WO2023099124A1 - Elektrische maschine, insbesondere elektrischer antriebsmotor für kraftfahrzeuge, mit einem rotor - Google Patents

Elektrische maschine, insbesondere elektrischer antriebsmotor für kraftfahrzeuge, mit einem rotor Download PDF

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WO2023099124A1
WO2023099124A1 PCT/EP2022/080968 EP2022080968W WO2023099124A1 WO 2023099124 A1 WO2023099124 A1 WO 2023099124A1 EP 2022080968 W EP2022080968 W EP 2022080968W WO 2023099124 A1 WO2023099124 A1 WO 2023099124A1
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rotor
pole
magnet
segment
pole segment
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PCT/EP2022/080968
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Inventor
Dominik Flore
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium

Definitions

  • Electric machine in particular electric drive motor for motor vehicles, with a rotor
  • the invention relates to an electrical machine with a rotor, the rotor comprising a rotor body which has a plurality of magnet receptacles and a plurality of magnets which are arranged in the magnet receptacles, and such a rotor.
  • the invention relates to the field of electric drive motors for motor vehicles.
  • a rotor for an electrical machine is known from DE 102009 046 716 A1.
  • the known rotor comprises a rotor body which has a plurality of magnet receptacles and a plurality of magnets which are arranged in the magnet receptacles.
  • cavities are formed between the rotor body and the magnets, which are filled with a filling compound made of plastic.
  • free pole elements are provided, the positioning of which is ensured by the filling compound.
  • the free pole elements have internal shoulders.
  • the rotor body has lugs. A certain form fit between the hardened filling compound and the rotor body with respect to the free pole elements is ensured.
  • DE 102019 127 583 A1 discloses a rotor in which the magnets are arranged on the rotor poles in a V-minus arrangement.
  • the rotor includes a rotor core and a plurality of rotor poles.
  • the rotor core includes an inner core and a plurality of outer cores arranged radially around the inner core.
  • At least one inner magnet unit is arranged around the inner laminated core for each rotor pole.
  • the outer laminated cores are placed on the inner magnet units from radially outside, so that the inner magnet units are embedded between the inner laminated core and the outer laminated cores and form so-called magnet units buried in the rotor core. Disclosure of Invention
  • the rotor according to the invention with the features of claim 1 and the electric machine according to the invention with the features of claim 12 have the advantage that an improved design and mode of operation are made possible.
  • the cooling channel is arranged on the respective rotor pole in a region between the two magnets in the V-arrangement and the central magnet.
  • the cooling channel is arranged in the vicinity of the magnets to be cooled.
  • the arrangement with the minus magnet has the advantage over a pure V arrangement that there is space for the cooling channel in the vicinity of the magnets.
  • the cooling channel on the respective rotor pole extends at least approximately parallel to an axis of rotation through the respective outer pole segment of the rotor body.
  • the cooling channel can extend through the rotor body along the magnets, so that extensive cooling can be achieved.
  • a tab opening is provided on the circumference of the outer pole segment on the respective rotor pole, through which the magnet receptacle for the central magnet is opened on the circumference of the outer pole segment, and that peripheral tabs that are spaced apart from one another are formed on the magnet receptacle through the tab opening, which Magnet surrounded radially on the outside. In this way, in particular, a leakage flux can be reduced.
  • At least one rotor sleeve is provided, with which the rotor body can be enclosed at its periphery, for example wrapped around it. This can also be pressed on as a prepreg or shrunk on. As a result, the mechanical stresses that occur during operation or a flow of forces can be advantageously guided.
  • the rotor sleeve is made of a fiber-reinforced plastic, in particular a carbon-fiber-reinforced plastic. In this way, radial forces that occur during operation via centrifugal forces of the magnets can advantageously be compensated for by tensile stresses in the rotor sleeve, without any significant radial deformation occurring.
  • the magnet receptacles for the magnets which are arranged in the V-arrangement, are designed spaced apart from one another in the rotor body on each rotor pole.
  • material of the rotor body can remain between these magnet receptacles, which is used to absorb or divert mechanical stresses.
  • the magnets are arranged as steeply as possible in a V arrangement, so that a large part of the centrifugal force is conducted via the inner load path and not via radial webs. As a result, such radial webs can be made as thin as possible, which additionally reduces the leakage flux.
  • the outer pole segments on the rotor poles are each connected to the inner pole segment via at least two radial webs of the rotor body, between which there is a central opening of the rotor body arranged on the pole center of the respective rotor pole, and/or that between two radial webs of adjacent rotor poles an opening of the rotor body is provided.
  • the inner rotor contour can advantageously be hollowed out, for example to implement a spoke design.
  • the at least one cooling duct is used for direct rotor cooling, with a cooling medium being introduced axially, in particular via a balancing disk, into the at least one cooling duct and pumped axially through the at least one cooling duct for direct rotor cooling during operation.
  • Advantageous cooling of the rotor can thus be implemented.
