WO2021069238A1 - Rotor einer permanentmagneterregten elektrischen maschine - Google Patents

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WO2021069238A1
WO2021069238A1 PCT/EP2020/076887 EP2020076887W WO2021069238A1 WO 2021069238 A1 WO2021069238 A1 WO 2021069238A1 EP 2020076887 W EP2020076887 W EP 2020076887W WO 2021069238 A1 WO2021069238 A1 WO 2021069238A1
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WO
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rotor
permanent magnet
recesses
stator
magnet
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PCT/EP2020/076887
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English (en)
French (fr)
Inventor
Viktor Root
Walter Wolf
Philipp Kraft
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • 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]

Definitions

  • the invention relates to a rotor of a permanent magnet electrical Ma machine according to the preamble of claim 1 as this has already become known by way of example with DE 11 2016 004 949 T5, DE 10 2017 206 928 A1 or US 2012/0200186 A1.
  • the rotors described in the aforementioned prior art have a multi-layer arrangement of the permanent magnets, the magnets being arranged there in a V-configuration that spreads towards an outer circumference of the rotor and within the rotor pole to form a rotor pole Between the V-legs area formed centrally at least one further, tangentially aligned magnet is used to the outer circumference. In a foot area of the two V-legs, a recess is designed as a flux barrier, which is radially opposite the centrally arranged magnet.
  • the object of the invention is to improve a generic rotor of a permanent magnet-excited electrical machine in such a way that torque ripple when operating an electrical machine equipped therewith is reduced. Furthermore, an electrical machine with such a Ro tor is to be shown.
  • a rotor for a permanently excited electrical machine which comprises a rotor body with a central axis and with a circumferential surface directed towards a stator.
  • the rotor forms a plurality of rotor poles, each of which has at least one permanent magnet held radially inside the rotor body in a pocket.
  • This permanent magnet is arranged on the rotor, viewed in the axial direction, with a main direction of extent in the tangential or in the circumferential direction.
  • the rotor is characterized in that at least one recess is formed in a radial area of the rotor body between the permanent magnet and the circumferential surface.
  • a magnetic flux density effective for a stator in the area of a The rotor pole can be spatially modulated in the circumferential direction in a manner which is favorable for attenuating a torque ripple. The improvement achieved is immediately noticeable when the rotor rotates. Furthermore, the proposed modification can also noticeably reduce the noise associated with the torque ripple.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a permanently excited electrical machine with a rotor designed with permanent magnets
  • Fig. 2 is a front partial view of the rotor of Fig. 1 with Ta's formed therein for receiving permanent magnets in an enlarged presen- tation
  • Fig. 3 is a front partial view of the rotor of Fig. 1 with up in the pockets taken permanent magnets in an enlarged view.
  • Fig. 1 shows an end view in the axial direction of a permanently excited electrical synchronous machine EM, which is provided, for example, for installation and use in a drive train of an electric or hybrid vehicle and applies a drive force to move the vehicle.
  • the electric machine EM can be operated both as a motor and as a generator.
  • the electrical machine EM comprises a stator ST, a rotor RO arranged inside rotatable about an axis A and equipped with permanent magnets PM, and a radial air gap LS located between the stator ST and the rotor RO, over which a magnetic field for generating a rotary movement of the Rotor RO or to generate an induced voltage in the stator ST can spread.
  • the stator ST is only shown schematically and in a greatly simplified manner.
  • stator ST can, for example, have a total of 48 stator teeth and likewise 48 stator slots, in which a distributed stator winding, for example a 3-phase hairpin winding, is inserted.
  • stator ST forms 8 stator poles, which each effectively extend over 6 stator teeth and which also interact with a total of 8 rotor poles RP.
  • stator teeth SZ are shown in simplified form.
  • the rotor RO has a rotor body RK, which in the present case is made from individual lamellae L, stacked in one direction along an axis of rotation A, from an electrical sheet, as shown in detail in FIG.
  • the electrical sheet used can consist of a known material, for example with the designation NO30-15.
  • the rotor body RK can also be designed as a solid part, for example made of a sintered material.
  • the rotor RO there are a plurality of permanent magnets PM in a radial spatial region between an axis of rotation or central axis A and an outer one Circumferential surface U, that is to say an outer edge of the rotor R, is arranged within axially extending pockets T.
  • a rotor RO with grave magnets PM which in the exemplary embodiment is designed as an internal rotor.
  • the rotor RO is initially shown in Fig. 2 single Lich with the pockets T, but without the permanent magnets and in Fig. 3 with permanent magnets PM inserted in the pockets T.
  • the PM permanent magnets or magnets are not subject to any special features or restrictions with regard to the material system.
