WO2021104550A1 - Rotor of an electric machine - Google Patents

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WO2021104550A1
WO2021104550A1 PCT/DE2020/000246 DE2020000246W WO2021104550A1 WO 2021104550 A1 WO2021104550 A1 WO 2021104550A1 DE 2020000246 W DE2020000246 W DE 2020000246W WO 2021104550 A1 WO2021104550 A1 WO 2021104550A1
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WO
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rotor
permanent magnets
rotor teeth
bevels
teeth
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PCT/DE2020/000246
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Inventor
Hans Hermann Rottmerhusen
Original Assignee
Hans Hermann Rottmerhusen
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • 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
    • H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets

Definitions

  • the invention relates to a rotor of an electrical machine according to the main claim 1 and the independent claim 2.
  • a rotor of an electrical machine is already known from DE 10 2011 078 054 A1 and from DE 10 2016 211 711 A1, each of which describes a laminated core for a rotor, where permanent magnets are arranged in pockets in the rotor, the permanent magnets being tightened by tensioning straps , which are formed by sheet metal lamellas of the laminated core, are held in the pockets.
  • Permanent magnets arranged in pockets in the rotor always impair and reduce the efficiency and power of an electric motor and reduce a high efficiency with a high speed spread. Such a measure is used to reduce a cogging torque of the rotor and to reduce vibrations of the electric motor, which are caused by radial forces on the electric motor, and to safely arrange permanent magnets in a rotor of an electrical machine.
  • a rotor for a permanent magnet-excited electrical machine of the internal rotor type which comprises a circular laminated core formed from sheet metal lamellas, on the outer circumferential surface of which a plurality of open recesses are made for receiving magnetic elements.
  • Each recess has two circumferentially opposite holding surfaces that are inclined radially outward and on which a magnetic element with corres- correspondingly executed inclined surfaces, it is provided that a magnetic element is held in its position exclusively by its abutment on the holding surfaces of the laminated core and the connection of the magnetic element and laminated core is designed to be self-locking.
  • the magnetic elements are trapezoidal, with a smaller magnetic surface facing the air gap and a larger magnetic surface facing the shaft.
  • each magnetic pole 4 is formed from two edge elements 6 and from two surface elements 5. All permanent magnet elements 5, 6 of a pole 4 have the same magnetic orientation.
  • the permanent magnet elements have a support profile 10 between the first and second active surfaces 8, 9, which is formed by a groove 11, the groove flanks 13, 14 merging into edge regions 15, 16.
  • 6 holding elements 17 are arranged on the rotor, which are designed according to the groove 11, and these holding elements 17 hold the permanent magnet elements in the radial direction relative to a main axis 18 of the rotor.
  • the surface elements 5 of the permanent magnets of a pole face each have grooves 11 on their edges pointing in the circumferential direction of the rotor 1, the edge elements 6 only having such a groove on their pole-side edges facing the surface elements 5.
  • a respective pole field on the rotor contains four permanent magnet elements 5, 6 each, two each being designed as surface elements 5 and two each being designed as edge elements 6. Such a pole formation of a pole field from four individual permanent magnets impairs a torque on the rotor, and thus the efficiency of the electrical machine is reduced.
  • the surface elements 5 and the edge elements 6 are fixed on the runner by holding elements 17, 20 in that grooves 11 are arranged on the broad sides of the permanent magnets and the holding elements 17 engage in these grooves.
  • US 2007/0024141 A1 shows a permanent magnet rotor for a brushless electrical machine.
  • the rotor shaft 2 serves as a carrier for a plastic cage 5, into which a return ring 4 and permanent magnets 6 are inserted in the axial direction.
  • the plastic cage 5 contains a multiplicity of webs 10 protruding outward in the radial direction, which, together with other components of the plastic cage, form dovetail-shaped receptacles 7 for the permanent magnets 6.
  • the receptacles 7 provided in the plastic cage 5 are dovetail-shaped and that permanent magnets 6 pushed into these receptacles are trapezoidal in shape so that they can be inserted into the receptacles with a precise fit.
  • a rotor for electrical machines with permanent magnets and with rotor teeth are known.
  • JP 2010-193700A describes such a runner.
  • 17 shows a rotor where permanent magnets are arranged on the rotor, and a rotor tooth is located between the permanent magnets.
  • the invention is based on the idea of providing a rotor for an electrical machine in which a respective magnetic field from permanent magnets on the rotor is directed directly to the air gap, with secure attachment of the permanent magnets on the rotor to be ensured.
  • This is where the invention comes in, and it is based on the object of creating a solution for a rotor of an electrical machine that ensures that the permanent magnets are securely fastened to the rotor, with a respective magnetic field of the permanent magnets being directed directly towards the air gap of the electrical machine. and such a rotor is designed with rotor teeth, with which a high degree of efficiency is achieved with a high speed spread, and with which a cogging torque of the rotor is reduced, and such a rotor can be manufactured inexpensively.
  • Advantages of the invention are in particular that a laminated core has been found for a rotor of an electrical machine, which ensures that the permanent magnets are securely fastened to the rotor by the permanent magnets being sunk in an elongated hexagonal shape and into a laminated core of the rotor, with a respective magnetic field the permanent magnet is directed directly to the air gap of the electrical machine, with which a high degree of efficiency is achieved with a high speed spread and a cogging torque of the rotor is reduced by rotor teeth arranged on the rotor, which results in low-vibration, quiet operation of the electrical machine, and such a rotor is inexpensive is in a manufacturing process.
  • the permanent magnets on the rotor can advantageously consist of hard ferrite or be made of rare earths.
  • a rotor of an electrical machine designed in this way is widely used and is used, among other things, in an electrical machine for electric vehicles, with such a rotor being able to be integrated into any current technology of an electric motor.
  • 1 shows a schematic representation of the rotor of an electrical machine in an axial plan view
  • 2 shows a plan view perpendicular to the shaft of the rotor of an electrical machine.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the laminated core for a rotor of an electrical machine.
