WO2020156809A1 - Eingebettete magnetanordnung für permanenterregte elektrische maschinen - Google Patents

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    • B60Y2400/00Special features of vehicle units
    • B60Y2400/60Electric Machines, e.g. motors or generators

Definitions

  • the invention relates to a movable part for a permanently excited electrical machine having at least two magnetic poles, with a laminated core and a permanent magnet system embedded in the laminated core.
  • the invention also relates to a permanently excited electrical machine and a motor vehicle.
  • the electrical machine can be a rotary electrical machine with a stationary part in the form of a stator and a movable part in the form of a rotor, which can be used, for example, as a drive machine for an electrically drivable motor vehicle, that is to say an electric or hybrid vehicle.
  • the electrical machine can also be a translatory electrical machine with a stationary part in the form of a stator and a movable part in the form of a rotor, for example a linear motor.
  • the rotor or rotor has a permanent magnet system, which can have surface magnets or embedded or buried permanent magnets, for example.
  • Magnetic stray fluxes are created in permanent magnet systems. These reduce a magnetic air gap flux density that can be used for electromechanical conversion in an air gap between the fixed part and the movable part. The result of this is that a maximum convertible torque is reduced in the case of rotary electrical machines or a maximum convertible force in the case of electrical machines which work in a translatory manner. The lower the magnetic stray fluxes are, the more effectively the electrical machine can be operated. It is an object of the present invention to provide a permanent magnet electric machine that can be operated particularly effectively and efficiently, with a very high yield of a magnetic air gap flux density.
  • this object is achieved by a movable part, an electrical machine and a motor vehicle with the features according to the respective
  • a movable part according to the invention for a permanently excited electrical machine has at least two magnetic poles and comprises a laminated core and a permanent magnet system embedded in the laminated core.
  • the permanent magnet system has a first permanent magnet configuration and a second one for each magnetic pole
  • the first permanent magnet configuration and the second permanent magnet configuration are for the joint generation of a magnetic air gap flux density in an air gap of the electrical machine that is radially adjacent to an outside of the laminated core by superposition of
  • the two permanent magnet configurations have different arrangements and magnetization orientations per magnetic pole with respect to an axis of movement of the movable part.
  • Here is one of an arrangement
  • Magnetization orientation of the second permanent magnet configuration resulting magnetic flux of the second permanent magnet configuration is additionally designed to a magnetic flux of the first resulting from an arrangement and magnetization orientation of the first permanent magnet configuration
  • the invention also includes a permanently excited electrical machine having a stationary part and a movable part according to the invention which is movably mounted with respect to the stationary part while forming an air gap.
  • the fixed part has a laminated core with windings that can be energized.
  • the electrical machine can be a rotating electrical machine with a fixed part in the form of a stator and a moving part in the form of a rotor or a translating electrical machine with a fixed part in the form of a stator and a moving part in Form of a runner, for example a Linear motor.
  • stator stator
  • stator stator
  • the rotor and stator lie opposite one another in the radial direction, starting from an axis of movement designed as an axis of rotation, about which the rotor rotates.
  • the rotor and the stator lie opposite each other in the vertical direction, starting from a movement axis designed as a thrust axis, along which the rotor moves.
  • the laminated core of the rotor / rotor has at least two alternating magnetic poles, a region of the laminated core being assigned to each magnetic pole. Two adjacent, alternating magnetic poles in the form of a magnetic south pole and a magnetic north pole form a pair of poles.
  • Each magnetic pole of the laminated core has the first and the second permanent magnet configuration, the first and the second permanent magnet configurations of all magnetic poles forming the permanent magnet system of the rotor.
  • Permanent magnet configurations has at least one permanent magnet, which is designed as an embedded or buried permanent magnet.
  • cavities are formed in the laminated core, which extend through the laminated core and in which the permanent magnets are arranged.
  • Permanent magnet configurations are embedded in the laminated core, their magnetic fluxes cross the laminated core and the air gap and close back over the stator / stator to the magnetic source.
  • the first permanent magnet configuration has a first arrangement and a first magnetization orientation with respect to the axis of movement and the second
  • Permanent magnet configuration has a second arrangement and a second
  • the two permanent magnet configurations per magnetic pole also have mutually different arrangements and magnetization orientations.
  • change the respective ones Magnetization orientations within a pair of poles are their signs.
  • the first magnetization orientations of two adjacent magnetic poles forming a pole pair have different signs and the second magnetization orientations of the adjacent magnetic poles
  • first permanent magnets can be the first permanent magnets
  • Permanent magnet configuration for forming the different arrangements have different positions with respect to one another and with respect to the axis of movement.
  • the position of a permanent magnet with respect to the movement axis is defined here as a position of a longitudinal magnet axis with respect to the movement axis.
  • a first layer of the first permanent magnets and a second layer of the second permanent magnets can be oriented transversely, for example perpendicularly, to one another.
  • the different positions of the permanent magnets with respect to the axis of movement result in the different magnetization orientations.
  • the magnetization orientation is defined here as the position of a magnetization direction of a permanent magnet in relation to the axis of movement.
  • the direction of magnetization and the longitudinal axis of a permanent magnet are oriented perpendicular to each other.
  • the first and the second magnetization orientation can also be oriented transversely, for example perpendicular, to one another.
  • the second permanent magnet configuration is like the first
  • Permanent magnet configuration and arranged to the axis of movement and magnetized that it not only contributes to the magnetic air gap flux density, but also reduces the magnetic leakage flux portion of the first permanent magnet configuration.
  • a second magnetic flux can be the second
  • the permanent magnet configuration redirects or even compensates for the magnetic leakage flux of the first permanent magnet configuration. Because of the superposition of the magnetic fluxes of the two
  • Permanent magnet configurations can be the permanent magnets of the
  • Permanent magnet configurations compared to permanent magnets of a rotor with only one permanent magnet configuration with the same material expenditure.
  • the material expenditure of the electrical machine is not increased by the second permanent magnet configuration. Rather, the magnetic stray fluxes are reduced and by the second permanent magnet configuration this improves magnetic flow in the laminated core. In this way, a torque or a force of the electrical machine can be increased.
  • Permanent magnet configuration as an embedded flat magnet arrangement and the arrangement of the second permanent magnet configuration as an embedded
  • Longitudinal magnet axis of the first permanent magnets in particular oriented tangentially or parallel to the air gap and thus to the outside of the laminated core.