  • At least one outer pole segment is provided with a radially inner cooling duct and a radially outer cooling duct, which are connected to one another and are used for rotor air cooling, with the rotor air cooling during operation, in particular via at least one balancing disk, being alternately the radially inner Lying cooling channel and the radially outer cooling channel is covered, so that a pressure difference and an air flow through the radially inner cooling channel and the radially outer cooling channel results.
  • Advantageous cooling of the rotor can thus be implemented.
  • the inner pole segment of the respective rotor pole has on the outer circumference a support web running in the circumferential direction towards the associated outer pole segment for supporting one of the magnets of the magnetic layer, with a web interruption being formed between the support web of the respective inner pole segment and the outer pole segment to prevent magnetic leakage flux.
  • a support web running in the circumferential direction towards the associated outer pole segment for supporting one of the magnets of the magnetic layer, with a web interruption being formed between the support web of the respective inner pole segment and the outer pole segment to prevent magnetic leakage flux.
  • V-shaped, U-shaped or arc-shaped magnet position of the rotor pole and/or the magnet of the outer pole segment is arranged symmetrically to the center of the pole. This results in a particularly advantageous arrangement.
  • a rotor lamination section can be realized that is not divided and is nevertheless optimized for the use of a bandage.
  • the individual rotor lamella is preferably a closed and coherent circular ring, which can be characterized by one or more of the following features:
  • the magnet receptacles (magnetic pockets) are arranged in a V-minus, so that there are two employed magnets and a flat central magnet .
  • the two V-magnets employed are at a very steep angle, with the associated tangential webs also being separated, so that the centrifugal force of the magnets can be absorbed via the q-axis and does not have to be absorbed via a tangential web or the bandage.
  • the centrally arranged central magnet which is preferably arranged radially as far as possible on the outside, is also surrounded radially on the outside by very thin metal tabs, so that the leakage flux is minimized, but at the same time the magnet is fixed and does not have to be additionally fixed before bandaging, e.g. B. an external magnet.
  • the sheet metal tab for the central magnet is preferably obtained by cutting out a piece of the tangential web in the middle. Several such sheets are stacked on top of each other and fixed in the axial direction, e.g. B. via a stamped package or a baking varnish.
  • a rotor consisting of several lamellae is wrapped in a bandage (preferably made of CFRP) in the circumferential direction, eg in the wet winding process.
  • the predominantly inner rotor contour can still be hollowed out and a so-called spoke design can be introduced, whereby central openings on the d-axis and/or offset openings on the q-axis can be provided.
  • resin and/or molding compound can also be introduced into the magnet pockets, in which case in particular the excess resin can be introduced into the tab openings when the bandage is wound up.
  • the central cooling hole is preferably used for direct cooling of the rotor.
  • a very high power density and/or a reduction in rare earths due to the reduction in leakage flux can be made possible by removing tangential webs. The remaining radial webs can be minimized by an adapted power flow.
  • a reduction in the assembly effort for winding the bandage, fixing the magnets and the like is possible.
  • a reduction in the assembly effort for assembling the rotor is possible in comparison to a concept with a structure that is divided up in layers. It is possible to increase the continuous output through a central cooling hole, which can dissipate the heat generated by all three magnets of each rotor pole very well and which would not be possible in a conventional design with central bars and without bandage.
  • FIG. 1 shows a rotor of an electrical machine in a partial, schematic representation according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a rotor 1 of an electrical machine 2 in a partial, schematic representation according to an embodiment of the invention.
  • the rotor 1 is preferably used for an electric machine 2, which is designed as an electric drive motor for motor vehicles.
  • the rotor 1 comprises a rotor body 3 which has a plurality of magnet receptacles (magnetic pockets) 4 , 5 , 6 and a plurality of magnets 7 , 8 , 9 which are arranged in the magnet receptacles 4 , 5 , 6 of the rotor body 3 .
  • the rotor body 3 comprises an inner pole segment 10 on which the rotor body 3 can be connected at least indirectly to a shaft 11 .
  • the rotor body 3 has outer pole segments 13 on the rotor poles 12, on which the magnet receptacles 4, 5, 6 are configured. To simplify the illustration, only one rotor pole 12 and one outer pole segment 13 are shown.
  • Two magnets 7 , 8 are arranged in a V-arrangement 17 on the rotor poles 12 . Furthermore, a central magnet 9 is arranged in a minus arrangement 18 offset radially outwards relative to a center of gravity 19 of the two magnets 9 arranged in the V arrangement 17 .
  • the outer pole segments 13 are connected to the inner pole segment 10 on the rotor poles 12 via at least one radial web 20 , 21 of the rotor body 3 . Furthermore, cooling channels 22 are configured in the rotor body 3 on the outer pole segments 13 .
  • the cooling channel 22 is arranged on the respective rotor pole 12 in an area between the two magnets 7, 8 in the V-arrangement 17 and the central magnet 9. As a result, the respective cooling channel 22 is close to the magnets 7, 8, 9, so that reliable cooling is achieved.
