WO2021052524A1 - Rotor für eine elektrische maschine sowie entsprechende elektrische maschine - Google Patents

Rotor für eine elektrische maschine sowie entsprechende elektrische maschine Download PDF

Info

Publication number
WO2021052524A1
WO2021052524A1 PCT/DE2020/100621 DE2020100621W WO2021052524A1 WO 2021052524 A1 WO2021052524 A1 WO 2021052524A1 DE 2020100621 W DE2020100621 W DE 2020100621W WO 2021052524 A1 WO2021052524 A1 WO 2021052524A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
magnetically
conductive
conductive components
magnetically non
Prior art date
Application number
PCT/DE2020/100621
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dennis KUHL
Christian Morgen
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Publication of WO2021052524A1 publication Critical patent/WO2021052524A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner 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
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2786—Outer rotors
    • H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H02K1/27915—Magnets shaped to vary the mechanical air gap between the magnets and the stator

Definitions

  • the invention relates to a rotor for an electrical machine, in particular a permanently excited synchronous machine, with a rotor body which is essentially composed of at least one magnetically conductive component and at least one magnetically non-conductive component, and with respect to an axis of rotation of the rotor on / in the rotor body circumferentially distributed arranged permanent magnets.
  • the invention also relates to a corresponding electrical machine with a stator and such a rotor.
  • PSM Permanent magnet synchronous machines
  • the rotors of such electrical machines are usually punched from magnetically conductive sheet metal that both secure the strength and lead the magnetic flux.
  • Sheet metal structures that ensure strength also conduct magnetic flux very well. However, this is usually undesirable because it leads to high stray fields (which in this context is sometimes also referred to as magnetic short circuits) and thus leads to poor magnet utilization.
  • rotors are also contemplated in which, in addition to magnetically conductive components, magnetically non-conductive components are also used to build the rotor.
  • the document DE 102017205022 A1 describes, for example, a rotor for a permanently excited synchronous machine, with: (i) a rotor body, which is essentially composed of a magnetically conductive component and some smaller magnetically non-conductive components, and (ii) with regard to an axis of rotation of the rotor in Ro gate body circumferentially distributed arranged permanent magnets.
  • a rotor body which is essentially composed of a magnetically conductive component and some smaller magnetically non-conductive components, and (ii) with regard to an axis of rotation of the rotor in Ro gate body circumferentially distributed arranged permanent magnets.
  • cavities called pockets are formed in which the permanent magnets are located.
  • Each of the permanent magnets is radially on the inside of one of the magnetic non-conductive components arranged adjacent.
  • the magnetically non-conductive construction parts are in particular made of plastic.
  • the magnetically non-conductive component or at least one of the magnetically non-conductive components is a load-bearing component.
  • the at least one magnetically non-conductive component is now of greater importance with regard to the mechanical loads on the rotor that occur during operation.
  • the at least one magnetically conductive component can be used in a more targeted manner for guiding the magnetic flux.
  • the at least one magnetically conductive component can also be referred to as a flux guide element. In this way, so-called magnetic short circuits can be avoided.
  • the magnetically conductive and magnetically non-conductive components are the main components of the rotor body. It is therefore “essentially” made up of them, but this does not mean that there cannot be other, rather insignificant or smaller additional components (such as connecting elements or means) of the rotor body.
  • the rotor body has a base made of the magnetically non-conductive component or at least one of the magnetically non-conductive components, the base carrying the permanent magnets and at least some of the magnetically conductive components. This basis is the wearing of the component at an exposed, especially central, point.
  • the rotor is a rotor for an electrical machine designed as an internal rotor machine, the base being mounted directly or via at least one intermediate element on a rotor shaft of the rotor extending along the axis of rotation.
  • the rotor is then rotatably mounted about the axis of rotation via the rotor shaft.
  • the rotor is a rotor for an electrical machine designed as an external rotor machine, the base being mounted directly or via at least one intermediate element on a rotor carrier of the rotor.
  • the rotor is then rotatably mounted about the axis of rotation via the rotor arm.
  • each of the permanent magnets is arranged radially on the outside and / or inside of the magnetically non-conductive construction part or at least one of the magnetically non-conductive components is adjacent.
  • At least one of the magnetically conductive components is arranged between each two circumferentially adjacent permanent magnets.
  • the magnetically conductive component directly adjoins the two permanent magnets. In this way the magnetic flux can be guided “cleanly”.
