WO2019179863A1 - Rotor of a permanent-magnet-excited electric machine - Google Patents

Rotor of a permanent-magnet-excited electric machine Download PDF

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WO2019179863A1
WO2019179863A1 PCT/EP2019/056378 EP2019056378W WO2019179863A1 WO 2019179863 A1 WO2019179863 A1 WO 2019179863A1 EP 2019056378 W EP2019056378 W EP 2019056378W WO 2019179863 A1 WO2019179863 A1 WO 2019179863A1
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WO
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rotor
magnets
recesses
pockets
permanent
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Application number
PCT/EP2019/056378
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German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias BERINGER
Stephan TENNER
Matthias Cudok
Philipp NEIDHARDT
Walter Wolf
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to a rotor of a permanent magnet-excited electrical machine according to the preamble of patent claim 1, as has already become known by way of example with DE 10 2008 059 347 A1.
  • the object of the invention is to present a rotor equipped with permanent magnets of an electrical machine with a high magnetic power density. Furthermore, such a rotor is to be represented, in which the magnets are additionally reliably supported even under high speeds, in particular occurring in a drive train of a vehicle relative to operational centrifugal forces and wherein the rotor has a high dimensional stability even under such a speed influence and the permanent magnets are secured shatterproof.
  • these requirements should also be met beyond the stated range, in particular in a range above approximately 7,000 revolutions to approximately 20,000 revolutions per minute.
  • the mass moment of inertia of the rotor should be kept comparatively low.
  • At least one of the above objects is achieved by a rotor having the features specified in claim 1 and by an electric machine using such a rotor according to claim 6.
  • FIG. 1 is a partial end view of a permanent magnet rotor with pockets formed therein for receiving permanent magnets.
  • FIG. 2 is a partial end view of the permanent magnet rotor of FIG. 1 with permanent magnets disposed in pockets;
  • FIG. Fig. 3 shows the arrangement of Fig. 2 with further registered feature names.
  • the figures show a frontal plan view of a rotor R for a permanent magnet excited electric machine, in which a plurality of permanent magnets PM completely in a radial space between a rotation axis and a center Z and an outer peripheral surface U and a Outside ßeren edge of the rotor R are arranged.
  • a rotor R with buried magnets which in the exemplary embodiment is designed as an internal rotor.
  • the rotor R has a rotor body RK, which in the present case is made of individual laminations L stacked in one direction along the axis of rotation and made of an electrical sheet.
  • Fig. 1 shows a section of the rotor R and also in sections the formation of a single lamination L.
  • the used electric sheet may consist of a known material, for example with the well-known in the art designation NO30-15.
  • the rotor body RK can also be formed as a solid part, for example of a sintered material.
  • the permanent magnets PM or short magnets are not subject to any special features or restrictions with regard to the material system.
  • the magnets may contain rare earth elements and in particular belong to the material system neodymium-iron-boron (Nd-Fe-B).
  • an electric machine basically also comprises a stator with a stator winding, which is designed to enter into a magnetic interaction with the rotor explained in more detail below. On a representation and detailed description of the stator is omitted, since this is not a subject of the invention treated here and its basic structure is well known to those skilled in the art.
  • FIGS. 1-3 each show a 45.degree. Sector of the rotor R or an octet circle thereof. The arrangement shown occurs on the rotor R or on a lamination L thus a total of 8 times.
  • the existing in the entire sector SE geometric arrangement of magnets and recesses forms a geometric motif. So a total of 8 motives are formed on a full circle, which can be converted into each other by a rotation by one-eighth of the rotor axis or by reflection at an axial plane.
  • the permanent magnets PM1 -6 used generally have a cuboid shape and are formed in the rectangular cross-section shown with a long side M1 and a short side M2.
  • the magnets PM In the extension, which is not shown here in the axial direction of the rotor R, the magnets PM have an axial extent or a depth M3.
  • the edges K extending in the axial direction in the abutting region of the sides M1 and M2 may be rounded off to form an edge radius PMR.
  • the magnets PM can be segmented for the suppression of eddy currents in the axial direction to form individual magnetic blocks and be mutually electrically isolated, wherein the rotor R several such blocks can follow each other axially.
  • the illustrated rotor cross-section thus comprises a total of 48 magnets PM.
  • the magnets PM each have a magnetic north pole and a south pole, which are each formed by a long side M1.
  • the magnetic flux permeating the magnets PM emerges vertically from the longitudinal sides or into them and runs in the direction of the surface normals of the sides M1.
  • each permanent magnet PM1 -6 is accommodated in a magnetic pocket T1 -6.
  • magnet receiving areas TM1 -6 are provided within the pockets T, of which an edge R1 -6 abuts at least on the longitudinal sides M1 of the magnets PM.
  • the number of pockets T or the number of magnet receiving areas TM corresponds to the number of magnets PM.
  • the pockets T are sized and in the range of magnets PM designed that the magnets PM can be axially inserted into the laminated core or the rotor body RK and clamped there. The magnets PM are thereby fixed in particular in the radial and in the axial direction against operational forces.
  • the magnets PM and the pockets T are recognizably arranged in two radially staggered V-shaped groups V1, V2, which form a first group V1 with magnets PM1, 2 and a second group 2 with magnets PM3-6.
  • the pockets T of a group V or the two legs V1 .1, V1 .2; V2.1, V2.2 of a V are arranged inclined to each other.
  • Each pocket T has, for the purpose of forming a magnet receiving region TM at its boundary R, two mutually parallel sides RM which interact with the longitudinal sides M1 and in this way virtually coincide.
  • each group V are radially inwardly closer together than radially outward and close in the radially innermost region in each case a web S1, S2 with mutually parallel sides S1 .1, S1 .2; S2.1, S2.2, where, however, instead of parallel straight lines, alternatively or additionally, curved boundary lines can also be implemented.
  • the angle between two associated V-limbs V1 .1, V1 .2 or V2.1, V2.2 can basically be an acute, a right, a blunt or even an extended angle.
  • the first, radially outer V-shaped group V1 comprises two pockets T1, T2, which include a sector SE1 with an angle a1 (alpha 1), which in the exemplary embodiment is about 90 °.
  • Each of the two V-legs of this group V1 is formed by exactly one pocket T.
  • the two pockets T1, T2 of the first group V1 are arranged on the lamination L with respect to a radius vector RR1 of the rotor R mirror-symmetrical and positioned at an angle of approximately 45 ° to the radius vector RR1.
  • the second, radially inner V-shaped group V2 comprises a total of four pockets T3-T6, which include a sector SE2 with an angle a2 (alpha 2), which in the figure is about 82 °. In the present case, therefore, the angle is cd> a2 (alpha 1> alpha 2).
  • Each of the two V-legs V2.1, V2.2 of this group V2 is determined by two pockets T3, T4; T5, T6, which follow one another along a straight line in each case in the direction of the long side M1.
  • the four pockets T of the second group V2 are also arranged mirror-symmetrically on the lamination L relative to the radius vector RR1 and are positioned at an angle of approximately 41 °, that is to say smaller than 45 ° to the radius vector RR1.
  • the two groups V1, V2 are arranged such that their mirror plane coincides with an axial plane and the radius vector RR1 passing through it.
  • the pockets T3-T6 and the magnets PM3-PM6 of the second group V2 thus span a spatial region or the sector SE2, in which the magnets PM1, 2 of the first group V1 are arranged.
  • the magnets PM of the first group V1 are enclosed by the magnets PM of the second group V2, the sector SE2 being bounded by an associated area of the outer circumference U of the rotor R.
  • two adjacent to the cross section shown in the circumferential direction adjacent motives are arranged in mirror image, the mirror plane coincides with a radius vector RR2.
  • an inner radius IR of the laminated core is about 2 length units and an outer radius OR is about 7 linear units, so that the laminated core has a radial extent of about 5 length units.
  • the side M1 of a magnet PM in this case is about 1 to 1, 6, in particular about 1, 3 units of length.
