WO2018024605A1 - Rotor für eine elektrische maschine sowie elektrische maschine - Google Patents

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WO2018024605A1
WO2018024605A1 PCT/EP2017/069042 EP2017069042W WO2018024605A1 WO 2018024605 A1 WO2018024605 A1 WO 2018024605A1 EP 2017069042 W EP2017069042 W EP 2017069042W WO 2018024605 A1 WO2018024605 A1 WO 2018024605A1
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holding means
rotor core
permanent magnet
electric machine
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PCT/EP2017/069042
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Gurakuq Dajaku
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Feaam Gmbh
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    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures

Definitions

  • the present invention relates to rotors for a
  • the invention relates to electrical machine with such a rotor.
  • electrical machines typically include a stator and a relatively movable rotor.
  • Machines can operate by motor or generator, whereby electrical energy is converted into kinetic energy or vice versa.
  • electrical machines are
  • Permanent magnets equipped rotors have. There are typically two different, essential magnets.
  • the bandage increases an effective air gap between the magnets and a stator surrounding the rotor. This will, for example, a maximum torque of the electric machine and an efficiency of this reduced.
  • iron bridges connecting portions of grooved portions of the rotor core
  • the thickness of the bridges negatively affects an electromagnetic performance of the machine, such as efficiency.
  • so-called stray fluxes can occur more intensively, whereby
  • Main magnetic fluxes are attenuated. Leakage fluxes cause, for example torque losses of the electric machine.
  • iron bridges are provided to ensure the mechanical stability of the rotors. Analogous to above, however, these impair the electromagnetic performance of the machine.
  • An object underlying the present invention is to provide a concept for rotors for electric machines, which in particular for a mechanical
  • the concept is based on the idea to improve the mechanical stability of the rotors by at least one Holding means is provided, which is positively connected to the rotor core and thereby depending on the type of
  • Compound will have a high mechanical ruggedness or
  • the holding means is for example a stiffening mechanical bridge. In other words, it is a stiffening means. In particular, for stability reasons, for example, it is possible to supplement or even replace conventionally necessary iron bridges by one or more holding means. On the other hand, it is also possible, for example, to dispense with the initially mentioned bandage.
  • Permanent magnet and a holding means has.
  • Holding means is positively connected to the rotor core and the permanent magnet is by means of the holding means on the
  • the permanent magnet is mechanically safe and stable. For example, this makes it possible to avoid iron bridges or particularly small design, whereby magnetic leakage fluxes can be avoided or at least reduced.
  • holding is meant that the permanent magnet at least with respect to one direction, for example in
  • the positive connection is preferably formed so that at least two
  • the positive connection is formed, for example, that at least one
  • the rotor core and the holding means each have a form-fitting or counter-form-fitting element, which in terms of their
  • Shapes are matched or adapted to each other to form the positive connection.
  • the rotor core is
  • the positive connection of the holding means with the rotor core a
  • the holding means is connected via a dovetail connection with the rotor core or forms a
  • the rotor core and the holding means have correspondingly matched shapes.
  • the holding means is part of
  • the holding means is formed directly on the permanent magnet or is the
  • Permanent magnet formed integrally with the holding means. This will create a direct mechanical connection of the magnet reached with the rotor core. This significantly increases the
  • mechanical stability of the rotor especially at high rotational speeds of the.
  • buried magnets for example, to attach these particularly close to an outside of the rotor and, for example, to realize particularly thin iron bridges to an edge or to other magnets. It is also conceivable to dispense with one or more iron bridges.
  • the permanent magnet on a further holding means which is connected via a positive connection with the rotor core.
  • the two holding means are integral with the permanent magnet
  • Connection can be connected via the holding means. This also helps to realize particularly thin iron bridges or to dispense with them altogether.
  • the permanent magnet is arranged substantially tangentially buried within the rotor core, wherein a holding means on one of the rotor axis of rotation
  • the holding means is a holding element separate from the permanent magnet.
  • an indirect, positive connection of the permanent magnet enabled with the rotor core is possible.
  • Permanent magnet held by means of the holding member on the rotor For example, the retaining element on one side of the
  • Permanent magnets such as laterally mounted on a magnet outside, arranged positively.
  • the holding element is arranged on a side remote from the rotor axis of rotation of a buried permanent magnet within the rotor core.
  • Retaining element is for example at a radial
  • the holding element is set up for a
  • Holding element provided, wherein the permanent magnet is held positively on the rotor core via the two holding elements.
  • the permanent magnet is arranged between the two holding elements, in particular touching or positive locking.
  • Holding element arranged and / or arranged in the rotor core, that two separate areas of the rotor core are positively connected.
  • a separate retaining element replaces an iron bridge and / or connects the two regions of the rotor core in a form-fitting manner, wherein it can additionally also serve to hold the permanent magnet in a form-fitting manner on the rotor core.
  • Regions are regions of the rotor core that are separated from the rotor axis of rotation with respect to a radial direction, such as through air filled grooves. In other words causes the retaining element in addition a stiffening of the rotor or the rotor core.
  • the holding means provides
  • a stiffening, mechanical bridge for example, a stiffening agent.
  • a separate holding element to a non-magnetic or non-magnetizable material.
  • a separate holding element made of a ceramic material, a plastic material or
  • a retaining means has a groove or a projection and the rotor core has a corresponding counter-holding means, which has a shape for the positive locking, which is formed complementary to the holding means.
  • a groove-projection or tongue and groove connection or the above-mentioned dovetail connection can be produced.
  • the permanent magnet is on an outer side of the rotor core or buried within the
  • Rotor core arranged.
  • burying means having a magnet in a pocket, groove, or recess
  • the recess is formed as a pocket or groove, as
  • Magnet flux obstacle is filled with air.
  • the rotor points Furthermore, a holding means, which is designed as a separate element to the rotor core, wherein the holding means is arranged in a form-fitting manner on the rotor core in the recess, so that two areas separated by the recess of the rotor core are connected by the holding means.
  • Rotor is, for example, a reluctance rotor.
  • the two regions of the rotor core may also be referred to as layers, layers or sections of the rotor core and are arranged in particular with respect to a radial direction with respect to a rotor axis of rotation of the rotor.
  • the holding means can replace, for example, iron bridges that would otherwise have been necessary.
  • the holding means is for example a stiffening mechanical bridge. In other words, it is a stiffening means.
  • the retaining means fills the
  • an electric machine with a rotor according to one of the previously described
  • Embodiments disclosed further comprising a stator, wherein the rotor is movable relative to the stator.
  • the electric machine allows the aforementioned advantages and functions. Further advantages and functions are disclosed in the subclaims and in the following detailed description of exemplary embodiments.
  • FIGS. 7 and 8 show a further electrical machine and a rotor for the electric machine with tangentially buried magnets
  • FIGS. 9 to 11 show schematic partial views of rotors according to various further exemplary embodiments
  • FIG. 12 shows an electric machine with a rotor according to the embodiment of FIG.