  • magnetically conductive components and several magnetically non-conductive components are generally provided. Of these components, at least some of the magnetically conductive components and some of the magnetically non-conductive components together form an outside or inside of the rotor, which in the electrical machine delimits an air gap between the stator and rotor on the rotor side. It is advantageously provided that the magnetically conductive components are formed from laminated cores and / or the magnetically non-conductive components from plastic parts. These configurations are known and proven.
  • At least some of the magnetically conductive components and / or magnetically non-conductive components are positively connected to one another. This increases the strength of the rotor body or rotor.
  • the volume of the at least one magnetically non-conductive component makes up a proportion of 20% to 80% of the total volume of the rotor body made up of the magnetically conductive components and magnetically non-conductive components.
  • the at least one magnetically non-conductive component has a not inconsiderable proportion of the total volume of the rotor body.
  • the rotor is designed as the aforementioned rotor.
  • the electrical machine (electric motor, generator or motor generator) is preferably a permanent magnet synchronous machine, which is designed as an internal rotor machine or an external rotor machine.
  • FIG. 1 shows a rotor 10 for an electrical machine in a schematic representation.
  • the electrical machine for which this type of rotor 10 is intended is a permanently excited synchronous machine (PSM) designed as an internal rotor machine.
  • the rotor 10 comprises the following components: a rotor body 12, which has both magnetically conductive components 14 and magnetically non-conductive components 16.
  • cavities 18 are formed (sometimes also referred to as pockets) in which permanent magnets 20 are arranged and fixed .
  • the cavities 18 in the rotor body 12 and the permanent magnets 20 arranged therein are arranged distributed circumferentially with respect to an axis of rotation 22 of the rotor 10.
  • One of the magnetically non-conductive components 14 forms a base 24 of the rotor body 12, via which the rotor body 12 is / can be mounted on a rotor shaft (not shown).
  • the rotor shaft then extends along the axis of rotation 22.
  • the base 24 carries the remainder of the rotor body 12 as well as the permanent magnets 20 arranged therein and is thus a supporting component at an exposed, in the present case also a central point of the rotor body 12.
  • rotor 10 shown in Fig. 1 there are eighteen permanent magnets 20, eighteen magnetically conductive components 16, and ten magnetically non-conductive components 16, one of these magnetically non-conductive components 16 forming the base 24 of the rotor body.
  • This base 24 has a nine-cornered contour and has a central opening 26 for the motor shaft and possibly an intermediate element surrounding the motor shaft.
  • each of the ferromagnetic elements 14 is arranged, while each of the permanent magnets 20 with respect to the axis of rotation 22 radially outside and inside to a magnetically non-conductive Component 16 is arranged adjacent. For every two permanent magnets 20 on the respective outside one of the magnetically non-conductive components 16 and on the respective inside the central magnetically non-conductive component 16, which forms the base 24 of the rotor body 12.
  • the magnetically conductive components 14 are positively connected via undercut structures 28 to the magnetically non-conductive component 16 forming the base 24.
  • the magnetically conductive components 14 of laminated cores and / or the magnetically non-conductive components 16 of plastic parts are formed.
  • the sheet metal stacks are also referred to as sheet metal stacks.
  • the corresponding sheets are usually made of a relatively soft magnetic ferromagnetic material.
  • FIGS. 2 and 3 show variants of the rotor 10 shown in FIG. 1. These variants correspond in their essential function and / or their essential structure in principle to the variant of the rotor 10 known from FIG. 1, so that only the differences are discussed below shall be.
  • Fig. 2 shows a variant of the rotor 10 for the out as an internal rotor machine formed permanent magnet synchronous machine (PSM).
  • FIG. 3 shows a variant of the rotor 10 for a permanent-magnet synchronous machine (PSM) formed as an external rotor machine.
  • PSM permanent-magnet synchronous machine
  • the rotor body 12 is surrounded by an annular or sleeve-shaped Ro toreaux 32, which holds the rotor body 12 and the permanent magnets 20 arranged therein.
  • the base 24 formed by one of the magnetically non-conductive components 16 is now arranged on the outside, so that the base 24 is mounted directly on the rotor carrier 32 of the rotor 10.
  • the magnetically non-conductive components 16 arranged on this inner side 34 can also be omitted.