  • the quantities M1, ID and OD thus relate to one another such as (1 .... 1, 6): 2: 7.
  • the pockets T are enlarged relative to the magnets PM and, in addition to the magnet receiving areas TM and thus adjacent to the short side M2 of the magnets PM on both sides, have recesses or recesses C2, C20 and C4, respectively. Furthermore, recesses C1, C30 are provided in the vicinity of magnets PM, which are formed separately from the pockets T and which will be explained in detail below.
  • the recesses C extend in the axial direction through the rotor. In the figures, it can initially be seen that a recess C1 is formed in the sector SE1 which is stretched open by the first group V1 and occupies therein a comparatively large area of a lamination L or of the rotor body RK.
  • This recess C1 is formed with respect to an axial section plane symmetrical to the two adjacent magnets PM1, PM2 and in the radial direction approximately centrally to a shortest connecting line 11 of the magnets PM1, PM2 and the outer boundary U of the lamination L and the rotor R arranged (Fig. 3).
  • the recess C1 is formed as a rounded triangle, wherein in principle other shapes are possible.
  • the recess C1 serves to reduce the mass inertia of the rotor R overall and in particular to reduce the mass of the rotor body RK enclosed between the magnets PM1, PM2 of the first group V1.
  • the recess C1 thus acts as a mass relief opening and is formed radially outside of the web S1, which space the two magnets PM 1, PM2 and the pockets T1, T2 in the circumferential direction.
  • the web S1 supports a space region of the rotor body RK which is radially outside this and is enclosed by the two magnets PM1, PM2 against forces acting on it.
  • the cross-section of the recess C1 behaves like the area enclosed by the web S1 and enclosed by the adjacent or associated magnets PM1, 2, such as 1: 5.
  • said ratio can also be smaller and larger, and in particular in a range from about 1: 7 or greater.
  • the web S1 forms an inner support section, which together with one each formed between the radially outer portions of a magnet and the edge region further web S3, S4 supports said region.
  • the further webs S3, S4 form outer support areas.
  • the area between the magnets PM1, PM2 is thus held by a total of three support areas S1, S3, S4.
  • the mass relief of the web S1 can thus be made weaker and in particular in the circumferential direction of the rotor R narrower.
  • the magnets PM1, PM2 adjacent to the recess C1 can thereby be displaced further outward in the radial direction into the edge region of the rotor R near the peripheral surface U. It can be seen in the figures that the distance of the magnets PM1, PM2 from the edge region U of the rotor R is smaller than a width of the web S1 and is only approximately half the web width.
  • the recess C1 is arranged outside a main magnetic flux passing through the rotor R, which would propagate there in the absence of a recess C1.
  • the recess is arranged in a region with a magnetic flux which is small relative to a main magnetic flux or in a region which is essentially free of magnetic flux.
  • the recesses C1 do not constitute flow barriers for selectively influencing the magnetic flux within the rotor body.
  • the geometric design and the positioning of the recess C1 in the illustrated and explained manner thus lead in comparison to a closed there rotor body to only a small and minimized influence of the magnetic flux, the above-mentioned positive aspects significantly outweigh.
  • the provision of recesses and the associated mass reduction in a radially outer area of the rotor are associated with a positive effect, especially at high speeds.
  • the recesses C1 are provided in particular in a radial region above or from about 6/7 of the radius OR and in particular between about 6/7 and 7/7 of the radius OR.
  • the magnets PM are fixed in a frictional manner by clamping within the magnet receiving areas TM.
  • the clamping can form an exclusive method of attachment. If required, however, an adhesion of the magnets PM can take place alternatively and / or additionally.
  • comparatively small recesses C2 are provided at edge positions of the magnet receiving areas TM or in the end areas of the parallel sides M1 exemplified for the magnet PM3 in Fig. 2 and designated there.
  • Corresponding recesses C2 are provided on all pockets T1 -6. These recesses C2 are formed in regions of the edges K of the magnets PM formed by the sides M1, M2 and extending along M3, and each have a curved contour with comparatively small radii. The said edges K of the magnets PM are thus free and do not abut the edges R of the pockets T. As a result, the magnets PM are not exposed to increased mechanical loads in these particularly fracture-sensitive zones even under operating conditions.
  • recesses C20 Adjacent to the radially outer regions of the four magnets PM1 -4 of the second group V2, recesses C20 are made over the entire width of side M2, which interconnect the recesses C2 present at the edges K (FIG. 2).
  • the sides M2 are thus completely free.
  • the magnets PM may be K eckig or with an edge radius in the region of these edges. In the latter case, the radius can at least fall on the order of magnitude of the edge radius of the magnets.
  • the permanent magnets PM are joined over their entire sides with their sides M1 to the rotor body RK. More specifically, the permanent magnets PM are joined only to the sides M1 to the rotor body RK and the two sides M2 are free. According to a preferred fastening The permanent magnets PM are exclusively positively frictionally joined to the rotor body RK, in particular pressed in.
  • recesses C3 are provided, which act as obstacles in the propagation of the magnetic flux. In this way, unwanted magnetic short circuits in the rotor R can be avoided and simultaneously achieved that the magnetic flux can propagate in a defined manner on a desired path between the rotor R and a stator.
  • Such recesses C3 are provided in the embodiment discussed in a radially outer region of the rotor R and thus close to the outer peripheral surface U.
  • the pockets T1, T2 of the first group V1 have extensions whose radially outer boundary is formed at least approximately parallel to the outer peripheral surface U of the rotor and thus bounds the webs S3, S4. In the present case, these extensions or recesses C3 are in particular approximately triangular in shape. In principle, other forms can also be used.
  • the radially outer pockets T3, T6 of the second group V2 have a larger radial distance to the outer peripheral surface U of the rotor R than the pockets T1, T2 of the first group V1.
  • the respectively assigned recesses C30 and flux barriers are designed separately from the magnetic pockets T3, T6.
  • the recesses C30 are also formed approximately triangular with an at least approximately parallel to the outer peripheral surface U of the rotor R extending radially outer boundary, whereby there are webs S9, S10.
  • S9, S10 As can be seen in Fig. 2, between the recesses C20 and C30 are more Webs S5, S6 are provided, which adjoin with two parallel edges to said recesses. Between the pockets T3, T4 and T5, T6 further webs S7, S8 are formed.
  • flow barriers serving recesses or recesses C4 are also provided on the respective radially innermost pockets T1, T2 and T4, T5 of the first and second group V1, 2, in particular in a foot region F of the respective V arrangement, to which the magnets PM of a group V in the circumferential direction closest together.
  • the webs S1, S2 are thus also in the respective Fu ß Scheme F1, F2 is.
  • These recesses C4 generally have an asymmetrical shape and in the exemplary embodiment are approximately asymmetrically drop-shaped. With reference to the figures, it can be seen that the recesses C4 have a main extension direction approximately at the center of the rotor R.
  • the maximum extent C4R of the recesses C4 located outside a magnet PM in the radial direction is appreciably greater than its maximum extent C4U in the circumferential direction of the rotor body RK (FIG. 1).
  • the ratio is about 1.8: 1.
  • Particularly advantageous is a ratio from about 1, 3: 1 and larger.
  • parallel edges S1 .1, S1 .2 are respectively provided on two recesses C4 adjacent in the circumferential direction.
  • S2.1, S2.2 provided, which thus extend substantially in the direction of the radius vector RR1.
  • the respectively radially outer structural regions of the rotor R are mechanically supported. Even with these recesses C4 rounded contour lines are formed to avoid mechanical stress peaks.
  • the maximum radii used in this case are based on the previously explained recesses C2, C20, C3,

Abstract

The invention relates to a rotor (R) for a permanent-magnet-excited electric machine, comprising a rotor body (RK) having a central axis (A) and an outer peripheral surface (U), wherein a plurality of pockets (T) with permanent magnets (PM) arranged therein are provided in a radial region between the central axis (A) and the peripheral surface (U), and wherein the permanent magnets (PM) have edges (K) extending axially within the rotor body (RK). According to the invention, the pockets (T) have recesses (C2) in the region of the edges (K) and the edges (K) are released in this way.

