WO2022128215A1 - Rotoranordnung für eine elektrische maschine - Google Patents

Rotoranordnung für eine elektrische maschine Download PDF

Info

Publication number
WO2022128215A1
WO2022128215A1 PCT/EP2021/079585 EP2021079585W WO2022128215A1 WO 2022128215 A1 WO2022128215 A1 WO 2022128215A1 EP 2021079585 W EP2021079585 W EP 2021079585W WO 2022128215 A1 WO2022128215 A1 WO 2022128215A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
lattice structure
segment
arrangement according
rotor segment
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/079585
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian ZAJONC
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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 Zf Friedrichshafen Ag filed Critical Zf Friedrichshafen Ag
Priority to CN202180062816.5A priority Critical patent/CN116134698A/zh
Publication of WO2022128215A1 publication Critical patent/WO2022128215A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
    • 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]
    • 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
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew

Definitions

  • the present invention relates to a rotor arrangement for an electrical machine according to the type defined in more detail in the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to a permanent magnet excited electrical machine with a rotor arrangement and a method for producing a rotor body of a rotor arrangement.
  • the rotors include a rotor body, for example solid or at least one rotor segment made of ferromagnetic material, z. B. is designed as a laminated core.
  • the rotor segment or the rotor body has an axis of rotation and an outer circumference, several permanent magnets being arranged in a radial area between the axis of rotation and the outer circumference.
  • NVH behavior noise, vibration, roughness
  • known electrical machines which collectively describes the audible or perceptible vibrations
  • harmonics of the air gap and an undesired cogging torque on rotor segments arranged axially next to one another must be suppressed.
  • a segmented or discrete skew is implemented in the rotor body, in which the rotor segments arranged axially next to one another are shifted a few degrees relative to one another in the circumferential direction.
  • the segmented bevel has the disadvantage that no effective reduction of the harmonics is possible and additional leakage fluxes occur axially between the segments, which negatively affect the use of the magnetic material.
  • the structure of known rotor assemblies is too complicated and expensive.
  • the present invention is based on the object of providing a rotor assembly and a method for producing the rotor assembly and an electrical propose see machine with the rotor arrangement, which ensure an improved NVH behavior with structurally simple and effective structure.
  • a rotor arrangement for an electrical machine is proposed with a rotor body with at least one rotor segment with an axis of rotation and an outer circumference, several permanent magnets running in the axial direction being arranged in a radial area between the axis of rotation and the outer circumference.
  • the rotor segment has a lattice structure that reduces the material density at least between adjacent permanent magnets, with the dimensions of the lattice structure changing in the axial direction through the rotor segment in such a way that that a magnetic field gradient is provided at the rotor segment.
  • the magnetic field skewing is not implemented by several rotor segments offset from one another in the circumferential direction, as in known rotor arrangements, but rather in each individual rotor segment by the arrangement of the grid structure, which reduces the material density, is changed in the axial direction by the rotor segment.
  • the magnetic flux is guided through the rotor segment into a predetermined path by the regions having a greater or lesser material density, so that a desired magnetic field inclination is achieved in the axial direction.
  • the magnetic field skew is optimized in a structurally simple and effective manner in order to also significantly improve the NVH behavior of the rotor arrangement.
  • the lattice structure results in significantly reduced leakage fluxes.
  • Another advantage is the simple geometric design of the magnets, which can be designed, for example, as cuboids or the like and do not themselves require a bevel.
  • the lattice structure can change from an axially symmetrical shape, for example, to an axially non-symmetrical shape or the like depending on a selected magnetic field inclination.
  • the shape of the lattice structures a wide variety of shapes are conceivable, which achieve a corresponding influencing of the magnetic field and also a reduction in the magnetic leakage flux.
  • an approximately V-shaped or parabolic design is particularly advantageous.
  • the magnetic flux can be guided through the rotor body by using a linear and/or non-linear field gradient, which is caused by changing the shape of the lattice structure in the axial direction is realized by the rotor body or by the rotor segment.
  • the outer circumference of the rotor segment is designed to be completely closed, independently of material-solid areas and of lattice structures that decrease or reduce the material density. This means that a closed shell is provided as the outer circumference of the rotor body or the rotor segment.
  • the rotor body can be made up of one or more rotor segments arranged axially next to one another, with the individual rotor segments realizing a magnetic field inclination that is at least partially linear and/or at least partially non-linear.
  • Various spatial configurations can be used as lattice structures, which on the one hand reduce the magnetic leakage flux and on the other hand realize the mechanical stiffening of the rotor body.
  • cross-shaped, square or polygonal configurations in particular honeycomb configurations, can be used when viewed in cross section or axially.
  • the material used for the lattice structures it is particularly advantageous to use a non-ferromagnetic material or at least a material provided predominantly of non-ferromagnetic material in order to reduce the magnetic leakage flux as much as possible.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a method for producing a rotor body of the rotor arrangement, in which at least the lattice structure of each rotor segment, which reduces the material density, is produced by means of 3D printing.
