WO2024255950A1 - Rotor und elektrische maschine - Google Patents

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WO2024255950A1
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segments
magnet
magnetic
group
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PCT/DE2024/100447
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Wessels
Johann Sontheim
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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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
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    • 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
    • H02K1/2793—Rotors axially facing stators

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for an electrical machine comprising a plurality of magnetic elements which are arranged in the rotor in a manner distributed over the circumference, wherein the magnetic elements are each formed from magnetic segments which are fixed axially to one another.
  • the invention further relates to an electrical machine.
  • Electric motors are increasingly being used to power motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels.
  • Considerable efforts have already been made to improve the everyday suitability of electric drives and to offer users the driving comfort they are used to.
  • a particular challenge in the manufacture and operation of a rotor of an electrical machine is the design and arrangement of the magnetic elements in a rotor.
  • Such rotors of internal rotors with surface magnets are provided with a pre-tensioned bandage, especially in applications with high speeds, to prevent the magnets from lifting off due to centrifugal force. Direct gluing of the magnets is often not safe and is therefore avoided.
  • Banding is very easy to design and can be very thin and with little or no eddy current losses.
  • the enlarged magnetic air gap caused by the wall thickness of the bandage always remains a disadvantage of this system.
  • segmentation does not have to be as fine due to the lower conductivity and the less strongly changing magnetic field, but for very demanding applications, segmentations of a few millimeters up to 0.5 mm are used. These segments are then glued together to form stacks, for example, and then magnetized.
  • a rotor for an electrical machine comprising a plurality of magnetic elements which are arranged in the rotor in a manner distributed over the circumference, wherein the magnetic elements are each formed from magnetic segments which are fixed axially to one another, wherein a first group of the magnetic segments and at least one second group of the magnetic segments which is axially spaced from the first group are separated from one another by a reinforcing layer which runs in a radial plane.
  • the first group of magnet segments and the second group of magnet segments are axially directly adjacent, so that the reinforcing layer is in contact with both the first group of magnet segments and the second group of magnet segments.
  • a further group of magnet segments to be arranged axially between the first and second groups of magnet segments, so that the reinforcing layer is in contact with either only the first group or the second group of magnet segments.
  • the magnet segments of the magnet elements are each axially separated from one another by a reinforcing layer running in a radial plane.
  • One of the core ideas of the invention is therefore to use the segmentation of the magnetic elements not only to reduce eddy currents, but also to introduce a reinforcing layer in the adhesive gap between two adjacent magnetic segments in addition to an adhesive, which preferably dissipates the centrifugal forces radially inwards into the rotor shaft and/or, for example, tangentially to a ring stress.
  • the reinforcing layers could be introduced into the magnet stack in every segmentation gap or just at intervals.
  • a radially outer bandage of the rotor can have a very small radial thickness.
  • a radially outer bandage of the rotor can be dispensed with.
  • the reinforcement layers are preferably made of materials with low electrical conductivity and high rigidity and strength, which makes modern fiber composites such as carbon fiber reinforced plastics particularly suitable. These can be produced or incorporated into the rotor structure, for example, by gluing or by direct lamination in a fiber composite process such as prepreg, wet laminate or RTM.
  • the reinforcement layers preferably overlap the magnet segments over their entire surface in order to maximize the adhesive surface.
  • a partial overlap, possibly also through a step in a magnet segment, to maximize the magnet material at the air gap would be conceivable, as would a continuous or local folding of the reinforcement layer on the outer diameter of a magnet segment in order to generate an additional form fit.
  • Such an embodiment can be particularly advantageous in a rotor configuration with center magnets of a Hallbach array.
  • a rotor is the rotating part of an electrical machine.
  • the rotor comprises in particular a rotor shaft.
  • the rotor shaft can be hollow, which on the one hand results in a weight saving and on the other hand allows the supply of lubricant or coolant to the rotor body.
  • a rotor body is understood to mean the rotor without the rotor shaft.
  • the rotor body can, for example, be composed of a rotor lamination stack and the Permanent magnets and any axial cover parts that may be present to close the pockets. It is also conceivable that the permanent magnets are not positioned in pockets, but as surface magnets in the rotor body.
  • a rotor shaft is a rotatably mounted shaft of an electrical machine to which the rotor or rotor body is rotationally coupled.
  • the magnetic elements can be designed as permanent magnets, for example.
  • the magnetic elements are preferably designed to be essentially identical.
  • the permanent magnets can preferably be selected from the group of neodymium-iron-boron (NdFeB) magnets, samarium-cobalt (SmCo) magnets, ferrite magnets or alnico magnets.
  • NdFeB magnets are among the strongest permanent magnets currently commercially available and are therefore particularly suitable for high-performance applications where a high magnetic field strength is required.
  • SmCo magnets are also powerful permanent magnets with high magnetic energy, which are particularly characterized by high temperature resistance.
  • Ferrite magnets also known as ceramic magnets, are inexpensive and have good resistance to corrosion and demagnetization.
  • Alnico magnets consist of an alloy of aluminum, nickel, cobalt and iron. They are characterized by high remanence (residual magnetization) and good temperature resistance. Alnico magnets are often used in applications where high magnetic stability and good resistance to extreme temperatures are required.
  • the magnet elements have the same number of magnet segments. It is also preferred that all magnet segments are shaped substantially identically. By using identical magnet segments, a standardized manufacturing process can be applied. This enables mass production of the magnets, resulting in efficient and cost-effective manufacturing. Using identical shapes reduces the complexity and the number of different parts that need to be manufactured and managed. If all magnet segments are identical, assembly of the rotor is also easier and faster. The segments can be joined together in a repetitive and uniform manner without the need for complicated adjustment or individual alignment is required. This facilitates automated assembly and reduces working time and susceptibility to errors. Identical magnet segments also enable easier replacement in the event of repair or maintenance.
  • a magnet segment If a magnet segment is damaged, it can easily be replaced with an identical segment without the need for specific adjustments or adjustments to the magnetic configuration of the rotor. This makes maintenance easier and reduces machine downtime.
