ist. Die Magnetöffnungen 10-n sind interne Öffnungen, die sich im Wesentlichen parallel zu der Drehachse Z erstrecken. Die Permanentmagnete 6-n in dem ersten Magnetpol 5a sind in einer radialen äußeren Schicht L1, einer mittleren Schicht L2 und einer radialen inneren Schicht L3 angeordnet. Wie in 7A gezeigt, sind die äußere, mittlere und innere Schicht L1-L3 konzentrisch um die Drehachse Z des Rotors 3 mit einem radialen Versatz zwischen jeder der äußeren, mittleren und inneren Schicht L1-L3 angeordnet. Die äußere, mittlere und innere Schicht L1-L3 innerhalb des ersten Pols 5a umfasst jeweils einen der Permanentmagneten 6-n. Die Permanentmagnete 6-n sind jeweils im Wesentlichen senkrecht zum Radius R des Rotors 3 angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform können zwei oder mehr Permanentmagnete 6-n in jeder der äußeren, mittleren und inneren Schichten L1 bis L3 vorgesehen sein. In alternativen Ausführungsformen können die Permanentmagnete 6-n nur in einigen der äußeren, mittleren und inneren Schichten L1 bis L3 angeordnet sein. Beispielsweise können die Magnetpole 5a-h eine äußere Schicht L1 und/oder eine innere Schicht L3 umfassen. In bestimmten Ausführungsformen können die Permanentmagnete 6-n in zusätzlichen Schichten angeordnet sein. Die Magnetöffnungen 10-n umfassen jeweils einen ersten und einen zweiten lateralen Anschlag, um eine seitliche Bewegung der Permanentmagnete 6-n zu verhindern. Der erste und der zweite laterale Anschlag umfassen einen ersten und einen zweiten Vorsprung zum Eingriff mit entsprechenden Seiten des Permanentmagneten 6-n, der in den Magnetöffnungen 10-n angeordnet ist.
Die erste und zweite Flussleitsperre 11-1, 11-2; und die erste und zweite äußere Flussleitsperre 12-1, 12-2 sind jedem der Magnetpole 5a-h zugeordnet. Die Begriffe „innen“ und „außen“ werden verwendet, um den Ort der Flussleitsperren relativ zur Polachse (d-Achse) des ersten Magnetpols 5a zu definieren. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind vorgesehen, um die entsprechende Flussdichteverteilung an den lateralen Begrenzungen der Magnetpole 5a-h zu gewährleisten. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind symmetrisch um die Polachse (d-Achse) angeordnet. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 sind an gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten 6-2 in der Zwischenschicht L2 angeordnet; und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind an gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten 6-1 in der inneren Schicht L3 angeordnet. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 umfassen jeweils einen luftgefüllten Hohlraum, der sich in radialer Richtung vom Zentrum des Rotors 3 erstreckt. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind innere Öffnungen (oder Löcher), die in dem Rotor 3 gebildet sind, und werden von der Außenfläche SC1 des Rotors 3 eingesetzt. Die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 sind von ferromagnetischem Material des Rotors 3 umgeben. Somit haben die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 und die äußeren Flussleitsperren 12-1, 12-2 einen geschlossenen Umfang.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der erste Magnetpol 5a erste und zweite zwischenliegende Flussleitsperren 30-1, 30-2. Wie in 7A gezeigt, weisen die erste und die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-1, 30-2 jeweils eine Lücke auf. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die erste und die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-1, 30-2 jeweils ein im Wesentlichen tränentropfenförmiges Profil auf. Die erste und die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-1, 30-2 sind zwischen der inneren Magnetöffnung 10-1 und der ersten und der zweiten äußeren Flussleitsperre 12-1, 12-2 angeordnet. Die erste und die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-1, 30-2 weisen jeweils eine Hauptachse auf, die in einem Winkel von ungefähr 22,5° relativ zu einem Radius des Rotors 3 geneigt ist. Die erste und die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-1 sind an gegenüberliegenden Seiten der inneren Magnetöffnung 10-1 zwischen der inneren lateralen Seite 15-1 der inneren Magnetöffnung 10-1 und der äußeren lateralen Seite 16-1 der ersten äußeren Flussleitsperre 12-1 gebildet. Die zwischenliegenden Flussleitsperren 30-1, 30-2 sind von dem ferromagnetischen Material des Rotors 3 umgeben. Somit haben die zwischenliegenden Flussleitsperren 30-1, 30-2 einen geschlossenen Umfang.
Die erste und die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-1 teilen effektiv jede der ersten und zweiten inneren Brücken 13-1, 13-2 der in den 3A-3C gezeigten Ausführungsform entlang ihrer Länge auf. Somit umfasst der erste Magnetpol 5a eine erste, zweite, dritte und vierte innere Brücke 13-1 bis 13-4. Die erste und die zweite innere Brücke 13-1, 13-2 sind auf einer ersten Seite der inneren Magnetöffnung 10-1 angeordnet; und die dritte und vierte innere Brücke 13-3, 13-4 sind auf einer zweiten Seite der inneren Magnetöffnung 10-1 angeordnet. Jede der ersten, zweiten, dritten und vierten inneren Brücken 13-1 bis 13-4 in der vorliegenden Ausführungsform ist schmaler als die ersten und zweiten inneren Brücken 13-1, 13-2 in den vorhergehenden Ausführungsformen. Die Zwischen- und Außenmagnetöffnungen 10-2, 10-3 (die in der Zwischenschicht L2 bzw. der Außenschicht L3 angeordnet sind) und die inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 sind im Wesentlichen gegenüber der hier mit Bezug auf die 3A-3C beschriebenen Anordnung unverändert.
