EP3050197A2 - Modular system and method for producing an electric machine - Google Patents

Modular system and method for producing an electric machine

Info

Publication number
EP3050197A2
EP3050197A2 EP14744120.8A EP14744120A EP3050197A2 EP 3050197 A2 EP3050197 A2 EP 3050197A2 EP 14744120 A EP14744120 A EP 14744120A EP 3050197 A2 EP3050197 A2 EP 3050197A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
modular system
electric
electric machine
permanent magnets
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Withdrawn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
EP14744120.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Norbert Martin
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3050197A2 publication Critical patent/EP3050197A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0006Disassembling, repairing or modifying dynamo-electric machines
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/12Machines characterised by the modularity of some components

Definitions

  • the present invention relates to a modular system for forming at least a first electric machine and at least one second electric machine of different power and a method for producing an electric machine using such a modular system.
  • Battery powered, electrically powered two-wheeled vehicles are legally classified into various type classes that differ in the performance of the electric drive.
  • electrically powered two-wheeled vehicles of the type class L1 e may carry a maximum of up to 4 kW, while those of the type class L3e may have a maximum power of up to 1 1 kW.
  • Two-wheeled vehicles of the class L1 e are often operated with gearless wheel hub motors in the rear wheel. These are usually brushless, electrically commutated electric motors in a version as PMSM electric motors (with sinusoidal BACK EMF) or BLDC electric motors (with rectangular back EMF). With regard to their construction, these electric motors regularly have an axle-fixed stator with a high number of slots (regularly> 51), while the rotor is an integral part of the rim.
  • the rotor typically has a ring of rare earth permanent magnets mounted on an iron yoke ring (regularly ⁇ 46). The amount of rare earth magnets used is regularly approx.
  • a modular system for forming at least one first electric machine and at least one second electric machine of different power wherein the electric machines are designed as internal rotor with an external stator and an internal rotor having permanent magnets.
  • the stators for the electric machines are identical at least in terms of their inner diameter, while the rotor of the first electric machine has ferrite magnets and the rotor of the second electric machine has rare earth magnets.
  • the stators of the modular system can also be identical in terms of the geometry of the connection sites, via which the stators can be integrated into supporting structures, for example frames or rear-wheel swing of two-wheeled vehicles.
  • the stators of the modular system are completely identical or at least except their axial length completely identical.
  • the modular system makes it possible to design electric machines of different power without relevant changes to the basic topology and geometry of the stators and rotors used for this purpose.
  • a method for producing an electric machine using such a modular system thus provides that at least the rotor is selected based on the intended power of the electric machine.
  • Modular system for example, two electric machines can be provided, the stators are completely identical and their rotors differ only in the use of different permanent magnets.
  • two differently powerful electric machines can be realized in a simple manner. Since identical stators and with the exception of the permanent magnets used identical rotors is used, the investment in manufacturing facilities and possibly also storage costs compared to the already existing modular systems, in which the different benefits over an axial length scaling of stator and rotor is realized reduced become. In particular, these savings can be so high that additional costs incurred by the use of regularly comparatively expensive rare earths for the permanent magnets of an electric machine are overcompensated.
  • a particularly large and thus advantageous scaling of the power range which can be covered by the electrical machines of the modular system can be achieved by combining the power change based on the use of different types of permanent magnets with a power change via an axial scaling. Accordingly, a plurality of first electric machines and / or a plurality of second electric machines may be provided, which differ in their axial length and thus also have different powers.
  • two groups of electric machines differing in the type of permanent magnets used can be provided, with the electric machines of one or preferably both groups again differing in terms of their performance as a result of length scaling.
  • the power adjustment via the length scaling has the advantage of a fundamentally stepless and therefore arbitrary adaptation within the scope of the basic topology and geometry of the stator and rotor as well as by the respective
  • Type of permanent magnets used limited power ranges.
  • the additional production costs associated with the axial length scaling of the stators and rotors are comparatively low.
  • the integration of the length-scaled electrical machines into the intended environment for example a frame or a frame Rear swing arm of a two-wheeled vehicle, possible, without which would be associated with additional effort.
  • the factor with which the length scaling takes place in the axial direction for the first electric machines and / or second electric machines is between two and three.
  • the axial length of the longest electric machine of a group (first or second electric machines) is two to three times the axial length of the shortest electric machine of this group.
  • this factor range a length scaling of an otherwise (largely) unchanged electric machine with an acceptable difference in efficiency can be realized.
  • this horrnskal ists Kunststoff a meaningful transition can be achieved with respect to the covered by the two groups power ranges. For example, by means of the first, primarily serving as electric motors electric machines, a power range of approx.
  • a method for producing an electric machine using such a length-scalable modular system can provide that first the type of rotor resulting from the type of permanent magnets used and then a length of the stator and / or the rotor corresponding to the intended power of the electric machine are selected ,
  • the rotors of both electric machines have a spoke arrangement of their permanent magnets, wherein the preferably rod-shaped permanent magnets are aligned with a (preferably the largest) longitudinal extent radially relative to the respective axis of rotation of the rotor and the north pole south pole Connections of the permanent magnets perpendicular to the respective radial orientation. It may be particularly preferred that the polarity of adjacent permanent magnets is opposite.
  • Such a spoke arrangement of the permanent magnets can in particular have advantages in the case of a planned length scaling of the electric machines that can be produced from the two groups of the modular system.
  • the modular system is particularly suitable for the design of electric machines with an operating voltage range of ⁇ 60 V (DC). If the electric machines are provided as electric motors for driving vehicles, in particular two-wheeled vehicles, they can be designed or used in particular as cooled by a running wind.
  • FIG. 1 shows an electric motor formed from a modular system according to the invention
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view through the
  • Figures 1 and 2 show the structure of an electric motor, which is formed of a stator 1 and a rotor 2 of a modular system according to the invention.
  • the outer, annular stator 1 has twelve stator slots, which are formed between twelve stator teeth 3. In known manner coils (not shown) wound around the stator teeth 3 in single-tooth windings are arranged in the stator slots.
  • the rotor 2 has ten rod-shaped permanent magnets 4 in one
  • the permanent magnets 4 are in a so-called buried arrangement, i. these are arranged completely in depressions or pockets of a rotor base body 6 consisting of a return material. It may optionally be provided that in the radial direction on at least one side of the permanent magnets 4 between these and the return material air pockets are formed (not shown). As a result, magnetic leakage flux between adjacent permanent magnets 4 can be minimized.
  • the stator 1 according to FIG. 1 still has a housing 7.
  • This housing 7 is provided with connecting flanges 8, by means of which the electric motor can be connected to a supporting structure in order to support the torque generated thereby.
  • the connection flanges connection points in Have form of holes 9, which can be used for screwing with the supporting structure.
  • the electric motor is suitable as radnah arranged low-voltage drive motor for a battery-electrically powered two-wheeled vehicle, which may be combined with a transmission, in particular reduction gear that can connect directly to the electric motor.
  • the electric motor is also suitable as an attached to a vehicle frame of the two-wheeled vehicle drive motor, which may be formed in particular without or with integrated partial transmission.
  • the illustrated electric motor is suitable for driving a two-wheeled vehicle with a nominal power located within the legally prescribed homologation limits of 4 kW to 1 1 kW in the European Union.
  • the design of the electric motor with twelve stator slots and five pole pairs has a comparatively high winding factor of 94%. This leads to the intended use sufficiently low cogging torques.
  • a modular system is provided that provides various rotors 1 and stators 2 that can be combined with one another to obtain an electric motor of the required rated power.
  • the geometry and the topology (including the winding scheme) for all stators 1 (including the housing 7 and in particular the connection points) of the modular system with the (for at least some of the stators 1 applicable) exception of the axial (ie in the direction of Rotation axis 5 directed) length (in particular of the stator teeth 3 and the wound around these coils) is identical.
  • the rotors 2 of the modular system which are also identical in terms of their geometry and topology with the (for at least some of the rotors 2 applicable) exception of the axial length.
  • the rotors 2 are divided into two groups, which differ with respect to the type of permanent magnets 4 used. While in the first group permanent mag- te 4 made of a ferrite material (hereinafter “ferrite”) are used for the rotors of the second group permanent magnets 4 from a rare earth comprising material (hereinafter “rare earth magnets”), specifically Nd 2 Fei 4 B, provided.
  • ferrite a rare earth comprising material
  • an electric motor with ferrite magnets can be formed, which has an operating voltage of 50.5 V, an outer diameter of the stator of 120 mm, an outer diameter of the rotor of 65 mm and an axial packet length
  • a power of about 1 1 kW with a maximum torque of about 41, 2 Nm can be achieved. This corresponds to a power increase by a factor of 2.75 and a torque increase by a factor of about 2.73.
  • Both electric motors would also have approximately the same engine mass (about 7410 g), active mass (about 5630 g) and mass of copper used (about 1490 g). Only the masses of magnetic material used would be different, using 450 grams of ferrite material and 350 grams of rare earth material.
  • the smaller dimensions of the rare earth magnets also resulting from the lower mass of rare earth material used compared to the ferrite magnets can be compensated for by the use of a filling material, so that the total weight is the same for both electric motors.
  • a significant advantage of using the filling material is that the dimensions of the pockets of the rotor base body 6 can be identical for all rotors 2 present in the modular system. Accordingly, only one embodiment of the rotor base body 6 must be provided for the modular system.
  • a peculiarity of the geometry and topology of the electric motors which can be formed from the modular system is the pronounced salience, ie the pronounced difference of the virtual inductances L d and L q with respect to a rotor-fixed coordinate system the difference of the virtual
  • FIG. 3 shows a diagram which, by way of example, represents the course of the inductance L of the electric motor over the rotational speed n.
  • phase retarding which can be used both to improve the efficiency in this area and to achieve a temporary power increase, a so-called boost power Electric motor driven two-wheeled vehicle to climb on a curb are used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