  • the use of identical magnet segments can also make the design of the rotor more flexible.
  • the same shape of the segments allows the number of segments or the magnetic arrangement to be varied to meet the specific requirements of the application. This enables an optimized design of the rotor and adaptation to different power and application areas. Finally, this can also achieve a high level of consistency in the magnetic properties of the rotor, since all segments go through the same manufacturing process and therefore have similar magnetic properties, which can help to generate a uniform magnetic field.
  • the electrical machine can be designed in particular as a rotary machine.
  • the rotary machine can be configured in particular as a radial flux machine.
  • a radial flux machine is characterized by the fact that the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in a radial direction.
  • the gap between the rotor and the stator is referred to as the air gap.
  • this is a gap that is circular in cross-section and has a radial width that corresponds to the distance between the rotor body and the rotor body.
  • the electrical machine in principle, in connection with this invention, it is also possible for the electrical machine to be designed as an axial flux machine.
  • the electric machine can further comprise a control device.
  • a control device as can be used in the present invention is used in particular for the electronic control and/or regulation of one or more technical systems of the electrical machine.
  • the electric machine is particularly intended for use within a drive train of a hybrid or fully electric motor vehicle.
  • the electric machine is dimensioned such that vehicle speeds of greater than 50 km/h, preferably greater than 80 km/h and in particular greater than 100 km/h can be achieved.
  • the electric motor particularly preferably has an output of greater than 30 kW, preferably greater than 50 kW and in particular greater than 70 kW.
  • the electric machine provides rotational speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, very particularly preferably greater than 12,500 rpm, most preferably greater than 25,000 rpm.
  • the electric machine can preferably also be installed in an electrically operated axle drive train.
  • An electric axle drive train of a motor vehicle comprises an electric machine and a transmission, wherein the electric machine and the transmission form a structural unit.
  • the electric machine and the transmission are arranged in a common drive train housing.
  • a drive train housing can also form a connection structure for the electric machine.
  • the electric machine it would of course also be possible for the electric machine to have a motor housing and the transmission to have a transmission housing, wherein the structural unit can then be effected by fixing the transmission relative to the electric machine.
  • This structural unit is sometimes also referred to as an E-axle.
  • the reinforcement layers and the magnet segments are connected to one another in a material-locking manner.
  • the respective reinforcement layers are connected to the magnet segments by means of an adhesive connection, which in terms of production technology is has proven to be particularly advantageous.
  • Adhesives that are suitable for connecting reinforcement layers and magnet segments can, for example, be selected from the group of epoxy resins, polyurethanes or acrylates. Both the reinforcement layer and the magnet segments can be ground or sandblasted or otherwise activated before bonding to ensure better adhesion of the adhesive.
  • the adhesive can be applied to one or both sides, depending on the design requirements.
  • the adhesive can preferably be cured at room temperature or by means of heat treatment. It would also be possible to connect the reinforcement layers and the magnet elements by means of hot gluing.
  • the reinforcement layer can also be directly impregnated with a resin. This can be done as a prepreg, wet laminate or using the RTM injection process.
  • the reinforcement layers and the magnet segments could be connected by means of sintering. In this case, a firm connection is created between the reinforcement layers and the magnet segments using pressure and heat. It is advantageous if the corresponding surface of the reinforcement layer is made of a metallic material.
  • the reinforcing layers are made from a fiber-reinforced material.
  • the reinforcing layers are particularly preferably made from a fiber-reinforced plastic.
  • the reinforcement layers preferably have a layer thickness of between 0.005-1 mm, preferably between 0.0075-0.5, most preferably between 0.02-0.2 mm.
  • the use of thin reinforcement layers can improve the magnetic flux density of the machine, as this enables a higher magnetic fill factor to be achieved.
  • the low layer thickness of the reinforcement layers enables a higher degree of lamination of the magnets with a good fill factor. This also reduces eddy current losses, as this reduces the cross section for the eddy current paths, which leads to lower losses and improved energy efficiency.
  • a thinner reinforcement layer also leads to less material being used and This results in a lower weight for both the rotor and the stator. It also makes installation easier in applications where space is limited.
  • the rotor can also have a lower inertia, which enables higher speeds. This is particularly advantageous in applications where high speeds are required, such as in electric vehicles or high-speed machines.
  • the reinforcement layers are preferably designed to be essentially identical.
  • the reinforcement layers can be designed as a segment or as a ring, or a combination of both.
  • the individual reinforcement layers can overlap or be offset tangentially to one another.
  • the fiber orientation of the reinforcement layers is preferably radial and/or tangential, only very small circular currents (eddy currents) are formed. This means that, unlike with a bandage, fibers can also be used that have a low electrical conductivity.
  • the reinforcement layers are not made of magnetic material or material that conducts magnetic flux, which is generally preferred.
  • the reinforcement layers can be made of magnetic material or material that conducts magnetic flux, since the reinforcement layers in a permanently excited rotor configured for a radial flux machine are not in the magnetic, radial flux direction and therefore do not hinder it.
  • the rotor does not have an outer bandage.
  • the absence of an outer bandage minimizes the eddy current losses in the machine.
  • eddy currents can occur in the bandage, which can lead to losses and heating.
  • Omitting the outer bandage these losses are reduced and the efficiency of the machine is improved. Omitting the outer bandage also simplifies the manufacture and assembly of the rotor. Need to manufacture, machine and assemble the bandage separately. This can lead to cost and time savings in production.
  • the elimination of the bandage makes it possible to reduce the magnetic air gap, which leads to an increase in the torque yield.
  • the elimination of the bandage which can be seen as a thermal barrier layer, enables significantly improved heat dissipation of the rotor via the stator cooling, since the rotor losses can be transferred directly to the stator package.
  • the rotor is configured as a permanently excited rotor for a radial flux machine.
  • the magnetic elements are designed as surface magnets on the rotor.
  • the magnetic elements are therefore preferably not arranged in pockets of the rotor body.
  • the surface magnets are in direct contact with the air gap between the stator and the rotor of a radial flux machine with their radially outer surface.