  • a method for producing a rotor body of the rotor arrangement in which at least the lattice structure of each rotor segment, which reduces the material density, is produced by means of 3D printing.
  • it is particularly advantageous that the entire rotor segment is produced by means of 3D printing.
  • additive manufacturing processes such as e.g. B. a powder bed process or a binder jetting process or the like can be used.
  • the powder bed process is selective laser beam melting SLM, in which the component is produced layer by layer directly from a powdered material.
  • So-called binder jetting is also an additive manufacturing process in which powdered starting material is bonded to a binder at selected points in order to produce the component in this way.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional schematic view of a rotor segment of a rotor body of a rotor arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a further three-dimensional schematic view of an end face of the rotor segment of the rotor arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows a further three-dimensional schematic step-section view of the end face of the rotor segment of the rotor arrangement according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic view of three rotor segments arranged next to one another with a V-shaped field gradient running linearly in sections;
  • FIG. 5 shows a detail of a view cut along section line I according to FIG. 4.
  • FIG. 6 shows a detail of a view cut along section line II according to FIG.
  • the proposed rotor arrangement comprises a rotor body with one or more cylindrically constructed rotor segments 1, 1A, 1B, each with an axis of rotation 2 and with an outer circumference or outer circumference 3, with several permanent magnets in a radial area between the axis of rotation 2 and the outer circumference 3 4 are arranged.
  • the permanent magnets 4 are rod-shaped or cuboid, elongated or curved permanent magnets 4 or the like, which each run in the axial direction, based on their longitudinal alignment, from one axial end face to the other axial end face of the respective rotor segment 1, 1A, 1B, with the permanent magnets 4 are arranged next to one another in the circumferential direction, as it were, in the rotor segment 1, 1A, 1B or rotor yoke.
  • a beam net arrangement would also be a different magnet arrangement, such as. B. a V-shaped or U-shaped magnet arrangement possible.
  • the rotor segment 1, 1A, 1B has a lattice structure 5 that reduces the material density, at least between adjacent permanent magnets 4 in the circumferential direction, with the dimensions of the lattice structure 5 in axial direction through the rotor segment 1, 1A, 1B change in such a way that a magnetic field skew in the rotor segment 1, 1A, 1B is provided.
  • a spatial representation of one of the provided rotor segments 1 is shown as an example.
  • the lattice areas 5 are designed as areas that reduce the material density and are provided in the rotor segment 1 next to solidly designed areas 7 of the rotor segment 1 .
  • the lattice structure 5 changes, starting from an axially symmetrical form, depending on a selected magnetic field inclination, into an axially non-symmetrical form.
  • a linear field slope is provided. It is provided here, for example, that the symmetrical shape of the lattice structure 5 is arranged approximately centrally in the rotor segment 1 in relation to the axial direction. Starting from the centrally arranged symmetrical form of the lattice structure 5, the lattice structure 5 changes in both axial directions in the rotor segment 1 into a non-symmetrical or asymmetrical form.
  • a V-shaped or parabolic shape of the lattice structure 5 is provided as a symmetrical shape, which, starting from the axial center of the rotor segment 1 in both axial directions depending on the axial position in the circumferential direction, transforms into an asymmetric shape.
  • the intended field inclination is realized by the lattice structure 5 running axially on the outer circumference 3 of the rotor segment 1 or the magnetic flux barrier with a constant pitch at least in sections.
  • each rotor segment 1 has a closed jacket.
  • FIG. 4 shows an example of a plan view of the outer circumference 3 of three rotor segments 1, 1A, 1B arranged axially next to one another, which form a common rotor body of the proposed rotor arrangement of the electrical machine.
  • the individual rotor segments 1, 1B form a linear magnetic field gradient in the axial direction, while the second rotor segment 1A has a partially linear magnetic field gradient.
  • a V-shape is shown as an example of the magnetic field slanting course 6, with the center of the V-shape being in the second rotor segment 1A.
  • FIG. 5 is a partial view of a section according to the Section line I is shown in FIG. 4, while FIG. 6 shows a partial view of a section along section line II in FIG.
  • Rotor arrangement according to claim 1 or 2 wherein the axially symmetrical shape of the lattice structure (5) is approximately V-shaped or parabolic.
  • the rotor body is made up of a plurality of rotor segments (1, 1A, 1B) arranged axially next to one another, the individual rotor segments (1, 1A, 1B) having an at least partially linear and/or at least implement non-linear magnetic field gradients in sections.
  • Reference numerals 1A, 1B rotor body axis of rotation outer circumference or outer circumference permanent magnet lattice structure magnetic field gradient progression materially solid or solidly constructed areas of the rotor segment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Es wird eine Rotoranordnung für eine elektrische Maschine mit einem Rotorkörper mit zumindest einem Rotorsegment (1, 1A, 1B) mit einer Drehachse (2) und mit einem Außenumfang (3) vorgeschlagen, wobei in einem radialen Bereich zwischen der Drehachse (2) und dem Außenumfang (3) mehrere in axialer Richtung verlaufende Permanentmagneten (4) angeordnet sind, wobei das Rotorsegment (1) zumindest zwischen benachbarten Permanentmagneten (4) eine die Materialdichte mindernde Gitterstruktur (5) aufweist, und wobei sich die Abmessungen der Gitterstruktur (5) in axialer Richtung durch das Rotorsegment (1, 1A, 1B) derart ändern, dass eine magnetische Feldschrägung bei dem Rotorsegment vorgesehen ist. Ferner werden eine permanentmagneterregte elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen einer Rotoranordnung vorgeschlagen.

