WO2014166826A2 - Reluktanzmotor mit stabilisiertem rotor - Google Patents

Reluktanzmotor mit stabilisiertem rotor Download PDF

Info

Publication number
WO2014166826A2
WO2014166826A2 PCT/EP2014/056788 EP2014056788W WO2014166826A2 WO 2014166826 A2 WO2014166826 A2 WO 2014166826A2 EP 2014056788 W EP2014056788 W EP 2014056788W WO 2014166826 A2 WO2014166826 A2 WO 2014166826A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
magnetic
layers
laminated core
potting compound
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/056788
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2014166826A3 (de
Inventor
Klaus Büttner
Klaus Kirchner
Matthias Warmuth
Nico Wolf
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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
Priority claimed from EP13163340.6A external-priority patent/EP2790295A1/de
Priority claimed from EP13163492.5A external-priority patent/EP2790296A1/de
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to BR112015025633A priority Critical patent/BR112015025633A2/pt
Priority to DE112014001946.1T priority patent/DE112014001946A5/de
Priority to CN201910955843.XA priority patent/CN110544996B/zh
Priority to RU2015148288/07A priority patent/RU2604877C1/ru
Priority to CN201480020783.8A priority patent/CN105164895A/zh
Publication of WO2014166826A2 publication Critical patent/WO2014166826A2/de
Publication of WO2014166826A3 publication Critical patent/WO2014166826A3/de

