EP2870680A2 - Element einer elektrischen maschine mit einer halterung und einem permanentmagneten, bauteil mit wenigstens einem element sowie eine elektrische maschine - Google Patents

Element einer elektrischen maschine mit einer halterung und einem permanentmagneten, bauteil mit wenigstens einem element sowie eine elektrische maschine

Info

Publication number
EP2870680A2
EP2870680A2 EP13753267.7A EP13753267A EP2870680A2 EP 2870680 A2 EP2870680 A2 EP 2870680A2 EP 13753267 A EP13753267 A EP 13753267A EP 2870680 A2 EP2870680 A2 EP 2870680A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
holder
rotor
permanent magnet
face
rotor hub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13753267.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Niemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lloyd Dynamowerke GmbH
Original Assignee
Lloyd Dynamowerke GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lloyd Dynamowerke GmbH filed Critical Lloyd Dynamowerke GmbH
Publication of EP2870680A2 publication Critical patent/EP2870680A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets

Definitions

  • Permanent magnet component with at least one element and an electrical
  • the invention relates to an element of an electrical machine with a holder, which has a first end face with a connecting portion for attachment to a rotor hub and a second end face, and at least one in the circumferential direction of the electric machine magnetized permanent magnet, which is inserted into a pocket of the holder. Furthermore, the invention relates to a component of an electrical machine, in particular a rotor with a rotor hub and an electric machine.
  • Such an element is known from EP 1 166 423 Bl.
  • a multi-pole, permanent-magnet rotor for a rotating electrical machine is discussed in which two cuboid, magnetized in the circumferential direction, flat-shaped permanent magnets are arranged radially to the rotor axis in groove-like spaces between each two fixed to the rotor body half yokes to produce pronounced magnetic poles.
  • Each rotor yoke or pole element is divided in the circumferential direction into two half yokes each extending over half a pole pitch.
  • the respective two adjacent half yokes of two adjacently arranged yokes are connected by means of end plates to a pole element and each pole element is fixed to the rotor body or rotor hub itself, in particular screwed.
  • the formation of the yokes is further selected such that between two circumferentially arranged pole elements, a cavity is formed, which can influence the magnetic flux of the individual Halbjoche.
  • the shape of the yokes has disadvantages in the formation of the magnetic field both in the region of the air gap between the rotor and stator and in the rotor body.
  • permanent magnets can be used instead of coils in the rotor and / or in the stator.
  • the stator designates the stationary part and the rotor the moving part of the electric machine.
  • Known materials for the production of permanent magnets include bismuth-manganese magnets, aluminum-nickel-cobalt magnets, samarium-cobalt magnets and neodymium-iron-boron magnets.
  • An internal rotor is a type of synchronous machine in which the rotor is in the center and the stator surrounds the rotor.
  • the rotor In an internal rotor, the rotor generally has a plurality of alternately radially oriented, annularly arranged around the rotor axis permanent magnets, which move according to the rotor axis on a circular path.
  • the magnetic field that results in this arrangement of permanent magnets is also referred to as exciter field.
  • exciter field During a movement of the permanent magnets, a voltage is now induced in the stator coils due to the constant change of the magnetic fields which act on the stator coils, whereby an electric current is generated in generator operation of the electric machine in dependence on the movement of the rotor.
  • the permanent magnets are usually on the rotor hub of the
  • Rotor arranged that their magnetization direction or orientation of the poles is parallel to the radial direction.
  • various possibilities have already been considered for the attachment of permanent magnets.
  • One possibility is to attach the magnets to the rotor hub using specially manufactured brackets.
  • the challenge is that the rotor laminations during operation in the radial direction not only have to absorb the centrifugal forces of the permanent magnets, but also the forces resulting from the magnetic interaction between the permanent magnets and the stator coils and other magnetic parts of the rotor or stator.
  • magnetic forces which must be absorbed by the rotor laminations, additionally act on the permanent magnets themselves.
  • the rotor laminations must be made solid and stable to the to take account of the above-mentioned forces.
  • Most permanent magnets are used in recesses of the rotor plate, which extends between the recess and the air gap to the stator through a web. The task of these webs is to absorb the forces in the radial direction. Furthermore, the magnetic resistance of the web is generally not large and, in addition, the smaller, the wider it is.
  • this web must on the one hand be designed to be wider, the larger the magnetic field, the weight of the permanent magnet and the rotational speed of the rotor in order to ensure sufficient mechanical strength, but on the other hand designed to be as narrow as possible otherwise it would short circuit a significant portion of the magnetic flux of the permanent magnets due to its low magnetic resistance, and consequently would significantly weaken the residual magnetic field acting on the stator coils.
  • the efficiency of the electrical machine is now significantly influenced by the effective excitation flux density and thus by the width of the web.
  • an element of an electrical machine with a holder which has a first end face with a connection section for attachment to a rotor hub and a second end face, and at least one magnet magnetized in the circumferential direction of the permanent magnet, which is inserted into a pocket of the holder, is proposed wherein the second end face has a recess in the at least one permanent magnet.
  • a recess of the second end face is that in the radial area between the at least one permanent magnet and the air gap between the rotor and stator as little as possible material of the holder is formed, so that this area short circuits the magnetic flux of the permanent magnets only slightly.
  • the shape of the recess defines the width of the air gap between the stator and the rotor. The wider the gap, the higher the magnetic resistance at this point.
  • the shaping of the transition between the recess and the actual second end face of the holder is of crucial importance, because thereby the characteristic of the magnetic field or the distribution of the flux density in the gap can be precisely determined.
  • the center of gravity of the magnetic flux density can be restricted to an appropriate position.
  • the holder holds the permanent magnet so firmly that it does not detach from the holder due to the forces acting in the machine.
  • the permanent magnets of the Rotor rotor hub of the rotor solve or unintentionally move and reduce a present between the rotor and a stator air gap or even touch the stator, so that the permanent magnets destroy the electric machine.
  • the holder may be designed such that the holder does not extend between the at least one permanent magnet and the air gap. The recess goes over into the at least one permanent magnet receiving pocket.
  • the closed path of the magnetic flux of the permanent magnet or the magnetic circuit in the direction of the stator coils may be stronger, since due to the higher magnetic resistance of the first land, the magnetic flux of the permanent magnet is not short-circuited by the holder.
  • the advantageous embodiment of the holder further leads to an improved flux density distribution, whereby a higher efficiency of the electric machine is achieved. Since the permanent magnets extend in the radial direction of the rotor and so the largest surfaces of the permanent magnets are parallel to the radial direction, these surfaces of the permanent magnets with the radially extending surfaces of the pocket can be particularly well bonded with adhesive, adhesive, etc. As a result, the centrifugal forces occurring during rotation are transmitted as thrust forces from the adhesive bond between the permanent magnet and the holder.
  • first end face and the second end face may be connected by two side faces curved at least in sections, preferably radially, inwardly.
  • the second end face of the holder extends in the region of the air gap between the rotor and the stator, ie facing away from the rotor hub.
  • the holder is formed so that it converges in a funnel shape or trumpet shape from the second end face to the first end face.
  • a preferred direction is given to the magnetic field, wherein the shaping of the end faces decisively influences the flux density distribution in the direction of the air gap.
  • the ratio of the height and width of the holder for this flux density distribution is crucial.
  • this illustrated form of the bracket substantially limits the armature reaction in the bracket because the armature field excitation generated by the stator currents counteracts large magnetic resistance, thereby positively affecting the efficiency of the electric machine.
  • a large weight saving can be achieved by saving material by this shape design of the holder.
  • this shape design is particularly good to reduce the forces acting on the rotor centrifugal forces.
  • the components, in particular the holder may be formed with materials which have a lower strength. It is also advantageous that, due to a lower moment of inertia, the rotor starts up faster at the start of operation.
  • the magnetic flux can also be provided in such a way that a particularly well-approximated sinusoidal current curve is generated upon rotation of the rotor.
  • a first web may extend parallel to the first end face. Since the permanent magnet magnetized in the circumferential direction of the rotor extends radially and is inserted into the pocket, it may happen that the holder in the region of the second end face inadvertently deforms due to centrifugal forces. To counteract this, a first web is provided in the region between the air gap and the at least one permanent magnet, which ensures the strength and stability of the holder. However, it is advantageous to design the web as narrow as possible so that it only shorts the magnetic flux only slightly. Further, by a suitable length of the at least one permanent magnet in the radial direction, the short-circuiting effect of the permanent magnet due to the first land can be compensated because a larger length in total means a larger magnetic flux of the permanent magnet.
  • the holder of the element according to the invention may have a second web extending parallel to the first end face in the region of the connecting portion. Characterized in that the material of the permanent magnet and the material of the holder at high temperatures have different coefficients of expansion, the second web is provided in the region of the connecting portion. Thus, it can be effectively avoided that the permanent magnet and / or the holder of the rotor hub solve / dissolves. Furthermore is It is also advantageous to form the second web relatively narrow so that it short-circuits the magnetic flux only to a small extent.
  • the pocket can have at least one spoke extending transversely to the first end face.
  • the mechanical strength of the holder is further improved.
  • the second end face may be curved in sections outwardly or arched.
  • the magnetic flux can be provided in such a way that a particularly well-approximated sinusoidal current curve is generated upon rotation of the rotor.
  • the second end face may be formed in sections curved inward or arched.
  • the magnetic flux can be provided in such a way that a particularly well-approximated sinusoidal current curve is generated upon rotation of the rotor.
  • the connecting portion may be formed as a dovetail joint.
  • the corresponding dovetail shape of the rotor hub which is formed of non-ferromagnetic material, envelops and embeds the connecting portion magnetically insulating and thus has a high resistance to the magnetic flux.
  • This magnetic resistance is also particularly large because due to the three-sided, spaced enclosure of the radially inner end of the magnet as large a proportion of the permanent magnet in the direction of the rotor axis surrounding material is formed from a magnetically poorly conductive material. Conversely, this is for the magnetic flux a preferred direction in the direction of the stator created, because in this direction, the holder has a much lower magnetic resistance.
  • the holder is robustly connected to the rotor hub.
  • the assembly of the two components is carried out in a simple manner.
  • the dovetail connection also does not affect the magnetic properties of the permanent magnet itself.
  • a receptacle for at least one connecting means for frictionally connecting a plurality of holders may be provided on at least one side surface, wherein the connecting means is insulated from the holder. If a plurality of holders are arranged in the axial direction of the rotor hub, these holders can be connected to one another in the axial direction by means of the connection means and thus be provided as a holder package.
  • the brackets can be positively connected by the connecting means both before and after assembly to the rotor hub.
  • the connecting means may e.g. a rod, and is preferably made of a non-ferromagnetic material to prevent the generation of interference magnetic fields.
  • an insulating means e.g. Adhesive, adhesive, resin, etc. introduced into the receptacle.
  • the receptacle can be designed as a loop-like receptacle with a slot.
  • the connecting means can be particularly well received.
  • The, preferably over the slot-like receptacle extending, is formed to avoid a possible magnetic interference magnetic field arising around the eyelet-like receptacle.
  • the holder may have a north pole portion and a south pole portion which are connected to each other by the first land.
  • the permanent magnet By inserting the at least one permanent magnet magnetized in the circumferential direction of the rotor into the pocket of the holder, the permanent magnet causes the north pole section and the south pole section of the holder to likewise be in the circumferential direction of the rotor.
  • the arrangement of the north pole section and the south pole section also does not change if several such as e.g. two permanent magnets are inserted into the pocket, since the poles of the permanent magnets are always inserted in the same direction in the pocket.
  • the first bridge is therefore designed to ensure the strength of the holder due to the centrifugal forces caused by the rotation.
  • the arrangement of circumferentially adjacent elements is further to be chosen so that the same poles, so north pole and north pole portion of adjacent elements or Südpolabites and Südpolabrough of adjacent elements facing each other, so that the magnetic flux is even better formed radially outward.
  • the holder may be formed in one piece or as an integrated part. In this way, a particularly good homogeneous magnetic field can be generated, since the magnetic field is not interrupted by the multi-part of the holder. With regard to the mechanical stability of the holder, its one-piece design also proves to be advantageous.
  • the ratio of the length of the permanent magnet in the radial direction to half the clear holding width in the circumferential direction can be selected such that materials of the holder and / or the stator teeth are just reached the region of magnetic saturation.
  • the excitation flux can be adjusted to a suitable maximum, in particular in the stator teeth.
