DE102019109714A1

DE102019109714A1 - Rotor of an electrical machine

Info

Publication number: DE102019109714A1
Application number: DE102019109714.2A
Authority: DE
Inventors: Niklas Lamparsky; David Bauer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine mit einer Mehrzahl magnetischer Pole, der an einer Rotorwelle anbringbar ist, umfassend einen Rotorgrundkörper, innerhalb dessen in Umfangsrichtung mehrere paarweise V-förmig zueinander ausgerichtete Magnettaschen ausgebildet sind, in denen jeweils ein Permanentmagnet untergebracht ist, wobei jeder der magnetischen Pole durch zumindest zwei Permanentmagnete mit gleicher magnetischer Polausrichtung zu einem Rand des Rotors definiert ist, die in zwei V-förmig zueinander ausgerichteten Magnettaschen untergebracht sind, wobei der Rotor eine Mehrzahl von q-Achsen, die sich zwischen benachbarten magnetischen Polen erstrecken, und eine Mehrzahl von d-Achsen, die sich durch die magnetischen Pole hindurch erstrecken, aufweist, und wobei der Rotor eine erste Gruppe von Aussparungen, von denen sich jeweils eine der Aussparungen durch eine der q-Achsen erstreckt, und eine zweite Gruppe von Aussparungen, von denen sich jeweils eine der Aussparungen durch eine der d-Achsen erstreckt, aufweist, wobei die Aussparungen der ersten Gruppe so ausgebildet sind, dass sie sich zumindest abschnittsweise in radialer Richtung von innen nach außen in Richtung des Randes des Rotors verjüngen, und/oder dass die Aussparungen der zweiten Gruppe als Querlöcher ausgebildet sind, die jeweils orthogonal zu einer der d-Achsen orientiert sind.The invention relates to a rotor of an electrical machine with a plurality of magnetic poles, which can be attached to a rotor shaft, comprising a rotor base body within which several pairs of V-shaped magnet pockets are formed in the circumferential direction, in each of which a permanent magnet is housed, each of the magnetic poles is defined by at least two permanent magnets with the same magnetic pole alignment to an edge of the rotor, which are accommodated in two V-shaped magnet pockets aligned with one another, the rotor having a plurality of q-axes which extend between adjacent magnetic poles, and having a plurality of d-axes extending through the magnetic poles, and wherein the rotor has a first group of recesses, each of which has one of the recesses extending through one of the q-axes, and a second group of recesses, each of which is one of the Extending recesses through one of the d-axes, wherein the recesses of the first group are designed so that they taper at least in sections in the radial direction from the inside to the outside in the direction of the edge of the rotor, and / or that the recesses of the second group are designed as transverse holes which are each oriented orthogonally to one of the d-axes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine mit einer Mehrzahl magnetischer Pole, der an einer Rotorwelle anbringbar ist, umfassend einen Rotorgrundkörper, innerhalb dessen in Umfangsrichtung mehrere paarweise V-förmig zueinander ausgerichtete Magnettaschen ausgebildet sind, in denen jeweils ein Permanentmagnet untergebracht ist, wobei jeder der magnetischen Pole durch zumindest zwei Permanentmagnete mit gleicher magnetischer Polausrichtung zu einem Rand des Rotors definiert ist, die in zwei V-förmig zueinander ausgerichteten Magnettaschen untergebracht sind, wobei der Rotor eine Mehrzahl von q-Achsen, die sich zwischen benachbarten magnetischen Polen erstrecken, und eine Mehrzahl von d-Achsen, die sich durch die magnetischen Pole hindurch erstrecken, aufweist, und wobei der Rotor eine erste Gruppe von Aussparungen, von denen sich jeweils eine der Aussparungen durch eine der q-Achsen erstreckt, und eine zweite Gruppe von Aussparungen, von denen sich jeweils eine der Aussparungen durch eine der d-Achsen erstreckt, aufweist.The present invention relates to a rotor of an electrical machine with a plurality of magnetic poles, which can be attached to a rotor shaft, comprising a rotor base body within which several pairs of V-shaped magnet pockets are formed in the circumferential direction, in each of which a permanent magnet is housed each of the magnetic poles is defined by at least two permanent magnets with the same magnetic pole alignment to one edge of the rotor, which are accommodated in two V-shaped magnet pockets aligned with one another, the rotor having a plurality of q-axes extending between adjacent magnetic poles, and a plurality of d-axes extending through the magnetic poles, and wherein the rotor has a first group of recesses, each of which has one of the recesses extending through one of the q-axes, and a second group of recesses , of which each ls one of the recesses extends through one of the d-axes.