Description

Rotoranordnunq für eine elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für eine elektrische Maschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung eine permanentmagneterregte elektrische Maschine mit einer Rotoranordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Rotorkörpers einer Rotoranordnung.
Aus der Fahrzeugtechnik sind elektrische Maschine, wie zum Beispiel Motoren und Generatoren hinreichend bekannt. Beispielsweise bei permanentmagneterregten elektrischen Maschinen umfassen die Rotoren einen Rotorkörper der beispielsweise massiv oder aus zumindest einem Rotorsegment aus ferromagnetischem Material, z. B. als Blechpaket ausgeführt wird. Das Rotorsegment bzw. der Rotorkörper weist eine Drehachse und einen äußeren Umfang auf, wobei in einem radialen Bereich zwischen der Drehachse und dem Außenumfang mehrere Permanentmagneten angeordnet sind.
Um bei bekannten elektrischen Maschinen das sogenannte NVH-Verhalten (Geräusch, Vibration, Rauigkeit), welches zusammenfassend die hör- oder spürbaren Schwingungen bezeichnet, zu verbessern, müssen Harmonische des Luftspaltes und ein unerwünschtes Rastmoment an axial nebeneinander angeordneten Rotorsegmenten unterdrückt werden. Bei bekannten Maschinen ist eine segmentierte bzw. diskrete Schrägung bei dem Rotorkörper ausgeführt, in dem die axial nebeneinander angeordneten Rotorsegmente einige Grad in Umfangsrichtung gegeneinander verschoben werden. Um das NVH-Verhalten zu beeinflussen, sind eine Vielzahl von Rotorsegmenten in abgestufter Ausführung in nachteiliger Weise erforderlich. Die segmentierte Schrägung weist den Nachteil auf, dass keine effektive Reduzierung der Harmonischen möglich ist und es axial zwischen den Segmenten zu zusätzlichen Streuflüssen kommt, die die Nutzung des Magnetmaterials negativ beeinflussen. Der Aufbau bei bekannten Rotoranordnungen ist zu den kompliziert und teuer.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rotoranordnung und ein Verfahren zum Herstellen der Rotoranordnung sowie eine elektri- sehe Maschine mit der Rotoranordnung vorzuschlagen, welche ein verbessertes NVH-Verhalten bei konstruktiv einfachem und effektivem Aufbau gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 , 12 bzw. 13 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Somit wird eine Rotoranordnung für eine elektrische Maschine mit einem Rotorkörper mit zumindest einem Rotorsegment mit einer Drehachse und mit einem äußeren Umfang vorgeschlagen, wobei in einem radialen Bereich zwischen der Drehachse und dem Außenumfang mehrere in axialer Richtung verlaufende Permanentmagneten angeordnet sind. Um das NVH-Verhalten zu verbessern und einen möglichst konstruktiv einfachen und effektiven Aufbau zu realisieren, ist vorgesehen, dass das Rotorsegment zumindest zwischen benachbarten Permanentmagneten eine die Materialdichte mindernde Gitterstruktur aufweist, wobei sich die Abmessungen der Gitterstruktur in axialer Richtung durch das Rotorsegment derart ändern, dass eine magnetische Feldschrägung bei dem Rotorsegment vorgesehen ist.
Bei der vorgeschlagenen Rotoranordnung wird die magnetische Feldschrägung nicht wie bei bekannten Rotoranordnungen durch mehrere in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnete Rotorsegmente, sondern in jedem einzelnen Rotorsegment durch die sich in axialer Richtung durch das Rotorsegment veränderte Anordnung der die Materialdichte mindernde Gitterstruktur realisiert. Infolgedessen werden durch die mehr oder weniger hohe Materialdichte aufweisenden Bereiche der magnetische Fluss durch das Rotorsegment in eine vorgegebene Bahn gelenkt, sodass eine gewünschte magnetische Feldschrägung in axialer Richtung erreicht wird. Dadurch wird die magnetische Feldschrägung auf konstruktiv einfache und effektive Weise optimiert, um auch das NVH-Verhalten der Rotoranordnung deutlich zu verbessern.
Durch die verbesserte Effektivität der kontinuierlichen Schrägung gegenüber der diskreten Schrägung ergeben sich aufgrund der Gitterstruktur deutlich reduzierte Streuflüsse. Der weitere Vorteil ist die einfache geometrische Gestaltung der Magnete, die beispielsweise als Quader oder dergleichen ausgeführt sein können und selbst keine Schrägung benötigen. In Abhängigkeit davon, welcher magnetische Fluss durch den Rotorkörper der vorgeschlagenen Rotoranordnung vorgesehen werden soll, kann sich die Gitterstruktur ausgehend von einer axial gesehen beispielsweise symmetrischen Form in Abhängigkeit einer gewählten magnetischen Feldschrägung in eine axial gesehen nicht symmetrische Form oder dergleichen verändern.