The invention relates to an modular system for forming at least one first electric machine and at least one second electric machine of different outputs. The electric machines are formed as an inner rotor with an external stator (1) and an internal rotor (2) which has permanent magnets (4). The modular system is characterized by stators (1) which are identical at least with respect to the stator internal diameters for the electric machines, whereas the rotor (2) of the first electric machine has ferrite magnets and the rotor (2) of the second electric machine has rare earth magnets.

Description

Beschreibung  description
Baukastensystem und Verfahren zur Herstellung einer Elektromaschine Technisches Gebiet Modular system and method of manufacturing an electric machine Technical field
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Baukastensystem zur Ausbildung von mindestens einer ersten Elektromaschine und mindestens einer zweiten Elektromaschine unterschiedlicher Leistung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Elektromaschine unter Nutzung eines solchen Baukastensystems. The present invention relates to a modular system for forming at least a first electric machine and at least one second electric machine of different power and a method for producing an electric machine using such a modular system.
Stand der Technik Batteriebetriebene, elektrisch angetriebene Zweiradfahrzeuge werden gesetzlich in verschiedene Typklassen eingeordnet, die sich hinsichtlich der Leistung des Elektroantriebs unterscheiden. Elektrisch angetriebene Zweiradfahrzeuge der Typklasse L1 e beispielsweise dürfen maximal bis zu 4 kW leisten, während solche der Typklasse L3e eine Maximalleistung von bis zu 1 1 kW aufweisen dürfen. Background Art Battery powered, electrically powered two-wheeled vehicles are legally classified into various type classes that differ in the performance of the electric drive. For example, electrically powered two-wheeled vehicles of the type class L1 e may carry a maximum of up to 4 kW, while those of the type class L3e may have a maximum power of up to 1 1 kW.
Zweiradfahrzeuge der Typklasse L1 e werden häufig mit getriebelosen Radnabenmotoren im Hinterrad betrieben. Dabei handelt es sich regelmäßig um bürstenlose, elektrisch kommutierte Elektromotoren in einer Ausführung als PMSM- Elektromotoren (mit sinusförmiger BACK-EMF) oder BLDC-Elektromotoren (mit rechteckförmiger Back-EMF). Hinsichtlich Ihres Aufbaus weisen diese Elektromotoren regelmäßig einen achsfesten Stator mit hoher Nutzahl (regelmäßig > 51 ) auf, während der Rotor unmittelbarer Bestandteil der Felge ist. Dabei weist der Rotor typischerweise einen auf einen eisernen Rückschlussring montierten Kranz von Permanentmagneten aus Seltenen Erden in hoher Polzahl (regelmäßig < 46) auf. Die verwendete Menge an Seltenerdmagneten beträgt dabei regelmäßig ca.Two-wheeled vehicles of the class L1 e are often operated with gearless wheel hub motors in the rear wheel. These are usually brushless, electrically commutated electric motors in a version as PMSM electric motors (with sinusoidal BACK EMF) or BLDC electric motors (with rectangular back EMF). With regard to their construction, these electric motors regularly have an axle-fixed stator with a high number of slots (regularly> 51), while the rotor is an integral part of the rim. The rotor typically has a ring of rare earth permanent magnets mounted on an iron yoke ring (regularly <46). The amount of rare earth magnets used is regularly approx.
450 g und trägt dadurch zu einem Großteil zu den Gesamtkosten des elektri- sehen Antriebs bei. Infolge der hohen Materialkosten für die Seltenerdmagnete sind derartige Bauformen für Elektromotoren, die als Antrieb für Zweiradfahrzeuge genutzt werden, auf regelmäßig 2 kW Maximalleistung begrenzt. 450 g, thereby contributing in large part to the total cost of the electricity see drive. Due to the high material costs for the rare earth magnets such designs for electric motors, which are used as a drive for two-wheeled vehicles, limited to regularly 2 kW maximum power.
Alternativ finden sich bei Batterie-elektrischen Zweiradantrieben auch solche, die die Antriebsleistung über ein Untersetzungsgetriebe auf das angetriebene Rad übertragen. Bei fahrzeugrahmenfester Anbindung des Elektromotors erfolgt die Untersetzung regelmäßig über mehrstufige Riemen- oder Kettenantriebe beziehungsweise Kombinationen aus diesen, gegebenenfalls noch in weiterer Kombination mit einem Zahnradgetriebe. Bei radnaher Anordnung der Elektromotoren kommen dagegen vielfach ausschließlich Zahnradgetriebe in Ausführungen als Stirnrad- oder Planetengetriebe zum Einsatz. Alternatively, in battery electric two-wheel drives, there are also those which transmit the drive power to the driven wheel via a reduction gear. In vehicle frame fixed connection of the electric motor, the reduction is done regularly via multi-stage belt or chain drives or combinations of these, possibly even in a further combination with a gear transmission. In Radnaher arrangement of the electric motors, however, often only gear transmission come in versions as Stirnrad- or planetary gear used.
Viele elektrisch angetriebene Zweiradfahrzeuge werden mit verschiedenen Antriebsleistungen angeboten, wobei entsprechend unterschiedlich leistungsfähige Elektromotoren in denselben Fahrzeugrahmen verbaut werden. Für solche Zweiradfahrzeuge wäre es vorteilhaft, entsprechend leistungsmäßig abgestufte Elektroantriebe bereit zu stellen, die bei gleichem Funktionskonzept auch einen im Wesentlichen gleichen Aufbau aufweisen, so dass für deren Integration keine oder nur minimale Anpassungen des Fahrzeugrahmens erforderlich sind. Weiterhin wäre es vorteilhaft, wenn es möglich wäre, die verschiedenen Elektroantriebe in einem großen Drehmomentbereich skalieren zu können, ohne dabei den Drehzahlbereich zu verändern. Eine Anpassung der Höchstgeschwindigkeit der mit den verschiedenen Elektroantrieben ausgestatteten Fahrzeuge könnte dann über Änderungen der Untersetzungsverhältnisse erfolgen. Many electrically powered two-wheeled vehicles are offered with different drive powers, with correspondingly different powerful electric motors are installed in the same vehicle frame. For such two-wheeled vehicles, it would be advantageous to provide correspondingly power-graded electric drives, which also have a substantially identical construction with the same functional concept, so that no or only minimal adjustments of the vehicle frame are required for their integration. Furthermore, it would be advantageous if it were possible to be able to scale the various electric drives in a large torque range, without changing the speed range. An adaptation of the maximum speed of the vehicles equipped with the various electric drives could then take place via changes in the reduction ratios.