  • the first magnetization orientation is oriented at a certain angle, in particular perpendicular, to the outside of the laminated core.
  • the layers or longitudinal axes of the magnet being oriented at a certain angle, for example perpendicular, to the outside.
  • Magnetization directions of the second permanent magnets have the same position with respect to the outside and to the axis of movement, but face each other, so that their magnetic fluxes are concentrated along a flux concentration direction when crossing the laminated core.
  • the first permanent magnet configuration in the flat magnet arrangement has a radial one
  • Permanent magnet configuration has a tangential in the spoke arrangement
  • the magnetization orientation with respect to the axis of rotation is related to the The axis of rotation.
  • the first magnetization direction of the first permanent magnets of the first permanent magnet configurations ie a radial direction.
  • the longitudinal magnet axis of the first permanent magnets is oriented in the tangential direction with respect to the axis of rotation. In other words, the first point
  • Permanent magnets have a tangential position to the axis of rotation. Relative to the axis of rotation, the second direction of magnetization of the second permanent magnets of the second permanent magnet configuration is the tangential direction.
  • the longitudinal magnet axis of the second permanent magnets is oriented in the radial direction with respect to the axis of rotation.
  • the second permanent magnets have a radial position with respect to the axis of rotation.
  • the first permanent magnet configuration in the flat magnet arrangement has a vertical magnetization orientation with respect to one designed as a thrust axis
  • Thrust axis Relative to the thrust axis, the first direction of magnetization of the first permanent magnets of the first permanent magnet configuration is a vertical direction or transverse direction.
  • the longitudinal axis of the magnet of the first permanent magnets is oriented in the horizontal or longitudinal direction with respect to the thrust axis.
  • the first permanent magnets have a horizontal position with respect to the thrust axis.
  • the second magnetization orientation of the second permanent magnets of the second permanent magnet configuration is the horizontal direction.
  • the longitudinal magnet axis of the second permanent magnets is oriented in the horizontal direction with respect to the thrust axis.
  • the second permanent magnets have a vertical position to the thrust axis.
  • the first permanent magnet configuration per magnetic pole preferably has a first permanent magnet divided into two permanent magnet parts, the permanent magnet parts for forming the flat magnet arrangement being arranged in a V arrangement and being arranged between two second permanent magnets of the second permanent magnet configuration which are spaced apart from one another.
  • the V arrangement has in particular an angle of at least 90 °.
  • the V arrangement preferably has an angle of 180 °, so that the permanent magnet parts lie side by side on a line.
  • the second permanent magnets are pro
  • the first ends are the second Permanent magnets facing the axis of rotation or thrust axis. Second ends of the second permanent magnets, which are opposite to the first ends, face the air gap.
  • the first permanent magnet parts arranged side by side lie between the two second permanent magnets. In particular, the first permanent magnet parts lie between the second ends of the permanent magnets.
  • the second is to reduce magnetic stray flux components of second permanent magnets
  • Permanent magnet configurations are arranged adjacent to at least one end of the second permanent magnets in each case at least one magnetic flux blocking element in the laminated core. This is preferably at least one magnetic
  • Flow blocking element designed as a cavity and / or a plastic part in the laminated core.
  • a magnetic flux barrier element is arranged between the second end of the second permanent magnet, which faces the air gap, and the outside of the laminated core and a magnetic flux barrier element is arranged between the first end of the second permanent magnet, which faces the movement axis, and the movement axis.
  • the invention also includes a motor vehicle with a permanently excited electrical machine according to the invention.
  • the motor vehicle is in particular an electric or hybrid vehicle and has the electrical machine as a traction machine or drive machine.
  • the electrical machine 1 shows a schematic sectional illustration of a sector of an embodiment of an electrical machine 1 according to the invention.
  • the electrical machine 1 is designed as a rotating electrical machine and can be designed, for example, as an electrical traction machine of an electrically drivable motor vehicle, not shown here.
  • the electrical machine 1 can also be designed as a translatory electrical machine.
  • the electrical machine 1 comprises a stationary part in the form of a stator 2 and a movable part in the form of a rotor 3, which is rotatably mounted with respect to the stator 2 about a movement axis in the form of a rotation axis L.
  • the electrical machine 1 is an internal rotor here, so that the stator 2 encloses the rotor 3 and the rotor 3 rotates about the axis of rotation L within the stator 2.
  • the electrical machine 1 can also be an external rotor.
  • the stator 2 and the rotor 3 are arranged at a distance from one another, forming an air gap 4.
  • the stator 2 has a stator laminated core 5 with a multiplicity of equidistantly distributed grooves 6, in which current-carrying windings 7 of the stator 2 are arranged to generate a rotating field.
  • the rotor 3 can be excited to rotate about the axis of rotation L by this rotating field.
  • the rotor 3 has at least two magnetic poles P, a magnetic pole P in the form of a magnetic north pole being shown here, for example. Adjacent to the magnetic north pole is a magnetic pole P (not shown here) in the form of a magnetic south pole.
  • the rotor 3 has a laminated core 8 or laminated rotor core, which has an outer side 9 facing the air gap 4.
  • each magnetic pole P has a first permanent magnet configuration 10 and a second permanent magnet configuration 11.
  • the first and the second permanent magnet configurations 10, 1 1 of all magnetic poles P form one
  • the permanent magnet system of the rotor 3 The permanent magnet configurations 10, 11 are embedded in the laminated core 8 or buried in the laminated core 8.
  • the first permanent magnet configuration 10 has a first arrangement and a first magnetization orientation to the axis of rotation L.
  • Permanent magnet configuration 1 1 has a second arrangement and a second
  • Permanent magnet configuration 10 here has a first arrangement in the form of a embedded flat magnet arrangement and the second permanent magnet configuration 11 here has a second arrangement in the form of an embedded spoke arrangement.
  • the first permanent magnet configuration 10 has a first, in two
  • Permanent magnet parts 12a, 12b divided permanent magnets 12.
  • the first permanent magnet 12 has a tangential position to the axis of rotation L.
  • a first magnetic longitudinal axis A1 is the first
  • the first permanent magnet 12 has a radial magnetization. A first one
  • Magnetization direction M1 of the first permanent magnet 12 is thus oriented along the radial direction R.
  • a north pole N of the first permanent magnet 12 faces the air gap 4 and a south pole S of the first permanent magnet 12 faces the axis of rotation L.
