WO2017012765A1 - Permanently excited electric machine having optimized geometry - Google Patents

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WO2017012765A1
WO2017012765A1 PCT/EP2016/062756 EP2016062756W WO2017012765A1 WO 2017012765 A1 WO2017012765 A1 WO 2017012765A1 EP 2016062756 W EP2016062756 W EP 2016062756W WO 2017012765 A1 WO2017012765 A1 WO 2017012765A1
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WO
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magnetic
stator
rotor
electric machine
pocket
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Application number
PCT/EP2016/062756
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German (de)
French (fr)
Inventor
Barlas Turgay
Christian Prag
Sebastian Tabarelli
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2017012765A1 publication Critical patent/WO2017012765A1/en

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16Stator cores with slots for windings
    • H02K1/165Shape, form or location of the slots
    • 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
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine, such as a motor or a generator.
  • the invention relates to a permanently excited
  • Electrical machines are used in a variety of industrial applications and are increasingly used in the automotive industry as a drive for motor vehicles, such as for hybrid vehicles or for purely electrically powered vehicles.
  • Electrical machines used in motor vehicles are often configured as permanently excited synchronous machines and have a stator and a rotor rotatably mounted relative to the stator.
  • the rotors usually have one or more plate packs, too
  • Rotor packages called, in the longitudinal direction of the rotor stacked laminations on.
  • magnetic pockets permanent magnets are arranged, the magnetic fields can be used by interaction with a magnetic field generated by the stator for driving the rotor.
  • permanently excited electric machines have each pole of the electric machine two V-shaped to each other and each arranged in a magnetic pocket
  • SMG separate motor generator
  • Permanent magnets small eddy current losses or iron losses occur, so that kept a temperature of the permanent magnets low and a inexpensive class of permanent magnets can be used. With increasing number of holes q iron losses and thus total losses of the electric machine can increase at high speeds.
  • DE 10 2012 219 055 AI describes a rotating electrical machine with pro
  • Pol the electric machine in each case two V-shaped arranged in a rotor permanent magnet.
  • the permanent magnets are arranged in a Magnetpol- opening angle to each other, which has a vertex on a rotor axis.
  • Embodiments of the present invention may advantageously enable to provide a high-speed and / or high mechanical stability optimized electric machine with respect to maximum torque and losses, in particular eddy current losses and / or iron losses.
  • a permanently energized electric machine which has a stator which has juxtaposed along a circumference of the stator and in each case by a tooth of the stator spaced grooves, in which grooves one each
  • the electric machine has a one
  • a radially extending radial web of the rotor is formed between a first edge of each pole and the first magnet pocket and between a second edge of each pole opposite the first edge in the circumferential direction of the rotor and the second magnet pocket.
  • the electric machine has a circumferentially extending the electric machine and the first magnetic pocket and the second magnetic pocket on a
  • the electric machine according to the invention is characterized in particular by the fact that the first magnetic pocket and the second magnet pocket of each pole of the electrical machine are connected to each other in the circumferential direction of the electric machine and form a common magnet pair pocket, which has a first edge region and a second peripheral region opposite the first edge region
  • Edge region wherein the first edge region and the second edge region in a cross section, e.g. a circular cross-section through the pair of magnetic bags and / or the electric machine, each having a circular curved edge and an elliptically curved edge, wherein the circularly curved edges of the magnetic pair are each formed at a point of the rotor on which the peripheral ridge a measured smallest in the radial direction Has thickness, and wherein the elliptically curved edges of the pair of magnetic bags are each formed at a position at which the radial webs each with the
  • the pole of the electric machine can be a magnetic pole and / or a
  • the angle of a segment corresponds to 360 ° mechanically divided by the number of magnetic poles of the electric machine.
  • the rotor of the electric machine can be at least one disc pack in
  • Longitudinal direction of the rotor stacked laminations have, in which the magnetic pockets and / or the magnetic pair pockets, e.g. as punched out, can be introduced.
  • the individual magnetic pockets and / or magnetic pair pockets may extend substantially over an entire length of the rotor and per magnetic pocket, a plurality of
  • Magnetic elements e.g. in the form of permanent magnets, in
  • the peripheral ridge may partially or fully circulate the magnet pair pockets of each pole of the electrical along the outer circumference.
  • the circumferential ridge may denote an outer region of the rotor and / or of the lamella packet, which surrounds the magnet pair pockets along the outer circumference in FIG
  • the radial webs may be on each edge of a pole of one
  • Rotor inner diameter extend to the peripheral ridge.
  • the radial webs may be in the circumferential direction opposite edge regions of each pole of the electric machine, which by the disk set - - can be trained.
  • the radial webs can as it were the rotor in the
  • the circular curved edges of the magnetic pair bag can in a
  • the elliptically curved edges of the magnet pair bag in a cross section through the magnet pair bag may indicate elliptically curved portions and / or corners of the outer edge of the respective magnet pair bag.
  • the circularly curved edges can each be arranged closer to the stator in the radial direction than the elliptically curved regions.
  • Curved edges can in each case at those points of
  • Magnet pair bag be formed, which the stator and / or the
  • Rotor outside diameters are closest, i. have a minimum distance to the stator and / or the rotor outer diameter.
  • the elliptically curved edges may be located at those locations of the magnetic pair pocket which are furthest apart circumferentially
  • a circumferentially dimensioned distance of the circularly curved edges of each pair of magnetic particles can be smaller than a circumferentially dimensioned distance of the elliptically curved edges.
  • Machine is to obtain a speed resistance and / or mechanical stability of the electrical machine usually necessary, a web or a central web and / or a bridge between the magnetic elements (or between the
  • Magnetic pockets) of a pole and / or form in the disk set of the rotor since due to the V-shaped arrangement, an additional sheet metal mass between the magnetic pockets and a rotor outer diameter can be formed.
  • the magnetic elements of a pole are usually spaced from each other by the central web in the circumferential direction.
  • a thickness of the central web of approximately 0.6 mm to 0.7 mm can generally not be undershot.
  • a part of the field lines of the magnetic elements can directly connect from the north pole to the south pole of the magnetic elements (magnetic short circuit) via the center bar, without, for example, a radial direction between rotor and stator arranged gap or air gap to contribute torque generation.
  • a stray flux can arise, which can not be used for torque generation.
  • this effect can be avoided by eliminating the central web between the magnetic pockets of a pole and by interconnecting the magnetic pockets in the circumferential direction so that the common magnet pair pocket is formed and the stray flux can be kept low or avoided.
  • a magnetic mass can advantageously be reduced and material costs can be saved.
  • the elimination of the central web between the magnetic pockets of a pole can also reduce a rotational speed resistance and / or mechanical stability of the electrical machine. According to the invention this is compensated by the design of the edge regions of the magnetic pair pocket, each with a circular and an elliptically curved edge, i. the embodiment of the invention
  • Edge regions can advantageously increase a speed resistance and / or mechanical stability of the rotor. Accordingly, by the inventive design of the electric machine a
  • Torque density and / or power density to be increased while ensuring the mechanical speed resistance.
  • an electrical machine with increased reluctance and / or synchronous torque can be provided with simultaneously high mechanical stability.
  • Eddy current losses and / or iron losses depending on a variety of the geometry of the electrical machine related variables (geometric variables) and / or parameters.
  • parameters of the electrical machine can compete with each other, ie an optimization of a parameter may result in a deterioration of another parameter.
  • the geometric parameters and / or parameters of the electrical machine can be optimized and / or selected with regard to a compromise between competing parameters, which can be accomplished, for example, in the context of multi-target optimization.
  • the geometric variables of the electric machine proposed in this invention and described below may represent such an optimization of the electrical machine with respect to the torque and / or a power of the electric machine, wherein the geometric variables, in particular with regard to an iron length, losses, a quality and / or a price of the magnetic elements, a copper mass and / or a torque ripple can represent an optimal compromise.
  • the geometric variables can also be optimized in such a way that, for example, one parameter is optimized while at the same time maximizing other degrees of freedom.
  • the electric machine according to the invention can be optimized such that it has a high torque density and / or
  • Power density with high mechanical stability, low losses, inexpensive magnets and / or a low torque ripple may have.
  • a ratio of a radius of the circularly curved edge to a rotor outer radius of the rotor is between 0.011 and 0.013.
  • a ratio of a major half axis and / or a major radius of the elliptically curved edge to the rotor outer radius is between 0.016 and 0.018.
  • the smallest radially measured thickness of the circumferential ridge between the magnet pair pocket and a rotor outer diameter of the rotor is between 0.6 mm and 3.0 mm.
  • the peripheral web can rotate around the magnet pair bag on an outer circumference of the rotor, rotate for example annularly.
  • an inner pole gap width of the electric machine and an outer pole gap width are each between 0.8 mm and 5.0 mm, and / or a ratio of the inner pole gap width of The electric machine to the outer pole gap width is between 0.3 and 1.8, preferably between 0.3 and 1.79.
  • the inner pole gap width may denote a distance of a radially inner outer edge of at least one of the edge regions of the magnetic pair pocket to the edge of the pole, and the outer pole gap width may be at a distance from a radially outer
  • the inner and / or the outer pole gap width can each designate a width and / or thickness of at least one of the radial webs.
  • the radially outer outer edge of the magnet pair pocket lies in the radial direction closer to the stator than the radially inner outer edge.
  • Ratio of the inner to the outer pole gap width can be advantageous to a stability of the electric machine and a torque effect.
  • the inventive dimension of the inner and / or outer pole gap width and their ratio can further beneficial effect on a rotational speed resistance of the rotor.
  • the stator outer diameter is between 110 mm and 500 mm, and / or a ratio of one
  • Statorinnenen pressmessers to a Statorau dry mess is between 0.6 and 0.9, preferably between 0.64 and 0.88.
  • the stator and the rotor are spaced apart in the radial direction of the electric machine via an air gap, wherein a ratio of an air gap in the air gap thickness of the air gap to a stator inner diameter of the stator is between 0.003 and 0.04. This can be done in an advantageous manner
  • a hole number of the electric machine is greater than or equal to 0.5.
  • the electric machine may have a number of holes equal to two, wherein the number of holes may be a number of slots per pole number and strand of the electric machine.
  • harmonics of the magnetic field can advantageously be reduced or the magnetic field can have a low upper field component, which in turn can advantageously have an effect on a torque of the electrical machine.
  • This also eddy current losses can be kept low, which can lead to a reduced heating of the magnetic elements during operation of the electrical machine, so that
  • inexpensive magnetic elements can be used.
  • Magnetic pair bag between 0.03 mm / ° el. (Millimeters per degree electrical) and 0.041 mm / ° el., Preferably between 0.0307 mm / ° el. and 0.0409 mm / ° el ..
  • Magnetic pockets may form essentially parallelepipedic recesses in the rotor, which in a cross section through the rotor each extend substantially parallel to one another and parallel to the axis of rotation of the rotor
  • the pocket height of the magnet can in this case designate a distance of the two main surfaces of at least one of the magnetic pockets of the magnet pair pocket.
  • the pole cover of the magnet pair bag may indicate a common pole cover of the first and second magnet pocket of a pole.
  • Magnetic pair bag may be an angle between a first outer edge of the first magnetic pocket and a second outer edge of the second magnetic pocket
  • the pole cover may designate an angle between a first leg resting against the first outer edge of the first magnetic pocket and a second leg resting against the second outer edge of the second magnetic pocket.
  • the pole cover is typically specified in degrees electrically (° el.), Which can be converted over the number of pole pairs of the electrical machine into mechanical degrees.
  • the inventive geometry of the electric machine with the inventive ratio of the magnetic pocket height to the poling of the Magnetic pair bag can advantageously be optimized and / or maximized torque of the electric machine.
  • this can be a reluctance torque of the electric machine optimized and / or maximized, ie, a torque which consists of a geometry of the electric machine or a lamination of the rotor neglecting a on the
  • Maximizing the reluctance torque may also be magnetic material for the
  • Magnetic elements can be saved, so that costs for the electrical machine can be saved.
  • a Polübereckung the first magnetic element and the second magnetic element between 104 ° el. and 126 ° el., preferably between 104.1 ° el. and 125.5 ° el.
  • the Polbedeckung of the first and second magnetic element may denote a common Polübereckung the first and second magnetic element.
  • the pole cover may be at an angle between a first leg which may abut one of the stator at the nearest edge of the first magnetic element, and a second leg, which at one of the stator at the nearest edge of the second
  • Magnetic element may be present, be measured. Due to the inventively measured Polübereckung of the first and second magnetic element, a torque of the electric machine can be optimized and / or maximized in an advantageous manner.
  • a Polübereckung the magnetic pair bag is between 145 ° el. and 175 ° el., preferably between 145.7 ° el. and 174.5 ° el ..
  • the first magnetic element and the second magnetic element are arranged in a V-shape with each other, wherein a V angle of the first magnetic element and the second magnetic element is mechanically between 5 ° mechanical and 28.3 ° mechanical, and / or wherein a Pool pair number of the electric machine is eight.
  • the V angle can be between 5 ° mechanical (mechanical grade or 0 mechanical grade) and 15 ° mechanical.
  • the magnetic elements can be arranged in such a V-shape relative to one another that the V-shape is opened in the direction of the stator.
  • the V angle can be dimensioned between a horizontal tangent on a stator of the nearest edge of a magnetic element and directed in the direction of the stator main surface of the respective magnetic element.
  • the first - - And second magnetic element can be arranged in such a V-shape to each other that an angle between a longitudinal direction of extension of the first and a longitudinal direction of extension of the second magnetic element a difference of 180 ° mech. and twice the amount of the V angle.
  • a distance between one of the first and second magnetic elements to a pole center of the pole is between 0 mm and 7 mm.
  • the distance may mean a smallest distance of one of the magnetic elements to the Polmitte, i.
  • the distance may, for example, designate a distance from one of the pole centers on the nearest edge (so-called inner magnetic edge) of at least one of the first and second magnetic elements to the pole center.
  • Polmitte may also designate an axis of symmetry of the pole and / or the rotor segment.
  • the stator has radially outwardly a yoke, which circumferentially rotates the grooves and the teeth of the stator, wherein a ratio of a radially measured thickness of the yoke to a radially metered tooth height of the teeth of the stator between 0 , 5 and 1.5, for example between 0.51 and 1.02.