  • the material of the magnetically conductive components 14 can be formed from a Blechpa ket / stack of sheets of electrical steel or designed as a solid material. Electrical steel minimizes eddy current losses and is therefore the first choice as a flux guiding element. Solid material: the short-circuit-free rotor 10 makes better use of the permanent magnets 20. It would therefore be conceivable to use solid ferromagnetic material instead of electrical steel sheet in order to increase the strength at high speeds. We belstromwalle are not particularly high in the rotor 10 of such machines 10 and can be accepted in view of the better utilization of the magnet.
  • the magnetically conductive components 14 (flux guide elements) and the other elemen te of the rotor body (in particular the at least one magnetically non-conductive component 16) can be attached by interlocking structures, i.e. the already mentioned flint cut structure, and mounted in the axial direction. Flussleitele elements and other elements can also be connected to one another by tie rods. The rotor strength can also be increased by a bandage.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (10) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, mit: einem Rotorkörper (12), der im Wesentlichen aus mindestens einem magnetisch leitfähigen Bauteil (14) und mindestens einem magnetisch nichtleitfähigen Bauteil (16) aufgebaut ist, und bezüglich einer Drehachse (22) des Rotors (10) am/im Rotorkörper (12) umfänglich verteilt angeordneten Permanentmagneten (20). Es ist vorgesehen, dass das magnetisch nichtleitfähige Bauteil (16) oder zumindest eines der magnetisch nichtleitfähigen Bauteile (16) ein tragendes Bauteil ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit einem entsprechenden Rotor (10).

Description

Rotor für eine elektrische Maschine sowie entsprechende elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, mit einem Rotorkörper, der im Wesentlichen aus mindestens einem magnetisch leitfähigen Bauteil und mindestens einem magne tisch nichtleitfähigen Bauteil aufgebaut ist, und mit bezüglich einer Drehachse des Ro tors am/im Rotorkörper umfänglich verteilt angeordneten Permanentmagneten.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende elektrische Maschine mit einem Stator und einem derartigen Rotor.
In vielen industriellen Anwendungen und zunehmend auch in Automotiv-Anwendun- gen der Automobilindustrie werden permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) eingesetzt.
Die Rotoren derartiger elektrischer Maschinen werden in der Regel aus magnetisch leitfähigen Blechen gestanzt, die sowohl die Festigkeit sichern als auch den magneti schen Fluss führen. Blechstrukturen, die die Festigkeit sicherstellen, leiten auch mag netischen Fluss sehr gut. Dies ist aber meist ungewünscht, da es zu hohen Streufel dern (was in diesem Zusammenhang manchmal auch als magnetische Kurzschlüsse bezeichnet wird) und damit zu einer schlechten Magnetausnutzung führt.
Daneben sind jedoch auch solche Rotoren angedacht, bei denen neben magnetisch leitfähigen Bauteilen auch magnetisch nichtleitfähige Bauteile zum Aufbau des Rotors zum Einsatz kommen.
Das Dokument DE 102017205022 A1 beschreibt beispielsweise einen Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine, mit: (i) einem Rotorkörper, der im Wesentlichen aus einem magnetisch leitfähigen Bauteil und einigen kleineren magnetisch nichtleit fähigen Bauteilen aufgebaut ist, und (ii) bezüglich einer Drehachse des Rotors im Ro torkörper umfänglich verteilt angeordneten Permanentmagneten. Im Rotorkörper sind als Taschen bezeichnete Kavitäten ausgebildet, in denen sich die Permanentmagnete befinden. Dabei ist jeder der Permanentmagnete radial innen an eines der magnetisch nichtleitfähigen Bauteile angrenzend angeordnet. Die magnetisch nichtleitfähigen Bau teile sind dabei insbesondere aus Kunststoff.
Es ist Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, bei denen eine gezielte Füh rung des magnetischen Flusses bei hinreichender Festigkeit des Rotors ermöglicht wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängi gen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor für eine elektrische Maschine, welcher (i) einen Rotorkörper, der im Wesentlichen aus mindestens einem magnetisch leitfähigen Bau teil und mindestens einem magnetisch nichtleitfähigen Bauteil aufgebaut ist, und (ii) mehreren bezüglich einer Drehachse des Rotors am/im Rotorkörper umfänglich ver teilt angeordnete Permanentmagnete aufweist, ist vorgesehen, dass das magnetisch nichtleitfähige Bauteil oder zumindest eines der magnetisch nichtleitfähigen Bauteile ein tragendes Bauteil ist. Mit anderen Worten hat das mindestens eine magnetisch nichtleitfähige Bauteil nun eine größere Bedeutung bezüglich der im Betrieb auftreten den mechanischen Belastungen des Rotors. Dies führt dazu, dass das mindestens ei ne magnetisch leitfähige Bauteil gezielter für die Führung des magnetischen Flusses genutzt werden kann. Aus diesem Grund kann das mindestens eine magnetisch leit fähige Bauteil auch als Flussleitelement bezeichnet werden. Auf diese Weise können sogenannte magnetische Kurzschlüsse vermieden werden.