Links

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
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
    • H02K1/246—Variable reluctance rotors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/022—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with salient poles or claw-shaped poles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/10—Electrical machine types
    • B60L2220/18—Reluctance machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/50—Structural details of electrical machines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a rotor for a reluctance motor, a reluctance motor with such a rotor, a motor vehicle and a method for producing said rotor.
  • the rotor has a plurality of individual sheets or rotor sheets which are electrically insulated from one another and are stacked to form a laminated core.
  • a rotor for a reluctance motor is known from US 5,818,140 A. It describes a rotor whose laminated core consists of rotor laminations which have punched-outs. This rotor is also referred to here as a Vagati rotor. The punched out results in curved, strip-shaped sheet metal sections, which serve as Flußleitab bainitese and the magnetic flux in the for the provision of
  • the Flußleitabitese are then connected via a dovetail joint with the cured resin.
  • a tensile force caused by centrifugal forces is conducted inwards from the outer flux guide sections via the synthetic resin inwards towards the shaft.
  • the disadvantage here is that synthetic resins can tear in Switzerlandbelas ⁇ tion. Recesses in the flux-conducting sections have a negative effect on the efficiency of the motor because the magnetic flux is impeded.
  • the invention has for its object to provide a rotor of the type described, which allows both high torque and high speed, so that it is particularly suitable as part of an electric drive for an electric vehicle.
  • the rotor according to the invention is a reluctance rotor, ie it is intended for a reluctance motor.
  • the rotor according to the invention thus has a laminated core, thus a stack of a plurality of electrically mutually insulated, soft magnetic rotor laminations, each extending radially from an axis of rotation of the rotor away. With ande ren ⁇ words, the rotor laminations are threaded or stacked along the rotation axis.
  • the rotor according to the invention is based on the reluctance rotor of Vagati (US Pat. No. 5,818,140 A) described in the introduction.
  • Each layer of the laminated core thus has a magnetically conductive rotor plate, wherein, for example, by punching several Flußleitabschnit- te are formed for a magnetic flux.
  • the Flußleit- sections are in particular in the known type strip ⁇ shaped and / or connect two circumferentially adjacent d axes of the rotor.
  • the flux guide sections are each separated from each other by a non-magnetic region, so for example the punched-out recesses.
  • the unmagneti ⁇ rule areas act as magnetic flux barriers, and are therefore referred to below as the flow restricted areas. They preferably each extend between two d axes of the rotor which are adjacent in the circumferential direction.
  • non-magnetic or nonmagnetic is understood here to be non-ferromagnetic, in particular non-soft magnetic.
  • the non-magnetic regions are filled in particular with air or a polymer, in particular synthetic resin.
  • non-magnetic metal alloys can be used, vorzugswei ⁇ se high-strength Al alloys having high tensile strength at ge ⁇ ringer density.
  • each flux blocking regions of the different layers in such a way during threading of the rotor laminations in the axial direction one behind the other to arrange that mutually corresponding flow blocking regions of a ⁇ individual layers in total in the Sheet pack each form a room or pit.
  • the recesses of the individual sheets can be arranged in alignment in the axial direction one behind the other, ie the individual rotor sheets are not or only slightly twisted against each other. long arranged the axis of rotation.
  • a non-magnetic support element to ⁇ ordered, so for example a rod.
  • Each support element is designed to support the respective radially inner adjoining flux-conducting section against displacement in the radial direction to the outside.
  • a rod stuck which pushes the individual sheets during rotation of the rotor inwardly toward the axis of rotation.
  • a development of the rotor according to the invention provides that between at least two of the layers a disc made of a non-magnetic material is arranged, with which each support element is connected. This results in shorter lever paths.
  • the said disks on the end faces of the rotor and / or between the magnetic layers are provided according to a preferred embodiment as a cylindrical portion of the rotor which is filled with a polymer and / or an amagnetic metal alloy.
  • each support element itself comprises a polymer and / or an amagnetic metal alloy, whereby at least one shaft is poured out in the laminated core.
  • both the support elements and the discs that hold the support members to the shaft of the rotor can be made by casting the laminated core.
  • the inventive method is used to produce such an embodiment of the rotor according to the invention.
  • a magnetically conductive plate is provided per ⁇ wells.
  • Each sheet has the described strip-shaped flux conducting sections of a single magnetic layer.
  • the sheet may be punched, for example, so that the non-magnetic areas result as recesses.
  • the sheets are threaded to the laminated core, so arranged in axial succession with respect to the proposed Ro ⁇ tion axis.
  • the laminated core is Vergos ⁇ sen with a potting compound comprising the polymer, eg a synthetic resin, and / or the non-magnetic metal alloy.
  • a disc is formed from the potting compound during potting, each disc is connected to the potting ⁇ savings arranged potting compound, so the subsequent support elements.
  • Sheet metal package are placed in a corresponding mold in which then, for example by means of an injection molding or die casting method, the potting compound is introduced.
  • ⁇ is preferably located a spacer at the bead of the metal sheets in each case between the two sheets and thereby prepare a gap to be filled with the sealing compound between the layers.
  • the potting compound represents a total of a support body of the support elements and the discs.
  • the magnetically conductive Flußleit- sections are embedded.
  • a particularly resilient, and thus suitable for high rotational speeds of the rotor supportive body results when the potting compound comprises fibers, eg Glasfa ⁇ fibers or carbon fibers.
  • an embodiment of the method provides, after stacking the metal sheets, an outer ring which holds the individual flux-conducting sections together so that a single sheet metal piece results , by a To remove the process and thereby separate each of the sheets, so each layer of the laminated core in several mutually ⁇ ge separated rotor laminations.
  • a further improvement in stability results when a support element in each case has the shape of the flow blocking regions in cross section.
  • ideal flux blocking regions are U-shaped, whereby two adjacent magnetic poles of the reluctance rotor are connected by the curved U-shape and in this case the flux blocking region extends transversely to a q-axis of the rotor in its longitudinal extent.
  • a support element in the plane of the individual layers of the laminated core has a U-shaped profile, there is the advantage that such a support element can accommodate particularly large centrifugal forces. If the support elements produced by pouring the river barrier areas, so of course results in the U-shaped profile itself.
  • the invention also includes a
  • the reluctance motor according to the invention is characterized by a rotor, which is an embodiment of the rotor according to the invention.
  • a rotor which is an embodiment of the rotor according to the invention.
  • the rotor is designed to rotate by rotating the rotor alternately at a speed which is greater than 5,000 revolutions / minute. This is not possible with conventional reluctance motors formed on the principle of Vagati. Only through the inventions ⁇ tion proper stabilization of the laminated core by means of the support ⁇ elements these speeds can be exceeded.
  • the reluctance motor according to the invention may be connected to a converter for alternately energizing coils of a stator of the reluctance motor, wherein the inverter is set ⁇ to rotate by alternately energizing the rotor at a speed which is greater than 5000 U / min.
  • the reluctance motor according to the invention can have a converter, with which coils of a rotor of the reluctance motor can be alternately energized in a manner known per se.
  • the inverter is to ⁇ inserted to rotate the reluctance motor at a speed of more than 9,000 revolutions / minute.
  • the motor vehicle according to the invention is characterized in that it comprises a reluctance motor according to an embodiment of the reluctance motor according to the invention. Only with such a reluctance motor with sufficiently high speed is a meaningful use of the reluctance motor as a drive motor for a drive of the motor vehicle possible.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a perspective view of an embodiment of the rotor according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a longitudinal section through the rotor of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a schematic representation of a perspective view of a support body, which is formed by a potting compound,
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a front view of a further embodiment of the rotor according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a frontal view of a further embodiment of the rotor according to the invention