Description

Rotor einer permanentmaaneterreaten elektrischen Maschine  Rotor of a permanent-maaneterreaten electrical machine
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer permanentmagneterregten elektrischen Ma- schine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 wie dieser bereits beispielhaft mit der DE 10 2008 059 347 A1 bekannt geworden ist. The invention relates to a rotor of a permanent magnet-excited electrical machine according to the preamble of patent claim 1, as has already become known by way of example with DE 10 2008 059 347 A1.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen mit Permanentmagneten bestückten Rotor einer elektrischen Maschine mit einer hohen magnetischen Leistungsdichte dar- zustellen. Des Weiteren soll ein derartiger Rotor dargestellt werden, bei welchem die Magnete zusätzlich auch unter hohen, insbesondere in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges auftretenden Drehzahlen gegenüber betriebsbedingten Fliehkräften si- cher abgestützt sind und wobei der Rotor auch unter einem solchen Drehzahleinfluss eine hohe Formstabilität aufweist und die Permanentmagnete bruchsicher befestigt sind. Insbesondere sollen diese Anforderungen auch über den genannten Bereich hinaus, insbesondere in einem Bereich oberhalb von etwa 7.000 Umdrehungen bis etwa 20.000 Umdrehungen pro Minute erfüllt sein. Zugleich soll das Massenträgheitsmoment des Rotors vergleichsweise gering gehalten werden. The object of the invention is to present a rotor equipped with permanent magnets of an electrical machine with a high magnetic power density. Furthermore, such a rotor is to be represented, in which the magnets are additionally reliably supported even under high speeds, in particular occurring in a drive train of a vehicle relative to operational centrifugal forces and wherein the rotor has a high dimensional stability even under such a speed influence and the permanent magnets are secured shatterproof. In particular, these requirements should also be met beyond the stated range, in particular in a range above approximately 7,000 revolutions to approximately 20,000 revolutions per minute. At the same time, the mass moment of inertia of the rotor should be kept comparatively low.
Zumindest eine der vorstehend genannten Aufgaben wird durch einen Rotor mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine elektrische Maschine unter Verwendung eines derartigen Rotors gemäß Patentanspruch 6 gelöst. At least one of the above objects is achieved by a rotor having the features specified in claim 1 and by an electric machine using such a rotor according to claim 6.
Vorteile sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der Figurenbeschreibung entnehmbar. Advantages and advantageous embodiments and developments of the invention are the dependent claims and the description of the figures removed.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beispielhaft erläutert. The invention will be explained by way of example with reference to an embodiment shown in the figures.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine teilweise stirnseitige Ansicht eines Permanentmagnetrotors mit darin ausgebildeten Taschen zur Aufnahme von Permanentmagneten;  1 is a partial end view of a permanent magnet rotor with pockets formed therein for receiving permanent magnets.
Fig. 2 eine teilweise stirnseitige Ansicht des Permanentmagnetrotors von Fig. 1 mit in Taschen angeordneten Permanentmagneten; Fig. 3 die Anordnung von Fig. 2 mit weiteren eingetragenen Merkmalsbezeichnungen. FIG. 2 is a partial end view of the permanent magnet rotor of FIG. 1 with permanent magnets disposed in pockets; FIG. Fig. 3 shows the arrangement of Fig. 2 with further registered feature names.
Die Figuren zeigen eine stirnseitige Draufsicht auf einen Rotor R für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine, bei dem eine Vielzahl von Permanentmag- neten PM vollständig in einem radialen Raumbereich zwischen einer Drehachse bzw. Mittelachse A bzw. einem Zentrum Z und einer äußeren Umfangsfläche U bzw. einem äu ßeren Rand des Rotors R angeordnet sind. Es liegt also ein Rotor R mit ver- grabenen Magneten vor, welcher im Ausführungsbeispiel als ein Innenläufer ausge- bildet ist. Der Rotor R weist einen Rotorkörper RK auf, der vorliegend aus einzelnen, in einer Richtung entlang der Rotationsachse gestapelten Lamellen L aus einem Elektroblech gefertigt ist. In diesem Fall zeigt Fig. 1 einen Ausschnitt des Rotors R und ebenso ausschnittweise die Ausbildung einer einzelnen Blechlamelle L. Das verwendete Elektroblech kann dabei aus einem bekannten Werkstoff bestehen, bei- spielsweise mit der in Fachkreisen bekannten Bezeichnung NO30-15. Anstelle eines damit erzeugten Lamellenpakets kann der Rotorkörper RK auch als ein Massivteil, zum Beispiel aus einem Sinterwerkstoff ausgebildet sein. The figures show a frontal plan view of a rotor R for a permanent magnet excited electric machine, in which a plurality of permanent magnets PM completely in a radial space between a rotation axis and a center Z and an outer peripheral surface U and a Outside ßeren edge of the rotor R are arranged. Thus, there is a rotor R with buried magnets, which in the exemplary embodiment is designed as an internal rotor. The rotor R has a rotor body RK, which in the present case is made of individual laminations L stacked in one direction along the axis of rotation and made of an electrical sheet. In this case, Fig. 1 shows a section of the rotor R and also in sections the formation of a single lamination L. The used electric sheet may consist of a known material, for example with the well-known in the art designation NO30-15. Instead of a laminated core thus produced, the rotor body RK can also be formed as a solid part, for example of a sintered material.
Die Permanentmagnete PM bzw. kurz Magnete unterliegen hinsichtlich des Material- systems keinen Besonderheiten oder Einschränkungen. Zum Beispiel können die Magnete Selten-Erd-Elemente enthalten und insbesondere dem Werkstoffsystem Neodym-Eisen-Bor (Nd-Fe-B) angehören. Eine elektrische Maschine umfasst neben dem Rotor grundsätzlich weiter einen Stator mit einer Statorwicklung, welche ausgebildet ist, um mit dem nachfolgend näher erläuterten Rotor in eine magnetische Wechselwirkung zu treten. Auf eine Darstellung und detaillierte Beschreibung des Stators wird verzichtet, da dieser an sich keinen Gegenstand der hier behandelten Erfindung darstellt und dessen grundsätzlicher Aufbau dem Fachmann hinreichend bekannt ist. Eine auf dem vorgeschlagenen Rotor R basierende elektrische Maschine kann sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden und kann zum Bei- spiel als Antriebsquelle in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug Verwendung finden. Die Fig. 1 -3 zeigen jeweils einen 45°-Sektor des Rotors R bzw. einen Achtelkreis von diesem. Die dargestellte Anordnung tritt am Rotor R bzw. an einer Blechlamelle L somit insgesamt 8-fach auf. Die in dem gesamten Sektor SE vorhandene geometrische Anordnung von Magneten und Ausnehmungen bildet ein geometrisches Motiv. An einem Vollkreis sind also insgesamt 8 Motive ausgebildet, welche sich jeweils durch eine Drehung um ein Achtel um die Rotorachse oder durch Spiegelung an einer Axialebene ineinander überführen lassen. The permanent magnets PM or short magnets are not subject to any special features or restrictions with regard to the material system. For example, the magnets may contain rare earth elements and in particular belong to the material system neodymium-iron-boron (Nd-Fe-B). In addition to the rotor, an electric machine basically also comprises a stator with a stator winding, which is designed to enter into a magnetic interaction with the rotor explained in more detail below. On a representation and detailed description of the stator is omitted, since this is not a subject of the invention treated here and its basic structure is well known to those skilled in the art. An electric machine based on the proposed rotor R can be operated both as a motor and as a generator, and can be used, for example, as a drive source in an electric or hybrid vehicle. FIGS. 1-3 each show a 45.degree. Sector of the rotor R or an octet circle thereof. The arrangement shown occurs on the rotor R or on a lamination L thus a total of 8 times. The existing in the entire sector SE geometric arrangement of magnets and recesses forms a geometric motif. So a total of 8 motives are formed on a full circle, which can be converted into each other by a rotation by one-eighth of the rotor axis or by reflection at an axial plane.