  • the rotor 1 of an electrical machine contains permanent magnets 2 arranged at the air gap, a respective magnetic field 3 of the permanent magnets being directed directly towards the air gap.
  • the permanent magnets 2 are designed in an elongated hexagonal shape and each have a first bevel 5 towards the air gap on a respective broad side 4 towards the center of a respective permanent magnet, and each have a second bevel 6 and the bevels 5 towards the shaft 11 of the electrical machine and 6 are straight, and the bevels 5 and 6 can also be formed in the shape of a circular arc or some other shape.
  • a rotor tooth 7 is arranged between the permanent magnets 2.
  • the rotor teeth 7 are necessary so that a high degree of efficiency can be achieved with a high speed spread, and with which a cogging torque of the rotor is reduced, and with which a low-vibration, quiet operation of the electrical machine is achieved.
  • the laminated core of the rotor 1 has recesses towards the air gap, whereby the permanent magnets are sunk into the laminated core of the rotor.
  • a rotor tooth 7 rests against the first bevels 5 of the permanent magnets 2 to the air gap, and the arrangement of a respective magnetic field of the permanent magnets directly to the air gap of the electrical machine and the arrangement of rotor teeth between the permanent magnets results in a high degree of efficiency with an identical nominal load high speed spread achieved.
  • the rotor teeth 7 are designed as clamping straps for fastening the permanent magnets 2, and they are formed by the sheet metal lamellas of the laminated core of the rotor.
  • the laminated core consists of individual sheet metal lamellas 12 and when the sheet metal lamellae are punched out, the rotor teeth 7 are simultaneously interlaced for clamping tabs by inserting the one side 15 of the rotor teeth facing the air gap into one longitudinal direction to the shaft 11 is bent and the other side 16 is bent in the other longitudinal direction to the shaft, and thus the rotor teeth are propeller-like, including a circular arc-shaped recess 8 in the rotor teeth in the corners of the recesses for the permanent magnets, so that when Entangling the rotor teeth does not tear the rotor teeth in the corners.
  • the permanent magnets 2 are preferably formed at the air gap parallel to the air gap.
  • the permanent magnets are arranged on the rotor, then glue is specified on a rear side 10 of the permanent magnets and fixed on the rotor, and the interlaced rotor teeth 7 are pressed flat with a clamping force to the permanent magnets, whereby the permanent magnets are pressed with the rear side 10 against the laminated core.
  • the bevels 17 of the rotor teeth 7 to the permanent magnets can be formed parallel to the bevels 5 of the permanent magnets, or the bevels 17 of the rotor teeth are curved outward so that the rotor teeth only in an area 18 of the center of the bevels 5 of the permanent magnets the rotor teeth cause a clamping force to the permanent magnets.
  • the adhesive for the permanent magnets should be designed to be flexible and elastic, and the permanent magnets should be provided with a plastic coating in the area of the first bevels 5.
  • Such a coating on the first bevels 5 also prevents damage to the permanent magnets from being pressed flat on the rotor teeth.
  • the permanent magnets can also be pushed laterally along the shaft into the recesses of the laminated core of the rotor with a clamping force on the bevels 17 of the rotor teeth 7, the rotor teeth not being interlaced and a circular arc-shaped recess 8 is not present in the rotor teeth.
  • the permanent magnets and the rotor teeth are designed as described above, the laminated core of the rotor preferably then being provided with a plastic coating in the area of the rear side 10 of the permanent magnets, or the rear side 10 of the permanent magnets being provided with a plastic coating, and are provided with a plastic coating in the area of the bevels 17 of the rotor teeth, or the rear side 10 of the permanent magnets and the first bevels of the permanent magnets are provided with a plastic coating.
  • the clamping plates 13 of FIG. 2 are advantageously used.
  • the permanent magnets made of hard ferrite are provided.
  • the permanent magnets can also consist of rare earths, in which case the permanent magnets are kept much lower at a height.
  • Fig. 2 shows a plan view perpendicular to the shaft 11 of the rotor of an electrical machine.
  • the lamellas 12 of the laminated core of the rotor 1 and the rotor teeth 7 can be held together by clamping disks 13 (clamping plates), which are pressed onto the rotor shaft from both sides, the clamping disks being arched and hollow to the laminated core and only with the outer edge rest on the laminated core.
  • clamping disks 13 clamping plates

Abstract

The invention relates to a rotor of an electric machine, said rotor comprising a laminated rotor core which is formed from a package of laminations having rotor teeth (7), and comprising permanent magnets (2) located on the rotor, wherein: a magnetic field (3) of the permanent magnets (2) is directed directly towards the air gap of the electric machine; the permanent magnets (2), in an elongated hexagonal shape, are recessed into a laminated rotor core; and the permanent magnets (2) each have a first bevel (5) in the direction of the air gap on the broad sides (4) towards the centre of a permanent magnet, and the permanent magnets each have a second bevel (6) on the broad sides (4) in the direction of the shaft (11) of the rotor.

Description

Läufer einer elektrischen Maschine Runner of an electrical machine
Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufer einer elektrischen Maschine, gemäß dem Hauptanspruch 1 und dem nebengeordneten Patentanspruch 2. The invention relates to a rotor of an electrical machine according to the main claim 1 and the independent claim 2.
Es ist schon ein Läufer einer elektrischen Maschine aus der DE 10 2011 078 054 A1 und aus der DE 10 2016 211 711 A1 bekannt, die jeweils ein Blechpaket für einen Läufer beschreiben, wo Permanentmagnete im Läufer in Taschen angeordnet sind, wobei die Permanentmagnete durch Spannlaschen, die von Blechlamellen des Blechpaketes gebildet sind, in den Taschen gehalten werden. A rotor of an electrical machine is already known from DE 10 2011 078 054 A1 and from DE 10 2016 211 711 A1, each of which describes a laminated core for a rotor, where permanent magnets are arranged in pockets in the rotor, the permanent magnets being tightened by tensioning straps , which are formed by sheet metal lamellas of the laminated core, are held in the pockets.