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a longitudinal section through an embodiment of the electric machine according to the invention.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention.
  • the described components of the embodiments each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of one another, which further develop the invention independently of each other and thus also individually or in a different combination than shown To be considered invention.
  • the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • a reluctance rotor or rotor 10 is shown briefly.
  • the rotor 10 may be incorporated in a reluctance motor.
  • the reluctance motor may be a drive motor for an electrically driven motor vehicle.
  • a shaft (not shown) of the reluctance motor is inserted through a passage opening 12 of the rotor 10.
  • the shaft and thus the rotor 10 is then rotatably mounted about a rotation axis A, so that the rotor 10 in a (not shown) stator of the reluctance motor can perform a rotation R about the axis of rotation A.
  • Diameter of the rotor 10 in the radial direction may be more than 20 cm.
  • a length of the rotor 10 in the axial direction may be more than 30 cm.
  • the rotor 10 has a magnetically active part of a laminated core 14 which is formed of several layers 16, which in each case a soft magnetic, in particular ferromagnetic, Ma ⁇ TERIAL have. Of the magnetic layers 16, only a few are provided with a reference numeral in FIG. 1 for the sake of clarity. Between the layers is located in each case in a known manner an electrically isolieren- de layer to eddy currents in the sheet metal packet 14 to Blockie ⁇ ren. Each layer 16 is formed in the example shown in Figures 1 and 2 example, each by a rotor panel 18.
  • the rotor plate 18, which is located on one end face 20 is located in the axial direction along the axis A at a front end, provided with a reference numeral.
  • the rotor plate 18 (and correspondingly also the other rotor plates of the remaining layers 16) has recesses 22, which form barriers for a magnetic flux.
  • the rotor laminations are arranged axially one behind the other in alignment in the laminated core such that the recesses 22 and correspondingly also the flux-conducting sections 24 are aligned axially.
  • the recesses 22 of each successively arranged rotor plates 18 form a total of shafts or spaces in the laminated core 14, in which there is non-magnetic material.
  • the rotor laminations of the layers 16 may all have the same shape.
  • the recesses 22 may be formed, for example, by punching out the corresponding shapes of rotor plate 18.
  • the recesses 22 form nonmagnetic regions in each layer 16 and act as magnetic flux barriers.
  • each ⁇ rotor plate 18 is lower than in a rotor plate, which is formed as a (except for the passage opening 12) massive disc.
  • the rotor 10 is still allowed to operate in the reluctance motor at a speed of more than 5,000 rpm, especially at
  • the reinforcement is achieved by filling in the flow barriers, ie the shafts formed by the recesses 22 in the Laminated core 14, with a non-magnetic or non-magnetic ⁇ 's material, preferably a plastic or resin, which are preferably filled with fibers, or an amagnetic high-strength metal alloy. In this way are formed ⁇ out 34 from the non-magnetic material in the recesses 22 supporting elements.
  • the support elements located in the recesses 22 are integrated into the package length by fully cast partial areas in the form of cylindrical disks 32, ie between such at least two of the layers 16 is such a disk 32 Support elements are connected to the discs 32.
  • FIG 2 shows, in the recesses 22 as Stauerele- elements 34 acting potting compound with the discs 32 verbun ⁇ the.
  • a force acting on the support members 34 along the radial direction 36 (with respect to the axis of rotation A) is transmitted to the discs 32.
  • the magnetic flux conducting sections 24 are pressed outward in the radial direction 36 away from the shaft. Press this way against the support members 34.
  • the Stauerele ⁇ ments are held by the discs 32nd Depending on how great the forces exerted by the flux guide sections 24 are, in contrast to the exemplary embodiments shown in FIG. 1 and FIG.
  • Cylinder ie more discs 32, preferably at gleichze ⁇ ßigen intervals along the axis of rotation A longitudinally integrated into the laminated core 14 in the manner shown to be on the entire rotor package length to obtain a stiffening with respect to the centrifugal force.
  • the thickness of the discs 32 may be selected depending on the expected forces.
  • the potting compound may have been introduced into the recesses 22 and into the region of the disks 32, for example by means of an injection molding or die casting process after threading, ie, the juxtaposition of the rotor laminations 18.
  • the rotor laminated core 14 is held at a distance when threaded through Distanzstü ⁇ bridge 38, for example, rings or blocks of a polymer or non-magnetic metal, so that when casting the stabilizing cylindrical discs 32 of potting compound result.
  • Distanzstü ⁇ bridge 38 for example, rings or blocks of a polymer or non-magnetic metal
  • FIG 4 and FIG 5 alternative embodiments of Ro ⁇ gates are shown, in which individual magnetic layers 16 are formed differently. These embodiments have the
  • FIG. 4 and FIG. 5 elements which correspond to elements with regard to their function, which are shown in FIG. 1 or FIG. 2, are provided with the same reference numerals as in FIG. 1 and FIG.
  • a magnetic layer 16 is shown a magnetic layer of a rotor, in which a plurality Flussleitab ⁇ sections 24 are provided which are also separated by the off ⁇ savings 22, but held together exclu ⁇ Lich by an outer rib or ring 28 are.
  • the webs 26 are provided, wherein the magnetic layer ⁇ tables 16 in FIG 4 is also a non-magnetic region, as formed by the recesses 22nd In FIG 5, a magnetic layer of a rotor is shown in which individual Flussleitabroughe from each other ge ⁇ separated ⁇ rotor laminations 18 are formed, between which respective non-magnetic regions 22 so ⁇ particular synthetic resin located.
  • a rotor with magnetic layers 16, as shown in FIG. 5, can be formed, for example, from a rotor with a magnetic layer, as shown in FIG. By removing a rotor of FIG. 4 by a cutting process of the outer ring 28, a rotor with a magnetic layer 16, as shown in FIG. 4, is obtained.
  • FIG. 4 and FIG. 5 it is also shown how, when the webs are omitted at the points 40, the flow barrier contour in the plane of the individual layers 16, ie a profile of the flow barriers in the plane perpendicular to the axis of rotation A, is U-shaped.
  • the flux barrier areas thus run transversely to the q-axis 30.
  • the Stützele ⁇ elements 34 a U-shaped profile in the plane of the layers 16.
  • the support elements 34 thus have a particularly large bending moment, so that they are particularly stable to centrifugal force are attached to the discs 32.
  • the necessary for adjusting the outer diameter of the rotor 10 to a stator machining on the outer diameter of the rotor 10 is easier due to the increased stability of the laminated core 14 and can since ⁇ be carried out at a lower cost. Since a bandage for stabilizing the laminated core 14, which has to be wound around the laminated core 14, can be dispensed with, an optimized air gap results in the reluctance motor.
  • the laminated core 14 of the rotor 10 has an improved natural bending frequency on the rotor through the overall composite, as a result of which the rotor laminated core 14 is also suitable for the shaft of the rotor
  • Reluctance motor to stabilize. This also results in a reduction of the torsional vibrations during operation of the reluctance motor.
  • an electrical machine 42 is shown, which is preferably a reluctance motor.
  • the elekt ⁇ generic engine 42 is in particular as an electric drive motor at ⁇ for a motor vehicle, in particular a carriage motor ⁇ , configured.
  • the electric machine 42 includes egg ⁇ NEN stator 44, windings 46 in the electric coils are arranged reasonable, in FIG 6 is only one of the windings 46 Darge ⁇ represents.
  • the windings 46 are alternately energized by a converter C, whereby in the interior of the stator 44, a magnetic rotating field in an air gap 48 of the electric machine 42 is formed.
  • a rotor 50 Inside the stator 44 is a rotor 50 which is rotatably connected to a shaft 50.
  • the shaft 52 is rotatably supported about a rotation axis A in the Sta ⁇ tor 12.
  • the rotor 50 is an embodiment of the rotor according to the invention, for example the rotor 10.
  • a motor vehicle 54 is shown in a schematic representation, which may be, for example, a passenger car.
  • the motor vehicle 54 has an electric drive motor ⁇ 56, in the housing 58, for example, the electric machine 42 or another embodiment of the electric machine according to the invention can be located.
  • the shaft 52 of the electric machine 42 may be coupled to a drive train 60 of the motor vehicle 54, for example.
  • the drive train 60 can, for example, drive a rear wheel 62 of the motor vehicle 54.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (10) für einen Reluktanzmotor, wobei der Rotor (10) ein Blechpaket (14) aus mehreren elektrisch voneinander isolierten Schichten (16) aufweist, von denen jede zumindest ein magnetisch leitfähiges Rotorblech (18) aufweist und in der durch das zumindest eine Rotorblech (18) insgesamt mehrere Flussleitabschnitte (24) gebildet sind, die voneinander durch einen unmagnetischen Bereich (22) getrennt sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hohes Drehmoment und eine hohe Drehzahl zu ermöglichen. In zumindest einem Schacht (22) des Blechpakets (14) ist hierzu jeweils ein unmagnetisches Stützelement (34) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, den jeweiligen radial innenliegenden und an den jeweiligen Schacht (22) angrenzenden Flussleitabschnitt (24) gegen ein Verschieben in radialer Richtung (36) nach außen zu stützen.