Es gibt Baukastensysteme für rotierende Elektromaschinen, bei denen die Leistungen der verschiedenen, anhand des Baukastensystems ausbildbaren Elektromaschinen bis zu einem Faktor von ca. 2 über deren axiale Länge skaliert, d.h. verändert werden können. Sollen Elektromaschinen einer Baureihe dagegen eine darüber hinaus gehende Leistungsskalierung aufweisen, sind neben der Anpassung der axialen Länge noch Anpassungen der Maschinentopologie und insbesondere der geometrischen Abmessungen erforderlich. Dies ist üblicherweise mit hohen Investitionen in Werkzeuge und Fertigungsanlagen verbunden. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, in kostengünstiger weise eine Baureihe von Elektromaschinen, insbesondere Elektromotoren für den Antrieb von Zweiradfahrzeugen, zur Verfügung zu stellen, die in einem vergleichsweise großen Leistungsbereich, insbesondere zwischen 1 ,5 kW und 1 1 kW, skalierbar sind. There are modular systems for rotating electrical machines in which the performance of the various electric machines that can be formed using the modular system can be scaled up to a factor of approximately 2 over their axial length, ie can be changed. On the other hand, if electrical machines of a series are to have a power scaling going beyond this, adjustments of the machine topology and in particular of the geometric dimensions are required in addition to the adaptation of the axial length. This is usually associated with high investment in tools and manufacturing equipment. It is therefore an object of the present invention to provide a way to provide in cost-effective manner, a series of electric machines, in particular electric motors for the drive of two-wheeled vehicles, in a comparatively large power range, in particular between 1, 5 kW and 1 1 kW , are scalable.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch ein Baukastensystem gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst. This object is achieved by a modular system according to claim 1 and by a method according to the independent claim.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Further embodiments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Baukastensystem zur Ausbildung von mindestens einer ersten Elektromaschine und mindestens einer zweiten Elektromaschine unterschiedlicher Leistung vorgesehen, wobei die Elektromaschinen als Innenläufer mit einem außenliegenden Stator und einem innenliegenden, Permanentmagnete aufweisenden Rotor ausgebildet sind. Die Statoren für die Elektromaschinen sind zumindest hinsichtlich ihrer Innendurchmesser identisch, während der Rotor der ersten Elektromaschine Ferritmagnete aufweist und der Rotor der zweiten Elektromaschine Seltenerdmagnete aufweist. According to a first aspect, a modular system for forming at least one first electric machine and at least one second electric machine of different power is provided, wherein the electric machines are designed as internal rotor with an external stator and an internal rotor having permanent magnets. The stators for the electric machines are identical at least in terms of their inner diameter, while the rotor of the first electric machine has ferrite magnets and the rotor of the second electric machine has rare earth magnets.
Die Statoren des Baukastensystems können weiterhin auch noch hinsichtlich der Geometrie der Anbindungsstellen, über die die Statoren in tragende Strukturen, beispielsweise Rahmen oder Hinterradschwingen von Zweiradfahrzeugen, integrierbar sind, identisch sein. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Statoren des Baukastensystems vollständig oder zumindest mit Ausnahme ihrer axialen Länge vollständig identisch sind. Furthermore, the stators of the modular system can also be identical in terms of the geometry of the connection sites, via which the stators can be integrated into supporting structures, for example frames or rear-wheel swing of two-wheeled vehicles. Particularly preferably, it can be provided that the stators of the modular system are completely identical or at least except their axial length completely identical.
Das Baukastensystem ermöglicht die Ausgestaltung von Elektromaschinen unterschiedlicher Leistung ohne relevante Änderungen an der grundlegenden To- pologie und Geometrie der dazu genutzten Statoren und Rotoren. Ein Verfahren zur Herstellung einer Elektromaschine unter Nutzung eines solchen Baukastensystems sieht demnach vor, dass zumindest der Rotor anhand der vorgesehenen Leistung der Elektromaschine ausgewählt wird. In einer konstruktiv einfachen und daher kostengünstigen Ausgestaltung desThe modular system makes it possible to design electric machines of different power without relevant changes to the basic topology and geometry of the stators and rotors used for this purpose. A method for producing an electric machine using such a modular system thus provides that at least the rotor is selected based on the intended power of the electric machine. In a structurally simple and therefore cost-effective embodiment of
Baukastensystems können beispielsweise zwei Elektromaschinen vorgesehen sein, deren Statoren vollständig identisch sind und deren Rotoren sich lediglich in der Verwendung unterschiedlicher Permanentmagnete unterscheiden. Dadurch können auf einfache Weise zwei unterschiedlich leistungsfähige Elektromaschi- nen realisiert werden. Da dabei auf identische Statoren und mit Ausnahme der eingesetzten Permanentmagnete identische Rotoren zurückgegriffen wird, können die Investitionen in Fertigungsanlangen und gegebenenfalls auch Lagerhaltungskosten gegenüber den bereits existierenden Baukastensystemen, bei denen die unterschiedlichen Leistungen über eine axiale Längenskalierung von Sta- tor und Rotor realisiert wird, reduziert werden. Diese Einsparungen können insbesondere auch so hoch sein, dass Mehrkosten, die durch die Verwendung von regelmäßig vergleichsweise teuren Seltenen Erden für die Permanentmagnete der einen Elektromaschine entstehen, überkompensiert werden. Eine besonders große und damit vorteilhafte Skalierung des von den Elektromaschinen des Baukastensystems abdeckbaren Leistungsbereichs kann dadurch erreicht werden, dass die auf der Verwendung unterschiedlicher Arten von Permanentmagneten basierende Leistungsänderung mit einer Leistungsänderung über eine axiale Skalierung kombiniert wird. Demnach können mehrere erste Elektromaschinen und/oder mehrere zweite Elektromaschinen vorgesehen sein, die sich in ihrer axialen Länge unterscheiden und dadurch ebenfalls unterschiedliche Leistungen aufweisen. Modular system, for example, two electric machines can be provided, the stators are completely identical and their rotors differ only in the use of different permanent magnets. As a result, two differently powerful electric machines can be realized in a simple manner. Since identical stators and with the exception of the permanent magnets used identical rotors is used, the investment in manufacturing facilities and possibly also storage costs compared to the already existing modular systems, in which the different benefits over an axial length scaling of stator and rotor is realized reduced become. In particular, these savings can be so high that additional costs incurred by the use of regularly comparatively expensive rare earths for the permanent magnets of an electric machine are overcompensated. A particularly large and thus advantageous scaling of the power range which can be covered by the electrical machines of the modular system can be achieved by combining the power change based on the use of different types of permanent magnets with a power change via an axial scaling. Accordingly, a plurality of first electric machines and / or a plurality of second electric machines may be provided, which differ in their axial length and thus also have different powers.