DE 10 2014 225260 A1 und DE 10 2007 029 719 A1 beschreiben ein Blechpaket für einen mit Permanentmagneten bestückten Läufer einer elektrischen Maschine. Permanentmagnete werden in Taschen eines Blechpaketes des Läufers durch federnde Halteelemente gehalten. DE 10 2014 225260 A1 and DE 10 2007 029 719 A1 describe a laminated core for a rotor of an electrical machine equipped with permanent magnets. Permanent magnets are held in pockets of a laminated core of the rotor by resilient holding elements.
DE 10 2017 221 149 A1 beschreibt einen Läufer, wo Permanentmagnete in Taschen eines Blechpaketes des Läufers jeweils durch einen Bügel fixiert sind. DE 10 2017 221 149 A1 describes a rotor where permanent magnets are fixed in pockets of a laminated core of the rotor by means of a bracket.
Im Läufer in Taschen angeordnete Permanentmagnete beeinträchtigen und reduzieren immer einen Wirkungsgrad und eine Leistung eines Elektromotors und reduziert einen hohen Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung. Eine solche Maßnahme wird angewendet, um ein Rastmoment des Läufers zu reduzieren und um Schwingungen des Elektromotors zu reduzieren, die durch radiale Kräfte am Elektromotor verursacht werden, und um Permanentmagnete bei einem Läufer einer e- lektrischen Maschine sicher anzuordnen. Permanent magnets arranged in pockets in the rotor always impair and reduce the efficiency and power of an electric motor and reduce a high efficiency with a high speed spread. Such a measure is used to reduce a cogging torque of the rotor and to reduce vibrations of the electric motor, which are caused by radial forces on the electric motor, and to safely arrange permanent magnets in a rotor of an electrical machine.
DE 10 2004 061 617 A1 beschreibt einen Läufer für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine in Innenläuferbauart, welche ein aus Blechlamellen gebildetes kreisförmiges Blechpaket umfasst, an dessen Außenumfangsfläche eine Mehrzahl offener Aussparungen zur Aufnahme von Magnetelementen ausgeführt ist. Jede Aussparung weist zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegende, einander nach radial außen zugeneigte Halteflächen auf, an denen ein Magnetelement mit dazu korres- pondierend ausgeführten Schrägflächen anliegt, wobei vorgesehen ist, dass ein Magnetelement ausschließlich durch dessen Anlage an den Halteflächen des Blechpakets an dessen Position gehalten wird und wobei die Verbindung von Magnetelement und Blechpaket selbsthemmend ausgeführt ist. Die Magnetelemente sind trapezförmig ausgebildet, wobei eine kleinere Magnetfläche zum Luftspalt gerichtet ist und eine größere Magnetfläche zur Welle gerichtet ist. DE 10 2004 061 617 A1 describes a rotor for a permanent magnet-excited electrical machine of the internal rotor type, which comprises a circular laminated core formed from sheet metal lamellas, on the outer circumferential surface of which a plurality of open recesses are made for receiving magnetic elements. Each recess has two circumferentially opposite holding surfaces that are inclined radially outward and on which a magnetic element with corres- correspondingly executed inclined surfaces, it is provided that a magnetic element is held in its position exclusively by its abutment on the holding surfaces of the laminated core and the connection of the magnetic element and laminated core is designed to be self-locking. The magnetic elements are trapezoidal, with a smaller magnetic surface facing the air gap and a larger magnetic surface facing the shaft.
DE 10 2014 201 152 A1 beschreibt einen Läufer für eine Permanentmagnetsynchronmaschine. Die Permanentmagnete am Läufer sind unmittelbar zum Luftspalt der Maschine gerichtet, wobei nebeneinander liegende Pole jeweils ein N-Polfeld und ein S-Polfeld aus mehreren Permanentmagnetelementen 5,6 gebildet sind. In der dargestellten Ausführung wird jeder Magnetpol 4 aus zwei Randelementen 6 und aus zwei Flächenelementen 5 gebildet. Alle Permanentmagnetelemente 5,6 eines Pols 4 weisen eine gleiche magnetische Orientierung auf. Zur Fixierung der Permanentmagnetelemente 5,6 am Läufer weisen die Permanentmagnetelemente zwischen der ersten und der zweiten Wirkfläche 8,9 ein Tragprofil 10 auf, welches durch eine Nut 11 gebildet ist, wobei die Nutflanken 13,14 in Randbereiche 15,16 übergehen. DE 10 2014 201 152 A1 describes a rotor for a permanent magnet synchronous machine. The permanent magnets on the rotor are directed directly towards the air gap of the machine, with adjacent poles each being formed from a plurality of permanent magnet elements 5, 6, an N pole field and an S pole field. In the embodiment shown, each magnetic pole 4 is formed from two edge elements 6 and from two surface elements 5. All permanent magnet elements 5, 6 of a pole 4 have the same magnetic orientation. To fix the permanent magnet elements 5, 6 on the rotor, the permanent magnet elements have a support profile 10 between the first and second active surfaces 8, 9, which is formed by a groove 11, the groove flanks 13, 14 merging into edge regions 15, 16.
Zur Fixierung zweier nebeneinander liegenden Permanentmagnete 5,6;6,6 sind am Läufer Halteelemente 17 angeordnet, welche entsprechend der Nut 11 ausgebildet sind, und durch diese Halteelemente 17 werden die Permanentmagnetelemente in radialer Richtung relativ zu einer Hauptachse 18 des Läufers gehalten. To fix two adjacent permanent magnets 5, 6, 6, 6 holding elements 17 are arranged on the rotor, which are designed according to the groove 11, and these holding elements 17 hold the permanent magnet elements in the radial direction relative to a main axis 18 of the rotor.
Die Flächenelemente 5 der Permanentmagnete einer Polfläche weisen jeweils an ihren in Umfangrichtung des Läufers 1 weisenden Rändern Nuten 11 auf, wobei die Randelemente 6 nur an ihren polseitigen, den Flächenelementen 5 zugewandten Rändern eine solche Nut aufweisen. The surface elements 5 of the permanent magnets of a pole face each have grooves 11 on their edges pointing in the circumferential direction of the rotor 1, the edge elements 6 only having such a groove on their pole-side edges facing the surface elements 5.