  • Surface magnets are often used in permanently excited rotors of electrical machines, such as in permanent magnet synchronous machines (PMSM) or permanent magnet direct current machines (PMDC).
  • PMSM permanent magnet synchronous machines
  • PMDC permanent magnet direct current machines
  • These magnets can be made of neodymium iron boron (NdFeB) or samarium cobalt (SmCo), for example, since these materials have high magnetic energy and good magnetic properties.
  • the construction of surface magnets in a permanent magnet rotor consists of several steps. First, the magnets are formed into the desired shape, which can vary depending on the application. Preferably, they are manufactured in a rectangular or trapezoidal shape to ensure optimal magnetic utilization. The magnets can then be attached to a metal or plastic surface, such as an inner ring, using a special adhesive or resin. This surface can either be part of the rotor or applied to the rotor.
  • One advantage of surface magnets is their high magnetic field strength and efficiency compared to other excitation methods. They offer improved power density, lower weight and inertia, higher speed and better responsiveness to load changes. These advantages are particularly evident in surface magnets in a "Halbach arrangement". In addition, they enable a compact design of the machine and reduce the energy loss associated with excitation.
  • the magnetic elements each have a first end face and a second end face and the reinforcing layers cover the end faces, at least in sections, preferably completely.
  • Complete coverage has the advantage, for example, of a particularly good adhesive bond and thus a good force transmission from a magnetic segment to a reinforcing layer.
  • At least two axially spaced reinforcement layers are connected to one another. This makes it possible in particular to achieve the effect that a reinforcement layer can be placed around the rotor magnet segments, which can bring advantages in terms of manufacturing. Furthermore, such a connection of reinforcement layers can lead to improved power transmission.
  • the invention can also be further developed in such a way that the rotor is made of laminated material and that a reinforcing layer runs between at least one group of the rotor sheets. It would therefore also be conceivable to additionally reinforce laminated rotors for high-speed applications using fiber composite layers. Such reinforcing layers can preferably also overlap with inner rings placed on the inner diameter of the magnet segments, which absorb the forces of the magnet segments and transmit the torque.
  • the reinforcement layers are designed in the form of circular disks. This means that forces occurring during operation can be transmitted in both the circumferential and radial directions. In principle, however, shapes of the reinforcement layers other than the circular disk are also possible. For example, it would also be conceivable for the reinforcement layers to be designed as radially extending web-like elements that run like rays of sunshine from the radially inside to the outside, but are not connected in the circumferential direction.
  • the rotor has a plurality of inner rings, on which the magnet segments rest radially and to which the reinforcement layers are fixed.
  • These inner rings can also be made of fiber composite material.
  • the inner rings can also take over the correct positioning of the magnet segments when assembling the rotor.
  • the inner rings also advantageously produce the force and torque transmission by means of a force or form fit to the rotor shaft.
  • the number of inner rings corresponds to the number of magnet segments per magnet element, which can contribute to a particularly uniform power transmission and a particularly high speed stability of the rotor.
  • Such an electric machine with a permanently excited rotor can help create powerful and efficient electric drives that can be used in various applications such as electric vehicles, industrial robots, wind turbines and other fields.
  • the invention will be explained in more detail below with reference to figures without limiting the general inventive concept.
  • Figure 1 shows a radial flow machine in an axial section view
  • Figure 2 shows a rotor section in an exploded view
  • Figure 3 shows a first embodiment of a magnet segment reinforcement layer configuration in a schematic axial sectional view
  • Figure 4 shows a second embodiment of a magnet segment reinforcement layer configuration in a schematic axial sectional view
  • Figure 5 shows a third embodiment of a magnet segment reinforcement layer configuration in a schematic axial sectional view.
  • Figure 1 shows a rotor 1 for an electric radial flow machine 2 comprising a plurality of magnetic elements 3 which are arranged distributed over the circumference in the rotor 1, wherein the magnetic elements 3 are each formed from magnetic segments 4 which are fixed axially to one another.
  • the individual magnetic elements 3 lie against one another in the circumferential direction, which can be clearly seen from Figure 2.
  • the individual magnetic segments 4 are designed to be essentially identical.
  • the rotor 1 constructed in this way is arranged between the cylindrical ring-like stator 10 of the radial flow machine 2. Even though Figure 1 shows a radial flux machine 2, it is of course understood that a rotor 1 according to the invention can also be used for an axial flux machine.
  • the magnet segments 4 are each separated from one another by a reinforcing layer 6 running in a radial plane 5, which can be clearly seen from a comparison of Figure 1 with Figure 2.
  • the respective reinforcing layers 6 are connected to the magnet elements 4 by means of an adhesive bond.
  • the reinforcement layers 6 are made of a fiber-reinforced material.
  • the magnetic elements 3 each have a first end face 7 and a second end face 8, with the ring-disk-like reinforcement layers 6 completely covering the end faces 7, 8.
  • the rotor 1 further comprises a plurality of inner rings 9, against which the magnet segments 4 rest radially and to which the reinforcement layers 6 are fixed.
  • the number of inner rings 9 preferably corresponds to the number of magnet segments 9 per magnet element 3.
  • the rotor 1 can also have a first group 11 of magnet segments 4 and a second group 12 of magnet segments 4 axially spaced from the first group 11, wherein one or more reinforcing layers 6 can be arranged in various ways between these groups 11, 12.
  • two reinforcement layers 6 are arranged in the rotor 1, but between the two reinforcement layers 6 a magnet segment from the first group 11 and the second group 12 lie axially directly against each other.
  • Figure 5 shows a further preferred embodiment of the rotor 1, in which a reinforcing layer 6 is present between all magnet segments of the groups 11, 12, which leads to a particularly good and secure radial fixation of the magnet segments 4, in particular in high-speed applications.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine elektrische Maschine (2), umfassend eine Mehrzahl an Magnetelemente (3) die über den Umfang verteilt in dem Rotor (I) angeordnet sind, wobei die Magnetelemente (3) jeweils aus axial zueinander fixierten Magnetsegmenten (4) gebildet sind, wobei wenigstens eine erste Gruppe (11) der Magnetsegmente (4) und eine axial zur ersten Gruppe (11 ) beabstandete zweite Gruppe (12) der Magnetsegmente (4) durch eine in einer Radialebene (5) verlaufende Verstärkungslage (6) voneinander getrennt sind.