  • the south pole S would be the first
  • Magnetization direction M1 thus changes its sign.
  • the second permanent magnet configuration 10 has two second permanent magnets 13.
  • the second permanent magnets 13 have a radial position with respect to the axis of rotation L.
  • second longitudinal magnetic axes A2 of the second permanent magnets 13 are oriented along the radial direction R with respect to the axis of rotation L.
  • the second permanent magnets 13 have a tangential magnetization.
  • Second magnetization directions M2 of the second permanent magnets 13 are thus oriented along the tangential direction T.
  • north poles N of the second permanent magnets 13 face a pole center PM and south poles S of the second permanent magnets 13 face the respective pole edges PR.
  • the south poles S of the second permanent magnets 13 would face the pole center PM and north poles N of the second permanent magnets 12 would face the respective pole edges PR.
  • Magnetization directions M2 thus change their sign. Magnetic fluxes of the two permanent magnet configurations 10, 11, which are initially oriented along the respective magnetization directions M1, M2, overlap or concentrate along the radial direction R, which corresponds to a magnetic flux concentration direction, and together produce a magnetic air gap flux density in the air gap 4.
  • Air gap flux density influences a torque and an efficiency of the rotating electrical machine 1.
  • the magnetic flux of the first permanent magnet 12 has a magnetic leakage flux component 14.
  • This magnetic leakage flux component 14 influences the course of the magnetic air gap flux density and thus the efficiency of the electrical machine 1.
  • the magnetic flux of the second permanent magnets 13 acts on the magnetic flux of the first permanent magnet 12. This includes If a magnetic field or a magnetic flux density of the second permanent magnets 13 is stronger than the stray magnetic flux of the first permanent magnet 12, this can be rendered ineffective in whole or in part. The stronger magnetic field of the second permanent magnets 13 thus conducts the stray magnetic fluxes of the first
  • Magnetic stray fluxes can also form at the ends of the second permanent magnets 13. To prevent this magnetic stray flux from the second
  • Permanent magnets 13, which reduces the magnetic air gap flux density, 8 magnetic flow blocking elements 15 are provided in the laminated core.
  • the magnetic flow blocking elements 15 at the ends of the second permanent magnets 13, which face the air gap 4, are here formed as cavities 16 in the laminated core 8.
  • the magnetic flow blocking elements 15 at the ends of the second permanent magnets, which face away from the air gap 4, are designed here as plastic parts 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen beweglichen Teil (3) für eine permanenterregte elektrische Maschine (1) mit einem Blechpaket (8) und einem eingebetteten Permanentmagnetsystem, welches pro magnetischem Pol (P) eine erste Permanentmagnetkonfiguration (10) und eine zweite Permanentmagnetkonfiguration (11) zur gemeinsamen Erzeugung einer magnetischen Luftspaltflussdichte in einem an eine Außenseite (9) des Blechpakets (8) angrenzenden Luftspalt (4) der elektrischen Maschine (1) durch Superposition von magnetischen Flüssen der zwei Permanentmagnetkonfigurationen (10, 11) aufweist, wobei - die zwei Permanentmagnetkonfigurationen (11) pro magnetischem Pol unterschiedliche Anordnungen und Magnetisierungsorientierungen bezüglich einer Bewegungsachse (L) des beweglichen Teils (3) aufweisen, und - ein aus einer Anordnung und Magnetisierungsorientierung der zweiten Permanentmagnetkonfiguration (11) resultierender magnetischer Fluss zusätzlich dazu ausgelegt ist, auf einen aus einer Anordnung und Magnetisierungsorientierung der ersten Permanentmagnetkonfiguration resultierenden magnetischen Fluss einzuwirken und dabei dessen magnetischen Streuflussanteil (14) zumindest zu reduzieren. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine (1) sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Eingebettete Magnetanordnung für permanenterregte elektrische Maschinen
Die Erfindung betrifft einen beweglichen Teil für eine permanenterregte elektrische Maschine aufweisend zumindest zwei magnetische Pole, mit einem Blechpaket und einem in das Blechpaket eingebetteten Permanentmagnetsystem. Die Erfindung betrifft außerdem eine permanenterregte elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf permanenterregte elektrische Maschinen, welche einen ortsfest gelagerten Teil mit bestrombaren Wicklungen sowie einen bezüglich des ortsfest gelagerten Teils beweglich gelagerten Teil aufweisen. Die elektrische Maschine kann eine rotatorisch arbeitende elektrische Maschine mit einem ortsfesten Teil in Form von einem Stator und einem beweglichen Teil in Form von einem Rotor sein, welche beispielsweise als Antriebsmaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, also ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, eingesetzt werden kann. Die elektrische Maschine kann aber auch eine translatorisch arbeitende elektrische Maschine mit einem ortsfesten Teil in Form von einem Ständer und einem beweglichen Teil in Form von einem Läufer, beispielsweise ein Linearmotor, sein. Der Rotor bzw. Läufer weist ein Permanentmagnetsystem auf, welches beispielsweise Oberflächenmagnete oder eingebettete bzw. vergrabene Permanentmagnete aufweisen kann.