Am in Umfangrichtung liegenden Außenrand eines jeweiligen Pols 4 ist eine keilförmige Randfläche 19 vorhanden, die hinter ein schwalbenschwanzartiges Halteprofil 20 des Ständers greift. Ein jeweiliges Polfeld am Läufer beinhaltet jeweils vier Permanentmagnetelemente 5,6, wobei jeweils zwei als Flächenelemente 5 und jeweils zwei als Randelemente 6 ausgebildet sind. Eine derartige Polbildung eines Polfeldes aus vier einzelnen Permanentmagneten beeinträchtigt ein Drehmoment am Läufer, und somit wird ein Wirkungsgrad der e- lektrischen Maschine reduziert. On the circumferential outer edge of a respective pole 4 there is a wedge-shaped edge surface 19 which engages behind a dovetail-like retaining profile 20 of the stator. A respective pole field on the rotor contains four permanent magnet elements 5, 6 each, two each being designed as surface elements 5 and two each being designed as edge elements 6. Such a pole formation of a pole field from four individual permanent magnets impairs a torque on the rotor, and thus the efficiency of the electrical machine is reduced.
Die Flächenelemente 5 und die Randelemente 6 werden durch Halteelemente 17,20 am Läufer fixiert, indem Nuten 11 an den Breitseiten der Permanentmagnete angeordnet sind und in diese Nuten greifen die Halteelemente 17. The surface elements 5 and the edge elements 6 are fixed on the runner by holding elements 17, 20 in that grooves 11 are arranged on the broad sides of the permanent magnets and the holding elements 17 engage in these grooves.
Eine derartige Ausbildung der Permanentmagnetelemente eines Polfeldes ist aufwendig und kostenintensiv, und birgt Risiken in Bezug eines spröden Magnetmaterials. Such a design of the permanent magnet elements of a pole field is complex and costly, and involves risks in relation to a brittle magnetic material.
US 2007/0024141 A1 zeigt einen Permanentmagnetläufer für eine bürstenlose elektrische Maschine. Die Läuferwelle 2 dient als Träger für einen Kunststoffkäfig 5, in welchen in Axialrichtung ein Rückschlussring 4 sowie Permanentmagnete 6 eingeschoben sind. Der Kunststoffkäfig 5 enthält eine Vielzahl von in Radialrichtung nach außen abstehenden Stegen 10, die zusammen mit weiteren Bestandteilen des Kunststoffkäfigs schwalbenschwanzförmige Aufnahmen 7 für die Permanentmagnete 6 bilden. US 2007/0024141 A1 shows a permanent magnet rotor for a brushless electrical machine. The rotor shaft 2 serves as a carrier for a plastic cage 5, into which a return ring 4 and permanent magnets 6 are inserted in the axial direction. The plastic cage 5 contains a multiplicity of webs 10 protruding outward in the radial direction, which, together with other components of the plastic cage, form dovetail-shaped receptacles 7 for the permanent magnets 6.
Aus der vergrößerten Darstellung der Fig. 1b ist ersichtlich, dass die im Kunststoffkäfig 5 vorgesehenen Aufnahmen 7 schwalbenschwanzförmig geformt sind und dass in diese Aufnahmen geschobenen Permanentmagnete 6 derart trapezförmig geformt sind, dass sie passgenau in die Aufnahmen eingesetzt werden können. From the enlarged view of FIG. 1b it can be seen that the receptacles 7 provided in the plastic cage 5 are dovetail-shaped and that permanent magnets 6 pushed into these receptacles are trapezoidal in shape so that they can be inserted into the receptacles with a precise fit.
Ein Läufer für elektrische Maschinen mit Permanentmagneten und mit Läuferzähnen sind bekannt. A rotor for electrical machines with permanent magnets and with rotor teeth are known.
JP 2010-193700A beschreibt einen solchen Läufer. Fig. 17 zeigt einen Läufer wo Permanentmagnete am Läufer angeordnet sind, und zwischen den Permanentmagneten befindet sich jeweils ein Läuferzahn. JP 2010-193700A describes such a runner. 17 shows a rotor where permanent magnets are arranged on the rotor, and a rotor tooth is located between the permanent magnets.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, einen Läufer für eine elektrische Maschine bereit zu stellen, bei dem ein jeweiliges Magnetfeld von Permanentmagneten am Läufer unmittelbar zum Luftspalt gerichtet ist, wobei eine sichere Befestigung der Permanentmagneten am Läufer gewährleistet sein soll. Hier setzt die Erfindung ein, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für einen Läufer einer elektrischen Maschine zu schaffen, die eine sichere Befestigung der Permanentmagnete am Läufer gewährleistet, wobei ein jeweiliges Magnetfeld der Permanentmagnete unmittelbar zum Luftspalt der elektrischen Maschine gerichtet ist, und ein solcher Läufer mit Läuferzähnen ausgebildet ist, womit ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erzielt wird, und womit ein Rastmoment des Läufers reduziert ist, und ein solcher Läufer kostengünstig herzustellen ist. The invention is based on the idea of providing a rotor for an electrical machine in which a respective magnetic field from permanent magnets on the rotor is directed directly to the air gap, with secure attachment of the permanent magnets on the rotor to be ensured. This is where the invention comes in, and it is based on the object of creating a solution for a rotor of an electrical machine that ensures that the permanent magnets are securely fastened to the rotor, with a respective magnetic field of the permanent magnets being directed directly towards the air gap of the electrical machine. and such a rotor is designed with rotor teeth, with which a high degree of efficiency is achieved with a high speed spread, and with which a cogging torque of the rotor is reduced, and such a rotor can be manufactured inexpensively.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs 1 und des nebengeordneten Patentanspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen. This object is achieved by the features of main claim 1 and the subordinate claim 2. Advantageous embodiments of the invention can be found in the remaining claims and the description.