  • FIG. 13 shows a schematic view of the rotor of the electric machine according to FIG. 12,
  • FIG. Figures 14 to 17 are schematic partial views of rotors of various other embodiments, Figures 18 and 19, an electric machine and a rotor for the electric machine with V-shaped buried
  • FIGS. 20 to 24 show schematic partial views of rotors according to various further exemplary embodiments
  • Figures 25 and 26 an electric machine and rotor according to the embodiment of Figure 21, Figure 27 a rotor with radially buried
  • Figures 28 to 30 are three schematic partial views of
  • Figures 31 to 43 are schematic (partial) views of
  • Figure 1 shows schematically an embodiment of an electric (synchronous) machine 1 with a stator 2 and a rotor 3.
  • Figure 2 shows the rotor 3 without the stator 2.
  • the rotor 3 is rotatable relative to the stator 2 with respect to a rotor axis 11.
  • Die Electric machine 1 is designed as a synchronous machine.
  • the rotor 3 has a rotor core 4, which is formed as an iron core, and four externally mounted (also called surface mounted) permanent magnet. 5 According to the number and arrangement of the permanent magnets 5, the electric machine 1 has four magnetic poles.
  • the rotor core 4 which is formed as an iron core, and four externally mounted (also called surface mounted) permanent magnet. 5
  • the electric machine 1 has four magnetic poles.
  • Permanent magnets 5 are fixed or held on the rotor core 4 by means of a bandage 6.
  • FIGS. 3 to 6 show various views of rotors 3 according to various embodiments, which are based on the rotor topology shown in FIG. According to Figure 3, each permanent magnet 5 via a
  • each first holding means 9 can be seen as a portion or part of the respective permanent magnet 5, which has a shape for forming the groove 7.
  • each is first
  • Holding means 9 formed as a groove 7 and each first
  • Counter holding means 10 is a projection 8.
  • the grooves 7 are in terms of their shapes to the projections. 8
  • the permanent magnets are each form-fitting according to a dovetail connection
  • a first holding means 9 can be seen as initially mentioned holding means.
  • a first counter-holding means 10 can be seen as a counter-holding means as mentioned above.
  • the embodiment shown in FIG. 4 differs from the rotor shown in FIG. 3 in that the number of the first holding means 9 and the first holding means 9 and 1 respectively
  • Counter means 10 is doubled. That increases the
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment, wherein the permanent magnets 5 do not themselves have a holding means. Rather, in the intermediate regions of two poles between two permanent magnets 5 are each a second
  • Holding means 12 is provided, which is designed as a separate holding element to the magnet 5. A separate one
  • Retaining element can also be referred to as a fixing element.
  • Each second holding means 12 has a projection 8 for cooperation with a corresponding second
  • the interaction of second holding means 12 and second counter-holding means 13 is analogous to the above, in turn, there is a positive connection in the manner of a dovetail joint.
  • the second holding means 12 are formed such that two of them each have a permanent magnet 5
  • the permanent magnets 5 are held indirectly positively by means of the second holding means 12 on the rotor core 4.
  • This embodiment also allows the mentioned advantages of a particularly secure mechanical coupling of the permanent magnets 5 to the rotor core, wherein the effective air gap to the stator 2 can be reduced.
  • the separate retaining elements 12 are not one
  • a second holding means 12 can also be seen as initially mentioned holding means. Furthermore, that applies a second
  • Counterclaim means 13 can also be seen as a counterclaim as mentioned above.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment, wherein the embodiments according to FIGS. 3 and 5 are combined.
  • the permanent magnets 5 have integral first ones
  • Holding means 9 which cooperate with corresponding first holding means 10 of the rotor core 4.
  • Holding means 12 and second counter-holding means 13 are provided. It should be mentioned at this point that here and also in the
  • one or all of the permanent magnets 5 according to FIG. 3 can have a projection 8 which cooperates with grooves 7 introduced into the rotor core 4.
  • the projection 8 which cooperates with grooves 7 introduced into the rotor core 4.
  • FIG. 7 schematically shows a further electric machine 1 with a stator 2 and a rotor 3, which are located in the
  • Rotortopologie differs from the previously described embodiments.
  • Figure 8 shows the rotor 3 without the stator 2.
  • the electric machine 1 is as a synchronous machine with
  • Permanent magnet 5 executed.
  • the permanent magnets 5 are buried within the rotor core 4, substantially
  • the electric machine 1 has four magnetic poles.
  • the permanent magnets 5 are arranged in recesses 14 within the iron rotor core 4, wherein on the side
  • FIG. 9 to 11 show partial views of rotors 3 according to further embodiments. Here, as well as in the following partial views, one of four equal quarters a rotor 3, which corresponds to a magnetic pole of the rotor 3.
  • Permanent magnets 5 one or more first holding means 9, the grooves 7 have.
  • a positive connection to the rotor core 4 is achieved by means of dovetail connection.
  • the iron bridges 16 may be made particularly thin. As a result, in particular magnetic leakage flux at the lateral edges of the magnets 5 can be significantly reduced, which contributes to a higher efficiency of an electric machine.
  • FIGS. 12 and 13 show an electric machine 1 with a completely illustrated rotor 3 according to FIG. 11.
  • FIG. 14 shows a partial view of a rotor 3 according to a further exemplary embodiment, wherein, unlike FIG. 9, the configuration of the first holding means 9 and of the first counter-holding means 10 is disturbed.
  • Figures 15 to 17 show further embodiments of rotors 3. These rotors 3 allow the advantages and functions already mentioned.
  • second holding means 12 are provided, which are separate from the permanent magnets 5
  • the second holding means 12 each connect two areas 18, 19 of the rotor core 4, each second holding means 12 each having two opposite projections 8, which form-fit with second counter-holding means 13 of the rotor core 4
  • the permanent magnet 5 is arranged between the two second holding means 12 and positively
  • each permanent magnet 5 is held positively on the rotor core 4 in order to
  • a holding means 12 also have two grooves 7 or each having a groove 7 or a projection 8 or may be formed accordingly.
  • Figures 16 and 17 show further embodiments of rotors 3, which are formed similarly to the rotor 3 of Figure 6, wherein in addition to second holding means 12 and second counter-holding means 13 and first holding means 9 and first counter holding means 10 are provided, so that a direct positive connection of the permanent magnet 5 with the
  • Rotor core 4 is accomplished.
  • the described exemplary embodiments according to FIGS. 9 to 17 can also be transferred to further rotor topologies for rotors with buried permanent magnets.
  • the described exemplary embodiments according to FIGS. 9 to 17 can also be transferred to further rotor topologies for rotors with buried permanent magnets.
  • Permanent magnets or radially arranged permanent magnets can be implemented, as follows
  • FIGS. 18 and 19 an electric machine 1 and a rotor 3 are shown with permanent magnets 5 arranged in a V-shape.
  • two magnets 5 which are arranged in a V shape and form an outwardly open "V" form a magnetic pole of the rotor 3
  • Analogous to the top iron bridges 16 are to the outer edge of the rotor 3 out, in addition, further iron bridges 20 in the region of the next distance between two permanent magnets 5 of a
  • Figures 20 to 23 show embodiments of rotors 3, which have corresponding features, as have already been described above.
  • Permanent magnets 5 themselves have first holding means 9 with grooves 7, which cooperate with first counter-holding means 10 of the rotor cores 4, the projections 8, positively cooperate.