Die Konfiguration der dritten und der vierten inneren Brücke 13-3, 13-4 wird nun unter Bezugnahme auf 7B beschrieben. Die dritte innere Brücke 13-3 umfasst eine innere laterale Seite 31-3, die durch die innere Magnetöffnung 10-1 definiert wird und eine äußere laterale Seite 32-3, die durch die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-2 definiert ist. Die innere laterale Seite 31-3 und die äußere laterale Seite 32-3 bilden gegenüberliegende Seiten der dritten inneren Brücke 13-3 und sind derart konkav, dass die dritte innere Brücke 13-3 ein bikonkaves Profil aufweist. Die innere laterale Seite 31-3 umfasst obere, mittlere und untere innere Bögen 33A, 33B, 33C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes inneres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 33A, 33B, 33C sind kreisförmige Bögen. Die äußere laterale Seite 32-3 umfasst obere, mittlere und untere äußere Bögen 34A, 34B, 34C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes äußeres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 34A, 34B, 34C sind kreisförmige Bögen. In der vorliegenden Ausführungsform bildet der obere innere Bogen 34A in der inneren Magnetöffnung 10-1 ein umgekehrtes Tränentropfenelement. Die mittleren inneren und äußeren Bögen 33B, 34B liegen einander gegenüber und haben zumindest im Wesentlichen den gleichen Radius. Der Radius des oberen inneren Bogens 33A beträgt 0,63 mm, des mittleren inneren Bogens 33B beträgt 6 mm und des unteren inneren Bogens 33C beträgt 0,53 mm. Der Radius des oberen äußeren Bogens 34A beträgt 0,7 mm; der Radius des mittleren äußeren Bogens 34B beträgt 7 mm; und der Radius des unteren äußeren Bogens 34C beträgt 1,5 mm.
Eine erste innere virtuelle Sehne C1 erstreckt sich zwischen den Enden des mittleren inneren Bogens 33B; und eine erste äußere virtuelle Sehne C2 erstreckt sich zwischen den Enden des mittleren äußeren Bogens 34B. Die ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 sind um einen ersten Sehnenlinienwinkel α1 relativ zueinander geneigt. Die ersten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C1, C2 laufen in einer ersten Richtung aufeinander zu, die sich vom Rotor 3 nach außen erstreckt. Es wurde erkannt, dass das Verringern des ersten Sehnenlinienwinkels α1 die mechanische Belastung innerhalb der dritten Brücke 13-3 gleichmäßiger verteilt. Der erste Sehnenlinienwinkel α1 in der dritten inneren Brücke 13-3 beträgt in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 12°. Die erste innere virtuelle Sehne C1 ist an einem inneren Sehnenwinkel β relativ zu einer Längsmittellinie des inneren Magneten 6-1 ausgerichtet. Der Innensehnenwinkel β beträgt in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 93°.
Die vierte innere Brücke 13-4 umfasst eine innere laterale Seite 35-4, die durch die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-2 definiert ist, und eine äußere laterale Seite 36-4, die durch die zweite äußere Flussleitsperre 12-2 definiert ist. Die innere laterale Seite 35-4 und die äußere laterale Seite 36-4 bilden gegenüberliegende Seiten der vierten inneren Brücke 13-4 und sind derart konkav, dass die vierte innere Brücke 13-4 ein bikonkaves Profil aufweist. Die innere laterale Seite 35-4 umfasst obere, mittlere und untere innere Bögen 37A, 37B, 37C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes inneres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 37A, 37B, 37C sind kreisförmige Bögen. Die äußere laterale Seite 36-4 umfasst obere, mittlere und untere äußere Bögen 38A, 38B, 38C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes äußeres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 38A, 38B, 38C sind kreisförmige Bögen. In der vorliegenden Ausführungsform bildet der obere äußere Bogen 38A ein invertiertes Tränentropfenelement in der zweiten äußeren Flussleitsperre 12-1. Die mittleren inneren und äußeren Bögen 37B, 37B liegen einander gegenüber und haben zumindest im Wesentlichen den gleichen Radius. Der Radius des oberen inneren Bogens 37A beträgt 0,7 mm; des mittleren inneren Bogesn 37B beträgt 12 mm; und des unteren inneren Bogens 37C beträgt 1,5 mm. Der Radius des oberen äußeren Bogens 38A beträgt 0,7 mm; der Radius des mittleren äußeren Bogens 38B beträgt 12 mm; und der Radius des unteren äußeren Bogens 38C beträgt 1,2 mm.