Hinsichtlich der Form der Gitterstrukturen sind verschiedenste Formen denkbar, die eine entsprechende Beeinflussungen des magnetischen Feldes und auch eine Reduzierung des magnetischen Streuflusses erreichen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei einer axial gesehen symmetrischen Form der Gitterstruktur eine etwa V-förmige oder parabelförmige Ausführung besonders vorteilhaft ist.
Unabhängig davon, welche konkrete Form die Gitterstrukturen aufweisen, kann eine Lenkung des magnetischen Flusses durch den Rotorkörper, dadurch beeinflusst werden, dass eine linear verlaufende und/oder eine nicht linear verlaufende Feldschrägung eingesetzt werden, welche durch die Veränderung der Form der Gitterstruktur in axialer Richtung durch den Rotorkörper beziehungsweise durch das Rotorsegment realisiert wird.
Um die Effizienz der vorgeschlagenen Rotoranordnung weiter zu erhöhen, ist vorgesehen, dass der Außenumfang des Rotorsegments unabhängig von matenalmassiven Bereichen und von die Materialdichte mindernden bzw. reduzierenden Gitterstrukturen vollständig geschlossen ausgeführt ist. Dies bedeutet, dass ein geschlossener Mantel als Außenumfang des Rotorkörpers beziehungsweise des Rotorsegments vorgesehen ist.
Der Rotorkörper kann aus einem oder mehreren axial nebeneinander angeordneten Rotorsegmenten aufgebaut sein, wobei die einzelnen Rotorsegmente eine zumindest abschnittsweise linear verlaufende und/oder zumindest abschnittsweise nicht linear verlaufende magnetische Feldschrägung realisieren.
Als Gitterstrukturen können verschiedene räumliche Gestaltungen eingesetzt werden, die zum einen eine Reduzierung des magnetischen Streuflusses und zum ande- ren die mechanische Versteifung des Rotorkörpers realisieren. Vorzugsweise können beispielsweise im Querschnitt bzw. axial gesehen kreuzförmige, viereckige oder mehreckige Gestaltungen, insbesondere wabenförmige Gestaltungen eingesetzt werden.
Hinsichtlich des verwendeten Werkstoffes für die Gitterstrukturen ist es besonders vorteilhaft einen nicht ferromagnetischen Werkstoff oder zumindest ein überwiegend aus nicht ferromagnetischen Material vorgesehenen Werkstoff zu verwenden, um den magnetischen Streufluss maximal zu reduzieren.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine permanentmagneterregte elektrische Maschine mit der vorbeschriebenen Rotoranordnung gelöst. Hierbei ergeben sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile.
Darüber hinaus wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines Rotorkörpers der Rotoranordnung gelöst, bei dem zumindest die die Materialdichte mindernde Gitterstruktur jedes Rotorsegmentes mittels 3-D Druck hergestellt wird. Besonders vorteilhaft ist es bei dem vorgeschlagenen Verfahren, dass das gesamte Rotorsegment mittels 3-D Druck hergestellt wird.
Im Rahmen des verwendeten 3-D Druck-Verfahrens können vorzugsweise additive Fertigungsverfahren, wie z. B. ein Pulverbettverfahren oder ein Binder-Jetting- Verfahren oder dergleichen eingesetzt werden. Das Pulverbettverfahren ist ein selektives Laserstrahlschmelzen SLM, bei dem das Bauteil schichtweise direkt aus einem pulverförmigen Werkstoff hergestellt wird. Das sogenannte Binder-Jetting ist ebenfalls ein additives Fertigungsverfahren, bei dem pulverförmiges Ausgangsmaterial an ausgewählten Stellen mit einem Binder verklebt wird, um auf diese Weise das Bauteil herzustellen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigen: Figur 1 eine dreidimensionale schematische Ansicht eines Rotorsegmentes eines Rotorkörpers einer erfindungsgemäßen Rotoranordnung;
Figur 2 eine weitere dreidimensionale schematische Ansicht auf eine Stirnseite des Rotorsegmentes der erfindungsgemäßen Rotoranordnung;
Figur 3 eine weitere dreidimensionale schematische stufengeschnittene Ansicht auf die Stirnseite des Rotorsegmentes der erfindungsgemäßen Rotoranordnung;
Figur 4 eine schematische Ansicht auf drei nebeneinander angeordnete Rotorsegmente mit abschnittsweise linear verlaufender Feldschrägung in V-Form;
Figur 5 einen Ausschnitt einer entlang der Schnittlinie I geschnittenen Ansicht gemäß Figur 4; und
Figur 6 einen Ausschnitt einer entlang der Schnittlinie II geschnittenen Ansicht gemäß Figur 4.
In den Figuren 1 bis 6 ist eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Rotoranordnung einer elektrischen Maschine, insbesondere einer permanentmagneterregten Synchron-Maschine PMSM in verschiedenen Ansichten beispielhaft dargestellt.
Die vorgeschlagene Rotoranordnung umfasst einen Rotorkörper mit einem bzw. mehreren zylindrisch aufgebauten Rotorsegmenten 1 , 1A, 1 B mit jeweils einer Drehachse 2 und mit einem äußeren Umfang bzw. Außenumfang 3, wobei in einem radialen Bereich zwischen der Drehachse 2 und dem Außenumfang 3 mehrere Permanentmagneten 4 angeordnet sind.