Es können somit zwei sich durch die Art der verwendeten Permanentmagnete unterscheidende Gruppen von Elektromaschinen vorgesehen sein, wobei sich die Elektromaschinen einer oder vorzugsweise beider Gruppen wiederum infolge einer Längenskalierung hinsichtlich ihrer Leistung unterscheiden. Dabei weist die Leistungsanpassung über die Längenskalierung den Vorteil einer grundsätzlich stufenlosen und daher beliebigen Anpassungen innerhalb der durch die grundle- gende Topologie und Geometrie von Stator und Rotor sowie durch die jeweiligeThus, two groups of electric machines differing in the type of permanent magnets used can be provided, with the electric machines of one or preferably both groups again differing in terms of their performance as a result of length scaling. The power adjustment via the length scaling has the advantage of a fundamentally stepless and therefore arbitrary adaptation within the scope of the basic topology and geometry of the stator and rotor as well as by the respective
Art der verwendeten Permanentmagnete beschränkten Leistungsbereiche auf. Gleichzeitig sind die zusätzlichen Herstellungskosten, die mit der axialen Längenskalierung der Statoren und Rotoren verbunden sind, vergleichsweise gering Zudem ist, da keine Änderungen bezüglich der Anbindungsstellen vorgesehen sind, die Integration auch der längenskalierten Elektromaschinen in die vorgese- hen Umgebung, beispielsweise einen Rahmen oder eine Hinterradschwinge eines Zweiradfahrzeugs, möglich, ohne das damit ein Zusatzaufwand verbunden wäre. Type of permanent magnets used limited power ranges. At the same time, the additional production costs associated with the axial length scaling of the stators and rotors are comparatively low. In addition, since no changes are made with respect to the connection sites, the integration of the length-scaled electrical machines into the intended environment, for example a frame or a frame Rear swing arm of a two-wheeled vehicle, possible, without which would be associated with additional effort.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Baukastensystems kann vorgesehen sein, dass der Faktor, mit dem die Längenskalierung in axialer Richtung für die ersten Elektromaschinen und/oder zweiten Elektromaschinen erfolgt, zwischen zwei und drei beträgt. Demnach beträgt die axiale Länge der längsten Elektromaschine einer Gruppe (erste oder zweite Elektromaschinen) das zwei- bis dreifache der axialen Länge der kürzesten Elektromaschine dieser Gruppe. In die- sem Faktorbereich ist eine Längenskalierung von im Übrigen (weitgehend) unveränderten Elektromaschine mit akzeptablem Wirkungsgradunterschied realisierbar. Zudem kann mit diesem Längenskalierungsbereich ein sinnvoller Übergang hinsichtlich der von den beiden Gruppen abgedeckten Leistungsbereiche erreicht werden. Beispielsweise kann dadurch mittels der ersten, primär als Elektromotoren dienenden Elektromaschinen ein Leistungsbereich von ca. In a preferred embodiment of the modular system, it can be provided that the factor with which the length scaling takes place in the axial direction for the first electric machines and / or second electric machines is between two and three. Thus, the axial length of the longest electric machine of a group (first or second electric machines) is two to three times the axial length of the shortest electric machine of this group. In this factor range, a length scaling of an otherwise (largely) unchanged electric machine with an acceptable difference in efficiency can be realized. In addition, with this Längenskalierungsbereich a meaningful transition can be achieved with respect to the covered by the two groups power ranges. For example, by means of the first, primarily serving as electric motors electric machines, a power range of approx.
1 ,5 kW bis ca. 4 kW sowie mittels der zweiten, ebenfalls primär als Elektromotoren dienenden Elektromaschinen ein Leistungsbereich von ca. 4 kW bis ca. 1 1 kW abgedeckt werden. Insgesamt ergibt sich somit bei mit Ausnahme der axialen Länge identischer Geometrie und Topologie (einschließlich des Wickel- Schemas der Statorspulen) eine Leistungsskalierbarkeit der Elektromaschinen des Baukastensystem mit einem Faktor größer sieben. Dabei kann es sinnvoll sein, den Feldschwächbereich von zumindest einigen der aus dem Baukastensystem herstellbaren Elektromaschinen zu nutzen, um diese (Gesamt- )Leistungsskalierbarkeit zu erzielen.  1, 5 kW to about 4 kW and by means of the second, also primarily serving as electric motors electric machines, a power range of about 4 kW to about 1 1 kW are covered. Overall, therefore, with the exception of the axial length identical geometry and topology (including the winding pattern of the stator coils) results in a Leistungsskalierbarkeit the electric machines of the modular system with a factor greater than seven. In this case, it may be useful to use the field weakening range of at least some of the electric machines that can be produced from the modular system in order to achieve this (total) power scalability.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Elektromaschine unter Nutzung eines solchen längenskalierbaren Baukastensystems kann vorsehen, dass zunächst die sich aus der Art der verwendeten Permanentmagnete ergebende Art des Rotors und anschließend eine der vorgesehenen Leistung der Elektromaschine entspre- chende Länge des Stators und/oder des Rotors ausgewählt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Baukastensystems kann vorgesehen sein, das die Rotoren beider Elektromaschinen eine Speichenanordnung ihrer Permanentmagnete aufweisen, wobei die vorzugsweise stabförmigen Permanentmagnete mit einer (vorzugsweise der größten) Längserstreckung radial bezogen auf die jeweilige Rotationsachse des Rotors ausgerichtet sind und die Nordpol-Südpol-Verbindungen der Permanentmagnete senkrecht zu der jeweiligen radialen Ausrichtung verlaufen. Dabei kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Polung benachbarter Permanentmagnete entgegengesetzt ist. Eine solche Speichenanordnung der Permanentmagnete kann insbesondere Vorteile bei einer vorgesehenen Längenskalierung der aus den beiden Gruppen