Vorteile der Erfindung bestehen im besonderen darin, dass ein Blechpaket für einen Läufer einer elektrischen Maschine gefunden wurde, womit eine sichere Befestigung der Permanentmagnete am Läufer gewährleistet ist durch in langgezogener hexagonaler Form der Permanentmagnete und in ein Blechpaket des Läufers versenkt sind, wobei ein jeweiliges Magnetfeld der Permanentmagnete unmittelbar zum Luftspalt der elektrischen Maschine gerichtet ist, womit ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erzielt wird und ein Rastmoment des Läufers reduziert ist durch am Läufer angeordnete Läuferzähne, womit ein vibrierarmer ruhiger Lauf der elektrischen Maschine erzielt wird, und ein solcher Läufer kostengünstig in einer Herstellung ist. Advantages of the invention are in particular that a laminated core has been found for a rotor of an electrical machine, which ensures that the permanent magnets are securely fastened to the rotor by the permanent magnets being sunk in an elongated hexagonal shape and into a laminated core of the rotor, with a respective magnetic field the permanent magnet is directed directly to the air gap of the electrical machine, with which a high degree of efficiency is achieved with a high speed spread and a cogging torque of the rotor is reduced by rotor teeth arranged on the rotor, which results in low-vibration, quiet operation of the electrical machine, and such a rotor is inexpensive is in a manufacturing process.
Die Permanentmagnete am Läufer können vorteilhaft aus Hartferrit bestehen oder aus seltenen Erden hergestellt sein. The permanent magnets on the rotor can advantageously consist of hard ferrite or be made of rare earths.
Ein derartig ausgebildeter Läufer einer elektrischen Maschine findet breite Anwendung und kommt unter anderem bei einer elektrischen Maschine für Elektrofahrzeuge zur Anwendung, wobei ein solcher Läufer sich in eine jede aktuelle Technologie eines Elektromotors integrieren lässt. A rotor of an electrical machine designed in this way is widely used and is used, among other things, in an electrical machine for electric vehicles, with such a rotor being able to be integrated into any current technology of an electric motor.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Dabei zeigt: It shows:
Fig. 1 in axialer Draufsicht eine schematische Darstellung vom Läufer einer elektrischen Maschine, Fig. 2 eine Draufsicht senkrecht zur Welle des Läufers einer elektrischen Maschine. 1 shows a schematic representation of the rotor of an electrical machine in an axial plan view, 2 shows a plan view perpendicular to the shaft of the rotor of an electrical machine.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung vom Blechpaket für einen Läufer einer elektrischen Maschine. Der Läufer 1 einer elektrischen Maschine beinhaltet am Luftspalt angeordne- te Permanentmagnete 2, wobei ein jeweiliges Magnetfeld 3 der Permanentmagnete unmittelbar zum Luftspalt gerichtet ist. Die Permanentmagnete 2 sind in einer langgezogenen hexagonalen Form ausgebildet und besitzen hin zum Luftspalt an einer jeweiligen Breitseite 4 hin zur Mitte eines jeweiligen Permanentmagneten jeweils eine erste Abschrägung 5, und hin zur Welle 11 der elektrischen Maschine jeweils eine zweite Abschrägung 6, und die Abschrägungen 5 und 6 sind geradlinig ausgebildet, wobei die Abschrägungen 5 und 6 auch kreisbogenförmig oder mit einer anderen Form ausgebildet sein können. Fig. 1 shows an embodiment of the laminated core for a rotor of an electrical machine. The rotor 1 of an electrical machine contains permanent magnets 2 arranged at the air gap, a respective magnetic field 3 of the permanent magnets being directed directly towards the air gap. The permanent magnets 2 are designed in an elongated hexagonal shape and each have a first bevel 5 towards the air gap on a respective broad side 4 towards the center of a respective permanent magnet, and each have a second bevel 6 and the bevels 5 towards the shaft 11 of the electrical machine and 6 are straight, and the bevels 5 and 6 can also be formed in the shape of a circular arc or some other shape.
Zwischen den Permanentmagneten 2 ist jeweils ein Läuferzahn 7 angeordnet. Die Läuferzähne 7 sind erforderlich, damit ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erzielt werden kann, und womit ein Rastmoment des Läufers reduziert ist, und womit ein vibrierarmer ruhiger Lauf der elektrischen Maschine erzielt wird. A rotor tooth 7 is arranged between the permanent magnets 2. The rotor teeth 7 are necessary so that a high degree of efficiency can be achieved with a high speed spread, and with which a cogging torque of the rotor is reduced, and with which a low-vibration, quiet operation of the electrical machine is achieved.
Zur Aufnahme der Permanentmagnete am Läufer besitzt daher das Blechpaket des Läufers 1 hin zum Luftspalt Aussparungen, wodurch die Permanentmagnete in das Blechpaket des Läufers versenkt sind. To accommodate the permanent magnets on the rotor, therefore, the laminated core of the rotor 1 has recesses towards the air gap, whereby the permanent magnets are sunk into the laminated core of the rotor.
An den ersten Abschrägungen 5 der Permanentmagnete 2 zum Luftspalt liegt jeweils ein Läuferzahn 7 an, und durch die Anordnung eines jeweiligen Magnetfeldes der Permanentmagnete unmittelbar zum Luftspalt der elektrischen Maschine und Anordnung von Läuferzähnen zwischen den Permanentmagneten wird bei einer gleichen anliegenden Nennlast ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erreicht. A rotor tooth 7 rests against the first bevels 5 of the permanent magnets 2 to the air gap, and the arrangement of a respective magnetic field of the permanent magnets directly to the air gap of the electrical machine and the arrangement of rotor teeth between the permanent magnets results in a high degree of efficiency with an identical nominal load high speed spread achieved.
Die Läuferzähne 7 sind als Spannlaschen für eine Befestigung der Permanentmagnete 2 ausgebildet, und sie werden von den Blechlamellen des Blechpaketes des Läufers gebildet. The rotor teeth 7 are designed as clamping straps for fastening the permanent magnets 2, and they are formed by the sheet metal lamellas of the laminated core of the rotor.