  • a magnetic conductivity of the stator can be optimized in an advantageous manner.
  • a ratio of an average tooth width of the teeth to a radially metered tooth height of the teeth of the stator is between 0.1 and 0.35, preferably between 0.15 and 0.31.
  • the mean tooth width may be half the sum (arithmetic mean) of a radially outer width of a tooth and a radially inner width of the tooth, wherein the respective widths may be dimensioned orthogonal to the radial direction.
  • the outer groove width may be a width of the groove at a radially outer edge of the groove and the inner groove width may be a width of the groove at a radial
  • the radially inner edge can lie opposite the radially outer in the radial direction.
  • Slot widths can each be dimensioned orthogonal to the radial direction.
  • stator magnetic field generated by stator windings arranged in the slots can be further optimized in an advantageous manner. Furthermore, by - - As parallel flanked grooves a larger copper fill factor and thus a lower loss electric machine can be provided.
  • Fig. 1 shows a cross section of a part of an electric machine according to an embodiment of the invention.
  • FIGS. 2A and 2B each show a detailed view of a cross section through a rotor of an electric machine according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a cross section of a part of an electric machine 10 according to an embodiment of the invention, wherein a segment 12 with a
  • the electric machine 10 has a plurality of circumferentially juxtaposed such segments 12.
  • the electric machine 10 may be a permanent-magnet synchronous machine, for example.
  • the electric machine 10 has a stator 16.
  • the stator 16 has juxtaposed grooves 20 along a circumference of the stator 16, which are spaced from each other by a tooth 18 of the stator 16 and / or separated.
  • a stator winding 22 is arranged in each case.
  • Radially outboard, the stator 16 further includes a yoke 24 which rotates the teeth 18 and grooves 20 in the circumferential direction.
  • the yoke 24 may thus designate an outer area of the stator 16.
  • the electric machine 10 has a rotatably mounted about a rotation axis 26 relative to the stator 16 and concentric with the stator 16 arranged rotor 28.
  • the rotor 28 may have at least one disk pack 30, which - - may consist of a plurality of stacked in the longitudinal direction of the rotor 28 laminations 32.
  • Pro pole 14 of the electric machine 10, the rotor 28 each have a first magnetic pocket 34 having disposed therein at least a first magnetic element 36 and a second
  • Magnetic pocket 38 with a least a second arranged therein
  • the magnetic pockets 34, 38 may e.g. be introduced as punched in the disk pack 30 and in the laminations 32.
  • Magnet pockets 34, 38 may extend substantially over an entire length of the rotor 28 and per magnetic pocket 34, 38, a plurality of magnetic elements 36, 40, such as permanent magnets, in
  • the magnetic pockets 34, 38 may each be substantially cuboidal
  • Major surfaces 42, 44, i. a height of the magnetic elements 36, 40 may be smaller than the magnetic pocket height 46.
  • the first and second magnet pockets 34, 38 of each pole 14 are in
  • Circumferential direction of the rotor 28 connected together and form a
  • the pocket height 46 of the first and second magnetic pockets 34, 38 also indicates the pocket height 46 of the magnetic pair pocket 33.
  • a structural design of the pocket pair 33 is shown in detail in FIGS. 2A and 2B.
  • the magnet pair bag 33 has a pole cover 48, which is given at an angle between a first outer edge 35 of the first magnet pocket 34 and a second outer edge 39 of the second magnet pocket 38.
  • the first outer edge 35 is at a first edge region 27 of the magnetic pair pocket 33 and the second outer edge 39 is at a second edge region 29 of
  • Magnetic pair bag 33 wherein the first and second edge region 27, 29 and the first and second outer edge 35, 39 in the circumferential direction
  • the common pole cover 48 - - An angle between a first on the first outer edge 35 adjacent leg 49 (or a first tangent 49) and a second on the second outer edge 39 adjacent leg 51 (or a second tangent 51) denote.
  • the pole cover 48 is typically specified in degrees electrically (° el.), Which can be converted over a number of pole pairs of the electric machine 10 in mechanical degrees.
  • Magnetic pair bag 33 is between 145 ° el. and 175 ° el., preferably between 145.7 ° el. and 174.5 ° el.
  • a ratio of the magnet pocket height 46 to the pole cover 48 of the magnet pair pocket 33 is between 0.03 mm / ° el. and 0.041 mm / ° el.
  • the ratio of the magnet pocket height 46 to the common pole cover 48 is between 0.0307 mm / ° el. and 0.0409 mm / ° el.
  • the electric machine 10 has a common pole cover 52 of the first magnetic member 36 and the second magnetic member 40 between 104 ° el. and 126 ° el., preferably between 104 ° el. and 125.5 ° el., on.
  • Pole cover 52 may be an angle between a first leg 53 (or a first tangent 53) which may abut a stator 16 at the nearest edge 54 of the first magnetic element 36, and a second leg 55
  • the nearest edge 56 of the second magnetic element 40 may be dimensioned.
  • the first magnetic element 36 and the second magnetic element 40 are V-shaped to each other, wherein a V-angle 58 of the first magnetic element 36 and the second magnetic element 40 each between 5 ° mech. (Degree meanhan) and 28.3 ° mech., Preferably between 5 ° mech. and 15 ° mech., Is.
  • the V-angle 58 can between a horizontal tangent 59 at the stator 16 on the nearest edge 54, 56 of the magnetic elements 36, 40 and a in
  • a ratio of a stator inner diameter of the stator 16 to a stator outer diameter of the stator 16 is between 0.6 and 0.9, preferably between 0.64 and 0.88.
  • the stator outer diameter of the stator 16 is between 110 mm and 500 mm. - -
  • the electric machine 10 further has a number of holes greater than or equal to 0.5.
  • the electric machine 10 may have a number of holes equal to two.
  • a pole pair number of the electric machine 10 may be eight in particular.
  • the stator 16 and the rotor 28 of the electric machine 10 are spaced from each other in the radial direction by an air gap 62, wherein a ratio of a dimensioned in the radial direction air gap thickness 64 of the air gap 62 to the stator inner diameter of the stator 16 between 0.003 and 0.04.
  • the electrical Machine 10 each have a pole gap 68.
  • the pole gap 68 is a distance one of
  • Each of the pole gaps 68 has an inner pole gap width 70 and an outer pole gap width 72.
  • the inner pole gap width 70 can be a distance of a radially inner
  • outside edge 71 of one of the magnet pockets 34, 38 to each directly adjacent arranged edge 65, 67 of the pole 14 denote, and the outer pole gap width 72 may be a distance of a radially outer outer edge 73 of the magnetic pockets 34, 38 to each directly adjacent edge 65, 67 of Pols 14 designate.
  • the radially outer outer edge 73 lies in the radial direction closer to the stator 16 than the radially inner outer edge 71.
  • Ratio of the inner pole gap width 70 to the outer pole gap width 72 is between 0.3 and 1.8, preferably between 0.3 and 1.79. Further, the inner pole gap width 70 and the outer pole gap width are each between 0.8 mm and 5.0 mm.
  • Magnetic pair bag 33 on an outer circumference of the rotor 28 rotates.
  • a smallest radially dimensioned thickness 92 of the circumferential ridge 74 between the magnet pair pocket 33 and the rotor outer diameter of the rotor 28 is between 0.6 mm and 3.0 mm.
  • the thickness 92 may be about a minimum distance of the edge regions 27, 29 of the magnetic pair bag to the rotor outer diameter.
  • a radially extending radial web 100, 102 of the rotor 28 is formed.
  • the radial webs 100, 102 may differ from the
  • Rotor inner diameter extend to the circumferential ridge 74 in the radial direction and pull through the rotor 28 like a spoke.
  • the inner pole gap width 71 and the outer pole gap width 72 may denote a thickness and / or width of the respective radial web 100, 102.
  • a ratio of the rotor outer diameter to a maximum mechanical speed of the electric machine is further from 0.01 to 0.04 mm / min A -l, and a ratio of the rotor inner diameter to
  • Stator outer diameter is between 0.4 and 0.8.
  • a ratio of a radially-dimensioned thickness 25 of the yoke 24 to a radially-dimensioned tooth height 19 of the teeth 18 of the stator 16 is between 0.5 and 1.5, for example between 0.51 and 1.02.
  • the tooth height 19 may designate a length of the teeth 18 dimensioned in the radial direction.
  • a ratio of an average tooth width of the teeth 18 to the radially-dimensioned tooth height 19 of the teeth 18 of the stator 16 is between 0.1 and 0.35, preferably between 0.15 and 0.31.
  • the tooth width may generally be a distance between two directly adjacent grooves 20.
  • Teeth width may be as half the sum, i. as an arithmetic mean, a radially outer (maximum) width 76 of a tooth 18 and a radially inner (minimum) width 78 of the tooth 18, wherein the respective widths 76, 78 may be orthogonal to the radial direction.
  • a ratio of an outer groove width 80 to an inner groove width 82 of the grooves 20 of the stator 16 is between 0.9 and 1.1.
  • the outer groove width 80 may be a width of a groove 20 at a radially outer edge 81 of the groove 20 and the inner groove width 82 may indicate a width of the groove 20 at a radially inner edge 83 of the groove 20.
  • the radially inner edge 83 can thereby lie opposite the radially outer edge 81 in the radial direction.
  • Slot widths 80, 82 may each be dimensioned orthogonal to the radial direction. Further, a distance 88 of one of the first and second magnetic members 36, 40 to the pole center 90 is between 0 mm and 7 mm. The distance 88 may be a smallest distance of one of the magnetic elements 36, 40 to Polmitte 90 and approximately from one of the Polmitte 90 nearest edge 91, the so-called. Inner magnetic edge 91, the respective magnetic element 36, 40 are measured to Polmitte 90, wherein the Polmitte 90 may denote about an axis of symmetry of the pole 14 and the rotor segment.
  • FIG. 2A and 2B each show a detailed view of a cross section through a rotor 28 of an electric machine 10 according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 2A is a detail view of a cross section through the
  • FIG. 2B shows a detailed view of the
  • rotor 28 shown in Figs. 2A and 2B may have the same elements and features as that described in Fig. 1.
  • the first edge region 27 and the second edge region 29 of the magnetic pair pocket 33 each have a circularly curved edge 84 and an elliptically curved edge 86 in a cross section through the magnetic pair pocket 33.
  • the circularly curved edge 84 of the first and second edge regions 27, 29 of the magnetic pair pocket 33 is in each case arranged closer to the stator 16 than the respective elliptically curved edge 86 of the first and second edge regions 27, 29.
  • the circularly curved edges 84 of the first and second Edge region 27, 29 or the circularly curved edges 84 of the magnetic pair pocket 33 are each formed at one point of the rotor 28 and / or in each case at a location of the magnetic pair pocket 33, on which the circumferential ridge 74 has the smallest thickness 92 dimensioned in the radial direction.
  • the circularly curved edges 84 are each arranged at the location of the magnetic pair pocket 33 which has a smallest radial distance to the rotor outer diameter and / or to the stator 16.
  • the circularly curved edges 84 are thus in each case at an outer region 85 closest to the stator 16 and an outer edge 85, respectively
  • Magnetic pair bag 33 is formed.
  • the elliptically curved edges 86 of the first and second edge regions 27, 29 and the elliptically curved edges 86 of the magnetic pair pocket 33 are respectively formed at a location of the rotor 28 and / or at a location of the magnetic pair pocket 33 at which the radial lands 100, 102 each meet with the peripheral ridge 74.
  • the elliptically curved edges 86 are respectively at the outer edges 73 and the outer regions 73 of the - -
  • Magnetic pair bag 33 is formed.
  • the elliptically curved edges 86 may in this case denote those edges 86 of the magnetic pair pocket 33 which are closest to the edges 65, 67 of each pole 14 in the circumferential direction or which are spaced furthest apart in the circumferential direction. Furthermore, the circular curved edges 84 and the elliptical
  • curved edges 86 denote those edges 84, 86 of the magnetic pair pocket 33, which are closest to the stator 16 in the radial direction.
  • a ratio of a radius of the circularly curved edge 84 to a rotor outer radius of the rotor is between 0.011 and 0.013, and a ratio of a major half axis and a major radius of the elliptically curved edge 86 to the rotor outer radius is between 0.016 and 0.018.

Abstract

The invention relates to an electric machine (10) having a stator (16) and a rotor (28). The rotor (28) has, per pole (14), a respective first magnetic pocket (34) with a first magnetic element (36) arranged therein and a second magnetic pocket (38) with a second magnetic element (40) arranged therein. The electric machine (10) is characterized in that the first and second magnetic pockets (34, 38) are connected to one another in the circumferential direction and form a common magnetic pair pocket (33), which has a first and second border region (27, 29), which each have a circularly bent edge (84) and an elliptically bent edge (86) in a cross-sectional view. The circularly bent edges (84) are configured where a circumferential web (74) has a minimum thickness (92), and the elliptically bent edges (86) are configured where a radial web (100, 102) and the circumferential web (74) converge. In this way, a torque-optimized electric machine (10) having a high-speed performance can be provided.

Description

Beschreibung  description
Permanent erregte elektrische Maschine mit optimierter Geometrie Gebiet der Erfindung Permanently energized electric machine with optimized geometry field of the invention
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, etwa einen Motor oder einen Generator. Insbesondere betrifft die Erfindung eine permanent erregte The invention relates to an electrical machine, such as a motor or a generator. In particular, the invention relates to a permanently excited
Synchronmaschine. Synchronous machine.
Stand der Technik State of the art
Elektrische Maschinen werden in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen eingesetzt und zunehmend in der Automobilindustrie als Antrieb für Kraftfahrzeuge genutzt, etwa für Hybridkraftfahrzeuge oder für rein elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge. Electrical machines are used in a variety of industrial applications and are increasingly used in the automotive industry as a drive for motor vehicles, such as for hybrid vehicles or for purely electrically powered vehicles.
In Kraftfahrzeugen eingesetzte elektrische Maschinen sind häufig als permanent erregte Synchronmaschinen ausgestaltet und weisen einen Stator sowie einen relativ zum Stator drehbar gelagerten Rotor auf. Electrical machines used in motor vehicles are often configured as permanently excited synchronous machines and have a stator and a rotor rotatably mounted relative to the stator.