Als Permanentmagneten 4 sind etwa stabförmige oder quaderförmige längliche oder auch gebogene Permanentmagneten 4 oder dergleichen vorgesehen, welche jeweils bezogen auf ihre Längsausrichtung von einer axialen Stirnseite zur anderen axialen Stirnseite des jeweiligen Rotorsegmentes 1 , 1A, 1 B in axialer Richtung verlaufen, wobei die Permanentmagneten 4 quasi in Umfangsrichtung nebeneinander in dem Rotorsegment 1 , 1A, 1 B bzw. Rotorjoch angeordnet sind. Neben einer Balkenmag- netanordnung wäre auch eine andere Magnetanordnung, wie z. B. eine V-förmige oder U-förmige Magnetanordnung möglich.
Um ein verbessertes NVH-Verhalten bei konstruktiv einfachem und kostengünstigem Aufbau zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass das Rotorsegment 1 , 1A, 1 B zumindest zwischen benachbarten Permanentmagneten 4 in Umfangsrichtung eine die Materialdichte mindernde Gitterstruktur 5 aufweist, wobei sich die Abmessungen der Gitterstruktur 5 in axialer Richtung durch das Rotorsegment 1 , 1A, 1 B derart ändern, dass eine magnetische Feldschrägung bei dem Rotorsegment 1 , 1A, 1 B vorgesehen ist.
In den Figuren 1 , 2 und 3 ist beispielhaft eine räumliche Darstellung eines der vorgesehenen Rotorsegmente 1 beispielhaft dargestellt. Zwischen den jeweils in axialer Richtung durch das Rotorsegment 1 verlaufende Permanentmagneten 4 sind ebenfalls in axialer Richtung durch das Rotorsegment 1 verlaufende räumliche Gitterbereiche 5 vorgesehen, welche sich in axialer Richtung bezüglich ihrer Abmessungen bzw. Form verändern, sodass eine vorbestimmte magnetische Feldschrägung vorgesehen wird. Die Gitterbereiche 5 sind als die Materialdichte mindernde Bereiche ausgeführt, die neben massiv ausgeführten Bereichen 7 des Rotorsegmentes 1 in dem Rotorsegment 1 vorgesehen sind.
Wie insbesondere aus Figur 3 zu erkennen ist, verändert sich die Gitterstruktur 5 ausgehend von einer axial gesehen symmetrischen Form in Abhängigkeit einer gewählten magnetischen Feldschrägung in eine axial gesehen nicht symmetrische Form.
Bei der nur beispielhaft in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform ist eine linear verlaufende Feldschrägung vorgesehen. Hierbei ist zum Beispiel vorgesehen, dass die symmetrische Form der Gitterstruktur 5 bezogen auf die axiale Richtung etwa mittig in dem Rotorsegment 1 angeordnet ist. Ausgehend von der mittig angeordneten symmetrischen Form der Gitterstruktur 5 verändert sich in beide axiale Richtung in dem Rotorsegment 1 die Gitterstruktur 5 in eine nicht bzw. unsymmetrische Form. Als symmetrische Form ist beispielhaft eine V-förmige oder parabelförmige Form der Gitterstruktur 5 vorgesehen, die sich ausgehend von der axialen Mitte des Rotorsegments 1 in beide axiale Richtungen in Abhängigkeit der Axialposition in Umfangsrichtung in eine asymmetrische Form umwandelt.
Es wäre auch denkbar, dass z.B. im Rotorsegment 1 A bei der V-Form auch zwei symmetrische Positionen vorgesehen sind. Hierbei wäre die axiale Mitte asymmetrisch, und ausgehend von der Mitte zu beiden Stirnseiten würde erst ein symmetrischer Bereich auftreten, bevor es wieder zur Stirnseite hin asymmetrisch wird. Diese Ausführung ließe sich dadurch erreichen, dass in Figur 4 der Magnet etwas weiter nach rechts positioniert wird.
Die vorgesehene Feldschrägung wird durch die am Außenumfang 3 des Rotorsegmentes 1 axial verlaufende Gitterstruktur 5 bzw. die magnetische Flussbarriere mit zumindest abschnittsweiser konstanter Steigung realisiert.
Insbesondere aus Figur 1 und 2 ist ersichtlich, dass der Außenumfang 3 des Rotorsegmentes 1 unabhängig von materialmassiven Bereichen 7 und von die Materialdichte mindernden Gitterstrukturen 5 geschlossen ausgeführt ist. Demzufolge weist jedes Rotorsegment 1 einen geschlossenen Mantel auf.
In Figur 4 ist beispielhaft eine Draufsicht auf dem Außenumfang 3 von beispielhaft drei axial nebeneinander angeordneten Rotorsegmenten 1 , 1A, 1 B gezeigt, die quasi einen gemeinsamen Rotorkörper der vorgeschlagenen Rotoranordnung der elektrischen Maschine bilden. Die einzelnen Rotorsegmente 1 , 1 B bilden in axialer Richtung einen linear verlaufenden magnetischen Feldschrägungsverlauf, während das zweite Rotorsegment 1A eine abschnittsweise linear verlaufende magnetische Feldschrägung aufweist. In der Draufsicht auf den Außenumfang 3 der drei Rotorsegmente 1 ,1 A, 1 B zeigt sich beispielhaft eine V-Form als magnetischer Feldschrägungsver- lauf 6, wobei das Zentrum der V-Form in dem zweiten Rotorsegment 1A liegt.
Die bereits beschriebenen Änderung der Abmessungen der Gitterbereiche 5 in axialer Richtung durch die Rotorsegmente 1 ,1 A, 1 B wird deutlich aus den Darstellungen gemäß Figuren 5 und 6. In Figur 5 ist eine Teilansicht eines Schnittes gemäß der Schnittlinie I in Figur 4 dargestellt, während Figur 6 eine Teilansicht eines Schnittes gemäß der Schnittlinie II in Figur 4 zeigt.