  • the connecting section and the at least one permanent magnet may be configured so that an end face of the at least one permanent magnet facing the rotor hub is closer to the axis of rotation of a rotor than the lateral surface of the rotor hub.
  • Holder be designed so that its smallest cross-section is formed in the radial direction at a distance which extends from the axis of rotation of the rotor to the mantle surface of the rotor hub or is smaller.
  • the magnetic field lines are also effectively deflected radially outward, thus increasing the useful magnetic flux density.
  • the smallest cross section may have at most five times the thickness of the permanent magnet, preferably at most four times the thickness of the permanent magnet, and more preferably at most three times the thickness of the permanent magnet. This ratio applies in particular in the case of two permanent magnets arranged in the radial direction.
  • the smallest cross section may also be at most three times the thickness of the permanent magnet, preferably at most twice the thickness of the permanent magnet, and more preferably at most one and a half times the thickness of the permanent magnet. The smaller the smallest cross section is formed, the more magnetic field lines are directed radially outward. At the same time, however, an increasing mechanical load occurs in the smallest cross section of the holder.
  • a component of an electric machine in particular rotor, with a rotor hub, is proposed according to claim 17, wherein a gap is provided between two elements adjacent in the circumferential direction and / or in the axial direction of the component, wherein the gap is either an air gap is or is incorporated in an elastic material.
  • the air gap can effectively dissipate them and thus cool the electric machine.
  • the air gap of two circumferentially adjacent elements is less in the region of the second end face than in the region of the first end face.
  • the air gap of two elements adjacent in the axial direction is constant. If the between the two in the circumferential direction and / or in the axial direction of the
  • brackets By the at least two adjacent elements are separated by an air gap, possible hurricanes arising in the brackets can be isolated in a simple manner. This layered construction of the brackets also improves the efficiency of the electric machine.
  • the armature reaction of the magnetic field of the stator can be reduced between two circumferentially adjacent elements, in particular brackets.
  • the attachment of an element to the rotor hub can be performed in addition to a dovetail connection by means of an adhesive or a combination of both. A screwing, welding and providing a press fit of the element in the rotor hub is possible.
  • the rotor hub is made of a non-ferromagnetic material.
  • At least two elements may be axially spaced by means of a support member therebetween.
  • the support member thus advantageously allows at least two axially adjacent elements to be positioned with respect to each other and, to that extent, vibrations, e.g. Flutter of the brackets are avoided. On the one hand vibrations can adversely affect the magnetic field and on the other hand the material of the element, in particular of the holder, fatigue and thus lead to failure.
  • the support elements may be arranged periodically at the same distance in the circumferential direction.
  • the support member may further be arranged in the circumferential direction of the rotor such that it each spaced apart and at the same time supports two circumferentially adjacent elements of two adjacent elements in the axial direction, which are also adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the support element can also be connected to the rotor hub of the rotor by means of a dovetail connection or else to a ring which is in particular provided for the support elements and which in turn is fastened to the rotor hub. It should be noted that the support elements are arranged so that the connecting means provided in the receptacle frictionally connects the elements in the axial direction, i. that the support elements do not hinder the connection means.
  • pressing rings can be provided in each case on the end faces of the rotor and / or the rotor hub in order to press the elements against each other in a force-fitting manner. If, in addition to the support elements present in the axial direction of two adjacent elements, in each case a pressing ring is also provided on the front side, the elements adjacent in the axial direction are fixed so firmly that vibrations are largely or even completely avoided. In order to allow an air gap between the press ring and the brackets spaced apart, the arrangement of further support elements is possible. In this way, the cooling of the rotor is effectively promoted.
  • the at least one support element and / or the rotor hub are formed from a non-ferromagnetic material.
  • the rotor hub is non-ferromagnetically conductive or formed with a high magnetic resistance, the center of gravity of the magnetic flux density can be specifically directed radially outward, in the direction of the air gap between the stator and rotor, thus increasing the efficiency of the electric machine.
  • the non-ferromagnetically shaped support elements interfere with the magnetic field formed by the permanent magnet and the holder and at the same time support the holders mutually.
  • an electric machine in particular a generator, proposed that a component, in particular a rotor with a rotor hub having.
  • a component in particular a rotor with a rotor hub having.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an element according to the invention of a first embodiment with a holder and two permanent magnets; a sectional view of a rotor hub and a plurality of arranged in the circumferential direction of the rotor hub according to the invention elements; a perspective sectional view of a rotor hub, a plurality of arranged in the circumferential direction of the rotor hub according to the invention elements of a first embodiment of Figure 1 and a press ring.
  • a sectional view of an arranged on the rotor hub by means of a dovetail joint according to the invention element according to a second embodiment a perspective view of a rotor; a section of a sectional view of a magnetic field line diagram of two adjacent elements, each with a permanent magnet; and a detail of a sectional view of a magnetic field line diagram of two adjacent elements, each with a longer compared to FIG. 6 permanent magnet.
  • Fig. 1 shows a perspective view of an inventive element 1 of a first embodiment with a holder 2 and two permanent magnets 4.
  • the holder 2 has a funnel-shaped in cross-section or trumpet-shaped contour and consists of a ferromagnetic material.
  • the holder 2 may be integrally formed. To avoid turbulence in the holder 2, however, this is preferably formed from axially in the axial direction of a rotor 100, ie in the direction perpendicular to the paper plane of Fig. 2 direction, successively layered sheets (integral).
  • the sheets can be provided with a special coating. From the ready-cut / stamped and coated sheets is a formed the support forming Belchstapel and the individual sheets are then baked together by heating or using solvents. The coating is therefore also referred to as a baked enamel.
  • electrical sheets are preferably used.
  • a connecting section 6 is formed as a dovetail 10 at the first end face 8.
  • the dovetail 10 forms the smallest cross-section B when the holder 2 is viewed from above, or in the axial direction A.
  • a substantially trapezoidal recess 14 is formed at a first end face 8 opposite the second end face 12.
  • Connecting portions 13 form a transition between the recess 14 and the second end face 12. The choice of the angle of the connecting portions 13 is dependent on a location of the desired intensification of the magnetic field at the recess 14. This location may be either near the rotor 100 or near the stator 200. The meaning of the recess 14 will be explained separately below.
  • the second end face 12 is also convex or arched outward or curved.
  • the outwardly curved shape of the second end face 12 is dependent on the diameter of the rotor 100 and / or the stator 200.
  • an approximate sinusoidal current curve can be generated during the rotation of the rotor.
  • the two end faces 8 and 12 are connected to one another by sectionally inwardly curved side surfaces 16 and 18, so that the above-mentioned trumpet-like contour is formed.
  • a respective ösens shame receptacle 20 and 22 is formed at the inwardly curved side surfaces 16 and 18, a respective ösens shame receptacle 20 and 22 is formed.
  • the eyelet-like receptacles 20 and 22 each have a slot 20a and 22a extending in their longitudinal direction, ie in the axial direction, so that the generation of a disturbing magnetic field in the circumferential direction of the eyelet-like receptacles 20 and 22 is effectively avoided by this interruption.
  • connecting means 20b and 22b can be added.
  • the connecting means 20b and 22b are provided for frictional connection of a plurality of arranged in the axial direction A of the rotor 100 brackets 2 on the side surfaces 16 and 18.
  • the connecting means 20b and 22b are in the present case bars with provided at both ends of external threads and screws. Further, in the eye-like receptacles 20 and 22, an adhesive is introduced.
  • the holder 2 also has a cuboid pocket 24, in the two
  • Permanent magnets 4 are added. To stabilize the holder 2, a spoke 26 was formed between the two received permanent magnets 4 in the radial direction. Although it is a bag 24 in the present embodiment, a plurality of pockets may be readily formed in a holder. In the course of which it is also conceivable to form a plurality of spokes to ensure the stability of the holder.
  • the formation of the pocket 24 in the holder 2 results in a first web 28 in the region of an air gap between the rotor 100 and stator 200 and a second web 30 in the region of the connecting portion 6. More precisely, the second web 30 extends between the end faces 4a of Permanent magnet 4 and the second end face 12 of the holder 2.
  • the element 1 is mirror-symmetrical both in the axial direction A and in the radial direction R to the respective center axes M.
  • the two permanent magnets 4 inserted in the pocket 24 have a
  • the connecting portion 13 connecting the end surface 12 and the recess 14 is configured at a set angle, so that the magnetic field lines can be collected at a desired position.
  • the first web 28 and the second web 30 is formed relatively narrow to prevent short-circuiting suction.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a rotor hub 50 with a mantle surface 51 and a plurality of elements 1 according to the invention arranged in the circumferential direction U of the rotor hub 50 of a first embodiment after assembly.
  • the rotor hub 50 which is formed from a non-ferromagnetic material, has a plurality of circular openings 52 arranged in the circumferential direction U for cooling the rotor 100.
  • the elements 1 are periodically secured in the connecting portion 6 at an equal distance in the circumferential direction U to the rotor hub 50 by means of a dovetail connection 10.
  • the elements 1 are attached to the rotor hub 50 by means of adhesive 36.
  • the elements 1 in the connecting portion 6 are not only attached to the rotor hub 50, as in the prior art, but by means of the dovetail 10 surrounded by a non-ferromagnetic material, namely the rotor hub 50, the magnetic field lines are radially outward, in Direction of the air gap between the rotor 100 and stator 200 is directed.
  • This dovetail joint 10 thus also contributes to the effective bundling of the magnetic field, since the magnetic field lines are first deflected radially further outside before they emerge from the holder 2.
  • the elements 1 are arranged in the circumferential direction U in such a way that between each two adjacent elements 1, a gap 38 is provided.
  • the gap 38 is formed as an air gap, whereby the armature reaction of the magnetic stator field is reduced and the adjacent brackets 2 cools due to the air flow therebetween.
  • 1 supporting elements 40 are provided between the adjacent elements, which are arranged offset in the axial direction A to the element 1, and a pressing ring 42 with cooling holes 44, which are explained in more detail in Fig. 3. Due to the contouring of the element 1, in particular the holder 2, namely the inwardly curved side surfaces 16 and 18, an armature reaction caused by the stator 200 is effectively reduced, since the area between the two adjacent elements 1 in the circumferential direction U only with air as magnetic Resistance is filled. Thus, the armature reaction of the stator 200 is particularly well avoided by this contouring of the holder 2.
  • the arrangement of the permanent magnets 4 shown in FIG. 2 in the elements 1 arranged in the circumferential direction U of the rotor hub 50 shows that the different poles of the two permanent magnets 4, i. North Pole and South Pole, facing in an element 1 facing.
  • the polarity of the circumferentially U adjacent elements 1 and thus the expression of Nordpolabterrorisme 34 and Südpolabchae 32 of the elements 1 is selected so that a Nordpolab mustard 34 of an element 1 to a north pole portion 34 of a circumferentially U adjacent element 1 faces and that South pole portion 32 of an element 1 to a south pole portion 32 of a circumferentially U adjacent element 1 faces.
  • the magnetic flux in the direction of the air gap between the rotor 100 and the stator 200 is formed particularly well.
  • the permanent magnets 4 are further arranged in the holder 2, that the end faces 4a are closer to the axis of rotation D of the rotor 100 as the mantle surface 51 of the rotor hub 50, whereby the magnetic field lines are reinforced radially outward, since the rotor hub 50 from a non-ferromagnetic or a high magnetic resistance having material is formed.
  • the smallest cross section B of the holder 2 is formed at the radial distance of the mantle surface 51 of the rotor hub 50.
  • the smallest cross-section B is here in about four and a half times the thickness of a permanent magnet 4 in the circumferential direction U.
  • FIG. 3 shows a perspective sectional view of a rotor hub 50, a plurality of arranged in the circumferential direction U of the rotor hub 50 according to the invention Elements 1 of a first embodiment and a pressing ring 42.
  • the pressing ring 42 is arranged at one end of the provided in the circumferential direction U element packets, in other words, on an end face 54 of the rotor hub 50. Further, the peripheral surface of the shell 51 of the rotor hub 51 to recognize.
  • a plurality of support elements 38 are arranged at the same distance in the circumferential direction U.
  • the support elements 38 are located at such fixed positions that they are in each case to the same extent with two circumferentially U adjacent elements 1 in contact, ie have a same overlap with two adjacent in the circumferential direction U elements 1.
  • the stacked in the axial direction A of the rotor 100 construction of the elements 1 effectively prevents the formation of eddy currents along the axial direction A of the rotor 100.