Die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-2 ist durch die äußere laterale Seite 32-3 der dritten inneren Brücke 13-3 und die innere laterale Seite 35-4 der vierten inneren Brücke 13-3 definiert. Die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-2 hat ein im Wesentlichen durchgehendes Außenprofil. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-2 die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 34A, 34B, 34C der äußeren lateralen Seite 32-3; und die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 37A, 37B, 37C der inneren lateralen Seite 35-4. Der obere äußere Bogen 34A und der obere innere Bogen 37A haben eine gemeinsame Mitte und den gleichen Radius, wodurch sie sich zu einem oberen Kreisbogen mit einem kontinuierlichen kreisförmigen Profil verbinden. Der untere äußere Bogen 34C und der untere innere Bogen 37C haben einen gemeinsamen Mittelpunkt und den gleichen Radius, wodurch sie sich zu einem unteren Kreisbogen mit einem durchgehenden kreisförmigen Profil verbinden. Die oberen und unteren Kreisbögen bilden gegenüberliegende Nebenseiten der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2. Eine Hauptachse der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2 erstreckt sich durch die Mittelpunkte der oberen und unteren durchgehenden Kreisbögen. Die Hauptachse der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2 ist in einem Winkel von 22° auf einen Radius des Rotors 3 ausgerichtet. Eine Nebenachse der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2 verläuft senkrecht zur Hauptachse. Der mittlere äußere Bogen 34B und der mittlere innere Bogen 37B bilden gegenüberliegende Hauptseiten der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2.
Eine zweite innere virtuelle Sehne C3 erstreckt sich zwischen den Enden des mittleren inneren Bogens 37B; und eine zweite äußere virtuelle Sehne C4 erstreckt sich zwischen den Enden des mittleren äußeren Bogens 38B. Die zweiten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C3, C4 sind um einen zweiten Sehnenlinienwinkel α2 relativ zueinander geneigt. Die zweiten inneren und äußeren virtuellen Sehnen C3, C4 laufen in einer ersten Richtung aufeinander zu und erstrecken sich vom Rotor 3 nach außen. Es wurde erkannt, dass das Verringern des zweiten Sehnenlinienwinkels α2 die mechanische Belastung innerhalb der dritten Brücke 13-3 gleichmäßiger verteilt. Der zweite Sehnenlinienwinkel α2 in der vierten inneren Brücke 13-4 beträgt in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 2°. Die zweite äußere virtuelle Sehne C4 ist in einem äußeren Sehnenwinkel γ relativ zur Längsmittellinie des inneren Magneten 6-1 ausgerichtet. Der äußere Sehnenwinkel γ beträgt in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 45°.
Die erste, zweite, dritte und vierte innere Brücke 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 sind derart konfiguriert, dass sie die mechanische Integrität der Lamellen des Rotors 3 bei hohen Drehzahlen aufrechterhalten und gleichzeitig die Flussdichte steuern. In der vorliegenden Ausführungsform gibt es keine zwischenliegenden Flussleitsperren, die der Zwischenschicht L2 oder der Außenschicht L1 zugeordnet sind. Es versteht sich, dass zusätzliche zwischenliegende Flussleitsperren 30-1 vorgesehen sein können. Zum Beispiel können zwischenliegende Flussleitsperren der äußeren Magnetöffnung 10-3 in der äußeren Schicht L1 zugeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können zwischenliegende Flussleitsperren der Zwischenmagnetöffnung 10-2 in der Zwischenschicht L2 zugeordnet sein.
Eine in den 7A und 7B gezeigte Variante des Rotors 3 ist in 7C gezeigt. Die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-2 ist durch die äußere laterale Seite 32-3 der dritten inneren Brücke 13-3 und die innere laterale Seite 35-4 der vierten inneren Brücke 13-3 definiert. Die zweite zwischengelagerte Flussleitsperre 30-2 umfasst die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 34A, 34B, 34C der äußeren lateralen Seite 32-3; und die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 37A, 37B, 37C der inneren lateralen Seite 35-4. Der obere äußere Bogen 34A und der obere innere Bogen 37A haben eine gemeinsame Mitte und den gleichen Radius, wodurch sie sich zu einem oberen Kreisbogen mit einem durchgehenden kreisförmigen Profil verbinden. Der untere äußere Bogen 34C und der untere innere Bogen 37C haben einen gemeinsamen Mittelpunkt und den gleichen Radius, wodurch sie sich zu einem unteren Kreisbogen mit einem durchgehenden kreisförmigen Profil verbinden. Die oberen und unteren Kreisbögen bilden gegenüberliegende Nebenseiten der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2. Eine Hauptachse der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2 erstreckt sich durch die Mittelpunkte der oberen und unteren durchgehenden Kreisbögen. Die Hauptachse der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2 ist in einem Winkel von 22° auf einen Radius des Rotors 3 ausgerichtet. Der Radius des oberen inneren Bogens 33A beträgt 0,4 mm, des mittleren inneren Bogens 33B beträgt 7,5 mm und der untere innere Bogen 33C beträgt 0,5 mm. Der Radius des oberen äußeren Bogens 34A beträgt 0,6 mm; der Radius des mittleren äußeren Bogens 34B beträgt 10 mm; und der Radius des unteren äußeren Bogens 34C beträgt 1,7 mm. Der Radius des oberen inneren Bogens 37A beträgt 0,6 mm; des mittleren inneren Bogens 37B beträgt 12 mm; und der untere innere Bogen 37C beträgt 1,7 mm. Der Radius des oberen äußeren Bogens 38A beträgt 0,6 mm; der Radius des mittleren äußeren Bogens 38B beträgt 12 mm; und der Radius des unteren äußeren Bogens 38C beträgt 1,1 mm.