  • the magnets can contain rare earth elements and in particular belong to the neodymium-iron-boron (Nd-Fe-B) material system.
  • FIG. 1 The arrangement of the pockets T and the magnets PM shown with FIG. 1 shows eight identical groups, each of which occupies a 45 ° sector of the rotor R or an Ach telnik of this and each group forms a rotor pole RP. In the following description, reference is therefore made to only one of the rotor poles RP.
  • each rotor pole RP comprises three permanent magnets PM1 -3, which are generally cuboid in shape and which are formed in the rectangular cross-section shown with a long side M1 and a short side M2.
  • the side M1 forms the main direction of extent and, with a view to FIG. 3, can be viewed as a width and the side M2 as a height of one of the permanent magnets PM.
  • the length ratio M1 / M2 of these sides is equal to or greater than 3: 1.
  • the magnets PM1 -3 have an extension or side M3 in the axial direction as a depth, which is not shown in the figures, however.
  • the magnets PM can be segmented and electrically isolated from one another in order to suppress vortex currents in the axial direction with the formation of individual magnet blocks, with several such blocks being able to follow one another axially on the rotor RO.
  • the Mag designated PM1 -3 of a rotor pole RP are formed with the same cross section.
  • the illustrated rotor cross section comprises eight rotor poles RP and thus a total of 24 magnets PM.
  • the magnets PM each have a magnetic north pole and a south pole, which are formed by the parallel opposite long sides M1. The magnetic flux passing through the magnets PM emerges perpendicularly from the longitudinal sides or enters them and runs in the direction of the surface normals of the sides M1.
  • each permanent magnet PM1 -3 is taken up in a pocket T 1 -3 (Fig. 2, 3), which corresponds to the cross section of a magnet PM at least ent or which is formed from enlarged compared to a magnet PM used there.
  • magnet receiving areas TM1 -3 are provided, of which an edge R1 -3 with two parallel sides rests at least on the longitudinal sides M1 of the magnets PM.
  • the pockets T are dimensioned and designed in the area of the magnets PM in such a way that they can be pushed axially into the laminated core or the rotor body RK and arranged in a jammed manner there.
  • retaining projections HV are provided on the magnet receiving areas TM for this purpose.
  • the magnets PM are thereby fixed against operational forces, in particular in the radial direction, i.e. within the plane of the drawing and in the axial direction.
  • the rotor RO described here is designed with a multi-layer arrangement of permanent magnets PM.
  • a rotor pole RP To form a rotor pole RP, two pockets T1, T2, each with a magnet PM1, PM2, are arranged in a V-configuration that spreads to an outer circumference of the rotor, each pocket T forming a V-leg with a magnet PM.
  • the pockets T1, T2 are enlarged compared to the magnets PM1, PM2 and wei sen next to the magnet receiving areas TM on both sides adjacent to the short side M2 of the magnets PM in each case recesses C11, C12, C21, C22, which prevent or weaken the spread of a magnetic flux in these areas and thus force the flux into other areas of the rotor R.
  • the two pockets T1, T2 and magnets PM1, PM2 of the V-configuration are arranged mirror-symmetrically on the sheet metal lamella L with respect to a radius line RR of the rotor R and enclose an angle a1 of about 30 ° on the circumference (FIG. 2).
  • the pockets T1, T2 are closer together radially on the inside than radially on the outside and enclose two webs S1, S2 and a central recess C1, which forms a flow barrier, in a radially inner foot region F of the two V-legs.
  • the recess C1 is symmetrical to the permanent magnets PM1, PM2.
  • the further permanent magnet PM3 lies opposite this, which is arranged centrally between the magnets PM1, 2 and in particular between radially outer sections of the magnets PM1, 2.
  • the magnet PM3 is aligned with its longitudinal side M1 in the tangential Rich direction or in the circumferential direction of the rotor R.
  • the radial distance between the permanent magnet PM3 and the circumferential surface U is approximately equal to or less than the height of the permanent magnet PM3.
  • the extension of the recess C1 in the tangential direction or in the circumferential direction corresponds approximately to the extension of the magnet PM3 in this direction.
  • the recess C1 is larger than the side M2 and smaller than the side M1 of the magnet PM1 and furthermore also the magnets PM1, 2.
  • recesses C31, C32 are provided on both sides of the magnet PM3 in the circumferential direction, which also serve for the purpose of targeted flux guidance.
  • the recesses are formed separately from the pocket T3 by means of separators S3, S4 and larger in the radial direction than the short side M2 of the magnet PM3.
  • the recesses C31, C32 protrude beyond the magnet PM3 in the radial direction towards the outer circumferential surface U of the rotor R.