  • Fig. 3 it can be seen from Fig. 3, that the two adjacent in the axial direction A elements 1 in the eye-like receptacles 20 and 22 are connected by means of the connecting means 20b and 22b axially to each other.
  • FIG. 4 shows a sectional view of an element according to the invention arranged on the rotor hub 50 'by means of a dovetail joint 10', of a second embodiment.
  • the element 1 'shown in Figure 4 consists of a holder 2', which is formed of a north pole portion 34 forming part and a Südpolabites 32 forming part.
  • the north pole section 34 and the south pole section 32 depend on the orientation of the poles of the permanent magnet 4.
  • the rotor hub 50 'shown in FIG. 4 is adapted in comparison to the rotor hub 50 of the preceding embodiment such that a projection 56 is formed in the region of the permanent magnet 4 of the element 1'.
  • the permanent magnet 4 inserted in a cuboid pocket 24 'of the holder 2' is in contact with the projection 56 of the rotor hub 50 'at the end.
  • a magnetic short in both the air gap between the rotor 100 and the stator 200 due to the absence of a first land as well as in the connecting portion 6 'due to the magnetically insulating rotor hub 50 and the absence of a second land effectively avoided.
  • a further development of the element 1 'shown in FIG. 4 consists in that the part forming the north pole section 34 and the part forming the south pole section 32 can be connected to one another at the end face with respect to the axial direction A via at least one web.
  • FIG. 5 shows a perspective view of a rotor 100 with an axis of rotation D.
  • the first press ring 42 On a rotor shaft 102, the first press ring 42, a rotor hub 50 with four element packages (four axial element packs) arranged in the axial direction A on the rotor hub 50, is the second Press ring 42 and a fan 104 attached.
  • the two end faces arranged on the rotor hub 50 pressing rings 42 press or push the element packets 1 (axial element packets) by means of a traction means, not shown firmly together, so that vibrations between the elements 1 can be avoided.
  • the pulling means used to press the pressing rings 42 together may be configured similarly to the connecting means 20b and 22b and in the present embodiment extend through the rotor hub 50.
  • the fan 104 is provided for discharging the high temperatures of the rotor 100.
  • Fig. 6 shows a section of a sectional view of two adjacent
  • Elements 1 each having a permanent magnet 4 with a diagram of the magnetic field. Furthermore, a stator 200 with a plurality of stator teeth 202 is shown. Based on this figure, the magnetic field is explained below, which is shown in the form of field lines. Here, the distance between the field lines indicates the intensity of magnetic flux density. For better clarity, the representation of the rotor hub is omitted.
  • the shape of a holder 2 " is selected in this embodiment so that it is trapezoidal and with a Dovetail 10 is formed in the region of the connecting portion 6.
  • the field lines of the permanent magnets 4 shown in Fig. 6 are substantially forwarded from the respective permanent magnets 4 to the corresponding holder 2 "The two holders 2" subsequently emit the field lines to the stator teeth 202 of the stator 200 and then again to the opposite one Pol of the respective permanent magnet 4 returned.
  • a field line can be seen in each case, which indicates magnetic saturation of the stator teeth 202.
  • the lower region of the element in the region of the dovetail 10 it can be seen that only a small proportion of the field lines exit in the direction of the rotor hub (not shown).
  • the holder 2 "collects the field lines of the permanent magnet 4 and directs them in the direction of the air gap between the rotor 100 and the stator 200.
  • the field lines in the region of the recess 14 show that only a small portion through the depression 14 Accordingly, the recess 14 also causes a collector effect, but also the ratio of the length 1 of the permanent magnet 4 in the radial direction R to half the width b of the holder 2 "is a measure of the collecting effect or the flux density of the Permanent magnets 4.
  • FIG. 7 shows a detail of a sectional view of two adjacent elements 1, each with a longer permanent magnet 4 than in FIG. 6.
  • FIG. 7 again contains a diagram of the magnetic field, which is shown in the form of field lines.
  • the shape of a holder 2 "'in this embodiment is chosen so that it is substantially trapezoidal with a dovetail 10 in the region of the connecting portion 6.
  • An angle ⁇ describes the angle between the first end face 8 of the holder 2''and the The trapezoidal shape of the holder 2 "'is widened again approximately at the height of the permanent magnet 4, ie the angle ⁇ becomes duller.
  • the magnetic flux increases with increasing length 1, which is recognizable by the magnetic flux density.
  • the induction can theoretically be further increased in this way, but in reality it is limited, as can be seen in FIG. 7, by the magnetic saturation, which usually first begins in the stator teeth 202.
  • the longer selected length 1 of the permanent magnet 4 in the radial direction R in FIG. 7 compared to that in FIG. 6 also shows that the field line density of the holder 2 "'of FIG. 7 is higher than that of FIG Saturation of the holder 2 "'depends on the angle ⁇ . If a too acute angle ⁇ is selected, a magnetic saturation of the holder 2 "'occurs and the field lines emerge from the holder 2"' in a similar way as can be seen in the case of the magnetic saturation in the region of the stator teeth 202.
  • a holder and permanent magnet element configured as a collector assembly can not be subsequently magnetized because it is not possible to apply the required magnetic flux density to the magnet.
  • the assembly of the elements on the rotor hub is performed such that a plurality of elements are introduced successively along a dovetail of the rotor hub, so that an axial, preferably non-positively connected with connecting means, element package is formed. Thereafter, the next elements are arranged offset by 180 degrees radially offset on the rotor hub until they form a complete axial element package.
  • the elements are initially arranged in radial order such that a dovetail receptacle lying between two filled dovetail connections or receptacles is not filled.
  • the even number of element packets is regularly arranged opposite the elementary packet with the previous odd number. If elements between two directly adjacent elements are introduced one after the other, the poles of the same name directly adjacent elements repel each other.
  • a guide plate can first be positioned on the respective adjacent elements so that the element to be introduced can not become caught between the two adjacent elements already fastened to the rotor hub.
  • Rotor hub 50 protrude, it is also quite conceivable to attach them to the rotor shaft 102 such that a pressing together of the two compression rings 42 is realized.
  • the second embodiment of the holder has no receptacle, but this is readily possible.
  • the receptacles can also be incorporated in side surfaces of the holder as a depression.
  • the side surface 16, 18; 16 ', 18' of the brackets 1 are formed curved inwards in the present embodiments.
  • the side surfaces of a holder may also be trapezoidal or in another form, which causes a direction of the air gap between the rotor and stator at least initially funnel-shaped effect for the magnetic flux.
  • the length 1 of the permanent magnet in the radial direction R at a constant width b of the holder 2 is longer, it is also readily possible at a constant length 1 of the permanent magnet 4 in the radial direction R, the width b of the holder 2 and thus influences the collector effect or the flux density.
  • the holder can also be used in a number of electrical machines, such as a DC machine, etc. Furthermore, the electric machine can be operated both as a motor and as a generator.
  • the recess 14 is trapezoidal in the first embodiment, but it is also possible to form the recess circular, concave, triangular, etc.

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Abstract

Erfindungsgemäß wird Element einer elektrischen Maschine mit einer Halterung, die eine erste Stirnfläche mit einem Verbindungsabschnitt zum Befestigen an einer Rotornabe und eine zweite Stirnfläche aufweist, und wenigstens einen in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine magnetisierten Permanentmagneten, welcher in eine Tasche der Halterung eingesetzt ist, vorgeschlagen, wobei die zweite Stirnfläche eine Vertiefung bei dem wenigstens einen Permanentmagnet aufweist, so dass die Ausbildung des magnetischen Felds der Permanentmagneten optimiert wird.

Description

Beschreibung
Element einer elektrischen Maschine mit einer Halterung und einem
Permanentmagneten, Bauteil mit wenigstens einem Element sowie eine elektrische
Maschine
Die Erfindung betrifft ein Element einer elektrischen Maschine mit einer Halterung, die eine erste Stirnfläche mit einem Verbindungsabschnitt zum Befestigen an einer Rotornabe und eine zweite Stirnfläche aufweist, und wenigstens einen in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine magnetisierten Permanentmagneten, welcher in eine Tasche der Halterung eingesetzt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil einer elektrischen Maschine, insbesondere einen Rotor mit einer Rotornabe sowie eine elektrische Maschine.
Ein solches Element ist bekannt aus der EP 1 166 423 Bl . Darin wird ein mehrpoliger, permanenterregter Rotor für eine rotierende elektrische Maschine diskutiert, bei dem zur Erzeugung von ausgeprägten Magnetpolen zwei quaderförmige, in Umfangsrichtung magnetisierte, flach ausgebildete Permanentmagnete radial zur Rotorachse in nutartigen Zwischenräumen zwischen jeweils zwei am Rotorkörper fixierten Halbjochen angeordnet sind. Jedes Rotorjoch bzw. Polelement ist in Umfangsrichtung in zwei sich jeweils über eine halbe Polteilung erstreckende Halbjoche aufgeteilt. Die jeweils beiden einander benachbarten Halbjoche zweier nebeneinander angeordneter Joche sind mittels Stirnplatten zu einem Polelement verbunden und jedes Polelement für sich ist an dem Rotorkörper bzw. Rotornabe fixiert, insbesondere verschraubt. Die Ausbildung der Joche ist ferner so gewählt, dass zwischen zwei in Umfangsrichtung angeordneten Polelementen ein Hohlraum ausgebildet ist, der den magnetischen Fluss der einzelnen Halbjoche beeinflussen kann. Die Formgestaltung der Joche weist jedoch Nachteile bei der Ausbildung des magnetischen Feldes sowohl im Bereich des Luftspalts zwischen Rotor und Stator als auch im Rotorkörper auf. Beim Bau von elektrischen Maschinen, insbesondere von Synchronmaschinen, können Permanentmagneten anstatt Spulen im Rotor und/oder im Stator verwendet werden. Der Stator bezeichnet dabei den ruhenden Teil und der Rotor den sich bewegenden Teil der elektrischen Maschine. Bekannte Materialien für die Herstellung von Permanentmagneten sind unter anderem Bismut-Mangan-Magnete, Aluminium- Nickel-Cobalt-Magnete, Samarium-Cobalt-Magnete und Neodym-Eisen-Bor-Magnete. Bei einer Synchronmaschine wird zwischen einem Außenläufer und einem Innenläufer unterschieden. Ein Innenläufer ist eine Bauform einer Synchronmaschine, bei der sich der Rotor im Zentrum befindet und der Stator den Rotor umschließt. Der Rotor weist bei einem Innenläufer im Allgemeinen eine Mehrzahl von abwechselnd radial ausgerichteten, ringförmig um die Rotorachse angeordneten Permanentmagneten auf, die sich entsprechend der Rotorachse auf einer kreisförmigen Bahn bewegen. Das magnetische Feld, das sich bei dieser Anordnung der Permanentmagneten ergibt, wird auch als Erregerfeld bezeichnet. Bei einer Bewegung der Permanentmagneten wird nunmehr aufgrund der ständigen Änderung der magnetischen Felder, die auf die Statorspulen wirken, in den Statorspulen eine Spannung induziert, wodurch im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine ein elektrischer Strom in Abhängigkeit zur Bewegung des Rotors erzeugt wird. Die Permanentmagneten werden üblicherweise dergestalt an der Rotornabe des
Rotors angeordnet, dass ihre Magnetisierungsrichtung bzw. Ausrichtung der Pole parallel zur Radialrichtung verläuft. Hierfür wurden für die Befestigung der Permanentmagneten bereits diverse Möglichkeiten in Betracht gezogen. Eine Möglichkeit ist es, die Magneten mittels speziell gefertigter Halterungen an der Rotornabe zu befestigen. Die Herausforderung ist dabei, dass die Rotorbleche während des Betriebs in Radialrichtung nicht nur die Fliehkräfte der Permanentmagneten aufnehmen müssen, sondern auch die Kräfte, die durch die magnetische Wechselwirkung zwischen den Permanentmagneten und den Statorspulen sowie auch anderen magnetischen Teilen des Rotors oder Stators entstehen. Es wirken also in Magnetisierungsrichtung der Permanentmagneten auf die Permanentmagneten selbst zusätzlich magnetische Kräfte, die die Rotorbleche aufnehmen müssen. Aus diesem Grund müssen die Rotorbleche massiv und stabil ausgebildet werden, um den angesprochenen Kräften Rechnung zu tragen. Meist werden die Permanentmagneten in Aussparungen des Rotorblechs eingesetzt, wodurch sich zwischen der Aussparung und dem Luftspalt zum Stator hin ein Steg erstreckt. Die Aufgabe dieser Stege ist es, die Kräfte in Radialrichtung aufzunehmen. Weiter ist der magnetische Widerstand des Stegs generell nicht groß und zudem umso kleiner, je breiter dieser ist. Dieser Steg muss zur Gewährleistung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit einerseits umso breiter gestaltet sein, je größer das magnetische Feld, das Gewicht des Permanentmagneten und die Drehzahl des Rotors ist, um eine ausreichende mechanische Festigkeit gewährleisten zu können, andererseits aber möglichst schmal gestaltet sein, da dieser sonst einen erheblichen Anteil des magnetischen Flusses der Permanentmagneten aufgrund seines niedrigen magnetischen Widerstands kurzschließen würde und demzufolge das auf die Statorspulen wirkende, verbleibende magnetische Feld erheblich schwächen würde. In anderen Worten bedeutet dies, dass der Steg möglichst schmal sein sollte, damit er einen größeren magnetischen Widerstand aufweist und damit die effektive Erregerflussdichte größer ist. Die Effizienz der elektrischen Maschine wird nun maßgeblich durch die effektive Erregerflussdichte und damit durch die Breite des Stegs beeinflusst. Insofern besteht ein wesentliches Problem darin, die Breite des Steges zu verschmälern, während gleichzeitig eine ausreichende mechanische Stabilität und eine geeignete Verteilung der Flussdichte gewährleistet sind. Darüber hinaus ist die Gestaltung der Rotorbleche, insbesondere im Verbindungsabschnitt, mit Blick auf die Flussdichte nachteilhaft.