Die verwendeten Permanentmagnete PM1 -6 weisen allgemein eine quaderförmige Gestalt auf und sind in dem gezeigten rechteckigen Querschnitt mit einer langen Sei- te M1 und einer kurzen Seite M2 ausgebildet. In der hier zeichnerisch nicht darge- stellten Ausdehnung in Achsrichtung des Rotors R weisen die Magnete PM eine axiale Erstreckung bzw. eine Tiefe M3 auf. Die im Stoßbereich der Seiten M1 und M2 in axialer Richtung verlaufenden Kanten K können unter Ausbildung eines Kantenradius PMR abgerundet sein. Die Magnete PM können zur Unterdrückung von Wirbelströmen in Axialrichtung unter Ausbildung von einzelnen Magnetblöcken segmentiert und gegenseitig elektrisch isoliert sein, wobei am Rotor R mehrere solcher Blöcke axial aufeinander folgen können. Zur Ausbildung eines Motivs werden mit Vorteil zumindest im Querschnitt gleichartige Magnete PM1 -6 oder Blöcke verwen- det, wodurch die Herstellungskosten eines Rotors R begrenzt werden können. Der dargestellte Rotor-Querschnitt umfasst somit insgesamt 48 Magnete PM. Die Magne- te PM weisen jeweils einen magnetischen Nordpol und einen Südpol auf, welche je- weils durch eine lange Seite M1 gebildet werden. Der die Magnete PM durchsetzen- de magnetische Fluss tritt senkrecht aus den Längsseiten aus bzw. in diese ein und verläuft in Richtung der Flächennormalen der Seiten M1 . The permanent magnets PM1 -6 used generally have a cuboid shape and are formed in the rectangular cross-section shown with a long side M1 and a short side M2. In the extension, which is not shown here in the axial direction of the rotor R, the magnets PM have an axial extent or a depth M3. The edges K extending in the axial direction in the abutting region of the sides M1 and M2 may be rounded off to form an edge radius PMR. The magnets PM can be segmented for the suppression of eddy currents in the axial direction to form individual magnetic blocks and be mutually electrically isolated, wherein the rotor R several such blocks can follow each other axially. To form a motif, similar magnets PM1 -6 or blocks are advantageously used, at least in cross-section, whereby the manufacturing costs of a rotor R can be limited. The illustrated rotor cross-section thus comprises a total of 48 magnets PM. The magnets PM each have a magnetic north pole and a south pole, which are each formed by a long side M1. The magnetic flux permeating the magnets PM emerges vertically from the longitudinal sides or into them and runs in the direction of the surface normals of the sides M1.
In den Figuren ist erkennbar, dass jeder Permanentmagnet PM1 -6 in einer Magnet- tasche bzw. Tasche T1 -6 aufgenommen ist. Zu diesem Zweck sind innerhalb der Ta- schen T Magnetaufnahmebereiche TM1 -6 vorgesehen, von denen ein Rand R1 -6 zumindest an den Längsseiten M1 der Magnete PM anliegt. Die Anzahl der Ta- schen T bzw. die Anzahl der Magnetaufnahmebereiche TM entspricht der Anzahl der Magnete PM. Die Taschen T sind im Bereich der Magnete PM so bemessen und ausgebildet, dass die Magnete PM axial in das Blechpaket bzw. den Rotorkörper RK eingeschoben und dort verklemmt angeordnet werden können. Die Magnete PM sind dadurch insbesondere in radialer als auch in axialer Richtung gegenüber betriebsbedingten Kräften fixiert. It can be seen in the figures that each permanent magnet PM1 -6 is accommodated in a magnetic pocket T1 -6. For this purpose, magnet receiving areas TM1 -6 are provided within the pockets T, of which an edge R1 -6 abuts at least on the longitudinal sides M1 of the magnets PM. The number of pockets T or the number of magnet receiving areas TM corresponds to the number of magnets PM. The pockets T are sized and in the range of magnets PM designed that the magnets PM can be axially inserted into the laminated core or the rotor body RK and clamped there. The magnets PM are thereby fixed in particular in the radial and in the axial direction against operational forces.
Die Magnete PM und die Taschen T sind erkennbar in zwei zueinander radial gestaffelten V-förmigen Gruppen V1 , V2 angeordnet, welche eine erste Gruppe V1 mit Magneten PM1 , 2 und eine zweite Gruppe 2 mit Magneten PM3-6 bilden. Die Taschen T einer Gruppe V bzw. der beiden Schenkel V1 .1 , V1 .2; V2.1 , V2.2 eines V sind zueinander geneigt angeordnet. Jede Tasche T weist zur Ausbildung eines Magnetaufnahmebereichs TM an deren Berandung R zwei parallel verlaufende Sei- ten RM auf, welche mit den Längsseiten M1 Zusammenwirken und auf diese Weise faktisch zusammenfallen. Die Taschen T jeder Gruppe V stehen radial innen näher zusammen als radial außen und schließen jeweils in dem radial innersten Bereich einen Steg S1 , S2 mit zueinander parallelen Seiten S1 .1 , S1 .2; S2.1 , S2.2 ein, wobei dort jedoch anstelle von parallelen Geraden alternativ oder ergänzend auch ge- krümmte Begrenzungslinien realisiert sein können. Der Winkel zwischen zwei zugehörigen V-Schenkeln V1 .1 , V1 .2 bzw. V2.1 , V2.2 kann grundsätzlich ein spitzer, ein rechter, ein stumpfer oder auch ein gestreckter Winkel sein. The magnets PM and the pockets T are recognizably arranged in two radially staggered V-shaped groups V1, V2, which form a first group V1 with magnets PM1, 2 and a second group 2 with magnets PM3-6. The pockets T of a group V or the two legs V1 .1, V1 .2; V2.1, V2.2 of a V are arranged inclined to each other. Each pocket T has, for the purpose of forming a magnet receiving region TM at its boundary R, two mutually parallel sides RM which interact with the longitudinal sides M1 and in this way virtually coincide. The pockets T of each group V are radially inwardly closer together than radially outward and close in the radially innermost region in each case a web S1, S2 with mutually parallel sides S1 .1, S1 .2; S2.1, S2.2, where, however, instead of parallel straight lines, alternatively or additionally, curved boundary lines can also be implemented. The angle between two associated V-limbs V1 .1, V1 .2 or V2.1, V2.2 can basically be an acute, a right, a blunt or even an extended angle.
Die erste, radial äußere V-förmige Gruppe V1 umfasst zwei Taschen T1 , T2, die einen Sektor SE1 mit einen Winkel a1 (Alpha 1 ) einschließen, der im Ausführungsbei- spiel etwa 90° beträgt. Jeder der beiden V-Schenkel dieser Gruppe V1 wird durch genau eine Tasche T gebildet. Die beiden Taschen T1 , T2 der ersten Gruppe V1 sind an der Blechlamelle L bezüglich eines Radiusvektors RR1 des Rotors R spiegelsymmetrisch angeordnet und unter einem Winkel von etwa 45° zum Radiusvek- tor RR1 positioniert. The first, radially outer V-shaped group V1 comprises two pockets T1, T2, which include a sector SE1 with an angle a1 (alpha 1), which in the exemplary embodiment is about 90 °. Each of the two V-legs of this group V1 is formed by exactly one pocket T. The two pockets T1, T2 of the first group V1 are arranged on the lamination L with respect to a radius vector RR1 of the rotor R mirror-symmetrical and positioned at an angle of approximately 45 ° to the radius vector RR1.