Bei solchen permanenterregten elektrischen Maschinen mit eingebetteten
Permanentmagnetsystemen entstehen magnetische Streuflüsse. Diese vermindern eine für die elektromechanische Wandlung nutzbare magnetische Luftspaltflussdichte in einem Luftspalt zwischen dem ortsfesten Teil und dem beweglichen Teil. Dies hat zur Folge, dass ein maximal wandelbares Drehmoment bei rotatorisch arbeitenden elektrischen Maschinen oder eine maximal wandelbare Kraft bei translatorisch arbeitenden elektrischen Maschinen reduziert wird. Je geringer also die magnetischen Streuflüsse sind, desto effektiver lässt sich die elektrische Maschine betreiben. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders effektiv und effizient zu betreibende permanenterregte elektrische Maschine, mit einer sehr hohen Ausbeute einer magnetischen Luftspaltflussdichte, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen beweglichen Teil, eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen
unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
Ein erfindungsgemäßer beweglicher Teil für eine permanenterregte elektrische Maschine weist zumindest zwei magnetische Pole auf und umfasst ein Blechpaket und ein in das Blechpaket eingebettetes Permanentmagnetsystem. Das Permanentmagnetsystem weist pro magnetischem Pol eine erste Permanentmagnetkonfiguration und eine zweite
Permanentmagnetkonfiguration auf. Die erste Permanentmagnetkonfiguration und die zweite Permanentmagnetkonfiguration sind zur gemeinsamen Erzeugung einer magnetischen Luftspaltflussdichte in einem an eine Außenseite des Blechpakets radial angrenzenden Luftspalt der elektrischen Maschine durch Superposition von
magnetischen Flüssen der zwei Permanentmagnetkonfigurationen ausgelegt. Die zwei Permanentmagnetkonfigurationen weisen pro magnetischem Pol unterschiedliche Anordnungen und Magnetisierungsorientierungen bezüglich einer Bewegungsachse des beweglichen Teils auf. Dabei ist ein aus einer Anordnung und
Magnetisierungsorientierung der zweiten Permanentmagnetkonfiguration resultierender magnetischer Fluss der zweiten Permanentmagnetkonfiguration zusätzlich dazu ausgelegt ist, auf einen aus einer Anordnung und Magnetisierungsorientierung der ersten Permanentmagnetkonfiguration resultierenden magnetischen Fluss der ersten
Permanentmagnetkonfiguration einzuwirken und dabei einen magnetischen
Streuflussanteil des magnetischen Flusses der ersten Permanentmagnetkonfiguration zumindest zu reduzieren.
Zur Erfindung gehört auch eine permanenterregte elektrische Maschine aufweisend einen ortsfesten Teil und einen unter Ausbildung eines Luftspalts beweglich gegenüber dem ortsfesten Teil gelagerten erfindungsgemäßen beweglichen Teil. Der ortsfeste Teil weist ein Blechpaket mit bestrombaren Wicklungen auf. Die elektrische Maschine kann eine rotatorisch arbeitende bzw. rotierende elektrische Maschine mit einem ortsfesten Teil in Form von einem Stator und einem beweglichen Teil in Form von einem Rotor oder eine translatorisch arbeitende elektrische Maschine mit einem ortsfesten Teil in Form von einem Ständer und einem beweglichen Teil in Form von einem Läufer, beispielsweise ein Linearmotor, sein. Im Folgengen werden für den Begriff„beweglicher Teil“, sofern sowohl der Rotor als auch der Läufer darunter zu verstehen sind, der Ausdruck„Rotor/Läufer“ und für den Begriff„ortsfester Teil“, sofern sowohl der Stator als auch der Ständer darunter zu verstehen sind, der Ausdruck„Stator/Ständer“ verwendet. Bei rotatorisch arbeitenden Maschinen liegen sich der Rotor und der Stator in radialer Richtung ausgehend von einer als Rotationsachse ausgebildeten Bewegungsachse gegenüber, um welche sich der Rotor dreht. Bei translatorisch arbeitenden Maschinen liegen sich der Läufer und der Stator in vertikaler Richtung ausgehend von einer als Schubachse ausgebildeten Bewegungsachse gegenüber, entlang welcher sich der Läufer bewegt.
Das Blechpaket des Rotors/Läufers weist zumindest zwei alternierende magnetische Pole auf, wobei jedem magnetischen Pol ein Bereich des Blechpakets zugeordnet ist. Zwei benachbarte, alternierende magnetische Pole in Form von einem magnetischen Südpol und einem magnetischen Nordpol bilden ein Polpaar aus. Dabei weist jeder magnetische Pol des Blechpakets die erste und die zweite Permanentmagnetkonfiguration auf, wobei die ersten und die zweiten Permanentmagnetkonfigurationen aller magnetischen Pole das Permanentmagnetsystem des Rotors ausbilden. Jede der
Permanentmagnetkonfigurationen weist zumindest einen Permanentmagneten auf, welcher als eingebetteter bzw. vergrabener Permanentmagnet ausgebildet ist. Dazu sind in dem Blechpaket Hohlräume ausgebildet, welche sich durch das Blechpaket hindurch erstrecken und in welchen die Permanentmagnete angeordnet sind.
Dadurch, dass die als magnetische Quellen ausgebildeten
Permanentmagnetkonfigurationen in das Blechpaket eingebettet sind, durchqueren ihre magnetischen Flüsse das Blechpaket sowie den Luftspalt und schließen sich über dem Stator/Ständer wieder zurück zur magnetischen Quelle. Beim Durchqueren des
Blechpakets des Rotors/Läufers superpositionieren bzw. überlagern sich die
magnetischen Flüsse beider Permanentmagnetkonfigurationen und erzeugen somit gemeinsam die magnetische Luftspaltflussdichte. Es tragen also beide
Permanentmagnetkonfigurationen zu der magnetischen Luftspaltflussdichte bei. Dabei weist die erste Permanentmagnetkonfiguration eine erste Anordnung und eine erste Magnetisierungsorientierung bezüglich der Bewegungsachse auf und die zweite
Permanentmagnetkonfiguration weist eine zweite Anordnung und eine zweite
Magnetisierungsorientierung bezüglich der Bewegungsachse auf. Dadurch weisen die beiden Permanentmagnetkonfigurationen pro magnetischem Pol auch zueinander unterschiedlichen Anordnungen und Magnetisierungsorientierungen auf. Zum Ausbilden der alternierenden magnetischen Pole ändern die jeweiligen Magnetisierungsorientierungen innerhalb eines Polpaares ihr Vorzeichen. Anders ausgedrückt weisen die ersten Magnetisierungsorientierungen zweier benachbarter, ein Polpaar bildender magnetischer Pole unterschiedliche Vorzeichen auf und die zweiten Magnetisierungsorientierungen der benachbarten magnetischen Pole weisen
unterschiedliche Vorzeichen auf.
Beispielsweise können erste Permanentmagnete der ersten
Permanentmagnetkonfiguration und zweite Permanentmagnete der zweiten
Permanentmagnetkonfiguration zum Ausbilden der unterschiedlichen Anordnungen unterschiedliche Lagen zueinander und bezogen auf die Bewegungsachse aufweisen.