Ein weiterer Ansatz, um dieses Problem zu lösen, besteht darin, die in Erstreckungsrichtung magnetisierten Permanentmagneten unter einer V-Anordnung im Rotorblech angeordnet sind, wie dies aus der DE 10 201 1 051 947 AI zu erkennen ist. Dadurch, dass die Pole der Permanentmagneten nun nicht mehr radial, sondern schräg angeordnet sind, wirken in Radialrichtung zwar kleinere magnetische Kräfte zwischen den Permanentmagneten und dem Stator, gänzlich vermieden werden diese hingegen nicht. Im vorliegenden Fall treten zudem hohe Ankerrückwirkungen auf, wodurch der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine verringert wird. Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung Permanentmagneten mit in Umfangsrichtung ausgerichtete Pole mit einer Halterung so zu halten, dass die Ausbildung des magnetischen Felds der Permanentmagneten optimiert wird. Diese Aufgabe wird durch ein Element einer elektrischen Maschine mit einer
Halterung und wenigstens einem Permanentmagneten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Element einer elektrischen Maschine mit einer Halterung, die eine erste Stirnfläche mit einem Verbindungsabschnitt zum Befestigen an einer Rotornabe und eine zweite Stirnfläche aufweist, und wenigstens einen in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine magnetisierten Permanentmagneten, welcher in eine Tasche der Halterung eingesetzt ist, vorgeschlagen, wobei die zweite Stirnfläche eine Vertiefung bei dem wenigstens einen Permanentmagnet aufweist.
Zweck einer solchen Vertiefung der zweiten Stirnfläche ist, dass im radialen Bereich zwischen dem wenigstens einem Permanentmagneten und dem Luftspalt zwischen Rotor und Stator möglichst wenig Material der Halterung ausgebildet ist, so dass dieser Bereich den magnetischen Fluss der Permanentmagneten nur geringfügig kurzschließt. Weiter wird mit der Formgebung der Vertiefung die Breite des Luftspalts zwischen Stator und Rotor definiert. Je breiter der Spalt, umso höher ist der magnetische Widerstand an dieser Stelle. So kommt der Formgebung des Übergangs zwischen der Vertiefung und der tatsächlichen zweiten Stirnfläche der Halterung eine entscheidende Bedeutung zu, denn dadurch kann die Charakteristik des magnetischen Feldes bzw. die Verteilung der Flussdichte im Spalt präzise festgelegt werden. Somit kann beispielsweise den Schwerpunkt der magnetischen Flussdichte auf eine geeignete Position beschränkt werden.
Dadurch, dass der wenigstens eine Permanentmagnet in eine Tasche eingesetzt ist, hält die Halterung den Permanentmagneten derart fest, dass er sich aufgrund der in der Maschine wirkenden Kräfte nicht aus der Halterung löst. In diesem Zusammenhang kann wirkungsvoll vermieden werden, dass sich die Permanentmagneten von der Rotornabe des Rotors lösen bzw. unbeabsichtigt bewegen und einen zwischen dem Rotor und einem Stator vorliegenden Luftspalt verkleinern oder sogar den Stator berühren, so dass die Permanentmagneten die elektrische Maschine zerstören. Mittels der Magnetisierungsrichtung der Permanentmagneten in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine kann die Halterung dergestalt ausgebildet sein, dass sich die Halterung nicht zwischen dem wenigstens einem Permanentmagneten und dem Luftspalt erstreckt. Die Vertiefung geht dabei in die den wenigstens einen Permanentmagneten aufnehmende Tasche über. So kann der geschlossene Pfad des magnetischen Flusses der Permanentmagneten bzw. der magnetische Kreis in Richtung der Statorspulen stärker sein, da aufgrund des höheren magnetischen Widerstands des ersten Stegs der magnetische Fluss der Permanentmagneten durch die Halterung nicht kurzgeschlossen wird. Die vorteilhafte Ausgestaltung der Halterung führt weiter zu einer verbesserten Flussdichteverteilung, wodurch ein höherer Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erreicht wird. Da sich die Permanentmagneten in Radialrichtung des Rotors erstrecken und so die größten Flächen der Permanentmagneten parallel zur Radialrichtung sind, können diese Flächen der Permanentmagneten mit den radial erstreckenden Flächen der Tasche besonders gut mit Klebstoff, Haftmittel, usw. verklebt werden. Dadurch werden die bei der Rotation auftretenden Fliehkräfte als Schubkräfte von der Klebverbindung zwischen Permanentmagnet und Halterung übertragen. Schubspannungen können von Klebstoffen, usw. in der Regel besser als Normalkräfte übertragen werden. Demnach wird die Sicherheit gegen Versagen der Klebverbindung wesentlich erhöht. Dadurch, dass die Ausrichtung der Pole des wenigstens einen Permanentmagneten in Umfangsrichtung verläuft, wirken auf den wenigstens einen Permanentmagneten beim Betrieb der elektrischen Maschine keine magnetischen Kräfte in Radialrichtung, so dass die Halterung in Radialrichtung lediglich die auf die Permanentmagneten wirkenden Fliehkräfte aufnehmen muss, während die verbleibenden magnetischen Kräfte in Umfangsrichtung von der Halterung aufgrund deren Orientierung einfacher aufgenommen werden können. Nach dem Einsetzen des wenigstens einen Permanentmagneten in die Tasche, kann dieser zusätzlich noch mittels eines Klebstoffs oder eines Haftmittels in der Tasche befestigt werden. Zusätzlich oder alternativ können die erste Stirnfläche und die zweite Stirnfläche durch zwei wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise radial, nach innen gekrümmte Seitenflächen verbunden sein. Die zweite Stirnfläche der Halterung erstreckt sich im Bereich des Luftspalts zwischen dem Rotor und dem Stator, d.h. von der Rotornabe abgewandt. Mittels der nach innen gekrümmten Seitenflächen wird die Halterung so ausgebildet, dass sie von der zweiten Stirnfläche zu der ersten Stirnfläche trichterförmig bzw. trompetenförmig zusammenläuft. So kann im Bereich des Verbindungsabschnitts, d.h. an der Rotornabe, zwischen zwei in Umfangsrichtung des Rotors benachbarten Elementen ein wesentlich größerer Abstand ausgebildet sein als ein Abstand im Bereich der zweiten Stirnfläche. Durch den wesentlich größeren Abstand im Bereich des Verbindungsabschnitts zwischen den zwei in Umfangsrichtung des Rotors benachbarten Elementen herrscht in diesem Bereich aufgrund von Luft ein großer magnetischer Widerstand, wohingegen im Bereich, bei dem der Abstand im Bereich des Luftspalts zwischen Rotor und Stator zwischen den zwei in Umfangsrichtung des Rotors benachbarten Elementen geringer ist und somit wesentlich mehr ferromagnetisches Material der Halterung vorhanden ist, ein niedrigerer magnetischer Widerstand vorliegt. Hierbei kann wirkungsvoll der magnetische Fluss des wenigstens einen Permanentmagneten einer Halterung in Richtung Luftspalt zwischen Rotor und Stator bereitgestellt werden und somit der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine wesentlich erhöht werden. Es wird dem magnetischen Feld also eine Vorzugsrichtung vorgegeben, wobei die Formgebung der Stirnflächen die Flussdichteverteilung in Richtung des Luftspalts maßgeblich beeinflusst. Neben dieser Form ist weiter das Verhältnis aus Höhe und Breite der Halterung für diese Flussdichteverteilung entscheidend. Darüber hinaus begrenzt diese erläuterte Form der Halterung wesentlich die Ankerrückwirkung in der Halterung, da der von den Statorströmen erzeugte Ankerfeldanregung ein großer magnetischer Widerstand entgegenwirkt, wodurch der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine positiv beeinflusst wird. Darüber hinaus kann durch diese Formgestaltung der Halterung eine große Gewichtseinsparung durch Materialeinsparung erzielt werden. Gerade bei Synchronmaschinen, die große Durchmesser aufweisen können, sowie der Tatsache, dass die Halterungen im äußersten Bereich des Rotors angeordnet sind und dort die Fliehkräfte am stärksten wirken, ist diese Formgestaltung besonders gut, um die auf den Rotor wirkenden Fliehkräfte zu reduzieren. Einhergehend damit können die Bauteile, insbesondere die Halterung, mit Materialien ausgebildet sein, die eine geringere Festigkeit aufweisen. Vorteilhaft ist gleichfalls, dass aufgrund eines niedrigeren Trägheitsmoments der Rotor beim Betriebsbeginn schneller anläuft. Mittels einer derartigen Ausbildung der beiden Seitenflächen kann ferner der magnetische Fluss derart bereitgestellt werden, dass eine besonders gut angenäherte sinusförmige Stromkurve bei Drehung des Rotors erzeugt wird.
In einer bevorzugten Weiterbildung kann sich ein erster Steg parallel zur ersten Stirnfläche erstrecken. Indem sich der in Umfangsrichtung des Rotors magnetisierte Permanentmagnet radial erstreckt und in die Tasche eingesetzt ist, kann es jedoch vorkommen, dass sich die Halterung im Bereich der zweiten Stirnfläche unbeabsichtigt aufgrund der Fliehkräfte verformt. Um dem entgegenzuwirken, wird im Bereich zwischen Luftspalt und dem wenigstens einem Permanentmagnet ein erster Steg vorgesehen, welcher die Festigkeit und Stabilität der Halterung gewährleistet. Allerdings ist es vorteilhaft, den Steg möglichst schmal auszubilden, so dass dieser den magnetischen Fluss nur geringfügig kurzschließt. Ferner kann durch eine geeignete Länge des wenigstens einen Permanentmagneten in Radialrichtung die kurzschließende Wirkung des Permanentmagneten infolge des ersten Stegs kompensiert werden, da eine größere Länge in Summe einen größeren magnetischen Fluss des Permanentmagneten bedeutet.
Zusätzlich oder alternativ kann die Halterung des erfindungsgemäßen Elements einen parallel zur ersten Stirnfläche erstreckenden zweiten Steg im Bereich des Verbindungsabschnitts aufweisen. Dadurch, dass das Material des Permanentmagneten und das Material der Halterung bei hohen Temperaturen unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, ist der zweite Steg im Bereich des Verbindungsabschnitts vorgesehen. So kann wirksam vermieden werden, dass sich die Permanentmagneten und/oder die Halterung von der Rotornabe lösen/löst. Weiterhin ist es vorteilhaft, den zweiten Steg ebenfalls relativ schmal auszubilden, so dass dieser den magnetischen Fluss nur zu einem geringen Anteil kurzschließt.