  • the recesses C31, C32 are also made approximately equal to or smaller than one side M2 of the magnet PM3 in the circumferential direction.
  • a magnetic field acting between the rotor RO and the stator ST is particularly strong in the area of the rotor poles RP and stator poles compared to circumferentially intermediate areas, so that the torque fluctuations recorded or emitted by the electrical machine EM when the rotor R rotates is subject and a ripple of torque is perceived.
  • An improvement in the sense of reducing the torque ripple can be achieved by introducing further flux barriers in the immediate vicinity of the circumferential surface U of the rotor R.
  • further recesses C41, C42 are made in the laminated core radially in a zone between the magnet PM3 arranged in the radially outer edge region of the rotor RO and the circumferential surface U of the rotor R.
  • the recesses C41, C42 are formed symmetrically in the circumferential direction to the magnet PM3 and also symmetrically to the recesses C31, C32, wherein in the circumferential direction the distance between the adjacent recesses C41; C42 is slightly smaller than the distances between the recesses C41; C42 to the laterally adjacent recesses C31; C32.
  • the distances between two mutually adjacent recesses C31, C32, C41; C42 should be at least about the same size.
  • the recesses C41, C42, C43, C44 located close to the outer edge U are approximately rectangular in shape, the longer side of such a rectangle extending in the circumferential direction of the rotor R.
  • the view corresponds to the ratio of a height of the recesses C41, C42, C43, C44 running approximately in the radial direction in relation to the short magnet side M2 approximately equal to 1: 5.
  • the ratio of a width of the recesses C41, C42, C43, C44 running approximately in the circumferential direction in relation to the short magnet side M2 is approximately equal to 1: 3.
  • the magnets PM1, PM2 forming the V-legs and the magnet PM3 arranged centrally between the sen can also be composed of several magnets PM in the cross-section shown in FIGS. 1, 2 and be arranged within a common pocket T. Instead of a common pocket, separate pockets with separators located between the sen can also be provided to represent such an arrangement.

Landscapes

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

Abstract

Es wird ein Rotor (RO) für eine permanenterregte elektrische Maschine (EM) beschrieben, welcher einen Rotorkörper (RK) mit einer Mittelachse (A) und mit einer zu einem Stator (ST) gerichteten Umfangsfläche (U) umfasst. Der Rotor (R) bildet mehrere Rotorpole (RP) aus, welche jeweils zumindest einen radial innerhalb des Rotorkörpers (RK) in einer Tasche (T) aufgenommenen Permanentmagnet (PM3) aufweisen. Der Permanentmagnet ist am Rotor (RO) in axialer Richtung betrachtet mit einer Haupterstreckungsrichtung in tangentialer bzw. in Umfangsichtung angeordnet. Der Rotor zeichnet sich dadurch aus, dass in einem radialen Bereich des Rotorkörpers (RK) zwischen dem Permanentmagnet (PM3) und der Umfangsfläche (U) zumindest eine Ausnehmung (C41, C42) ausgebildet ist.

Description

Rotor einer permanentmaqneterreqten elektrischen Maschine
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer permanentmagneterregten elektrischen Ma schine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 wie dieser bereits beispielhaft mit der DE 11 2016 004 949 T5, der DE 10 2017 206 928 A1 oder der US 2012/0200186 A1 bekannt geworden ist.
Die in dem vorgenannten Stand der Technik beschriebenen Rotoren weisen eine Multi-Layer-Anordnung der Permanentmagnete auf, wobei zur Ausbildung eines Ro- torpols dort jeweils die Magnete in einer sich zu einem Außenumfang des Rotors auf spreizenden V-Konfiguration angeordnet sind und wobei innerhalb des zwischen den V-Schenkeln gebildeten Bereichs mittig zumindest ein weiterer, tangential ausgerich teter Magnet zum Außenumfang eingesetzt ist. In einem Fußbereich der beiden V- Schenkel ist eine Ausnehmung als Flussbarriere ausgebildet, welche dem mittig an geordneten Magnet radial gegenüberliegt.
Es hat sich beim Betrieb einer elektrischen Maschine mit einem solchen Rotor her ausgestellt, dass das Drehmoment der elektrischen Maschine eine ausgeprägte Un gleichförmigkeit, insbesondere eine deutliche Welligkeit aufweist. Im Falle einer ver teilten Wicklung tritt diese Drehmomentwelligkeit verstärkt bei einer Ordnung auf, welche mit der Anzahl der am Stator vorhandenen Zähne übereinstimmt.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen gattungsgemäßen Rotor einer perma nentmagneterregten elektrischen Maschine so zu verbessern, dass eine Drehmo mentwelligkeit beim Betreiben einer damit ausgestatteten elektrischen Maschine wei ter reduziert ist. Des Weiteren soll eine elektrische Maschine mit einem solchen Ro tor dargestellt werden.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch einen Ro tor mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und gemäß einem weite ren Aspekt durch eine elektrische Maschine unter Verwendung eines derartigen Ro tors gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteile sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der Figurenbeschreibung entnehmbar.