  • Figures 22 to 24 show further embodiments of rotors 3 in the sense of the previously described embodiments, either separate holding elements alone or in
  • the iron bridges 16 and the other iron bridges 20 can be significantly reduced due to the novel design, about thinner, and / or even completely omitted.
  • FIGS. 25 and 26 show an electric machine 1 and the associated rotor 3 according to that shown in FIG.
  • FIG. 27 shows an embodiment of a rotor 3 according to another rotor topology with buried magnets, wherein four permanent magnets 5 are arranged radially in the rotor core 4.
  • Magnetic flux barriers 15 are again provided, which are formed on a side facing the rotor rotational axis 11 and a side of the permanent magnets 5 facing away from the rotor rotational axis 11.
  • FIGS. 28 to 30 show further exemplary embodiments of rotors 3 with buried permanent magnets 5 according to the topology shown in FIG. 27, again making use of the features already described with regard to the retaining means.
  • Figure 28 are first holding means 9 at the
  • FIG. 30 shows an embodiment in which the features of FIGS. 28 and 29 are analogous to the above embodiments
  • Figures 31 and 32 show two views of a rotor 3, which is designed as a reluctance rotor.
  • a pure reluctance rotor has no permanent magnets.
  • the reluctance rotor 3 has a rotor iron core 4, in the double V-shaped recesses 14 as magnetic flux barriers 15 with missing iron
  • first iron bridges 16 and second iron bridges 20 are introduced. Analogously to above, first iron bridges 16 and second iron bridges 20 are formed, which conventionally provide stability of the rotor 3.
  • FIGS 33 to 43 show further embodiments of reluctance rotors 3 according to the principles already described. It is the rotors 3 common that in the
  • Recesses 14 at least a second holding means 12 is inserted as a holding means which connects through the recesses 14 with respect to the radial direction 17 separate regions 18, 19, 21 of the rotor 3 with respect to the rotor axis of rotation 11.
  • the second holding means 12 are positively engaged with the rotor core 4, in particular with corresponding second counter holding means 13.
  • at least the further, second iron bridges 20 are replaced, while the first iron bridges 16 at the edge of the rotors 3 at least significantly reduced.
  • partially the entire recesses 14 are filled with second holding means 12.
  • the recesses 14 are by casting with the second
  • Holding means 12 partially or completely filled.
  • rotor laminated core is formed for example by a rotor laminated core and all shapes of the rotor core 4 are made for example by punching or appropriate processing of the laminated core.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (3) für eine elektrische Maschine (1), der Rotor aufweisend einen Rotorkern (4), einen Permanentmagneten (5) und ein Haltemittel (9, 12), wobei das Haltemittel (9, 12) formschlüssig mit dem Rotorkern (4) verbunden ist und der Permanentmagnet (5) mittels des Haltemittels (9, 12) an dem Rotorkern (4) gehalten ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen weiteren Rotor (3) sowie eine elektrische Maschine (1).

Description

Beschreibung
ROTOR FÜR EINE ELEKTRISCHE MASCHINE SOWIE ELEKTRISCHE MASCHINE
Die vorliegende Erfindung betrifft Rotoren für eine
elektrische Maschine. Weiterhin betrifft die Erfindung elektrische Maschine mit einem solchen Rotor.
Typischerweise umfassen elektrische Maschinen einen Stator und einen dazu relativ beweglichen Rotor. Elektrische
Maschinen können motorisch oder generatorisch arbeiten, wobe elektrische Energie in Bewegungsenergie oder umgekehrt konvertiert wird. Bei elektrischen Maschinen werden
verschiedene Typen, beispielsweise Synchronmaschinen oder Asynchronmaschinen, unterschieden .
Beispielsweise existieren Synchronmaschinen, die mit
Permanentmagneten bestückte Rotoren haben. Dabei findet man typischerweise zwei unterschiedliche, wesentlichen
Rotortopologien, wobei die Permanentmagneten entweder als vergrabene Permanentmagneten innerhalb eines Rotorkerns angeordnet oder von außen an den Rotorkern
(oberflächenmontierte Permanentmagneten) montiert sind.
Bei oberflächenmontierten Permanentmagneten wird
typischerweise eine Hülle, auch Bandage, zur Fixierung der Magneten benötigt, die zusätzlich vor auftretenden
Zentrifugalkräften schützt, insbesondere bei hohen
Rotorgeschwindigkeiten. Die Bandage vergrößert jedoch einen effektiven Luftspalt zwischen den Magneten und einem den Rotor umgebenden Stator. Dadurch werden beispielsweise ein maximales Drehmoment der elektrischen Maschine sowie einen Wirkungsgrad dieser reduziert.
Bei Maschinen mit vergrabenen Magneten, bei denen
verschiedenste Topologien existieren, werden typischerweise "Eisenbrücken" (Verbindungsabschnitte genuteter Bereiche des Rotorkerns) vorgesehen, die für eine mechanische Stabilität des Rotors sorgen. Je dicker diese Eisenbrücken sind, desto vorteilhafter wirkt sich dies auf eine mechanische Stabilität des Rotors aus. Jedoch wirkt sich die Dicke der Brücken negativ auf eine elektromagnetische Leistungsfähigkeit der Maschine, etwa den Wirkungsgrad, aus. Insbesondere können verstärkt sogenannte Streuflüsse auftreten, wobei
Hauptmagnetflüsse abgeschwächt werden. Streuflüsse bewirken beispielsweise Drehmomentverluste der elektrischen Maschine.
Auch bei synchronen Reluktanzmaschinen, die typischerweise mehrere luftgefüllte Magnetbarrieren verschiedenster
Ausprägungen aufweisen, sind Eisenbrücken vorgesehen, um die mechanische Stabilität der Rotoren zu gewährleisten. Analog zu oben, beinträchtigen diese jedoch die elektromagnetische Leistungsfähigkeit der Maschine.
Eine Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Konzept für Rotoren für elektrische Maschinen anzugeben, welches insbesondere zu einer mechanischen
Stabilität des Rotors beiträgt unter gleichzeitiger
Verbesserung elektromagnetischer Eigenschaften der Maschine, etwa der einer Drehmomentdichte und/oder einer
Drehmomenteffizienz.
Das Konzept basiert auf der Idee, die mechanische Stabilität der Rotoren dadurch zu verbessern, dass zumindest ein Haltemittel vorgesehen ist, welches formschlüssig mit dem Rotorkern verbunden ist und dabei je nach Typ der
elektrischen Maschine entweder dazu beiträgt, einen
Permanentmagneten formschlüssig an dem Rotor zu halten bzw. zu befestigen und/oder zwei Rotorbereiche, die durch eine Nut oder einen Luftspalt getrennt sind, formschlüssig zu
verbinden. Aufgrund der formschlüssigen, mechanischen
Verbindung wird eine hohe mechanische Robustheit oder
Festigkeit erreicht. Das Haltemittel stellt beispielsweise eine versteifende, mechanische Brücke dar. Mit anderen Worten handelt es sich um ein Versteifungsmittel. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, aus Stabilitätsgründen herkömmlich nötige Eisenbrücken durch ein oder mehrere Haltemittel zu ergänzen oder sogar zu ersetzen. Andererseits ist es ebenso möglich, beispielsweise auf die eingangs erwähnte Bandage zu verzichten .