  • the cooling channel 22 extends to the respective Rotor pole 12 at least approximately parallel to an axis of rotation (rotor axis) 25 through the respective outer pole segment 13 of rotor body 3.
  • a tab opening (web interruption) 31 is provided on the respective rotor pole 12 on a circumference 30 of the outer pole segment 13 , through which the magnet receptacle 6 for the central magnet 18 on the circumference 30 of the outer pole segment 13 is opened.
  • Circumferential lugs (support webs) 32, 33, spaced apart from one another, are formed on the magnet receptacle 6 through the lug opening 31 and surround the central magnet 9 radially on the outside.
  • radially extending recesses 26, 27 can be provided.
  • the inner pole segment 10 of the respective rotor pole 12 has on the outer circumference a support web 37 running in the circumferential direction toward the associated outer pole segment 13 for supporting one of the magnets 9 of the magnetic layer. Between the supporting web 37 of the respective inner pole segment 10 and the outer pole segment 13 there is a break in the web 37.1 to prevent leakage magnetic flux.
  • a rotor sleeve 35 is provided, with which the rotor body 3 is enclosed at its periphery 30, for example wrapped around it.
  • the rotor sleeve 35 is formed from a carbon fiber-reinforced plastic. Depending on the application, however, other fiber reinforcements can also be used.
  • a power flow 36 shown as an example and highly simplified can then run from a step 41 in the magnet pocket 4.5 in the area of the magnet receptacle 5 radially inwards towards the inner pole segment 10.
  • the step 41 is formed by the support web 37, for example.
  • the magnet receptacles 4, 5 for the magnets 7, 8, which are arranged in the V-arrangement 17, are designed in the rotor body 3 at a distance from one another. This results in improved stability, since tensile stresses can be conducted through the existing material, particularly in the radial direction between the magnet receptacles 4, 5.
  • the outer pole segments 13 on the rotor poles 12 are each connected to the inner pole segment 10 via at least two radial webs 38, 39 of the rotor body 3, between which a central opening 38 of the rotor body 3 is provided on the pole center 28 of the respective rotor pole 12.
  • the central opening 38 can serve as a further cooling channel 38 .
  • an opening 39, 40 of the rotor body 3 is provided between each two radial webs 20, 21 of adjacent rotor poles 12, an opening 39, 40 of the rotor body 3 is provided.
  • the openings 38, 39, 40 are designed to be as extensive as possible in the radial direction.
  • the radial webs 20, 21 can then be designed as spokes 20, 21 which are very long in the radial direction. It is advantageous if the magnets 7, 8 are arranged as steeply as possible in a V arrangement, so that a large part of the centrifugal force is conducted via the inner load path and not via the radial webs 20 and 21. These radial webs 20, 21 can consequently be made as thin as possible, which additionally reduces the leakage flux. The radial webs 20, 21 can therefore be made as thin as possible if the V-magnets are set as steeply as possible, because less centrifugal force of the magnets is then passed over these radial webs.
  • one or both cooling channels 22, 38 can be used for direct rotor cooling.
  • a cooling medium can be introduced into the cooling channels 22, 38 axially via a balancing disk and pumped axially through the cooling channels 22, 38 during operation.
  • the cooling medium can therefore be introduced via a balancing disc and then pumped axially along the rotor to the opposite side.
  • the cooling channels 22, 38 can also be connected to one another and are used for rotor air cooling by z. B. balancing discs alternately the inner or outer cooling channel 22, 38 is covered, so that a pressure difference and an air flow through the cooling channels 22, 38 results.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments described.

Landscapes

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

Abstract

Rotor (1) für eine elektrische Maschine (2), mit einem um eine Rotorachse (25) drehbaren Rotorkörper (3), insbesondere einem Lamellenpaket umfassend eine Vielzahl von Blechlamellen, wobei der Rotorkörper (3) mehrere Rotorpole (12) mit jeweils einer Polmitte (28) aufweist, wobei in zumindest einem der Rotorpole (12) eine V-förmige, U-förmige oder bogenförmige Magnetlage von mehreren Magneten (7, 8), insbesondere Permanentmagnete, ausgebildet ist, wobei der jeweilige Rotorpol (12) durch die Magnetlage in radialer Richtung gesehen in ein Polinnensegment (10) und ein Polaußensegment (13) unterteilt ist, wobei die Magnetlage in zumindest einer Magnettasche (4, 5) angeordnet ist, die zwischen dem jeweiligen Polinnensegment (10) und dem jeweiligen Polaußensegment (13) des jeweiligen Rotorpols (12) gebildet ist. Vorgeschlagen wird, dass das Polaußensegment (13) des jeweiligen Rotorpols (12) in radialer Richtung über zumindest einen Radialsteg (20, 21) mit dem entsprechenden Polinnensegment (10) verbunden ist, und dass in dem jeweilige Polaußensegment (13) ein Magnet (9), insbesondere symmetrisch zur Polmitte (28), vorgesehen ist.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrische Maschine, insbesondere elektrischer Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge, mit einem Rotor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Rotor, wobei der Rotor einen Rotorkörper, der mehrere Magnetaufnahmen aufweist, und mehrere Magnete, die in den Magnetaufnahmen angeordnet sind, umfasst, sowie solch einen Rotor. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der elektrischen Antriebsmotoren für Kraftfahrzeuge.