Die magnetisch leitfähigen und magnetisch nichtleitfähigen Bauteile sind die Haupt komponenten des Rotorkörpers. Er ist daher „im Wesentlichen“ aus ihnen aufgebaut, was jedoch nicht heißt, dass es nicht auch andere, eher unwesentliche bzw. kleinere weitere Komponenten (wie etwa Verbindungselemente oder -mittel) des Rotorkörpers geben kann.
In der Regel sind mehrere magnetisch leitfähige Bauteile und mehrere magnetisch nichtleitfähige Bauteile vorgesehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Rotorkörper eine Basis aus dem magnetisch nichtleitfähigen Bauteil oder mindestens einem der mag netisch nichtleitfähigen Bauteile auf, wobei die Basis die Permanentmagnete und zu mindest ein Teil der magnetisch leitfähigen Bauteile trägt. Diese Basis ist ein tragen des Bauteil an exponierter, insbesondere zentraler, Stelle.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Rotor ein Rotor für eine als Innenläufer- Maschine ausgebildete elektrische Maschine ist, wobei die Basis direkt oder über mindestens ein Zwischenelement auf einer sich entlang der Drehachse erstreckenden Rotorwelle des Rotors montiert ist. Über die Rotorwelle ist der Rotor dann um die Drehachse drehbar gelagert.
Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass der Rotor ein Rotor für eine als Außenläu fer-Maschine ausgebildete elektrische Maschine ist, wobei die Basis direkt oder über mindestens ein Zwischenelement auf einem Rotorträger des Rotors montiert ist. Über den Rotorträger ist der Rotor dann um die Drehachse drehbar gelagert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeder der Per manentmagnete radial außen und/oder innen an das magnetisch nichtleitfähige Bau teil oder zumindest eines der magnetisch nichtleitfähigen Bauteile angrenzend ange ordnet.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen je zwei umfänglich benachbarten Permanentmagneten jeweils mindestens eines der magnetisch leitfähigen Bauteile angeordnet. Das magnetisch leitfähige Bauteil grenzt dabei insbesondere unmittelbar an die beiden Permanentmagnete an. Auf diese Wei se kann der Magnetfluss „sauber“ geführt werden.
Wie bereits erwähnt, sind in der Regel mehrere magnetisch leitfähige Bauteile und mehrere magnetisch nichtleitfähige Bauteile vorgesehen. Von diesen Bauteilen bilden zumindest einige der magnetisch leitfähigen Bauteile und einige der magnetisch nicht leitfähigen Bauteile zusammen eine Außen- oder Innenseite des Rotors, die bei der elektrischen Maschine einen Luftspalt zwischen Stator und Rotor rotorseitig begrenzt. Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die magnetisch leitfähigen Bauteile von Blechpaketen und/oder die magnetisch nichtleitfähigen Bauteile von Kunststoffteilen gebildet wer den. Diese Ausgestaltungen sind bekannt und bewährt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest einige der magnetisch leitfähigen Bauteile und/oder magnetisch nichtleitfähigen Bauteile form schlüssig miteinander verbunden. Dies erhöht die Festigkeit des Rotorkörpers bzw. Rotors.
Schließlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Volumen des mindestens einen mag netisch nichtleitfähigen Bauteils einen Anteil von 20% bis 80% des Gesamtvolumens des aus den magnetisch leitfähigen Bauteilen und magnetisch nichtleitfähigen Bautei len aufgebauten Rotorkörpers ausmacht. Anders als bei dem eingangs erwähnten Dokument DE 102017205022 A1 , bei dem nur wenig magnetisch nichtleitfähiges Material genutzt wird, hat das mindestens eine magnetisch nichtleitfähige Bauteil ei nen nicht unerheblichen Anteil am Gesamtvolumen des Rotorkörpers.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist, ist vorgesehen, dass der Rotor als vorstehend genannter Rotor ausgebildet ist. Die elektrische Maschine (Elektromotor, Generator oder Motorgenerator) ist be vorzugt eine permanenterregte Synchronmaschine, die als Innenläufer-Maschine oder als Außenläufer-Maschine ausgestaltet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfol gend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine, der gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ausgeführt ist,
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine, der gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ausgeführt ist und Fig. 3: eine schematische Darstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine, der gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ausgeführt ist.