Gemäß einem Aspekt wird ein Rotor für eine elektrische
Maschine offenbart, welcher einen Rotorkern, einen
Permanentmagneten und ein Haltemittel aufweist. Das
Haltemittel ist formschlüssig mit dem Rotorkern verbunden und der Permanentmagnet ist mittels des Haltemittels an dem
Rotorkern gehalten. Mit anderen Worten ist der Permanentmagnet durch
Zusammenwirken des Haltemittels mit dem Rotorkern
formschlüssig mit dem Rotorkern verbunden oder an diesem gehalten. Dadurch wird dazu beigetragen, eine mechanische Stabilität des Rotors zu erhöhen. Weiterhin wird dazu
beigetragen, dass der Permanentmagnet mechanisch sicher und stabil gehalten wird. Beispielsweise ist dadurch ermöglicht, Eisenbrücken zu vermeiden oder besonders klein auszugestalten, wodurch magnetische Streuflüsse vermieden oder zumindest reduziert werden können.
Unter "Halten" wird verstanden, dass der Permanentmagnet zumindest bezüglich einer Richtung, beispielsweise in
radialer Richtung bezogen auf eine Rotordrehachse,
formschlüssig gehalten wird. Die formschlüssige Verbindung ist bevorzugt so ausgebildet, dass zumindest zwei
Freiheitsgrade einer Relativbewegung zwischen Permanentmagnet und Rotorkern unterbunden sind. Die formschlüssige Verbindung ist beispielsweise so ausgebildet, dass zumindest eine
Hinterschneidung der für den Formschluss ineinander
greifenden Elemente vorliegt. Mit anderen Worten weisen der Rotorkern und das Haltemittel jeweils ein Formschluss- bzw. Gegenformschlusselement auf, die hinsichtlich ihrer
Formgebungen aufeinander zum Bilden des Formschlusses abgestimmt oder angepasst sind. Der Rotorkern ist
typischerweise ein Eisenkern oder weist Eisenmaterial auf.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die formschlüssige Verbindung des Haltemittels mit dem Rotorkern eine
Schwalbenschwanzverbindung auf. Mit anderen Worten ist das Haltemittel über eine Schwalbenschwanzverbindung mit dem Rotorkern verbunden oder bildet eine
Schwalbenschwanzverbindung aus. Beispielsweise weisen der Rotorkern und das Haltemittel entsprechend aufeinander abgestimmte Formgebungen auf.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Haltemittel Teil des
Permanentmagneten. Mit anderen Worten ist das Haltemittel direkt an dem Permanentmagneten angeformt bzw. ist der
Permanentmagnet einstückig mit dem Haltemittel ausgebildet. Dadurch wird eine direkte mechanische Verbindung des Magneten mit dem Rotorkern erreicht. Dies erhöht erheblich die
mechanische Stabilität des Rotors, insbesondere bei hohen Drehgeschwindigkeiten dessen. Beispielsweise kann dadurch auf die Bandage bei außenmontierten Magneten verzichtet werden. Andererseits ist es beispielsweise bei vergrabenen Magneten möglich, diese besonders nah an eine Außenseite des Rotors anzubringen und beispielsweise besonders dünne Eisenbrücken zu einem Rand oder zu anderen Magneten hin zu realisieren. Es ist auch denkbar, auf ein oder mehrere Eisenbrücken zu verzichten.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Permanentmagnet ein weiteres Haltemittel auf, welches über einen Formschluss mit dem Rotorkern verbunden ist. Beispielsweise sind die beiden Haltemittel einstückig mit dem Permanentmagnet
gebildet, etwa angeordnet auf gegenüberliegenden Seiten.
Dadurch können beispielsweise zwei Bereiche des Rotorkerns über den Permanentmagneten und dessen formschlüssige
Verbindung über die Haltemittel verbunden werden. Auch das trägt dazu bei, besonders dünne Eisenbrücken zu realisieren oder auf diese gänzlich zu verzichten.
Beispielsweise ist der Permanentmagnet im Wesentlichen tangential innerhalb des Rotorkerns vergraben angeordnet, wobei ein Haltemittel auf einer der Rotordrehachse
zugewandten Seite des Magneten angeordnet ist und das weitere Haltemittel auf einer der Rotordrehachse abgewandten Seite des Permanentmagneten. Dadurch werden die zuvor erwähnten Vorteile und Funktionen ermöglicht.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Haltemittel ein zu dem Permanentmagneten separates Halteelement. Dadurch wird eine mittelbare, formschlüssige Verbindung des Permanentmagneten mit dem Rotorkern ermöglicht. Beispielsweise ist der
Permanentmagnet mittels des Halteelements am Rotor gehalten. Beispielsweise ist das Halteelement an einer Seite des
Permanentmagneten, etwa seitlich bei einem außen montieren Magneten, formschlüssig angeordnet. Beispielsweise ist das Halteelement an einer von der Rotordrehachse abgewandten Seite eines vergrabenen Permanentmagneten innerhalb des Rotorkerns angeordnet. Eine solche Anordnung des
Halteelements ist beispielsweise bei einem radial
angeordneten vergrabenen Permanentmagneten vorteilhaft.
Optional ist das Halteelement eingerichtet für eine
Versteifung des Rotors bzw. des Rotorkerns zu sorgen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein weiteres
Haltemittel als ein zu dem Permanentmagneten separates
Halteelement vorgesehen, wobei der Permanentmagnet über die beiden Halteelemente an dem Rotorkern formschlüssig gehalten ist. Insbesondere ist der Permanentmagnet zwischen beiden Halteelementen angeordnet, insbesondere berührend oder formschlüssig. Zusätzlich oder alternativ ist der
Permanentmagnet zwischen beiden Halteelementen eingeklemmt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein separates
Halteelement so eingerichtet und/oder in dem Rotorkern angeordnet, dass zwei getrennte Bereiche des Rotorkerns formschlüssig verbunden sind. Beispielsweise ersetzt ein separates Halteelement eine Eisenbrücke und/oder verbindet die zwei Bereiche des Rotorkerns formschlüssig, wobei es zusätzlich auch dazu dienen kann, den Permanentmagneten an dem Rotorkern formschlüssig zu halten. Die getrennten
Bereiche sind Bereiche des Rotorkerns, die bezüglich einer radialen Richtung ausgehend von der Rotordrehachse getrennt sind, etwa durch mit Luft gefüllte Nuten. Mit anderen Worten bewirkt das Halteelement zusätzlich eine Versteifung des Rotors bzw. des Rotorkerns. Das Haltemittel stellt
beispielsweise eine versteifende, mechanische Brücke dar. Mit anderen Worten handelt es sich um ein Versteifungsmittel.
Gemäß einer Ausgestaltung weist ein separates Halteelement ein nichtmagnetisches oder nichtmagnetisierbares Material auf. Beispielsweise ist ein separates Halteelement aus einem Keramikwerkstoff, einem KunststoffWerkstoff oder
Aluminiumwerkstoff gefertigt.