Es wird somit ein Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine vorgeschla gen, welcher einen Rotorkörper mit einer Mittelachse und mit einer zu einem Stator gerichteten Umfangsfläche umfasst. Der Rotor bildet mehrere Rotorpole aus, welche jeweils zumindest einen radial innerhalb des Rotorkörpers in einer Tasche aufge nommenen Permanentmagnet aufweisen. Dieser Permanentmagnet ist am Rotor in axialer Richtung betrachtet mit einer Haupterstreckungsrichtung in tangentialer bzw. in Umfangsrichtung angeordnet. Der Rotor zeichnet sich dadurch aus, dass in einem radialen Bereich des Rotorkörpers zwischen dem Permanentmagnet und der Um fangsfläche zumindest eine Ausnehmung ausgebildet ist.
Durch das Vorsehen von als Ausnehmungen ausgeführten oberflächennahen Fluss barrieren am Rotor, genauer radial in einer Zone zwischen einem im radial äußeren Randbereich des Rotors im Blechpaket vergraben angeordneten Permanentmagnet und der zum Stator weisenden Umfangsfläche des Rotors kann eine für einen Stator wirksame magnetische Flussdichte im Bereich eines Rotorpols räumlich in Umfangs richtung in einer zur Abschwächung einer Drehmomentwelligkeit günstigen Art und Weise moduliert werden. Die damit erzielte Verbesserung ist unmittelbar bei der Dre hung des Rotors spürbar. Des Weiteren können durch die vorgeschlagene Modifika tion auch mit der Drehmomentwelligkeit einhergehende Geräusche merklich redu ziert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausfüh rungsform beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer permanenterregten elektrischen Maschine mit einem mit Permanentmagneten ausgebildeten Rotor;
Fig. 2 eine stirnseitige Teilansicht des Rotors von Fig. 1 mit darin ausgebildeten Ta schen zur Aufnahme von Permanentmagneten in einer vergrößerten Darstel lung; Fig. 3 eine stirnseitige Teilansicht des Rotors von Fig. 1 mit in den Taschen aufge nommenen Permanentmagneten in einer vergrößerten Darstellung.
Die Fig. 1 zeigt eine stirnseitige Ansicht in axialer Richtung einer permanenterregten elektrische Synchronmaschine EM, welche beispielweise zum Einbau und zur Ver wendung in einen Antriebsstrang eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs vorgesehen ist und eine Antriebskraft zum Fortbewegen des Fahrzeugs aufbringt. Die elektrische Maschine EM kann sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden. Die Elektrische Maschine EM umfasst einen Stator ST, einen innerhalb dazu drehbar um eine Achse A angeordneten mit Permanentmagneten PM bestückten Rotor RO und einem zwischen dem Stator ST und dem Rotor RO befindlichen radialen Luft spalt LS, über welchen sich ein Magnetfeld zur Erzeugung einer Drehbewegung des Rotors RO oder zur Erzeugung einer induzierten Spannung im Stator ST ausbreiten kann. Der Stator ST ist hierbei lediglich schematisch und stark vereinfacht darge stellt. Dieser umfasst ein in einer üblichen Art und Weise ausgebildetes Blechpaket mit Statorzähnen, an denen eine Statorwicklung zur Wechselwirkung mit den Rotor magneten PM angebracht ist. Der Stator ST kann vorliegend beispielsweise insge samt 48 Statorzähne und gleichfalls 48 Statornuten aufweisen, in welchen eine ver teilte Statorwicklung, beispielsweise eine 3-phasige Hairpinwicklung eingelegt ist.
Der Stator ST bildet 8 Statorpole aus, welche sich jeweils effektiv über 6 Statorzähne erstrecken und welche mit insgesamt gleichfalls 8 Rotorpolen RP Zusammenwirken. In Fig. 1 sind vereinfacht lediglich 8 Statorzähne SZ dargestellt.
Der Rotor RO weist einen Rotorkörper RK auf, der vorliegend aus einzelnen, in einer Richtung entlang einer Rotationsachse A gestapelten Lamellen L aus einem Elekt- roblech gefertigt ist, wie diese ausschnittweise mit Fig. 2 gezeigt ist. Das verwendete Elektroblech kann dabei aus einem bekannten Werkstoff, beispielsweise mit der Be zeichnung NO30-15 bestehen. Anstelle eines damit erzeugten Lamellenpakets kann der Rotorkörper RK auch als ein Massivteil, zum Beispiel aus einem Sinterwerkstoff ausgebildet sein.