des Baukastensystems herstellbaren Elektromaschinen aufweisen. A method for producing an electric machine using such a length-scalable modular system can provide that first the type of rotor resulting from the type of permanent magnets used and then a length of the stator and / or the rotor corresponding to the intended power of the electric machine are selected , In a preferred embodiment of the modular system, it can be provided that the rotors of both electric machines have a spoke arrangement of their permanent magnets, wherein the preferably rod-shaped permanent magnets are aligned with a (preferably the largest) longitudinal extent radially relative to the respective axis of rotation of the rotor and the north pole south pole Connections of the permanent magnets perpendicular to the respective radial orientation. It may be particularly preferred that the polarity of adjacent permanent magnets is opposite. Such a spoke arrangement of the permanent magnets can in particular have advantages in the case of a planned length scaling of the electric machines that can be produced from the two groups of the modular system.
Das Baukastensystem eignet sich insbesondere zur Ausbildung von Elektromaschinen mit einem Betriebsspannungsbereich von < 60 V (Gleichspannung). Sofern die Elektromaschinen als Elektromotoren für einen Antrieb von Fahrzeugen, insbesondere Zweiradfahrzeugen, vorgesehen sind, können diese insbesondere als durch Fahrtwind gekühlt ausgebildet beziehungsweise eingesetzt werden. The modular system is particularly suitable for the design of electric machines with an operating voltage range of <60 V (DC). If the electric machines are provided as electric motors for driving vehicles, in particular two-wheeled vehicles, they can be designed or used in particular as cooled by a running wind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 einen aus einem erfindungsgemäßen Baukastensystem ausgebildeten Elektromotor; FIG. 1 shows an electric motor formed from a modular system according to the invention;
Figur 2 eine schematische Querschnittdarstellung durch den Figure 2 is a schematic cross-sectional view through the
Elektromotor der Fig. 1 ; und  Electric motor of Fig. 1; and
Figur 3 den Verlauf der Differenz der virtuellen Induktivitäten Figure 3 shows the course of the difference of the virtual inductances
Ld - Lq (Vertikalachse) von zwei aus einem erfindungsgemäßen Baukasten ausgebildeten Elektromotoren über deren Drehzahlen (Horizontalachse). Beschreibung von Ausführungsformen L d - L q (vertical axis) of two electric motors formed from a kit according to the invention over their rotational speeds (horizontal axis). Description of embodiments
Die Figuren 1 und 2 zeigen den Aufbau eines Elektromotors, der aus einem Stator 1 und einem Rotor 2 eines erfindungsgemäßen Baukastensystems ausgebildet ist. Figures 1 and 2 show the structure of an electric motor, which is formed of a stator 1 and a rotor 2 of a modular system according to the invention.
Der außenliegende, ringförmige Stator 1 weist zwölf Statornuten auf, die zwischen zwölf Statorzähnen 3 ausgebildet sind. In bekannter Weise sind in den Statornuten um die Statorzähne 3 in Einzelzahnwicklungen herumgewickelte Spulen (nicht dargestellt) angeordnet. The outer, annular stator 1 has twelve stator slots, which are formed between twelve stator teeth 3. In known manner coils (not shown) wound around the stator teeth 3 in single-tooth windings are arranged in the stator slots.
Der Rotor 2 weist zehn stabförmige Permanentmagnete 4 in einer The rotor 2 has ten rod-shaped permanent magnets 4 in one
Speichenanordnung mit fünf Polpaaren auf. Die größte Längserstreckung der Permanentmagnet 4 ist somit jeweils in einer radialen Richtung bezüglich der Rotationsachse 5 des Rotors 2 ausgerichtet. Dabei ergibt sich eine zu der jeweiligen Radialrichtung senkrechte beziehungsweise eine zu einem um die Rotationsachse 5 gedachten Kreis tangentiale Ausrichtung der Nordpol-Südpol-Verbindungen der einzelnen Permanentmagnete 4. Diese Anordnung der Permanentmagnete 4 führt zu einer radial bezüglich der Rotationsachse 5 wirksamen Flusskonzentration sowie zu einer deutlich ausgeprägten Salienz. Spoke arrangement with five pairs of poles. The largest longitudinal extent of the permanent magnet 4 is thus aligned in each case in a radial direction with respect to the axis of rotation 5 of the rotor 2. This results in a direction perpendicular to the respective radial direction or an imaginary about a rotation axis 5 circle tangential orientation of the North Pole-South pole connections of the individual permanent magnets 4. This arrangement of the permanent magnets 4 leads to a radially with respect to the axis of rotation 5 effective flux concentration and a clearly pronounced salience.
Die Permanentmagnete 4 liegen in einer sogenannten vergrabenen Anordnung vor, d.h. diese sind vollständig in Vertiefungen beziehungsweise Taschen eines aus einem Rückschlussmaterial bestehenden Rotorgrundkörpers 6 angeordnet. Dabei kann gegebenenfalls vorgesehen sein, dass in radialer Richtung auf zumindest einer Seite der Permanentmagnete 4 zwischen diesen und dem Rückschlussmaterial Lufttaschen ausgebildet sind (nicht dargestellt). Dadurch können magnetische Streuflüsse zwischen benachbarten Permanentmagneten 4 minimiert werden. The permanent magnets 4 are in a so-called buried arrangement, i. these are arranged completely in depressions or pockets of a rotor base body 6 consisting of a return material. It may optionally be provided that in the radial direction on at least one side of the permanent magnets 4 between these and the return material air pockets are formed (not shown). As a result, magnetic leakage flux between adjacent permanent magnets 4 can be minimized.
Der Stator 1 weist gemäß der Fig. 1 noch ein Gehäuse 7 auf. Dieses Gehäuse 7 ist mit Anschlussflanschen 8 versehen, durch die der Elektromotor an eine tragende Struktur angebunden werden kann, um das von diesem erzeugte Drehmoment abzustützen. Hierzu können die Anschlussflansche Anschlussstellen in Form von Bohrungen 9 aufweisen, die für ein Verschrauben mit der tragenden Struktur genutzt werden können. The stator 1 according to FIG. 1 still has a housing 7. This housing 7 is provided with connecting flanges 8, by means of which the electric motor can be connected to a supporting structure in order to support the torque generated thereby. For this purpose, the connection flanges connection points in Have form of holes 9, which can be used for screwing with the supporting structure.