Die zweite, radial innere V-förmige Gruppe V2 umfasst insgesamt vier Taschen T3- T6, die einen Sektor SE2 mit einem Winkel a2 (Alpha 2) einschließen, welcher in der Figur etwa 82° beträgt. Vorliegend ist demnach der Winkel cd > a2 (Alpha 1 > Alpha 2). Jeder der beiden V-Schenkel V2.1 , V2.2 dieser Gruppe V2 wird durch genau zwei Taschen T3, T4; T5, T6 gebildet, welche entlang einer Geraden jeweils in Rich- tung der langen Seite M1 aufeinander folgen. Die vier Taschen T der zweiten Gruppe V2 sind an der Blechlamelle L ebenfalls bezüglich des Radiusvektors RR1 spiegelsymmetrisch angeordnet und sind unter einem Winkel von ca. 41 °, also mithin kleiner als 45° zum Radiusvektor RR1 positioniert. The second, radially inner V-shaped group V2 comprises a total of four pockets T3-T6, which include a sector SE2 with an angle a2 (alpha 2), which in the figure is about 82 °. In the present case, therefore, the angle is cd> a2 (alpha 1> alpha 2). Each of the two V-legs V2.1, V2.2 of this group V2 is determined by two pockets T3, T4; T5, T6, which follow one another along a straight line in each case in the direction of the long side M1. The four pockets T of the second group V2 are also arranged mirror-symmetrically on the lamination L relative to the radius vector RR1 and are positioned at an angle of approximately 41 °, that is to say smaller than 45 ° to the radius vector RR1.
An einer Blechlamelle L sind die beiden Gruppen V1 , V2 so angeordnet, dass deren Spiegelebene mit einer Axialebene und dem durch diesen verlaufenden Radiusvek- tor RR1 zusammenfällt. On a lamination L, the two groups V1, V2 are arranged such that their mirror plane coincides with an axial plane and the radius vector RR1 passing through it.
Die Taschen T3-T6 bzw. die Magnete PM3-PM6 der zweiten Gruppe V2 spannen somit einen Raumbereich bzw. den Sektor SE2 auf, in welchem die Magnete PM1 , 2 der ersten Gruppe V1 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Magnete PM der ersten Gruppe V1 von den Magneten PM der zweiten Gruppe V2 eingeschlos- sen, wobei der Sektor SE2 von einem zugehörigen Bereich des Außenumfangs U des Rotors R begrenzt wird. Weiterhin sind zwei am gezeigten Querschnitt in Um- fangsrichtung benachbarte Motive spiegelbildlich angeordnet, wobei die Spiegelebe- ne mit einem Radiusvektor RR2 zusammenfällt. The pockets T3-T6 and the magnets PM3-PM6 of the second group V2 thus span a spatial region or the sector SE2, in which the magnets PM1, 2 of the first group V1 are arranged. In other words, the magnets PM of the first group V1 are enclosed by the magnets PM of the second group V2, the sector SE2 being bounded by an associated area of the outer circumference U of the rotor R. Furthermore, two adjacent to the cross section shown in the circumferential direction adjacent motives are arranged in mirror image, the mirror plane coincides with a radius vector RR2.
Vorliegend betragen ein Innenradius IR des Blechpakets etwa 2 Längeneinheiten und ein Außenradius OR etwa 7 Längeneinheiten, so dass das Blechpaket eine radi- ale Erstreckung von etwa 5 Längeneinheiten aufweist. Die Seite M1 eines Magne- ten PM beträgt hierbei etwa 1 bis 1 ,6, insbesondere etwa 1 ,3 Längeneinheiten. Die Größen M1 , ID und OD verhalten sich damit zueinander wie etwa (1 ....1 ,6) : 2 : 7. In the present case, an inner radius IR of the laminated core is about 2 length units and an outer radius OR is about 7 linear units, so that the laminated core has a radial extent of about 5 length units. The side M1 of a magnet PM in this case is about 1 to 1, 6, in particular about 1, 3 units of length. The quantities M1, ID and OD thus relate to one another such as (1 .... 1, 6): 2: 7.
Wie in den Figuren sichtbar, sind die Taschen T gegenüber den Magneten PM vergrößert ausgebildet und weisen neben den Magnetaufnahmebereichen TM und somit beidseitig benachbart zur kurzen Seite M2 der Magnete PM jeweils Ausnehmungen bzw. Aussparungen C2, C20 bzw. C4 auf. Des Weiteren sind Aussparungen C1 , C30 in der Umgebung von Magneten PM vorgesehen, welche separat von den Taschen T ausgebildet sind und welche nachfolgend detailliert erläutert werden. Die Ausneh- mungen C erstrecken sich in Axialrichtung durch den Rotor. In den Figuren ist zunächst erkennbar, dass in dem von der ersten Gruppe V1 auf- gespannten Sektor SE1 eine Ausnehmung C1 ausgebildet ist, welche darin eine ver- gleichsweise große Fläche einer Lamelle L bzw. des Rotorkörpers RK belegt. Diese Ausnehmung C1 ist bezüglich einer Axialschnittebene symmetrisch zu den beiden benachbarten Magneten PM1 , PM2 ausgebildet und in radialer Richtung etwa mittig zu einer kürzesten Verbindungslinie 11 der Magnete PM1 , PM2 und zur äußeren Begrenzung U der Lamelle L bzw. des Rotors R angeordnet (Fig.3). Vorliegend ist die Ausnehmung C1 als ein abgerundetes Dreieck geformt, wobei grundsätzlich auch andere Formen möglich sind. As can be seen in the figures, the pockets T are enlarged relative to the magnets PM and, in addition to the magnet receiving areas TM and thus adjacent to the short side M2 of the magnets PM on both sides, have recesses or recesses C2, C20 and C4, respectively. Furthermore, recesses C1, C30 are provided in the vicinity of magnets PM, which are formed separately from the pockets T and which will be explained in detail below. The recesses C extend in the axial direction through the rotor. In the figures, it can initially be seen that a recess C1 is formed in the sector SE1 which is stretched open by the first group V1 and occupies therein a comparatively large area of a lamination L or of the rotor body RK. This recess C1 is formed with respect to an axial section plane symmetrical to the two adjacent magnets PM1, PM2 and in the radial direction approximately centrally to a shortest connecting line 11 of the magnets PM1, PM2 and the outer boundary U of the lamination L and the rotor R arranged (Fig. 3). In the present case, the recess C1 is formed as a rounded triangle, wherein in principle other shapes are possible.
Die Ausnehmung C1 dient der Verringerung der Massenträgheit des Rotors R insge- samt und insbesondere einer Verringerung der zwischen den Magneten PM1 , PM2 der ersten Gruppe V1 eingeschlossenen Masse des Rotorkörpers RK. Die Ausnehmung C1 fungiert somit als eine Masseentlastungsöffnung und ist radial außerhalb des Stegs S1 ausgebildet, welcher die beiden Magnete PM 1 , PM2 bzw. die Taschen T1 , T2 in Umfangsrichtung beabstandet. Der Steg S1 stützt dabei einen radial au- ßerhalb zu diesem liegenden und von den beiden Magneten PM1 , PM2 eingeschlossenen Raumbereich des Rotorkörpers RK gegen einwirkende Kräfte ab. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verhält sich der Querschnitt der Ausnehmung C1 zu dem von dem Steg S1 ausgehenden und von den benachbarten bzw. zugeordneten Mag- neten PM1 , 2 eingeschlossenen Flächenbereich wie etwa 1 :5. Je nach Anordnung der Magnete und den jeweils vorliegenden konstruktiven Gegebenheiten kann das genannte Verhältnis auch kleiner und auch größer sein und insbesondere in einem Bereich ab etwa 1 :7 oder größer vorliegen. The recess C1 serves to reduce the mass inertia of the rotor R overall and in particular to reduce the mass of the rotor body RK enclosed between the magnets PM1, PM2 of the first group V1. The recess C1 thus acts as a mass relief opening and is formed radially outside of the web S1, which space the two magnets PM 1, PM2 and the pockets T1, T2 in the circumferential direction. In this case, the web S1 supports a space region of the rotor body RK which is radially outside this and is enclosed by the two magnets PM1, PM2 against forces acting on it. In the exemplary embodiment shown, the cross-section of the recess C1 behaves like the area enclosed by the web S1 and enclosed by the adjacent or associated magnets PM1, 2, such as 1: 5. Depending on the arrangement of the magnets and the constructive conditions available in each case, said ratio can also be smaller and larger, and in particular in a range from about 1: 7 or greater.