In einem Vergleich der Schnittdarstellungen gemäß Figur 5 und 6 wird deutlich, dass die Form bzw. die Abmessung der Gitterstruktur 5 unterschiedlich ausgeführt sind, da die Schnitte in unterschiedlichen axialer Position dem Rotorsegment 1 vorgenommen sind.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Aspekte, die nicht Teil der Ansprüche sind, erläutert:
1 . Rotoranordnung für eine elektrische Maschine mit einem Rotorkörper mit zumindest einem Rotorsegment (1 , 1 A, 1 B) mit einer Drehachse (2) und mit einem Außenumfang (3), wobei in einem radialen Bereich zwischen der Drehachse (2) und dem Außenumfang (3) mehrere in axialer Richtung verlaufende Permanentmagneten (4) angeordnet sind, wobei das Rotorsegment (1 ) zumindest zwischen benachbarten Permanentmagneten (4) eine die Materialdichte mindernde Gitterstruktur (5) aufweist, wobei sich die Abmessungen der Gitterstruktur (5) in axialer Richtung durch das Rotorsegment (1 , 1A, 1 B) derart ändern, dass eine magnetische Feldschrägung bei dem Rotorsegment (1 , 1A, 1 B) vorgesehen ist.
2. Rotoranordnung nach Anspruch 1 , wobei sich die Gitterstruktur (5) ausgehend von einer axial gesehen symmetrischen Form in Abhängigkeit einer gewählten magnetischen Feldschrägung in eine axial gesehen nicht symmetrische Form verändert.
3. Rotoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die axial gesehen symmetrische Form der Gitterstruktur (5) etwa V-förmig oder parabelförmig ausgeführt ist.
4. Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei einer zumindest abschnittsweise linear verlaufenden Feldschrägung die symmetrische Form der Gitterstruktur (5) bezogen auf die axiale Richtung etwa mittig in dem Rotorsegment (1 , 1 A, 1 B) angeordnet ist, wobei sich die symmetrische Form der Gitterstruktur (5) in beide Axialrichtungen in dem Rotorsegment (1 , 1A, 1 B) in eine unsymmetrische Form der Gitterstruktur (5) verändert. 5. Rotoranordnung nach Anspruch 4, wobei durch den axialen Verlauf der Gitterstruktur (5) am Außenumfang (3) des Rotorsegments (1 , 1A, 1 B) ein abschnittsweise linear vorgesehener Feldschrägungsverlauf (6) vorgesehen ist.
6. Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Außenumfang (3) des Rotorsegments (1 , 1A, 1 B) unabhängig von massiv ausgeführten Bereiche (7) und von die Materialdichte mindernden Gitterstrukturen (5) geschlossen ausgeführt ist.
7. Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rotorkörper aus mehreren axial nebeneinander angeordneten Rotorsegmenten (1 , 1A, 1 B) aufgebaut ist, wobei die einzelnen Rotorsegmente (1 , 1A, 1 B) eine zumindest abschnittsweise linear verlaufende und/oder zumindest abschnittsweise nicht linear verlaufende magnetische Feldschrägung realisieren.
8. Rotoranordnung nach Anspruch 7, wobei drei axial nebeneinander angeordnete Rotorsegmente (1 , 1A, 1 B) eine linear verlaufende magnetische Feldschrägung bilden, wobei in einer Draufsicht auf den Außenumfang (3) der drei Rotorsegmente (1 , 1 A, 1 B) ein V-förmiger magnetischer Feldschrägungsverlauf (6) in axialer Richtung vorgesehen ist.
9. Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gitterstruktur (5) eine axial gesehen kreuzförmige, viereckige oder wabenförmige räumliche Gestaltung aufweist.
10. Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gitterstruktur (5) aus ferromagnetischem Material gefertigt ist, und dass die Materialdichte der Gitterstruktur (5) in Bezug auf umliegenden massiv ausgeführten Bereiche (7) des Rotorsegmentes (1 , 1A, 1 B) reduziert ist.
11 . Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Gitterstruktur (5) aus einem nicht ferromagnetischen Material oder aus einem überwiegend nicht ferromagnetischen Material gefertigt ist, und dass die Materialdichte der Gitterstruktur (5) in Bezug auf umliegende massiv ausgeführten Bereiche (7) des Rotorsegmentes (1 , 1A, 1 B) reduziert ist.
12. Permanentmagneterregte elektrische Maschine mit einer Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
13. Verfahren zum Herstellen eines Rotorkörpers einer Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei zumindest die die Materialdichte mindernde Gitterstruktur (5) jedes Rotorsegment (1 , 1 A, 1 B) durch 3-D Druck hergestellt wird.
14. Verfahren zum Herstellen eines Rotorkörpers (1 ), wobei jedes Rotorsegment (1 , 1 A, 1 B) mittels 3-D Druck hergestellt wird.
Bezugszeichen ,1 A, 1 B Rotorkörper Drehachse Außenumfang bzw. äußeren Umfang Permanentmagnet Gitterstruktur magnetischer Feldschrägungsverlauf materialmassiv bzw. massiv ausgeführte Bereiche des Rotorsegmentes