Das Blechpaket besteht aus einzelnen Blechlamellen 12 und beim Ausstanzen der Blechlamellen werden die Läuferzähne 7 gleichzeitig für Spannlaschen verschränkt, indem die zum Luftspalt gerichtete einen Seite 15 der Läuferzähne in die eine Längs- richtung zur Welle 11 gebogen wird und die andere Seite 16 in die andere Längsrichtung zur Welle gebogen wird, und somit die Läuferzähne propellerartig ausgebildet sind, wozu in den Ecken der Aussparungen für die Permanentmagnete jeweils eine kreisbogenförmige Ausnehmung 8 bei den Läuferzähnen vorhanden ist, damit beim Verschränken der Läuferzähne die Läuferzähne in den Ecken nicht einreißen. In dem Bereich der Abschrägungen 6 in Richtung zur Welle ist zwischen den Läuferzähnen und den Permanentmagneten ein entsprechender Abstand 9 vorhanden, um eine sichere Verspannung der Permanentmagnete zu bewirken. The laminated core consists of individual sheet metal lamellas 12 and when the sheet metal lamellae are punched out, the rotor teeth 7 are simultaneously interlaced for clamping tabs by inserting the one side 15 of the rotor teeth facing the air gap into one longitudinal direction to the shaft 11 is bent and the other side 16 is bent in the other longitudinal direction to the shaft, and thus the rotor teeth are propeller-like, including a circular arc-shaped recess 8 in the rotor teeth in the corners of the recesses for the permanent magnets, so that when Entangling the rotor teeth does not tear the rotor teeth in the corners. In the area of the bevels 6 in the direction of the shaft, there is a corresponding spacing 9 between the rotor teeth and the permanent magnets in order to ensure that the permanent magnets are securely braced.
Die Permanentmagnete 2 sind vorzugsweise am Luftspalt parallel zum Luftspalt ausgebildet. The permanent magnets 2 are preferably formed at the air gap parallel to the air gap.
Werden die Permanentmagnete am Läufer angeordnet, so wird an einer Rückseite 10 der Permanentmagnete Kleber angegeben und am Läufer fixiert, und die verschränkten Läuferzähne 7 werden mit einer Spannkraft zu den Permanentmagneten flach gepresst, wodurch die Permanentmagnete mit der Rückseite 10 gegen das Blechpaket gepresst werden. If the permanent magnets are arranged on the rotor, then glue is specified on a rear side 10 of the permanent magnets and fixed on the rotor, and the interlaced rotor teeth 7 are pressed flat with a clamping force to the permanent magnets, whereby the permanent magnets are pressed with the rear side 10 against the laminated core.
Die Abschrägungen 17 der Läuferzähne 7 zu den Permanentmagneten können parallel zu den Abschrägungen 5 der Permanentmagnete ausgebildet sein, oder die Abschrägungen 17 der Läuferzähne sind nach außen bogenförmig ausgebildet, so dass die Läuferzähne nur in einem Bereich 18 der Mitte der Abschrägungen 5 der Permanentmagnete die Läuferzähne eine Spannkraft zu den Permanentmagneten bewirken. The bevels 17 of the rotor teeth 7 to the permanent magnets can be formed parallel to the bevels 5 of the permanent magnets, or the bevels 17 of the rotor teeth are curved outward so that the rotor teeth only in an area 18 of the center of the bevels 5 of the permanent magnets the rotor teeth cause a clamping force to the permanent magnets.
Damit bei einer Erwärmung des Läufers eine unterschiedliche Ausdehnung des Blechpaketes des Läufers und der Permanentmagnete ausgeglichen wird, sollte der Kleber für die Permanentmagnete flexibel elastisch ausgebildet sein, und die Permanentmagnete in den Bereich der ersten Abschrägungen 5 mit einer plastischen Beschichtung versehen sein. So that when the rotor heats up, a different expansion of the laminated core of the rotor and the permanent magnets is compensated for, the adhesive for the permanent magnets should be designed to be flexible and elastic, and the permanent magnets should be provided with a plastic coating in the area of the first bevels 5.
Eine derartige Beschichtung an den ersten Abschrägungen 5 verhindert auch eine Beschädigung der Permanentmagnete durch eine Flachpressung der Läuferzähne. Such a coating on the first bevels 5 also prevents damage to the permanent magnets from being pressed flat on the rotor teeth.
Die Permanentmagnete können auch seitlich längs zur Welle in die Aussparungen des Blechpaketes des Läufers mit einer Spannkraft zu den Abschrägungen 17 der Läuferzähne 7 eingeschoben werden, wobei die Läuferzähne nicht verschränkt sind und eine kreisbogenförmige Ausnehmung 8 bei den Läuferzähnen nicht vorhanden ist. Die Permanentmagnete und die Läuferzähne sind hierbei so ausgebildet, wie zuvor beschrieben, wobei in dem Bereich der Rückseite 10 der Permanentmagnete das Blechpaket des Läufers vorzugsweise dann mit einer plastischen Beschichtung versehen ist, oder die Rückseite 10 der Permanentmagnete ist mit einer plastischen Beschichtung versehen, und in dem Bereich der Abschrägungen 17 der Läuferzähne mit einer plastischen Beschichtung versehen sind, oder die Rückseite 10 der Permanentmagnete und die ersten Abschrägungen der Permanentmagnete sind mit einer plastischen Beschichtung versehen. The permanent magnets can also be pushed laterally along the shaft into the recesses of the laminated core of the rotor with a clamping force on the bevels 17 of the rotor teeth 7, the rotor teeth not being interlaced and a circular arc-shaped recess 8 is not present in the rotor teeth. The permanent magnets and the rotor teeth are designed as described above, the laminated core of the rotor preferably then being provided with a plastic coating in the area of the rear side 10 of the permanent magnets, or the rear side 10 of the permanent magnets being provided with a plastic coating, and are provided with a plastic coating in the area of the bevels 17 of the rotor teeth, or the rear side 10 of the permanent magnets and the first bevels of the permanent magnets are provided with a plastic coating.