Gemäß einer Ausgestaltung weist ein Haltemittel eine Nut oder eine Vorsprung auf und der Rotorkern ein korrespondierendes Gegenhaltemittel , welches für den Formschluss eine Formgebung aufweist, die komplementär zu dem Haltemittel ausgebildet ist. Damit lässt sich eine Nut-Vorsprung- bzw. Nut-Feder- Verbindung oder die oben erwähnte Schwalbenschwanzverbindung herstellen . Gemäß einer Ausgestaltung ist der Permanentmagnet an einer Außenseite des Rotorkerns oder vergraben innerhalb des
Rotorkerns angeordnet. Vergraben bedeutet beispielsweise, dass ein Magnet in einer Tasche, Nut, Ausnehmung oder
Aussparung des Rotorkerns angeordnet ist. Bei solchen
Topologien werden die genannten Vorteile und Funktionen beispielsweise ermöglicht.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Rotor für eine
elektrische Maschine offenbart, der einen Rotorkern mit zumindest einer Ausnehmung aufweist, die als
Magnetflussbarriere ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Ausnehmung als Tasche oder Nut geformt, die als
Magnetflusshindernis mit Luft gefüllt ist. Der Rotor weist weiter ein Haltemittel auf, welches als zu dem Rotorkern separates Halteelement ausgebildet ist, wobei das Haltemittel formschlüssig an dem Rotorkern in der Ausnehmung angeordnet ist, so dass zwei durch die Ausnehmung getrennte Bereiche des Rotorkerns durch das Haltemittel verbunden sind. Bei dem
Rotor handelt es sich beispielsweise um einen Reluktanzrotor. Die beiden Bereiche des Rotorkerns können auch als Lagen, Schichten, oder Abschnitte des Rotorkerns bezeichnet werden und sind insbesondere bezogen auf eine radiale Richtung bezüglich einer Rotordrehachse des Rotors angeordnet.
Durch das Halteelement und die Verbindung der getrennten Bereiche wird die mechanische Stabilität des Rotors besonders erhöht. Insbesondere kann das Haltemittel beispielsweise Eisenbrücken ersetzen, die ansonsten notwendig gewesen wären. Das Haltemittel stellt beispielsweise eine versteifende, mechanische Brücke dar. Mit anderen Worten handelt es sich um ein Versteifungsmittel. Gemäß einer Ausgestaltung füllt das Haltemittel die
Ausnehmung vollständig aus. Das Ausfüllen bezieht sich zumindest auf eine Ebene, normal zu einer Rotordrehachse. Dadurch können die magnetischen Eigenschaften, ein
Wirkungsgrad der Maschine und vor allem die mechanische
Robustheit erheblich verbessert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine mit einem Rotor nach einem der vorher beschriebenen
Ausgestaltungen offenbart, die weiter ein Stator aufweist, wobei der Rotor relativ zu dem Stator beweglich ist. Die elektrische Maschine ermöglicht die vorgenannten Vorteile und Funktionen . Weitere Vorteile und Funktionen sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen offenbart.
Die Ausführungsbeispiele werden unter Zuhilfenahme der angehängten Figuren nachfolgend beschrieben. Gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Aus Gründen der
Übersichtlichkeit sind nicht alle gezeigten und schon
beschriebenen Merkmale stets mit einem Bezugszeichen
versehen .
In den Figuren zeigen:
Figuren 1 und 2 eine elektrische Maschine und einen Rotor für die elektrische Maschine mit Oberflächenmagneten,
Figuren 3 bis 6 verschiedene schematische Ansichten von
Rotoren mit außenmontierten Permanentmagneten gemäß
Ausführungsbeispielen der Erfindung,
Figuren 7 und 8 eine weitere elektrische Maschine und einen Rotor für die elektrische Maschine mit tangential vergrabenen Magneten,
Figuren 9 bis 11 schematische Teilansichten von Rotoren gemäß verschiedener weiterer Ausführungsbeispiele,
Figur 12 eine elektrische Maschine mit einem Rotor gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur
Figur 13 schematische Ansicht des Rotor der elektrischen Maschine gemäß Figur 12, Figuren 14 bis 17 schematische Teilansichten von Rotoren verschiedener weiterer Ausführungsbeispiele, Figuren 18 und 19 eine elektrische Maschine und einen Rotor für die elektrische Maschine mit V-förmig vergrabenen
Magneten,
Figuren 20 bis 24 schematischen Teilansichten von Rotoren gemäß verschiedener weiterer Ausführungsbeispiele,
Figuren 25 und 26 eine elektrische Maschine und Rotor gemäß der Ausführungsform nach Figur 21, Figur 27 ein Rotor mit radial vergraben
angeordneten Permanentmagneten,
Figuren 28 bis 30 drei schematische Teilansichten von
Rotoren mit radialer Anordnung von Permanentmagneten gemäß verschiedener weiterer Ausführungsbeispiele,
Figuren 31 bis 43 schematische (Teil-) Ansichten von
Reluktanzrotoren gemäß verschiedener weiterer
Ausführungsbeispiele .
Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen ( Synchron- ) Maschine 1 mit einem Stator 2 und einem Rotor 3. Figur 2 zeigt den Rotor 3 ohne den Stator 2. Der Rotor 3 ist relativ zu dem Stator 2 drehbar bezüglich einer Rotordrehachse 11. Die elektrische Maschine 1 ist als Synchronmaschine ausgeführt. Der Rotor 3 hat einen Rotorkern 4, der als Eisenkern ausgebildet ist, und vier außenmontierte (auch oberflächenmontiert genannt) Permanentmagneten 5. Entsprechend der Anzahl und Anordnung der Permanentmagneten 5 hat die elektrische Maschine 1 vier Magnetpole. Die
Permanentmagneten 5 sind an dem Rotorkern 4 mittels einer Bandage 6 fixiert oder gehalten.
Figuren 3 bis 6 zeigen verschiedene Ansichten von Rotoren 3 gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele, die auf der in Figur 2 gezeigten Rotortopologie basieren. Gemäß Figur 3 ist jeder Permanentmagnet 5 über eine
formschlüssige Verbindung direkt mechanisch mit dem Rotorkern 4 verbunden. Hierzu weist jeder Permanentmagnet 5 ein erstes Haltemittel 9 auf, welches mechanisch mit einem
entsprechenden ersten Gegenhaltemittel des Rotorkerns 4 zusammenwirkt. Das erste Haltemittel 9 weist eine Nut 7 auf, während das erste Gegenhaltemittel 10 einen Vorsprung 8 aufweist, der in die jeweilige Nut 7 eingreift. Mit anderen Worten ist jedes erste Haltemittel 9 als ein Abschnitt oder Teil des jeweiligen Permanentmagneten 5 zu sehen ist, welcher eine Formgebung zur Bildung der Nut 7 hat. Demgegenüber hat der Rotorkern 4 die ersten Gegenhaltemittel 10, die
entsprechende Formgebungen zur Bildung der Vorsprünge 8 aufweist. Mit wieder andern Worten ist jedes erste
Haltemittel 9 als Nut 7 ausgebildet und jedes erste
Gegenhaltemittel 10 ist ein Vorsprung 8. Die Nuten 7 sind hinsichtlich ihrer Formgebungen an die Vorsprünge 8
angepasst, so dass diese ineinander formschlüssig eingreifen können. Gemäß Figur 3 sind die Permanentmagneten jeweils gemäß einer Schwalbenschwanzverbindung formschlüssig
mechanisch verbunden. Im verbundenen Zustand sind zumindest zwei (translatorische) Freiheitsgrade durch die Ausgestaltung des Formschlusses unterbunden. Hier und auch im Folgenden gilt, dass ein erstes Haltemittel 9 als eingangs erwähntes Haltemittel gesehen werden kann. Weiterhin gilt, dass ein erstes Gegenhaltemittel 10 als Gegenhaltemittel wie eingangs erwähnt gesehen werden kann.