Werden wenigstens zwei Permanentmagneten, die sich vorzugsweise radial nach der Montage der Halterung an der Rotornabe erstrecken, in der Tasche aufgenommen, kann die Tasche wenigstens eine quer zur ersten Stirnfläche erstreckende Speiche aufweisen. Mittels dieser wenigstens einen Speiche wird die mechanische Festigkeit der Halterung weiter verbessert. Vorzugsweise kann die zweite Stirnfläche abschnittsweise nach außen gekrümmt bzw. gewölbt ausgebildet sein. Mittels einer derartigen Ausbildung der zweiten Stirnfläche kann der magnetische Fluss derart bereitgestellt werden, dass eine besonders gut angenäherte sinusförmige Stromkurve bei Drehung des Rotors erzeugt wird. Bei der Verwendung der Halterung bei Innenläufern kann demnach eine kreisförmige Form des Rotors gebildet werden.
Alternativ kann die zweite Stirnfläche abschnittsweise nach innen gekrümmt bzw. gewölbt ausgebildet sein. Mittels einer derartigen Ausbildung der zweiten Stirnfläche kann der magnetische Fluss derart bereitgestellt werden, dass eine besonders gut angenäherte sinusförmige Stromkurve bei Drehung des Rotors erzeugt wird. Bei der Verwendung der Halterung bei Außenläufern kann demnach eine kreisförmige Form des Stators gebildet werden.
Des Weiteren kann der Verbindungsabschnitt als Schwalbenschwanzverbindung ausgebildet sein. Gerade die korrespondierende Schwalbenschwanzform der Rotornabe, die aus nichtferromagnetischen Material ausgebildet ist, umhüllt und bettet den Verbindungsabschnitt magnetisch isolierend ein und weist somit für den magnetischen Fluss einen hohen Widerstand auf. Dieser magnetische Widerstand wird auch deshalb besonders groß, da aufgrund der dreiseitigen, beabstandeten Umschließung des radial inneren Endes des Magneten ein möglichst großer Anteil des den Permanentmagneten in Richtung der Rotorachse umgebenden Materials aus einem magnetisch schlecht leitenden Material ausgebildet ist. Umgekehrt wird dadurch für den magnetischen Fluss eine Vorzugsrichtung in Richtung des Stators geschaffen, denn in dieser Richtung weist die Halterung einen deutlich niedrigeren magnetischen Widerstand auf. Mit dieser Anordnung der Permanentmagnete wird die Symmetrie des magnetischen Feldes also derart gebrochen, dass sich das magnetische Feld bevorzugt in Richtung des Luftspalts entwickelt. Im Ergebnis erhöht diese Maßnahme die magnetische Flussdichte im Bereich des Luftspalts zwischen Stator und Rotor, was zu einer erhöhten Effizienz der Maschine führt.
Mit Hilfe der an der am Verbindungsabschnitt vorgesehenen Schwalbenschwanz- Verbindung ist die Halterung robust mit der Rotornabe verbunden. Neben einer hohen Zuverlässigkeit sowie einer relativ einfachen Fertigung dieser Verbindung ist die Montage der beiden Komponenten auf einfache Weise durchzuführen. Die Schwalbenschwanzverbindung beeinflusst ferner auch die magnetischen Eigenschaften des Permanentmagneten selbst nicht.
Außerdem kann eine Aufnahme für wenigstens ein Verbindungsmittel zum kraftschlüssigen Verbinden von einer Mehrzahl an Halterungen an wenigstens einer Seitenfläche vorgesehen sein, wobei das Verbindungsmittel gegenüber der Halterung isoliert ist. Wird eine Mehrzahl an Halterungen in Axialrichtung der Rotornabe angeordnet, können diese Halterungen mittels des Verbindungsmittels in Axialrichtung miteinander verbunden werden und somit als Halterungspaket vorgesehen werden. Die Halterungen können sowohl vor als auch nach der Montage an die Rotornabe durch das Verbindungsmittel kraftschlüssig verbunden werden. Das Verbindungsmittel kann z.B. ein Stab sein und besteht, vorzugsweise aus einem nichtferromagnetischen Material, um die Erzeugung von Störmagnetfeldern zu verhindern. Um das Verbindungsmittel sowohl magnetisch als auch elektrisch gegenüber der Halterung zu isolieren, wird ein Isoliermittel, wie z.B. Klebstoff, Haftmittel, Harz, usw. in die Aufnahme eingebracht.
Besonders vorteilhaft kann die Aufnahme als ösenartige Aufnahme mit einem Schlitz ausgebildet sein. Mit Ausbildung einer ösenartigen Aufnahme kann das Verbindungsmittel besonders gut aufgenommen werden. Der, vorzugsweise sich über die ösensartige Aufnahme erstreckende, Schlitz ist ausgebildet, um ein mögliches um die ösenartige Aufnahme entstehendes magnetisches Störmagnetfeld zu vermeiden.
Darüber hinaus kann die Halterung einen Nordpolabschnitt und einen Südpolabschnitt aufweisen, welche durch den ersten Steg miteinander verbunden sind. Mittels Einsetzen des wenigstens einen in Umfangsrichrung des Rotors magnetisierten Permanentmagneten in die Tasche der Halterung bewirkt der Permanentmagnet, dass sich der Nordpolabschnitt und der Südpolabschnitt der Halterung ebenso in Umfangsrichrung des Rotors befinden. Die Anordnung des Nordpolabschnitts bzw. des Südpolabschnitts ändert sich auch nicht, wenn mehrere, wie z.B. zwei Permanentmagneten, in die Tasche eingesetzt sind, da die Pole der Permanentmagneten immer gleichgerichtet in die Tasche eingesetzt sind. Überwiegend wird der erste Steg deshalb ausgebildet, um die Festigkeit der Halterung aufgrund der durch die Rotation hervorgerufenen Fliehkräfte zu gewährleisten. Die Anordnung von in Umfangsrichtung benachbarten Elementen ist ferner so zu wählen, dass gleiche Pole, also Nordpolabschnitt und Nordpolabschnitt von benachbarten Elementen bzw. Südpolabschnitt und Südpolabschnitt von benachbarten Elementen einander zugewandt sind, so dass der magnetische Fluss noch besser radial nach außen ausgebildet ist. Ferner kann die Halterung einstückig bzw. als ein integriertes Teil ausgebildet sein. Hierdurch kann ein besonders gutes homogenes magnetisches Feld erzeugt werden, da das magnetische Feld nicht durch die Mehrteiligkeit der Halterung unterbrochen wird. Hinsichtlich der mechanischen Stabilität der Halterung erweist sich ihre einstückige Ausbildung ebenfalls als vorteilhaft.
Zusätzlich oder alternativ zum vorliegenden Erfindungsgedanken kann das Verhältnis der Länge des Permanentmagneten in Radialrichtung zur halben lichten Halterungsbreite in Umfangsrichrung so gewählt werden, dass Materialien der Halterung und/oder der Statorzähne den Bereich der magnetischen Sättigung gerade erreicht wird. Damit kann der Erregerfluss insbesondere in den Statorzähnen auf ein geeignetes Maximum justiert werden. Zusätzlich oder alternativ zum vorliegenden Erfindungsgedanken kann der Verbindungsabschnitt und der wenigstens eine Permanentmagnet so ausgebildet sein, dass sich eine zur Rotornabe zugewandte stirnseitige Fläche des wenigstens einen Permanentmagneten näher an der Drehachse eines Rotors befindet als die Manteloberfläche der Rotornabe. Diese Anordnung führt ebenso dazu, dass der Magnet an seinem radial inneren Ende dreiseitig von dem Material der Rotornabe mit einem hohen magnetischen Widerstand umgeben ist. Hierdurch wird insbesondere die Verteilung der magnetischen Flussdichte in dem der Rotornabe zugewandten Bereich des Permanentmagneten wirksam radial nach außen, in Richtung des Luftspalts zwischen Rotor und Stator gelenkt, wodurch die magnetische Flussdichte radial nach außen wesentlich erhöht wird. Mit dieser Anordnung der Permanentmagnete wird die Symmetrie des magnetischen Feldes in ähnlicher Weise gebrochen, wie bei der Schwalbenschanzverbindung. Zusätzlich oder alternativ zum vorliegenden Erfindungsgedanken kann die
Halterung so ausgebildet sein, dass ihr geringster Querschnitt in Radialrichtung bei einem Abstand ausgebildet ist, der sich von der Drehachse des Rotors bis zur Manteloberfläche der Rotornabe erstreckt oder kleiner ist. Durch die Ausbildung des geringsten Querschnitts möglichst in Höhe oder näher in Richtung der Drehachse werden die magnetischen Feldlinien ebenfalls wirksam radial nach außen gelenkt und so die nutzbare magnetische Flussdichte erhöht. Je geringer der senkrechte Abstand zwischen der ersten Stirnfläche zum geringsten Querschnitt ist, desto mehr lässt sich die Symmetrie des magnetischen Feldes brechen und auf diese Weise die magnetischen Feldlinien radial nach außen lenken.
Ferner kann der geringste Querschnitt höchstens fünf Mal die Dicke des Permanentmagneten, vorzugsweise höchstens vier Mal die Dicke des Permanentmagneten, und besonders bevorzugt höchstens drei Mal die Dicke des Permanentmagneten aufweisen. Dieses Verhältnis gilt insbesondere bei zwei in Radialrichtung angeordneten Permanentmagneten. Bei lediglich einem in eine Tasche eingesetzten Permanentmagneten kann der geringste Querschnitt auch höchstens drei Mal die Dicke des Permanentmagneten, vorzugsweise höchstens zwei Mal die Dicke des Permanentmagneten, und besonders bevorzugt höchstens eineinhalb Mal die Dicke des Permanentmagneten aufweisen. Je geringer der geringste Querschnitt ausgebildet ist, desto mehr magnetische Feldlinien werden radial nach außen gelenkt. Gleichzeitig tritt jedoch eine zunehmende mechanische Belastung im geringsten Querschnitt der Halterung auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird nach Anspruch 17 ein Bauteil einer elektrischen Maschine, insbesondere Rotor, mit einer Rotornabe, vorgeschlagen, wobei ein Spalt zwischen zwei in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung des Bauteils benachbarten Elementen vorgesehen ist, wobei der Spalt entweder ein Luftspalt ist oder darin ein elastisches Material eingebracht ist.
In Anbetracht der entstehenden hohen Temperaturen, die durch die magnetischen Felder sowohl der Permanentmagneten als auch der Spulen des Stators erzeugt werden, kann der Luftspalt diese wirksam abführen und mithin die elektrische Maschine kühlen. Der Luftspalt von zwei in Umfangsrichtung benachbarten Elementen ist im Bereich der zweiten Stirnfläche geringer als im Bereich der ersten Stirnfläche. Dagegen ist der Luftspalt von zwei in Axialrichtung benachbarten Elementen konstant. Wird der zwischen den zwei in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung des
Bauteils benachbarten Elementen mit einem elastischen Material verfüllt, bewirkt dies eine gegenseitige elastische Abstützung zueinander.
Indem die wenigstens zwei benachbarten Elemente mit einem Luftspalt voneinander getrennt sind, können auf einfache Weise mögliche in den Halterungen entstehende Wirbelstürme isoliert werden. Diese geschichtete Bauweise der Halterungen verbessert ebenso den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine.
Durch die Ausbildung des Luftspalts kann zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarter Elemente, insbesondere Halterungen, auch die Ankerrückwirkung des magnetischen Feldes des Stators reduziert werden. Die Befestigung eines Elements an der Rotornabe kann neben einer Schwalbenschwanzverbindung auch mittels eines Klebstoffs bzw. Haftmittel oder eine Kombination von Beiden durchgeführt werden. Auch ein Verschrauben, Verschweißen sowie ein Vorsehen eines Pressitzes des Elements in der Rotornabe ist möglich. Es sei noch angemerkt, dass die Rotornabe aus einem nichtferromagnetischen Material besteht.