Zur Sicherung einer seitlichen Verschiebung der Permanentmagnete kommen vorteilhaft die Spannteller 13 der Fig. 2 zur Anwendung. To secure a lateral displacement of the permanent magnets, the clamping plates 13 of FIG. 2 are advantageously used.
In Fig. 1 sind die Permanentmagnete aus Hartferrit vorgesehen. Für eine sehr hohe Felddichte am Läufer können die Permanentmagnete auch aus seltenen Erden bestehen, wobei dann die Permanentmagnete in einer Höhe wesentlich geringer gehalten sind. In Fig. 1, the permanent magnets made of hard ferrite are provided. For a very high field density on the rotor, the permanent magnets can also consist of rare earths, in which case the permanent magnets are kept much lower at a height.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht senkrecht zur Welle 11 des Läufers einer elektrischen Maschine. Fig. 2 shows a plan view perpendicular to the shaft 11 of the rotor of an electrical machine.
Die Blechlamellen 12 des Blechpaketes des Läufers 1 und die Läuferzähne 7 können von Spannscheiben 13 (Spannteller) zusammen gehalten werden, die von beiden Seiten auf die Welle des Läufers gepresst werden, wobei die Spannscheiben gewölbt sind und zum Blechpaket hohl sind und nur mit dem Außenrand an das Blechpaket anliegen. The lamellas 12 of the laminated core of the rotor 1 and the rotor teeth 7 can be held together by clamping disks 13 (clamping plates), which are pressed onto the rotor shaft from both sides, the clamping disks being arched and hollow to the laminated core and only with the outer edge rest on the laminated core.
Oder die Läuferzähne 7 und das Blechpaket werden durch Schweißnähte 14, Fig. 1, zusammen gehalten. Or the rotor teeth 7 and the laminated core are held together by weld seams 14, FIG. 1.
Eine Anzahl von Permanentmagneten am Läufer ist unbegrenzt wenn diese Anzahl durch zwei teilbar ist. There is no limit to the number of permanent magnets on the rotor if this number is divisible by two.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Läufer einer elektrischen Maschine, mit einem Läuferblechpaket, dass aus einem Paket von Blechlamellen (12) mit Läuferzähnen (7) gebildet ist, und mit am Läufer angeordneten Permanentmagneten (2), wobei ein jeweiliges Magnetfeld (3) der Permanentmagnete (2) unmittelbar zum Luftspalt der elektrischen Maschine gerichtet ist, wobei 1. Rotor of an electrical machine, with a laminated rotor core that is formed from a packet of sheet metal lamellas (12) with rotor teeth (7), and with permanent magnets (2) arranged on the rotor, a respective magnetic field (3) of the permanent magnets (2) is directed directly to the air gap of the electrical machine, wherein
• die Permanentmagnete (2) in einer langezogenen hexagonalen Form in ein Läuferblechpaket versenkt sind, wobei die Permanentmagnete (2) hin zum Luftspalt an den Breitseiten (4) jeweils eine erste Abschrägung (5) hin zur Mitte eines jeweiligen Permanentmagneten aufweisen und hin zur Welle (11) des Läufers die Permanentmagnete an den Breitseiten (4) jeweils eine zweite Abschrägung (6) aufweisen, wobei • The permanent magnets (2) are sunk in a long, hexagonal shape in a laminated rotor core, with the permanent magnets (2) each having a first bevel (5) towards the center of each permanent magnet and towards the shaft towards the air gap on the broad sides (4) (11) of the rotor, the permanent magnets on the broad sides (4) each have a second bevel (6), wherein
• die Permanentmagnete mit den ersten Abschrägungen (5) jeweils an den Läuferzähnen (7) anliegen, und in dem Bereich der zweiten Abschrägungen (6) zwischen den Läuferzähnen (7) und den Permanentmagneten jeweils ein entsprechender Abstand (9) vorhanden ist. • the permanent magnets with the first bevels (5) each rest on the rotor teeth (7), and there is a corresponding distance (9) between the rotor teeth (7) and the permanent magnets in the area of the second bevels (6).
2. Läufer einer elektrischen Maschine, mit einem Läuferblechpaket, dass aus einem Paket von Blechlamellen (12) mit Läuferzähnen (7) gebildet ist, und mit am Läufer angeordneten Permanentmagneten (2), wobei ein jeweiliges Magnetfeld (3) der Permanentmagnete (2) unmittelbar zum Luftspalt der elektrischen Maschine gerichtet ist, wobei 2. Rotor of an electrical machine, with a rotor core that is formed from a packet of sheet metal lamellae (12) with rotor teeth (7), and with permanent magnets (2) arranged on the rotor, a respective magnetic field (3) of the permanent magnets (2) is directed directly to the air gap of the electrical machine, wherein
• die Permanentmagnete (2) seitlich längs zur Welle (11) in einer jeweiligen Aussparung des Blechpaketes des Läufers mit einer Spannkraft zu den Abschrägungen (17) der Läuferzähne (7) eingeschoben werden, wobei • the permanent magnets (2) laterally along the shaft (11) in a respective recess of the laminated core of the rotor with a clamping force to the bevels (17) of the rotor teeth (7) are inserted, wherein
• die Permanentmagnete in dem Bereich der ersten Abschrägungen (5) mit einer plastischen Beschichtung versehen sind und in dem Bereich der Rückseite (10) der Permanentmagnete mit einer plastischen Beschichtung versehen sind, oder• the permanent magnets are provided with a plastic coating in the area of the first bevels (5) and are provided with a plastic coating in the area of the rear side (10) of the permanent magnets, or
• in dem Bereich der Rückseite (10) der Permanentmagnete die Aussparungen des Blechpaketes des Läufers mit einer plastischen Beschichtung versehen sind und die Abschrägungen (17) der Läuferzähne mit einer plastischen Beschichtung versehen sind, wobei • zur Sicherung einer seitlichen Verschiebung der Permanentmagnete von jeder Seite ein Spannteller (13) auf eine Welle (11) des Läufers gepresst werden. • in the area of the rear side (10) of the permanent magnets, the recesses of the laminated core of the rotor are provided with a plastic coating and the bevels (17) of the rotor teeth are provided with a plastic coating, with • To secure a lateral displacement of the permanent magnets from each side, a clamping plate (13) is pressed onto a shaft (11) of the rotor.