Description

Rotor und elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine umfassend eine Mehrzahl an Magnetelemente, die über den Umfang verteilt in dem Rotor angeordnet sind, wobei die Magnetelemente jeweils aus axial zueinander fixierten Magnetsegmenten gebildet sind. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
Eine besondere Herausforderung bei der Herstellung und dem Betrieb eines Rotors einer elektrischen Maschine stellt die Gestaltung und die Anordnung der Magnetelemente in einem Rotor dar.
Derartige Rotoren von Innenläufern mit Oberflächenmagneten werden, vor allem in Anwendungen mit hohen Drehzahlen, mit einer vorgespannten Bandage versehen, um ein fliehkraftbedingtes Abheben der Magnete zu vermeiden. Eine direktes Aufkleben der Magnete lässt sich häufig nicht sicher auslegen und wird daher vermieden. Eine Bandagierung lässt sich sehr einfach auslegen und kann durch moderne Faserverbundwerkstoffe sehr dünn und mit wenig oder frei von Wirbelstromverlusten ausgelegt werden. Allerdings bleibt immer der vergrößerte magnetische Luftspalt durch die Wandstärke der Bandage als Nachteil dieses Systems.
Es ist grundsätzlich bekannt, dieses Problem durch eine formschlüssige Aufnahmen der Magnete zu umgehen, wie es beispielsweise in der DE102008055893A1 beschrieben ist. Dafür muss aber zum einen Magnetmaterial durch strukturelles Material, insbesondere nah am Luftspalt, ersetzen werden, und zum anderen sind diese aufgrund der resultierend hohen lokalen Spannungen und der brüchigen Natur von Seltene-Erd-Magneten auch nur begrenzt für hohe bis sehr hohe Drehzahlen geeignet.
Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Auslegung von Rotoren von hochdrehenden elektrischen Maschinen ist die Reduktion von Wirbelströmen. Diese bilden sich in jedem leitfähigen Material im Wechselfeld des Motors, in der normalen Ebene zu den Magnetfeldlinien aus. Je größer hier eine solche Fläche und je größer die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes, desto größer werden diese Ströme und deren resultierenden Verluste. Daher ist es gängige Praxis, alle leitfähigen Materialien, wie beispielsweise das Eisen oder die Magnete zu segmentieren. Im Eisen werden zu diesem Zweck Blechpakete aus dünnen, z.B. mit Backlack verklebten Lamellen verwendet.
Bei Permanentmagneten muss die Segmentierung aufgrund der geringeren Leitfähigkeit und des weniger stark wechselnden Magnetfeldes nicht so fein ausfallen, allerdings werden für sehr anspruchsvolle Anwendungen Segmentierungen von wenigen Millimetern bis hin zu 0,5mm genutzt. Diese Segmente werden dann z.B. zu Stapeln verklebt und danach magnetisiert.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung einen Rotor einer elektrischen Maschine bereitzustellen, der hinsichtlich seiner Herstellung und Verwendung in Hochdrehzahlanwendungen optimiert ist. Es ist ebenfalls die Aufgabe der Erfindung eine verbesserte elektrische Maschine zu realisieren. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor für eine elektrische Maschine, umfassend eine Mehrzahl an Magnetelemente, die über den Umfang verteilt in dem Rotor angeordnet sind, wobei die Magnetelemente jeweils aus axial zueinander fixierten Magnetsegmenten gebildet sind, wobei eine erste Gruppe der Magnetsegmente und wenigstens eine axial zur ersten Gruppe beabstandete zweite Gruppe der Magnetsegmente durch eine in einer Radialebene verlaufende Verstärkungslage voneinander getrennt sind.
Bevorzugt sind die erste Gruppe der Magnetsegmente und die zweite Gruppe der Magnetsegmente axial direkt benachbart, so dass die Verstärkungslage sowohl mit der ersten Gruppe der Magnetsegmente als auch mit der zweiten Gruppe der Magnetsegmente in Kontakt steht. Es wäre jedoch auch denkbar, dass axial zwischen der ersten und zweiten Gruppe von Magnetsegmenten eine weitere Gruppe von Magnetsegmenten angeordnet ist, so dass die Verstärkungslage entweder nur mit der ersten Gruppe oder der zweiten Gruppe von Magnetsegmenten in Kontakt steht.
Höchst bevorzugt sind die Magnetsegmente der Magnetelemente jeweils durch eine in einer Radialebene verlaufenden Verstärkungslage axial voneinander getrennt.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Magnetelemente sicher an bzw. in einem Rotor befestigt werden können, ohne den magnetischen Luftspalt zusätzlich zu vergrößern oder größere Anteile des Magnetmaterials zu verdrängen. Einer der Kerngedanken der Erfindung besteht somit darin, die Segmentierung der Magnetelemente nicht nur zur Reduktion von Wirbelströmen zu verwenden, sondern beispielsweise in dem Klebespalt zwischen zwei benachbarten Magnetsegmenten neben einem Klebstoff auch eine Verstärkungslage einzubringen, die die Fliehkräfte bevorzugt radial nach Innen in die Rotorwelle und/oder beispielsweise tangential zu einer Ringspannung abtragen. Die Verstärkungslagen könnten je nach Anwendung in jedem Segmentierungsspalt oder auch nur in Abständen in die Magnetstapel eingebracht sein. Dadurch kann die mechanische Fixierung der Magnetsegmente mit minimalstem Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des Rotors verwirklicht werden. Bevorzugt kann eine radial äußere Bandage des Rotors eine radial sehr geringe Dicke aufweisen. Höchst bevorzugt kann auf eine radial äußere Bandage des Rotors verzichtet werden.