Die Lage eines Permanentmagneten bezüglich der Bewegungsachse ist hier als eine Lage einer Magnetlängsachse bezüglich der Bewegungsachse definiert. Eine erste Lage der ersten Permanentmagnete und eine zweite Lage der zweiten Permanentmagnete können quer, beispielsweise senkrecht, zueinander orientiert sein. Die unterschiedlichen Lagen der Permanentmagnete bezüglich der Bewegungsachse resultieren in den unterschiedlichen Magnetisierungsorientierungen. Die Magnetisierungsorientierung ist hier definiert als die Lage einer Magnetisierungsrichtung eines Permanentmagneten zu der Bewegungsachse. Die Magnetisierungsrichtung und die Magnetlängsachse eines Permanentmagneten sind hier senkrecht zueinander orientiert. Die erste und die zweiten Magnetisierungsorientierung können ebenfalls quer, beispielsweise senkrecht, zueinander orientiert sein.
Dabei ist die zweite Permanentmagnetkonfiguration derart zur ersten
Permanentmagnetkonfiguration und zur Bewegungsachse angeordnet und magnetisiert, dass sie nicht nur zur magnetischen Luftspaltflussdichte beiträgt, sondern auch den magnetischen Streuflussanteil der ersten Permanentmagnetkonfiguration reduziert.
Beispielsweise kann ein zweiter magnetischer Fluss der zweiten
Permanentmagnetkonfiguration bei seiner Durchquerung des Blechpakets den magnetischen Streufluss der ersten Permanentmagnetkonfiguration umlenken oder gar kompensieren. Durch die Superposition der magnetischen Flüsse der beiden
Permanentmagnetkonfigurationen können die Permanentmagnete der
Permanentmagnetkonfigurationen im Vergleich zu Permanentmagneten eines Rotors mit nur einer Permanentmagnetkonfiguration mit gleichem Materialaufwand ausgebildet sein. Durch die zweite Permanentmagnetkonfiguration wird also der Materialaufwand der elektrischen Maschine in vorteilhafter weise nicht erhöht. Vielmehr werden durch die zweite Permanentmagnetkonfiguration die magnetischen Streuflüsse reduziert und dadurch eine magnetische Durchflutung im Blechpaket verbessert. So können ein Drehmoment bzw. eine Kraft der elektrischen Maschine erhöht werden.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Anordnung der ersten
Permanentmagnetkonfiguration als eine eingebettete Flachmagnetanordnung und die Anordnung der zweiten Permanentmagnetkonfiguration als eine eingebettete
Speichenanordnung ausgebildet ist. Bei der Flachmagnetanordnung ist die
Magnetlängsachse der ersten Permanentmagnete insbesondere tangential oder parallel zu dem Luftspalt und damit zu der Außenseite des Blechpakets orientiert. Die erste Magnetisierungsorientierung ist unter einem bestimmten Winkel, insbesondere senkrecht, zu der Außenseite des Blechpakets orientiert. Bei einer solchen Flachmagnetanordnung entspricht die magnetische Luftspaltflussdichte in etwa der magnetischen Flussdichte der Flachmagnetanordnung abzüglich der magnetischen Streuflüsse.
Bei der Speichenanordnung liegen sich zwei zweite Permanentmagnete pro
magnetischem Pol gegenüber, wobei deren Lagen bzw. Magnetlängsachsen in einem bestimmten Winkel, beispielsweise senkrecht, zur Außenseite orientiert sind. Die
Magnetisierungsrichtungen der zweiten Permanentmagnete weisen die gleiche Lage bezüglich der Außenseite und zu der Bewegungsachse auf, sind jedoch einander zugewandt, sodass sich deren magnetische Flüsse beim Durchqueren des Blechpakets entlang einer Flusskonzentrationsrichtung konzentrieren. Bei einem
Permanentmagnetsystem mit Flachmagnetanordnungen und Speichenanordnungen überlagern sich die magnetischen Flüsse der Anordnungen und tragen somit gemeinsam zur magnetischen Luftspaltflussdichte bei. Die Anordnungen resultieren also in
vorteilhafter Weise in einer sehr hohen Ausbeute der magnetischen Luftspaltflussdichte. Insbesondere an den Enden der ersten Permanentmagnete, welche in der
Flachmagnetanordnung nahe am Luftspalt liegen, bilden sich die magnetischen
Streuflüsse in dem Blechpaket aus. Der magnetische Fluss der Speichenanordnung, welcher insbesondere stärker ist als der magnetische Streufluss der
Flachmagnetanordnung und dem magnetischen Streufluss entgegengerichtet ist, reduziert somit den magnetischen Streuflussanteil der Flachmagnetanordnung.
Gemäß der Ausführungsform der rotatorisch arbeitenden elektrischen Maschine weist die erste Permanentmagnetkonfiguration in der Flachmagnetanordnung eine radiale
Magnetisierungsorientierung bezüglich der Rotationsachse auf und die zweite
Permanentmagnetkonfiguration weist in der Speichenanordnung eine tangentiale
Magnetisierungsorientierung bezüglich der Rotationsachse auf. Bezogen auf die Rotationsachse ist die erste Magnetisierungsrichtung der ersten Permanentmagnete der ersten Permanentmagnetkonfigurationen also eine radiale Richtung. Die
Magnetlängsachse der ersten Permanentmagnete ist bezogen auf die Rotationsachse in tangentialer Richtung orientiert. Anders ausgedrückt weisen die ersten
Permanentmagnete eine tangentiale Lage zu der Rotationsachse auf. Bezogen auf die Rotationsachse ist die zweite Magnetisierungsrichtung der zweiten Permanentmagnete der zweiten Permanentmagnetkonfiguration die tangentiale Richtung. Die
Magnetlängsachse der zweiten Permanentmagnete ist bezogen auf die Rotationsachse in radialer Richtung orientiert. Anders ausgedrückt weisen die zweiten Permanentmagnete eine radiale Lage zu der Rotationsachse auf.
Gemäß der Ausführungsform der translatorisch arbeitenden elektrischen Maschine weist die erste Permanentmagnetkonfiguration in der Flachmagnetanordnung eine vertikale Magnetisierungsorientierung bezüglich einer als Schubachse ausgebildeten
Bewegungsachse auf und die zweite Permanentmagnetkonfiguration weist in der
Speichenanordnung eine horizontale Magnetisierungsorientierung bezüglich der
Schubachse auf. Bezogen auf die Schubachse ist die erste Magnetisierungsrichtung der ersten Permanentmagnete der ersten Permanentmagnetkonfiguration eine vertikale Richtung bzw. Querrichtung. Die Magnetlängsachse der ersten Permanentmagnete ist bezogen auf die Schubachse in horizontaler Richtung bzw. Längsrichtung orientiert.