3. Läufer nach Anspruch 1 , wobei die Läuferzähne (7) als Spannlaschen für eine Befestigung der Permanentmagnete ausgebildet sind und beim Ausstanzen der Blechlamellen die Läuferzähne (7) für Spannlaschen verschränkt sind, und während einer Fixierung der Permanentmagnete am Läufer die verschränkten Läuferzähne mit einer Spannkraft zu den Permanentmagneten flach gepresst werden, wodurch die Permanentmagnete mit einer Rückseite (10) gegen das Blechpaket gepresst sind. 3. Rotor according to claim 1, wherein the rotor teeth (7) are designed as tensioning straps for fastening the permanent magnets and when punching out the sheet metal lamellas, the rotor teeth (7) are interlaced for tensioning tabs, and the interlaced rotor teeth with one during a fixation of the permanent magnets on the rotor Clamping force to the permanent magnets are pressed flat, whereby the permanent magnets are pressed with a back (10) against the laminated core.
4. Läufer nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Abschrägungen (5;6) der Permanentmagnete geradlinig oder mit einer anderen Form einer Abschrägung ausgebildet sein können, und die Permanentmagnete in einem Bereich der ersten Abschrägungen (5) mit einer plastischen Beschichtung versehen sind, und ein Kleber für die Permanentmagnete flexibel elastisch ausgebildet ist. 4. Runner according to claim 1 to 3, wherein the bevels (5; 6) of the permanent magnets can be designed in a straight line or with another form of bevel, and the permanent magnets are provided with a plastic coating in a region of the first bevels (5), and an adhesive for the permanent magnets is designed to be flexible and elastic.
5. Läufer nach Anspruch 1 und 2, wobei beim Verschränken der Läuferzähne (7) die zum Luftspalt gerichtete eine Seite (15) der Läuferzähne in die eine Längsrichtung zur Welle (11) gebogen sind und die andere Seite (16) der Läuferzähne in die andere Längsrichtung zur Welle gebogen sind, und somit beim Ausstanzen der Läuferzähne die Läuferzähne als Spannlaschen ausgebildet sind. 5. rotor according to claim 1 and 2, wherein when the rotor teeth (7) facing the air gap one side (15) of the rotor teeth are bent in one longitudinal direction to the shaft (11) and the other side (16) of the rotor teeth in the are bent in another longitudinal direction to the shaft, and thus the rotor teeth are designed as tensioning straps when the rotor teeth are punched out.
6. Läufer nach Anspruch 1 und 2 und 5, wobei zur Aufnahme der Permanentmagnete das Blechpaket des Läufers (1) hin zum Luftspalt mit Aussparungen versehen ist, wobei in den Ecken der Aussparungen jeweils eine kreisbogenförmige Ausnehmung (8) bei den Läuferzähnen vorhanden sein kann. 6. Runner according to claim 1 and 2 and 5, wherein the laminated core of the rotor (1) is provided with recesses towards the air gap to accommodate the permanent magnets, wherein in the corners of the recesses in each case a circular arc-shaped recess (8) can be present in the rotor teeth .
7. Läufer nach Anspruch 1 bis 6, wobei der Läufer kreisrund ist, und die Permanentmagnete am Luftspalt parallel zum Luftspalt ausgebildet sind, wobei die Abschrägungen (17) der Läuferzähne zu den Permanentmagneten parallel zu den ersten Abschrägungen (5) der Permanentmag- nete ausgebildet sind, oder die Abschrägungen (17) der Läuferzähne nach außen bogenförmig ausgebildet sind, und in einem Bereich (18) in einer Mitte der ersten Abschrägungen (5) der Permanentmagnete die Läuferzähne eine Spannkraft zu den Permanentmagneten bewirken. 7. Runner according to claim 1 to 6, wherein the runner is circular, and the permanent magnets are formed at the air gap parallel to the air gap, the bevels (17) of the rotor teeth to the permanent magnets being formed parallel to the first bevels (5) of the permanent magnets are, or the bevels (17) of the rotor teeth are curved outwards, and in an area (18) in a center of the first bevels (5) of the permanent magnets, the rotor teeth cause a clamping force to the permanent magnets.
8. Läufer nach Anspruch 1 bis 7, wobei Spannscheiben (13) von beiden Seiten auf die Welle des Läufers gepresst sind und die Blechlamellen (12) des Blechpaketes und die Läuferzähne (7) durch die Spannscheiben (13) zusammen gehalten werden, wobei die Spannscheiben (13) gewölbt sind und zum Blechpaket hohl sind und die Spannscheiben als Spannteller ausgebildet sind. 8. Runner according to claim 1 to 7, wherein tensioning disks (13) are pressed from both sides onto the shaft of the rotor and the lamellas (12) of the laminated core and the rotor teeth (7) are held together by the tensioning disks (13), the Tensioning disks (13) are curved and are hollow to the laminated core and the tensioning disks are designed as clamping plates.
9. Läufer nach Anspruch 1 bis 8, wobei die Blechlamellen (12) des Blechpaketes des Läufers und die Läuferzähne (7) durch Schweißnähte (14) zusammen gehalten werden. 9. Rotor according to claim 1 to 8, wherein the sheet metal lamellas (12) of the laminated core of the rotor and the rotor teeth (7) are held together by welds (14).
10. Läufer nach Anspruch 1 bis 9, wobei zur Reduzierung eines Rastmomentes des Läufers zwischen den jeweiligen Permanentmagneten (2) Läuferzähne (7) angeordnet sind, wobei eine Anzahl von Permanentmagneten und eine Anzahl von Läuferzähnen unbegrenzt ist, wenn diese Anzahl durch 2 teilbar ist. 10. Rotor according to claim 1 to 9, wherein rotor teeth (7) are arranged to reduce a cogging torque of the rotor between the respective permanent magnets (2), a number of permanent magnets and a number of rotor teeth being unlimited if this number is divisible by 2 .
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