Zudem können wenigstens zwei Elemente in Axialrichtung mittels eines Stützelements dazwischen beabstandet sein. Das Stützelement ermöglicht somit vorteilhaft, dass wenigstens zwei in Axialrichtung benachbarte Elemente zueinander positioniert sind und insofern Schwingungen, z.B. Flattern der Halterungen vermieden werden. Schwingungen können einerseits das magnetische Feld negativ beeinflussen sowie andererseits das Material des Elements, insbesondere der Halterung, ermüden und somit zum Versagen führen. Die Stützelemente können periodisch im gleichen Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sein. Das Stützelement kann ferner dergestalt in Umfangsrichtung des Rotors angeordnet sein, dass es jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarte Elemente von zwei in Axialrichtung benachbarte Elemente, die ebenfalls in Umfangsrichtung zueinander benachbart angeordnet sind, beabstandet und zugleich stützt. So können besonders wenige Stützelemente im Luftspalt zwischen den zwei in Axialrichtung benachbarter Elemente vorgesehen werden, so dass die hohen Temperaturen der Elemente sowie der Rotornabe wirksam abgeführt werden können. Bei der Verwendung einer möglichst geringen Anzahl von Stützelementen können auch die Herstellkosten des Bauteils gesenkt werden. Das Stützelement kann ebenfalls mit einer Schwalbenschwanzverbindung an der Rotornabe des Rotors oder aber an einem speziell für die Stützelemente vorgesehenen Ring, der wiederum an der Rotornabe befestigt ist, verbunden sein. Es sei noch angemerkt, dass die Stützelemente so angeordnet sind, dass das in der Aufnahme vorgesehene Verbindungsmittel die Elemente in Axialrichtung kraftschlüssig verbindet, d.h. dass die Stützelemente die Verbindungsmittel nicht behindern.
Überdies können jeweils an den Stirnseiten des Rotors und/oder der Rotornabe Pressringe vorgesehen sein, um die Elemente kraftschlüssig aneinanderzupressen. Werden zusätzlich zu den in Axialrichtung von zwei benachbarten Elementen vorhandenen Stützelementen noch stirnseitig jeweils ein Pressring vorgesehen, werden die in Axialrichtung benachbarten Elemente derart fest fixiert, dass Schwingungen zum großen Teil oder sogar gänzlich vermieden werden. Um zwischen den Pressering und den dazu beabstandeten Halterungen einen Luftspalt zu ermöglichen, ist die Anordnung von weiteren Stützelementen möglich. Auch auf diese Weise wird das Kühlen des Rotors wirksam gefördert.
Ferner kann das wenigstens eine Stützelement und/oder die Rotornabe aus einem nichtferromagnetischen Material ausgebildet sind. Indem die Rotornabe nichtferromagnetisch leitend bzw. mit einem hohen magnetischen Widerstand ausgebildet ist, kann der Schwerpunkt der magnetischen Flussdichte gezielt radial nach außen, in Richtung des Luftspalts zwischen Stator und Rotor gelenkt werden und so den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöhen. Die nichtferromagnetisch ausgebildeten Stützelemente stören das durch den Permanentmagneten und der Halterung ausgebildete magnetische Feld nicht weiter und stützen zugleich die Halterungen gegenseitig.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird nach Anspruch 21 eine elektrische Maschine, insbesondere ein Generator, vorgeschlagen, dass ein Bauteil, insbesondere einen Rotor mit einer Rotornabe, aufweist. Die Vorteile einer solchen elektrischen Maschine wurden bereits vorstehend bei dem Bauteil sowie bei dem Element dargelegt und somit wird der Einfachheit halber darauf verwiesen. Die vorstehend beschriebenen Merkmale und Funktionen der vorliegenden
Erfindung sowie weitere Aspekte und Merkmale werden nachfolgend anhand einer detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren weiter beschrieben. Hierbei zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßem Elements einer ersten Ausführungsform mit einer Halterung und zwei Permanentmagneten; eine Schnittansicht einer Rotornabe und einer Mehrzahl an in Umfangsrichtung der Rotornabe angeordneten erfindungsgemäßen Elementen; eine perspektivische Schnittansicht einer Rotornabe, einer Mehrzahl an in Umfangsrichtung der Rotornabe angeordneten erfindungsgemäßen Elementen einer ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 und eines Pressrings; eine Schnittansicht eines an der Rotornabe mittels einer Schwalbenschwanzverbindung angeordneten erfindungsgemäßen Elementsgemäß einer zweiten Ausführungsform; eine perspektivische Ansicht eines Rotors; einen Ausschnitt einer Schnittansicht eines magnetischen Feldliniendiagramms von zwei benachbarten Elementen mit jeweils einem Permanentmagneten; und einen Ausschnitt einer Schnittansicht eines magnetischen Feldliniendiagramms von zwei benachbarten Elementen mit jeweils einem im Vergleich zu Fig. 6 längeren Permanentmagneten.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Elements 1 einer ersten Ausführungsform mit einer Halterung 2 und zwei Permanentmagneten 4. Die Halterung 2 weist eine in Querschnitt trichterförmige bzw. trompetenförmige Kontur auf und besteht aus einem ferromagnetischen Material. Die Halterung 2 kann einstückig ausgebildet sein. Zur Vermeidung von Wirbelstömen in der Halterung 2 ist diese jedoch vorzugsweise aus in Axialrichtung eines Rotors 100, also in zur Papierebene der Fig. 2 senkrechter Richtung, hintereinander geschichteten Blechen (integral) ausgebildet. Die Bleche können mit einer speziellen Beschichtung versehen werden. Aus den fertig zugeschnittenen/gestanzten und beschichteten Blechen wird ein die Halterung bildender Belchstapel gebildet und die einzelnen Bleche werden dann durch Erhitzen oder unter Verwendung von Lösemittel miteinander verbackt. Die Beschichtung wird daher auch als Backlack bezeichnet. Als Bleche werden vorzugsweise Elektrobleche verwendet.
Wie aus Fig. 1 erkennbar, ist ein Verbindungsabschnitt 6 bei der ersten Stirnfläche 8 als Schwalbenschwanz 10 ausgebildet. Der Schwalbenschwanz 10 bildet hierbei bei draufsichtiger Betrachtung der Halterung 2 bzw. in Axialrichtung A auch den geringsten Querschnitt B aus. An einer der ersten Stirnfläche 8 gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 12 ist eine im Wesentlichen trapezförmige Vertiefung 14 ausgebildet. Es sei angemerkt, dass die Vertiefung 14 ebenfalls einen Teil der zweiten Stirnfläche 12 bildet. Verbindungsabschnitte 13 bilden einen Übergang zwischen der Vertiefung 14 und der zweiten Stirnfläche 12. Die Wahl des Winkels der Verbindungsabschnitte 13 ist von einer Stelle der gewünschten Intensivierung des magnetischen Feldes bei der Vertiefung 14 abhängig. Diese Stelle kann entweder nahe dem Rotor 100 oder nahe dem Stator 200 liegen. Die Bedeutung der Vertiefung 14 wird nachstehend noch gesondert erläutert. Die zweite Stirnfläche 12 ist ferner konvex bzw. nach außen gewölbt bzw. gekrümmt ausgebildet. Die nach außen gekrümmte Form der zweiten Stirnfläche 12 ist vom Durchmesser des Rotors 100 und/oder des Stators 200 abhängig. Mittels dieser konvexen Kontur der zweiten Stirnfläche kann eine angenäherte sinusförmige Stromkurve bei der Drehung des Rotors erzeugt werden. Die zwei Stirnflächen 8 und 12 werden durch abschnittsweise nach innen gekrümmte Seitenflächen 16 und 18 miteinander verbunden, so dass die oben genannte trompetenartige Kontur entsteht. An den nach innen gekrümmten Seitenflächen 16 und 18 ist jeweils eine ösensartige Aufnahme 20 und 22 angeformt. Die ösenartigen Aufnahmen 20 und 22 weisen jeweils einen in deren Längsrichtung, d.h. in Axialrichtung, erstreckenden Schlitz 20a und 22a auf, so dass durch diese Unterbrechung die Entstehung eines Störmagnetfelds in Umfangsrichtung der ösenartigen Aufnahmen 20 und 22 wirksam vermieden wird. In den ösenartigen Aufnahmen 20 und 22 können Verbindungsmittel 20b und 22b aufgenommen werden. Die Verbindungsmittel 20b und 22b sind zum kraftschlüssigen Verbinden einer Mehrzahl an in Axialrichtung A des Rotors 100 angeordneten Halterungen 2 an den Seitenflächen 16 und 18 vorgesehen. Die Verbindungsmittel 20b und 22b sind im vorliegenden Fall Stäbe mit an beiden Enden vorgesehenen Außengewinde und Schrauben. Ferner ist in die ösenartige Aufnahmen 20 und 22 ein Klebstoff eingebracht. Die Halterung 2 weist ferner eine quaderförmige Tasche 24 auf, in der zwei
Permanentmagneten 4 aufgenommen sind. Zur Stabilisierung der Halterung 2 wurde in Radialrichtung eine Speiche 26 zwischen den zwei aufgenommenen Permanentmagneten 4 ausgebildet. Obgleich es sich bei der vorliegenden Ausführungsform um eine Tasche 24 handelt, können ohne Weiteres mehrere Taschen in einer Halterung ausgebildet sein. Im Zuge dessen ist es auch denkbar, mehrere Speichen auszubilden, um die Stabilität der Halterung zu gewährleisten. Durch die Ausbildung der Tasche 24 in der Halterung 2 ergibt sich ein erster Steg 28 im Bereich eines Luftspalts zwischen Rotor 100 und Stator 200 sowie ein zweiter Steg 30 im Bereich des Verbindungsabschnitts 6. Genauer, verläuft der zweite Steg 30 zwischen den stirnseitigen Flächen 4a der Permanentmagneten 4 und der zweiten Stirnseite 12 der Halterung 2. Es sei noch festgehalten, dass das Element 1 sowohl in Axialrichtung A als auch in Radialrichtung R zu dessen jeweiligen Mittelachsen M spiegelsymmetrisch ausgebildet ist. Die beiden in der Tasche 24 eingesetzten Permanentmagneten 4 weisen eine
Ausrichtung der Pole in Umfangsrichtung U auf, wodurch ein Südpolabschnitt 32 und ein Nordpolabschnitt 34 entsteht. Die beiden Permanentmagneten 4 sind zueinander so angeordnet, dass beide entsprechend ihrer Polung gleichgerichtet sind, d.h. bei Betrachtung von Fig.1 weisen beide Permanentmagneten 4 den Nordpol N rechts und den Südpol S links auf. Wie bereits vorstehend erläutert, werden diese beiden Polabschnitte 32 und 34 mittels des ersten Stegs 28 und des zweiten Stegs 30 miteinander verbunden, um die Halterung 2 zu stabilisieren. Durch die Ausbildung der Vertiefung 14 erstreckt sich der erste Steg 28 relativ schmal vom Nordpolabschnitt 34 zum Südpolabschnitt 32, wodurch nur ein geringer Anteil des magnetischen Feldes kurzschlussartig vom ersten Steg 28 absaugt wird. Indem die Ausrichtung der Pole der Permanentmagneten 4 in Radialrichtung R verläuft, ist es aufgrund der in Umfangsrichtung U und nicht in Radialrichtung R wirkenden magnetischen Kräfte möglich, den ersten Steg 28 relativ schmal auszubilden. Der die Stirnfläche 12 und die Vertiefung 14 verbindende Verbindungsabschnitt 13 ist unter einem festgesetzten Winkel ausgestaltet, so dass die magnetischen Feldlinien bei einer gewünschten Position gesammelt werden können. Ebenso wie bei dem ersten Steg 28 ist auch der zweite Steg 30 relativ schmal ausgebildet, um ein kurzschlussartiges Absaugen zu verhindern.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer Rotornabe 50 mit einer Manteloberfläche 51 und einer Mehrzahl an in Umfangsrichtung U der Rotornabe 50 angeordneten erfindungsgemäßen Elementen 1 einer ersten Ausführungsform nach der Montage. Die aus einem nichtferromagnetischen Material ausgebildete Rotornabe 50 weist zur Kühlung des Rotors 100 eine in Umfangsrichtung U angeordnete Mehrzahl von kreisförmigen Öffnungen 52 auf. Die Elemente 1 sind im Verbindungsabschnitt 6 periodisch in einem gleichen Abstand in Umfangsrichtung U an der Rotornabe 50 mittels einer Schwalbenschwanzverbindung 10 befestigt. Zusätzlich zur Schwalbenschwanzverbindung 10 sind die Elemente 1 mittels Klebstoff 36 an der Rotornabe 50 befestigt. Indem die Elemente 1 im Verbindungsabschnitt 6 nicht nur, wie im Stand der Technik, an die Rotornabe 50 aufgesetzt sind, sondern mittels der Schwalbenschwanzverbindung 10 von einem nichtferromagnetischen Material, nämlich der Rotornabe 50, umgeben sind, werden die magnetischen Feldlinien radial nach außen, in Richtung des Luftspalt zwischen Rotor 100 und Stator 200 gelenkt. Diese Schwalbenschwanzverbindung 10 trägt somit ebenfalls zur wirksam Bündelung des magnetischen Feldes bei, da die magnetischen Feldlinien erst radial weiter außen gelenkt werden, bevor sie aus der Halterung 2 austreten. Die Elemente 1 sind dergestalt in Umfangsrichtung U angeordnet, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Elementen 1 ein Spalt 38 vorgesehen ist. Der Spalt 38 ist als Luftspalt ausgebildet, wodurch die Ankerrückwirkung des magnetischen Statorfelds reduziert wird und die benachbarten Halterungen 2 aufgrund des Luftstroms dazwischen kühlt. Darüber hinaus sind zwischen den benachbarten Elementen 1 Stützelemente 40 vorgesehen, die in Axialrichtung A versetzt zu dem Element 1 angeordnet sind, sowie ein Pressring 42 mit Kühlöffnungen 44, welche in Fig. 3 noch näher erläutert werden. Aufgrund der Konturgebung des Elements 1 , insbesondere der Halterung 2, nämlich die nach innen gekrümmten Seitenflächen 16 und 18, wird eine durch den Stator 200 verursachte Ankerrückwirkung wirksam reduziert, da der Bereich zwischen den zwei in Umfangsrichtung U benachbarten Elementen 1 lediglich mit Luft als magnetischen Widerstand gefüllt ist. So wird durch diese Konturgebung der Halterung 2 besonders gut die Ankerrückwirkung des Stators 200 vermieden.