Die Fig. 1 zeigt einen Rotor 10 für eine elektrische Maschine in einer schematischen Darstellung. Die elektrische Maschine, für die diese Art von Rotor 10 bestimmt ist, ist eine als Innenläufer-Maschine ausgebildete permanenterregte Synchronmaschine (PSM). Der Rotor 10 umfasst die folgenden Komponenten: einen Rotorkörper 12, der sowohl magnetisch leitfähige Bauteile 14 als auch magnetisch nichtleitfähige Bauteile 16. In dem Rotorkörper 12 sind Kavitäten 18 ausgebildet (manchmal auch als Ta schen bezeichnet), in denen Permanentmagnete 20 angeordnet und befestigt sind.
Die Kavitäten 18 im Rotorkörper 12 und die darin angeordneten Permanentmagnete 20 sind bezüglich einer Drehachse 22 des Rotors 10 umfänglich verteilt angeordnet.
Eines der magnetisch nichtleitfähigen Bauteile 14 bildet eine Basis 24 des Rotorkör pers 12, über die der Rotorkörper 12 auf einer (nicht gezeigten) Rotorwelle montiert ist/montiert werden kann. Die Rotorwelle erstreckt sich dann entlang der Drehachse 22. Die Basis 24 trägt den Rest des Rotorkörpers 12 sowie die darin angeordneten Permanentmagnete 20 und ist somit ein tragendes Bauteil an exponierter, im vorlie genden Fall auch zentraler, Stelle des Rotorkörpers 12.
Im konkreten Beispiel des in Fig. 1 gezeigten Rotors 10 sind achtzehn Permanent magnete 20, achtzehn magnetisch leitfähige Bauteile 16, und zehn magnetisch nicht leitfähige Bauteile 16 vorhanden, von denen eines dieser magnetisch nichtleitfähigen Bauteile 16 die Basis 24 des Rotorkörpers bildet. Diese Basis 24 hat eine neuneckige Kontur und weist einen zentralen Durchbruch 26 für die Motorwelle und ggf. ein die Motorwelle umgebendes Zwischenelement auf. Mit anderen Worten sind bei dieser Variante 2N Permanentmagnete 20, 2N magnetisch leitfähige Bauteile 14 und N+1 magnetisch nichtleitfähige Bauteile 14 vorgesehen, wobei im Beispiel der Fig. 1 N = 9 gilt.
Zwischen je zwei benachbarten Permanentmagneten 20 ist jeweils eines der ferro magnetischen Elemente 14 angeordnet, während jeder der Permanentmagnete 20 bezüglich der Drehachse 22 radial außen und innen an ein magnetisch nichtleitfähiges Bauteil 16 angrenzend angeordnet ist. Für je zwei Permanentmagnete 20 auf der je weiligen Außenseite je eines der magnetisch nichtleitfähigen Bauteile 16 und auf der jeweiligen Innenseite das zentrale magnetisch nichtleitfähige Bauteil 16, welches die Basis 24 des Rotorkörpers 12 bildet.
Die magnetisch leitfähigen Bauteile 14 sind über Hinterschnitt-Strukturen 28 mit dem die Basis 24 bildenden magnetisch nichtleitfähigen Bauteil 16 formschlüssig verbun den.
Die Hälfte der magnetisch leitfähigen Bauteile 14 und alle magnetisch nichtleitfähigen Bauteile 16, außer dem die Basis 24 bildenden magnetisch nichtleitfähigen Bauteil 16, bilden zusammen eine Außenseite 30 des Rotors 10, die bei der elektrischen Maschi ne einen Luftspalt zwischen Stator und Rotor 10 rotorseitig begrenzt. An dieser Au ßenseite 30 wechseln sich magnetisch leitfähige Bauteile 14 und magnetisch nichtleit fähige Bauteile 16 in Umfangsrichtung gesehen ab. Auf diese Weise wird ein ge wünschter Magnetfluss vorgegeben.