Description

Beschreibung
Reluktanzmotor mit stabilisiertem Rotor Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen Reluktanzmotor, einen Reluktanzmotor mit einem solchen Rotor, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen des genannten Rotors. Der Rotor weist mehrere elektrisch voneinander isolierte Einzelbleche oder Rotorbleche auf, die zu einem Blechpaket auf- einander gestapelt sind.
Ein Rotor für einen Reluktanzmotor ist aus der US 5,818,140 A bekannt. Darin ist ein Rotor beschrieben, dessen Blechpaket aus Rotorblechen besteht, die Ausstanzungen aufweisen. Dieser Rotor ist hier auch als Vagati-Rotor bezeichnet. Durch die Ausstanzungen ergeben sich geschwungene, streifenförmige Blechabschnitte, die als Flussleitabschnitte dienen und den magnetischen Fluss in der für die Bereitstellung der
Reluktanz des Rotors nötigen Weise führen. Zwischen den ein- zelnen Flussleitabschnitten befindet sich durch die Ausstanzungen Luft, d.h. ein unmagnetischer Flusssperrbereich, der als magnetische Flusssperre wirkt. Durch die streifenförmigen Flussleitabschnitte ergibt sich eine hohe Drehmomentausbeute. Die Reaktanz des Blechpakets ist in Richtung der q-Achse, d. h. der magnetischen Sperrrichtung aufgrund der unmagnetischen Flusssperrbereiche verhältnismäßig klein. Die streifenförmi¬ gen Flussleitabschnitte verlaufen quer zu der q-Achse und verbinden in Umfangsrichtung benachbarte Pole des Rotors, al¬ so die d-Achsen. Die Ausstanzungen zum Bereitstellen der un- magnetischen Flusssperrbereiche bzw. zum Ausbilden der Flussleitabschnitte führen aber zu einer Schwächung der mechanischen Stabilität des Blechpakets, so dass der beschriebene Rotor nicht für große Drehzahlen, insbesondere nicht für Drehzahlen größer als 3000 Umdrehungen/Minute geeignet ist. Aus diesem Grund sind Reluktanzrotoren der beschriebenen Art nicht für die Drehzahlanforderung im Flusssperrbereich von Kraftfahrzeugen mit elektrischen Antrieben geeignet. Aus der JP 2002 095227 A ist ein Vagati-Rotor bekannt, bei dem die Flusssperrbereiche mit Kunstharz ausgegossen sind. Die angrenzenden Flussleitabschnitte weisen hierbei trapez¬ förmige Aussparungen auf, in die beim Vergießen das Kunstharz ebenfalls fließt. Hierdurch sind die Flussleitabschnitte dann über eine Schwalbenschwanzverbindung mit dem ausgehärteten Kunstharz verbunden. Bei hohen Drehzahlen wird so eine durch Fliehkräfte bewirkte Zugkraft von den äußeren Flussleitab- schnitten über das Kunstharz nach innen zur Welle hin abge- leitet. Nachteilig hierbei ist, dass Kunstharze bei Zugbelas¬ tung reißen können. Aussparungen in den Flussleitabschnitten wirken sich negativ auf die Effizienz des Motors aus, da der magnetische Fluss behindert wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor der eingangs bezeichneten Art anzugeben, der sowohl ein hohes Drehmoment als auch eine hohe Drehzahl ermöglicht, so dass er insbesondere als Bestandteil eines elektrischen Antriebs für ein Elektrofahrzeug geeignet ist.
Die Aufgabe wird durch einen Rotor gemäß Patentanspruch 1, einen Reluktanzmotor gemäß Patentanspruch 11, ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 12 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er- findung sind durch die Unteransprüche gegeben.
Der erfindungsgemäße Rotor ist ein Reluktanzrotor, d. h. er ist für einen Reluktanzmotor vorgesehen. In bekannter Weise weist der erfindungsgemäße Rotor also ein Blechpaket auf, al- so einen Stapel aus mehreren elektrisch voneinander isolierten, weichmagnetischen Rotorblechen, die sich jeweils radial von einer Rotationsachse des Rotors weg erstrecken. Mit ande¬ ren Worten sind die Rotorbleche entlang der Rotationsachse aufgefädelt oder aufgeschichtet. Der erfindungsgemäße Rotor orientiert sich an den eingangs beschriebenen Reluktanzrotor von Vagati (US 5,818,140 A) . Jede Schicht des Blechpakets weist also ein magnetisch leitfähiges Rotorblech auf, wobei durch beispielsweise Ausstanzungen mehrere Flussleitabschnit- te für einen magnetischen Fluss gebildet sind. Die Flussleit- abschnitte sind insbesondere in der bekannten Art streifen¬ förmig und/oder verbinden zwei in Umfangsrichtung benachbarte d-Achsen des Rotors. Die Flussleitabschnitte sind jeweils voneinander durch einen unmagnetischen Bereich getrennt, also beispielsweise die ausgestanzten Aussparungen. Die unmagneti¬ schen Bereiche wirken als magnetische Flusssperren und sind deshalb im Folgenden auch als Flusssperrbereiche bezeichnet. Sie erstrecken sich bevorzugt jeweils zwischen zwei in Um- fangsrichtung benachbarten d-Achsen des Rotors. Unter magnetisch wird hier insbesondere ferromagnetisch, bevorzugt weichmagnetisch, verstanden. Entsprechend wird unter unmagnetisch oder amagnetisch hier nicht-ferromagnetisch, insbesondere nicht-weichmagnetisch verstanden. Die unmagnetischen Be- reiche sind hierzu insbesondere jeweils mit Luft oder einem Polymer, insbesondere Kunstharz, gefüllt. Weiterhin können amagnetische Metalllegierungen eingesetzt werden, vorzugswei¬ se hochfeste AI-Legierungen mit hoher Zugfestigkeit bei ge¬ ringer Dichte.
Bei einer Rotation des Rotors wirken Fliehkräfte auf die ein¬ zelnen Flussleitabschnitte, die diese einzelnen Bleche des Rotorblechs von der Rotationsachse weg radial nach außen wir¬ ken. Durch die unmagnetischen Flusssperrbereiche, also bei- spielsweise die Ausstanzungen, ist die mechanische Belastbar¬ keit des Rotors aber geschwächt.
Um diese mechanische Schwächung durch das Vorsehen der unmagnetischen Flusssperrbereiche auszugleichen, ist bei dem er- findungsgemäßen Rotor vorgesehen, die einzelnen Flusssperrbereiche der unterschiedlichen Schichten derart beim Auffädeln der Rotorbleche in axialer Richtung hintereinander anzuordnen, dass einander entsprechende Flusssperrbereiche der ein¬ zelnen Schichten insgesamt in dem Blechpaket jeweils einen Raum oder Schacht bilden. Mit anderen Worten können die Aussparungen der Einzelbleche in axialer Richtung fluchtend hintereinander angeordnet werden, d.h. die einzelnen Rotorbleche sind nicht oder nur geringfügig gegeneinander verdreht ent- lang der Rotationsachse angeordnet. In dem zumindest einen Schacht ist dann jeweils ein unmagnetisches Stützelement an¬ geordnet, also z.B. ein Stab. Jedes Stützelement ist dazu ausgebildet, den jeweiligen radial innen liegenden, angren- zenden Flussleitabschnitt gegen ein Verschieben in radialer Richtung nach außen zu stützen. In jedem Schacht kann also beispielsweise ein Stab stecken, welcher die Einzelbleche beim Rotieren des Rotors nach innen zur Rotationsachse hin drückt .
Anders als bei der eingangs beschriebenen Lösung, bei welcher ein Vagati-Rotor über Schwalbenschwanzverbindungen zusammengehalten ist, ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Rotor der Vorteil, dass die Stützelemente bei einer Rotation des Rotors nicht durch Zugkräfte belastet werden, sondern die Stützele¬ mente einen Druck auf die innen liegenden Flussleitabschnitte ausüben müssen. Das Material der Stützelemente wird also ge¬ staucht und nicht gedehnt, was den Rotor stabiler macht. Um die radial nach außen auf die Stützelemente wirkende Kraft von den Stützelementen ableiten zu können, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des Rotors vor, an einer oder beiden Stirnseiten der zylindrischen Grundform des Rotors eine
Scheibe anzuordnen, mit welcher jedes Stützelement verbunden ist. Eine solche Scheibe kann in Abhängigkeit von den auf die Stützelemente wirkenden Kräften und damit also in Abhängigkeit beispielsweise von der gewünschten maximalen Drehzahl des Rotors in ihrer Dicke und Materialbeschaffenheit wesent¬ lich einfacher angepasst werden als die aus dem Stand der Technik bekannte Schwalbenschwanzverbindung.
Um noch größere Kräfte von den Stützelementen ableiten zu können, sieht eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors vor, dass zwischen zumindest zwei der Schichten eine aus ei- nem unmagnetischen Material gefertigte Scheibe angeordnet ist, mit welcher jedes Stützelement verbunden ist. Dadurch ergeben sich kürzere Hebelwege. Die genannten Scheiben an den Stirnseiten des Rotors und/oder zwischen den magnetischen Schichten werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform als ein mit einem Polymer und/oder einer amagnetischen Metalllegierung ausgegossener zylindrischer Teilbereich des Rotors bereitgestellt. In derselben Weise kann vorgesehen sein, dass jedes Stützelement selbst ein Polymer und/oder eine amagnetische Metalllegierung umfasst, womit zumindest ein Schacht in dem Blechpaket ausgegossen ist. Mit anderen Worten können sowohl die Stützelemente als auch die Scheiben, welche die Stützelemente an der Welle des Rotors halten, durch Vergießen des Blechpakets hergestellt werden .
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Herstellen einer solchen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors. Zum Bilden jeder magnetischen Schicht des Blechpakets wird je¬ weils ein magnetisch leitfähiges Blech bereitgestellt. Jedes Blech weist dabei die beschriebenen, streifenförmigen Fluss- leitabschnitte einer einzelnen magnetischen Schicht auf.