Aus der DE 102009 046 716 A1 ist ein Rotor für eine elektrische Maschine bekannt. Der bekannte Rotor umfasst einen Rotorkörper, der mehrere Magnetaufnahmen aufweist, und mehrere Magnete, die in den Magnetaufnahmen angeordnet sind. Hierbei sind zwischen dem Rotorkörper und den Magneten Hohlräume gebildet, die mit einer Füllmasse aus Kunststoff aufgefüllt sind. Ferner sind freie Polelemente vorgesehen, deren Positionierung über die Füllmasse gewährleistet ist. Die freien Polelemente weisen innenliegende Absätze auf. Der Rotorkörper weist Nasen auf. Es ist ein gewisser Formschluss zwischen der erhärteten Füllmasse und dem Rotorkörper in Bezug auf die freien Polelemente gewährleistet.
Aus der DE 102019 127 583 A1 ist ein Rotor bekannt, bei dem die Magnete an den Rotorpolen jeweils in einer V-Minus-Anordnung angeordnet sind. Der Rotor umfasst einen Rotorkern und eine Mehrzahl von Rotorpolen. Der Rotorkern umfasst ein inneres Blechpaket und mehrere um das innere Blechpaket radial herum angeordnete äußere Blechpakete. Um das innere Blechpaket herum wird für jeden Rotorpol jeweils wenigstens eine innere Magneteinheit angeordnet. Die äußeren Blechpakete werden von radial außen auf die inneren Magneteinheiten aufgesetzt, so dass die inneren Magneteinheiten zwischen dem inneren Blechpaket und den äußeren Blechpaketen eingebettet sind und sogenannte im Rotorkern vergrabene Magneteinheiten bilden. Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 12 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Rotors und der im Anspruch 12 angegebenen elektrischen Maschine möglich.
Vorteilhaft ist es, dass der Kühlkanal an dem jeweiligen Rotorpol in einem Bereich zwischen den zwei Magneten in der V-Anordnung und dem zentralen Magneten angeordnet ist. Hierdurch ist der Kühlkanal in der Nähe der zu kühlenden Magnete angeordnet. Die Anordnung mit dem Minus-Magneten hat gegenüber einer reinen V-Anordnung den Vorteil, dass Platz für den Kühlkanal in der Nähe der Magnete geschaffen ist.
Vorteilhaft ist es, dass sich der Kühlkanal an dem jeweiligen Rotorpol zumindest näherungsweise parallel zu einer Rotationsachse durch das jeweilige Polaußensegment des Rotorkörpers erstreckt. Hierdurch kann sich der Kühlkanal entlang der Magnete durch den Rotorkörper erstrecken, so dass eine weitgehende Kühlung erzielt werden kann.
Vorteilhaft ist es, dass an dem jeweiligen Rotorpol an einem Umfang des Polaußensegments eine Laschenöffnung vorgesehen, durch die die Magnetaufnahme für den zentralen Magneten am Umfang des Polaußensegments geöffnet ist, und dass an der Magnetaufnahme durch die Laschenöffnung voneinander beabstandete Umfangslaschen ausgebildet sind, die den zentralen Magneten radial außen umgeben. Hierdurch kann insbesondere ein Streufluss reduziert werden.
Vorteilhaft ist es, dass zumindest eine Rotorhülse vorgesehen ist, mit der der Rotorkörper an seinem Umfang umschlossen, beispielsweise umwickelt, sein kann. Diese kann auch als Prepreg aufgepresst oder aufgesch rümpft sein. Hierdurch kann eine vorteilhafte Führung der im Betrieb auftretenden mechanischen Spannungen beziehungsweise eines Kraftflusses erfolgen. Vorteilhaft ist es, dass die Rotorhülse aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einem karbonfaserverstärkten Kunststoff, gebildet ist. Somit können in vorteilhafter Weise radiale Kräfte, die im Betrieb über Fliehkräfte der Magnete auftreten, durch Zugspannungen in der Rotorhülse kompensiert werden, ohne dass es zu einer wesentlichen radialen Verformung kommt.
Vorteilhaft ist es, dass an jedem Rotorpol die Magnetaufnahmen für die Magnete, die in der V-Anordnung angeordnet sind, voneinander beabstandet in dem Rotorkörper ausgestaltet sind. Hierdurch kann zwischen diesen Magnetaufnahmen Material des Rotorkörpers verbleiben, das zum Aufnehmen beziehungsweise Ableiten von mechanischen Spannungen dient. Vorteilhaft ist es, wenn die Magnete in V-Anordnung möglichst steil angeordnet sind, so dass ein großer Teil der Fliehkraft über den inneren Lastpfad geleitet wird und nicht über Radialstege. Solche Radialstege können in Folge dessen möglichst dünn ausgeführt werden, was den Streufluss zusätzlich reduziert.