In den Beispielen der Figuren 1 bis 3 werden die magnetisch leitfähigen Bauteile 14 von Blechpaketen und/oder die magnetisch nichtleitfähigen Bauteile 16 von Kunst stoffteilen gebildet. Die Blechpakete werden auch als Blechstapel bezeichnet. Die ent sprechenden Bleche sind in der Regel aus einem relativ weichmagnetischen ferro magnetischen Material.
Die Figuren 2 und 3 zeigen Varianten des in Fig. 1 gezeigten Rotors 10. Diese Varian ten entsprechen in ihrer wesentlichen Funktion und/oder ihrem wesentlichen Aufbau prinzipiell der aus Fig. 1 bekannten Variante des Rotors 10, sodass im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
Die Fig. 2 zeigt eine Variante des Rotors 10 für die als Innenläufer-Maschine ausge bildete permanenterregte Synchronmaschine (PSM). Bei dieser Variante sind N Per manentmagnete 20, N magnetisch leitfähige Bauteile 14 und N+1 magnetisch nicht leitfähige Bauteile 16 vorgesehen, wobei auch im Beispiel der Fig. 2 N = 9 gilt. Alle magnetisch leitfähigen Bauteile 14 und alle magnetisch nichtleitfähigen Bauteile 16, außer dem die Basis 24 bildenden Bauteil 16, bilden auch hier zusammen eine Außenseite 30 des Rotors 10, die bei der elektrischen Maschine einen Luftspalt zwi schen Stator und Rotor 10 rotorseitig begrenzt. An dieser Außenseite 30 wechseln sich magnetisch leitfähige Bauteile 14 und magnetisch nichtleitfähige Bauteile 16 in Umfangsrichtung gesehen ab. Auf diese Weise wird ein gewünschter Magnetfluss im Bereich des Luftspalts vorgegeben.
Die Fig. 3 zeigt eine Variante des Rotors 10 für eine als Außenläufer-Maschine aus gebildete permanenterregte Synchronmaschine (PSM). Bei dieser Variante sind N Permanentmagnete 20, N magnetisch leitfähige Bauteile 14 und N+1 magnetisch nichtleitfähige Bauteile 14 vorgesehen, wobei im Beispiel der Fig. 2 N = 9 gilt.
Bei diesem Rotor 10 ist der Rotorkörper 12 von einem ring- oder hülsenförmigen Ro torträger 32 umgeben, der den Rotorkörper 12 und die darin angeordneten Perma nentmagnete 20 hält. Anders als bei den Rotoren 10 der Innenläufer-Maschinen ist nun die von einem der magnetisch nichtleitfähigen Bauteile 16 gebildeten Basis 24 außen angeordnet, sodass die Basis 24 direkt auf dem Rotorträger 32 des Rotors 10 montiert ist.
Alle magnetisch leitfähigen Bauteile 14 und alle magnetisch nichtleitfähigen Bauteile 16, außer dem die Basis 24 bildenden magnetisch nichtleitfähigen Bauteil 16, bilden zusammen eine Innenseite 34 des Rotors 10, die bei der elektrischen Maschine einen Luftspalt zwischen Stator und Rotor 10 rotorseitig begrenzt. An dieser Innenseite 34 wechseln sich magnetisch leitfähige Bauteile 14 und magnetisch nichtleitfähige Bau teile 16 in Umfangsrichtung gesehen ab. Auf diese Weise wird ein gewünschter Mag netfluss im Bereich des Luftspalts vorgegeben. Die an dieser Innenseite 34 angeord neten magnetisch nichtleitfähigen Bauteile 16 können auch weggelassen werden.
Das Material der magnetisch leitfähigen Bauteile 14 kann von einem Blechpa ket/Blechstapel aus Elektroblech gebildet oder als Vollmaterial ausgestaltet sein. Elektroblech minimiert Wirbelstromverluste und ist daher die erste Wahl als Flusslei telement. Vollmaterial: Durch den kurzschlussfreien Rotor 10 werden die Permanentmagnete 20 besser ausgenutzt. Deshalb wäre es denkbar, statt Elektroblech ferromagnetisches Vollmaterial zu nutzen, um die Festigkeit bei hohen Drehzahlen zu erhöhen. Wir belstromverluste sind im Rotor 10 solcher Maschinen 10 nicht besonders hoch und können in Anbetracht der besseren Magnetausnutzung in Kauf genommen werden.