Hierzu kann das Blech beispielsweise gestanzt sein, so dass sich die unmagnetischen Bereiche als Aussparungen ergeben. Um nun das Blechpaket herzustellen, werden die Bleche zu dem Blechpaket aufgefädelt, also in Bezug auf die vorgesehene Ro¬ tationsachse in axialer hintereinander angeordnet. Nach dem Auffädeln wird das Blechpaket mit einer Vergussmasse vergos¬ sen, die das Polymer, also z.B. einem Kunstharz, und/oder die amagnetische Metalllegierung umfasst. Zwischen zumindest zwei der Bleche und/oder nur an einer oder auch an beiden Stirnseiten des Blechpakets wird beim Vergießen eine Scheibe aus der Vergussmasse geformt, wobei jede Scheibe mit in den Aus¬ sparungen angeordneter Vergussmasse, also den späteren Stützelementen, verbunden wird.
Um die Scheibe an den Stirnseiten auszubilden, kann das
Blechpaket in eine entsprechende Gussform gelegt werden, in der dann z.B. mittels eines Spritzguss- oder Druckgussverfahrens die Vergussmasse eingebracht wird. Um eine Scheibe zwischen zumindest zwei der Schichten auszu¬ bilden, wird bevorzugt beim Auffädeln der Bleche jeweils zwischen die beiden Bleche ein Distanzstück angeordnet und hierdurch zwischen den Schichten ein Spalt zum Befüllen mit der Vergussmasse vorbereitet.
Nach dem Aushärten stellt die Vergussmasse insgesamt einen Stützkörper aus den Stützelementen und den Scheiben dar. In diesem Stützkörper sind die magnetisch leitfähigen Flussleit- abschnitte eingebettet. Ein besonders belastbarer, und damit für hohe Drehzahlen des Rotors tauglicher Stützköper ergibt sich, wenn die Vergussmasse Fasern umfasst, also z.B. Glasfa¬ sern oder Kohlefasern.
Bis hierhin wurde der Rotor in der Weise beschrieben, dass das Blechpaket des Rotors jeweils aus aufeinander geschichte¬ ten einzelnen Rotorblechen gebildet ist, die jeweils eine Schicht des Blechpakets bilden. Es gibt aber eine Ausfüh¬ rungsform der Erfindung, bei der jede Schicht nicht aus einem einzigen Rotorblech mit Aussparungen gebildet ist, sondern zumindest eine der Schichten mehrere, voneinander getrennte streifenförmige Rotorbleche aufweist, von denen jedes einen der Flussleitabschnitte der Schicht bildet. Diese einzelnen Flussleitabschnitte sind also nicht untereinander durch weichmagnetische Bereiche verbunden. Ansonsten ist aber auch diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors in der soeben beschriebenen Weise mit zumindest einer Einlegscheibe zwischen zwei der Schichten aufgebaut. Ohne die weichmagneti¬ schen Verbindungen zwischen den Flussleitabschnitten ergibt sich eine besonders große Reluktanz und damit ein besserer Wirkungsgrad des Rotors.
Um ein solches Blechpaket herzustellen, bei dem jede Schicht aus mehreren einzelnen, voneinander getrennten Flussleitab- schnitten gebildet ist, sieht eine Ausführungsform des Verfahrens vor, nach dem Stapeln der Bleche einen Außenring, welches die einzelnen Flussleitabschnitte zusammenhält, so dass sich ein einzelnes Blechstück ergibt, durch ein spanen- des Verfahren zu entfernen und hierdurch jedes der Bleche, also jede Schicht des Blechpakets, in mehrere voneinander ge¬ trennte Rotorbleche aufzutrennen. Eine weitere Verbesserung der Stabilität ergibt sich, wenn ein Stützelement jeweils im Querschnitt die Form der Fluss- sperrbereiche aufweist. Bei einem Reluktanzmotor sind ideale Flusssperrbereiche U-förmig, wobei durch die geschwungene U- Form jeweils zwei benachbarte magnetische Pole des Reluktanz- rotors verbunden sind und hierbei der Flusssperrbereich in seiner Längserstreckung quer zu einer q-Achse des Rotors verläuft. Indem auch ein Stützelement in der Ebene der einzelnen Schichten des Blechpakets ein U-förmiges Profil aufweist, ergibt sich der Vorteil, dass ein solches Stützelement beson- ders große Fliehkräfte aufnehmen kann. Wird das Stützelemente durch Ausgießen der Flusssperrbereiche erzeugt, so ergibt sich natürlich von selbst das U-förmige Profil.
Wie bereits ausgeführt gehört zu der Erfindung auch ein
Reluktanzmotor. Der erfindungsgemäße Reluktanzmotor zeichnet sich durch einen Rotor aus, der eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist. Bei dem erfindungsgemäßen
Reluktanzmotor ist der Rotor dazu ausgelegt, durch das abwechselnde Bestromen den Rotor mit einer Drehzahl zu rotie- ren, welche größer als 5.000 Umdrehungen/Minute ist. Dies ist mit herkömmlichen Reluktanzmotoren, die nach dem Prinzip von Vagati gebildet sind, nicht möglich. Erst durch die erfin¬ dungsgemäße Stabilisierung des Blechpakets mittels der Stütz¬ elemente können diese Drehzahlen überschritten werden.
Der erfindungsgemäße Reluktanzmotor kann mit einem Umrichter zum abwechselnden Bestromen von Spulen eines Stators des Reluktanzmotors verbunden sein, wobei der Umrichter dazu aus¬ gelegt ist, durch das abwechselnde Bestromen den Rotor mit einer Drehzahl zu rotieren, welche größer als 5000 U/min ist. Der erfindungsgemäße Reluktanzmotor kann einen Umrichter aufweisen, mit dem in an sich bekannter Weise Spulen eines Rotors des Reluktanzmotors abwechselnd bestromt werden können.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Umrichter dazu ausge¬ legt ist, den Reluktanzmotor bei einer Drehzahl von mehr als 9.000 Umdrehungen/Minute zu rotieren.
Entsprechend ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug dadurch gekennzeichnet, dass es einen Reluktanzmotor gemäß einer Aus¬ führungsform des erfindungsgemäßen Reluktanzmotors aufweist. Erst mit einem solchen Reluktanzmotor mit ausreichend hoher Drehzahl ist eine sinnvolle Nutzung des Reluktanzmotors als Antriebsmotor für eine Fahrt des Kraftfahrzeugs möglich.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispie¬ len noch einmal näher erläutert. Hierzu zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors,
FIG 2 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch den Rotor von FIG 1,
FIG 3 eine schematische Darstellung einer perspektivischen Ansicht eines Stützkörpers, der durch eine Vergussmasse gebildet ist,
FIG 4 eine schematische Darstellung einer Frontalansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors,
FIG 5 eine schematische Darstellung einer Frontalansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors,
FIG 6 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine und
FIG 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs. Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merk¬ male der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch un- abhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele stellen die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar.
In FIG 1 und FIG 2 ist ein Reluktanzrotor oder kurz Rotor 10 gezeigt. Der Rotor 10 kann in einen Reluktanzmotor eingebaut sein. Beispielsweise kann der Reluktanzmotor ein Antriebsmotor für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug sein. Im eingebauten Zustand ist durch eine Durchgangsöffnung 12 des Rotors 10 eine (nicht dargestellte) Welle des Reluktanzmotors gesteckt. Die Welle und damit der Rotor 10 ist dann um eine Rotationsachse A drehbar gelagert, so dass der Rotor 10 in einem (nicht dargestellten) Stator des Reluktanzmotors eine Rotation R um die Rotationsachse A vollführen kann. Ein
Durchmesser des Rotors 10 in radialer Richtung kann mehr als 20 cm betragen. Eine Länge des Rotors 10 in axialer Richtung kann mehr als 30 cm betragen.
Der Rotor 10 weist als magnetisch aktiven Teil ein Blechpaket 14 auf, das aus mehreren Schichten 16 gebildet ist, die je- weils weichmagnetisches, insbesondere ferromagnetisches , Ma¬ terial aufweisen. Von den magnetischen Schichten 16 sind in der FIG 1 der Übersichtlichkeit halber nur einige mit einem Bezugszeichen versehen. Zwischen den Schichten befindet sich jeweils in an sich bekannter Weise eine elektrisch isolieren- de Schicht, um Wirbelströme in dem Blechpaket 14 zu blockie¬ ren. Jede Schicht 16 ist in dem in FIG 1 und FIG 2 gezeigten Beispiel jeweils durch ein Rotorblech 18 gebildet. In der FIG 1 ist nur das Rotorblech 18, welches sich an einer Stirnseite 20 in axialer Richtung entlang der Achse A an einem vorderen Ende befindet, mit einem Bezugszeichen versehen. Das Rotorblech 18 (und entsprechend auch die übrigen Rotorbleche der übrigen Schichten 16) weist Aussparungen 22 auf, die Sperren für eine magnetischen Fluss bilden. Die Rotorbleche sind in der Weise fluchtend in dem Blechpaket axial hintereinander angeordnet, dass die Aussparungen 22 und entsprechend auch die Flussleitabschnitte 24 axial fluchten. Die Aussparungen 22 aller hintereinander angeordneten Rotorbleche 18 bilden insgesamt Schächte oder Räume in dem Blechpaket 14, in denen sich unmagnetisches Material befindet. Die Rotorbleche der Schichten 16 können alle die gleiche Form aufweisen. Die Aussparungen 22 können beispielsweise durch Ausstanzen der entsprechenden Formen aus Rotorblech 18 gebildet sein. Die Aus- sparungen 22 bilden unmagnetische Bereiche in jeder Schicht 16 und fungieren als magnetische Flusssperren.
Von dem Rotorblech 18 sind somit nur Flussleitabschnitte 24 und Stege 26 zum mechanischen Verbinden der Flussleitab- schnitte 24 sowie ein Außenring 28 zum mechanischen Verbinden der Flussleitabschnitte 24 vorhanden. Mittels der Flussleit¬ abschnitte 24 wird in dem Reluktanzmotor ein magnetischer Fluss quer zu q-Achsen 30 des Rotors 10 entlang einer magne¬ tischen Vorzugsrichtung ein magnetischer Fluss, der durch elektrische Spulen des Stators erzeugt wird, geleitet.