Die Rotoren weisen in der Regel ein oder mehrere Lamellenpakete, auch The rotors usually have one or more plate packs, too
Rotorpakete genannt, aus in Längserstreckungsrichtung des Rotors übereinander gestapelten Blechlamellen auf. In in Umfangsrichtung des Rotors beabstandeten Ausnehmungen des Rotors, sogenannten Magnettaschen, sind Permanentmagnete angeordnet, deren Magnetfelder durch Wechselwirkung mit einem von dem Stator generierten Magnetfeld zum Antrieb des Rotors genutzt werden können. Häufig weisen permanent erregte elektrische Maschinen pro Pol der elektrischen Maschine zwei V-förmig zueinander und jeweils in einer Magnettasche angeordnete Rotor packages called, in the longitudinal direction of the rotor stacked laminations on. In the circumferential direction of the rotor spaced recesses of the rotor, so-called magnetic pockets, permanent magnets are arranged, the magnetic fields can be used by interaction with a magnetic field generated by the stator for driving the rotor. Frequently permanently excited electric machines have each pole of the electric machine two V-shaped to each other and each arranged in a magnetic pocket
Permanentmagnete auf. Permanent magnets on.
Insbesondere bei sogenannten SMG-Typen von elektrischen Maschinen (separater Motor-Generator, SMG) wird ferner häufig eine Ganzlochwicklung mit einer Lochzahl q=2 eingesetzt, wodurch in einem Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator ein Magnetfeld mit geringem Oberwellenanteil bzw. geringem Oberfeldanteil entstehen kann. Dies kann ferner zur Folge haben, dass in den In particular, in so-called SMG types of electrical machines (separate motor generator, SMG) is also often a Ganzlochwicklung with a number of holes q = 2 used, creating a magnetic field with low harmonic content or low upper field content in an air gap between the rotor and the stator can. This may also result in that in the
Permanentmagneten geringe Wirbelstromverluste bzw. Eisenverluste auftreten, so dass eine Temperatur der Permanentmagnete gering gehalten und eine kostengünstige Klasse von Permanentmagneten eingesetzt werden kann. Mit steigender Lochzahl q können Eisenverluste und damit Gesamtverluste der elektrischen Maschine bei hohen Drehzahlen zunehmen. Die DE 10 2012 219 055 AI beschreibt eine drehende elektrische Maschine mit proPermanent magnets small eddy current losses or iron losses occur, so that kept a temperature of the permanent magnets low and a inexpensive class of permanent magnets can be used. With increasing number of holes q iron losses and thus total losses of the electric machine can increase at high speeds. DE 10 2012 219 055 AI describes a rotating electrical machine with pro
Pol der elektrischen Maschine jeweils zwei V-förmig in einem Rotor angeordneten Permanentmagneten. Die Permanentmagnete sind dabei in einem Magnetpol- Öffnungswinkel zueinander angeordnet, welcher einen Scheitelpunkt auf einer Rotorachse besitzt. Pol the electric machine in each case two V-shaped arranged in a rotor permanent magnet. The permanent magnets are arranged in a Magnetpol- opening angle to each other, which has a vertex on a rotor axis.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine bezüglich eines maximal erzeugbaren Drehmoments sowie bezüglich Verlusten, insbesondere Wirbelstromverlusten und/oder Eisenverlusten, optimierte elektrische Maschine mit hoher Drehzahlfestigkeit und/oder hoher mechanischer Stabilität bereitzustellen. DISCLOSURE OF THE INVENTION Advantages of the Invention Embodiments of the present invention may advantageously enable to provide a high-speed and / or high mechanical stability optimized electric machine with respect to maximum torque and losses, in particular eddy current losses and / or iron losses.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine permanent erregte elektrische Maschine vorgeschlagen, welche einen Stator aufweist, der entlang eines Umfangs des Stators nebeneinander angeordnete und jeweils durch einen Zahn des Stators voneinander beabstandete Nuten aufweist, in welchen Nuten jeweils eine According to one aspect of the invention, a permanently energized electric machine is proposed, which has a stator which has juxtaposed along a circumference of the stator and in each case by a tooth of the stator spaced grooves, in which grooves one each
Statorwicklung angeordnet ist. Weiter weist die elektrische Maschine einen um eineStator winding is arranged. Next, the electric machine has a one
Drehachse relativ zum Stator drehbar gelagerten und konzentrisch zum Stator angeordneten Rotor auf, wobei der Rotor pro Pol der elektrischen Maschine jeweils eine erste Magnettasche mit einem darin angeordneten wenigstens einen ersten Magnetelement und eine zweite Magnettasche mit einem darin angeordneten wenigstens einen zweiten Magnetelement aufweist. Dabei ist zwischen einem ersten Rand jeden Pols und der ersten Magnettasche sowie zwischen einem dem ersten Rand in Umfangsrichtung des Rotors gegenüberliegenden zweiten Rand jeden Pols und der zweiten Magnettasche jeweils ein sich in radialer Richtung erstreckender Radialsteg des Rotors ausgebildet. Weiter weist die elektrische Maschine einen sich in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine erstreckenden und die erste Magnettasche sowie die zweite Magnettasche an einem Rotary axis relative to the stator rotatably mounted and concentric with the stator arranged rotor, wherein the rotor per pole of the electric machine each having a first magnetic pocket having disposed therein at least a first magnetic element and a second magnetic pocket having disposed therein at least one second magnetic element. In this case, a radially extending radial web of the rotor is formed between a first edge of each pole and the first magnet pocket and between a second edge of each pole opposite the first edge in the circumferential direction of the rotor and the second magnet pocket. Next, the electric machine has a circumferentially extending the electric machine and the first magnetic pocket and the second magnetic pocket on a
Außenumfang umlaufenden Umfangssteg auf. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die erste Magnettasche und die zweite Magnettasche eines jeden Pols der elektrischen Maschine in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine miteinander verbunden sind und eine gemeinsame Magnetpaartasche bilden, welche einen ersten Randbereich und einen dem ersten Randbereich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden zweiten Outer circumference circumferential circumferential ridge on. The electric machine according to the invention is characterized in particular by the fact that the first magnetic pocket and the second magnet pocket of each pole of the electrical machine are connected to each other in the circumferential direction of the electric machine and form a common magnet pair pocket, which has a first edge region and a second peripheral region opposite the first edge region
Randbereich aufweist, wobei der erste Randbereich und der zweite Randbereich in einem Querschnitt, z.B. einem Querschnitt durch die Magnetpaartasche und/oder die elektrische Maschine, jeweils eine kreisförmig gekrümmte Kante und eine elliptisch gekrümmte Kante aufweisen, wobei die kreisförmig gekrümmten Kanten der Magnetpaartasche jeweils an einer Stelle des Rotors ausgebildet sind, an welcher der Umfangssteg eine in radialer Richtung bemessene geringste Dicke aufweist, und wobei die elliptisch gekrümmten Kanten der Magnetpaartasche jeweils an einer Stelle ausgebildet sind, an welcher die Radialstege jeweils mit dem Edge region, wherein the first edge region and the second edge region in a cross section, e.g. a circular cross-section through the pair of magnetic bags and / or the electric machine, each having a circular curved edge and an elliptically curved edge, wherein the circularly curved edges of the magnetic pair are each formed at a point of the rotor on which the peripheral ridge a measured smallest in the radial direction Has thickness, and wherein the elliptically curved edges of the pair of magnetic bags are each formed at a position at which the radial webs each with the
Umfangssteg aufeinandertreffen. Der Pol der elektrischen Maschine kann dabei einen magnetischen Pol und/oder einCollide with each other. The pole of the electric machine can be a magnetic pole and / or a
Segment der elektrischen Maschine bezeichnen. Der Winkel eines Segmentes entspricht dabei 360°mechanisch geteilt durch die Anzahl der magnetischen Pole der elektrischen Maschine. Der Rotor der elektrischen Maschine kann wenigstens ein Lamellenpaket aus inDesignate segment of the electrical machine. The angle of a segment corresponds to 360 ° mechanically divided by the number of magnetic poles of the electric machine. The rotor of the electric machine can be at least one disc pack in
Längserstreckungsrichtung des Rotors übereinander gestapelten Blechlamellen aufweisen, in welchen die Magnettaschen und/oder die Magnetpaartaschen, z.B. als Ausstanzungen, eingebracht sein können. Die einzelnen Magnettaschen und/oder Magnetpaartaschen können sich dabei im Wesentlichen über eine gesamte Länge des Rotors erstrecken und pro Magnettasche kann eine Mehrzahl von Longitudinal direction of the rotor stacked laminations have, in which the magnetic pockets and / or the magnetic pair pockets, e.g. as punched out, can be introduced. The individual magnetic pockets and / or magnetic pair pockets may extend substantially over an entire length of the rotor and per magnetic pocket, a plurality of
Magnetelementen, z.B. in Form von Permanentmagneten, in  Magnetic elements, e.g. in the form of permanent magnets, in
Längserstreckungsrichtung des Rotors nebeneinander angeordnet und/oder übereinander gestapelt sein. Der Umfangssteg kann die Magnetpaartaschen eines jeden Pols der elektrischen entlang des Außenumfangs teilweise oder vollständig umlaufen. Der Umfangssteg kann dabei einen Außenbereich des Rotors und/oder des Lamellenpakets bezeichnen, welcher die Magnetpaartaschen entlang des Außenumfangs im Longitudinal direction of the rotor arranged side by side and / or stacked on top of each other. The peripheral ridge may partially or fully circulate the magnet pair pockets of each pole of the electrical along the outer circumference. The circumferential ridge may denote an outer region of the rotor and / or of the lamella packet, which surrounds the magnet pair pockets along the outer circumference in FIG
Wesentlichen ringförmig umschließen und/oder ringförmig umlaufen kann. Die Radialstege können sich an jedem Rand eines Pols von einem Surround substantially annular and / or can rotate in a ring. The radial webs may be on each edge of a pole of one
Rotorinnendurchmesser bis zu dem Umfangssteg erstrecken. Die Radialstege können sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende Randbereiche eines jeden Pols der elektrischen Maschine bezeichnen, welche durch das Lamellenpaket - - ausgebildet sein können. Die Radialstege können gleichsam den Rotor im Rotor inner diameter extend to the peripheral ridge. The radial webs may be in the circumferential direction opposite edge regions of each pole of the electric machine, which by the disk set - - can be trained. The radial webs can as it were the rotor in the
Wesentlichen speichenartig zumindest teilweise durchziehen. Essentially spike-like, at least in part.
Die kreisförmig gekrümmten Kanten der Magnetpaartasche können in einem The circular curved edges of the magnetic pair bag can in a
Querschnitt durch die Magnetpaartasche kreisförmig gekrümmte Bereiche und/oderCross section through the magnet pair bag circularly curved areas and / or
Ecken einer Außenkante der jeweiligen Magnetpaartasche bezeichnen. Designate corners of an outer edge of the respective magnetic pair bag.
Gleichermaßen können die elliptisch gekrümmten Kanten der Magnetpaartasche in einem Querschnitt durch die Magnetpaartasche elliptisch gekrümmte Bereiche und/oder Ecken der Außenkante der jeweiligen Magnetpaartasche bezeichnen. Die kreisförmig gekrümmten Kanten können jeweils in radialer Richtung näher am Stator angeordnet sein als die elliptisch gekrümmten Bereiche. Die kreisförmig Likewise, the elliptically curved edges of the magnet pair bag in a cross section through the magnet pair bag may indicate elliptically curved portions and / or corners of the outer edge of the respective magnet pair bag. The circularly curved edges can each be arranged closer to the stator in the radial direction than the elliptically curved regions. The circular
gekrümmten Kanten können dabei jeweils an denjenigen Stellen der Curved edges can in each case at those points of
Magnetpaartasche ausgebildet sein, welche dem Stator und/oder dem Magnet pair bag be formed, which the stator and / or the
Rotoraußendurchmesser am nächsten liegen, d.h. einen geringsten Abstand zu dem Stator und/oder dem Rotoraußendurchmesser aufweisen. Die elliptisch gekrümmten Kanten können an denjenigen Stellen der Magnetpaartasche angeordnet sein, welche in Umfangsrichtung am weitesten voneinander Rotor outside diameters are closest, i. have a minimum distance to the stator and / or the rotor outer diameter. The elliptically curved edges may be located at those locations of the magnetic pair pocket which are furthest apart circumferentially
beabstandet sind. Ein in Umfangsrichtung bemessener Abstand der kreisförmig gekrümmten Kanten jeder Magnetpaartasche kann dabei kleiner sein als ein in Umfangsrichtung bemessener Abstand der elliptisch gekrümmten Kanten. are spaced. A circumferentially dimensioned distance of the circularly curved edges of each pair of magnetic particles can be smaller than a circumferentially dimensioned distance of the elliptically curved edges.