Bezüglich der Befestigung der Flussleitelemente gilt folgendes:
Die magnetisch leitfähigen Bauteile 14 (Flussleitelemente) und die sonstigen Elemen te des Rotorkörpers (insbesondere das mindestens eine magnetisch nichtleitfähige Bauteil 16) können durch ineinander greifende Strukturen, also die bereits erwähnten Flinterschnitt-Struktur, befestigt und in axialer Richtung montiert werden. Flussleitele mente und sonstige Elemente können auch durch Zuganker miteinander verbunden werden. Die Rotorfestigkeit kann weiterhin durch eine Bandage erhöht werden.
Bezuqszeichenliste Rotor Rotorkörper magnetisch leitfähiges Bauteil magnetisch nichtleitfähiges Bauteil Kavität Permanentmagnet Drehachse Basis Durchbruch Hinterschnitt-Struktur Außenseite Rotorträger Innenseite

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (10) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, mit: einem Rotorkörper (12), der im Wesentlichen aus mindestens einem magnetisch leitfähigen Bauteil (14) und mindestens einem magnetisch nichtleit fähigen Bauteil (16) aufgebaut ist, und bezüglich einer Drehachse (22) des Rotors (10) am/im Rotorkörper (12) umfänglich verteilt angeordneten Permanentmagneten (20), dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisch nichtleitfähige Bauteil (16) oder zumindest eines der magne tisch nichtleitfähigen Bauteile (16) ein tragendes Bauteil ist.
2. Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper (12) ei ne Basis (24) aus dem magnetisch nichtleitfähigen Bauteil (16) oder mindes tens einem der magnetisch nichtleitfähigen Bauteile (16) aufweist, wobei die Basis (24) die Permanentmagnete (20) und zumindest ein Teil der magnetisch leitfähigen Bauteile (14) trägt.
3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) ein Rotor (10) für eine als Innenläufer-Maschine ausgebildete elektrische Maschine ist, wobei die Basis (24) direkt oder über mindestens ein Zwischenelement auf ei ner sich entlang der Drehachse erstreckenden Rotorwelle des Rotors (10) mon tiert ist.
4. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) ein Rotor (10) für eine als Außenläufer-Maschine ausgebildete elektrische Maschine ist, wobei die Basis (24) direkt oder über mindestens ein Zwischenelement auf ei nem Rotorträger (32) des Rotors (10) montiert ist.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Permanentmagnete (20) radial außen und/oder innen an das magnetisch nichtleitfähige Bauteil (16) oder zumindest eines der magnetisch nichtleitfähi- gen Bauteile (16) angrenzend angeordnet ist.
6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwi schen je zwei umfänglich benachbarten Permanentmagneten (20) jeweils min- destens eines der magnetisch leitfähigen Bauteile (14) angeordnet ist.
7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisch leitfähigen Bauteile (14) von Blechpaketen und/oder die magne tisch nichtleitfähigen Bauteile (16) von Kunststoffteilen gebildet werden.
8. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zu mindest einige der magnetisch leitfähigen Bauteile (14) und/oder magnetisch nichtleitfähigen Bauteile (16) formschlüssig miteinander verbunden sind.
9. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das
Volumen des mindestens eine magnetisch nichtleitfähige Bauteil (16) einen An teil von 20% bis 80% des Gesamtvolumens des aus den magnetisch leitfähigen Bauteilen (14) und magnetisch nichtleitfähigen Bauteilen (16) aufgebauten Ro torkörpers (12) ausmacht.
10. Elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor (10), dadurch gekenn zeichnet, dass der Rotor (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 ausgebildet ist.