Beispielsweise eignet sich der Elektromotor als radnah angeordneter Niedervolt- Antriebsmotor für ein Batterie-elektrisch betriebenes Zweiradfahrzeug, wobei dieser mit einem Getriebe, insbesondere Untersetzungsgetriebe kombiniert sein kann, das sich direkt an den Elektromotor anschließen kann. Der Elektromotor eignet sich auch als an einem Fahrzeugrahmen des Zweiradfahrzeugs befestigter Antriebmotor, wobei dieser insbesondere ohne oder mit integriertem Teilgetriebe ausgebildet sein kann. For example, the electric motor is suitable as radnah arranged low-voltage drive motor for a battery-electrically powered two-wheeled vehicle, which may be combined with a transmission, in particular reduction gear that can connect directly to the electric motor. The electric motor is also suitable as an attached to a vehicle frame of the two-wheeled vehicle drive motor, which may be formed in particular without or with integrated partial transmission.
Besonders bevorzugt eignet sich der dargestellte Elektromotor zum Antrieb eines Zweiradfahrzeugs mit einer innerhalb der in der Europäischen Union gesetzlich festgelegten Homologationsgrenzen von 4 kW bis 1 1 kW befindlichen Nennleistung. Die Ausgestaltung des Elektromotors mit zwölf Statornuten und fünf Polpaaren weist mit 94% einen vergleichsweisen hohen Wickelfaktor auf. Dies führt zu für die vorgesehene Verwendung ausreichend geringen Rastmomenten. Particularly preferably, the illustrated electric motor is suitable for driving a two-wheeled vehicle with a nominal power located within the legally prescribed homologation limits of 4 kW to 1 1 kW in the European Union. The design of the electric motor with twelve stator slots and five pole pairs has a comparatively high winding factor of 94%. This leads to the intended use sufficiently low cogging torques.
Um in vorteilhafter Weise Elektromotoren bereitzustellen, die mehrere Leistungsstufen innerhalb dieser Homologationsgrenzen abdecken, ist ein Baukastensystem vorgesehen, dass verschiedene Rotoren 1 und Statoren 2 bereitstellt, die miteinander kombiniert werden können, um einen Elektromotor mit der jeweils geforderten Nennleistung zu erhalten. In order to advantageously provide electric motors covering a plurality of power levels within these homologation limits, a modular system is provided that provides various rotors 1 and stators 2 that can be combined with one another to obtain an electric motor of the required rated power.
Dabei ist vorgesehen, dass die Geometrie und die Topologie (einschließlich des Wicklungsschemas) für alle Statoren 1 (einschließlich des Gehäuses 7 und insbesondere der Anschlussstellen) des Baukastensystems mit der (für zumindest einige der Statoren 1 geltenden) Ausnahme der axialen (d.h. in Richtung der Rotationsachse 5 gerichteten) Länge (von insbesondere den Statorzähnen 3 sowie der um diese gewickelten Spulen) identisch ist. It is provided that the geometry and the topology (including the winding scheme) for all stators 1 (including the housing 7 and in particular the connection points) of the modular system with the (for at least some of the stators 1 applicable) exception of the axial (ie in the direction of Rotation axis 5 directed) length (in particular of the stator teeth 3 and the wound around these coils) is identical.
Gleiches gilt für die Rotoren 2 des Baukastensystems, die ebenfalls hinsichtlich ihrer Geometrie und Topologie mit der (für zumindest einige der Rotoren 2 geltenden) Ausnahme der axialen Länge identisch sind. Zudem sind die Rotoren 2 in zwei Gruppen unterteilt, die sich hinsichtlich der Art der verwendeten Permanentmagnete 4 unterscheiden. Während in der ersten Gruppe Permanentmagne- te 4 aus einem Ferritmaterial (nachfolgend„Ferritmagnete") zum Einsatz kommen, sind für die Rotoren der zweiten Gruppe Permanentmagnete 4 aus einem Seltene Erden umfassenden Material (nachfolgend„Seltenerdmagnete"), konkret Nd2Fei4B, vorgesehen. The same applies to the rotors 2 of the modular system, which are also identical in terms of their geometry and topology with the (for at least some of the rotors 2 applicable) exception of the axial length. In addition, the rotors 2 are divided into two groups, which differ with respect to the type of permanent magnets 4 used. While in the first group permanent mag- te 4 made of a ferrite material (hereinafter "ferrite") are used for the rotors of the second group permanent magnets 4 from a rare earth comprising material (hereinafter "rare earth magnets"), specifically Nd 2 Fei 4 B, provided.
Infolge des stärkeren Magnetfelds von Seltenerdmagnete im Vergleich zu demjenigen von Ferritmagneten kann durch die Verwendung eines Rotors 2 mit Seltenerdmagneten eine im Vergleich zu einem im Übrigen identischen Rotor mit Ferritmagneten erhebliche Leistungssteigerung für den Elektromotor erzielt wer- den. As a result of the stronger magnetic field of rare earth magnets compared to that of ferrite magnets can be achieved by using a rotor 2 with rare earth magnets in comparison to an otherwise identical rotor with ferrite magnet significant performance increase for the electric motor.
Beispielsweise kann mit der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Topologie ein Elektromotor mit Ferritmagneten ausgebildet werden, der bei einer Betriebsspannung von 50,5 V, einem Außendurchmesser des Stators von 120 mm, ei- nem Au ßendurchmesser des Rotors von 65 mm sowie einer axialen PaketlängeFor example, with the topology shown in FIGS. 1 and 2, an electric motor with ferrite magnets can be formed, which has an operating voltage of 50.5 V, an outer diameter of the stator of 120 mm, an outer diameter of the rotor of 65 mm and an axial packet length
(d.h. der axialen Länge, in der der Rotor 2 von den Spulen des Stators 1 überdeckt wird) eine Nennleistung von ca. 4 kW bei einem maximalen Drehmoment von ca. 15,1 Nm abgibt. Für einen mit Ausnahme der Verwendung von Seltenerdmagneten identischen Elektromotor kann dagegen eine Leistung von ca. 1 1 kW bei einem maximalen Drehmoment von ca. 41 , 2 Nm erzielt werden. Dies entspricht einer Leistungssteigerung um den Faktor 2,75 und einer Drehmomentsteigerung um einen Faktor von ca. 2,73. Beide Elektromotoren würden dabei auch in etwa die gleiche Motormasse (ca. 7410 g), aktive Masse (ca. 5630 g) und Masse an verwendetem Kupfer (ca. 1490 g) aufweisen. Lediglich die Massen an verwendetem Magnetmaterial wären unterschiedlich, wobei 450 g Ferritmaterial und 350 g Seltenerdmaterial eingesetzt würden. Die sich auch infolge der geringeren Masse an verwendetem Seltenerdmaterial ergebenden kleineren Abmessungen der Seltenerdmagnete im Vergleich zu den Ferritmagneten kann durch den Einsatz eines Füllmaterials ausgeglichen werden, so dass sich das für beide Elektromotoren gleiche Gesamtgewicht ergibt. Wesentlicher Vorteil bei der Verwendung des Füllmaterial ist, dass die Abmessungen der Taschen des Rotorgrundkörpers 6 für alle im Baukastensystem vorhandenen Rotoren 2 gleich ausgebildet sein können. Dementsprechend muss für das Baukastensystem auch nur eine Ausführungsform des Rotorgrundkörpers 6 bereitgestellt werden. Sofern in dem Baukastensystem zudem eine Längenskalierung über einen Faktor von ca. zwei für den Stator und beide Ausführungen des Rotors (Ferrit- und Seltenerdmagnete) vorgesehen ist, kann für die zuvor beschriebene Ausgestaltung