Eine weitere Ausführungsform des Rotors 3 wird in den 8A, 8B und 8C gezeigt. Diese Ausführungsform ist eine Modifikation der in den 7A und 7B gezeigten Ausführungsform. In der Beschreibung dieser Anordnung werden für gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet. Der Rotor 3 in dieser Ausführungsform umfasst acht (8) Magnetpole 5, die jeweils die gleiche Konfiguration haben. In den 8A-8C ist nur ein erster Magnetpol 5a gezeigt. Der erste Magnetpol 5a ist um eine d-Achse symmetrisch, und die Beschreibung hier konzentriert sich auf die Konfiguration der Merkmale auf einer Seite davon. Es versteht sich, dass die Merkmale auf der anderen Seite des ersten Magnetpols 5a gleich sind.
Die dritte und vierte innere Brücke 13-3, 13-4 werden in 8B gezeigt. Die dritte innere Brücke 13-3 umfasst eine innere laterale Seite 31-3, die durch die innere Magnetöffnung 10-1 definiert wird. und eine äußere laterale Seite 32-3, die durch die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-2 definiert ist. Die innere laterale Seite 31-3 und die äußere laterale Seite 32-3 bilden gegenüberliegende Seiten der dritten inneren Brücke 13-3 und sind derart konkav, dass die dritte innere Brücke 13-3 ein bikonkaves Profil aufweist. Die innere laterale Seite 31-3 umfasst einen mittleren inneren Bogen 33B und einen unteren Bogen 33C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes inneres Profil zu bilden. Die mittleren und unteren inneren Bögen 33B, 33C sind beide kreisförmige Bögen. Die äußere laterale Seite 32-3 umfasst obere, mittlere und untere äußere Bögen 34A, 34B, 34C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes äußeres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 34A, 34B, 34C sind kreisförmige Bögen. Die mittleren, inneren und äußeren Bögen 33B, 34B liegen einander gegenüber. Der mittlere innere Bogen 33B und der mittlere äußere Bogen 34B haben im Wesentlichen den gleichen Radius. In der vorliegenden Ausführungsform hat der mittlere innere Bogen 33B einen Radius von 20 mm; der untere innere Bogen 33C hat einen Radius von 0,7 mm; der obere äußere Bogen 34A hat einen Radius von 0,7 mm; der mittlere äußere Bogen 34B hat einen Radius von 20 mm; und der untere äußere Bogen 34C hat einen Radius von 0,86 mm. Es versteht sich, dass die Radien der Bögen, die die innere laterale Seite 31-3 und die äußere laterale Seite 32-3 bilden, in Varianten unterschiedlich sein können.
Die vierte innere Brücke 13-4 umfasst eine innere laterale Seite 35-4, die durch die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-2 definiert ist, und eine äußere laterale Seite 36-4, die durch die zweite äußere Flussleitsperre 12-2 definiert ist. Die innere laterale Seite 35-4 und die äußere laterale Seite 36-4 bilden gegenüberliegende Seiten der vierten inneren Brücke 13-4 und sind derart konkav, dass die vierte innere Brücke 13-4 ein bikonkaves Profil aufweist. Die innere laterale Seite 35-4 umfasst obere, mittlere und untere innere Bögen 37A, 37B, 37C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes inneres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 37A, 37B, 37C sind kreisförmige Bögen. Die äußere laterale Seite 36-4 umfasst obere, mittlere und untere äußere Bögen 38A, 38B, 38C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes äußeres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 38A, 38B, 38C sind kreisförmige Bögen. In der vorliegenden Ausführungsform bildet der obere äußere Bogen 38A ein invertiertes Tränentropfenelement in der zweiten äußeren Flussleitsperre 12-1. Die mittleren inneren und äußeren Bögen 37B, 38B sind an gegenüberliegenden Seiten der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform hat der obere innere Bogen 37A einen Radius von 0,7 mm; der mittlere innere Bogen 37B hat einen Radius von 16 mm; der untere innere Bogen 37C hat einen Radius von 0,86 mm; der obere äußere Bogen 38A hat einen Radius von 0,76 mm; der mittlere äußere Bogen 38B hat einen Radius von 18 mm; und der untere äußere Bogen 38C hat einen Radius von 1,1 mm. Es versteht sich, dass die Radien der Bögen, die die innere laterale Seite 35-4 und die äußere laterale Seite 36-4 bilden, in Varianten unterschiedlich sein können.