Vorteilhaft ist es, dass die Polaußensegmente an den Rotorpolen über jeweils zumindest zwei Radialstege des Rotorkörpers mit dem Polinnensegment verbunden sind, zwischen denen eine auf der Polmitte des jeweiligen Rotorpols angeordnete zentrale Öffnung des Rotorkörpers vorgesehen ist, und/oder dass zwischen jeweils zwei Radialstegen benachbarter Rotorpole eine Öffnung des Rotorkörpers vorgesehen ist. Somit kann die innere Rotorkontur in vorteilhafter weise ausgehöhlt werden, um beispielsweise ein Speichendesign zu realisieren.
Vorteilhaft ist es, dass der zumindest eine Kühlkanal für eine Rotordirektkühlung dient, wobei für die Rotordirektkühlung im Betrieb axial, insbesondere über eine Wuchtscheibe, ein Kühlmedium in den zumindest einen Kühlkanal eingebracht und axial durch den zumindest einen Kühlkanal gepumpt wird. Somit kann eine vorteilhafte Kühlung des Rotors realisiert werden.
Vorteilhaft ist es, dass an zumindest einem Polaußensegment ein radial innen liegender Kühlkanal und ein radial außen liegender Kühlkanal vorgesehen sind, die miteinander verbunden sind und für eine Rotorluftkühlung dienen, wobei für die Rotorluftkühlung im Betrieb, insbesondere über zumindest eine Wuchtscheibe, wechselseitig der radial innen liegende Kühlkanal und der radial außen liegende Kühlkanal bedeckt wird, so dass sich ein Druckunterschied und ein Luftstrom durch den radial innen liegenden Kühlkanal und den radial außen liegenden Kühlkanal ergibt. Somit kann eine vorteilhafte Kühlung des Rotors realisiert werden.
Vorteilhaft ist es, dass das Polinnensegment des jeweiligen Rotorpols am Außenumfang einen in Umfangsrichtung zum zugehörigen Polaußensegment hin verlaufenden Stützsteg zum Abstützen eines der Magnete der Magnetlage aufweist, wobei zwischen dem Stützsteg des jeweiligen Polinnensegments und dem Polaußensegment eine Stegunterbrechung zur Verhinderung eines magnetischen Streuflusses ausgebildet ist. Somit kann ein magnetischer Streufluss verhindert werden.
Vorteilhaft ist es, dass die V-förmige, U-förmige oder bogenförmige Magnetlage des Rotorpols und/oder der Magnet des Polaußensegments symmetrisch zur Polmitte angeordnet ist. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Anordnung gegeben.
Im Unterschied zu herkömmlichen Ausführungen von Rotoren mit vergrabenen Magneten ohne Radialstegen, bei denen immer mindestens ein Blechsegment pro Rotorpol nicht mit dem inneren Rotorteil verbunden ist und später assembliert werden muss, was erhöhte Kosten für die Montage verursacht, kann eine verbesserte Ausgestaltung realisiert werden. Ebenso kann im Unterschied zu einer herkömmlichen Ausgestaltung, bei der für das Aufwickeln einer Bandage Fixierungen der Magnete und der losen äußeren Rotorteile notwendig sind, eine verbesserte Ausgestaltung realisiert werden.
Im Unterschied zu konventionellen Blechschnitten mit vergrabenen Magneten und ohne Bandage, bei denen Mittelstege und Tangentialstege benötigt werden, um die Magnete zu halten, was die Performance reduziert, weil sich ein Streufluss bildet, können die relevanten Streuflussstege entfernt oder stark minimiert werden, so dass die Leistung erhöht und der Einsatz von Magnetmasse reduziert werden kann, ohne dass es notwendig wird, das Rotorblech in mehreren getrennten Layern zu schichten und so einen erheblichen Montageaufwand zu bekommen.
In vorteilhafter Weise kann ein Rotorblechschnitt realisiert werden, der nicht geteilt ist und dennoch für den Einsatz einer Bandage optimiert ist. Die einzelne Rotorlamelle ist vorzugsweise ein in sich geschlossener und zusammenhängender Kreisring, welcher durch ein oder mehrere der folgenden Merkmale charakterisiert sein kann: Die Magnetaufnahmen (Magnettaschen) sind in einem V-Minus angeordnet, so dass es also zwei angestellte Magnete und einen flachen Zentralmagneten gibt. Die beiden angestellten V-Magnete sind in einem sehr steilen Winkel angestellt, wobei zusätzlich die jeweils zugeordneten Tangentialstege aufgetrennt vorliegen, so dass die Fliehkraft der Magnete über die q-Achse aufgenommen werden kann und nicht über einen Tangentialsteg oder die Bandage aufgenommen werden muss. Der mittig angeordnete Zentralmagnet, der vorzugsweise möglichst weit radial außen angeordnet ist, ist radial außen noch von ganz dünnen Blechlaschen umgeben, so dass der Streufluss minimiert ist, aber gleichzeitig der Magnet befestigt vorliegt und nicht zusätzlich vor einer Bandagierung fixiert werden muss, wie z. B. ein außenliegender Magnet. Die Blechlasche für den Zentralmagneten ergibt sich vorzugsweise dadurch, dass mittig ein Stück des Tangentialsteges herausgetrennt ist. Mehrere solcher Bleche werden aufeinandergestapelt in axialer Richtung fixiert, z. B. über eine Stanzpaketierung oder ein Backlack. Ein Rotor aus mehreren Lamellen ist in Umfangsrichtung mit einer Bandage (vorzugsweise aus CFK) umwickelt, z.B. im Nasswickelprozess.