Durch die Aussparungen 22 ist die mechanische Stabilität je¬ des Rotorblechs 18 geringer als bei einem Rotorblech, welches als eine (bis auf die Durchgangsöffnung 12) massive Scheibe ausgebildet ist. Bei dem Rotor 10 ist es allerdings dennoch ermöglicht, dass er in dem Reluktanzmotor mit einer Drehzahl von mehr als 5.000 Umdrehungen/Minute, insbesondere bei
10.000 Umdrehungen/Minute und sogar 15.000 Umdrehungen/Minute betrieben wird. Hierzu ist der Rotor 10 mechanisch stabili- siert.
Die Verstärkung wird erzielt durch Ausfüllen der Flußsperren, d.h. der durch die Aussparungen 22 gebildeten Schächte in dem Blechpaket 14, mit einem unmagnetischen oder nicht-magneti¬ schen Werkstoff, vorzugsweise einem Kunststoff oder Harz, die bevorzugt fasergefüllt sind, oder einer amagnetischen hochfesten Metalllegierung. Hierdurch sind in den Aussparungen 22 Stützelemente 34 aus dem nicht-magnetischen Werkstoff ausge¬ bildet. Um die Stabilität auf der kompletten Rotorpaketlänge zu gewährleisten, werden die in den Aussparungen 22 befindlichen Stützelemente durch voll ausgegossene Teilbereiche in Form von zylindrischen Scheiben 32 auf die Paketlänge inte- griert, d.h. zwischen zumindest zwei der Schichten 16 befindet sich eine solche Scheibe 32. Die Stützelemente sind mit den Scheiben 32 verbunden.
Zusätzlich sind an den beiden Stirnseiten, d.h. der Stirnsei- te 20 und der axial gegenüberliegenden Seite des Blechpakets 14, ebenfalls voll ausgegossene zylinderförmige Scheiben 32 vorgesehen. In FIG 1 ist die vordere Scheibe 32, die sich an der Stirnseite 20 befindet, nicht dargestellt, um die Struk¬ tur des Rotorblechs 18 darstellen zu können. Mit „voll ausge- gössen" ist hierbei gemeint, dass natürlich auch in den
Scheiben 32 die Durchgangsöffnung 12 für die Welle vorgesehen ist .
Wie FIG 2 zeigt, ist die in den Aussparungen 22 als Stützele- mente 34 fungierende Vergussmasse mit den Scheiben 32 verbun¬ den. Eine entlang der radialen Richtung 36 (bezüglich der Rotationsachse A) auf die Stützelemente 34 wirkende Kraft wird auf die Scheiben 32 übertragen. Bei einer Rotation R des Rotors 10 werden die magnetischen Flussleitabschnitte 24 in ra- dialer Richtung 36 nach außen von der Welle weg gedrückt. Sie drücken hierdurch gegen die Stützelemente 34. Die Stützele¬ mente werden von den Scheiben 32 gehalten. In Abhängigkeit davon, wie groß die von den Flussleitabschnitten 24 ausgeübten Kräfte sind, können im Gegensatz zu den in FIG 1 und FIG 2 gezeigten Ausführungsbeispielen weitere voll ausgegossene
Zylinder, d.h. weitere Scheiben 32, vorzugsweise in gleichmä¬ ßigen Abständen entlang der Rotationsachse A längs in das Blechpaket 14 in der gezeigten Weise integriert sein, um auf die gesamte Rotorpaketlänge eine Versteifung bezüglich der Fliehkraft zu erhalten. Auch die Dicke der Scheiben 32 kann in Abhängigkeit von der zu erwartenden Kräften gewählt sein. Die Vergussmasse kann beispielsweise mittels eines Spritz- guss- oder Druckgussverfahrens nach dem Auffädeln, d.h. den Aneinanderreihen der Rotorbleche 18, in die Aussparungen 22 und in den Bereich der Scheiben 32 eingebracht worden sein. Um die Dicke der Scheiben 32 und deren Position festzulegen, wird das Rotorblechpaket 14 beim Auffädeln durch Distanzstü¬ cke 38, beispielsweise Ringe oder Klötze aus einem Polymer oder amagnetischen Metall, auf Abstand gehalten, so dass sich beim Vergießen die stabilisierenden zylindrischen Scheiben 32 aus Vergussmasse ergeben. In FIG 3 ist hierzu der sich erge- bende Stützkörper aus Vergussmasse ohne die darin eingebette¬ ten magnetischen Flussleitabschnitte 24 gezeigt.
In FIG 4 und FIG 5 sind alternative Ausführungsformen von Ro¬ toren gezeigt, bei welchen einzelne magnetische Schichten 16 anders ausgebildet sind. Diese Ausführungsformen weisen den
Vorteil auf, dass die zum Ausbilden der Reluktanz nötige mag¬ netische Flussführung in noch geringerem Maß als bei dem Rotor 10 durch Stützelemente, wie die Stege 26 und den Außen¬ ring 28 beeinflusst sind. Zur besseren Orientierung sind in FIG 4 und FIG 5 Elemente, welche Elementen in Bezug auf ihre Funktion entsprechen, die in FIG 1 oder FIG 2 gezeigt sind, mit den selben Bezugszeichen wie in FIG 1 bzw. FIG 2 versehen . In FIG 4 ist eine magnetische Schicht 16 eine magnetische Schicht eines Rotors gezeigt, bei der mehrere Flussleitab¬ schnitte 24 bereitgestellt sind, die ebenfalls durch die Aus¬ sparungen 22 voneinander getrennt sind, die aber ausschlie߬ lich durch einen äußeren Steg oder Ring 28 zusammengehalten sind. An den Stellen 40, an welchen bei den Rotorblechen 18 des Rotors 10 die Stege 26 vorhanden sind, ist bei der magne¬ tischen Schicht 16 in FIG 4 ebenfalls ein unmagnetischer Bereich, wie er durch die Aussparungen 22 gebildet ist. In FIG 5 ist eine magnetische Schicht eines Rotors gezeigt, bei welcher einzelne Flussleitabschnitte aus voneinander ge¬ trennten Rotorblechen 18 λ gebildet sind, zwischen denen sich jeweils unmagnetische Bereiche 22 also insbesondere Kunst¬ harz befinden.
Ein Rotor mit magnetischen Schichten 16, wie sie in FIG 5 gezeigt ist, kann beispielsweise aus einem Rotor mit einer mag- netischen Schicht gebildet werden, wie sie in FIG 4 gezeigt ist. Indem ein Rotor aus FIG 4 durch ein spanendes Verfahren des Außenrings 28 abgetragen wird, erhält man einen Rotor mit einer magnetischen Schicht 16, wie sie in FIG 4 dargestellt ist .
In FIG 4 und FIG 5 ist auch gezeigt, wie bei Weglassen der Stege an den Stellen 40 die Flusssperrenkontur in der Ebene der einzelnen Schichten 16, d.h. ein Profil der Flusssperren in der Ebene senkrecht zur Rotationsachse A, U-förmig ausge- staltet sind. Die Flusssperrbereiche laufen damit quer zu den q-Achsen 30. Entsprechend ergibt sich auch für die Stützele¬ mente 34 ein U-förmiges Profil in der Ebene der Schichten 16. Die Stützelemente 34 weisen hierdurch ein besonders großes Biegemoment auf, so dass sie besonders fliehkraftstabil an die Scheiben 32 angebunden sind. Indem die zylindrischen
Scheiben 32 sowie die U-förmigen Konturen der Stützelemente in einem Prozess gegossen werden, ist der sich ergebende Stützkörper ebenfalls besonders stabil. Durch die Beispiele ist gezeigt, wie man bei einem Reluktanz¬ motor die folgenden Vorteile erlangen kann. Es erhöht sich die Drehzahltauglichkeit des Rotors 10. Die Stegbreite der verbindenden Stege an dem Außendurchmesser entlang der Rotoraußenseite, also der Außenring 28, kann sehr klein sein. Es kann auch auf Stege zwischen den Flussleitabschnitten 24 verzichtet werden, wie es in FIG 4 gezeigt ist. Es ist sogar in einer Ausführungsform der Erfindung ein Verzicht auf die äußeren Stege, d. h. den Außenring 28, zwischen den Flussleit- abschnitten 24 möglich, wie dies in FIG 5 gezeigt ist, da der komplette Verbund durch den Stützkörper aus Stützelementen 34 und Scheiben 32 in sich fixiert ist. Die zum Anpassen des Außendurchmessers des Rotors 10 an einen Stator nötige spanende Bearbeitung am Außendurchmesser des Rotors 10 ist durch die erhöhte Stabilität des Blechpakets 14 einfacher und kann da¬ mit kostengünstiger durchgeführt werden. Da auf eine Bandage zum Stabilisieren des Blechpakets 14, die um das Blechpaket 14 gewickelt werden muss, verzichtet werden kann, ergibt sich ein optimierter Luftspalt bei dem Reluktanzmotor. Das Blechpaket 14 des Rotors 10 weist eine verbesserte Biegeeigenfre- quenz am Läufer durch den Gesamtverbund auf, wodurch sich das Rotor-Blechpaket 14 auch dazu eignet, die Welle des
Reluktanzmotors zu stabilisieren. Auch ergibt sich hierdurch eine Reduktion der Torsionsschwingungen bei einem Betrieb des Reluktanzmotors. Durch die Wahl der Anzahl der Scheiben 32 kann eine modulare Drehzahleignung eingestellt werden.
In FIG 6 ist eine elektrische Maschine 42 gezeigt, bei der es sich vorzugsweise um einen Reluktanzmotor handelt. Die elekt¬ rische Maschine 42 ist insbesondere als elektrischer An¬ triebsmotor für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraft¬ wagen, ausgestaltet. Die elektrische Maschine 42 umfasst ei¬ nen Stator 44, in dem Wicklungen 46 elektrischer Spulen ange- ordnet sind, wobei in FIG 6 nur eine der Wicklungen 46 darge¬ stellt ist. Die Wicklungen 46 werden durch einen Umrichter C abwechselnd bestromt, wodurch im Inneren des Stators 44 ein magnetisches Drehfeld in einem Luftspalt 48 der elektrischen Maschine 42 entsteht. Im Inneren des Stators 44 befindet sich ein Rotor 50, der drehfest mit einer Welle 50 verbunden ist. Die Welle 52 ist um eine Rotationsachse A drehbar in dem Sta¬ tor 12 gelagert. Der Rotor 50 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors, beispielsweise der Rotor 10. In FIG 7 ist in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug 54 gezeigt, das beispielsweise ein Personenkraftwagen sein kann. Das Kraftfahrzeug 54 weist einen elektrischen Antriebs¬ motor 56 auf, in dessen Gehäuse 58 sich beispielsweise die elektrische Maschine 42 oder eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine befinden kann. Die Welle 52 der elektrischen Maschine 42 kann z.B. mit einem Antriebsstrang 60 des Kraftfahrzeugs 54 gekoppelt sein. Der An- triebsstrang 60 kann beispielsweise ein Hinterrad 62 des Kraftwagens 54 antreiben.