Bei dem Rotor RO sind eine Vielzahl von Permanentmagneten PM in einem radialen Raumbereich zwischen einer Drehachse bzw. Mittelachse A und einer äußeren Umfangsfläche U, das heißt einem äußeren Rand des Rotors R innerhalb von sich axial erstreckenden Taschen T angeordnet. Es liegt somit ein Rotor RO mit vergra benen Magneten PM vor, welcher im Ausführungsbeispiel als ein Innenläufer ausge bildet ist. Zur übersichtlicheren Darstellung ist der Rotor RO zunächst in Fig. 2 ledig lich mit den Taschen T, jedoch ohne die Permanentmagnete und in Fig. 3 mit in den Taschen T eingesetzten Permanentmagneten PM gezeigt.
Die Permanentmagnete PM bzw. Magnete unterliegen hinsichtlich des Materialsys tems keinen Besonderheiten oder Einschränkungen. Zum Beispiel können die Mag nete Selten-Erd-Elemente enthalten und insbesondere dem Werkstoffsystem Neo- dym-Eisen-Bor (Nd-Fe-B) angehören.
Die mit Fig. 1 dargestellte Anordnung der Taschen T und der Magnete PM zeigt acht identische Gruppen, welche jeweils einen 45°-Sektor des Rotors R bzw. einen Ach telkreis von diesem einnehmen und wobei jede Gruppe einen Rotorpol RP ausbildet. In der nachfolgenden Beschreibung wird somit lediglich auf einen der Rotorpole RP Bezug genommen.
Mit Blick auf die Fig. 2, 3 umfasst jeder Rotorpol RP drei Permanentmagnete PM1 -3, welche allgemein eine quaderförmige Gestalt aufweisen und welche in dem gezeig ten rechteckigen Querschnitt mit einer langen Seite M1 und einer kurzen Seite M2 ausgebildet sind. Die Seite M1 bildet die Haupterstreckungsrichtung und kann mit Blick auf Fig. 3 als eine Breite und die Seite M2 als eine Höhe eines der Permanent magnete PM angesehen werden. Das Längenverhältnis M1/M2 dieser Seiten ist vor liegend gleich oder größer als 3:1 . Des Weiteren weisen die Magnete PM1 -3 in axia ler Richtung als eine Tiefe eine Erstreckung bzw. Seite M3 auf, welche in den Figu ren jedoch nicht dargestellt ist. Die Magnete PM können zur Unterdrückung von Wir belströmen in Axialrichtung unter Ausbildung von einzelnen Magnetblöcken segmen tiert und gegenseitig elektrisch isoliert sein, wobei am Rotor RO mehrere solcher Blö cke axial aufeinander folgen können. Wie anhand von Fig. 3 sichtbar, sind die Mag nete PM1 -3 eines Rotorpols RP mit demselben Querschnitt ausgebildet. Der dargestellte Rotor-Querschnitt umfasst acht Rotorpole RP und somit insgesamt 24 Magnete PM. Die Magnete PM weisen jeweils einen magnetischen Nordpol und einen Südpol auf, welche durch die parallel gegenüberliegenden langen Seiten M1 gebildet werden. Der die Magnete PM durchsetzende magnetische Fluss tritt senk recht aus den Längsseiten aus bzw. in diese ein und verläuft in Richtung der Flä chennormalen der Seiten M1 .
Wie bereits erwähnt, ist jeder Permanentmagnet PM1 -3 in einer Tasche T 1 -3 aufge nommen (Fig. 2, 3), welche dem Querschnitt eines Magneten PM zumindest ent spricht oder welche gegenüber einem dort eingesetzten Magnet PM vergrößert aus gebildet ist.
Innerhalb der Taschen T1 -3 sind Magnetaufnahmebereiche TM1 -3 vorgesehen, von denen ein Rand R1 -3 mit zwei parallel verlaufende Seiten zumindest an den Längs seiten M1 der Magnete PM anliegt. Die Taschen T sind im Bereich der Magnete PM so bemessen und ausgebildet, dass diese axial in das Blechpaket bzw. den Rotor körper RK eingeschoben und dort verklemmt angeordnet werden können. Bei gegen über den Magneten PM im Querschnitt größer ausgebildeten Taschen T sind zu die sem Zweck an den Magnetaufnahmebereichen TM Haltevorsprünge HV vorgesehen. Die Magnete PM sind dadurch insbesondere in radialer Richtung, d.h. innerhalb der Zeichnungsebene als auch in axialer Richtung gegenüber betriebsbedingten Kräften fixiert.