Die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-2 ist durch die äußere laterale Seite 32-3 der dritten inneren Brücke 13-3 und die innere laterale Seite 35-4 der vierten inneren Brücke 13-4 definiert. Die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-2 hat ein im Wesentlichen durchgehendes Außenprofil. In der vorliegenden Ausführungsform besteht die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-2 aus den oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 34A, 34B, 34C der äußeren lateralen Seite 32-3; und die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 37A, 37B, 37C der inneren lateralen Seite 35-4. Der obere äußere Bogen 34A und der obere innere Bogen 37A haben eine gemeinsame Mitte und den gleichen Radius, wodurch sie sich zu einem oberen Kreisbogen mit einem durchgehenden kreisförmigen Profil verbinden. Der untere äußere Bogen 34C und der untere innere Bogen 37C haben einen gemeinsamen Mittelpunkt und den gleichen Radius, wodurch sie sich zu einem unteren Kreisbogen mit einem durchgehenden kreisförmigen Profil verbinden. Die oberen und unteren Kreisbögen bilden gegenüberliegende Nebenseiten der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2. Eine Hauptachse der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2 erstreckt sich durch die Mittelpunkte der oberen und unteren durchgehenden Kreisbögen. Eine Nebenachse der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2 verläuft senkrecht zur Hauptachse. Der mittlere äußere Bogen 34B und der mittlere innere Bogen 37B bilden gegenüberliegende Hauptseiten der zweiten zwischenliegenden Flussleitsperre 30-2. Der mittlere innere Bogen 37B hat einen kleineren Radius als der mittlere äußere Bogen 34B, so dass die zweite zwischenliegende Flussleitsperre 30-2 nicht symmetrisch um ihre Hauptachse ist.
Mit besonderem Bezug auf 8C umfasst der Rotor 3 in dieser Variante dritte und vierte zwischenliegende Flussleitsperren 39-1, 39-2, die der Zwischenmagnetöffnung 10-2 in der Zwischenschicht L2 zugeordnet sind. Die dritte und vierte zwischenliegende Flussleitsperre 39-1, 39-2 sind zwischen der Zwischenmagnetöffnung 10-2 in der Zwischenschicht L2 und den inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2 angeordnet. In dieser Anordnung sind erste, zweite, dritte und vierte Zwischenbrücken 14-1, 14-2, 14-3, 14-4 in der Zwischenschicht L2 gebildet. Die zwischenliegenden Flussleitsperren 39-1, 39-2, die der Zwischenmagnetöffnung 10-2 in der Zwischenschicht L2 zugeordnet sind, weisen jeweils einen Hohlraum auf, der in dem Rotor 3 gebildet ist. Die Hauptachse jeder zwischenliegenden Flussleitsperre 39-1, 39-2 ist um einen Winkel von ungefähr 8,5° relativ zu einem Radius des Rotors 3 geneigt. In Varianten kann die Hauptachse der zwischenliegenden Flussleitsperren 39-1, 39-2 in einem Winkel im Bereich von 0° bis 45° relativ zum Radius des Rotors 3 geneigt sein. Die zwischenliegenden Flussleitsperren 39-1, 39-2 sind von dem ferromagnetischen Material des Rotors 3 umgeben. Somit weisen die zwischenliegenden Flussleitsperren 39-1, 39-2 einen geschlossenen Umfang auf.
Die dritte und vierte zwischenliegende Flussleitsperre 39-1, 39-2 bilden die erste, zweite, dritte und vierte Zwischenbrücke 14-1 bis 14-4. Die erste und die zweite Zwischenbrücke 14-1, 14-2 sind auf einer ersten Seite der Zwischenmagnetöffnung 10-2 angeordnet; und die dritte und vierte Zwischenbrücke 14-3, 14-4 sind auf einer zweiten Seite der Zwischenmagnetöffnung 10-2 angeordnet. Jede der ersten, zweiten, dritten und vierten Zwischenbrücken 14-1 bis 14-4 in der vorliegenden Ausführungsform ist schmaler als die ersten und zweiten Zwischenbrücken 14-1, 14-2 in den vorhergehenden Ausführungsformen.
Die dritte und vierte Zwischenbrücke 14-3, 14-4 werden in 8C gezeigt. Die dritte Zwischenbrücke 14-3 umfasst eine innere laterale Seite 40-3, die durch die Zwischenmagnetöffnung 10-2 definiert ist, und eine äußere laterale Seite 41-3, die durch die vierte zwischenliegende Flussleitsperre 39-2 definiert ist. Die innere laterale Seite 40-3 und die äußere laterale Seite 41-3 bilden gegenüberliegende Seiten der dritten Zwischenbrücke 14-3 und sind derart konkav, dass die dritte Zwischenbrücke 14-3 ein bikonkaves Profil aufweist. Die innere laterale Seite 40-3 umfasst einen mittleren inneren Bogen 42B und einen unteren Bogen 42C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes inneres Profil zu bilden. Die mittleren und unteren inneren Bögen 42B, 42C sind beide kreisförmige Bögen. Die äußere laterale Seite 41-3 umfasst obere, mittlere und untere äußere Bögen 43A, 43B, 43C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes äußeres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 43A, 43B, 43C sind kreisförmige Bögen. Die mittleren inneren und äußeren Bögen 42B, 43B liegen einander gegenüber. In der vorliegenden Ausführungsform hat der mittlere innere Bogen 42B einen Radius von 16,1 mm; der untere innere Bogen 42C hat einen Radius von 0,56 mm; der obere äußere Bogen 43A hat einen Radius von 0,34 mm; der mittlere äußere Bogen 43B hat einen Radius von 10,88 mm; und der untere äußere Bogen 43C hat einen Radius von 0,34 mm. Es versteht sich, dass die Radien der Bögen, die die innere laterale Seite 40-3 und die äußere laterale Seite 41-3 bilden, in Varianten unterschiedlich sein können.