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden. Bei permanent erregten Synchronmaschinen mit jeweils zwei V- förmig zueinander angeordneten Magnetelementen pro Pol der elektrischen Ideas for embodiments of the present invention may be considered, inter alia, as being based on the thoughts and findings described below. In permanently excited synchronous machines with two V-shaped magnet elements arranged per pole of the electrical
Maschine ist es zum Erhalt einer Drehzahlfestigkeit und/oder einer mechanischen Stabilität der elektrischen Maschine in der Regel nötig, einen Steg bzw. Mittelsteg und/oder eine Brücke zwischen den Magnetelementen (bzw. zwischen den  Machine is to obtain a speed resistance and / or mechanical stability of the electrical machine usually necessary, a web or a central web and / or a bridge between the magnetic elements (or between the
Magnettaschen) eines Pols anzuordnen und/oder in dem Lamellenpaket des Rotors auszubilden, da aufgrund der V-förmigen Anordnung eine zusätzliche Blechmasse zwischen den Magnettaschen und einem Rotoraußendurchmesser ausgebildet sein kann. Mit anderen Worten sind die Magnetelemente eines Pols meist durch den Mittelsteg in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Zur Absicherung einer Stanzbarkeit der Magnettaschen kann dabei in der Regel eine Dicke des Mittelstegs von rund 0,6 mm bis 0,7 mm nicht unterschritten werden. Über den Mittelsteg kann sich jedoch ein Teil der Feldlinien der Magnetelemente direkt vom Nordpol zum Südpol der Magnetelemente verbinden (magnetischer Kurzschluss), ohne dabei beispielsweise über einen zwischen Rotor und Stator in radialer Richtung angeordneten Spalt bzw. Luftspalt zur Drehmomenterzeugung beitragen zu können. Mit anderen Worten kann aufgrund des Mittelsteges ein Streufluss entstehen, welcher nicht zur Drehmomenterzeugung genutzt werden kann. Erfindungsgemäß kann dieser Effekt dadurch vermieden werden, dass der Mittelsteg zwischen den Magnettaschen eines Pols entfällt und die Magnettaschen in Umfangsrichtung miteinander verbunden werden, so dass die gemeinsame Magnetpaartasche ausgebildet wird und der Streufluss gering gehalten bzw. vermieden werden kann. Durch Vermeidung des Streuflusses kann ferner eine Magnetmasse in vorteilhafter Weise reduziert sein und es können Materialkosten eingespart werden. Magnetic pockets) of a pole and / or form in the disk set of the rotor, since due to the V-shaped arrangement, an additional sheet metal mass between the magnetic pockets and a rotor outer diameter can be formed. In other words, the magnetic elements of a pole are usually spaced from each other by the central web in the circumferential direction. In order to ensure a punchability of the magnetic pockets, a thickness of the central web of approximately 0.6 mm to 0.7 mm can generally not be undershot. However, a part of the field lines of the magnetic elements can directly connect from the north pole to the south pole of the magnetic elements (magnetic short circuit) via the center bar, without, for example, a radial direction between rotor and stator arranged gap or air gap to contribute torque generation. In other words, due to the central web, a stray flux can arise, which can not be used for torque generation. According to the invention, this effect can be avoided by eliminating the central web between the magnetic pockets of a pole and by interconnecting the magnetic pockets in the circumferential direction so that the common magnet pair pocket is formed and the stray flux can be kept low or avoided. In addition, by avoiding the leakage flux, a magnetic mass can advantageously be reduced and material costs can be saved.
Der Entfall des Mittelsteges zwischen den Magnettaschen eines Pols kann jedoch auch eine Drehzahlfestigkeit und/oder mechanische Stabilität der elektrischen Maschine verringern. Erfindungsgemäß wird dies durch die Ausgestaltung der Randbereiche der Magnetpaartasche mit je einer kreisförmig und einer elliptisch gekrümmten Kante kompensiert, d.h. die erfindungsgemäße Ausgestaltung derHowever, the elimination of the central web between the magnetic pockets of a pole can also reduce a rotational speed resistance and / or mechanical stability of the electrical machine. According to the invention this is compensated by the design of the edge regions of the magnetic pair pocket, each with a circular and an elliptically curved edge, i. the embodiment of the invention
Randbereiche kann in vorteilhafter Weise eine Drehzahlfestigkeit und/oder mechanische Stabilität des Rotors erhöhen. Entsprechend kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der elektrischen Maschine eine Edge regions can advantageously increase a speed resistance and / or mechanical stability of the rotor. Accordingly, by the inventive design of the electric machine a
Drehmomentdichte und/oder Leistungsdichte gesteigert sein bei gleichzeitiger Gewährleistung der mechanischen Drehzahlfestigkeit. Mit anderen Worten kann eine elektrische Maschine mit erhöhtem Reluktanz- und/oder Synchronmoment bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität bereitgestellt sein. Torque density and / or power density to be increased while ensuring the mechanical speed resistance. In other words, an electrical machine with increased reluctance and / or synchronous torque can be provided with simultaneously high mechanical stability.
Des Weiteren können Kenngrößen von elektrischen Maschinen, wie beispielsweise das Drehmoment und Verluste der elektrischen Maschine, insbesondere Furthermore, characteristics of electrical machines, such as the torque and losses of the electric machine, in particular
Wirbelstromverluste und/oder Eisenverluste, von einer Vielzahl von die Geometrie der elektrischen Maschine betreffenden Größen (geometrische Größen) und/oder Parametern abhängen. Ferner können Kenngrößen der elektrischen Maschine untereinander in Konkurrenz stehen, d.h. eine Optimierung einer Kenngröße kann eine Verschlechterung einer anderen Kenngröße zur Folge haben. Entsprechend können die geometrischen Größen und/oder Parameter der elektrischen Maschine im Hinblick auf einen Kompromiss zwischen konkurrierenden Kenngrößen optimiert und/oder gewählt werden, was beispielsweise im Rahmen einer Multizieloptimierung bewerkstelligt werden kann. Die in dieser Erfindung vorgeschlagenen und im Folgenden beschriebenen geometrischen Größen der elektrischen Maschine können eine derartige Optimierung der elektrischen Maschine hinsichtlich des Drehmoments und/oder einer Leistung der elektrischen Maschine darstellen, wobei die geometrischen Größen insbesondere hinsichtlich einer Eisenlänge, Verlusten, einer Qualität und/oder einem Preis der Magnetelemente, einer Kupfermasse und/oder einer Drehmomentwelligkeit einen optimalen Kompromiss darstellen können. Auch können die geometrischen Größen derart optimiert sein, dass beispielsweise eine Kenngröße optimiert ist bei gleichzeitiger Maximierung anderer Freiheitsgrade. Insbesondere kann die erfindungsgemäße elektrische Maschine derart optimiert sein, dass sie eine hohe Drehmomentdichte und/oder Eddy current losses and / or iron losses, depending on a variety of the geometry of the electrical machine related variables (geometric variables) and / or parameters. Furthermore, parameters of the electrical machine can compete with each other, ie an optimization of a parameter may result in a deterioration of another parameter. Correspondingly, the geometric parameters and / or parameters of the electrical machine can be optimized and / or selected with regard to a compromise between competing parameters, which can be accomplished, for example, in the context of multi-target optimization. The geometric variables of the electric machine proposed in this invention and described below may represent such an optimization of the electrical machine with respect to the torque and / or a power of the electric machine, wherein the geometric variables, in particular with regard to an iron length, losses, a quality and / or a price of the magnetic elements, a copper mass and / or a torque ripple can represent an optimal compromise. The geometric variables can also be optimized in such a way that, for example, one parameter is optimized while at the same time maximizing other degrees of freedom. In particular, the electric machine according to the invention can be optimized such that it has a high torque density and / or
Leistungsdichte bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität, geringen Verlusten, kostengünstigen Magneten und/oder einer geringen Drehmomentwelligkeit aufweisen kann. Power density with high mechanical stability, low losses, inexpensive magnets and / or a low torque ripple may have.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Verhältnis eines Radius der kreisförmig gekrümmten Kante zu einem Rotoraußenradius des Rotors zwischen 0,011 und 0,013. According to one embodiment of the invention, a ratio of a radius of the circularly curved edge to a rotor outer radius of the rotor is between 0.011 and 0.013.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Verhältnis einer großen Halbachse und/oder eines Majorradius der elliptisch gekrümmten Kante zum Rotoraußenradius zwischen 0,016 und 0,018. According to one embodiment of the invention, a ratio of a major half axis and / or a major radius of the elliptically curved edge to the rotor outer radius is between 0.016 and 0.018.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die kleinste in radialer Richtung bemessene Dicke des Umfangssteges zwischen der Magnetpaartasche und einem Rotoraußendurchmesser des Rotors zwischen 0,6 mm und 3,0 mm. Der Umfangssteg kann dabei die Magnetpaartasche an einem Außenumfang des Rotors umlaufen, beispielsweise ringförmig umlaufen. According to one embodiment of the invention, the smallest radially measured thickness of the circumferential ridge between the magnet pair pocket and a rotor outer diameter of the rotor is between 0.6 mm and 3.0 mm. The peripheral web can rotate around the magnet pair bag on an outer circumference of the rotor, rotate for example annularly.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Verhältnis eines According to one embodiment of the invention, a ratio of one
Rotoraußendurchmessers des Rotors zu einer maximalen mechanischen Drehzahl der elektrischen Maschine zwischen 0,01 und 0,04 mm/minA-l (0,04 mm*min). Rotor outside diameter of the rotor to a maximum mechanical speed of the electric machine between 0.01 and 0.04 mm / min A -l (0.04 mm * min).
Aufgrund des Entfalls des Mittelstegs zwischen den beiden Magnettaschen eines Pols kann es hinsichtlich einer Drehzahlfestigkeit und/oder mechanischen Stabilität des Rotors vorteilhaft sein, den Steg aufzuweiten bzw. dessen in radialer Richtung bemessene Dicke zu vergrößern. Eine derartige Aufweitung kann mit Hilfe der obenstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verhältnisse und/oder Due to the elimination of the central web between the two magnetic pockets of a pole, it may be advantageous in terms of speed stability and / or mechanical stability of the rotor to widen the web or to increase its thickness measured in the radial direction. Such expansion can be carried out with the aid of the abovementioned ratios according to the invention and / or
geometrischer Größen in vorteilhafter Weise realisiert sein. geometrical sizes can be realized in an advantageous manner.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt eine innere Pollückenbreite der elektrischen Maschine und eine äußere Pollückenbreite jeweils zwischen 0,8 mm und 5,0 mm, und/oder ein Verhältnis der inneren Pollückenbreite der - - elektrischen Maschine zu der äußeren Pollückenbreite beträgt zwischen 0,3 und 1,8, vorzugsweise zwischen 0,3 und 1,79. Die innere Pollückenbreite kann dabei einen Abstand einer radial innenliegenden Außenkante wenigstens eines der Randbereiche der Magnetpaartasche zum Rand des Pols bezeichnen, und die äußere Pollückenbreite kann einen Abstand einer radial außenliegenden According to an embodiment of the invention, an inner pole gap width of the electric machine and an outer pole gap width are each between 0.8 mm and 5.0 mm, and / or a ratio of the inner pole gap width of The electric machine to the outer pole gap width is between 0.3 and 1.8, preferably between 0.3 and 1.79. The inner pole gap width may denote a distance of a radially inner outer edge of at least one of the edge regions of the magnetic pair pocket to the edge of the pole, and the outer pole gap width may be at a distance from a radially outer
Außenkante wenigstens eines der Randbereiche der Magnetpaartasche zum Rand des Pols bezeichnen. Die innere und/oder die äußere Pollückenbreite können je eine Breite und/oder Dicke wenigstens eines der Radialstege bezeichnen. Die radial außenliegende Außenkante der Magnetpaartasche liegt dabei in radialer Richtung näher am Stator als die radial innenliegende Außenkante. Das erfindungsgemäße Outside edge of at least one of the edge regions of the magnetic pair bag to the edge of the pole denote. The inner and / or the outer pole gap width can each designate a width and / or thickness of at least one of the radial webs. The radially outer outer edge of the magnet pair pocket lies in the radial direction closer to the stator than the radially inner outer edge. The invention
Verhältnis der inneren zur äußeren Pollückenbreite kann sich vorteilhaft auf eine Stabilität der elektrischen Maschine sowie ein Drehmoment auswirken. Die erfindungsgemäße Abmessung der inneren und/oder äußeren Pollückenbreite sowie deren Verhältnis können sich weiter vorteilhaft auf eine Drehzahlfestigkeit des Rotors auswirken. Ratio of the inner to the outer pole gap width can be advantageous to a stability of the electric machine and a torque effect. The inventive dimension of the inner and / or outer pole gap width and their ratio can further beneficial effect on a rotational speed resistance of the rotor.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Verhältnis eines According to one embodiment of the invention, a ratio of one
Rotorinnendurchmessers des Rotors zu einem Statoraußendurchmesser des Stators zwischen 0,4 und 0,8. Rotor inner diameter of the rotor to a Statoraußendurchmesser the stator between 0.4 and 0.8.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der Statoraußendurchmesser zwischen 110 mm und 500 mm, und/oder ein Verhältnis eines According to one embodiment of the invention, the stator outer diameter is between 110 mm and 500 mm, and / or a ratio of one
Statorinnendurchmessers zu einem Statoraußendurchmesser beträgt zwischen 0,6 und 0,9, vorzugsweise zwischen 0,64 und 0,88. Statorinnenendurchmessers to a Statoraußendurchmesser is between 0.6 and 0.9, preferably between 0.64 and 0.88.