Die Fig. 2 dargestellte Anordnung der Permanentmagnete 4 in den in Umfangsrichtung U der Rotornabe 50 angeordneten Elementen 1 zeigt, dass die unterschiedlichen Pole der beiden Permanentmagneten 4, d.h. Nordpol und Südpol, in einem Element 1 gerichtet zugewandt sind. Die Polung der in Umfangsrichtung U benachbarten Elemente 1 und somit die Ausprägung der Nordpolabschnitte 34 bzw. Südpolabschnitte 32 der Elemente 1 ist so gewählt, dass ein Nordpolabschnitt 34 eines Elements 1 zu einem Nordpolabschnitt 34 eines in Umfangsrichtung U benachbarten Elements 1 zugewandt ist und dass ein Südpolabschnitt 32 eines Elements 1 zu einem Südpolabschnitt 32 eines in Umfangsrichtung U benachbarten Elements 1 zugewandt ist. Hierdurch wird aufgrund der abstoßenden Wirkung der ausgebildeten magnetischen Felder der Permanentmagneten 4 in Umfangsrichtung besonders gut der magnetische Fluss in Richtung des Luftspalts zwischen Rotor 100 und Stator 200 ausgebildet.
Die Permanentmagneten 4 sind ferner so in der Halterung 2 angeordnet, dass sich deren stirnseitigen Flächen 4a näher an der Drehachse D des Rotors 100 befinden wie die Manteloberfläche 51 der Rotornabe 50, wodurch die magnetischen Feldlinien radial nach außen verstärkt werden, da die Rotornabe 50 aus einem nichtferromagnetischen bzw. einem hohen magnetischen Widerstand aufweisenden Material ausgebildet ist. Zusätzlich dazu, ist der geringste Querschnitt B der Halterung 2 bei dem radialen Abstand der Manteloberfläche 51 der Rotornabe 50 ausgebildet. Der geringste Querschnitt B beträgt hier in etwa viereinhalb Mal die Dicke eines Permanentmagneten 4 in Umfangsrichtung U.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer Rotornabe 50, einer Mehrzahl an in Umfangsrichtung U der Rotornabe 50 angeordneten erfindungsgemäßen Elementen 1 einer ersten Ausfuhrungsform und einen Pressring 42. In Fig. 3 ist zu erkennen, dass der Pressring 42 an einem Ende der in Umfangsrichtung U vorgesehenen Elementpakete angeordnet ist, anders ausgedrückt, an einer Stirnseite 54 der Rotornabe 50. Ferner ist die umlaufende Manteloberfläche 51 der Rotornabe 51 zu erkennen. Zwischen dem Pressring 42 und den äußersten in Umfangsrichtung U angeordneten Elementen 1 (umlaufende Elementpakete) sind im gleichen Abstand in Umfangsrichtung U mehrere Stützelemente 38 angeordnet. Die Stützelemente 38 befinden sich an derart festgesetzten Positionen, dass sie sich jeweils zum gleichen Maße mit zwei in Umfangsrichtung U benachbarten Elementen 1 in Kontakt befinden, d.h. eine gleiche Überdeckung mit beiden in Umfangsrichtung U benachbarten Elemente 1 aufweisen. Der in Axialrichtung A des Rotors 100 geschichtete Aufbau der Elemente 1 verhindert wirksam die Bildung von Wirbelströmen entlang der Axialrichtung A des Rotors 100. Ferner ist aus Fig. 3 zu erkennen, dass die zwei in Axialrichtung A benachbarten Elemente 1 bei den ösenartigen Aufnahmen 20 und 22 mittels der Verbindungsmittel 20b und 22b axial zueinander verbunden sind.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines an der Rotornabe 50' mittels einer Schwalbenschwanzverbindung 10' angeordneten erfindungsgemäßen Elements einer zweiten Ausführungsform. Das in Fig.4 dargestellte Element 1 ' besteht aus einer Halterung 2', die aus einem einen Nordpolabschnitt 34 bildenden Teil und einem einen Südpolabschnitt 32 bildenden Teil ausgebildet ist. Der Nordpolabschnitt 34 sowie der Südpolabschnitt 32 hängen von der Ausrichtung der Pole des Permanentmagneten 4 ab. Die in Fig. 4 dargestellte Rotornabe 50' ist verglichen mit der Rotornabe 50 der vorstehenden Ausführungsform derart angepasst, dass im Bereich des Permanentmagneten 4 des Elements 1 ' ein Vorsprung 56 ausgebildet ist. Der in eine quaderförmige Tasche 24' der Halterung 2' eingesetzte Permanentmagnet 4 befindet sich mit dem Vorsprung 56 der Rotornabe 50' stirnseitig in Kontakt. So wird ein magnetischer Kurzschluss sowohl im Luftspalt zwischen Rotor 100 und Stator 200 aufgrund des Nichtvorhandenseins eines ersten Stegs als auch im Verbindungsabschnitt 6' aufgrund der magnetisch isolierenden Rotornabe 50 und des Nichtvorhandenseins eines zweiten Stegs wirksam vermieden. Eine Weiterbildung des in Fig.4 dargestellten Elements 1 ' besteht darin, dass der den Nordpolabschnitt 34 bildende Teil und der den Südpolabschnitt 32 bildende Teil stirnseitig bzgl. der Axialrichtung A über wenigstens einen Steg miteinander verbunden werden können.
Obschon in der zweiten Ausführungsform in Fig. 4 keine kreisförmige Öffnungen zum Kühlen der Rotornabe 50' vorgesehen sind, ist es ohne Weiteres denkbar, solche kreisförmigen Öffnungen ebenso in der Rotornabe 50' auszubilden. Außerdem sind bei dieser Ausführungsform an den stirnseitigen Seitenflächen 16', 18' keine ösenartigen Aufnahmen angeformt.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rotors 100 mit einer Drehachse D. An einer Rotorwelle 102 ist in dieser Reihenfolge der erste Pressring 42, eine Rotornabe 50 mit vier in Axialrichtung A auf der Rotornabe 50 angeordneten Elementpakete (vier axiale Elementpakete), der zweite Pressring 42 sowie ein Lüfterrad 104 befestigt. Die beiden stirnseitig an der Rotornabe 50 angeordneten Pressringe 42 pressen bzw. drücken die Elementpakete 1 (axiale Elementpakete) mittels eines nicht dargestellten Zugmittels fest aneinander, so dass Schwingungen zwischen den Elementen 1 vermieden werden. Die zum Aneinanderpressen der Pressringe 42 verwendeten Zugmittel können ähnlich wie die Verbindungsmittel 20b und 22b konfiguriert sein und ragen bei der vorliegenden Ausführungsform durch die Rotornabe 50 durch. Das Lüfterrad 104 ist zum Abführen der hohen Temperaturen des Rotors 100 vorgesehen. Fig. 6 stellt einen Ausschnitt einer Schnittansicht von zwei benachbarten
Elementen 1 mit jeweils einem Permanentmagneten 4 mit einem Diagramm des magnetischen Felds dar. Des Weiteren ist ein Stator 200 mit mehreren Statorzähnen 202 dargestellt. Anhand dieser Figur wird nachfolgend das magnetische Feld erläutert, das in Form von Feldlinien dargestellt ist. Hierin zeigt der Abstand zwischen den Feldlinien die Intensität der magnetischen Flussdichte an. Der besseren Übersichtlichkeit halber wird auf die Darstellung der Rotornabe verzichtet. Die Form einer Halterung 2" ist bei dieser Ausführungsform so gewählt, dass sie trapezförmig ist und mit einer Schwalbenschwanzverbindung 10 im Bereich des Verbindungsabschnitts 6 ausgebildet ist.
Die in Fig. 6 dargestellten Feldlinien der Permanentmagneten 4 werden im Wesentlichen von den jeweiligen Permanentmagneten 4 an die entsprechenden Halterung 2" weitergeleitet. Die beiden Halterungen 2" geben den Feldlinien anschließend an die Statorzähne 202 des Stators 200 ab und werden dann wieder an den entgegengesetzten Pol des jeweiligen Permanentmagneten 4 zurückgeführt. Im Bereich der Statorzähne 202, insbesondere im Hohlbereich zwischen zwei benachbarten Statorzähne 202, ist jeweils eine Feldlinie zu erkennen, was auf eine magnetische Sättigung der Statorzähne 202 schließen lässt. Im unteren Bereich des Elements im Bereich des Schwalbenschwanzes 10 ist ersichtlich, dass nur ein geringer Anteil der Feldlinien in Richtung der nicht dargestellten Rotornabe austritt. So wird aus Fig. 6 deutlich, dass die Halterung 2" die Feldlinien des Permanentmagneten 4 sammelt und in Richtung des Luftspalts zwischen Rotor 100 und Stator 200 lenkt. Die Feldlinien im Bereich der Vertiefung 14 zeigen, dass durch die Vertiefung 14 nur ein geringer Anteil der Feldlinien des Permanentmagneten 4 magnetisch kurzgeschlossen wird. Demzufolge bewirkt die Vertiefung 14 gleichfalls einen Sammlereffekt. Aber auch das Verhältnis der Länge 1 des Permanentmagneten 4 in Radialrichtung R zur halben Breite b der Halterung 2" ist ein Maß für den Sammeleffekt bzw. der Flussdichte des Permanentmagneten 4.
Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt einer Schnittansicht von zwei benachbarten Elementen 1 mit jeweils einem im Vergleich zu Fig. 6 längeren Permanentmagneten 4 Fig. 7 enthält wieder ein Diagramm des magnetischen Felds, das in Form von Feldlinien dargestellt ist. Die Form einer Halterung 2"' ist bei dieser Ausführungsform so gewählt, dass sie im Wesentlichen trapezförmig mit einer Schwalbenschwanzverbindung 10 im Bereich des Verbindungsabschnitts 6 ausgebildet ist. Ein Winkel α beschreibt dabei den Winkel zwischen der ersten Stirnfläche 8 der Halterung 2"' und der ersten oder zweiten Seitenfläche 16, 18 der Halterung 2" '. Die Trapezform der Halterung 2"' wird in etwa der Höhe des Permanentmagneten 4 nochmals aufgeweitet, d.h. der Winkel α wird stumpfer. Durch den im Vergleich zu Fig.6 dargestellten längeren Permanentmagneten 4 in Radialrichtung R wird der Sammlereffekt im Bereich der Vertiefung 14 verstärkt. So wird deutlich, dass der magnetische Fluss mit zunehmender Länge 1 steigt, was an der magnetischen Flussdichte erkennbar ist. Die Induktion kann auf diese Weise theoretisch immer weiter gesteigert werden, in der Realität wird sie jedoch, wie in Fig. 7 ersichtlich ist, durch die meist zuerst in den Ständerzähnen 202 einsetzende magnetische Sättigung begrenzt. Die längere gewählte Länge 1 des Permanentmagneten 4 in Radialrichtung R bei Fig.7 im Vergleich zu dem in Fig.6 lässt gleichfalls erkennen, dass die Feldliniendichte der Halterung 2" ' von Fig.7 höher ist als die von Fig.6. Die magnetische Sättigung der Halterung 2"' ist vom Winkel α abhängig. Wird ein zu spitzer Winkel α gewählt, tritt eine magnetische Sättigung der Halterung 2" ' ein und die Feldlinien treten auf ähnliche Weise, wie bei der magnetischen Sättigung im Bereich der Statorzähne 202 zu sehen ist, aus der Halterung 2"' aus.