Die vierte Zwischenbrücke 14-4 umfasst eine innere laterale Seite 44-4, die durch die vierte zwischenliegende Flussleitsperre 39-2 definiert ist, und eine äußere laterale Seite 45-4, die durch die zweite äußere Flussleitsperre 11-2 definiert ist. Die innere laterale Seite 44-4 und die äußere laterale Seite 45-4 bilden gegenüberliegende Seiten der vierten Zwischenbrücke 14-4 und sind konkav, so dass die vierte Zwischenbrücke 14-4 ein bikonkaves Profil aufweist. Die innere laterale Seite 44-4 umfasst obere, mittlere und untere innere Bögen 46A, 46B, 46C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes inneres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 46A, 46B, 46C sind kreisförmige Bögen. Die äußere laterale Seite 45-4 umfasst obere, mittlere und untere äußere Bögen 47A, 47B, 47C, die miteinander verbunden sind, um ein durchgehendes äußeres Profil zu bilden. Die oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 47A, 47B, 47C sind kreisförmige Bögen. In der vorliegenden Ausführungsform hat der obere innere Bogen 46A einen Radius von 0,34 mm; der mittlere innere Bogen 46B hat einen Radius von 17,84 mm; der untere innere Bogen 46C hat einen Radius von 0,34 mm; der obere äußere Bogen 47A hat einen Radius von 1,07 mm; der mittlere äußere Bogen 47B hat einen Radius von 12 mm; und der untere äußere Bogen 47C hat einen Radius von 0,64 mm. Es versteht sich, dass die Radien der Bögen, die die innere laterale Seite 44-4 und die äußere laterale Seite 45-4 bilden, in Varianten unterschiedlich sein können.
Die vierte zwischenliegende Flussleitsperre 39-2 ist durch die äußere laterale Seite 41-3 der dritten Zwischenbrücke 14-3 und die innere laterale Seite 44-4 der vierten inneren Brücke 14-4 definiert. Die vierte zwischenliegende Flussleitsperre 39-2 hat ein im Wesentlichen durchgehendes Außenprofil. In der vorliegenden Ausführungsform besteht die vierte zwischenliegende Flussleitsperre 39-2 aus den oberen, mittleren und unteren äußeren Bögen 43A, 43B, 43C der äußeren lateralen Seite 41-3; und den oberen, mittleren und unteren inneren Bögen 46A, 46B, 46C der inneren lateralen Seite 44-4. Der obere äußere Bogen 43A und der obere innere Bogen 46A haben eine gemeinsame Mitte und den gleichen Radius, wodurch sie sich zu einem oberen Kreisbogen mit einem durchgehenden Kreisprofil verbinden. Der untere äußere Bogen 43C und der untere innere Bogen 46C haben einen gemeinsamen Mittelpunkt und den gleichen Radius, wodurch sie sich zu einem unteren Kreisbogen mit einem durchgehenden kreisförmigen Profil verbinden. Der obere und der untere Kreisbogen bilden gegenüberliegende Nebenseiten der vierten zwischenliegenden Flussleitsperre 39-2. Eine Hauptachse der vierten zwischenliegenden Flussleitsperre 39-2 erstreckt sich durch die Mittelpunkte der oberen und unteren durchgehenden Kreisbögen. Eine Nebenachse der vierten zwischenliegenden Flussleitsperre 39-2 erstreckt sich senkrecht zur Hauptachse. Der mittlere äußere Bogen 43B und der mittlere innere Bogen 46B bilden gegenüberliegende Hauptseiten der vierten zwischenliegenden Flussleitsperre 39-2. Der mittlere innere Bogen 46B hat einen größeren Radius als der mittlere äußere Bogen 43B, so dass die vierte zwischenliegende Flussleitsperre 39-2 nicht um ihre Hauptachse symmetrisch ist. Die vierte zwischenliegende Flussleitsperre 39-2 ist jedoch symmetrisch um ihre Nebenachse.
Der Rotor 3 umfasst auch zwischenliegende Flussleitsperren 40-1, 40-2, die der äußeren Magnetöffnung 10-3 in der äußeren Schicht L1 zugeordnet sind. Die zwischenliegenden Flussleitsperren 40-1, 40-2 liegen zwischen der äußeren Magnetöffnung 10-3 und den inneren Flussleitsperren 11-1, 11-2. Die zwischenliegenden Flussleitsperren 40-1, 40-2 umfassen eine Öffnung, die zu der Außenfläche SC1 des Rotors 3 offen ist. Somit weisen die zwischenliegenden Flussleitsperren 40-1, 40-2 einen offenen Umfang auf. Die Hauptachse jeder zwischenliegenden Flussleitsperre 40-1, 40-2 ist in einem Winkel von ungefähr 6° relativ zu einem Radius des Rotors 3 geneigt. In Varianten kann die Hauptachse der zwischenliegenden Flussleitsperren 40-1, 40-2 unter einem Winkel im Bereich von 0° bis 45° relativ zum Radius des Rotors 3 geneigt sein.