Anders ausgedrückt weisen die ersten Permanentmagnete eine horizontale Lage zu der Schubachse auf. Bezogen auf die Schubachse ist die zweite Magnetisierungsorientierung der zweiten Permanentmagnete der zweiten Permanentmagnetkonfiguration die horizontale Richtung. Die Magnetlängsachse der zweiten Permanentmagnete ist bezogen auf die Schubachse in horizontaler Richtung orientiert. Anders ausgedrückt weisen die zweiten Permanentmagnete eine vertikale Lage zu der Schubachse auf.
Vorzugsweise weist die erste Permanentmagnetkonfiguration pro magnetischem Pol einen in zwei Permanentmagnetteile geteilten ersten Permanentmagneten auf, wobei die Permanentmagnetteile zum Ausbilden der Flachmagnetanordnung in einer V-Anordnung angeordnet sind und zwischen zwei beabstandet zueinander angeordneten zweiten Permanentmagneten der zweiten Permanentmagnetkonfiguration angeordnet sind. Die V- Anordnung weist dabei insbesondere einen Winkel von zumindest 90° auf. Vorzugsweise weist die V-Anordnung einen Winkel von 180° auf, sodass die Permanentmagnetteile auf einer Linie nebeneinander liegen. Die zweiten Permanentmagnete sind pro
magnetischem Pol beabstandet zueinander und benachbart zu den jeweiligen
magnetischen Polrändern angeordnet. Dabei sind erste Enden der zweiten Permanentmagnete der Rotationsachse bzw. Schubachse zugewandt. Zweite Enden der zweiten Permanentmagnete, welche den ersten Enden gegenüberliegen, sind dem Luftspalt zugewandt. Die nebeneinander angeordneten ersten Permanentmagnetteile liegen dabei zwischen den zwei zweiten Permanentmagneten. Insbesondere liegen die ersten Permanentmagnetteile zwischen den zweiten Enden der Permanentmagnete.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zum Reduzieren von magnetischen Streuflussanteilen von zweiten Permanentmagneten der zweiten
Permanentmagnetkonfigurationen angrenzend an zumindest ein Ende der zweiten Permanentmagneten jeweils zumindest ein magnetisches Flusssperrelement in dem Blechpaket angeordnet. Vorzugsweise ist das zumindest eine magnetische
Flusssperrelement als eine Kavität und/oder ein Kunststoffteil in dem Blechpaket ausgebildet. Insbesondere ist ein magnetisches Flusssperrelement zwischen dem zweiten Ende des zweiten Permanentmagneten, welches dem Luftspalt zugewandt ist, und der Außenseite des Blechpakets und ein magnetisches Flusssperrelement zwischen dem ersten Ende des zweiten Permanentmagneten, welches der Bewegungsachse zugewandt ist, und der Bewegungsachse angeordnet. Dieses magnetische Flusssperrelement verhindert in vorteilhafter Weise, dass magnetische Streuflüsse des zweiten
Permanentmagneten vorhanden sind.
Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen permanenterregten elektrischen Maschine. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und weist die elektrische Maschine als Traktionsmaschine bzw. Antriebsmaschine auf.
Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Rotor vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße elektrische Maschine sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar. Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt die einzige Figur Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Sektors einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 . Die elektrische Maschine 1 ist im vorliegenden Fall als eine rotatorisch arbeitende elektrische Maschine ausgebildet und kann beispielsweise als elektrische Traktionsmaschine eines hier nicht gezeigten elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die elektrische Maschine 1 auch als translatorisch arbeitende elektrische Maschine ausgebildet sein. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen ortsfesten Teil in Form von einem Stator 2 und einen bezüglich des Stators 2 um eine Bewegungsachse in Form von einer Rotationsachse L drehbar gelagerten beweglichen Teil in Form von einem Rotor 3. Die elektrische Maschine 1 ist hier ein Innenläufer, sodass der Stator 2 den Rotor 3 umschließt und der Rotor 3 innerhalb des Stators 2 um die Rotationsachse L rotiert. Alternativ dazu kann die elektrische Maschine 1 auch ein Außenläufer sein.
Der Stator 2 und der Rotor 3 sind unter Ausbildung eines Luftspaltes 4 beabstandet zueinander angeordnet. Der Stator 2 weist ein Statorblechpaket 5 mit einer Vielzahl von äquidistant verteilt angeordneten Nuten 6 auf, in welchen bestrombare Wicklungen 7 des Stators 2 zur Erzeugung eines Drehfelds angeordnet sind. Durch dieses Drehfeld kann der Rotor 3 zur Rotation um die Rotationsachse L angeregt werden. Der Rotor 3 weist zumindest zwei magnetische Pole P auf, wobei hier beispielsweise ein magnetischer Pol P in Form von einem magnetischen Nordpol gezeigt ist. An den magnetischen Nordpol angrenzend folgt ein hier nicht gezeigter magnetischer Pol P in Form von einem magnetischen Südpol. Der Rotor 3 weist ein Blechpaket 8 bzw. Rotorblechpaket auf, welcher bzw. welches eine dem Luftspalt 4 zugewandte Außenseite 9 aufweist.
Außerdem weist jeder magnetische Pol P eine erste Permanentmagnetkonfiguration 10 und eine zweite Permanentmagnetkonfiguration 1 1 auf. Die ersten und die zweiten Permanentmagnetkonfigurationen 10, 1 1 aller magnetischen Pole P bilden ein
Permanentmagnetsystem des Rotors 3. Die Permanentmagnetkonfigurationen 10, 1 1 sind dabei in das Blechpaket 8 eingebettet bzw. in dem Blechpaket 8 vergraben. Die erste Permanentmagnetkonfiguration 10 weist dabei eine erste Anordnung und eine erste Magnetisierungsorientierung zu der Rotationsachse L auf. Die zweite
Permanentmagnetkonfiguration 1 1 weist eine zweite Anordnung und eine zweite
Magnetisierungsorientierung zu der Rotationsachse L auf. Die erste
Permanentmagnetkonfiguration 10 weist hier eine erste Anordnung in Form von einer eingebetteten Flachmagnetanordnung auf und die zweite Permanentmagnetkonfiguration 1 1 weist hier eine zweite Anordnung in Form von einer eingebetteten Speichenanordnung auf.