Bevorzugt sind die Verstärkungslagen aus Materialien mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit und einer hohen Steifigkeit und Festigkeit hergestellt, wodurch sich besonders moderne Faserverbunde wie z.B. kohlefaserverstärkte Kunststoffe anbieten. Diese können beispielsweise durch Verkleben oder durch direktes Einlaminieren in einem Faserverbundprozess, wie Prepreg, Nasslaminat oder RTM hergestellt bzw. in die Rotorstruktur eingebracht werden.
Die Verstärkungslagen überlappen vorzugsweise die Magnetsegmente auf ganzer Fläche, um die Klebefläche zu maximieren. Eine nur teilweise Überlappung, eventuell auch durch einen Absatz in einem Magnetsegment, zur Maximierung des Magnetmaterials am Luftspalt, wäre denkbar, genauso wie ein durchgängiges oder lokales Umklappen der Verstärkungslage am Außendurchmesser eines Magnetsegments, um einen zusätzlichen Formschluss zu generieren. Eine derartige Ausführungsform kann insbesondere bei einer Rotorkonfiguration mit Mittelmagneten eines Hallbach-Arrays besonders vorteilhaft sein.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst insbesondere eine Rotorwelle. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt.
Unter einem Rotorkörper wird im Sinne der Erfindung demnach der Rotor ohne Rotorwelle verstanden. Der Rotorkörper kann sich beispielsweise aus einem Rotorblechpaket zusammensetzen sowie den in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachten oder den umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierten Permanentmagneten sowie ggf. vorhandenen axialen Deckelteilen zum Verschließen der der Taschen. Auch ist es denkbar, dass die Permanentmagneten nicht in Taschen, sondern als Oberflächenmagneten in dem Rotorkörper positioniert sind. Als Rotorwelle wird eine drehbar gelagerte Welle einer elektrischen Maschine bezeichnet, mit der der Rotor bzw. Rotorkörper drehtest gekoppelt ist.
Die Magnetelemente können beispielsweise als Permanentmagnete ausgeführt sein. Bevorzugt sind die Magnetelemente im Wesentlichen identisch ausgeführt. Die Permanentmagnete können bevorzugt ausgewählt sein aus der Gruppe der Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) Magnete, Samarium-Kobalt (SmCo) Magnete, der Ferritmagnete oder der Alnico-Magnete. NdFeB-Magnete gehören zu den derzeit stärksten kommerziell erhältlichen Permanentmagneten und sind daher besonders geeignet für Hochleistungsanwendungen, bei denen eine hohe magnetische Feldstärke erforderlich ist. SmCo-Magnete sind ebenfalls leistungsstarke Permanentmagnete mit hoher magnetischer Energie, die sich insbesondere durch eine hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnen. Ferritmagnete, auch bekannt als keramische Magnete, sind kostengünstig und haben eine gute Beständigkeit gegenüber Korrosion und Demagnetisierung. Alnico-Magnete bestehen aus einer Legierung von Aluminium, Nickel, Kobalt und Eisen. Sie zeichnen sich durch eine hohe Remanenz (Restmagnetisierung) und eine gute Temperaturbeständigkeit aus. Alnico-Magnete werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine hohe magnetische Stabilität und eine gute Beständigkeit gegenüber extremen Temperaturen erforderlich sind.
Bevorzugt weisen die Magnetelemente die gleiche Anzahl an Magnetsegmenten auf. Ferner ist es bevorzugt, dass alle Magnetsegmente im Wesentlichen identisch ausgeformt sind. Durch die Verwendung identischer Magnetsegmente kann ein standardisierter Fertigungsprozess angewendet werden. Dies ermöglicht eine Massenproduktion der Magnete, was zu einer effizienten und kostengünstigen Herstellung führt. Die Verwendung identischer Formen reduziert die Komplexität und die Anzahl der verschiedenen Teile, die hergestellt und verwaltet werden müssen. Wenn alle Magnetsegmente identisch sind, ist darüber hinaus auch die Montage des Rotors einfacher und schneller. Die Segmente können in einer wiederholenden und einheitlichen Weise zusammengefügt werden, ohne dass eine komplizierte Anpassung oder individuelle Ausrichtung erforderlich ist. Dies erleichtert die automatisierte Montage und verringert die Arbeitszeit und Fehleranfälligkeit. Identische Magnetsegmente ermöglichen des Weiteren einen einfacheren Austausch im Falle einer Reparatur oder Wartung. Wenn ein Magnetsegment beschädigt ist, kann es leicht durch ein identisches Segment ersetzt werden, ohne dass spezifische Anpassungen oder Anpassungen an die magnetische Konfiguration des Rotors erforderlich sind. Dies erleichtert die Instandhaltung und reduziert die Ausfallzeiten der Maschine. Ferner kann auch durch die Verwendung identischer Magnetsegmente die Konstruktion des Rotors flexibler gestaltet werden. Die gleiche Form der Segmente ermöglicht eine Variation der Anzahl der Segmente oder der magnetischen Anordnung, um den spezifischen Anforderungen der Anwendung gerecht zu werden. Dies ermöglicht eine optimierte Auslegung des Rotors und eine Anpassung an unterschiedliche Leistungs- und Anwendungsbereiche. Schließlich kann hierdurch auch eine hohe Konsistenz der magnetischen Eigenschaften des Rotors erreicht werden, da alle Segmente den gleichen Herstellungsprozess durchlaufen und entsprechend ähnliche magnetische Eigenschaften aufweisen, was dazu beitragen kann ein gleichmäßiges magnetisches Feld zu erzeugen.
Die elektrische Maschine kann insbesondere als Rotationsmaschine ausgebildet sein. Die Rotationsmaschine kann insbesondere als Radialflussmaschine konfiguriert sein. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken. Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das ein im Querschnitt kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Rotorkörper entspricht.
Grundsätzlich ist es im Zusammenhang mit dieser Erfindung auch möglich, dass die elektrische Maschine als Axialflussmaschine ausgeführt ist.