Durch die erfindungsgemäße Wahl der Größen des Rotorinnendurchmessers', des Statoraußendurchmessers, des Statorinnendurchmessers sowie den obenstehend angegebenen Verhältnissen kann in vorteilhafter Weise ein Drehmoment der elektrischen Maschine weiter optimiert und/oder maximiert sein. The inventive choice of the sizes of the rotor inner diameter 'of the Statoraußendurchmessers, the Statorinnendurchmessers as well as the ratios indicated above advantageously a torque of the electric machine further optimized and / or may be maximized.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der Stator und der Rotor in radialer Richtung der elektrischen Maschine über einen Luftspalt voneinander beabstandet, wobei ein Verhältnis einer in der radialen Richtung bemessenen Luftspaltdicke des Luftspalts zu einem Statorinnendurchmesser des Stators zwischen 0,003 und 0,04 beträgt. Dadurch können in vorteilhafter Weise According to one embodiment of the invention, the stator and the rotor are spaced apart in the radial direction of the electric machine via an air gap, wherein a ratio of an air gap in the air gap thickness of the air gap to a stator inner diameter of the stator is between 0.003 and 0.04. This can be done in an advantageous manner
Oberfeldanteile gedämpft werden und Wirbelstromverluste und/oder Eisenverluste können gering gehalten werden. Auch kann dadurch ein Wirkungsgrad der elektrischen Maschine gesteigert und/oder optimiert sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Lochzahl der elektrischen Maschine größer oder gleich 0,5. Insbesondere kann die elektrische Maschine eine Lochzahl gleich zwei aufweisen, wobei die Lochzahl eine Anzahl der Nuten pro Polzahl und Strang der elektrischen Maschine sein kann. Durch die Upper field components are damped and eddy current losses and / or iron losses can be kept low. It can also be increased and / or optimized an efficiency of the electric machine. According to one embodiment of the invention, a hole number of the electric machine is greater than or equal to 0.5. In particular, the electric machine may have a number of holes equal to two, wherein the number of holes may be a number of slots per pole number and strand of the electric machine. By the
erfindungsgemäße Wahl der Lochzahl können in vorteilhafter Weise Oberwellen des Magnetfelds reduziert sein bzw. kann das Magnetfeld einen geringen Oberfeldanteil aufweisen, was sich wiederum vorteilhaft auf ein Drehmoment der elektrischen Maschine auswirken kann. Auch können dadurch Wirbelstromverluste gering gehalten werden, was zu einer verringerten Erwärmung der Magnetelemente während des Betriebs der elektrischen Maschine führen kann, so dass According to the choice of the number of holes according to the invention, harmonics of the magnetic field can advantageously be reduced or the magnetic field can have a low upper field component, which in turn can advantageously have an effect on a torque of the electrical machine. This also eddy current losses can be kept low, which can lead to a reduced heating of the magnetic elements during operation of the electrical machine, so that
insbesondere kostengünstige Magnetelemente eingesetzt werden können. In particular, inexpensive magnetic elements can be used.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Verhältnis einer According to one embodiment of the invention, a ratio of a
Magnettaschenhöhe der Magnetpaartasche zu einer Polbedeckung der Magnet pocket height of magnet pair bag to a pole cover the
Magnetpaartasche zwischen 0,03 mm/°el. (Millimeter pro Grad elektrisch) und 0,041 mm/°el., vorzugsweise zwischen 0,0307 mm/°el. und 0,0409 mm/°el.. Die  Magnetic pair bag between 0.03 mm / ° el. (Millimeters per degree electrical) and 0.041 mm / ° el., Preferably between 0.0307 mm / ° el. and 0.0409 mm / ° el .. The
Magnettaschen können im Wesentlichen quaderförmige Ausnehmungen in dem Rotor ausbilden, welche in einem Querschnitt durch den Rotor jeweils zwei im Wesentlich parallel zueinander und parallel zur Drehachse des Rotors verlaufendeMagnetic pockets may form essentially parallelepipedic recesses in the rotor, which in a cross section through the rotor each extend substantially parallel to one another and parallel to the axis of rotation of the rotor
Hauptflächen aufweisen, auf welchen die Magnetelemente abgestützt sein können. Die Magnettaschenhöhe kann dabei einen Abstand der beiden Hauptflächen wenigstens einer der Magnetaschen der Magnetpaartasche bezeichnen. Die Polbedeckung der Magnetpaartasche kann eine gemeinsame Polbedeckung der ersten und zweiten Magnettasche eines Pols bezeichnen. Die Polbedeckung derHave major surfaces on which the magnetic elements can be supported. The pocket height of the magnet can in this case designate a distance of the two main surfaces of at least one of the magnetic pockets of the magnet pair pocket. The pole cover of the magnet pair bag may indicate a common pole cover of the first and second magnet pocket of a pole. The poling of the
Magnetpaartasche kann einen Winkel zwischen einer ersten Außenkante der ersten Magnettasche und einer zweiten Außenkante der zweiten Magnettasche Magnetic pair bag may be an angle between a first outer edge of the first magnetic pocket and a second outer edge of the second magnetic pocket
bezeichnen, wobei die erste und zweite Außenkante an zwei sich denote, wherein the first and second outer edge of two
gegenüberliegenden Randbereichen des Pols der elektrischen Maschine angeordnet sein können. Mit anderen Worten kann die Polbedeckung einen Winkel zwischen einem ersten an der ersten Außenkante der ersten Magnettasche anliegenden Schenkel und einem zweiten an der zweiten Außenkante der zweiten Magnettasche anliegenden Schenkel bezeichnen. Die Polbedeckung wird dabei typischerweise in Grad elektrisch (°el.) angegeben, welche über die Polpaarzahl der elektrischen Maschine in mechanische Grad umgerechnet werden kann. opposite edge regions of the pole of the electric machine can be arranged. In other words, the pole cover may designate an angle between a first leg resting against the first outer edge of the first magnetic pocket and a second leg resting against the second outer edge of the second magnetic pocket. The pole cover is typically specified in degrees electrically (° el.), Which can be converted over the number of pole pairs of the electrical machine into mechanical degrees.
Durch die erfindungsgemäße Geometrie der elektrischen Maschine mit dem erfindungsgemäßen Verhältnis der Magnettaschenhöhe zur Polbedeckung der Magnetpaartasche kann in vorteilhafter Weise ein Drehmoment der elektrischen Maschine optimiert und/oder maximiert sein. Insbesondere kann dadurch ein Reluktanzmoment der elektrischen Maschine optimiert und/oder maximiert sein, d.h. ein Drehmoment, welches aus einer Geometrie der elektrischen Maschine bzw. einem Blechschnitt des Rotors unter Vernachlässigung eines auf den Due to the inventive geometry of the electric machine with the inventive ratio of the magnetic pocket height to the poling of the Magnetic pair bag can advantageously be optimized and / or maximized torque of the electric machine. In particular, this can be a reluctance torque of the electric machine optimized and / or maximized, ie, a torque which consists of a geometry of the electric machine or a lamination of the rotor neglecting a on the
Magnetelementen basierenden magnetischen Drehmoments resultiert. Bei Magnetic elements based magnetic torque results. at
Maximierung des Reluktanzmoments kann ferner Magnetmaterial für die Maximizing the reluctance torque may also be magnetic material for the
Magnetelemente eingespart werden, so dass Kosten für die elektrische Maschine eingespart werden können. Magnetic elements can be saved, so that costs for the electrical machine can be saved.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt eine Polbedeckung des ersten Magnetelements und des zweiten Magnetelements zwischen 104 °el. und 126 °el., vorzugsweise zwischen 104,1 °el. und 125,5 °el.. Die Polbedeckung des ersten und zweiten Magnetelements kann dabei eine gemeinsame Polbedeckung des ersten und zweiten Magnetelements bezeichnen. Die Polbedeckung kann einen Winkel zwischen einem ersten Schenkel, welcher an einer dem Stator am nächstgelegenen Kante des ersten Magnetelements anliegen kann, und einem zweiten Schenkel, welcher an einer dem Stator am nächstgelegenen Kante des zweiten According to one embodiment of the invention, a Polübereckung the first magnetic element and the second magnetic element between 104 ° el. and 126 ° el., preferably between 104.1 ° el. and 125.5 ° el. The Polbedeckung of the first and second magnetic element may denote a common Polübereckung the first and second magnetic element. The pole cover may be at an angle between a first leg which may abut one of the stator at the nearest edge of the first magnetic element, and a second leg, which at one of the stator at the nearest edge of the second
Magnetelements anliegen kann, bemessen sein. Durch die erfindungsgemäß bemessene Polbedeckung des ersten und zweiten Magnetelements kann in vorteilhafter Weise ein Drehmoment der elektrischen Maschine optimiert und/oder maximiert sein. Magnetic element may be present, be measured. Due to the inventively measured Polübereckung of the first and second magnetic element, a torque of the electric machine can be optimized and / or maximized in an advantageous manner.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt eine Polbedeckung der Magnetpaartasche zwischen 145 °el. und 175 °el., vorzugsweise zwischen 145,7 °el. und 174,5 °el.. According to one embodiment of the invention, a Polübereckung the magnetic pair bag is between 145 ° el. and 175 ° el., preferably between 145.7 ° el. and 174.5 ° el ..
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind das erste Magnetelement und das zweite Magnetelement V-förmig zueinander angeordnet sind, wobei ein V- Winkel des ersten Magnetelements und des zweiten Magnetelements jeweils zwischen 5 °mechanisch und 28,3 °mechanisch beträgt, und/oder wobei eine Poolpaarzahl der elektrischen Maschine acht beträgt. Insbesondere kann der V- Winkel zwischen 5° mechanisch (Grad mechanisch bzw. 0 mech.) und 15° mechanisch betragen. Die Magnetelemente können derart V-förmig zueinander angeordnet sein, dass die V-Form in Richtung des Stators geöffnet ist. Der V-Winkel kann dabei zwischen einer waagerechten Tangente an einer dem Stator am nächstgelegenen Kante eines Magnetelements und einer in Richtung des Stators gerichteten Hauptfläche des jeweiligen Magnetelements bemessen sein. Das erste - - und zweite Magnetelement können derart V-förmig zueinander angeordnet sein, dass ein Winkel zwischen einer Längserstreckungsrichtung des ersten und einer Längserstreckungsrichtung des zweiten Magnetelements einer Differenz von 180 °mech. und dem doppelten Betrag des V-Winkels entsprechen kann. According to one embodiment of the invention, the first magnetic element and the second magnetic element are arranged in a V-shape with each other, wherein a V angle of the first magnetic element and the second magnetic element is mechanically between 5 ° mechanical and 28.3 ° mechanical, and / or wherein a Pool pair number of the electric machine is eight. In particular, the V angle can be between 5 ° mechanical (mechanical grade or 0 mechanical grade) and 15 ° mechanical. The magnetic elements can be arranged in such a V-shape relative to one another that the V-shape is opened in the direction of the stator. In this case, the V angle can be dimensioned between a horizontal tangent on a stator of the nearest edge of a magnetic element and directed in the direction of the stator main surface of the respective magnetic element. The first - - And second magnetic element can be arranged in such a V-shape to each other that an angle between a longitudinal direction of extension of the first and a longitudinal direction of extension of the second magnetic element a difference of 180 ° mech. and twice the amount of the V angle.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Abstand eines des ersten und zweiten Magnetelements zu einer Polmitte des Pols zwischen 0 mm und 7 mm. Der Abstand kann dabei einen kleinsten Abstand eines der Magnetelemente zur Polmitte bezeichnen, d.h. der Abstand kann beispielsweise einen Abstand von einer der Polmitte am nächstgelegenen Kante (sog. innere Magnetkante) wenigstens eines des ersten und zweiten Magnetelements zur Polmitte bezeichnen. Die According to an embodiment of the invention, a distance between one of the first and second magnetic elements to a pole center of the pole is between 0 mm and 7 mm. The distance may mean a smallest distance of one of the magnetic elements to the Polmitte, i. The distance may, for example, designate a distance from one of the pole centers on the nearest edge (so-called inner magnetic edge) of at least one of the first and second magnetic elements to the pole center. The
Polmitte kann ferner eine Symmetrieachse des Pols und/oder des Rotorsegments bezeichnen. Polmitte may also designate an axis of symmetry of the pole and / or the rotor segment.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Stator radial außenliegend ein Joch auf, welches die Nuten und die Zähne des Stators in Umfangsrichtung umläuft, wobei ein Verhältnis einer in radialer Richtung bemessenen Dicke des Jochs zu einer in radialer Richtung bemessenen Zahnhöhe der Zähne des Stators zwischen 0,5 und 1,5, beispielsweise zwischen 0,51 und 1,02, beträgt. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine magnetische Leitfähigkeit des Stators optimiert sein. According to an embodiment of the invention, the stator has radially outwardly a yoke, which circumferentially rotates the grooves and the teeth of the stator, wherein a ratio of a radially measured thickness of the yoke to a radially metered tooth height of the teeth of the stator between 0 , 5 and 1.5, for example between 0.51 and 1.02. As a result, a magnetic conductivity of the stator can be optimized in an advantageous manner.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Verhältnis einer mittleren Zahnbreite der Zähne zu einer in radialer Richtung bemessenen Zahnhöhe der Zähne des Stators zwischen 0,1 und 0,35, vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,31. Die mittlere Zahnbreite kann dabei die Hälfte der Summe (arithmetisches Mittel) einer radial außenliegenden Breite eines Zahns und einer radial innenliegenden Breite des Zahns sein, wobei die jeweiligen Breiten orthogonal zur radialen Richtung bemessen sein können. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Verhältnis einer äußerenAccording to one embodiment of the invention, a ratio of an average tooth width of the teeth to a radially metered tooth height of the teeth of the stator is between 0.1 and 0.35, preferably between 0.15 and 0.31. The mean tooth width may be half the sum (arithmetic mean) of a radially outer width of a tooth and a radially inner width of the tooth, wherein the respective widths may be dimensioned orthogonal to the radial direction. According to one embodiment of the invention, a ratio of an outer
Nutbreite zu einer inneren Nutbreite der Nuten des Stators zwischen 0,9 und 1,1. Die äußere Nutbreite kann eine Breite der Nut an einer radial außenliegenden Kante der Nut und die innere Nutbreite kann eine Breite der Nut an einer radial Groove width to an inner groove width of the grooves of the stator between 0.9 and 1.1. The outer groove width may be a width of the groove at a radially outer edge of the groove and the inner groove width may be a width of the groove at a radial
innenliegenden Kante der Nut bezeichnen. Die radial innenliegende Kante kann dabei der radial außenliegenden in radialer Richtung gegenüberliegen. Die refer to the inner edge of the groove. The radially inner edge can lie opposite the radially outer in the radial direction. The
Nutbreiten können jeweils orthogonal zur radialen Richtung bemessen sein.  Slot widths can each be dimensioned orthogonal to the radial direction.
Dadurch kann das durch in den Nuten angeordnete Statorwicklungen erzeugte Statormagnetfeld in vorteilhafter Weise weiter optimiert sein. Ferner kann durch - - möglichst parallelflankige Nuten ein größerer Kupferfüllfaktor und damit eine verlustärmere elektrische Maschine bereitgestellt werden. As a result, the stator magnetic field generated by stator windings arranged in the slots can be further optimized in an advantageous manner. Furthermore, by - - As parallel flanked grooves a larger copper fill factor and thus a lower loss electric machine can be provided.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which neither the drawings nor the description are to be construed as limiting the invention.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Teils einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 1 shows a cross section of a part of an electric machine according to an embodiment of the invention.