Anstelle einer einzigen Ausnehmung C1 können alternativ auch mehrere masseentlastende Ausnehmungen in dem genannten Bereich ausgeführt sein, wobei das be- sagte Flächenverhältnis entsprechend gleichfalls realisiert sein kann. Der Steg S1 bildet einen inneren Stützabschnitt, welcher gemeinsam mit je einem zwischen dem radial äußeren Abschnitten eines Magneten und dem Randbereich ausgebildeten weiteren Steg S3, S4 den genannten Bereich abstützt. Die weiteren Stege S3, S4 bilden äußere Stützbereiche. Der Bereich zwischen den Magneten PM1 , PM2 ist also durch insgesamt drei Stützbereiche S1 , S3, S4 gehalten. Instead of a single recess C1, it is alternatively also possible for a plurality of mass-relieving recesses to be embodied in the area mentioned, with the said area ratio correspondingly likewise being able to be realized. The web S1 forms an inner support section, which together with one each formed between the radially outer portions of a magnet and the edge region further web S3, S4 supports said region. The further webs S3, S4 form outer support areas. The area between the magnets PM1, PM2 is thus held by a total of three support areas S1, S3, S4.
Infolge der Masseentlastung kann der Steg S1 somit schwächer und insbesondere in Umfangsrichtung des Rotors R schmaler ausgeführt werden. Zugleich können dadurch die zu der Ausnehmung C1 benachbarten Magnete PM1 , PM2 in radialer Richtung weiter nach au ßen in den Randbereich des Rotors R nahe der Umfangsflä- che U verlagert werden. In den Figuren ist erkennbar, dass der Abstand der Magne- te PM1 , PM2 zu dem Randbereich U des Rotors R kleiner als eine Breite des Stegs S1 und etwa nur mit einer halben Stegbreite ausgeführt ist. As a result of the mass relief of the web S1 can thus be made weaker and in particular in the circumferential direction of the rotor R narrower. At the same time, the magnets PM1, PM2 adjacent to the recess C1 can thereby be displaced further outward in the radial direction into the edge region of the rotor R near the peripheral surface U. It can be seen in the figures that the distance of the magnets PM1, PM2 from the edge region U of the rotor R is smaller than a width of the web S1 and is only approximately half the web width.
Auf diese Weise können die Magnete PM1 , PM2 der ersten Gruppe V1 in Umfangs- richtung insgesamt näher zusammengeführt werden, wodurch die magnetische Leistungsdichte, die Effizienz und das maximal erzielbare Drehmoment der Elektroma- schine merklich erhöht werden können. Die Ausnehmung C1 ist außerhalb eines den Rotor R durchsetzenden magnetischen Hauptflusses angeordnet, der sich bei fehlender Ausnehmung C1 dort ausbreiten würde. Insbesondere ist die Ausnehmung in einem Bereich mit einem zu einem magnetischen Hauptfluss geringen magnetischen Fluss oder in einem im Wesentlichen magnetflussfreien Bereich angeordnet. Somit stellen die Ausnehmungen C1 keine Flussbarrieren zu einer gezielten Beeinflussung des magnetischen Flusses innerhalb des Rotorkörpers dar. In this way, the magnets PM1, PM2 of the first group V1 overall can be brought closer together in the circumferential direction, whereby the magnetic power density, the efficiency and the maximum achievable torque of the electric machine can be markedly increased. The recess C1 is arranged outside a main magnetic flux passing through the rotor R, which would propagate there in the absence of a recess C1. In particular, the recess is arranged in a region with a magnetic flux which is small relative to a main magnetic flux or in a region which is essentially free of magnetic flux. Thus, the recesses C1 do not constitute flow barriers for selectively influencing the magnetic flux within the rotor body.
Die geometrische Ausbildung und die Positionierung der Ausnehmung C1 in der dar- gestellten und erläuterten Weise führen somit im Vergleich zu einem dort geschlos- senen Rotorkörper zu einer lediglich geringen und minimierten Beeinflussung des Magnetflusses, wobei die vorgenannten positiven Aspekte deutlich überwiegen. All- gemein sind das Vorsehen von Aussparungen und die damit verbundene Massere- duzierung in einem radial äu ßeren Bereich des Rotors besonders unter hohen Drehzahlen mit einem positiven Effekt verbunden. Im Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen C1 insbesondere in einem radialen Bereich oberhalb bzw. ab etwa 6/7 des Radius OR und insbesondere zwischen etwa 6/7 und 7/7 des Radius OR vorge- sehen. Wie bereits weiter oben angesprochen, sind die Magnete PM innerhalb der Magnetaufnahmebereiche TM kraftschlüssig durch eine Klemmung fixiert. The geometric design and the positioning of the recess C1 in the illustrated and explained manner thus lead in comparison to a closed there rotor body to only a small and minimized influence of the magnetic flux, the above-mentioned positive aspects significantly outweigh. In general, the provision of recesses and the associated mass reduction in a radially outer area of the rotor are associated with a positive effect, especially at high speeds. In the exemplary embodiment, the recesses C1 are provided in particular in a radial region above or from about 6/7 of the radius OR and in particular between about 6/7 and 7/7 of the radius OR. As already mentioned above, the magnets PM are fixed in a frictional manner by clamping within the magnet receiving areas TM.
Die Klemmung kann dabei eine ausschließliche Befestigungsart bilden. Bei Bedarf kann jedoch alternativ und/oder zusätzlich dazu eine Verklebung der Magnete PM erfolgen. Zur Vermeidung von mechanischen Spannungsspitzen und eines daraus resultierenden Sprödbruchs der Magnete PM, wie dieser insbesondere unter dem Einfluss hoher Drehzahlen auftretenden kann, sind an Randpositionen der Magnetaufnahmebereiche TM bzw. in den Endbereichen der parallelen Seiten M1 ver- gleichsweise kleine Aussparungen C2 vorgesehen, wie diese beispielhaft für den Magnet PM3 in Fig. 2 dargestellt und dort bezeichnet ist. Entsprechende Aussparun- gen C2 sind an allen Taschen T1 -6 vorgesehen. Diese Aussparungen C2 sind in Bereichen der von den Seiten M1 , M2 ausgebildeten und sich entlang M3 erstrecken- den Kanten K der Magnete PM ausgebildet und weisen jeweils eine gekrümmte Kon- tur mit vergleichsweise kleinen Radien auf. Die besagten Kanten K der Magnete PM sind somit freigestellt und liegen nicht an den Rändern R der Taschen T an. Die Magnete PM sind dadurch in diesen besonders bruchempfindlichen Zonen auch un- ter Betriebsbedingungen keinen erhöhten mechanischen Belastungen ausgesetzt. The clamping can form an exclusive method of attachment. If required, however, an adhesion of the magnets PM can take place alternatively and / or additionally. In order to avoid mechanical stress peaks and a resulting brittle fracture of the magnets PM, which may occur in particular under the influence of high rotational speeds, comparatively small recesses C2 are provided at edge positions of the magnet receiving areas TM or in the end areas of the parallel sides M1 exemplified for the magnet PM3 in Fig. 2 and designated there. Corresponding recesses C2 are provided on all pockets T1 -6. These recesses C2 are formed in regions of the edges K of the magnets PM formed by the sides M1, M2 and extending along M3, and each have a curved contour with comparatively small radii. The said edges K of the magnets PM are thus free and do not abut the edges R of the pockets T. As a result, the magnets PM are not exposed to increased mechanical loads in these particularly fracture-sensitive zones even under operating conditions.