Die elektrische Maschine kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen. Eine Steuereinrichtung, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, dient insbesondere der elektronischen Steuerung und/oder Reglung eines oder mehrerer technischer Systeme der elektrischen Maschine.
Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf.
Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/rnin, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/rnin, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/rnin, höchst bevorzugt größer als 25.000 U/rnin bereitstellt.
Die elektrische Maschine kann bevorzugt auch in einem elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang verbaut sein. Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine elektrische Maschine und ein Getriebe, wobei die elektrische Maschine und das Getriebe eine bauliche Einheit bilden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und das Getriebe in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Insbesondere bevorzugt kann ein derartiges Antriebsstranggehäuse auch eine Anschlussstruktur für die elektrische Maschine bilden. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
Es ist bevorzugt, dass die Verstärkungslagen und die Magnetsegmente stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann in diesem Zusammenhang auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Verstärkungslagen mittels einer Klebstoffverbindung an den Magnetsegmenten angebunden sind, was sich fertigungstechnisch als besonders günstig erwiesen hat. Klebstoffe, die für die Verbindung von Verstärkungslagen und Magnetsegmenten geeignet sind, können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Epoxidharze, Polyurethane oder Acrylate. Sowohl die Verstärkungslage als auch die Magnetsegmente können vor der Verklebung geschliffen oder gesandstrahlt, oder in anderweitig aktiviert werden, um eine bessere Haftung des Klebstoffs zu gewährleisten. Es kann eine einseitige oder beidseitige Klebstoffapplikation erfolgen, abhängig von den konstruktiven Anforderungen. Die Aushärtung des Klebstoffs kann bevorzugt bei Raumtemperatur oder mittels einer Wärmebehandlung erfolgen. Auch wäre es möglich, die Verstärkungslagen und die Magnetelemente mittels Heißklebens zu verbinden. Auch kann die Verstärkungslage direkt mit einem Harz getränkt sein. Dies kann als Prepreg, Nasslaminat oder mittels RTM-Injektionsverfahren ausgeführt werden.
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass die Verstärkungslagen und die Magnetsegmente mittels Sinterns verbunden sind. Hierbei wird durch Druck und Wärme eine feste Verbindung zwischen den Verstärkungslagen und den Magnetsegmenten hergestellt. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die entsprechende Oberfläche der Verstärkungslage aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Verstärkungslagen aus einem faserverstärkten Werkstoff hergestellt sind. Besonders bevorzugt sind die Verstärkungslagen aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt.
Bevorzugt weisen die Verstärkungslagen eine Schichtdicke zwischen 0,005-1 mm, bevorzugt zwischen 0,0075-0,5, höchst bevorzugt zwischen 0,02. -0,2 mm auf. Durch die Verwendung dünner Verstärkungslagen kann die magnetische Flussdichte der Maschine verbessert werde, da hierdurch ein höherer magnetischer Füllfaktor realisiert werden kann. Durch geringe Schichtdicke der Verstärkungslagen ist ein höherer Laminierungsgrad der Magnete, bei gutem Füllfaktor möglich. Hierdurch werden auch die Wirbelstromverluste reduziert, da hierdurch der Querschnitt für die Wirbelstrompfade verringert wird, was zu geringeren Verlusten und einer verbesserten Energieeffizienz führt. Eine dünnere Verstärkungslage führt darüber hinaus zu einem geringeren Materialeinsatz und somit zu einem geringeren Gewicht des Rotors wie auch des Stators. Ferner wird auch der Einbau in Anwendungen mit begrenztem Platzangebot erleichtert. Schließlich kann durch die Verwendung dünnerer Verstärkungslagen der Rotor auch eine geringere Massenträgheit aufweisen, was höhere Drehzahlen ermöglicht. Dies ist besonders vorteilhaft in Anwendungen, bei denen hohe Drehzahlen erforderlich sind, wie beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder Hochgeschwindigkeitsmaschinen.
Die Verstärkungslagen sind bevorzugt im Wesentlichen identischen ausgeführt. Die Verstärkungslagen können als Segment oder als Ring, oder eine Verbindung von Beiden ausgeführt werden. Die einzelnen Verstärkungslagen können sich überlappen oder tangential zueinander versetzt sein.
Da die Faserorientierung der Verstärkungslagen bevorzugt radial- und/oder tangential ausgerichtet sind, bilden sich nur sehr geringe Kreisströme (Wirbelströme) aus. Somit können, anders als bei einer Bandage, auch Fasern eingesetzt werden, die eine geringfügig elektrische Leitfähigkeit besitzen.
Auch ist es denkbar, dass die Verstärkungslagen nicht magnetischem bzw. den Magnetfluss leitenden Material gebildet sind, was regelmäßig zu bevorzugen ist. Dennoch ist es auch möglich, dass die Verstärkungslagen aus magnetischem bzw. den Magnetfluss leitenden Material geformt sein können, da die Verstärkungslagen bei einem für eine Radialflussmaschine konfigurierten permanenterregten Rotor nicht in magnetischer, radialer Flussrichtung liegen und diesen folglich auch nicht behindern.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass der Rotor keine äußere Bandage aufweist. Durch das Fehlen einer äußeren Bandage werden die Wirbelstromverluste in der Maschine minimiert. In einer Maschine mit äußerer Bandage können Wirbelströme in der Bandage auftreten, was zu Verlusten und Erwärmung führen kann. Durch den Verzicht auf die äußere Bandage werden diese Verluste verringert und die Effizienz der Maschine verbessert. Das Weglassen der äußeren Bandage vereinfacht ferner auch die Fertigung und Montage des Rotors. Es entfällt die Notwendigkeit, die Bandage separat herzustellen, zu bearbeiten und zu montieren. Dies kann zu Kosten- und Zeitersparnissen bei der Produktion führen.
Der Wegfall der Bandage macht es möglich, den magnetischen Luftspalt zu reduzieren, was zu einer Erhöhung der Drehmomentausbeute führt. Der Wegfall der Bandage, die als thermische Sperrschicht zu sehen ist, ermöglicht eine deutlich verbesserte Entwärmung des Rotors über die Statorkühlung, da die Rotorverluste direkt an das Statorpaket abgegeben werden können.