Der hier beschriebene Rotor RO ist mit einer Multi-Layer-Anordnung von Permanent magneten PM ausgebildet. Dabei sind zur Ausbildung eines Rotorpols RP zwei Ta schen T1 , T2 mit jeweils einem Magnet PM1 , PM2 in einer sich zu einem Außenum fang des Rotors aufspreizenden V-Konfiguration angeordnet, wobei jede Tasche T mit einem Magneten PM einen V-Schenkel bildet. Wie in Fig. 3 sichtbar, sind die Ta schen T1 , T2 gegenüber den Magneten PM1 , PM2 vergrößert ausgebildet und wei sen neben den Magnetaufnahmebereichen TM beidseitig benachbart zur kurzen Seite M2 der Magnete PM jeweils Aussparungen C11 , C12, C21 , C22 auf, welche die Ausbreitung eines magnetischen Flusses in diesen Bereichen verhindern oder abschwächt und den Fluss somit in andere Bereiche des Rotors R drängt. Die beiden Taschen T1 , T2 und Magnete PM1 , PM2 der V-Konfiguration sind an der Blechlamelle L bezüglich einer Radiuslinie RR des Rotors R spiegelsymmetrisch an geordnet und schließen am Umfang einen Winkel a1 von etwa 30° ein (Fig. 2). Die Magnete PM1 , PM2 sind unter einem Winkel ct2 von etwa 60° zueinander angeord net (Fig. 3). Es gilt somit bei dieser Anordnung zumindest näherungsweise a2 = 2x cd .
Die Taschen T1 , T2 stehen radial innen näher zusammen als radial außen und schließen in einem radial inneren Fußbereich F der beiden V-Schenkel zwei Stege S1 , S2 und eine mittige Ausnehmung C1 ein, welche eine Flussbarriere aus gebildet. Die Ausnehmung C1 ist symmetrisch zu den Permanentmagneten PM1 , PM2 ausgebildet.
In einem Bereich radial außerhalb der Ausnehmung C1 liegt dieser der weitere Per manentmagnet PM3 gegenüber, welcher mittig zwischen den Magneten PM1 , 2 und insbesondere zwischen radial außen befindlichen Abschnitten der Magnete PM1 , 2 angeordnet ist. Der Magnet PM3 ist mit dessen Längsseite M1 in tangentialer Rich tung bzw. in Umfangsrichtung des Rotors R ausgerichtet. Der radiale Abstand des Permanentmagnet PM3 zu der Umfangsfläche U ist etwa gleich oder kleiner als die Höhe des Permanentmagneten PM3. Die Erstreckung der Ausnehmung C1 in tan gentialer Richtung bzw. in Umfangsrichtung entspricht näherungsweise der Erstre ckung des Magneten PM3 in dieser Richtung. In radialer Richtung ist die Ausneh mung C1 größer als die Seite M2 und kleiner als die Seite M1 des Magneten PM1 und im Weiteren auch der Magnete PM1 , 2 ausgeführt.
An dem Magneten PM3 sind beidseitig in Umfangsrichtung weitere Ausnehmun gen C31 , C32 vorgesehen, die ebenfalls zum Zweck einer gezielten Flussführung dienen. Die Ausnehmungen sind mittels Trennstegen S3, S4 separat von der Ta sche T3 und in radialer Richtung größer als die kurze Seite M2 des Magneten PM3 ausgebildet. Die Ausnehmungen C31 , C32 überragen den Magnet PM3 in radialer Richtung zur äußeren Umfangsfläche U des Rotors R hin. Die Ausnehmungen C31 , C32 sind zudem in Umfangsrichtung etwa gleich oder kleiner als eine Seite M2 des Magnet PM3 ausgeführt. Ein zwischen dem Rotor RO und dem Stator ST wirkendes Magnetfeld ist im Bereich der Rotorpole RP und Statorpole im Vergleich zu umfangsmäßig zwischenliegenden Bereichen besonders stark ausgebildet, so dass das von der elektrischen Ma schine EM bei einer Drehung des Rotors R aufgenommene oder abgegebene Dreh moment Schwankungen unterworfen ist und eine Welligkeit des Drehmoments wahr genommen wird. Eine Verbesserung im Sinne einer Reduzierung der Drehmoment welligkeit kann durch das Einbringen von weiteren Flussbarrieren in der unmittelba ren Nähe der Umfangsfläche U des Rotors R erzielt werden.