Diese Ausführung ermöglicht die eingangs genannten Vorteile und Funktionen. Insbesondere werden ein Wirkungsgrad einer elektrischen Maschine mit einem solchen Rotor 3 verbessert, da auf die außen um die Magneten 5 geführte Bandage 6 verzichtet werden kann. Dadurch wird der effektive Luftspalt zwischen Stator 2 und Rotor 3 verringert. Weiterhin sind die Magneten 5 mechanisch besonders sicher an dem Rotorkern 4 gehalten. Dies trägt zu einer mechanischen Stabilität des Rotors 3 bei.
Die in Figur 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich gegenüber dem in Figur 3 gezeigten Rotor dahingehend, dass die Zahl der ersten Haltemittel 9 bzw. ersten
Gegenhaltemittel 10 verdoppelt ist. Das erhöht die
mechanische Sicherheit und Robustheit des Rotors 3.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei die Permanentmagneten 5 nicht selbst ein Haltemittel aufweisen. Vielmehr sind in Zwischenbereichen zweier Pole zwischen zwei Permanentmagneten 5 jeweils ein zweites
Haltemittel 12 vorgesehen, welches als zu den Magneten 5 separates Halteelement ausgebildet ist. Ein separates
Halteelement kann auch als Fixierelement bezeichnet werden. Jedes zweite Haltemittel 12 weist einen Vorsprung 8 zum Zusammenwirken mit einem entsprechenden zweiten
Gegenhaltemittel 13 des Rotorkerns 4 auf, wobei das weitere Gegenhaltemittel 13 eine Nut 7 aufweist. Das Zusammenwirken von zweiten Haltemitteln 12 und zweiten Gegenhaltemitteln 13 erfolgt analog zu oben, wobei wiederum ein Formschluss nach Art einer Schwalbenschwanzverbindung vorliegt. Die zweiten Haltemittel 12 sind so ausgebildet, dass jeweils zwei von ihnen einen Permanentmagneten 5
formschlüssig an dem Rotorkern 4 halten. Insofern sind die Permanentmagneten 5 mittelbar formschlüssig mittels der zweiten Haltemittel 12 an dem Rotorkern 4 gehalten. Auch diese Ausführung ermöglicht die genannten Vorteile einer besonders sicheren mechanischen Kopplung der Permanentmagnete 5 an den Rotorkern, wobei der effektive Luftspalt zum Stator 2 reduziert werden kann.
Die separaten Halteelemente 12 sind aus einem nicht
magnetischen Material, etwa aus einem Keramikwerkstoff,
Kunststoffwerkstoff oder Aluminiumwerkstoff, hergestellt. Die Halteelemente tragen dazu bei, dass magnetische Streuflüsse, insbesondere zwischen den Magnetpolen, vermieden werden. Hier und auch im Folgenden gilt, dass ein zweites Haltemittel 12 ebenfalls als eingangs erwähntes Haltemittel gesehen werden kann. Weiterhin gilt, dass ein zweites
Gegenhaltemittel 13 ebenfalls als Gegenhaltemittel wie eingangs erwähnt gesehen werden kann.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei die Ausführungsformen gemäß Figuren 3 und 5 kombiniert sind.
Demzufolge haben die Permanentmagnete 5 integrale erste
Haltemittel 9, die mit entsprechenden ersten Haltemitteln 10 des Rotorkerns 4 zusammenwirken. Zudem sind zweite
Haltemittel 12 und zweite Gegenhaltemittel 13 vorgesehen. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass hier und auch im
Folgenden das Zusammenwirken der Vorsprünge 8 mit den Nuten 7 auch wahlweise vertauscht ausgeführt sein kann.
Beispielsweise können ein oder alle Permanentmagneten 5 gemäß Figur 3 einen Vorsprung 8 aufweisen, der mit in den Rotorkern 4 eingebrachten Nuten 7 zusammenwirkt. Ebenso kann der
Formschluss mit den Haltemitteln auch über andere
geometrische Formgestaltungen erreicht werden. Figur 7 zeigt schematisch eine weitere elektrische Maschine 1 mit einem Stator 2 und einem Rotor 3, die sich in der
Rotortopologie zu den zuvor beschriebenen Ausführungen unterscheidet. Figur 8 zeigt den Rotor 3 ohne den Stator 2. Die elektrische Maschine 1 ist als Synchronmaschine mit
Permanentmagneten 5 ausgeführt. Die Permanentmagnete 5 sind vergraben innerhalb des Rotorkerns 4, im Wesentlichen
tangential angeordnet. Entsprechend der Anzahl und Anordnung der Permanentmagneten 5 hat die elektrische Maschine 1 vier Magnetpole .
Die Permanentmagneten 5 sind in Ausnehmungen 14 innerhalb des Eisen-Rotorkerns 4 angeordnet, wobei an seitlich
gegenüberliegenden Enden Magnetflussbarrieren 15 anschließen, welche als luftgefüllte Hohlräume realisiert sind. Eine
Stabilität des Rotors 3 wird über sogenannte Eisenbrücken 16 sichergestellt, die einen dünnsten Bereich des Rotorkerns 4 zwischen einer Außenseite und den Magnetflussbarrieren 15 definieren bzw. den Ausnehmungen 14 definieren. Figuren 9 bis 11 zeigen Teilansichten von Rotoren 3 gemäß weiterer Ausführungsbeispiele. Dabei ist hier wie auch bei folgenden Teilansichten eines von vier gleichen Vierteln eines Rotors 3 gezeigt, welches einem Magnetpol des Rotors 3 entspricht .
Analog zu oben weisen die in Figuren 9 bis 11 gezeigten
Permanentmagneten 5 ein oder mehrere erste Haltemittel 9 auf, die Nuten 7 aufweisen. Wie oben wird ein Formschluss zu dem Rotorkern 4 mittels Schwalbenschwanzverbindung erreicht.
Aufgrund des Formschlusses und der dadurch gewonnenen
mechanischen Stabilität des Rotors 3, können insbesondere die Eisenbrücken 16 besonders dünn ausgestaltet sein. Dadurch können vor allem magnetische Streuflüsse an den seitlichen Rändern der Magnete 5 erheblich reduziert werden, was zu einem höheren Wirkungsgrad einer elektrischen Maschine beiträgt .