Besonders bevorzugt ist der Rotor als permanenterregter Rotor für eine Radialflussmaschine konfiguriert.
Des Weiteren ist es zu bevorzugen, dass die Magnetelemente als Oberflächenmagneten an dem Rotor ausgeführt sind. Bevorzugt sind die Magnetelemente somit nicht in Taschen des Rotorkörpers angeordnet. Weiter bevorzugt stehen die Oberflächenmagnete mit ihrer radial äußeren Mantelfläche in direkten Kontakt mit dem Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor einer Radialflussmaschine. Oberflächenmagnete werden häufig in permanent erregten Rotoren elektrischer Maschinen verwendet, wie beispielsweise in Permanentmagnet-Synchronmaschinen (PMSM) oder Permanentmagnet- Gleichstrommaschinen (PMDC). Diese Magnete können beispielsweise aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) oder Samarium-Kobalt (SmCo) hergestellt sein, da diese Materialien eine hohe magnetische Energie und gute magnetische Eigenschaften aufweisen.
Der Aufbau von Oberflächenmagneten in einem permanent erregten Rotor besteht aus mehreren Schritten. Zunächst werden die Magnete in die gewünschte Form gebracht, die je nach Anwendung variieren kann. In bevorzugter Weise werden sie in rechteckiger oder trapezförmiger Form hergestellt, um eine optimale magnetische Ausnutzung zu gewährleisten. Anschließend können die Magnete mit einem speziellen Kleber oder Harz auf einer Metall- oder Kunststoffoberfläche, beispielsweise eines Innenrings, befestigt werden. Diese Oberfläche kann entweder ein Teil des Rotors sein oder auf den Rotor aufgebracht werden. Ein Vorteil von Oberflächenmagneten liegt in ihrer hohen magnetischen Feldstärke und Effizienz im Vergleich zu anderen Erregungsmethoden. Sie bieten eine verbesserte Leistungsdichte, geringeres Gewicht und geringere Trägheit, eine höhere Drehzahl und eine bessere Reaktionsfähigkeit auf Laständerungen. Diese Vorteile kommen besonders bei Oberflächenmagnete in „Halbach-Anordnung“ zum Tragen. Darüber hinaus ermöglichen sie eine kompakte Bauweise der Maschine und reduzieren den Energieverlust, der mit der Erregung verbunden ist.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Magnetelemente jeweils eine erste Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche aufweisen und die Verstärkungslagen die Stirnflächen, zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, überdecken. Eine vollständige Überdeckung hat beispielsweise den Vorteil einer besonders guten Klebstoffanbindung und hierdurch einer guten Kraftübertragung von einem Magnetsegment in eine Verstärkungslage.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass wenigstens zwei axial beabstandete Verstärkungslagen miteinander verbunden sind. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass sich eine Verstärkungslage um die Rotormagnetsegmente legen lässt, was fertigungstechnische Vorteile mit sich bringen kann. Ferner kann eine derartige Verbindung von Verstärkungslagen zu einer verbesserten Kraftübertragung führen.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Rotor geblecht ausgeführt ist und das eine Verstärkungslage zwischen wenigstens einer Gruppe der Rotorbleche verläuft. Es wäre somit auch denkbar, geblechte Rotoren für hochdrehende Anwendungen zusätzlich durch Faserverbundlagen zu verstärken. Derartige Verstärkungslagen können bevorzugt auch mit am Innendurchmesser der Magnetsegmente eingebrachten Innenringen überlappen, welche die Kräfte der Magnetsegmente aufnehmen und das Drehmoment weiter übertragen. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Verstärkungslagen kreisringscheibenartig ausgeführt sind. Hierdurch können grundsätzlich im Betrieb auftretende Kräfte in Umfangsrichtung wie auch in Radialrichtung übertragen werden. Grundsätzlich sind aber auch von der Kreisringscheibe abweichende Ausformungen der Verstärkungslagen möglich. So wäre es beispielsweise auch denkbar, dass die Verstärkungslagen als radial verlaufende stegartige Elemente ausgebildet sind, die sonnenstrahlartig von radial innen nach außen verlaufen, aber in Umfangsrichtung nicht in Verbindung stehen.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Rotor eine Mehrzahl von Innenringen aufweist, an dem die Magnetsegmente radial anliegen und an denen die Verstärkungslagen fixiert sind. Diese Innenringe können ebenfalls aus Faserverbundmaterial hergestellt sein. Die Innenringe können außerdem die korrekte Positionierung der Magnetsegmente beim Zusammenbau des Rotors übernehmen. Die Innenringe stellen vorteilhafter Weise auch die Kraft- und Drehmomentübertragung mittels eines Kraft- oder Formschlusses zur Rotorwelle her.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Innenringe der Anzahl der Magnetsegmente pro Magnetelement entspricht, was zu einer besonders gleichmäßigen Kraftübertragung und besonders hohen Drehzahlfestigkeit des Rotors beitragen kann.
Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein, durch eine elektrische Maschine umfassend einen Rotor nach einem der Ansprüche 1-9.
Eine derartige elektrische Maschine mit einem permanent erregten Rotor kann dazu beitragen, leistungsstarke und effiziente elektrische Antriebe zu schaffen, die in verschiedenen Anwendungen wie Elektrofahrzeugen, Industrierobotern, Windkraftanlagen und anderen Bereichen eingesetzt werden können. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 eine Radialflussmaschine in einer Axialschnittansicht,
Figur 2 einen Rotorausschnitt in einer Explosionsdarstellung,
Figur 3 eine erste Ausführungsform einer Magnetsegment- Verstärkungslagenkonfiguration in einer schematischen Axialschnittansicht,
Figur 4 eine zweite Ausführungsform einer Magnetsegment- Verstärkungslagenkonfiguration in einer schematischen Axialschnittansicht,
Figur 5 eine dritte Ausführungsform einer Magnetsegment- Verstärkungslagenkonfiguration in einer schematischen Axialschnittansicht.