PCT/DE2020/100621 2019-09-19 2020-07-16 Rotor für eine elektrische maschine sowie entsprechende elektrische maschine WO2021052524A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019125259.8A DE102019125259A1 (de) 2019-09-19 2019-09-19 Rotor für eine elektrische Maschine sowie entsprechende elektrische Maschine
DE102019125259.8 2019-09-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021052524A1 true WO2021052524A1 (de) 2021-03-25

Family

ID=72039324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2020/100621 WO2021052524A1 (de) 2019-09-19 2020-07-16 Rotor für eine elektrische maschine sowie entsprechende elektrische maschine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019125259A1 (de)
WO (1) WO2021052524A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007022835A1 (de) * 2007-05-12 2008-11-13 Esw Gmbh Rotor für permanentmagnetisch erregte Elektromaschinen
WO2011012133A2 (de) * 2009-07-29 2011-02-03 Joachim Sabinski Permanentmagnetläufer mit geschützt und versenkt angeordneten, radial ausgerichteten permanentmagneten bei tangentialer ausrichtung der magnetpole als innenläuferausführung oder aussenläuferausführung rotierender elektrischer maschinen und verfahren zur montage dieser permanentmagnetläufer
DE102011000439A1 (de) * 2011-02-01 2012-08-02 Uwe Guthardt Permanentmagnetläufer für rotierende elektrische Maschinen und Verfahren zur Ausrichtung und Befestigung der Läuferpole auf einem Läufergrundkörper des Permanentmagnetläufers
WO2015062973A2 (de) * 2013-11-04 2015-05-07 BSH Hausgeräte GmbH Rotor für eine elektrische maschine eines haushaltsgeräts, haushaltsgerät und verfahren zum herstellen eines rotors für eine elektrische maschine eines haushaltsgeräts
DE102017205022A1 (de) 2017-03-24 2018-09-27 Magna powertrain gmbh & co kg Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine und permanenterregte Synchronmaschine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007022835A1 (de) * 2007-05-12 2008-11-13 Esw Gmbh Rotor für permanentmagnetisch erregte Elektromaschinen
WO2011012133A2 (de) * 2009-07-29 2011-02-03 Joachim Sabinski Permanentmagnetläufer mit geschützt und versenkt angeordneten, radial ausgerichteten permanentmagneten bei tangentialer ausrichtung der magnetpole als innenläuferausführung oder aussenläuferausführung rotierender elektrischer maschinen und verfahren zur montage dieser permanentmagnetläufer
DE102011000439A1 (de) * 2011-02-01 2012-08-02 Uwe Guthardt Permanentmagnetläufer für rotierende elektrische Maschinen und Verfahren zur Ausrichtung und Befestigung der Läuferpole auf einem Läufergrundkörper des Permanentmagnetläufers
WO2015062973A2 (de) * 2013-11-04 2015-05-07 BSH Hausgeräte GmbH Rotor für eine elektrische maschine eines haushaltsgeräts, haushaltsgerät und verfahren zum herstellen eines rotors für eine elektrische maschine eines haushaltsgeräts
DE102017205022A1 (de) 2017-03-24 2018-09-27 Magna powertrain gmbh & co kg Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine und permanenterregte Synchronmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019125259A1 (de) 2021-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004017157B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Rotoranordnung und Rotoranordnung für eine elektrische Maschine
EP2639935B1 (de) Rotor mit Permanenterregung, elektrische Maschine mit einem solchen Rotor und Herstellungsverfahren für den Rotor
EP0729216A2 (de) Hybriderregte Synchronmaschine
EP2192670A1 (de) Permanenterregte Synchronmaschine mit 10 Polen, 12 Nuten und optimierter Läufergeometrie
DE102004017507A1 (de) Rotoranordnung für eine elektrische Maschine
EP3659240B1 (de) Rotor einer elektrischen maschine
DE102013213554A1 (de) Elektrische permanentmagnet-rotationsmaschine
DE102011101730A1 (de) Elektromotor
WO2009062688A1 (de) Permanent erregte elektrische maschine
WO2020207861A1 (de) Statorzahn mit asymmetrischer zahngeometrie
DE102016212022A1 (de) Rotor
DE102008044187A1 (de) Elektrische Maschine, insbesondere Klauenpolgenerator
EP2319164B1 (de) Rotor für eine elektrische maschine mit reduziertem rastmoment
EP3669440B1 (de) Rotor einer elektrischen maschine
DE202015009390U1 (de) Rotor sowie elektrische Maschine
WO2021052524A1 (de) Rotor für eine elektrische maschine sowie entsprechende elektrische maschine
EP3076520B1 (de) Rotor für eine elektrische maschine und herstellungsverfahren
DE112021001075T5 (de) Rotor
EP4060873A1 (de) Permanentmagnet-synchronmotor
DE102012218993A1 (de) Läuferanordnung für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine
EP1588470B1 (de) Elektrische maschine mit permanentmagnet
EP3111535B1 (de) Magnetanordnung, insbesondere für eine elektrische maschine, sowie elektrische maschine mit einer magnetanordnung
DE102021104270B4 (de) Klauenpol-Rotor für eine elektrische Maschine
EP2871752B1 (de) Läufer einer rotatorischen permanenterregten Synchronmaschine
WO2002041471A1 (de) Rotor für eine elektrische maschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20753865

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20753865

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1