Fig. 2A und 2B zeigen jeweils eine Detailansicht eines Querschnitts durch einen Rotor einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2A and 2B each show a detailed view of a cross section through a rotor of an electric machine according to an embodiment of the invention.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche The figures are only schematic and not to scale. Same
Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale. Reference numerals in the figures designate the same or equivalent features.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Teils einer elektrischen Maschine 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Segment 12 mit einem Fig. 1 shows a cross section of a part of an electric machine 10 according to an embodiment of the invention, wherein a segment 12 with a
magnetischen Pol 14 der elektrischen Maschine 10 dargestellt ist. Die elektrische Maschine 10 weist eine Mehrzahl in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneter derartiger Segmente 12 auf. Die elektrische Maschine 10 kann etwa eine permanent erregte Synchronmaschine sein. magnetic pole 14 of the electric machine 10 is shown. The electric machine 10 has a plurality of circumferentially juxtaposed such segments 12. The electric machine 10 may be a permanent-magnet synchronous machine, for example.
Die elektrische Maschine 10 weist einen Stator 16 auf. Der Stator 16 weist entlang eines Umfangs des Stators 16 nebeneinander angeordnete Nuten 20 auf, welche jeweils durch einen Zahn 18 des Stators 16 voneinander beabstandet und/oder getrennt sind. In den Nuten 20 ist jeweils eine Statorwicklung 22 angeordnet. Radial außenliegend weist der Stator 16 ferner ein Joch 24 auf, welches die Zähne 18 und Nuten 20 in Umfangsrichtung umläuft. Das Joch 24 kann somit einen Außenbereich des Stators 16 bezeichnen. The electric machine 10 has a stator 16. The stator 16 has juxtaposed grooves 20 along a circumference of the stator 16, which are spaced from each other by a tooth 18 of the stator 16 and / or separated. In the grooves 20, a stator winding 22 is arranged in each case. Radially outboard, the stator 16 further includes a yoke 24 which rotates the teeth 18 and grooves 20 in the circumferential direction. The yoke 24 may thus designate an outer area of the stator 16.
Weiter weist die elektrische Maschine 10 einen um eine Drehachse 26 relativ zum Stator 16 drehbar gelagerten und konzentrisch zum Stator 16 angeordneten Rotor 28 auf. Der Rotor 28 kann wenigstens ein Lamellenpaket 30 aufweisen, welches - - aus einer Mehrzahl von in Längserstreckungsrichtung des Rotors 28 übereinander gestapelten Blechlamellen 32 bestehen kann. Pro Pol 14 der elektrischen Maschine 10 weist der Rotor 28 jeweils eine erste Magnettasche 34 mit einem darin angeordneten wenigstens einen ersten Magnetelement 36 und eine zweite Further, the electric machine 10 has a rotatably mounted about a rotation axis 26 relative to the stator 16 and concentric with the stator 16 arranged rotor 28. The rotor 28 may have at least one disk pack 30, which - - may consist of a plurality of stacked in the longitudinal direction of the rotor 28 laminations 32. Pro pole 14 of the electric machine 10, the rotor 28 each have a first magnetic pocket 34 having disposed therein at least a first magnetic element 36 and a second
Magnettasche 38 mit einem darin angeordneten wenigsten einen zweiten Magnetic pocket 38 with a least a second arranged therein
Magnetelement 40 auf. Die Magnettaschen 34, 38 können z.B. als Ausstanzungen in das Lamellenpaket 30 bzw. in die Blechlamellen 32 eingebracht sein. Die  Magnetic element 40 on. The magnetic pockets 34, 38 may e.g. be introduced as punched in the disk pack 30 and in the laminations 32. The
Magnettaschen 34, 38 können sich dabei im Wesentlichen über eine gesamte Länge des Rotors 28 erstrecken und pro Magnettasche 34, 38 kann eine Mehrzahl von Magnetelementen 36, 40, etwa Permanentmagneten, in Magnet pockets 34, 38 may extend substantially over an entire length of the rotor 28 and per magnetic pocket 34, 38, a plurality of magnetic elements 36, 40, such as permanent magnets, in
Längserstreckungsrichtung des Rotors 28 nebeneinander angeordnet sein. Die Magnettaschen 34, 38 können jeweils im Wesentlichen quaderförmige  Longitudinal direction of the rotor 28 may be arranged side by side. The magnetic pockets 34, 38 may each be substantially cuboidal
Ausnehmungen in dem Rotor 28 ausbilden, welche in einem Querschnitt durch den Rotor 28 jeweils zwei im Wesentlichen parallel zueinander und parallel zur Form recesses in the rotor 28, which in a cross section through the rotor 28 in each case two substantially parallel to each other and parallel to
Drehachse 26 des Rotors 28 verlaufende Hauptflächen 42, 44 aufweisen, auf welchen die Magnetelemente 36, 40 abgestützt sein können. Ein Abstand der beiden Hauptflächen 42, 44 wird als Magnettaschenhöhe 46 einer Magnetasche 34, 38 bezeichnet. Die beiden Magnettaschen 34, 38 können sich ferner bezüglich einer Polmitte 90 in Umfangsrichtung gegenüberliegen. Die Magnetelemente 36, 40 können an den Hauptflächen 42, 44 anliegen oder von zumindest einer der Have axis of rotation 26 of the rotor 28 extending main surfaces 42, 44, on which the magnetic elements 36, 40 may be supported. A distance between the two main surfaces 42, 44 is referred to as the magnetic pocket height 46 of a magnetic pocket 34, 38. The two magnetic pockets 34, 38 may also be opposite each other with respect to a Polmitte 90 in the circumferential direction. The magnetic elements 36, 40 may rest against the major surfaces 42, 44 or at least one of
Hauptflächen 42, 44 beabstandet sein, d.h. eine Höhe der Magnetelemente 36, 40 kann kleiner als die Magnettaschenhöhe 46 sein.  Major surfaces 42, 44, i. a height of the magnetic elements 36, 40 may be smaller than the magnetic pocket height 46.
Die erste und zweite Magnettasche 34, 38 eines jeden Pols 14 sind in The first and second magnet pockets 34, 38 of each pole 14 are in
Umfangsrichtung des Rotors 28 miteinander verbunden und bilden eine Circumferential direction of the rotor 28 connected together and form a
gemeinsame Magnetpaartasche 33. Die Magnettaschenhöhe 46 der ersten und zweiten Magnettasche 34, 38 bezeichnet dabei ebenso die Magnettaschenhöhe 46 der Magnetpaartasche 33. Eine strukturelle Ausgestaltung der Magnetpaartasche 33 ist in nachfolgenden Figuren 2A und 2B im Detail gezeigt. common magnetic pair pocket 33. The pocket height 46 of the first and second magnetic pockets 34, 38 also indicates the pocket height 46 of the magnetic pair pocket 33. A structural design of the pocket pair 33 is shown in detail in FIGS. 2A and 2B.
Die Magnetpaartasche 33 weist eine Polbedeckung 48 auf, welche über einen Winkel zwischen einer ersten Außenkante 35 der ersten Magnettasche 34 und einer zweiten Außenkante 39 der zweiten Magnettasche 38 gegeben ist. Die erste Außenkante 35 ist dabei an einem ersten Randbereich 27 der Magnetpaartasche 33 und die zweite Außenkante 39 ist an einem zweiten Randbereich 29 der The magnet pair bag 33 has a pole cover 48, which is given at an angle between a first outer edge 35 of the first magnet pocket 34 and a second outer edge 39 of the second magnet pocket 38. The first outer edge 35 is at a first edge region 27 of the magnetic pair pocket 33 and the second outer edge 39 is at a second edge region 29 of
Magnetpaartasche 33 angeordnet, wobei sich der erste und zweite Randbereich 27, 29 bzw. die erste und zweite Außenkante 35, 39 in Umfangsrichtung  Magnetic pair bag 33, wherein the first and second edge region 27, 29 and the first and second outer edge 35, 39 in the circumferential direction
gegenüberliegen. Mit anderen Worten kann die gemeinsame Polbedeckung 48 - - einen Winkel zwischen einem ersten an der ersten Außenkante 35 anliegenden Schenkel 49 (bzw. einer ersten Tangente 49) und einem zweiten an der zweiten Außenkante 39 anliegenden Schenkel 51 (bzw. einer zweiten Tangente 51 ) bezeichnen. Die Polbedeckung 48 wird dabei typischerweise in Grad elektrisch (°el.) angegeben, welche über eine Polpaarzahl der elektrischen Maschine 10 in mechanische Grad umgerechnet werden kann. Die Polbedeckung 48 der are opposite. In other words, the common pole cover 48 - - An angle between a first on the first outer edge 35 adjacent leg 49 (or a first tangent 49) and a second on the second outer edge 39 adjacent leg 51 (or a second tangent 51) denote. The pole cover 48 is typically specified in degrees electrically (° el.), Which can be converted over a number of pole pairs of the electric machine 10 in mechanical degrees. The pole cover 48 of the
Magnetpaartasche 33 beträgt zwischen 145 °el. und 175 °el., vorzugsweise zwischen 145,7 °el. und 174,5 °el.. Weiter beträgt ein Verhältnis der Magnettaschenhöhe 46 zu der Polbedeckung 48 der Magnetpaartasche 33 zwischen 0,03 mm/°el. und 0,041 mm/°el.. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Magnettaschenhöhe 46 zur gemeinsamen Polbedeckung 48 zwischen 0,0307 mm/°el. und 0,0409 mm/°el.. Weiter weist die elektrische Maschine 10 eine gemeinsame Polbedeckung 52 des ersten Magnetelements 36 und des zweiten Magnetelements 40 zwischen 104 °el. und 126 °el., vorzugsweise zwischen 104,l°el. und 125,5 °el., auf. Die Magnetic pair bag 33 is between 145 ° el. and 175 ° el., preferably between 145.7 ° el. and 174.5 ° el. Further, a ratio of the magnet pocket height 46 to the pole cover 48 of the magnet pair pocket 33 is between 0.03 mm / ° el. and 0.041 mm / ° el. Preferably, the ratio of the magnet pocket height 46 to the common pole cover 48 is between 0.0307 mm / ° el. and 0.0409 mm / ° el. Further, the electric machine 10 has a common pole cover 52 of the first magnetic member 36 and the second magnetic member 40 between 104 ° el. and 126 ° el., preferably between 104 ° el. and 125.5 ° el., on. The
Polbedeckung 52 kann als Winkel zwischen einem ersten Schenkel 53 (bzw. einer ersten Tangente 53), welcher an einer dem Stator 16 am nächstgelegenen Kante 54 des ersten Magnetelements 36 anliegen kann, und einem zweiten Schenkel 55Pole cover 52 may be an angle between a first leg 53 (or a first tangent 53) which may abut a stator 16 at the nearest edge 54 of the first magnetic element 36, and a second leg 55
(bzw. einer zweiten Tangente 55), welcher an einer dem Stator 16 am (or a second tangent 55), which at one of the stator 16 on
nächstgelegenen Kante 56 des zweiten Magnetelements 40 anliegen kann, bemessen sein. Das erste Magnetelement 36 und das zweite Magnetelement 40 sind V-förmig zueinander angeordnet, wobei ein V-Winkel 58 des ersten Magnetelements 36 und des zweiten Magnetelements 40 jeweils zwischen 5 °mech. (Grad meachanisch) und 28,3 °mech., vorzugsweise zwischen 5 °mech. und 15 °mech., beträgt. Der V- Winkel 58 kann dabei zwischen einer waagerechten Tangente 59 an der dem Stator 16 am nächstgelegenen Kante 54, 56 eines der Magnetelemente 36, 40 und einer innearest edge 56 of the second magnetic element 40 may be dimensioned. The first magnetic element 36 and the second magnetic element 40 are V-shaped to each other, wherein a V-angle 58 of the first magnetic element 36 and the second magnetic element 40 each between 5 ° mech. (Degree meanhan) and 28.3 ° mech., Preferably between 5 ° mech. and 15 ° mech., Is. The V-angle 58 can between a horizontal tangent 59 at the stator 16 on the nearest edge 54, 56 of the magnetic elements 36, 40 and a in
Richtung des Stators 16 gerichteten Hauptfläche 60 des jeweiligen Magnetelements 36, 40 bemessen sein. Direction of the stator 16 directed main surface 60 of the respective magnetic element 36, 40 be dimensioned.
Weiter beträgt ein Verhältnis eines Statorinnendurchmessers des Stators 16 zu einem Statoraußendurchmesser des Stators 16 zwischen 0,6 und 0,9, vorzugsweise zwischen 0,64 und 0,88. Der Statoraußendurchmesser des Stators 16 beträgt zwischen 110 mm und 500 mm. - - Further, a ratio of a stator inner diameter of the stator 16 to a stator outer diameter of the stator 16 is between 0.6 and 0.9, preferably between 0.64 and 0.88. The stator outer diameter of the stator 16 is between 110 mm and 500 mm. - -
Die elektrische Maschine 10 weist ferner eine Lochzahl größer oder gleich 0,5 auf. Insbesondere kann die elektrische Maschine 10 eine Lochzahl gleich zwei aufweisen. Eine Polpaarzahl der elektrischen Maschine 10 kann insbesondere acht betragen. The electric machine 10 further has a number of holes greater than or equal to 0.5. In particular, the electric machine 10 may have a number of holes equal to two. A pole pair number of the electric machine 10 may be eight in particular.
Der Stator 16 und der Rotor 28 der elektrischen Maschine 10 sind in radialer Richtung über einen Luftspalt 62 voneinander beabstandet, wobei ein Verhältnis einer in der radialen Richtung bemessenen Luftspaltdicke 64 des Luftspalts 62 zu dem Statorinnendurchmesser des Stators 16 zwischen 0,003 und 0,04 beträgt. The stator 16 and the rotor 28 of the electric machine 10 are spaced from each other in the radial direction by an air gap 62, wherein a ratio of a dimensioned in the radial direction air gap thickness 64 of the air gap 62 to the stator inner diameter of the stator 16 between 0.003 and 0.04.