Die Figur 1 zeigt einen Rotor 1 für eine elektrische Radialflussmaschine 2 umfassend eine Mehrzahl an Magnetelementen 3, die über den Umfang verteilt in dem Rotor 1 angeordnet sind, wobei die Magnetelemente 3 jeweils aus axial zueinander fixierten Magnetsegmenten 4 gebildet sind. Die einzelnen Magnetelemente 3 liegen in der gezeigten Ausführungsform in Umfangsrichtung aneinander an, was sich gut anhand der Figur 2 nachvollziehen lässt. Hierbei sind die einzelnen Magnetsegmente 4 im Wesentlichen identisch ausgeführt. Der so aufgebaute Rotor 1 ist zwischen in dem zylinderringartigen Stator 10 der Radialflussmaschine 2 angeordnet. Auch wenn die Figur 1 eine Radialflussmaschine 2 zeigt, so versteht es sich natürlich, dass ein erfindungsgemäßer Rotor 1 auch für eine Axialflussmaschine verwendet werden kann.
Die Magnetsegmente 4 sind jeweils durch eine in einer Radialebene 5 verlaufenden Verstärkungslage 6 voneinander getrennt, was sich gut aus der Zusammenschau der Figur 1 mit der Figur 2 nachvollziehen lässt. Die jeweiligen Verstärkungslagen 6 sind mittels einer Klebstoffverbindung an den Magnetelementen 4 angebunden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Verstärkungslagen 6 aus einem faserverstärkten Werkstoff hergestellt. Die Magnetelemente 3 verfügen jeweils über eine erste Stirnfläche 7 und eine zweite Stirnfläche 8, wobei die ringscheibenartigen Verstärkungslagen 6 die Stirnflächen 7,8 vollständig überdecken.
Der Rotor 1 weist des Weiteren eine Mehrzahl von Innenringen 9 auf, an denen die Magnetsegmente 4 radial anliegen und an denen die Verstärkungslagen 6 fixiert sind. Die Anzahl der Innenringe 9 entspricht hierbei bevorzugt der Anzahl der Magnetsegmente 9 pro Magnetelement 3.
Wie in den Figuren 3-5 zu sehen ist, kann der Rotor 1 auch eine erste Gruppe 11 von Magnetsegmenten 4 und eine axial zur ersten Gruppe 11 beabstandete zweite Gruppe 12 von Magnetsegmenten 4 aufweisen, wobei eine oder mehrere Verstärkungslagen 6 auf verschiedene Weise zwischen diesen Gruppen 11 ,12 angeordnet sein können.
In der Ausführungsform der Figur 3 ist lediglich eine Verstärkungslage 6 zwischen einer ersten Gruppe 11 und einer zweiten Gruppe 12 in dem Rotor 1 vorhanden, was zu einem axial besonders kompakt bauenden Rotor 1 führt.
In der Ausführungsform der Figur 4 sind zwei Verstärkungslagen 6 in dem Rotor 1 angeordnet, wobei jedoch zwischen den beiden Verstärkungslagen 6 ein Magnetsegment aus der ersten Gruppe 11 und der zweiten Gruppe 12 axial direkt aneinander liegen. Hierdurch kann beispielsweise ein Rotor 2 konfiguriert werden, bei dem nur jedes zweite Rotorsegment 4 mit einer Verstärkungslage 6 verbunden ist, was immer noch zu einer guten radialen Fixierung bei einem jedoch dann sehr kompakten axialen Aufbau des Rotors 1 führt.
In der Figur 5 ist eine weitere, bevorzugte Ausführungsvariante des Rotors 1 abgebildet, bei der zwischen allen Magnetsegmenten der Gruppen 11 ,12 eine Verstärkungslage 6 vorhanden ist, was zu einer besonders guten und sicheren radialen Fixierung der Magnetsegmente 4 führt, insbesondere in hochdrehenden Anwendungen.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezuqszeichenliste
1 Rotor
2 Elektrische Maschine 3 Magnetelemente
4 Magnetsegmente
5 Radialebene
6 Verstärkungslage
7 Stirnfläche 8 Stirnfläche
9 Innenringe
10 Stator
11 erste Gruppe
12 zweite Gruppe

Claims

Ansprüche
1 . Rotor (1 ) für eine elektrische Maschine (2), umfassend eine Mehrzahl an Magnetelemente (3) die über den Umfang verteilt in dem Rotor (1 ) angeordnet sind, wobei die Magnetelemente (3) jeweils aus axial zueinander fixierten Magnetsegmenten (4) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe (11 ) der Magnetsegmente (4) und wenigstens eine axial zur ersten Gruppe (11 ) beabstandete zweite Gruppe (12) der Magnetsegmente (4) durch eine in einer Radialebene (5) verlaufende Verstärkungslage (6) voneinander getrennt sind.
2. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Verstärkungslagen (6) mittels einer Klebstoffverbindung an den Magnetsegmenten (4) angebunden sind.
3. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungslagen (6) aus einem faserverstärkten Werkstoff hergestellt sind.
4. Rotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetsegmente (4) jeweils eine erste Stirnfläche (7) und eine zweite Stirnfläche (8) aufweisen und die Verstärkungslagen (6) die Stirnflächen (7,8) zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, überdecken.
5. Rotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei axial beabstandete Verstärkungslagen (6) miteinander verbunden sind.
6. Rotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1 ) geblecht ausgeführt ist und das eine Verstärkungslage (6) zwischen wenigstens einer Gruppe der Rotorbleche verläuft.
7. Rotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungslagen (6) kreisringscheibenartig ausgeführt sind.
8. Rotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1 ) eine Mehrzahl von Innenringen (9) aufweist, an dem die Magnetsegmente (4) radial anliegen und an denen die Verstärkungslagen (6) fixiert sind.
9. Rotor (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Innenringe (9) der Anzahl der Magnetsegmente (9) pro Magnetelement (3) entspricht.
10. Elektrische Maschine (2) umfassend einen Rotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche.
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