Die erste Permanentmagnetkonfiguration 10 weist einen ersten, in zwei
Permanentmagnetteile 12a, 12b geteilten Permanentmagneten 12 auf. Zum Ausbilden der ersten Anordnung weist der erste Permanentmagnet 12 eine tangentiale Lage zu der Rotationsachse L auf. Dazu ist eine erste Magnetlängsachse A1 des ersten
Permanentmagneten 12 entlang einer tangentialen Richtung T bezüglich der
Rotationsachse L orientiert. Zum Ausbilden der ersten Magnetisierungsorientierung weist der erste Permanentmagnet 12 eine radiale Magnetisierung auf. Eine erste
Magnetisierungsrichtung M1 des ersten Permanentmagneten 12 ist also entlang der radialen Richtung R orientiert. Bei dem hier gezeigten magnetischen Pol P in Form von dem magnetischen Nordpol ist ein Nordpol N des ersten Permanentmagneten 12 dem Luftspalt 4 zugewandt und ein Südpol S des ersten Permanentmagneten 12 ist der Rotationsachse L zugewandt. Bei einem angrenzenden, alternierenden magnetischen Pol P in Form von dem magnetischen Südpol wäre der Südpol S des ersten
Permanentmagneten 12 dem Luftspalt 4 zugewandt und der Nordpol N des ersten Permanentmagneten 12 der Rotationsachse L zugewandt. Die erste
Magnetisierungsrichtung M1 wechselt also ihr Vorzeichen.
Die zweite Permanentmagnetkonfiguration 10 weist zwei zweite Permanentmagnete 13 auf. Zum Ausbilden der zweiten Anordnung weisen die zweiten Permanentmagnete 13 eine radiale Lage zu der Rotationsachse L auf. Dazu sind zweite Magnetlängsachsen A2 der zweiten Permanentmagnete 13 entlang der radialen Richtung R bezüglich der Rotationsachse L orientiert. Zum Ausbilden der zweiten Magnetisierungsorientierung weisen die zweiten Permanentmagnete 13 eine tangentiale Magnetisierung auf. Zweite Magnetisierungsrichtungen M2 der zweiten Permanentmagnete 13 sind also entlang der tangentialen Richtung T orientiert. Bei dem hier gezeigten magnetischen Pol P in Form von dem magnetischen Nordpol sind Nordpole N der zweiten Permanentmagneten 13 einer Polmitte PM zugewandt und Südpole S der zweiten Permanentmagneten 13 sind jeweiligen Polrändern PR zugewandt. Bei einem angrenzenden, alternierenden magnetischen Pol P in Form von dem magnetischen Südpol wären die Südpole S der zweiten Permanentmagneten 13 der Polmitte PM zugewandt und Nordpole N der zweiten Permanentmagneten 12 den jeweiligen Polrändern PR zugewandt. Die zweite
Magnetisierungsrichtungen M2 wechseln also ihr Vorzeichen. Magnetische Flüsse der beiden Permanentmagnetkonfigurationen 10, 1 1 , welche zunächst entlang der jeweiligen Magnetisierungsrichtungen M1 , M2 orientiert sind, überlagern bzw. konzentrieren sich entlang der radialen Richtung R, welche einer magnetischen Flusskonzentrationsrichtung entspricht, und erzeugen im Luftspalt 4 gemeinsam eine magnetische Luftspaltflussdichte. Ein Verlauf der magnetischen
Luftspaltflussdichte beeinflusst ein Drehmoment und eine Effizienz der rotatorisch arbeitenden elektrischen Maschine 1.
Insbesondere an Enden der ersten Permanentmagnetteile 12a ,12b, welche nahe dem Luftspalt 4 liegen, weist der magnetische Fluss des ersten Permanentmagnets 12 einen magnetischen Streuflussanteil 14 auf. Dieser magnetische Streuflussanteil 14 nimmt Einfluss auf den Verlauf der magnetischen Luftspaltflussdichte und somit auf die Effizienz der elektrischen Maschine 1. Um diesen magnetischen Streuflussanteil 14 zumindest zu reduzieren, wirkt der magnetische Fluss der zweiten Permanentmagnete 13 auf den magnetischen Fluss des ersten Permanentmagnets 12. Ist dabei ein Magnetfeld bzw. eine magnetische Flussdichte der zweiten Permanentmagnete 13 stärker als der magnetische Streufluss des ersten Permanentmagnets 12, so kann dieser ganz oder teilweise unwirksam gemacht werden. Das stärkere magnetische Feld der zweiten Permanentmagnete 13 leitet also die magnetischen Streuflüsse des ersten
Permanentmagnets 12 um.
Auch an Enden der zweiten Permanentmagnete 13 können sich magnetische Streuflüsse bilden. Um zu verhindern, dass diese magnetischen Streuflüsse der zweiten
Permanentmagnete 13 die magnetische Luftspaltflussdichte reduziert, sind in dem Blechpaket 8 magnetische Flusssperrelemente 15 vorgesehen. Die magnetischen Flusssperrelemente 15 an den Enden der zweiten Permanentmagnete 13, welche dem Luftspalt 4 zugewandt sind, sind hier als Kavitäten 16 in dem Blechpaket 8 ausgebildet. Die magnetischen Flusssperrelemente 15 an den Enden der zweiten Permanentmagnete, welche dem Luftspalt 4 abgewandt sind, sind hier als Kunststoffteile 17 ausgebildet. Bezugszeichenliste
1 Elektrische Maschine
2 Stator
3 Rotor
4 Luftspalt
5 Statorblechpaket
6 Nuten
7 Wicklungen
8 Blechpaket
9 Außenseite
10 Erste Permanentmagnetkonfiguration 1 1 Zweite Permanentmagnetkonfiguration 12 Erster Permanentmagnet
13 Zweite Permanentmagnete
14 Magnetischer Streufluss
15 Magnetisches Flusssperrelement
16 Kavität
17 Kunststoffteil
R Radiale Richtung
T Tangentiale Richtung
L Rotationsachse
M1 Magnetisierungsrichtungen
A1 Magnetlängsachsen
P Magnetischer Pol
Polmitte
Polränder
N Nordpol
S Südpol

Claims

Patentansprüche
1. Beweglicher Teil (3) für eine permanenterregte elektrische Maschine (1 ) aufweisend zumindest zwei magnetische Pole (P), mit einem Blechpaket (8) und einem in das Blechpaket (8) eingebetteten Permanentmagnetsystem, welches pro magnetischem Pol (P) eine erste Permanentmagnetkonfiguration (10) und eine zweite
Permanentmagnetkonfiguration (1 1 ) zur gemeinsamen Erzeugung einer magnetischen Luftspaltflussdichte in einem an eine Außenseite (9) des Blechpakets (8) angrenzenden Luftspalt (4) der elektrischen Maschine (1 ) durch Superposition von magnetischen Flüssen der zwei Permanentmagnetkonfigurationen (10, 1 1 ) aufweist, wobei
- die zwei Permanentmagnetkonfigurationen (1 1 ) pro magnetischem Pol unterschiedliche Anordnungen und Magnetisierungsorientierungen bezüglich einer Bewegungsachse (L) des beweglichen Teils (3) aufweisen, und
- ein aus einer Anordnung und Magnetisierungsorientierung der zweiten
Permanentmagnetkonfiguration (1 1 ) resultierender magnetischer Fluss der zweiten Permanentmagnetkonfiguration (1 1 ) zusätzlich dazu ausgelegt ist, auf einen aus einer Anordnung und Magnetisierungsorientierung der ersten
Permanentmagnetkonfiguration resultierenden magnetischen Fluss der ersten Permanentmagnetkonfiguration (10) einzuwirken und dabei einen magnetischen Streuflussanteil (14) des magnetischen Flusses der ersten
Permanentmagnetkonfiguration (10) zumindest zu reduzieren.