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (10) für einen Reluktanzmotor, wobei der Rotor (10) ein Blechpaket (14) aus mehreren elektrisch voneinander iso- Herten, sich radial (36) von einer Rotationsachse (A) des Rotors (10) weg erstreckenden Schichten (16) aufweist, wobei jede Schicht (16) zumindest ein magnetisch leitfähiges Rotor¬ blech (18, 18 λ) aufweist und in jeder Schicht (16) durch das zumindest eine Rotorblech (18, 18 λ) insgesamt mehrere geboge- ne, streifenförmige und jeweils durch einen unmagnetischen
Flusssperrbereich (22, 22 λ) voneinander getrennte Flussleit- abschnitte (24) gebildet sind, die sich jeweils in ihrer Längserstreckung quer zu einer q-Achse (30) des Rotors (10) erstrecken, wobei einander entsprechende unmagnetische Fluss- Sperrbereiche unterschiedlicher Schichten (32) derart zueinander angeordnet sind, dass durch sie in dem Blechpaket zu¬ mindest ein sich entlang der Rotationsachse erstreckender, durch die Flussleitabschnitte der Schichten abgegrenzter Schacht in dem Blechpaket (14) gebildet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in dem zumindest einen Schacht (22, 22') jeweils ein unmagnetisches Stützelement (34) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, den jeweiligen radial innenliegenden und an den jeweiligen Schacht (22, 22') angrenzenden Flussleitabschnitt (24) gegen ein Verschieben in radialer Richtung (36) nach außen zu stützen .
2. Rotor (10) nach Anspruch 1, wobei das Blechpaket (14) eine zylindrische Grundform aufweist und an einer oder beiden Stirnseiten (20) der zylindrischen Grundform eine Scheibe
(32) angeordnet ist, mit welcher jedes Stützelement (34) ver¬ bunden ist.
3. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen zumindest zwei der Schichten (16) eine aus einem unmagnetischen Material gefertigte Scheibe (32) angeordnet ist, mit welcher jedes Stützelement (34) verbunden ist.
4. Rotor (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Scheibe (32) als ein mit einer Vergussmasse ausgegossener zylindrischer Teilbereich bereitgestellt ist.
5. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Stützelement (34) eine Vergussmasse umfasst, mit wel¬ cher der zumindest eine Schacht (22) ausgegossen ist.
6. Rotor (10) nach Anspruch 5, wobei die Vergussmasse ein Polymer, insbesondere ein Kunstharz, und/oder eine amagnetische Metalllegierung umfasst.
7. Rotor (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Vergussmasse Fasern umfasst.
8. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb einer oder mehrerer oder aller Schichten (16) jeweils die Flussleitabschnitte (24) der Schicht a) nur an ei¬ nem äußeren Umfang des Rotor (10) durch Blechstege (28) oder b) gar nicht durch Blechstege miteinander verbunden sind und hierdurch die unmagnetischen Flusssperrbereiche im inneren des Blechpakets (14) jeweils unterbrechungsfreie Flußsperren (24) bilden.
9. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Stützelement (34) oder mehrere oder alle Stützelemente (34) jeweils in der Ebene der Schichten (16) ein U-förmiges Profil aufweisen.
10. Rotor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einer oder mehreren oder allen der Schichten (16) jeweils mehrere, voneinander getrennte Rotorbleche (18 λ) bereitge¬ stellt sind, von denen jedes einen der Flussleitabschnitte (24) der Schicht (16) bildet.
11. Reluktanzmotor (42) mit einem Rotor (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Kraftfahrzeug (54) mit einem Reluktanzmotor (42) nach Anspruch 11 als Antriebsmotor für eine Fahrt des Kraftfahrzeugs (54) .
13. Verfahren zum Herstellen eines Rotors (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zum Bilden jeder magnetischen Schicht (16) des Blechpakets (14) jeweils ein magnetisch leitfähiges Blech (18) bereitgestellt wird, welches die
Flussleitabschnitte (24) der Schicht (16) aufweist und bei welchem als die unmagnetischen Flusssperrbereiche (22, 22 λ) zwischen den Flussleitabschnitten (24) Aussparungen (22, 22') vorgesehen sind, und die Bleche (18) zu dem Blechpaket (18) aufgefädelt werden und nach dem Auffädeln das Blechpaket (14) mit einer unmagnetischen Vergussmasse vergossen wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
a) zwischen zumindest zwei der Bleche (18) und/oder
b) an einer oder beiden Stirnseiten des Blechpakets (14) beim Vergießen eine Scheibe (32) aus der Vergussmasse geformt wird, wobei jede Scheibe (32) mit in den Aussparungen (22) angeordneter Vergussmasse verbunden wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei beim Auffädeln der Bleche (18) zwischen zumindest zwei der Bleche (18) jeweils ein Distanzstück (32) angeordnet wird und hierdurch ein Spalt zum Befüllen mit der Vergussmasse zwischen den Schichten (16) vorbereitet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei nach dem Auffädeln und Vergießen der Bleche (18) ein Außenring (28) jedes magnetisch leitfähigen Blechs (18) durch ein spanendes Verfahren entfernt wird und hierdurch jedes der Bleche (18) in mehrere voneinander getrennte Rotorbleche (18 λ) aufgetrennt wird, wobei jedes Rotorblech (18') einen Flussleitabschnitt (24) bildet.
PCT/EP2014/056788 2013-04-11 2014-04-04 Reluktanzmotor mit stabilisiertem rotor WO2014166826A2 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR112015025633A BR112015025633A2 (pt) 2013-04-11 2014-04-04 rotor, motor de relutância, veículo a motor, e, método para produzir um rotor
DE112014001946.1T DE112014001946A5 (de) 2013-04-11 2014-04-04 Reluktanzmotor mit stabilisiertem Rotor
CN201910955843.XA CN110544996B (zh) 2013-04-11 2014-04-04 用于磁阻电动机的转子及制造方法、磁阻电动机、机动车
RU2015148288/07A RU2604877C1 (ru) 2013-04-11 2014-04-04 Реактивный электродвигатель, имеющий ротор повышенной устойчивости
CN201480020783.8A CN105164895A (zh) 2013-04-11 2014-04-04 具有稳定的转子的磁阻电动机