Die vorwiegend innere Rotorkontur kann noch ausgehöhlt werden, und ein sogenanntes Speichendesign kann eingebracht werden, wobei zentrale Öffnungen auf der d-Achse und/oder versetzte Öffnungen auf der q-Achse vorgesehen sein können. Zusätzlich können noch Harz und/oder Moldmasse in die Magnettaschen eingebracht werden, wobei insbesondere das überschüssige Harz beim Aufwickeln der Bandage in die Laschenöffnungen eingebracht werden kann. Die zentrale Kühlungsbohrung dient vorzugsweise zu direkten Kühlung des Rotors.
Somit können je nach Ausgestaltung und insbesondere durch den Aufbau des Rotorschnitts ein oder mehrere der folgenden Vorteile realisiert werden. Eine sehr hohe Leistungsdichte und/oder eine Reduktion von seltenen Erden aufgrund der Reduktion der Streuflüsse kann durch die Entfernung von Tangentialstegen ermöglicht werden. Eine Minimierung der verbleibenden Radialstege kann durch einen angepassten Kraftfluss realisiert werden. Eine Reduktion des Montageaufwands für das Wickeln der Bandage, das Fixieren der Magnete und dgl. ist möglich. Eine Reduktion vom Montageaufwand für den Zusammenbau vom Rotor im Vergleich zu einem Konzept mit einem layerweise geteilten Aufbau ist möglich. Eine Erhöhung der Dauerleistung durch eine zentrale Kühlungsbohrung, welche die entstehende Wärme von allen drei Magneten eines jeden Rotorpols sehr gut abführen kann und welche in einem konventionellen Design mit Mittelstegen und ohne Bandage so nicht umsetzbar wäre, ist möglich. Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Rotor einer elektrischen Maschine in einer auszugsweisen, schematischen Darstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt einen Rotor 1 einer elektrischen Maschine 2 in einer auszugsweisen, schematischen Darstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Vorzugsweise dient der Rotor 1 für eine elektrische Maschine 2, die als elektrischer Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge ausgebildet ist. Der Rotor 1 umfasst einen Rotorkörper 3, der mehrere Magnetaufnahmen (Magnettaschen) 4, 5, 6 aufweist, und mehrere Magnete 7, 8, 9, die in den Magnetaufnahmen 4, 5, 6 des Rotorkörpers 3 angeordnet sind. Der Rotorkörper 3 umfasst ein Polinnensegment 10, an dem der Rotorkörper 3 zumindest mittelbar mit einer Welle 11 verbindbar ist. Ferner weist der Rotorkörper 3 an Rotorpolen 12 Polaußensegmente 13 auf, an denen die Magnetaufnahmen 4, 5, 6 ausgestaltet sind. Zur Vereinfachung der Darstellung sind hierbei nur ein Rotorpol 12 und ein Polaußensegment 13 dargestellt.
An den Rotorpolen 12 sind jeweils zwei Magnete 7, 8 in einer V-Anordnung 17 angeordnet. Ferner ist ein zentraler Magnet 9 in einer Minus-Anordnung 18 radial nach außen versetzt zu einem Schwerpunkt 19 der zwei in der V-Anordnung 17 angeordneten Magnete 9 angeordnet. Die Polaußensegmente 13 sind an den Rotorpolen 12 über jeweils zumindest einen Radialsteg 20, 21 des Rotorkörpers 3 mit dem Polinnensegment 10 verbunden. Ferner sind an den Polaußensegmenten 13 Kühlkanäle 22 in dem Rotorkörper 3 ausgestaltet.
Der Kühlkanal 22 ist an dem jeweiligen Rotorpol 12 in einem Bereich zwischen den zwei Magneten 7, 8 in der V-Anordnung 17 und dem zentralen Magneten 9 angeordnet. Dadurch befindet sich der jeweilige Kühlkanal 22 nahe an den Magneten 7, 8, 9, so dass eine zuverlässige Kühlung realisiert ist. Der Kühlkanal 22 erstreckt sich hierfür an dem jeweiligen Rotorpol 12 zumindest näherungsweise parallel zu einer Rotationsachse (Rotorachse) 25 durch das jeweilige Polaußensegment 13 des Rotorkörpers 3.