Hervorzuheben ist bei der Ausführungsform gemäß Figur 11, dass durch das Vorsehen von ersten Haltemitteln 9 auf zwei gegenüberliegenden Seiten eines Permanentmagnets 5 bezüglich einer radialen Richtung 17 ausgehend von der Rotordrehachse 11, ein erster Bereich 18 und ein zweiter Bereich 19 des Rotorkerns 4, die durch die Ausnehmung 14 und somit einen Permanentmagnet 5 getrennt sind, mechanisch verbunden werden. Das trägt erheblich zur mechanischen Festigkeit des Rotors 3, insbesondere bei hohen Rotordrehzahlen in einem Betrieb bei.
Figuren 12 und 13 zeigen eine elektrische Maschine 1 mit einem vollständig dargestellten Rotor 3 nach Figur 11.
Figur 14 zeigt eine Teilansicht eines Rotors 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zu Figur 9 die Ausgestaltung des ersten Haltemittels 9 und des ersten Gegenhaltemittels 10 verstauscht ist. Figuren 15 bis 17 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Rotoren 3. Auch diese Rotoren 3 ermöglichen die bereits erwähnten Vorteile und Funktionen. In Figur 15 sind ähnlich zu Figur 5 zweite Haltemittel 12 vorgesehen, die separat zu den Permanentmagneten 5
ausgebildet sind. Diese weisen beispielsweise wie oben ein nicht magnetisches Material auf und sind formschlüssig an gegenüberliegenden Schmalseiten (lateralen Seiten) eines Permanentmagnets 5 angeordnet mit dem Rotorkern 4 verbunden. Wie bereits mit Hinblick auf Figur 11 beschrieben, verbinden die zweiten Haltemittel 12 jeweils zwei Bereiche 18, 19 des Rotorkerns 4, wobei jedes zweite Haltemittel 12 jeweils zwei gegenüberliegende Vorsprünge 8 aufweist, die formschlüssig mit zweiten Gegenhaltemitteln 13 des Rotorkerns 4
zusammenwirken. Der Permanentmagnet 5 ist zwischen den beiden zweiten Haltemitteln 12 angeordnet und formschlüssig
gehalten, beispielsweise geklemmt. Weiterhin tragen die zweiten Haltemittel 12 dazu bei, dass jeder Permanentmagnet 5 formschlüssig an dem Rotorkern 4 gehalten ist, um
beispielsweise Fliehkräfte im Betrieb, insbesondere bei hohen Drehzahlen des Rotors 3, besser aufgenommen werden können. Die separaten Halteelemente 12 versteifen den Rotor 3. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass ein Haltemittel 12 auch zwei Nuten 7 oder jeweils eine Nut 7 oder einen Vorsprung 8 haben oder entsprechend ausgebildet sein können.
Figuren 16 und 17 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Rotoren 3, die ähnlich zu dem Rotor 3 der Figur 6 ausgebildet sind, wobei zusätzlich neben zweiten Haltemitteln 12 und zweiten Gegenhaltemittel 13 auch erste Haltemittel 9 und erste Gegenhaltemittel 10 vorgesehen sind, so dass auch ein direkter Formschluss der Permanentmagneten 5 mit dem
Rotorkern 4 bewerkstelligt ist.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 9 bis 17 lassen sich auch auf weitere Rotor-Topologien für Rotoren mit vergrabenen Permanentmagneten übertragen. Neben den
beschriebenen, tangential angeordneten Magneten sind die beschriebenen Lösungen auch bei Rotoren mit V-förmige
Permanentmagneten oder radial angeordneten Permanentmagneten (sogenannte Spoke-Magnete) umsetzbar, wie nachfolgend
beschrieben .
Beispielsweise in Figuren 18 und 19 sind eine elektrische Maschine 1 und ein Rotor 3 gezeigt mit V-förmig angeordneten Permanentmagneten 5. Dabei stellen immer zwei V-förmig angeordnete Magneten 5, die ein nach außen geöffnetes "V" bilden, einen Magnetpol des Rotors 3 dar. Analog zu oben finden sich Eisenbrücken 16 zum äußeren Rand des Rotors 3 hin, wobei zusätzlich weitere Eisenbrücken 20 im Bereich des nächsten Abstandes zweier Permanentmagneten 5 eines
Magnetpols vorgesehen sind.
Figuren 20 bis 23 zeigen Ausführungsbeispiele von Rotoren 3, die entsprechende Merkmale aufweisen, wie sie bereits zuvor beschrieben worden sind.
So zeigen Figuren 20 und 21 Rotoren 3, bei denen die
Permanentmagnete 5 selbst erste Haltemittel 9 mit Nuten 7 aufweisen, die entsprechend mit ersten Gegenhaltemitteln 10 der Rotorkerne 4, die Vorsprünge 8 aufweisen, formschlüssig zusammenwirken . Figuren 22 bis 24 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Rotoren 3 im Sinne der zuvor beschriebenen Ausführungen, wobei entweder separate Halteelemente alleine oder in
Kombination mit ersten Haltemitteln 9 der Permanentmagnete 5 vorgesehen sind.
Dabei gilt für die Figuren 20 bis 24, dass die Eisenbrücken 16 und die weiteren Eisenbrücken 20 aufgrund der neuartigen Ausgestaltung deutlich verringert, etwa dünner, und/oder sogar ganz weggelassen werden können.
Figuren 25 und 26 zeigen eine elektrische Maschine 1 und den zugehörigen Rotor 3 gemäß dem in Figur 21 gezeigten
Ausführungsbeispiel .
Figur 27 zeigt eine Ausführungsform eines Rotors 3 gemäß einer weiteren Rotortopologie mit vergrabenen Magneten, wobei vier Permanentmagnete 5 radial im Rotorkern 4 angeordnet sind. Wiederum sind Magnetflussbarrieren 15 vorgesehen, die auf einer der Rotordrehachse 11 zugewandten Seite und einer der Rotordrehachse 11 abgewandten Seite der Permanentmagneten 5 ausgebildet sind.
Figuren 28 bis 30 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Rotoren 3 mit vergrabenen Permanentmagneten 5 gemäß der in Figur 27 gezeigten Topologie, wobei wieder auf die bereits beschriebenen Merkmale mit Hinblick auf die Haltemittel zurückgegriffen ist. In Figur 28 sind erste Haltemittel 9 an der der
Rotordrehachse 11 zugewandten Seite jedes Permanentmagneten 5 vorgesehen, die in beschriebener Weise formschlüssig mit dem Rotorkern 4 zusammenwirken. In Figur 29 sind zweite Haltemittel 12 als separate Halteelemente in beschriebener Art und Weise vorgesehen. Figur 30 zeigt eine Ausführungsform, in der die Merkmale der Figuren 28 und 29 analog zu obigen Ausführungsformen
kombiniert sind.
Auch die Rotoren 3 der Figuren 28 bis 30 ermöglichen die beschriebenen Vorteile und Funktionen.
Figuren 31 und 32 zeigen zwei Ansichten eines Rotors 3, der als Reluktanzrotor ausgebildet ist. Ein reiner Reluktanzrotor hat keine Permanentmagnete. Der Reluktanzrotor 3 weist einen Rotoreisenkern 4 auf, in den doppelt V-förmige Ausnehmungen 14 als Magnetflussbarrieren 15 mit fehlendem Eisen
eingebracht sind. Analog zu oben sind erste Eisenbrücken 16 und zweite Eisenbrücken 20 ausgebildet, die herkömmlich für eine Stabilität des Rotors 3 sorgen.