Elektrische Maschinen, insbesondere permanentangeregte Synchronmaschinen, weisen einen Stator und einen mit diesem zusammenwirkenden Rotor auf. Innerhalb des Rotors sind - in Umfangsrichtung verteilt - mehrere paarweise V-förmig zueinander ausgerichtete Magnettaschen ausgebildet, in denen jeweils ein Permanentmagnet untergebracht ist. Die Magnettaschen sind am Rand des Rotors ausgebildet, um den magnetischen Fluss zu steuern beziehungsweise zu beeinflussen. Zumindest zwei V-förmig angeordnete Permanentmagnete definieren jeweils einen magnetischen Pol des Rotors. Üblicherweise sind in dem Rotor weitere Aussparungen vorgesehen, um die Masse des Rotorgrundkörpers zu verringern und/oder die magnetischen Eigenschaften des Rotors zu verändern.Electrical machines, in particular permanently excited synchronous machines, have a stator and a rotor that interacts with it. Within the rotor - distributed in the circumferential direction - several pairs of magnet pockets aligned in a V-shape are formed, in each of which a permanent magnet is accommodated. The magnetic pockets are formed on the edge of the rotor in order to control or influence the magnetic flux. At least two permanent magnets arranged in a V-shape each define a magnetic pole of the rotor. Further recesses are usually provided in the rotor in order to reduce the mass of the rotor base body and / or to change the magnetic properties of the rotor.

Gattungsgemäße Rotoren mit definierten Aussparungen entlang der d-Achsen und entlang der q-Achsen sind zum Beispiel aus der EP 3 410 571 A1 und aus der US 2008/0224558 A1 bekannt.Generic rotors with defined recesses along the d-axes and along the q-axes are for example from the EP 3 410 571 A1 and from the US 2008/0224558 A1 known.

Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, einen Rotor einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der weiter verbesserte Eigenschaften aufweist.It is an object of the present invention to provide a rotor of an electrical machine of the type mentioned at the outset which has further improved properties.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Rotor der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by a rotor of the type mentioned at the beginning with the features of the characterizing part of claim 1. The subclaims relate to advantageous developments of the invention.