Ferner ist an dem jeweiligen Rotorpol 12 an einem Umfang 30 des Polaußensegments 13 eine Laschenöffnung (Stegunterbrechung) 31 vorgesehen, durch die die Magnetaufnahme 6 für den zentralen Magneten 18 am Umfang 30 des Polaußensegments 13 geöffnet ist. An der Magnetaufnahme 6 sind durch die Laschenöffnung 31 voneinander beabstandete Umfangslaschen (Stützstege) 32, 33 ausgebildet, die den zentralen Magneten 9 radial außen umgeben. Außerdem können sich radial erstreckende Aussparungen 26, 27 vorgesehen sein.
Das Polinnensegment 10 des jeweiligen Rotorpols 12 weist am Außenumfang einen in Umfangsrichtung zum zugehörigen Polaußensegment 13 hin verlaufenden Stützsteg 37 zum Abstützen eines der Magnete 9 der Magnetlage auf. Zwischen dem Stützsteg 37 des jeweiligen Polinnensegments 10 und dem Polaußensegment 13 ist eine Stegunterbrechung 37.1 zur Verhinderung eines magnetischen Streuflusses ausgebildet.
Außerdem ist eine Rotorhülse 35 vorgesehen, mit der der Rotorkörper 3 an seinem Umfang 30 umschlossen, beispielsweise umwickelt, ist. Die Rotorhülse 35 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem karbonfaserverstärkten Kunststoff gebildet. Je nach Anwendungsfall können aber auch andere Faserverstärkungen zum Einsatz kommen. Ein exemplarisch und stark vereinfacht dargestellter Kraftfluss 36 kann dann von einer Stufe 41 in der Magnettasche 4,5 im Bereich der Magnetaufnahme 5 radial nach innen zum Polinnensegment 10 hin verlaufen. Die Stufe 41 ist beispielsweise durch den Stützsteg 37 gebildet.
An jedem Rotorpol 12 sind die Magnetaufnahmen 4, 5 für die Magnete 7, 8, die in der V- Anordnung 17 angeordnet sind, voneinander beabstandet in dem Rotorkörper 3 ausgestaltet. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Stabilität, da Zugspannungen insbesondere in radialer Richtung zwischen den Magnetaufnahmen 4, 5 durch das vorhandene Material geleitet werden können. Ferner sind die Polaußensegmente 13 an den Rotorpolen 12 über jeweils zumindest zwei Radialstege 38, 39 des Rotorkörpers 3 mit dem Polinnensegment 10 verbunden, zwischen denen eine auf der Polmitte 28 des jeweiligen Rotorpols 12 angeordnete zentrale Öffnung 38 des Rotorkörpers 3 vorgesehen ist. Die zentrale Öffnung 38 kann als weiterer Kühlkanal 38 dienen. Außerdem ist zwischen jeweils zwei Radialstegen 20, 21 benachbarter Rotorpole 12 eine Öffnung 39, 40 des Rotorkörpers 3 vorgesehen.
Vorteilhaft ist es, dass die Öffnungen 38, 39, 40 in radialer Richtung möglichst ausgedehnt ausgebildet sind. Dann können die Radialstege 20, 21 als in radialer Richtung sehr lange Speichen 20, 21 ausgebildet werden. Vorteilhaft ist es, wenn die Magnete 7, 8 in V- Anordnung möglichst steil angeordnet sind, so dass ein großer Teil der Fliehkraft über den inneren Lastpfad geleitet wird und nicht über die Radialstege 20 und 21. Diese Radialstege 20, 21 können in Folge dessen möglichst dünn ausgeführt werden, was den Streufluss zusätzlich reduziert. Die Radialstege 20, 21 können also möglichst dünn ausgeführt sein, wenn die V-Magnete möglichst steil angestellt sind, weil dann weniger Fliehkraft der Magnete über diese Radialstege geleitet wird.
Je nach Ausgestaltung können einer oder beider Kühlkanäle 22, 38 für eine Rotordirektkühlung genutzt werden. Für die Rotordirektkühlung kann im Betrieb axial über eine Wuchtscheibe ein Kühlmedium in die Kühlkanäle 22, 38 eingebracht und axial durch die Kühlkanäle 22, 38 gepumpt werden. Das Kühlmedium kann also über eine Wuchtscheibe eingebracht und dann axial entlang des Rotors zur gegenüberliegenden Seite gepumpt werden.