Ein als eine Sammleranordnung konfiguriertes Element aus Halterung und Permanentmagnet kann nicht nachträglich magnetisiert werden, da es nicht möglich ist, die erforderliche magnetische Flussdichte am Magnet aufzubringen.
Die Montage der Elemente an der Rotornabe wird dergestalt durchgeführt, dass mehrere Elemente entlang eines Schwalbenschwanzes der Rotornabe nacheinander eingeführt werden, so dass ein axiales, vorzugsweise mit Verbindungsmittel kraftschlüssig verbundenes, Elementpaket entsteht. Danach werden die nächsten Elemente um 180 Grad radial versetzt an der Rotornabe angeordnet, bis sie ein komplettes axiales Elementpaket bilden. Je nach Teilung werden die Elemente zunächst so in radialer Reihenfolge angeordnet, dass eine zwischen zwei befüllten Schwalbenschwanzverbindungen bzw. -aufnahmen liegende Schwalbenschwanzaufnahme nicht befüllt wird. Die gerade Anzahl von Elementpaketen wird regelmäßig gegenüberliegend dem Elementpaket mit der vorherigen ungeraden Anzahl angeordnet. Werden nun Elemente zwischen zwei direkt benachbarten Elementen nacheinander eingeführt, stoßen sich die gleichnamigen Polhäften unmittelbar benachbarter Elemente gegeneitig ab. Dadurch wirken auf das einzuführende Element in Umfangsrichtung von beiden Seiten sich gegenseitig aufhebende abstoßende Kräfte, so dass das einzuführende Element sich nicht verkantet. Ferner kann zunächst jeweils eine Führungsplatte an den jeweiligen benachbarten Elementen positioniert werden, so dass sich das einzuführende Element nicht zwischen den zwei benachbarten sowie bereits an der Rotornabe befestigten Elementen verhaken kann.
Die Erfindung lässt neben den erläuterten Ausführungsformen weitere Gestaltungsansätze zu. Obwohl das Element 1 , Γ im Verbindungsabschnitt 6 ,6' mittels einer
Schwalbenschwanzverbindung an die Rotornabe 50, 50' befestigt ist, ist es ohne Weiteres möglich, das Element durch Verschrauben, Verschweißen Verkleben oder ähnliches an die Rotornabe 50, 50' zu befestigen. Obgleich die Zugmittel in der vorliegenden Ausführungsform durch die
Rotornabe 50 ragen, ist es auch durchaus denkbar, sie an der Rotorwelle 102 derart zu befestigen, dass ein Aneinanderdrücken der beiden Pressringe 42 realisiert wird.
Obschon bei den vorliegenden Ausführungsformen eine Schwalbenschwanz- Verbindung zum Einsatz kommt, sind gleichfalls weitere Nut- und Federverbindung zur Verbindung der Halterung mit der Rotornabe konfigurierbar.
Zwar weist die zweite Ausführungsform der Halterung keine Aufnahme auf, jedoch ist dies ohne Weiteres möglich. So können im Algemeinen die Aufnahmen auch in Seitenflächen der Halterung als Vertiefung eingebracht sein.
Die Seitenfläche 16, 18; 16', 18' der Halterungen 1 , sind bei den vorliegenden Ausführungsformen nach innen gekrümmt ausgebildet. Die Seitenflächen einer Halterung können jedoch auch trapezförmig oder in einer anderen Form, die für den magnetischen Fluss einen Richtung des Luftspalts zwischen Rotor und Stator wenigstens ansatzweise trichterförmigen Effekt bewirkt, ausgebildet sein. Obschon in Fig. 7 im Vergleich zu Fig. 6 die Länge 1 des Permanentmagneten in Radialrichtung R bei gleichbleibender Breite b der Halterung 2 länger ist, ist es auch ohne Weiteres möglich bei konstanter Länge 1 der Permanentmagneten 4 in Radialrichtung R die Breite b der Halterung 2 zu verändern und beeinflusst so den Sammlereffekt bzw. der Flussdichte.
Obwohl eingangs der vorliegenden Beschreibung eine Synchronmaschine erläutert wurde, kann die Halterung auch bei einer Reihe von elektrischen Maschinen, wie Gleichstrommaschine, usw. verwendet werden. Ferner kann die elektrische Maschine sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden.
Zwar ist die Vertiefung 14 bei der ersten Ausführungsform trapezförmig ausgebildet, jedoch ist auch möglich, die Vertiefung kreisförmig, konkav, dreiecksförmig, usw. auszubilden.
Bezugszeichenliste
1 , Element
2, 2' Halterung
4 Permanentmagnet
6, 6' Verbindungsabschnitt
8 Erste Stirnfläche
10, 10' Schwalbenschwanzverbindung
12 Zweite Stirnfläche
13 Verbindungsabschnitt
14 Vertiefung
16, 16' Seitenfläche
18, 18' Seitenfläche
20 Ösenartige Aufnahme
20a Schlitz
20b Verbindungsmittel
22 Ösenartige Aufnahme Schlitz
Verbindungsmittel
Tasche
Speiche
Erster Steg
Zweiter Steg
Südpolabschnitt
Nordpolabschnitt
Klebstoff
Spalt
Stützelement
Pressering
Kühlöffnung
Rotornabe
Manteloberfläche
Kreisförmige Öffnung
Stirnseite der Rotornabe
Vorsprung
Rotor
Rotorwelle
Lüfterrad
Stator
Statorzahn
Radialrichtung
Umfangsrichtung
Axialrichtung
Länge des Permanentmagneten in Radialrichtung
Halbe Breite der Halterung
Winkel zwischen erster Stirnfläche und erster/zweiter Seitenfläche

Claims

Ansprüche
1. Element (1 ; ) einer elektrischen Maschine mit einer Halterung (2, 2'; 2"; 2" '), die eine erste Stirnfläche (8) mit einem Verbindungsabschnitt (6; 6') zum Befestigen an einer Rotornabe (50; 50') und eine zweite Stirnfläche (12) aufweist, und wenigstens einen in Umfangsrichtung (U) der elektrischen Maschine magnetisierten Permanentmagneten (4), welcher in eine Tasche (24, 24') der Halterung (2, 2'; 2"; 2" ') eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stirnfläche (12) eine Vertiefung (14) bei dem wenigstens einen Permanentmagnet (4) aufweist.
2. Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnfläche (8) und die zweite Stirnfläche (12) durch zwei wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise radial, nach innen gekrümmte Seitenflächen (16, 18; 16', 18') verbunden sind.
3. Element nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster Steg (28, 28') parallel zur ersten Stirnfläche (8) erstreckt.
4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (2, 2'; 2"; 2" ') einen parallel zur ersten Stirnfläche (8) erstreckenden zweiten Steg (30) im Bereich des Verbindungsabschnitt (6; 6') aufweist.
5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (2, 2') wenigstens eine quer zur ersten Stirnfläche (8) erstreckende Speiche (26) aufweist.
6. Element nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stirnfläche (12) wenigstens abschnittsweise nach außen gekrümmt ausgebildet ist.
7. Element nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stirnfläche (12) wenigstens abschnittsweise nach innen gekrümmt ausgebildet ist.
8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (6; 6') als Schwalbenschwanzverbindung (10; 10') ausgebildet ist.
9. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufnahme für wenigstens ein Verbindungsmittel (20b, 22b) zum kraftschlüssigen Verbinden von einer Mehrzahl an Halterungen (2, 2'; 2"; 2" ') an wenigstens einer Seitenfläche (16, 18; 16', 18') vorgesehen ist,
wobei das Verbindungsmittel (20b, 22b) gegenüber der Halterung (2, 2'; 2"; 2"') isoliert ist.
10. Element nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme eine ösenartig Aufnahme (20, 22) mit einem Schlitz (20a, 22a) ist.
11. Element nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (2, 2'; 2"; 2" ') einen Nordpolabschnitt (34) und einen Südpolabschnitt (32) aufweist, welche durch den ersten Steg (28, 28') miteinander verbunden sind.
12. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (2; 2'; 2"; 2"') integral ausgebildet ist.
13. Element mit einer Halterung (2, 2'; 2"; 2" '), die eine erste Stirnfläche (8) mit einem Verbindungsabschnitt (6; 6') zum Befestigen an einer Rotornabe (50; 50') und eine zweite Stirnfläche (12) aufweist, und wenigstens einen in Umfangsrichtung (U) der elektrischen Maschine magnetisierten Permanentmagneten (4), welcher in eine Tasche (24, 24') der Halterung (2, 2'; 2"; 2" ') eingesetzt ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge des Permanentmagneten (4) in Radialrichtung (R) zur halben lichten Halterungsbreite in Umfangsrichtung (U) so gewählt ist, dass die Halterung (2; 2') und/oder die Statorzähne eine magnetische Sättigung erreichen.
14. Element mit einer Halterung (2, 2'; 2"; 2" '), die eine erste Stirnfläche (8) mit einem Verbindungsabschnitt (6; 6') zum Befestigen an einer Rotornabe (50; 50') und eine zweite Stirnfläche (12) aufweist, und wenigstens einen in Umfangsrichtung (U) der elektrischen Maschine magnetisierten Permanentmagneten (4), welcher in eine Tasche (24, 24') der Halterung (2, 2'; 2"; 2" ') eingesetzt ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (6) und der wenigstens eine Permanentmagnet (4) so ausgebildet ist, dass sich eine zur Rotornabe (50; 50') zugewandte stirnseitige Fläche (4a) des wenigstens einen Permanentmagneten (4) näher an der Drehachse (D) eines Rotors (100) befindet als die Manteloberfläche (51) der Rotornabe (50; 50').
15. Element mit einer Halterung (2, 2'; 2"; 2" '), die eine erste Stirnfläche (8) mit einem Verbindungsabschnitt (6; 6') zum Befestigen an einer Rotornabe (50; 50') und eine zweite Stirnfläche (12) aufweist, und wenigstens einen in Umfangsrichtung (U) der elektrischen Maschine magnetisierten Permanentmagneten (4), welcher in eine Tasche (24, 24') der Halterung (2, 2'; 2"; 2"') eingesetzt ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (2, 2'; 2"; 2" ') so ausgebildet ist, dass ihr geringster Querschnitt (B) in Radialrichtung (R) bei einem Abstand ausgebildet ist, der sich von der Drehachse (D) des Rotors (100) bis zur Manteloberfläche (51) der Rotornabe (50; 50') erstreckt oder kleiner ist.
16. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der geringste Querschnitt (B) höchstens fünf Mal die Dicke des Permanentmagneten (4), vorzugsweise höchstens vier Mal die Dicke des Permanentmagneten (4), und besonders bevorzugt höchstens drei Mal die Dicke des Permanentmagneten (4) aufweist.
17. Bauteil einer elektrischen Maschine, insbesondere Rotor (100), mit einer Rotornabe (50; 50') und einem Element (1 ; ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt (38) zwischen zwei in Umfangsrichtung (U) und/oder in Axialrichtung (A) des Bauteils benachbarten Elementen (1 ; ) vorgesehen ist,
wobei der Spalt (38) entweder ein Luftspalt ist oder darin ein elastisches Material eingebracht ist.
18. Bauteil einer elektrischen Maschine, insbesondere Rotor (100), mit einer Rotornabe (50; 50'), nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Elemente (1 ; 1 ') in Axialrichtung (A) mittels eines Stützelements (40) dazwischen beabstandet sind.
19. Bauteil einer elektrischen Maschine, insbesondere Rotor (100), mit einer Rotornabe (50; 50'), nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils an den Stirnseiten (54) der Rotornabe (50; 50') Pressringe (42) vorgesehen sind, um die Elemente (1 ; Γ) kraftschlüssig aneinanderzupressen.
20. Bauteil einer elektrischen Maschine, insbesondere Rotor (100), mit einer Rotornabe (50; 50'), nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stützelement (40) und/oder die Rotornabe (50; 50') aus einem nichtferromagnetischen Material ausgebildet sind.
21. Elektrische Maschine, insbesondere Generator, gekennzeichnet durch ein Bauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 20.
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