Ein erfindungsgemäßer Rotor zeichnet sich dadurch aus, dass die Aussparungen der ersten Gruppe so ausgebildet sind, dass sie sich zumindest abschnittsweise in radialer Richtung von innen nach außen in Richtung des Randes des Rotors verjüngen, und/oder dass die Aussparungen der zweiten Gruppe als Querlöcher ausgebildet sind, die jeweils orthogonal zu einer der d-Achsen orientiert sind. Die Aussparungen der ersten Gruppe sind an die V-förmige Anordnung der Permanentmagnete angepasst und nutzen den zur Verfügung stehenden Raum zwischen den benachbarten magnetischen Polen beziehungsweise den zugehörigen Permanentmagneten in vorteilhafter Weise sehr gut aus. Die zweite Gruppe von Aussparungen ist als Querlöcher ausgebildet, die in Umfangsrichtung verteilt und orthogonal zu den d-Achsen des Rotors angeordnet sind und vorzugsweise abgerundete Ecken aufweisen. Die querlochförmigen Aussparungen der zweiten Gruppe, welche quer zu den d-Achsen angeordnet sind und diese schneiden, sind an einer optimierten Position angeordnet, um den Pressverband des Rotors zu entlasten und zu einer Gewichtsersparnis beizutragen. Eine Kombination der beiden unterschiedlichen Ausgestaltungen der Aussparungen ist besonders vorteilhaft. Die Form und Größe der Aussparungen der ersten und zweiten Gruppe sind in vorteilhafter Weise so gewählt, dass eine maximale Gewichtsersparnis und eine Entlastung des Presssitzes des Rotors auf der Rotorwelle ermöglicht werden können, wobei es zu keinem beziehungsweise nur zu einem minimalen Leistungsverlust der mit dem Rotor ausgestatteten elektrischen Maschine kommt. Somit wird eine Gewichtsreduktion des Rotors ohne eine nennenswerte Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften erreicht.A rotor according to the invention is characterized in that the recesses of the first group are designed in such a way that they taper at least in sections in the radial direction from the inside to the outside in the direction of the edge of the rotor, and / or that the recesses of the second group are designed as transverse holes which are each oriented orthogonally to one of the d-axes. The recesses of the first group are adapted to the V-shaped arrangement of the permanent magnets and use the available space between the adjacent magnetic poles or the associated permanent magnets in an advantageous manner very well. The second group of recesses is designed as transverse holes which are distributed in the circumferential direction and are arranged orthogonally to the d-axes of the rotor and preferably have rounded corners. The cross-hole-shaped recesses of the second group, which are arranged transversely to the d-axes and intersect them, are arranged in an optimized position in order to relieve the press fit of the rotor and contribute to a weight saving. A combination of the two different configurations of the cutouts is particularly advantageous. The shape and size of the recesses of the first and second group are advantageously chosen so that a maximum weight saving and a relief of the press fit of the rotor on the rotor shaft can be made possible, with no or only a minimal loss of power with the rotor equipped electric machine comes. A weight reduction of the rotor is thus achieved without any significant influence on the magnetic properties.

Es hat sich gezeigt, dass mittels des erfindungsgemäßen Rotors zusätzlich zu der Gewichtsersparnis deutliche Verbesserungen des Pressverbands erreicht werden können. Somit können in vorteilhafter Weise höhere Drehzahlen realisiert werden, so dass die Leistungsdichte der mit dem Rotor ausgestatteten elektrischen Maschine erhöht werden kann. Darüber hinaus kann auch der Durchmesser der Rotorwelle verringert werden.It has been shown that, in addition to the weight saving, significant improvements in the interference fit can be achieved by means of the rotor according to the invention. In this way, higher speeds can advantageously be achieved, so that the power density of the electrical machine equipped with the rotor can be increased. In addition, the diameter of the rotor shaft can also be reduced.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Aussparungen der ersten Gruppe spiegelsymmetrisch zu derjenigen q-Achse ausgebildet sind, durch die sie sich hindurch erstrecken. Dadurch werden in diesen Bereichen symmetrische Feldverteilungen erreicht. Eine Asymmetrie hätte asymmetrische Feldverteilungen zur Folge.In an advantageous embodiment it is proposed that the recesses of the first group are designed mirror-symmetrically to that q-axis through which they extend. As a result, symmetrical field distributions are achieved in these areas. An asymmetry would result in asymmetrical field distributions.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Aussparungen der zweiten Gruppe spiegelsymmetrisch zu derjenigen d-Achse ausgebildet sind, durch die sie sich hindurch erstrecken. Dadurch werden in diesen Bereichen symmetrische Feldverteilungen erreicht. Eine Asymmetrie hätte asymmetrische Feldverteilungen zur Folge. Die als Querlöcher ausgebildeten Aussparungen der zweiten Gruppe verbessern maßgeblich die Festigkeit des Rotors, ohne die magnetischen Eigenschaften nennenswert zu verschlechtern.In a further advantageous embodiment, there is the possibility that the recesses of the second group are designed mirror-symmetrically to that d-axis through which they extend. As a result, symmetrical field distributions are achieved in these areas. An asymmetry would result in asymmetrical field distributions. The trained as cross holes Recesses in the second group significantly improve the strength of the rotor without significantly impairing the magnetic properties.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Aussparungen der ersten Gruppe einen Öffnungswinkel a1 = Neigungswinkel eines Permanentmagneten, der in Umfangsrichtung neben der betreffenden Aussparung angeordnet ist, relativ zur q-Achse ± 20° aufweisen. Dadurch werden die geometrischen Eigenschaften der Aussparungen der ersten Gruppe weiter verbessert.In a preferred embodiment, there is the possibility that the recesses of the first group have an opening angle a1 = angle of inclination of a permanent magnet, which is arranged in the circumferential direction next to the relevant recess, relative to the q-axis ± 20 °. This further improves the geometric properties of the cutouts in the first group.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Aussparungen der ersten Gruppe einen radialen Abstand von der Rotorwelle rh1 ≥ Radius der Rotorwelle + 3 mm aufweisen.In an advantageous embodiment it can be provided that the recesses of the first group have a radial distance from the rotor shaft rh1 radius of the rotor shaft + 3 mm.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Aussparungen der zweiten Gruppe einen radialen Abstand von der Rotorwelle rh2 ? Radius der Rotorwelle + 3 mm aufweisen.In a further advantageous embodiment it is proposed that the recesses of the second group have a radial distance from the rotor shaft rh2? Have a radius of the rotor shaft + 3 mm.