Angrenzend an die radial äußeren Bereiche der vier Magnete PM1 -4 der zweiten Gruppe V2 sind Aussparungen C20 über die gesamte Breite der Seite M2 ausge- führt, welche die an den Kanten K vorhandenen Aussparungen C2 miteinander verbinden (Fig. 2). Die Seiten M2 sind somit vollständig freigestellt. Die Magnete PM können im Bereich dieser Kanten K eckig oder mit einem Kantenradius ausgeführt sein. Im letzteren Fall kann der Radius zumindest größenordnungsmäßig in den Bereich des Kantenradius der Magnete fallen. Adjacent to the radially outer regions of the four magnets PM1 -4 of the second group V2, recesses C20 are made over the entire width of side M2, which interconnect the recesses C2 present at the edges K (FIG. 2). The sides M2 are thus completely free. The magnets PM may be K eckig or with an edge radius in the region of these edges. In the latter case, the radius can at least fall on the order of magnitude of the edge radius of the magnets.
Den Figuren ist entnehmbar, dass die Permanentmagnete PM im Wesentlichen vollflächig mit deren Seiten M1 zu dem Rotorkörper RK gefügt sind. Genauer sind die Permanentmagnete PM ausschließlich mit den Seiten M1 zu dem Rotorkörper RK gefügt und die beiden Seiten M2 sind freigestellt. Gemäß einer bevorzugten Befesti- gungsart sind die Permanentmagnete PM ausschließlich kraftschlüssig zu dem Ro- torkörper RK gefügt, insbesondere eingepresst. It can be seen from the figures that the permanent magnets PM are joined over their entire sides with their sides M1 to the rotor body RK. More specifically, the permanent magnets PM are joined only to the sides M1 to the rotor body RK and the two sides M2 are free. According to a preferred fastening The permanent magnets PM are exclusively positively frictionally joined to the rotor body RK, in particular pressed in.
Durch die Aussparungen C2 und im Weiteren auch durch die Aussparungen C20 wird eine höhere Montage- und Betriebssicherung der Magnete PM realisiert. Auch eine gegebenenfalls auf der Oberfläche der Magnete PM aufgebrachte isolierende Beschichtung kann dadurch möglichst geschont und vor einer Beschädigung bewahrt werden. Through the recesses C2 and in the following also through the recesses C20 a higher mounting and operational safety of the magnets PM is realized. Even an optionally applied on the surface of the magnets PM insulating coating can be spared as possible and preserved from damage.
Zur effektiven und insbesondere zur gezielten räumlichen Führung eines magnetischen Flusses innerhalb des Rotors R sind weitere Ausnehmungen C3 vorgesehen, welche als Hindernisse bei der Ausbreitung des Magnetflusses wirken. Auf diese Weise können unerwünschte magnetische Kurzschlüsse im Rotor R vermieden und gleichzeitig erreicht werden, dass sich der Magnetfluss in einer definierten Weise auf einem gewünschten Pfad zwischen dem Rotor R und einem Stator ausbreiten kann. Derartige Ausnehmungen C3 sind im besprochenen Ausführungsbeispiel in einem radial äußeren Bereich des Rotors R und damit nahe der Außenumfangsfläche U vorgesehen. Zur Ausbildung solcher Flussbarrieren weisen die Taschen T1 , T2 der ersten Gruppe V1 Erweiterungen auf, deren radial äußere Berandung zumindest etwa parallel zu der Außenumfangsfläche U des Rotors ausgebildet ist und damit die Stege S3, S4 berandet. Vorliegend sind diese Erweiterungen bzw. Ausnehmun- gen C3 insbesondere etwa dreieckförmig ausgebildet. Es können grundsätzlich auch andere Formen zum Einsatz kommen. For effective and in particular for targeted spatial guidance of a magnetic flux within the rotor R further recesses C3 are provided, which act as obstacles in the propagation of the magnetic flux. In this way, unwanted magnetic short circuits in the rotor R can be avoided and simultaneously achieved that the magnetic flux can propagate in a defined manner on a desired path between the rotor R and a stator. Such recesses C3 are provided in the embodiment discussed in a radially outer region of the rotor R and thus close to the outer peripheral surface U. For the formation of such flux barriers, the pockets T1, T2 of the first group V1 have extensions whose radially outer boundary is formed at least approximately parallel to the outer peripheral surface U of the rotor and thus bounds the webs S3, S4. In the present case, these extensions or recesses C3 are in particular approximately triangular in shape. In principle, other forms can also be used.
Die radial außen liegenden Taschen T3, T6 der zweiten Gruppe V2 weisen im Vergleich zu den Taschen T1 , T2 der ersten Gruppe V1 einen größeren radialen Ab- stand zu der Außenumfangsfläche U des Rotors R auf. In diesem Fall sind die jeweils zugeordneten Ausnehmungen C30 bzw. Flussbarrieren separat von den Magnettaschen T3, T6 ausgeführt. Die Ausnehmungen C30 sind gleichfalls etwa dreieckförmig mit einer zumindest etwa parallel zu der Außenumfangsfläche U des Rotors R verlaufenden radial äußeren Berandung gebildet, wodurch dort Stege S9, S10 vorliegen. Wie in Fig. 2 erkennbar, sind zwischen den Aussparungen C20 und C30 weitere Stege S5, S6 vorgesehen, welche mit zwei parallelen Rändern an die besagten Aussparungen angrenzen. Zwischen den Taschen T3, T4 und T5, T6 sind weitere Stege S7, S8 ausgebildet. The radially outer pockets T3, T6 of the second group V2 have a larger radial distance to the outer peripheral surface U of the rotor R than the pockets T1, T2 of the first group V1. In this case, the respectively assigned recesses C30 and flux barriers are designed separately from the magnetic pockets T3, T6. The recesses C30 are also formed approximately triangular with an at least approximately parallel to the outer peripheral surface U of the rotor R extending radially outer boundary, whereby there are webs S9, S10. As can be seen in Fig. 2, between the recesses C20 and C30 are more Webs S5, S6 are provided, which adjoin with two parallel edges to said recesses. Between the pockets T3, T4 and T5, T6 further webs S7, S8 are formed.