Zwischen der ersten Außenkante 35 der ersten Magnettasche 34 und einem ersten Rand 65 bzw. einer ersten Berandung 65 des Pols 14 sowie zwischen der zweiten Außenkante 39 der zweiten Magnettasche 38 und einem zweiten Rand 67 bzw. einer zweiten Berandung 67 des Pols 14 weist die elektrische Maschine 10 jeweils eine Pollücke 68 auf. Allgemein kann die Pollücke 68 einen Abstand einer derBetween the first outer edge 35 of the first magnetic pocket 34 and a first edge 65 and a first boundary 65 of the pole 14 and between the second outer edge 39 of the second magnetic pocket 38 and a second edge 67 and a second boundary 67 of the pole 14, the electrical Machine 10 each have a pole gap 68. Generally, the pole gap 68 is a distance one of
Außenkanten 35, 39 einer der Magnettaschen 34, 38 zu einem der Ränder 65, 67 des Pols 15 der elektrischen Maschine 10 bezeichnen. Jede der Pollücken 68 weist eine innere Pollückenbreite 70 und eine äußere Pollückenbreite 72 auf. Die innere Pollückenbreite 70 kann dabei einen Abstand einer radial innenliegenden Outside edges 35, 39 one of the magnetic pockets 34, 38 to one of the edges 65, 67 of the pole 15 of the electric machine 10 denote. Each of the pole gaps 68 has an inner pole gap width 70 and an outer pole gap width 72. The inner pole gap width 70 can be a distance of a radially inner
Außenkante 71 einer der Magnettaschen 34, 38 zum jeweils direkt benachbart angeordneten Rand 65, 67 des Pols 14 bezeichnen, und die äußere Pollückenbreite 72 kann einen Abstand einer radial außenliegenden Außenkante 73 einer der Magnettaschen 34, 38 zum jeweils direkt benachbarten Rand 65, 67 des Pols 14 bezeichnen. Die radial außenliegende Außenkante 73 liegt dabei in radialer Richtung näher am Stator 16 als die radial innenliegende Außenkante 71. EinOutside edge 71 of one of the magnet pockets 34, 38 to each directly adjacent arranged edge 65, 67 of the pole 14 denote, and the outer pole gap width 72 may be a distance of a radially outer outer edge 73 of the magnetic pockets 34, 38 to each directly adjacent edge 65, 67 of Pols 14 designate. The radially outer outer edge 73 lies in the radial direction closer to the stator 16 than the radially inner outer edge 71. A
Verhältnis der inneren Pollückenbreite 70 zur äußeren Pollückenbreite 72 beträgt zwischen 0,3 und 1,8, vorzugsweise zwischen 0,3 und 1,79. Weiter betragen die die innere Pollückenbreite 70 und die äußere Pollückenbreite jeweils zwischen 0,8 mm und 5,0 mm. Ratio of the inner pole gap width 70 to the outer pole gap width 72 is between 0.3 and 1.8, preferably between 0.3 and 1.79. Further, the inner pole gap width 70 and the outer pole gap width are each between 0.8 mm and 5.0 mm.
Zwischen der Magnetpaartasche 33 und einem Rotoraußendurchmesser des Rotors 28 weist der Rotor 28 einen Umfangssteg 74 bzw. Steg 74 auf, welcher die Between the magnet pair pocket 33 and a rotor outer diameter of the rotor 28, the rotor 28 on a peripheral ridge 74 and web 74, which the
Magnetpaartasche 33 an einem Außenumfang des Rotors 28 umläuft. Eine kleinste in radialer Richtung bemessene Dicke 92 des Umfangssteges 74 zwischen der Magnetpaartasche 33 und dem Rotoraußendurchmesser des Rotors 28 beträgt zwischen 0,6 mm und 3,0 mm. Die Dicke 92 kann etwa einen kleinsten Abstand der Randbereiche 27, 29 der Magnetpaartasche zum Rotoraußendurchmesser bezeichnen. - - Magnetic pair bag 33 on an outer circumference of the rotor 28 rotates. A smallest radially dimensioned thickness 92 of the circumferential ridge 74 between the magnet pair pocket 33 and the rotor outer diameter of the rotor 28 is between 0.6 mm and 3.0 mm. The thickness 92 may be about a minimum distance of the edge regions 27, 29 of the magnetic pair bag to the rotor outer diameter. - -
Zwischen dem ersten Rand 65 jeden Pols 14 und der ersten Magnettasche 34 sowie zwischen dem zweiten Rand 67 jeden Pols 14 und der zweiten Magnettasche 38 ist jeweils ein sich in radialer Richtung erstreckender Radialsteg 100, 102 des Rotors 28 ausgebildet. Die Radialstege 100, 102 können sich dabei von demBetween the first edge 65 of each pole 14 and the first magnet pocket 34 and between the second edge 67 of each pole 14 and the second magnet pocket 38 is in each case a radially extending radial web 100, 102 of the rotor 28 is formed. The radial webs 100, 102 may differ from the
Rotorinnendurchmesser bis zum Umfangssteg 74 in radialer Richtung erstrecken und den Rotor 28 speichenartig durchziehen. Die innere Pollückenbreite 71 und die äußere Pollückenbreite 72 könne dabei eine Dicke und/oder Breite des jeweiligen Radialsteges 100, 102 bezeichnen. Rotor inner diameter extend to the circumferential ridge 74 in the radial direction and pull through the rotor 28 like a spoke. The inner pole gap width 71 and the outer pole gap width 72 may denote a thickness and / or width of the respective radial web 100, 102.
Ein Verhältnis des Rotoraußendurchmessers zu einer maximalen mechanischen Drehzahl der elektrischen Maschine beträgt ferner zwischen 0,01 und 0,04 mm/minA-l, und ein Verhältnis des Rotorinnendurchmessers zum A ratio of the rotor outer diameter to a maximum mechanical speed of the electric machine is further from 0.01 to 0.04 mm / min A -l, and a ratio of the rotor inner diameter to
Statoraußendurchmesser beträgt zwischen 0,4 und 0,8. Stator outer diameter is between 0.4 and 0.8.
Weiter beträgt ein Verhältnis einer in radialer Richtung bemessenen Dicke 25 des Jochs 24 zu einer in radialer Richtung bemessenen Zahnhöhe 19 der Zähne 18 des Stators 16 zwischen 0,5 und 1,5, beispielsweise zwischen 0,51 und 1,02. Die Zahnhöhe 19 kann dabei eine in radialer Richtung bemessene Länge der Zähne 18 bezeichnen. Further, a ratio of a radially-dimensioned thickness 25 of the yoke 24 to a radially-dimensioned tooth height 19 of the teeth 18 of the stator 16 is between 0.5 and 1.5, for example between 0.51 and 1.02. The tooth height 19 may designate a length of the teeth 18 dimensioned in the radial direction.
Weiter beträgt ein Verhältnis einer mittleren Zahnbreite der Zähne 18 zu der in radialer Richtung bemessenen Zahnhöhe 19 der Zähne 18 des Stators 16 zwischen 0,1 und 0,35, vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,31. Die Zahnbreite kann allgemein einen Abstand zweier direkt benachbarter Nuten 20 bezeichnen. Die mittlereFurther, a ratio of an average tooth width of the teeth 18 to the radially-dimensioned tooth height 19 of the teeth 18 of the stator 16 is between 0.1 and 0.35, preferably between 0.15 and 0.31. The tooth width may generally be a distance between two directly adjacent grooves 20. The middle
Zahnbreite kann als die Hälfte der Summe, d.h. als arithmetisches Mittel, einer radial außenliegenden (maximalen) Breite 76 eines Zahns 18 und einer radial innenliegenden (minimalen) Breite 78 des Zahns 18 sein, wobei die jeweiligen Breiten 76, 78 orthogonal zur radialen Richtung bemessen sein können. Teeth width may be as half the sum, i. as an arithmetic mean, a radially outer (maximum) width 76 of a tooth 18 and a radially inner (minimum) width 78 of the tooth 18, wherein the respective widths 76, 78 may be orthogonal to the radial direction.
Weiter beträgt ein Verhältnis einer äußeren Nutbreite 80 zu einer inneren Nutbreite 82 der Nuten 20 des Stators 16 zwischen 0,9 und 1,1. Die äußere Nutbreite 80 kann eine Breite einer Nut 20 an einer radial außenliegenden Kante 81 der Nut 20 und die innere Nutbreite 82 kann eine Breite der Nut 20 an einer radial innenliegenden Kante 83 der Nut 20 bezeichnen. Die radial innenliegende Kante 83 kann dabei der radial außenliegenden Kante 81 in radialer Richtung gegenüberliegen. Die Further, a ratio of an outer groove width 80 to an inner groove width 82 of the grooves 20 of the stator 16 is between 0.9 and 1.1. The outer groove width 80 may be a width of a groove 20 at a radially outer edge 81 of the groove 20 and the inner groove width 82 may indicate a width of the groove 20 at a radially inner edge 83 of the groove 20. The radially inner edge 83 can thereby lie opposite the radially outer edge 81 in the radial direction. The
Nutbreiten 80, 82 können jeweils orthogonal zur radialen Richtung bemessen sein. Ferner beträgt ein Abstand 88 eines des ersten und zweiten Magnetelements 36, 40 zu der Polmitte 90 zwischen 0 mm und 7 mm. Der Abstand 88 kann dabei einen kleinsten Abstand eines der Magnetelemente 36, 40 zur Polmitte 90 bezeichnen und etwa von einer der Polmitte 90 nächstgelegenen Kante 91, der sog. inneren Magnetkante 91, des jeweiligen Magnetelements 36, 40 zur Polmitte 90 bemessen sein, wobei die Polmitte 90 etwa eine Symmetrieachse des Pols 14 bzw. des Rotorsegments bezeichnen kann. Slot widths 80, 82 may each be dimensioned orthogonal to the radial direction. Further, a distance 88 of one of the first and second magnetic members 36, 40 to the pole center 90 is between 0 mm and 7 mm. The distance 88 may be a smallest distance of one of the magnetic elements 36, 40 to Polmitte 90 and approximately from one of the Polmitte 90 nearest edge 91, the so-called. Inner magnetic edge 91, the respective magnetic element 36, 40 are measured to Polmitte 90, wherein the Polmitte 90 may denote about an axis of symmetry of the pole 14 and the rotor segment.
Fig. 2A und 2B zeigen jeweils eine Detailansicht eines Querschnitts durch einen Rotor 28 einer elektrischen Maschine 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 2A ist eine Detailansicht eines Querschnitts durch die 2A and 2B each show a detailed view of a cross section through a rotor 28 of an electric machine 10 according to an embodiment of the invention. In Fig. 2A is a detail view of a cross section through the
Magnetpaartasche 33 dargestellt, und Fig. 2B zeigt eine Detailansicht des Magnetic pair bag 33 shown, and Fig. 2B shows a detailed view of the
Randbereichs 29 der Magnetpaartasche 33. Sofern nicht anders beschrieben kann der in den Fig. 2A und 2B gezeigte Rotor 28 dieselben Elemente und Merkmale aufweisen wie der in Fig. 1 beschriebene. Randbereich 29 der Magnetpaartasche 33. Unless otherwise described, the rotor 28 shown in Figs. 2A and 2B may have the same elements and features as that described in Fig. 1.
Wie in Fig. 2A und 2B deutlich erkennbar weisen der erste Randbereich 27 und der zweite Randbereich 29 der Magnetpaartasche 33 in einem Querschnitt durch die Magnetpaartasche 33 jeweils eine kreisförmig gekrümmte Kante 84 und eine elliptisch gekrümmte Kante 86 auf. Die kreisförmig gekrümmt Kante 84 des ersten und zweiten Randbereichs 27, 29 der Magnetpaartasche 33 ist dabei jeweils näher an dem Stator 16 angeordnet als die jeweilige elliptisch gekrümmte Kante 86 des ersten und zweiten Randbereichs 27, 29. Die kreisförmig gekrümmten Kanten 84 des ersten und zweiten Randbereichs 27, 29 bzw. die kreisförmig gekrümmten Kanten 84 der Magnetpaartasche 33 sind jeweils an einer Stelle des Rotors 28 und/oder jeweils an einer Stelle der Magnetpaartasche 33 ausgebildet, an welcher der Umfangssteg 74 die in radialer Richtung bemessene geringste Dicke 92 aufweist. Mit anderen Worten sind die kreisförmig gekrümmten Kanten 84 jeweils an der Stelle der Magnetpaartasche 33 angeordnet, welche einen geringsten radialen Abstand zum Rotoraußendurchmesser und/oder zum Stator 16 aufweist. Die kreisförmig gekrümmten Kanten 84 sind somit jeweils an einem dem Stator 16 nächstgelegenen Außenbereich 85 bzw. einer Außenkante 85 der As clearly shown in FIGS. 2A and 2B, the first edge region 27 and the second edge region 29 of the magnetic pair pocket 33 each have a circularly curved edge 84 and an elliptically curved edge 86 in a cross section through the magnetic pair pocket 33. The circularly curved edge 84 of the first and second edge regions 27, 29 of the magnetic pair pocket 33 is in each case arranged closer to the stator 16 than the respective elliptically curved edge 86 of the first and second edge regions 27, 29. The circularly curved edges 84 of the first and second Edge region 27, 29 or the circularly curved edges 84 of the magnetic pair pocket 33 are each formed at one point of the rotor 28 and / or in each case at a location of the magnetic pair pocket 33, on which the circumferential ridge 74 has the smallest thickness 92 dimensioned in the radial direction. In other words, the circularly curved edges 84 are each arranged at the location of the magnetic pair pocket 33 which has a smallest radial distance to the rotor outer diameter and / or to the stator 16. The circularly curved edges 84 are thus in each case at an outer region 85 closest to the stator 16 and an outer edge 85, respectively
Magnetpaartasche 33 ausgebildet. Die elliptisch gekrümmten Kanten 86 des ersten und zweiten Randbereichs 27, 29 bzw. die elliptisch gekrümmten Kanten 86 der Magnetpaartasche 33 sind jeweils an einer Stelle des Rotors 28 und/oder jeweils an einer Stelle der Magnetpaartasche 33 ausgebildet, an welcher die Radialstege 100, 102 jeweils mit dem Umfangssteg 74 aufeinandertreffen. Die elliptisch gekrümmten Kanten 86 sind jeweils an den Außenkanten 73 bzw. den Außenbereichen 73 der - - Magnetic pair bag 33 is formed. The elliptically curved edges 86 of the first and second edge regions 27, 29 and the elliptically curved edges 86 of the magnetic pair pocket 33 are respectively formed at a location of the rotor 28 and / or at a location of the magnetic pair pocket 33 at which the radial lands 100, 102 each meet with the peripheral ridge 74. The elliptically curved edges 86 are respectively at the outer edges 73 and the outer regions 73 of the - -
Magnetpaartasche 33 ausgebildet. Die elliptisch gekrümmten Kanten 86 können dabei diejenigen Kanten 86 der Magnetpaartasche 33 bezeichnen, welche in Umfangsrichtung den Rändern 65, 67 eines jeden Pols 14 am nächstgelegen sind bzw. welche in Umfangsrichtung am weitesten voneinander beabstandet sind. Ferner können die kreisförmig gekrümmten Kanten 84 und die elliptisch Magnetic pair bag 33 is formed. The elliptically curved edges 86 may in this case denote those edges 86 of the magnetic pair pocket 33 which are closest to the edges 65, 67 of each pole 14 in the circumferential direction or which are spaced furthest apart in the circumferential direction. Furthermore, the circular curved edges 84 and the elliptical
gekrümmten Kanten 86 diejenigen Kanten 84, 86 der Magnetpaartasche 33 bezeichnen, welche dem Stator 16 in radialer Richtung am nächstgelegen sind. curved edges 86 denote those edges 84, 86 of the magnetic pair pocket 33, which are closest to the stator 16 in the radial direction.