Hierzu sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel radial in einer Zone zwischen dem im radial äußeren Randbereich des Rotors RO angeordneten Magnet PM3 und der Umfangsfläche U des Rotors R weitere Ausnehmungen C41 , C42 in das Blech paket eingebracht. Die Ausnehmungen C41 , C42 sind in Umfangsrichtung symmet risch zu dem Magnet PM3 und weiterhin auch symmetrisch zu den Ausnehmun gen C31 , C32 ausgebildet, wobei in Umfangsrichtung der Abstand zwischen den be nachbarten Ausnehmungen C41 ; C42 etwas geringer ist als die Abstände der Aus nehmungen C41 ; C42 zu den jeweils seitlich benachbarten Ausnehmungen C31 ; C32. Alternativ können in Umfangsrichtung die Abstände zwischen jeweils zwei zuei nander benachbarten Ausnehmungen C31 , C32, C41 ; C42 zumindest etwa gleich groß sein.
In Umfangsrichtung außerhalb der Ausnehmungen C31 , C32 ist jeweils eine weitere Ausnehmung C43, C44 vorgesehen, die gemeinsam mit den Ausnehmungen C41 , C42 und einer radial äußeren Berandung der Ausnehmungen C31 , C32 zumindest etwa auf demselben Teilkreisdurchmesser TK angeordnet sind. Weiterhin befinden sich auch zumindest annähernd eine radial äußere Berandung der Ausnehmun gen C11 , C21 auf diesem T eilkreisdurchmesser TK. Die Ausnehmung C43, C44 sind in Umfangsrichtung näher zu den Ausnehmung C31 , C32 angeordnet. Die Ausneh mungen C41 , C42, C43, C44 sind in dem hier besprochenem Beispiel identisch aus gebildet und zudem auch im Querschnitt sichtbar kleiner als die Ausnehmungen C31 , C32 gestaltet. Vorliegend sind die nah am Außenrand U befindlichen Ausnehmun gen C41 , C42, C43, C44 etwa rechteckig geformt, wobei sich die längere Seite eines solchen Rechtecks in Umfangsrichtung des Rotors R erstreckt. In der gezeigten Ansicht entspricht das Verhältnis einer in etwa in radialer Richtung verlaufenden Höhe der Ausnehmungen C41 , C42, C43, C44 in Bezug auf die kurze Magnetseite M2 näherungsweise gleich 1 :5. Des Weiteren beträgt das Verhältnis einer in etwa in Umfangsrichtung verlaufenden Breite der Ausnehmungen C41 , C42, C43, C44 in Be zug auf die kurze Magnetseite M2 näherungsweise gleich 1 :3.
Die die V-Schenkel ausbildenden Magnete PM1 , PM2 und der mittig zwischen die sen angeordnete Magnet PM3 können in dem mit Fig. 1 , 2 dargestellten Querschnitt jeweils auch aus mehreren Magneten PM zusammengesetzt und innerhalb einer ge meinsamen Tasche T angeordnet sein. Anstelle einer gemeinsamen Tasche können zur Darstellung einer solchen Anordnung auch separate Taschen mit zwischen die sen befindlichen Trennstegen vorgesehen sein.
Bezugszeichen
A Mittelachse, Drehachse RP Rotorpol
C Ausnehmung RR Radiuslinie
EM Elektrische Maschine S Steg
F Fußbereich SZ Statorzahn
L Lamelle ST Stator
LS Luftspalt T Magnettasche, Tasche
M1 lange Magnetseite TK Teilkreis
M2 kurze Magnetseite TM Magnetaufnahmebereich
PM Magnet U Umfangsfläche
RO Rotor al Winkel
R Rand a2 Winkel
RK Rotorkörper

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (RO) für eine permanenterregte elektrische Maschine (EM) umfassend,
- einen Rotorkörper (RK) mit einer Mittelachse (A) und mit einer zu einem Sta tor (ST) gerichteten Umfangsfläche (U),
- mehrere Rotorpole (RP) mit jeweils zumindest einen radial innerhalb des Ro torkörpers (RK) in einer Tasche (T) aufgenommenen Permanentmag net (PM3), welcher am Rotor (RO) in axialer Richtung betrachtet mit einer Haupterstreckungsrichtung in tangentialer bzw. in Umfangsichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- in einem radialen Bereich des Rotorkörpers (RK) zwischen dem Permanent magnet (PM3) und der Umfangsfläche (U) zumindest eine Ausnehmung (C41 , C42) ausgebildet ist.
2. Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmag net (PM) rechteckig, trapezförmig oder bogenförmig ausgebildet ist und eine lange Seite (M1) und eine kurze Seite (M2) aufweist, wobei die lange Seite (M1) die Haupt erstreckungsrichtung ausbildet.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand des Permanentmagnet (PM3) zu der Umfangsfläche (U) etwa gleich oder kleiner ist als die Höhe dieses Permanentmagnet (PM3).