Weitere, als Flussbarrieren dienende Ausnehmungen bzw. Aussparungen C4 sind ebenfalls an den jeweiligen radial innersten Taschen T1 , T2 und T4, T5 von erster und zweiter Gruppe V1 , 2, insbesondere in einem Fußbereich F der jeweiligen V- Anordnung vorgesehen, an dem die Magnete PM einer Gruppe V in Umfangsrich- tung am nächsten zusammenstehen. Die Stege S1 , S2 liegen damit auch im jeweiligen Fu ßbereich F1 , F2 ist. Diese Aussparungen C4 weisen allgemein eine asymmetrische Form auf und sind im Ausführungsbeispiel etwa asymmetrisch tropfenförmig ausgebildet. Mit Blick auf die Figuren ist erkennbar, dass die Ausnehmungen C4 eine etwa zum Zentrum des Rotors R ausgerichtete Haupterstreckungsrichtung aufweisen. Mit anderen Worten ist die maximale Erstreckung C4R der außerhalb eines Magneten PM befindlichen Aussparungen C4 in radialer Richtung merklich größer als deren maximale Erstreckung C4U in Umfangsrichtung des Rotorkörpers RK (Fig. 1 ). Vorliegend beträgt das Verhältnis etwa 1 ,8:1 . Besonders vorteilhaft ist ein Verhältnis ab etwa 1 ,3:1 und größer. Zur Ausbildung eines Stegs S1 , S2 sind an zwei in Umfangsrichtung benachbarten Aussparungen C4 jeweils parallelverlaufende Kanten S1 .1 , S1 .2; S2.1 , S2.2 vorgesehen, die somit im Wesentlichen in Richtung des Radiusvektors RR1 verlaufen. Durch einen Steg S1 , S2 werden die jeweils dazu ra- dial außen liegenden Strukturbereiche des Rotors R mechanisch abgestützt. Auch bei diesen Aussparungen C4 sind zur Vermeidung von mechanischen Spannungsspitzen gerundete Konturlinien ausgebildet. Die dabei angewandten maximalen Ra- dien sind jedoch bezogen auf die zuvor erläuterten Ausnehmungen C2, C20, C3,Further, as flow barriers serving recesses or recesses C4 are also provided on the respective radially innermost pockets T1, T2 and T4, T5 of the first and second group V1, 2, in particular in a foot region F of the respective V arrangement, to which the magnets PM of a group V in the circumferential direction closest together. The webs S1, S2 are thus also in the respective Fu ßbereich F1, F2 is. These recesses C4 generally have an asymmetrical shape and in the exemplary embodiment are approximately asymmetrically drop-shaped. With reference to the figures, it can be seen that the recesses C4 have a main extension direction approximately at the center of the rotor R. In other words, the maximum extent C4R of the recesses C4 located outside a magnet PM in the radial direction is appreciably greater than its maximum extent C4U in the circumferential direction of the rotor body RK (FIG. 1). In the present case, the ratio is about 1.8: 1. Particularly advantageous is a ratio from about 1, 3: 1 and larger. In order to form a web S1, S2, parallel edges S1 .1, S1 .2 are respectively provided on two recesses C4 adjacent in the circumferential direction. S2.1, S2.2 provided, which thus extend substantially in the direction of the radius vector RR1. By means of a web S1, S2, the respectively radially outer structural regions of the rotor R are mechanically supported. Even with these recesses C4 rounded contour lines are formed to avoid mechanical stress peaks. However, the maximum radii used in this case are based on the previously explained recesses C2, C20, C3,
C30 vergleichsweise groß. Insbesondere wird durch die tropfenförmige Ausbildung der Ausnehmungen C4 der Weg des Magnetflusses in diesen Bereichen verlängert und die Ausbildung von Kurzschlüssen reduziert. Auch diese Maßnahme bewirkt eine höhere Drehzahlfestigkeit des Rotors R. Die voranstehend erläuterten Ausbildungen der verschiedenen Arten von Ausnehmungen können an einem Rotor jeweils für sich genommen allein oder in einer belie- bigen Kombination erfolgen. C30 comparatively large. In particular, the path of the magnetic flux in these areas is extended by the drop-shaped formation of the recesses C4 and reduces the formation of short circuits. This measure also causes a higher speed stability of the rotor R. The embodiments of the various types of recesses explained above can take place on a rotor, taken alone or in any combination.
Bezuaszeichen Bezuaszeichen
A Mittelachse, Drehachse RR2 Radiusvektor A center axis, rotation axis RR2 radius vector
C1 Ausnehmung Kantenradius  C1 recess edge radius
C2 Ausnehmung S1 -10 Steg  C2 recess S1 -10 bridge
C3 Ausnehmung 51 .1 Seite  C3 recess 51 .1 side
C4 Ausnehmung 51 .2 Seite  C4 recess 51 .2 side
C4R radiale Erstreckung 52.1 Seite  C4R radial extent 52.1 side
C4U Umfangserstreckung 52.2 Seite  C4U perimeter extension 52.2 page
C20 Ausnehmung SE Sektor  C20 recess SE sector
C30 Ausnehmung SE1 Sektor  C30 recess SE1 sector
F1 , 2 Fußbereich SE2 Sektor  F1, 2 foot SE2 sector
IR Innenradius T 1 -6 Magnettasche, T asche IR inner radius T 1 -6 Magnetic pocket, ash
K Kante TE Randposition K edge TE edge position
L Lamelle TM1 -ßMagnetaufnahmebereich L Lamelle TM1 -ßMagnetaufnahmebereich
11 Abstand U Umfangsfläche 11 distance U circumferential surface
M1 Magnetseite V1 erste Gruppe  M1 magnet side V1 first group
M2 Magnetseite V2 zweite Gruppe  M2 magnet side V2 second group
M3 Magnetseite V1 .1 V-Schenkel  M3 magnet side V1 .1 V-leg
OR Außenradius V1 .2 V-Schenkel  OR outer radius V1 .2 V-leg
PM Magnet V2.1 V-Schenkel  PM magnet V2.1 V-leg
PMR Kantenradius V2.2 V-Schenkel  PMR edge radius V2.2 V-leg
R Rotor Z Zentrum  R rotor Z center
R1 -6 Rand  R1 -6 edge
RK Rotorkörper al Winkel  RK rotor body al angle
RM Seite a2 Winkel  RM side a2 angle
RR1 Radiusvektor  RR1 radius vector

Claims

Patentansprüche claims
1. Rotor (R) für eine permanenterregte elektrische Maschine umfassend einen Ro- torkörper (RK) mit einer Mittelachse (A) und mit einer äußeren Umfangsfläche (U), wobei in einem radialen Bereich zwischen der Mittelachse (A) und der Umfangsflä- che (U) eine Vielzahl von Taschen (T) mit darin angeordneten Permanentmagne- ten (PM) vorgesehen ist und wobei die Permanentmagneten (PM) Kanten (K) auf- weisen, welche sich innerhalb des Rotorkörpers (RK) axial erstrecken, A rotor (R) for a permanent magnet electric machine comprising a rotor body (RK) having a central axis (A) and an outer peripheral surface (U), wherein in a radial region between the central axis (A) and the peripheral surface (U) a plurality of pockets (T) with permanent magnets (PM) arranged therein are provided, and wherein the permanent magnets (PM) have edges (K) which extend axially within the rotor body (RK),
dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (T) im Bereich der Kanten (K) Aussparungen (C2) aufweisen und die Kanten (K) dadurch freigestellt sind. characterized in that the pockets (T) in the region of the edges (K) recesses (C2) and the edges (K) are thereby released.
2. Rotor (R) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagne- te (PM) mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgebildet sind und in einer Radialebene des Rotors (R) eine lange Seite (M1 ) und eine dazu kürzere Seite (M2) aufweisen, wobei die an einer Seite (M2) ausgebildeten Ausnehmungen (C2) durch eine weitere Ausnehmung (C20) miteinander verbunden sind und die Seite (M2) vollständig freigestellt ist. Second rotor (R) according to claim 1, characterized in that the permanent magnets (PM) are formed with a substantially rectangular cross-section and in a radial plane of the rotor (R) has a long side (M1) and a shorter side ( M2), wherein on one side (M2) formed recesses (C2) are interconnected by a further recess (C20) and the side (M2) is completely free.
3. Rotor (R) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Perma- nentmagnete (PM) im Wesentlichen vollflächig mit deren Seiten (M1 ) zu dem Rotorkörper (RK) gefügt sind. 3. rotor (R) according to claim 1 or 2, characterized in that the permanent magnets (PM) are substantially over the entire surface with their sides (M1) joined to the rotor body (RK).
4. Rotor (R) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (PM) ausschließlich mit den Seiten (M1 ) zu dem Rotorkörper gefügt sind und beide Seiten (M2) freigestellt sind 4. rotor (R) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the permanent magnets (PM) are joined exclusively with the sides (M1) to the rotor body and both sides (M2) are free
5. Rotor (R) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass die Permanentmagnete (PM) ausschließlich kraftschlüssig zu dem Rotorkörper (RK) gefügt sind. 5. Rotor (R) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the permanent magnets (PM) are joined only frictionally to the rotor body (RK).
6. Permanenterregte elektrische Maschine mit einem Stator und einem drehbar zu diesem gelagerten Rotor (R), welcher nach einem der Patentansprüche 1 - 5 ausgebildet ist. 6. Permanent-magnet electric machine with a stator and a rotatably mounted to this rotor (R), which is designed according to one of the claims 1-5.
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