Claims

Patentansprüche
1 . Rotoranordnung für eine elektrische Maschine mit einem Rotorkörper mit zumindest einem Rotorsegment (1 , 1 A, 1 B) mit einer Drehachse (2) und mit einem Außenumfang (3), wobei in einem radialen Bereich zwischen der Drehachse (2) und dem Außenumfang (3) mehrere in axialer Richtung verlaufende Permanentmagneten (4) angeordnet sind, wobei das Rotorsegment (1 ) zumindest zwischen benachbarten Permanentmagneten (4) eine die Materialdichte mindernde Gitterstruktur (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abmessungen der Gitterstruktur (5) in axialer Richtung durch das Rotorsegment (1 , 1 A, 1 B) derart ändern, dass eine magnetische Feldschrägung bei dem Rotorsegment (1 , 1A, 1 B) vorgesehen ist, wobei sich die Gitterstruktur (5) ausgehend von einer axial gesehen symmetrischen Form in Abhängigkeit einer gewählten magnetischen Feldschrägung in eine axial gesehen nicht symmetrische Form verändert.
2. Rotoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die axial gesehen symmetrische Form der Gitterstruktur (5) etwa V-förmig oder parabelförmig ausgeführt ist.
3. Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zumindest abschnittsweise linear verlaufenden Feldschrägung die symmetrische Form der Gitterstruktur (5) bezogen auf die axiale Richtung etwa mittig in dem Rotorsegment (1 , 1A, 1 B) angeordnet ist, wobei sich die symmetrische Form der Gitterstruktur (5) in beide Axialrichtungen in dem Rotorsegment (1 , 1A, 1 B) in eine unsymmetrische Form der Gitterstruktur (5) verändert.
4. Rotoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch den axialen Verlauf der Gitterstruktur (5) am Außenumfang (3) des Rotorsegments (1 , 1 A, 1 B) ein abschnittsweise linear vorgesehener Feldschrägungsverlauf (6) vorgesehen ist.
5. Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang (3) des Rotorsegments (1 , 1A, 1 B) unabhängig von massiv ausgeführten Bereiche (7) und von die Materialdichte mindernden Gitterstrukturen (5) geschlossen ausgeführt ist.
6. Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper aus mehreren axial nebeneinander angeordneten Rotorsegmenten (1 , 1A, 1 B) aufgebaut ist, wobei die einzelnen Rotorsegmente (1 ,
1 A, 1 B) eine zumindest abschnittsweise linear verlaufende und/oder zumindest abschnittsweise nicht linear verlaufende magnetische Feldschrägung realisieren.
7. Rotoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass drei axial nebeneinander angeordnete Rotorsegmente (1 , 1A, 1 B) eine linear verlaufende magnetische Feldschrägung bilden, wobei in einer Draufsicht auf den Außenumfang (3) der drei Rotorsegmente (1 , 1A, 1 B) ein V-förmiger magnetischer Feldschrägungsverlauf
(6) in axialer Richtung vorgesehen ist.
8. Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (5) eine axial gesehen kreuzförmige, viereckige oder wabenförmige räumliche Gestaltung aufweist.
9. Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (5) aus ferromagnetischem Material gefertigt ist, und dass die Materialdichte der Gitterstruktur (5) in Bezug auf umliegenden massiv ausgeführten Bereiche (7) des Rotorsegmentes (1 , 1A, 1 B) reduziert ist.
10. Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (5) aus einem nicht ferromagnetischen Material oder aus einem überwiegend nicht ferromagnetischen Material gefertigt ist, und dass die Materialdichte der Gitterstruktur (5) in Bezug auf umliegende massiv ausgeführten Bereiche
(7) des Rotorsegmentes (1 , 1A, 1 B) reduziert ist.
11 . Permanentmagneterregte elektrische Maschine mit einer Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
12. Verfahren zum Herstellen eines Rotorkörpers einer Rotoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die die Material- dichte mindernde Gitterstruktur (5) jedes Rotorsegment (1 , 1A, 1 B) durch 3-D Druck hergestellt wird.
13. Verfahren zum Herstellen eines Rotorkörpers (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rotorsegment (1 , 1 A, 1 B) mittels 3-D Druck hergestellt wird.
14
PCT/EP2021/079585 2020-12-18 2021-10-26 Rotoranordnung für eine elektrische maschine WO2022128215A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180062816.5A CN116134698A (zh) 2020-12-18 2021-10-26 用于电机的转子装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020216244.1 2020-12-18
DE102020216244.1A DE102020216244A1 (de) 2020-12-18 2020-12-18 Rotoranordnung für eine elektrische Maschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022128215A1 true WO2022128215A1 (de) 2022-06-23