Ein Verhältnis eines Radius der kreisförmig gekrümmten Kante 84 zu einem Rotoraußenradius des Rotors beträgt zwischen 0,011 und 0,013, und ein Verhältnis einer großen Halbachse bzw. eines Majorradius der elliptisch gekrümmten Kante 86 zum Rotoraußenradius beträgt zwischen 0,016 und 0,018. A ratio of a radius of the circularly curved edge 84 to a rotor outer radius of the rotor is between 0.011 and 0.013, and a ratio of a major half axis and a major radius of the elliptically curved edge 86 to the rotor outer radius is between 0.016 and 0.018.

Claims

Ansprüche claims
1. Permanent erregte elektrische Maschine (10), aufweisend: 1. Permanently energized electric machine (10), comprising:
einen Stator (16), welcher entlang eines Umfangs des Stators (16)  a stator (16) which extends along a circumference of the stator (16)
nebeneinander angeordnete und jeweils durch einen Zahn (18) des Stators voneinander beabstandete Nuten (20) aufweist, in welchen Nuten (20) jeweils eine Statorwicklung (22) angeordnet ist; und  has juxtaposed and in each case by a tooth (18) of the stator spaced apart grooves (20), in which grooves (20) in each case a stator winding (22) is arranged; and
einen um eine Drehachse (26) relativ zum Stator (16) drehbar gelagerten und konzentrisch zum Stator (16) angeordneten Rotor (28),  a rotor (28) rotatably mounted about an axis of rotation (26) relative to the stator (16) and concentric with the stator (16),
wobei der Rotor (28) pro Pol (14) der elektrischen Maschine (10) jeweils eine erste Magnettasche (34) mit einem darin angeordneten wenigstens einen ersten Magnetelement (36) und eine zweite Magnettasche (38) mit einem darin angeordneten wenigstens einen zweiten Magnetelement (40) aufweist, wobei zwischen einem ersten Rand (65) jeden Pols (14) und der ersten Magnettasche (34) sowie zwischen einem dem ersten Rand (65) in  wherein the rotor (28) per pole (14) of the electrical machine (10) each have a first magnetic pocket (34) with at least one first magnetic element (36) disposed therein and a second magnetic pocket (38) with at least one second magnetic element disposed therein (40), wherein between a first edge (65) of each pole (14) and the first magnet pocket (34) and between a first edge (65) in
Umfangsrichtung gegenüberliegenden zweiten Rand (67) jeden Pols (14) und der zweiten Magnettasche (38) jeweils ein sich in radialer Richtung  Circumferentially opposite second edge (67) of each pole (14) and the second magnet pocket (38) each one in the radial direction
erstreckender Radialsteg (90, 92) des Rotors (28) ausgebildet ist,  extending radial web (90, 92) of the rotor (28) is formed,
wobei der Rotor (28) einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden und die erste Magnettasche (34) sowie die zweite Magnettasche (38) an einem  wherein the rotor (28) has a circumferentially extending and the first magnetic pocket (34) and the second magnetic pocket (38) on a
Außenumfang des Rotors (28) umlaufenden Umfangssteg (74) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass  Outer circumference of the rotor (28) circumferential peripheral web (74), characterized in that
die erste Magnettasche (34) und die zweite Magnettasche (38) eines jeden Pols (14) der elektrischen Maschine (10) in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine miteinander verbunden sind und eine gemeinsame  the first magnet pocket (34) and the second magnet pocket (38) of each pole (14) of the electrical machine (10) are interconnected in the circumferential direction of the electrical machine and have a common magnet pocket
Magnetpaartasche (33) bilden, welche einen ersten Randbereich (27) und einen dem ersten Randbereich (27) in Umfangsrichtung gegenüberliegenden zweiten Randbereich (29) aufweist,  Magnet pair bag (33) form, which has a first edge region (27) and a first edge region (27) in the circumferential direction opposite the second edge region (29),
wobei der erste Randbereich (27) und der zweite Randbereich (29) in einem Querschnitt durch die elektrische Maschine (10) jeweils eine kreisförmig gekrümmte Kante (84) und eine elliptisch gekrümmte Kante (86) aufweisen; wobei die kreisförmig gekrümmten Kanten (84) der Magnetpaartasche (33) jeweils an einer Stelle ausgebildet sind, an welcher der Umfangssteg (74) eine in radialer Richtung bemessene geringste Dicke (92) aufweist; und  wherein the first edge region (27) and the second edge region (29) have in each case a circularly curved edge (84) and an elliptically curved edge (86) in a cross section through the electric machine (10); wherein the circularly curved edges (84) of the magnetic pair pocket (33) are each formed at a location where the peripheral ridge (74) has a radially-dimensioned smallest thickness (92); and
wobei die elliptisch gekrümmten Kanten (86) der Magnetpaartasche (33) jeweils an einer Stelle ausgebildet sind, an welcher die Radialstege (90, 92) jeweils mit dem Umfangssteg (74) aufeinandertreffen. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, wherein the elliptically curved edges (86) of the magnetic pair pocket (33) are each formed at a location where the radial lands (90, 92) meet each other with the peripheral land (74). Electric machine (10) according to claim 1,
wobei ein Verhältnis eines Radius der kreisförmig gekrümmten Kante (84) zu einem Rotoraußenradius des Rotors zwischen 0,011 und 0,013 beträgt; wherein a ratio of a radius of the circularly curved edge (84) to a rotor outer radius of the rotor is between 0.011 and 0.013;
und/oder and or
wobei ein Verhältnis einer großen Halbachse der elliptisch gekrümmten Kante (86) zum Rotoraußenradius zwischen 0,016 und 0,018 beträgt. wherein a ratio of a major half-axis of the elliptically curved edge (86) to the rotor outer radius is between 0.016 and 0.018.
Elektrische Maschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, Electric machine according to one of the preceding claims,
wobei die kleinste in radialer Richtung bemessene Dicke (92) des the smallest radial thickness (92) of the
Umfangssteges (74) zwischen der Magnetpaartasche (33) und einem Peripheral bar (74) between the magnetic pair bag (33) and a
Rotoraußendurchmesser des Rotors (33) zwischen 0,6 mm und 3,0 mm beträgt; und/oder Rotor outer diameter of the rotor (33) is between 0.6 mm and 3.0 mm; and or
wobei ein Verhältnis eines Rotoraußendurchmessers des Rotors (28) zu einer maximalen mechanischen Drehzahl der elektrischen Maschine (10) zwischen 0,01 mm/minA-l und 0,04 mm/minA-l beträgt. wherein a ratio of a rotor outer diameter of the rotor (28) to a maximum mechanical speed of the electric machine (10) between 0.01 mm / min A -l and 0.04 mm / min A -l.
Elektrische Maschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine innere Pollückenbreite (70) der elektrischen Maschine (10) und eine äußere Pollückenbreite (72) jeweils zwischen 0,8 mm und 5,0 mm beträgt; und/oder An electric machine (10) according to any one of the preceding claims, wherein an inner pole gap width (70) of the electric machine (10) and an outer pole gap width (72) are each between 0.8 mm and 5.0 mm; and or
wobei ein Verhältnis der inneren Pollückenbreite (70) der elektrischen Maschine (10) zu der äußeren Pollückenbreite (72) zwischen 0,3 und 1,8 beträgt. wherein a ratio of the inner pole gap width (70) of the electric machine (10) to the outer pole gap width (72) is between 0.3 and 1.8.
Elektrische Maschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis eines Rotorinnendurchmessers des Rotors (28) zu einem Statoraußendurchmesser des Stators (16) zwischen 0,4 und 0,8 beträgt; An electric machine (10) according to any one of the preceding claims, wherein a ratio of a rotor inner diameter of the rotor (28) to a stator outer diameter of the stator (16) is between 0.4 and 0.8;
und/oder and or
wobei der Statoraußendurchmesser zwischen 110 mm und 500 mm beträgt; und/oder wherein the stator outer diameter is between 110 mm and 500 mm; and or
wobei ein Verhältnis eines Statorinnendurchmessers zu einem wherein a ratio of a stator inner diameter to a
Statoraußendurchmesser zwischen 0,6 und 0,9 beträgt. Stator outer diameter is between 0.6 and 0.9.
Elektrische Maschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Stator (16) und der Rotor (28) in radialer Richtung der elektrischen Maschine (10) über einen Luftspalt (62) voneinander beabstandet sind, und wobei ein Verhältnis einer in der radialen Richtung bemessenen Luftspaltdicke (64) des Luftspalts (62) zu einem Statorinnendurchmesser des Stators zwischen 0,003 und 0,04 beträgt; und/oder wobei eine Lochzahl der elektrischen Maschine (10) größer oder gleich 0,5 ist. Electric machine (10) according to one of the preceding claims, wherein the stator (16) and the rotor (28) in the radial direction of the electric machine (10) via an air gap (62) are spaced from each other, and wherein a ratio of one in the radial Direction measured air gap thickness (64) of the air gap (62) to a stator inner diameter of the stator is between 0.003 and 0.04; and or wherein a number of holes of the electric machine (10) is greater than or equal to 0.5.
7. Elektrische Maschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 7. Electrical machine (10) according to one of the preceding claims,
wobei ein Verhältnis einer Magnettaschenhöhe (46) der Magnetpaartasche (33) zu einer Polbedeckung (48) der Magnetpaartasche (33) zwischen 0,03 mm/°el. und 0,041 mm/°el. beträgt; und/oder  wherein a ratio of a magnetic pocket height (46) of the magnetic pair pocket (33) to a pole cover (48) of the magnetic pair pocket (33) is between 0.03 mm / ° el. and 0.041 mm / ° el. is; and or
wobei eine Polbedeckung (52) des ersten Magnetelements (36) und des zweiten Magnetelements (40) zwischen 104 °el. und 126 °el. beträgt.  wherein a Polübereckung (52) of the first magnetic element (36) and the second magnetic element (40) between 104 ° el. and 126 ° el. is.
8. Elektrische Maschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 8. Electrical machine (10) according to one of the preceding claims,
wobei eine Polbedeckung (48) der Magnetpaartasche (33) zwischen 145 °el. und 175 °el. beträgt.  wherein a Polübereckung (48) of the magnetic pair bag (33) between 145 ° el. and 175 ° el. is.
9. Elektrische Maschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 9. Electrical machine (10) according to one of the preceding claims,
wobei das erste Magnetelement (36) und das zweite Magnetelement (40) V- förmig zueinander angeordnet sind; und  wherein the first magnetic member (36) and the second magnetic member (40) are V-shaped to each other; and
wobei ein V-Winkel (58) des ersten Magnetelements (36) und des zweiten Magnetelements (40) jeweils zwischen 5 °mech. und 28,3 °mech. beträgt; und/oder  wherein a V-angle (58) of the first magnetic element (36) and the second magnetic element (40) each between 5 ° mech. and 28.3 ° mech. is; and or
wobei eine Poolpaarzahl der elektrischen Maschine (10) acht beträgt.  wherein a pool pair number of the electric machine (10) is eight.
10. Elektrische Maschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 10. Electrical machine (10) according to one of the preceding claims,
wobei ein Abstand eines des ersten und zweiten Magnetelements zu einer Polmitte (90) des Pols (14) zwischen 0 mm und 7 mm beträgt; und/oder wobei der Stator (16) radial außenliegend ein Joch (24) aufweist, welches die Nuten (20) und die Zähne (18) des Stators (16) in Umfangsrichtung umläuft, wobei ein Verhältnis einer in radialer Richtung bemessenen Dicke (25) des Jochs (24) zu einer in radialer Richtung bemessenen Zahnhöhe (19) der Zähne (18) des Stators (16) zwischen 0,5 und 1,5 beträgt.  wherein a distance of one of the first and second magnetic members to a pole center (90) of the pole (14) is between 0 mm and 7 mm; and / or wherein the stator (16) has radially outwardly a yoke (24) which circumferentially revolves the grooves (20) and the teeth (18) of the stator (16), wherein a ratio of a radially measured thickness (25 ) of the yoke (24) to a radially metered tooth height (19) of the teeth (18) of the stator (16) is between 0.5 and 1.5.
Elektrische Maschine (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, Electric machine (10) according to one of the preceding claims,
wobei ein Verhältnis einer mittleren Zahnbreite der Zähne (18) zu einer in radialer Richtung bemessenen Zahnhöhe (19) der Zähne (18) des Stators (16) zwischen 0,1 und 0,35 beträgt; und/oder wherein a ratio of an average tooth width of the teeth (18) to a radially dimensioned tooth height (19) of the teeth (18) of the stator (16) is between 0.1 and 0.35; and or
wobei ein Verhältnis einer äußeren Nutbreite (80) zu einer inneren Nutbreite (82) der Nuten (20) des Stators (16) zwischen 0,9 und 1,1 beträgt. wherein a ratio of an outer groove width (80) to an inner groove width (82) of the grooves (20) of the stator (16) is between 0.9 and 1.1.
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