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13163340.6 2013-04-11
EP13163340.6A EP2790295A1 (de) 2013-04-11 2013-04-11 Rotor für einen Reluktanzmotor, Verfahren zum Herstellen eines Rotors für einen Reluktanzmotor sowie elektrische Maschine, insbesondere ein Reluktanzmotor
EP13163492.5 2013-04-12
EP13163492.5A EP2790296A1 (de) 2013-04-12 2013-04-12 Reluktanzmotor mit stabilisiertem Rotor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014166826A2 true WO2014166826A2 (de) 2014-10-16
WO2014166826A3 WO2014166826A3 (de) 2015-04-02

Family

ID=50513216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/056788 WO2014166826A2 (de) 2013-04-11 2014-04-04 Reluktanzmotor mit stabilisiertem rotor

Country Status (5)

Country Link
CN (2) CN105164895A (de)
BR (1) BR112015025633A2 (de)
DE (1) DE112014001946A5 (de)
RU (1) RU2604877C1 (de)
WO (1) WO2014166826A2 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2689319C1 (ru) * 2018-04-16 2019-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Синхронная электрическая машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора
EP3723249A1 (de) * 2019-04-09 2020-10-14 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur fertigung eines magnetblechs und eines magnetblechstapels sowie elektrische maschine und elektrisches fahrzeug
GB2583721B (en) 2019-05-02 2021-11-03 Ricardo Uk Ltd Electric machine
GB2594639B (en) * 2019-05-02 2022-11-02 Ricardo Uk Ltd Electric machine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5818140A (en) 1995-07-11 1998-10-06 Vagati; Alfredo Synchronous reluctance electrical motor having a low torque-ripple design
JP2002095227A (ja) 2000-09-13 2002-03-29 Hitachi Ltd シンクロナスリラクタンスモータの回転子及びその回転子を備えてなるシンクロナスリラクタンスモータ

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU434536A1 (ru) * 1972-07-07 1974-06-30 Б. С. Хитрук Ротор синхронного реактивного электродвигателя
SU1307508A1 (ru) * 1985-12-02 1987-04-30 Алма-Атинский Энергетический Институт Ротор синхронного реактивного двигател
GB2310544B (en) * 1996-02-21 2000-03-29 Switched Reluctance Drives Ltd Method of forming a rotor for a reluctance machine
JP3530336B2 (ja) * 1997-03-24 2004-05-24 オークマ株式会社 同期電動機のロータ
JP2001238418A (ja) * 2000-02-25 2001-08-31 Mitsubishi Electric Corp リラクタンスモータ
JP3507395B2 (ja) * 2000-03-03 2004-03-15 株式会社日立製作所 回転電機及びそれを用いた電動車両
JP3743348B2 (ja) * 2001-11-12 2006-02-08 三菱電機株式会社 同期誘導電動機、同期誘導電動機の製造方法、圧縮機
JP3775298B2 (ja) * 2001-12-19 2006-05-17 三菱電機株式会社 同期電動機、送風機、圧縮機、冷凍・空調装置
FI118940B (fi) * 2006-09-27 2008-05-15 Abb Oy Sähkökoneen roottori
JP2009044791A (ja) * 2007-08-06 2009-02-26 Mitsui High Tec Inc リラクタンスモータ用回転子積層鉄心の製造方法
EP2169805B1 (de) * 2008-09-30 2014-07-02 ABB Research Ltd. Rotoranordnung für Reluktanzmaschinen
CN102097913B (zh) * 2009-12-14 2013-07-31 徐隆亚 双馈无刷电机转子及其制造方法
FI122757B (fi) * 2010-10-12 2012-06-29 Abb Oy Synkronireluktanssikoneen roottori ja menetelmä synkronireluktanssikoneen roottorin valmistamiseksi

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5818140A (en) 1995-07-11 1998-10-06 Vagati; Alfredo Synchronous reluctance electrical motor having a low torque-ripple design
JP2002095227A (ja) 2000-09-13 2002-03-29 Hitachi Ltd シンクロナスリラクタンスモータの回転子及びその回転子を備えてなるシンクロナスリラクタンスモータ

Also Published As

Publication number Publication date
DE112014001946A5 (de) 2015-12-31
BR112015025633A2 (pt) 2017-07-18
WO2014166826A3 (de) 2015-04-02
CN110544996A (zh) 2019-12-06
CN105164895A (zh) 2015-12-16
CN110544996B (zh) 2022-04-29
RU2604877C1 (ru) 2016-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2961039B1 (de) Mechanisch stabilisierter Rotor für einen Reluktanzmotor
EP3292613B1 (de) Reluktanzrotor mit zusätzlicher eigener magnetisierung
EP3103183B1 (de) Reluktanzrotor mit mechanischer stabilisierung
DE102007040750A1 (de) Stromerregter Synchronmotor insbesondere für Fahrzeugantriebe
WO2014166674A2 (de) Reluktanzmotor und zugehöriger rotor
WO2014166555A2 (de) Reluktanzrotor mit anlaufhilfe
EP3522336A1 (de) Rotor
EP3352331A1 (de) Rotorblech für einen permanenterregten elektromotor und rotor
EP2790295A1 (de) Rotor für einen Reluktanzmotor, Verfahren zum Herstellen eines Rotors für einen Reluktanzmotor sowie elektrische Maschine, insbesondere ein Reluktanzmotor
EP2790296A1 (de) Reluktanzmotor mit stabilisiertem Rotor
DE102013200476A1 (de) Permanenterregte Synchronmaschine mit einem Rotor mit Permanentmagneten und Verfahren zur Herstellung derartiger Maschinen bzw. Rotoren
WO2014166826A2 (de) Reluktanzmotor mit stabilisiertem rotor
EP2768117B1 (de) Läufer einer Reluktanzmaschine
DE102020110664A1 (de) Elektrische Maschine und Kraftfahrzeug
EP3167537A1 (de) Rotor mit hineinragenden stegen
EP2793362B1 (de) Reluktanzmotor und zugehöriger Rotor
DE102016214542A1 (de) Rotor für eine Synchron-Reluktanzmaschine
DE102021100864A1 (de) Herstellen einer magnetischen Einheit für eine rotierende elektrische Maschine
DE102020117106B4 (de) Läufer für eine rotierende elektrische Maschine
EP3476022B1 (de) Reluktanzläufer
DE102021102202A1 (de) Blechpaket mit Formschlusskörper zur Kräfteübertragung
EP3335300B1 (de) Rotorpaket für eine synchronreluktanzmaschine
DE102016210993A1 (de) Rotor für eine elektrische Asynchronmaschine mit angegossenem Käfigläufer, elektrische Maschine und Herstellungsverfahren
EP3161941B1 (de) Hochpolig ausgestaltbarer rotor für eine reluktanzmaschine
DE102022111494A1 (de) Rotor mit formschlüssig verankerten Oberflächenmagneten

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480020783.8

Country of ref document: CN

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112014001946

Country of ref document: DE

Ref document number: 1120140019461

Country of ref document: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015148288

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112015025633

Country of ref document: BR

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14718021

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112015025633

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20151007