Die Figuren 33 bis 43 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Reluktanzrotoren 3 entsprechend der bereits beschriebenen Prinzipien. Dabei ist den Rotoren 3 gemein, dass in die
Ausnehmungen 14 zumindest ein zweites Haltemittel 12 als Haltemittel eingefügt ist, welches durch die Ausnehmungen 14 bezüglich der radialen Richtung 17 getrennte Bereiche 18, 19, 21 des Rotors 3 bezüglich der Rotordrehachse 11 verbindet. Die zweiten Haltemittel 12 sind dabei wie bereits zuvor beschrieben formschlüssig im Eingriff mit dem Rotorkern 4, insbesondere mit entsprechenden zweiten Gegenhaltemitteln 13. Dabei sind in jedem der gezeigten Ausführungsbeispiele zumindest die weiteren, zweiten Eisenbrücken 20 ersetzt, während die ersten Eisenbrücken 16 am Rand der Rotoren 3 zumindest deutlich verringert sind. Weiterhin ist erkenntlich, dass teilweise die gesamten Ausnehmungen 14 mit zweiten Haltemitteln 12 gefüllt sind. Beispielsweise sind die Ausnehmungen 14 mittels Gießverfahren mit den zweiten
Haltemitteln 12 teilweise oder vollständig gefüllt.
Hervorzuheben ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 43, dass die Bereiche 18, 19 und 21 des Rotorkerns 4 voneinander vollständig getrennt sind, ergo nicht durch Eisenbrücken oder andere Abschnitte des Rotorkerns 4 oder dessen Eisenmaterial verbunden sind. Vielmehr sind die Bereiche 18, 19 und 21 ausschließlich über die Haltemittel 12 formschlüssig,
mechanisch verbunden. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass der Rotorkern 4
beispielsweise durch ein Rotor-Blechpaket gebildet ist und sämtliche Formgebungen des Rotorkerns 4 beispielsweise durch Stanzen oder entsprechender Bearbeitung des Blechpakets hergestellt sind.
Sämtlichen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das generelle Prinzip gemein, dass Haltemittel vorgesehen sind, die formschlüssig mit dem Rotorkern verbunden sind. Dadurch wird einerseits eine mechanische Robustheit der Rotoren erhöht, ohne wie eingangs erwähnt, magnetische Eigenschaften und damit verbunden Wirkungsgrade elektrischer Maschinen zu schwächen. Vielmehr werden letztere sogar verbessert.
Die Merkmale der beschriebenen und gezeigten
Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar. Bezugs zeichenliste
1 elektrische Maschine
2 Stator
3 Rotor
4 Rotorkern
5 Permanentmagnet
6 Bandage
7 Nut
8 Vorsprung
9 erstes Haltemittel
10 erste Gegenhaltemittel
11 Rotordrehachse
12 zweites Haltemittel
13 zweites Gegenhaltemittel
14 Ausnehmung
15 Magnetflussbarriere
16 Eisenbrücke
17 radiale Richtung
18 erster Bereich
19 zweiter Bereich
20 weitere Eisenbrücke
21 dritte Bereich

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (3) für eine elektrische Maschine (1), der Rotor aufweisend einen Rotorkern (4), einen Permanentmagneten (5) und mindestens ein Haltemittel (9, 12), wobei
das Haltemittel (9, 12) formschlüssig mit dem Rotorkern (4) verbunden ist und der Permanentmagnet (5) mittels des
Haltemittels (9, 12) an dem Rotorkern (4) gehalten ist.
2. Rotor (3) nach Anspruch 1, wobei die formschlüssige
Verbindung des Haltemittels (9, 12) mit dem Rotorkern (4) eine Schwalbenschwanzverbindung aufweist.
3. Rotor (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Haltemittel (9) Teil des Permanentmagneten (5) ist.
4. Rotor (3) nach Anspruch 3, wobei der Permanentmagnet (5) mindestens ein weiteres Haltemittel (9) aufweist, welches über einen Formschluss mit dem Rotorkern (4) verbunden ist.
5. Rotor (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Haltemittel (12) ein zu dem Permanentmagneten (12) separates Haltelement ist .
6. Rotor (3) nach Anspruch 5, wobei ein weiteres Haltemittel (12) als ein zu dem Permanentmagneten (5) separates
Halteelement vorgesehen ist, wobei der Permanentmagnet (5) über die beiden Halteelemente (12) an dem Rotorkern (4) formschlüssig gehalten ist.
7. Rotor (3) nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein separates Halteelement derart eingerichtet und/oder in dem Rotorkern (4) angeordnet ist, dass zwei getrennte Bereiche (18, 19, 21) des Rotorkerns (4) formschlüssig verbunden sind.
8. Rotor (3) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein separates Haltelement ein nicht magnetisches oder nicht magnetisierbares Material aufweist.
9. Rotor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Haltemittel (9, 12) eine Nut (7) oder einen Vorsprung (8) aufweist, und der Rotorkern (4) ein korrespondierendes
Gegenhaltemittel (10, 13) aufweist, welches für den
Formschluss eine Formgebung aufweist, die komplementär zu dem Haltemittel (9, 12) ausgebildet ist.
10. Rotor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Permanentmagnet (5) an einer Außenseite des Rotorkerns (4) oder vergraben innerhalb des Rotorkerns (4) angeordnet ist .
11. Rotor (3) für eine elektrische Maschine, aufweisend einen Rotorkern (4) mit zumindest einer Ausnehmung (14), die als Magnetflussbarriere (15) ausgebildet ist, und mindestens ein Haltemittel (12), welches als separates Haltelement ausgebildet ist, wobei das Haltemittel (12) formschlüssig an dem Rotorkern (4) in der Ausnehmung (14) angeordnet ist, so dass zwei durch die Ausnehmung (14) getrennte Bereiche (18, 19, 21) des Rotorkerns (4) durch das Haltemittel (12)
verbunden sind.
12. Rotor (3) nach Anspruch 11, wobei das Haltemittel (12) die Ausnehmung (14) vollständig ausfüllt.
13. Rotor (3) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Haltemittel (12) zwei Nuten (7), zwei Vorsprünge (8) oder einen Vorsprung (8) und eine Nut (7) aufweist, und der Rotorkern (4) jeweils korrespondierende Gegenhaltemittel (13) aufweist, welche für den Formschluss mit dem Haltmittel (12) jeweils eine
Formgebung aufweisen, die komplementär zu dem Haltemittel (12) ausgebildet ist.
14. Rotor (3) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Haltemittel (12) ein nicht magnetisches oder nicht
magnetisierbares Material aufweist.
15. Rotor (3) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Rotor (3) als Reluktanzrotor ausgebildet ist.
16. Elektrische Maschine (1) mit einem Rotor (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 sowie weiter aufweisend einen Stator (2), wobei der Rotor (3) relativ zu dem Stator (2) beweglich ist .
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