2. Beweglicher Teil (3) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anordnung der ersten Permanentmagnetkonfiguration (10) als eine eingebettete Flachmagnetanordnung und die Anordnung der zweiten
Permanentmagnetkonfiguration (1 1 ) als eine eingebettete Speichenanordnung ausgebildet ist.
3. Beweglicher Teil (3) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der bewegliche Teil (3) als Rotor einer rotatorisch arbeitenden elektrischen
Maschine (1 ) ausgebildet ist, wobei die erste Permanentmagnetkonfiguration (10) in der Flachmagnetanordnung eine radiale Magnetisierungsorientierung bezüglich einer als Rotationsachse ausgebildeten Bewegungsachse aufweist und die zweite Permanentmagnetkonfiguration (1 1 ) in der Speichenanordnung eine tangentiale Magnetisierungsorientierung bezüglich der Rotationsachse aufweist.
4. Beweglicher Teil (3) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der bewegliche Teil (3) als Läufer einer translatorisch arbeitenden elektrischen Maschine (1 ) ausgebildet ist, wobei die erste Permanentmagnetkonfiguration (10) in der Flachmagnetanordnung eine vertikale Magnetisierungsorientierung bezüglich einer als Schubachse ausgebildeten Bewegungsachse (L) aufweist und die zweite Permanentmagnetkonfiguration (1 1 ) in der Speichenanordnung eine horizontale Magnetisierungsorientierung bezüglich der Schubachse aufweist.
5. Beweglicher Teil (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Permanentmagnetkonfiguration (10) pro magnetischem Pol (P) einen in zwei Permanentmagnetteile (12a, 12b) geteilten ersten Permanentmagneten (12) aufweist, wobei die Permanentmagnetteile (12a, 12b) zum Ausbilden der
Flachmagnetanordnung in einer V-Anordnung angeordnet sind und zwischen zwei, zum Ausbilden der Speichenanordnung beabstandet zueinander angeordneten zweiten Permanentmagneten (13) der zweiten Permanentmagnetkonfiguration (1 1 ) angeordnet sind.
6. Beweglicher Teil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Reduzieren von magnetischen Streuflussanteilen von zweiten
Permanentmagneten (13) der zweiten Permanentmagnetkonfiguration (1 1 ) angrenzend an Enden der zweiten Permanentmagneten (13) jeweils zumindest ein magnetisches Flusssperrelement (15) in dem Blechpaket (8) angeordnet ist.
7. Beweglicher Teil (3) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine magnetisches Flusssperrelement (15) als eine Kavität (16) und/oder ein Kunststoffteil (17) in dem Blechpaket (8) ausgebildet ist.
8. Permanenterregte elektrische Maschine (1 ) aufweisend einen ortsfesten Teil (2) und einen unter Ausbildung eines Luftspalts (4) beweglich gegenüber dem ortsfesten Teil (2) gelagerten beweglichen Teil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Kraftfahrzeug mit einer permanenterregten elektrischen Maschine (1 ) nach
Anspruch 8.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4663551A (en) * 1983-05-02 1987-05-05 Herbert Weh Electrical machine
EP2187503A2 (de) * 2008-11-17 2010-05-19 Traktionssysteme Austria GmbH Permanentmagneterregte Maschine
US20120299429A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 Kyungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation Rotor and motor
EP2725687A1 (de) * 2012-10-26 2014-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Permanenterregte Synchronmaschine
DE102014212870A1 (de) * 2014-07-03 2016-01-07 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Dynamoelektrische Maschine mit mechanischer Feldschwächung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5085071B2 (ja) * 2006-08-11 2012-11-28 株式会社東芝 永久磁石式回転電機の回転子
US9276443B2 (en) * 2010-07-14 2016-03-01 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Rotating element with embedded permanent magnet and rotating electrical machine
JP5643127B2 (ja) * 2011-02-03 2014-12-17 トヨタ自動車株式会社 回転電機用回転子
JP5948127B2 (ja) * 2012-04-23 2016-07-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 永久磁石回転電機及びそれを用いた電動車両
EP2999090B1 (de) * 2014-09-19 2017-08-30 Siemens Aktiengesellschaft Permanenterregter Läufer mit geführtem Magnetfeld
CN108599418B (zh) * 2018-05-16 2020-05-19 华中科技大学 一种磁路串联型混合永磁可控磁通电机的转子铁芯及电机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4663551A (en) * 1983-05-02 1987-05-05 Herbert Weh Electrical machine
EP2187503A2 (de) * 2008-11-17 2010-05-19 Traktionssysteme Austria GmbH Permanentmagneterregte Maschine
US20120299429A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 Kyungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation Rotor and motor
EP2725687A1 (de) * 2012-10-26 2014-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Permanenterregte Synchronmaschine
DE102014212870A1 (de) * 2014-07-03 2016-01-07 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Dynamoelektrische Maschine mit mechanischer Feldschwächung

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