Family

ID=78463483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/079585 WO2022128215A1 (de) 2020-12-18 2021-10-26 Rotoranordnung für eine elektrische maschine

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN116134698A (de)
DE (1) DE102020216244A1 (de)
WO (1) WO2022128215A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130334925A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 Fanuc Corporation Interior permanent magnet type rotor having continuous skew structure
CN105406620B (zh) * 2014-09-12 2018-12-07 珠海格力电器股份有限公司 转子铁芯及具有其的永磁转子结构
CN111030340A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 南京师范大学 基于金属三维打印的电机转子结构、电机转子、电机及方法
WO2020100352A1 (ja) * 2018-11-15 2020-05-22 Dmg森精機株式会社 ロータ

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018206622A1 (de) 2018-04-27 2019-10-31 Siemens Aktiengesellschaft Rotor, elektrische Maschine und hybridelektrisches Luftfahrzeug

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130334925A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 Fanuc Corporation Interior permanent magnet type rotor having continuous skew structure
CN105406620B (zh) * 2014-09-12 2018-12-07 珠海格力电器股份有限公司 转子铁芯及具有其的永磁转子结构
WO2020100352A1 (ja) * 2018-11-15 2020-05-22 Dmg森精機株式会社 ロータ
CN111030340A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 南京师范大学 基于金属三维打印的电机转子结构、电机转子、电机及方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020216244A1 (de) 2022-06-23
CN116134698A (zh) 2023-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2073352B1 (de) Permanenterregte Synchronmaschine mit Schalenmagneten
DE102010001997B4 (de) Linearmotor mit verminderter Kraftwelligkeit
DE69829831T2 (de) Elektromotor des Typs mit Dauermagnetläufer
DE102011008198A1 (de) Stator für eine elektrische Maschine
DE102005047771A1 (de) Rotoranordnung für eine elektrische Maschine und Verfahren zum Herstellen der Rotoranordnung
DE102011116211A1 (de) Bürstenloser Motor
EP3189582B1 (de) Rotor einer elektrischen maschine, elektrische maschine und verfahren zum herstellen eines rotors einer elektrischen maschine
DE10247187A1 (de) Permanentmagnetmotor
DE102008026648A1 (de) Rotor für einen elektronisch kommutierten Elektromotor, Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors sowie bei der Herstellung eines solchen Rotors verwendbares Zwischenprodukt
DE102012101822A1 (de) Rotor und elektrische Maschine
DE102016212022A1 (de) Rotor
EP2601726A2 (de) Wicklungszahn und komponente für eine elektrische maschine zur reduzierung von wirbelströmen
EP3381107B1 (de) Elektroblech mit gedrucktem steg
WO2014049007A1 (de) Aktivteil einer elektrischen maschine, radialmagnetlager und verfahren zur herstellung eines radialmagnetlagers
DE102020004916A1 (de) Axialflussmotor für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, sowie Verfahren zum Herstellen eines Axialflussmotors
DE112020003317T5 (de) Motor
WO2022128215A1 (de) Rotoranordnung für eine elektrische maschine
WO2023104672A1 (de) Permanentmagnet für eine elektrische maschine, elektrische maschine sowie verfahren zum herstellen eines permanentmagneten
DE102019202732A1 (de) Stator einer elektrischen Maschine
DE102005062922A1 (de) Reluktanzmotor
DE102012218995A1 (de) Läuferanordnung für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine
EP3657638A1 (de) Rotor eines elektromotors sowie elektromotor
EP3758194A1 (de) Rotor für eine elektrische maschine, elektrische maschine für ein fahrzeug und fahrzeug
DE102020101148A1 (de) Axialflussmaschine mit radial verlaufende Blechsegmente aufweisendem Stator
DE102019122239A1 (de) Stator

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: 21801082

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21801082

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1