Die Begriffe oben, mittig und unten werden hier verwendet, um zwischen den inneren und äußeren Bögen zu unterscheiden, die die lateralen Seiten der Brücken 13-1, 13-2, 14-1, 14-2 bilden, die in den hier beschriebenen Ausführungsformen des Rotors 3 gebildet werden. Diese Begriffe werden in Bezug auf die Orientierung des ersten Magnetpols 5a verwendet, der in den beigefügten Figuren dargestellt ist, und sind nicht als Einschränkung des Schutzbereichs zu verstehen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass verschiedene Änderungen an der/den in dieser Schrift beschriebenen Ausführungsform(en) vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Zum Beispiel kann die Dicke der Brücken 13-1, 13-2, 14-1, 14-2 proportional zu ihrer Länge eingestellt werden. Die Mittelpunkte der Kreisbögen, die den inneren und den äußeren mittleren Bogen 17B, 18B bilden, können neu positioniert werden, um die Dicke der Brücken 13-1, 13-2, 14-1, 14-2 einzustellen.

Claims

Rotor (3) für eine elektrische Maschine (1), wobei der Rotor (3) Folgendes umfasst: mehrere Permanentmagneten (6-n), wobei jeder Permanentmagnet in einer in dem Rotor (3) gebildeten Magnetöffnung (10-n) montiert ist; mehrere in dem Rotor (3) gebildete Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2); und mehrere Brücken (13-1, 13-2, 14-1, 14-2, 24-1), wobei jede Brücke in dem Rotor (3) zwischen einer der Magnetöffnungen (10-n) und einer benachbarten der Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2) gebildet ist; wobei jede Brücke durch die Magnetöffnung (10-n) bzw. die Flussleitsperre gebildete, entgegengesetzte erste und zweite Seiten (15-1, 15-2, 16-1) umfasst, wobei die erste Seite einen ersten Kreisbogen (17B, 21B, 27B, 33B, 37B) umfasst, und die zweite Seite einen zweiten Kreisbogen (18B, 22B, 28B, 34B, 38B) umfasst.
Rotor (3) nach Anspruch 1, wobei der erste Kreisbogen (17B, 21B, 27B, 33B, 37B) im Wesentlichen den gleichen Radius wie der zweite Kreisbogen (18B, 22B, 28B, 34B, 38B) aufweist.
Rotor (3) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der erste Kreisbogen (17B, 21B, 27B, 33B, 37B) im Wesentlichen die gleiche Länge wie der zweite Kreisbogen (18B, 22B, 28B, 34B, 38B) aufweist.
Rotor (3) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei eine erste virtuelle Sehnenlinie sich zwischen den Enden des ersten Kreisbogens (17B, 21B, 27B, 33B, 37B) erstreckt, und eine zweite virtuelle Sehnenlinie sich zwischen den Enden des zweiten Kreisbogens (18B, 22B, 28B, 34B, 38B) erstreckt.
Rotor (3) nach Anspruch 4, wobei der erste und der zweite Kreisbogen (17B, 18B, 21B, 22B, 27B, 28B, 33B, 34B, 37B, 38B) derart angeordnet sind, dass die erste und die zweite virtuelle Sehnenlinie im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Rotor (3) nach Anspruch 4, wobei der erste und der zweite Kreisbogen (17B, 18B, 21B, 22B, 27B, 28B, 33B, 34B, 37B, 38B) derart angeordnet sind, dass die erste und die zweite virtuelle Sehnenlinie in einem Sehnenwinkel (α1, α2) relativ zueinander orientiert sind.
Rotor (3) nach Anspruch 6, wobei der Sehnenwinkel (α1, α2) kleiner als oder gleich 10°, 15° oder 20° ist.
Rotor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Seite jeder Brücke einen zweiten Kreisbogen (17A, 21A, 27A, 33A, 37A) und einen dritten Kreisbogen (17C, 21C, 27C, 33C, 37C) umfasst, wobei der erste Kreisbogen (17B, 21B, 27B, 33B, 37B) zwischen dem zweiten und dem dritten kreisförmigen Bogen angeordnet ist.
Rotor (3) nach Anspruch 8, wobei der erste, der zweite und der dritte Kreisbogen (17A, 17B, 17C, 21A, 21B, 21C, 27A, 27B, 27C, 33A, 33B, 33C, 37A, 37B, 37C) derart angeordnet sind, dass sie ein im Wesentlichen durchgehendes gekrümmtes Profil bilden.
Rotor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Seite jeder Brücke einen zweiten Kreisbogen (17A, 21A, 27A, 33A, 37A) und einen dritten Kreisbogen (17C, 21C, 27C, 33C, 37C) umfasst, wobei der erste Kreisbogen (17B, 21B, 27B, 33B, 37B) zwischen dem zweiten und dem dritten kreisförmigen Bogen angeordnet ist.
Rotor (3) nach Anspruch 10, wobei der erste, der zweite und der dritte Kreisbogen (17A, 17B, 17C, 21A, 21B, 21C, 27A, 27B, 27C, 33A, 33B, 33C, 37A, 37B, 37C) ein im Wesentlichen durchgehendes gekrümmtes Profil bilden.