der Elektromotoren mit den aufgezeigten Abmessungen ein Leistungsbe- reich für auf Ferritmagneten basierenden Elektromotoren von 1 ,5 kW bei einer(ie, the axial length in which the rotor 2 is covered by the coils of the stator 1) outputs a rated power of about 4 kW at a maximum torque of about 15.1 Nm. For an identical with the exception of the use of rare earth magnet electric motor, however, a power of about 1 1 kW with a maximum torque of about 41, 2 Nm can be achieved. This corresponds to a power increase by a factor of 2.75 and a torque increase by a factor of about 2.73. Both electric motors would also have approximately the same engine mass (about 7410 g), active mass (about 5630 g) and mass of copper used (about 1490 g). Only the masses of magnetic material used would be different, using 450 grams of ferrite material and 350 grams of rare earth material. The smaller dimensions of the rare earth magnets also resulting from the lower mass of rare earth material used compared to the ferrite magnets can be compensated for by the use of a filling material, so that the total weight is the same for both electric motors. A significant advantage of using the filling material is that the dimensions of the pockets of the rotor base body 6 can be identical for all rotors 2 present in the modular system. Accordingly, only one embodiment of the rotor base body 6 must be provided for the modular system. If in the modular system also a length scaling over a factor of about two for the stator and both versions of the rotor (ferrite and rare earth magnets) is provided, can for the above-described embodiment of the electric motors with the dimensions shown, a power range for on ferrite based electric motors of 1, 5 kW at one
(minimalen) Paketlänge von ca. 37 mm bis zu den bereits beschriebenen 4 kW und für auf Seltenerdmagneten basierenden Elektromotoren ein Leistungsbereich von 4 kW bis zu den bereits beschriebenen 1 1 kW abgedeckt werden. Insgesamt ergibt sich somit für alle aus dem Baukastensystem ausbildbaren Elekt- romotoren ein abdeckbarer Leistungsbereich von 1 ,5 kW bis 1 1 kW, was einem(minimum) package length of about 37 mm up to the already described 4 kW and for rare earth magnet based electric motors a power range from 4 kW up to the already described 1 1 kW are covered. Overall, this results in a coverable power range from 1, 5 kW to 1 1 kW for all electric motors that can be formed from the modular system
Skalierungsfaktor von ca. 7,33 entspricht, ohne dass damit wesentliche, die Herstellungskosten erhöhende Änderungen an den Statoren 1 und Rotoren2 einhergehen würden. Die Auswahl der jeweils einzusetzenden Art der Permanentmagnete 4 sowie die Ausgestaltung von Stator 1 und Rotor 2 mit der jeweils benötig- ten axialen Länge ist ohne wesentliche Erhöhung der Herstellungskosten und insbesondere ohne zusätzlich erforderliche Investitionen in Werkzeuge und Maschinen möglich. Weiterhin kann vorteilhaft sein, dass die Leistungsskalierung lediglich über eine Anpassung des Drehmoments erreicht wird, während das nutzbare Drehzahlband und die Kommutierungsfrequenzen gleich bleiben kön- nen. Scaling factor of about 7.33, without this would be associated with significant, the manufacturing costs increasing changes to the stators 1 and 2 rotors. The selection of the type of permanent magnets 4 to be used in each case as well as the configuration of stator 1 and rotor 2 with the respectively required axial length is possible without significantly increasing the production costs and in particular without additionally required investment in tools and machines. Furthermore, it may be advantageous that the power scaling is achieved only by adjusting the torque, while the usable speed band and the commutation frequencies can remain the same.
Eine Besonderheit der hier beschriebenen Geometrie und Topologie der aus dem Baukastensystem ausbildbaren Elektromotoren liegt in der ausgeprägten Salienz (engl,„saliency"), d.h. dem ausgeprägten Unterschied der virtuellen Induktivitäten Ld und Lq bezogen auf ein rotorfestes Koordinatensystem. Hinzu kommt ein Vorzeichenwechsel hinsichtlich der Differenz der virtuellen A peculiarity of the geometry and topology of the electric motors which can be formed from the modular system is the pronounced salience, ie the pronounced difference of the virtual inductances L d and L q with respect to a rotor-fixed coordinate system the difference of the virtual
Induktivitäten (Ld - Lq) im Bereich des Übergangs vom Ankerstellbetrieb zum Feldschwächbetrieb für die auf Ferritmagneten basierenden Elektromotoren, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist. Figur 3 zeigt ein Diagramm, das beispielhaft den Verlauf der Induktivität L des Elektromotors über der Drehzahl n darstellt. Inductances (L d - L q ) in the area of the transition from the armature positioning operation to the field weakening operation for the ferrite magnet-based electric motors, as shown in FIG. 3. FIG. 3 shows a diagram which, by way of example, represents the course of the inductance L of the electric motor over the rotational speed n.
Üblicherweise gilt für Elektromotoren mit vergrabenen Magneten, dass Usually applies to electric motors with buried magnets that
(Ld - Lq) < 0 ist. Da eine Vorkommutierung per Definition negative ld und positive lq erzeugt, ergibt sich für das Drehmoment durch Vorkommutierung („phase advancing") ein nutzbares Zusatzdrehmoment von (Ld - Lq) ld lq. Ein aus dem Baukastensystem ausgebildeter Elektromotor mit Ferritmagneten (vgl. durchgezogene Linie in der Figur 3) weist im Reluktanzbetrieb (Ld - Lq) > 0 mit erheblich größerem Beitrag als bei den Elektromotoren mit Seltenerdmagneten (vgl. gestrichelte Linie in der Figur 3) auf. Dies ermöglicht die Nutzung eines erheblichen Reluktanzmoments durch Nachkommutierung („phase retarding"), was sowohl zur Verbesserung des Wirkungsgrads in diesem Bereich als auch zum Erreichen einer temporären Leistungssteigerung, einer sogenannten Boostleistung, genutzt werden kann. Beispielsweise kann diese Boostleistung bei einem mit einem solchen Elektromotor angetriebenen Zweiradfahrzeug zum Aufklettern auf eine Bordsteinkante genutzt werden. (L d - L q ) <0. Since a pre-commutation negative by definition, l d and positive lq generated results for the torque due to pre-commutation ( "phase advancing") a usable additional torque from (L d - L q) l d l q. An electric motor with ferrite magnets formed from the modular system (see solid line in FIG. 3) has a significantly greater contribution in reluctance mode (L d -L q )> 0 than in the case of electric motors with rare-earth magnets (see dashed line in FIG. on. This makes it possible to use a considerable reluctance torque by means of "phase retarding", which can be used both to improve the efficiency in this area and to achieve a temporary power increase, a so-called boost power Electric motor driven two-wheeled vehicle to climb on a curb are used.