Die Kühlkanäle 22, 38 können auch miteinander verbunden sein und für eine Rotorluftkühlung dienen, indem über z. B. Wuchtscheiben wechselseitig der innere oder äußere Kühlkanal 22, 38 bedeckt wird, so dass sich ein Druckunterschied und ein Luftstrom durch die Kühlkanäle 22, 38 ergibt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

9 Ansprüche
1. Rotor (1) für eine elektrische Maschine (2), mit einem um eine Rotorachse (25) drehbaren Rotorkörper (3), insbesondere einem Lamellenpaket umfassend eine Vielzahl von Blechlamellen, wobei der Rotorkörper (3) mehrere Rotorpole (12) mit jeweils einer Polmitte (28) aufweist, wobei in zumindest einem der Rotorpole (12) eine V-förmige, U- förmige oder bogenförmige Magnetlage von mehreren Magneten (7, 8), insbesondere Permanentmagnete, ausgebildet ist, wobei der jeweilige Rotorpol (12) durch die Magnetlage in radialer Richtung gesehen in ein Polinnensegment (10) und ein Polaußensegment (13) unterteilt ist, wobei die Magnetlage in zumindest einer Magnettasche (4, 5) angeordnet ist, die zwischen dem jeweiligen Polinnensegment (10) und dem jeweiligen Polaußensegment (13) des jeweiligen Rotorpols (12) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Polaußensegment (13) des jeweiligen Rotorpols (12) in radialer Richtung über zumindest einen Radialsteg (20, 21) mit dem entsprechenden Polinnensegment (10) verbunden ist, und dass in dem jeweilige Polaußensegment (13) ein Magnet (9), insbesondere symmetrisch zur Polmitte (28), vorgesehen ist.
2. Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Polaußensegmente (13) an den Rotorpolen (12) über jeweils zumindest zwei Radialstege (20, 21) des Rotorkörpers (3) mit dem Polinnensegment (10) verbunden sind, zwischen denen eine auf der Polmitte (28) des jeweiligen Rotorpols (12) angeordnete zentrale Öffnung (38) des Rotorkörpers (3) vorgesehen ist, und/oder dass zwischen jeweils zwei Radialstegen (20, 21) benachbarter Rotorpole (12) eine Öffnung (39, 40) des Rotorkörpers (3) vorgesehen ist.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polinnensegment (10) des jeweiligen Rotorpols (12) am Außenumfang einen in Umfangsrichtung zum zugehörigen Polaußensegment (13) hin verlaufenden Stützsteg (37) zum Abstützen eines der Magnete (9) der Magnetlage aufweist, wobei zwischen dem Stützsteg (37) des jeweiligen Polinnensegments (10) und dem Polaußensegment (13) eine Stegunterbrechung (37.1) zur Verhinderung eines magnetischen Streuflusses ausgebildet ist.
4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die V-förmige, U-förmige oder bogenförmige Magnetlage des Rotorpols (12) und/oder der Magnet (9) des Polaußensegments (13) symmetrisch zur Polmitte (28) angeordnet ist.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kühlkanal (22, 38) an dem jeweiligen Rotorpol (12) zumindest näherungsweise parallel zu einer Rotationsachse (25) durch das jeweilige Polaußensegment (13) des Rotorkörpers (3) erstreckt.
6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem jeweiligen Rotorpol (12) an einem Umfang (30) des Polaußensegments (13) eine Laschenöffnung (31) vorgesehen, durch die die Magnetaufnahme (6) für den zentralen Magneten (18) am Umfang (30) des Polaußensegments (13) geöffnet ist, und dass an der Magnetaufnahme (6) durch die Laschenöffnung (31) voneinander beabstandete Umfangslaschen (32, 33) ausgebildet sind, die den zentralen Magneten (9) radial außen umgeben.
7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine den Rotorkörper (3) umschließende Rotorhülse (35) vorgesehen ist, die insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einem karbonfaserverstärkten Kunststoff, gebildet ist.
8. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Rotorpol (12) die Magnetaufnahmen (4, 5) für die Magnete (7, 8), die in der V-Anordnung (17) angeordnet sind, voneinander beabstandet in dem Rotorkörper (3) ausgestaltet sind. 11
9. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (22) an dem jeweiligen Rotorpol (12) in einem Bereich zwischen den zwei Magneten (7, 8) in der V-Anordnung (17) und dem zentralen Magneten (9) angeordnet ist.
10. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kühlkanal (22, 38) für eine Rotordirektkühlung dient, wobei für die Rotordirektkühlung im Betrieb axial, insbesondere über eine Wuchtscheibe, ein Kühlmedium in den zumindest einen Kühlkanal (22, 38) eingebracht und axial durch den zumindest einen Kühlkanal (22, 38) gepumpt wird.
11. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Polaußensegment ein radial innen liegender Kühlkanal (38) und ein radial außen liegender Kühlkanal (22) vorgesehen sind, die miteinander verbunden sind und für eine Rotorluftkühlung dienen, wobei für die Rotorluftkühlung im Betrieb, insbesondere über zumindest eine Wuchtscheibe, wechselseitig der radial innen liegende Kühlkanal (38) und der radial außen liegende Kühlkanal (22) bedeckt wird, so dass sich ein Druckunterschied und ein Luftstrom durch den radial innen liegenden Kühlkanal (22) und den radial außen liegenden Kühlkanal (22) ergibt.
12. Elektrische Maschine (2), insbesondere elektrischer Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge, mit einem Rotor (1), der nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
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