Rotor (3) für eine elektrische Maschine (1), wobei der Rotor (3) Folgendes umfasst: mehrere Permanentmagneten (6-n), wobei jeder Permanentmagnet in einer in dem Rotor (3) gebildeten Magnetöffnung (10-n) montiert ist; mehrere in dem Rotor (3) gebildete Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2); und mehrere Brücken (13-1, 13-2, 14-1, 14-2, 24-1), wobei jede Brücke in dem Rotor (3) zwischen einer der Magnetöffnungen (10-n) und einer benachbarten der Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2) gebildet ist; wobei jede Brücke (13-1, 13-2, 14-1, 14-2, 24-1) durch die Magnetöffnung (10-n) bzw. die Flussleitsperre gebildete, entgegengesetzte erste und zweite Seiten (15-1, 15-2, 16-1) umfasst; wobei die erste Seite jeder Brücke (13-1, 13-2, 14-1, 14-2, 24-1) mehrere Kreisbögen umfasst, die derart angeordnet sind, dass sie ein im Wesentlichen durchgehendes gekrümmtes Profil bilden; und/oder die zweite Seite jeder Brücke (13-1, 13-2, 14-1, 14-2, 24-1) mehrere Kreisbögen umfasst, die derart angeordnet sind, dass sie ein im Wesentlichen durchgehendes gekrümmtes Profil bilden.
Rotor (3) nach Anspruch 12, wobei die erste Seite jeder Brücke (13-1, 13-2, 14-1, 14-2, 24-1) aus drei Kreisbögen besteht.
Rotor (3) nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei die zweite Seite jeder Brücke aus drei Kreisbögen besteht.
Rotor (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Seite (15-1, 15-2, 16-1) der Brücke konkav gebildet sind, sodass die Brücke eine bikonkave Form aufweist.
Rotor (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend mehrere Magnetpole (5a-h), wobei die Magnetpole (5a-h) jeweils zumindest eine erste Schicht (L3) umfassen, die einen oder mehrere der Permanentmagnete (6-n) enthält.
Rotor (3) nach Anspruch 16, wobei eine der Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2) (12-1, 12-2) auf jeder Seite der ersten Schicht (L3) gebildet ist.
Rotor (3) nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei die Magnetpole (5a-h) jeweils eine zweite Schicht (L2) umfassen, die einen oder mehrere der Permanentmagnete (6-n) enthält.
Rotor (3) nach Anspruch 18, wobei auf jeder Seite der zweiten Schicht (L2) eine der Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2) gebildet ist.
Rotor (3) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Magnetpole (5a-h) jeweils eine dritte Schicht (L1) umfassen, die einen oder mehrere der Permanentmagnete (6-n) enthält.
Rotor (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2) eine oder mehrere innere Flussleitsperren (11-1, 11-2) und/oder eine oder mehrere äußere Flussleitsperren (12-1, 12-2) umfassen.
Rotor (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre (30-1, 30-2, 49-1, 39-2, 40-1, 40-2), die zwischen einer der Magnetöffnungen und einer benachbarten der Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2) angeordnet ist.
Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor Folgendes umfasst: mehrere Permanentmagnete, wobei jeder Permanentmagnet in einer in dem Rotor gebildeten Magnetöffnung montiert ist; mehrere in dem Rotor gebildete Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2); und mehrere Brücken (13-1, 13-2, 14-1, 14-2, 24-1); wobei zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre (30-1, 30-2, 49-1, 39-2, 40-1, 40-2) zwischen einer der Magnetöffnungen und einer benachbarten der Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2) angeordnet ist.
Rotor (3) nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei die zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre (30-1, 30-2, 49-1, 39-2, 40-1, 40-2) mehrere Brücken (13-1, 13-2, 14-1, 14-2, 24-1) zwischen einer der Magnetöffnungen und einer benachbarten der Flussleitsperren (11-1, 11-2, 12-1, 12-2, 23-1, 23-2) bildet.
Rotor (3) nach einem der Ansprüche 22, 23 oder 24, wobei die zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre (30-1, 30-2, 49-1, 39-2, 40-1, 40-2) zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre (30-1, 30-2, 49-1, 39-2, 40-1, 40-2) mit einer geschlossenen Umfangslinie umfasst.
Rotor (3) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei die zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre (30-1, 30-2, 49-1, 39-2, 40-1, 40-2) zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre (30-1, 30-2, 49-1, 39-2, 40-1, 40-2) mit einer offenen Umfangslinie umfasst.
Rotor (3) nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei die zumindest eine zwischenliegende Flussleitsperre (30-1, 30-2, 49-1, 39-2, 40-1, 40-2) einen Leerbereich mit einem Tropfenprofil aufweist.
Rotor (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Brücken (13-1, 13-2, 14-1, 14-2, 24-1) erste und zweite Seiten (15-1, 15-2, 16-1) umfasst, die entgegengesetzte erste und zweite Bögen mit jeweiligen ersten und zweiten virtuellen Sehnenlinien aufweisen, wobei die ersten und die zweiten virtuellen Sehnenlinien relativ zueinander in einem Sehnenwinkel geneigt sind.
Rotor (3) nach Anspruch 28, wobei der Sehnenwinkel kleiner als oder gleich einem Winkel aus dem folgenden Satz ist: 10°, 8°, 6°, 4° oder 2°.
Elektrische Maschine (1), umfassend einen Rotor (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 30, wobei die elektrische Maschine (1) eine Permanentmagnet-Synchronmaschine ist.
Fahrzeug (2), umfassend eine elektrische Maschine (1) nach Anspruch 30 oder Anspruch 31.