Claims

Ansprüche claims
1 . Baukastensystem zur Ausbildung von mindestens einer ersten Elektromaschine und mindestens einer zweiten Elektromaschine unterschiedlicher Leistung, wobei die Elektromaschinen als Innenläufer mit einem au ßenliegenden Stator (1 ) und einem innenliegenden, Permanentmagnete (4) aufweisenden Rotor (2) ausgebildet sind, gekennzeichnet durch Statoren (1 ), die für die Elektromaschinen zumindest hinsichtlich ihrer Innendurchmesser identisch sind, während der Rotor (2) der ersten Elektromaschine Ferritmagnete und der Rotor (2) der zweiten Elektromaschine Seltenerdmagnete aufweist. 1 . Modular system for forming at least a first electric machine and at least a second electric machine of different power, the electric machines are designed as internal rotor with an outer stator (1) and an internal, permanent magnets (4) having rotor (2), characterized by stators (1 ), which are identical for the electric machines at least in terms of their inner diameter, while the rotor (2) of the first electric machine has ferrite magnets and the rotor (2) of the second electric machine has rare earth magnets.
2. Baukastensystem gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (2) der Elektromaschinen eine Speichenanordnung ihrer Permanentmagnete (4) aufweisen. 2. Modular system according to claim 1, characterized in that the rotors (2) of the electric machines have a spoke arrangement of their permanent magnets (4).
3. Baukastensystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere erste Elektromaschinen und/oder mehrere zweite Elektromaschinen, die sich in Ihrer axialen Länge unterscheiden und dadurch unterschiedliche Leistungen aufweisen. 3. Modular system according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of first electric machines and / or a plurality of second electric machines, which differ in their axial length and thereby have different benefits.
4. Baukastensystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor, mit dem sich die axialen Längen der ersten Elektromaschinen und/oder der zweiten Elektromaschinen unterscheiden, zwischen 2 und 3 beträgt. 4. Modular system according to claim 3, characterized in that the factor with which the axial lengths of the first electric machines and / or the second electric machines differ, is between 2 and 3.
5. Verfahren zur Herstellung einer Elektromaschine unter Nutzung eines Baukastensystems gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor (2) anhand einer vorgegebenen Leistung der Elektromaschine ausgewählt wird. Verfahren zur Herstellung einer Elektromaschine unter Nutzung eines Baukastensystems gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei zunächst die sich aus der Art der verwendeten Permanentmagnete (4) ergebende Art des Rotors (2) und anschließend eine der vorgesehenen Leistung der Elektromaschine entsprechende axiale Länge des Stators (1 ) und/oder des Rotors (2) ausgewählt wird. 5. A method for producing an electric machine using a modular system according to one of the preceding claims, wherein the rotor (2) is selected based on a predetermined power of the electric machine. A method for producing an electric machine using a modular system according to one of claims 3 or 4, wherein first of the type of permanent magnets used (4) resulting type of rotor (2) and then one of the intended power of the electric machine corresponding axial length of the stator (1) and / or the rotor (2) is selected.
EP14744120.8A 2013-09-25 2014-07-28 Modular system and method for producing an electric machine Withdrawn EP3050197A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310219309 DE102013219309A1 (en) 2013-09-25 2013-09-25 Modular system and method for manufacturing an electric machine
PCT/EP2014/066169 WO2015043799A2 (en) 2013-09-25 2014-07-28 Modular system and method for producing an electric machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3050197A2 true EP3050197A2 (en) 2016-08-03

Family

ID=51225565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP14744120.8A Withdrawn EP3050197A2 (en) 2013-09-25 2014-07-28 Modular system and method for producing an electric machine

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3050197A2 (en)
CN (1) CN105580252A (en)
DE (1) DE102013219309A1 (en)
WO (1) WO2015043799A2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3049783B1 (en) * 2016-04-04 2021-10-01 Somfy Sas ELECTROMECHANICAL ACTUATOR FOR THE CONTROL OF SCREENS, HOME AUTOMATION SYSTEM INCLUDING ONE SUCH ACTUATOR AND RANGE OF AT LEAST TWO SUCH ACTUATORS
EP4124876A1 (en) 2021-07-26 2023-02-01 Koninklijke Philips N.V. Magnetic resonance imaging system generating anti-noise

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0930691A1 (en) * 1997-10-24 1999-07-21 Fujitsu General Limited Permanent magnet rotor type electric motor

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2451718C3 (en) * 1974-10-31 1979-09-20 Josef Dipl.-Phys. Dr. 8041 Fahrenzhausen Kemmer Electric drive with radially and axially displaceable rotor
DE9109572U1 (en) * 1991-08-04 1991-10-24 Intus-Maschinen-GmbH, 7260 Calw Electric motor in multi-motor design as drum motor
CN1075835A (en) * 1992-02-22 1993-09-01 北京市西城区新开通用试验厂 The rare-earth permanent magnet element that is used for rotor
CN1286251C (en) * 1999-12-03 2006-11-22 埃科艾尔公司 Hybrid brushless electric machine
JP2010068600A (en) * 2008-09-09 2010-03-25 Mitsubishi Electric Corp Permanent magnet motor and hermetic compressor
JP2010246196A (en) * 2009-04-02 2010-10-28 Hitachi Ltd Rotary electric machine
CN201450422U (en) * 2009-08-12 2010-05-05 西安合升动力科技有限公司 Monomer serial and parallel high-speed high-power permanent magnet synchronous motor
DE102010029248A1 (en) * 2010-05-25 2011-12-01 Robert Bosch Gmbh Steering drive for a motor vehicle
JP5490171B2 (en) * 2012-04-06 2014-05-14 三菱電機株式会社 Rotor and synchronous motor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0930691A1 (en) * 1997-10-24 1999-07-21 Fujitsu General Limited Permanent magnet rotor type electric motor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015043799A2 (en) 2015-04-02
WO2015043799A3 (en) 2015-07-30
DE102013219309A1 (en) 2015-03-26
CN105580252A (en) 2016-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69116160T2 (en) AN ELECTRIC POWER DRIVE FOR VEHICLES
EP2483991B1 (en) Brushless synchronous motor
DE102010045777B4 (en) Traction motor for an electric vehicle
DE102009001173B4 (en) Brushless motor
DE102018133578A1 (en) ELECTRICAL MACHINE WITH A PERMANENT MAGNET AND VARIABLE MAGNETIC ALIGNMENT
EP2327140B1 (en) Six-pole dc electric machine
WO2007074159A1 (en) Electrical machine, especially alternator
WO2008080575A1 (en) Synchronous permanent magnet machine
EP2834903A1 (en) Electrically driven motorcycle
EP2319164B1 (en) Rotor for an electric machine with a reduced cogging torque
WO2015043799A2 (en) Modular system and method for producing an electric machine
EP2584682A2 (en) Electric machine, and the use of an electrical machine
DE102020129142B4 (en) Rotor for a rotating electrical machine
WO2014086514A2 (en) Wheel hub machine, single track vehicle
EP2319160B1 (en) Hybrid-excited electric machine
WO2009068356A1 (en) Electric machine
EP2331447B1 (en) Forklift truck drive
DE102009001543A1 (en) Electric machine and method for manufacturing an electric machine
DE102019103737A1 (en) Electric motor, in particular brushless DC motor
DE102010001207A1 (en) Electric machine e.g. homopolar machine, for use as starter or starter generator for e.g. petrol engine of motor car, has multipolar rotor made of soft magnetic material and connected with drive shaft of engine over gear box
EP1612919A2 (en) Electrical machine and use of it
WO2021110223A1 (en) Stator of a rotating electrical machine, rotating electrical machine and drive unit having a machine of this type
DE102023201205A1 (en) Synchronous machine and vehicle
WO2013087437A2 (en) Installation kit for electric machines, electric machine and method for producing electric machines
DE202008009243U1 (en) Multi-phase hub generator for a bicycle

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20160425

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20180405

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20180817