4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Permanentmagnet (PM3) beidseitig in Umfangsrichtung benachbarte Ausnehmun gen (C31 , C32) vorgesehen sind.
5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung außer halb der Ausnehmungen (C31 , C32) weitere Ausnehmungen (C43, C44) vorgesehen sind.
6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Ausnehmun gen (C43, C44) gemeinsam mit den Ausnehmungen (C41 , C42) und einer radial äu ßeren Berandung der Ausnehmungen (C31 , C32) etwa auf ein und demselben Teil kreisdurchmesser (TK) angeordnet sind.
7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der Rotorpole (RR) symmetrisch zu dem Permanentmagnet (PM3) zwei weitere Per manentmagnete (PM1 , PM2) in einer sich zur Umfangsfläche (U) aufspreizenden V- Konfiguration angeordnet sind, wobei der Permanentmagnet (PM3) mittig zwischen den weiteren Permanentmagneten (PM1 , PM2) angeordnet ist.
8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig zur einer kurzen Seite (M2) der zwei weiteren Permanentmagnete (PM1 , PM2) benachbart Ausspa rungen (C11 , C12, C21 , C22) vorgesehen sind.
9. Rotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fußbe reich (F) der V-Konfiguration symmetrisch zwischen den weiteren Permanentmagne ten (PM1 , PM2) eine Ausnehmung (C1 ) ausgebildet ist.
10. Elektrische Maschine (EM) mit einem Stator (ST) und einem drehbar zu diesem gelagerten Rotor (RO), welcher nach einem der Patentansprüche 1 - 9 ausgebildet ist.
11 . Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ro tor (RO) 8 Rotorpole (RP) und der Stator (ST) 48 Statorzähne (SZ) aufweist.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022125974A1 (de) 2022-10-07 2024-04-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Rotor einer Elektromaschine

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1848092A2 (de) * 2006-04-20 2007-10-24 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Elektrische Rotationsmaschine mit Permanentmagneteinbettung, Motor für Fahrzeugklimaanlage und eingeschlossener elektrischer Verdichter
US20080224558A1 (en) * 2007-03-15 2008-09-18 A. O. Smith Corporation Interior permanent magnet motor including rotor with flux barriers
US20120200186A1 (en) 2011-02-03 2012-08-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Rotor for electric rotating machine
EP2933903A1 (de) * 2012-12-12 2015-10-21 Mitsubishi Electric Corporation Rotor für einen motor
DE112016004949T5 (de) 2015-10-29 2018-07-19 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Permanentmagnetmotor
US20180219438A1 (en) * 2015-11-18 2018-08-02 Mitsubishi Electric Corporation Electric motor and air conditioner
US20180241266A1 (en) * 2017-02-22 2018-08-23 Honda Motor Co., Ltd. Rotor for rotary electric machine
EP3376641A1 (de) * 2017-03-16 2018-09-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Rotor für elektrische drehmaschinen
DE102017206928A1 (de) 2017-04-25 2018-10-25 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektrische Maschine umfassend einen Stator und einen Rotor und Rotor für eine elektrische Maschine

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6904882B2 (ja) * 2017-10-30 2021-07-21 オークマ株式会社 同期電動機の回転子

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1848092A2 (de) * 2006-04-20 2007-10-24 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Elektrische Rotationsmaschine mit Permanentmagneteinbettung, Motor für Fahrzeugklimaanlage und eingeschlossener elektrischer Verdichter
US20080224558A1 (en) * 2007-03-15 2008-09-18 A. O. Smith Corporation Interior permanent magnet motor including rotor with flux barriers
US20120200186A1 (en) 2011-02-03 2012-08-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Rotor for electric rotating machine
EP2933903A1 (de) * 2012-12-12 2015-10-21 Mitsubishi Electric Corporation Rotor für einen motor
DE112016004949T5 (de) 2015-10-29 2018-07-19 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Permanentmagnetmotor
US20180219438A1 (en) * 2015-11-18 2018-08-02 Mitsubishi Electric Corporation Electric motor and air conditioner
US20180241266A1 (en) * 2017-02-22 2018-08-23 Honda Motor Co., Ltd. Rotor for rotary electric machine
EP3376641A1 (de) * 2017-03-16 2018-09-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Rotor für elektrische drehmaschinen
DE102017206928A1 (de) 2017-04-25 2018-10-25 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektrische Maschine umfassend einen Stator und einen Rotor und Rotor für eine elektrische Maschine

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