Vorzugsweise können die Aussparungen der zweiten Gruppe eine Breite b2 aufweisen, für die gilt: b2_min< b2 < b2_max, wobei b2_min und b2_max einen minimalen und einen maximalen Abstand von Lufttaschen benachbarter Magnettaschen bezeichnen. Dadurch kann die Formgestaltung der Aussparungen der zweiten Gruppe verbessert werden.The recesses of the second group can preferably have a width b2 for which the following applies: b2_min <b2 <b2_max, where b2_min and b2_max denote a minimum and a maximum distance between air pockets and adjacent magnetic pockets. As a result, the shape of the recesses in the second group can be improved.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Aussparungen der ersten Gruppe in einem radial weiter innenliegenden, zur Rotorwelle weisenden Bereich so geformt sind, dass ein Querschnitt für den magnetischen Fluss in radialer Richtung von innen nach außen betrachtet konstant bleibt. Durch diese Maßnahme wird eine geringere Zunahme der Eisenverluste des Rotors erreicht. Zu diesem Zweck können die Aussparungen der ersten Gruppe in dem radial weiter innenliegenden, zur Rotorwelle weisenden Bereich vorzugsweise Abrundungen aufweisen, die an die Außenkonturen der Lufttaschen angepasst sind.In an advantageous development, it is proposed that the recesses of the first group are shaped in a radially further inward area facing the rotor shaft so that a cross section for the magnetic flux remains constant in the radial direction from the inside to the outside. This measure results in a smaller increase in iron losses from the rotor. For this purpose, the recesses of the first group in the radially further inward region facing the rotor shaft can preferably have rounded portions which are adapted to the outer contours of the air pockets.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen

1 einen Rotor einer elektrischen Maschine, der gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist,
2 einen Rotor einer elektrischen Maschine, der gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist,
3 einen Rotor einer elektrischen Maschine, der gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.

Further features and advantages of the present invention will become clear on the basis of the following description of preferred exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Show it

1 a rotor of an electrical machine, which is designed according to a first embodiment of the present invention,
2 a rotor of an electrical machine, which is designed according to a second embodiment of the present invention,
3 a rotor of an electrical machine, which is designed according to a third embodiment of the present invention.

Unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein Rotor 1 einer elektrischen Maschine, der gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, einen Rotorgrundkörper 2 der insbesondere durch ein Rotorblechpaket gebildet sein kann und eine Mehrzahl paarweise V-förmig zueinander ausgerichteter Magnettaschen 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 aufweist, in denen jeweils ein Permanentmagnet 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 angeordnet ist. An den sich in radialer Richtung weiter nach innen erstreckenden Magnettaschen 20, 21, 24, 25 ist jeweils eine Lufttasche 40, 41, 42, 43 ausgebildet. Diese Lufttaschen 40, 41, 42, 43 sind an einem - in radialer Richtung betrachtet - inneren Ende der innenliegenden Magnettaschen 20, 21, 24, 25 ausgebildet. Üblicherweise ist auch an einem äußeren Ende der innenliegenden Magnettaschen 20, 21, 24, 25 jeweils eine Lufttasche ausgebildet, wobei diese letztgenannten Lufttaschen hier - wie auch in 2 und 3 - aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt wurden. Ebenso weisen üblicherweise auch die radial weiter außenliegenden Magnettaschen 22, 23, 26, 27 jeweils zwei derartige Lufttaschen auf, die aus Vereinfachungsgründen ebenfalls nicht zeichnerisch dargestellt wurden. Exemplarisch wurden in der Darstellung gemäß 1 vier Paare von Magnettaschen 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 und acht Permanentmagnete 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Der Rotor 1 ist in an sich bekannter Weise auf einer Rotorwelle 7 angeordnet und somit drehbar gelagert. Vorzugsweise handelt es sich vorliegend um einen Rotor 1 einer permanenterregten Synchronmaschine.With reference to 1 includes a rotor 1 an electrical machine that is designed according to a first embodiment of the present invention, a rotor base body 2 which can in particular be formed by a laminated rotor core and a plurality of magnet pockets aligned in pairs in a V-shape 20th , 21st , 22nd , 23 , 24 , 25th , 26th , 27 has, in each of which a permanent magnet 30th , 31 , 32 , 33 , 34 , 35 , 36 , 37 is arranged. On the magnet pockets that extend further inward in the radial direction 20th , 21st , 24 , 25th is an air pocket each 40 , 41 , 42 , 43 educated. These air pockets 40 , 41 , 42 , 43 are at one - viewed in the radial direction - inner end of the inner magnet pockets 20th , 21st , 24 , 25th educated. Usually there is also an outer end of the inner magnet pockets 20th , 21st , 24 , 25th each has an air pocket, these last-mentioned air pockets here - as well as in 2 and 3 - were not shown for reasons of simplification. Likewise, the magnet pockets located radially further outward usually also have 22nd , 23 , 26th , 27 in each case two such air pockets, which have also not been shown in the drawing for reasons of simplicity. In the illustration according to 1 four pairs of magnetic pockets 20th , 21st , 22nd , 23 , 24 , 25th , 26th , 27 and eight permanent magnets 30th , 31 , 32 , 33 , 34 , 35 , 36 , 37 provided with corresponding reference symbols. The rotor 1 is in a known manner on a rotor shaft 7th arranged and thus rotatably mounted. In the present case, it is preferably a rotor 1 a permanent magnet synchronous machine.

Der Rotor 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung insgesamt sechs magnetische Pole N1, N2, N3, S1, S2, S3 auf. Bei den Polen N1, N2, N3 handelt es sich um magnetische Nordpole. Bei den Polen S1, S2, S3 handelt es sich um magnetische Südpole, die jeweils einem der magnetischen Nordpolen N1, N2, N3 gegenüberliegen. Die in den Magnettaschen 20, 21, 22, 23 angeordneten Permanentmagnete 30, 31, 32, 33 definieren einen ersten magnetischen Nordpol N1 und die in den Magnettaschen 24, 25, 26, 27 angeordneten Permanentmagnete 34, 35, 36, 37 definieren einen ersten magnetischen Südpol S1, der benachbart zum ersten magnetischen Nordpol N1 angeordnet ist.The rotor 1 has in this embodiment a total of six magnetic poles in the circumferential direction N1 , N2 , N3 , S1 , S2 , S3 on. With the Poles N1 , N2 , N3 it is about magnetic north poles. With the Poles S1 , S2 , S3 it is about magnetic south poles, each one of the magnetic north poles N1 , N2 , N3 opposite. The ones in the magnetic pockets 20th , 21st , 22nd , 23 arranged permanent magnets 30th , 31 , 32 , 33 define a first magnetic north pole N1 and those in the magnetic pockets 24 , 25th , 26th , 27 arranged permanent magnets 34 , 35 , 36 , 37 define a first magnetic south pole S1 , which is adjacent to the first magnetic north pole N1 is arranged.

Der Rotor 1 weist mehrere so genannte d-Achsen 3 auf, die sich in radialer Richtung durch die magnetischen Nordpole N1, N2, N3 und durch die magnetischen Südpole S1, S2, S3 erstrecken. Ferner weist der Rotor 1 mehrere so genannte q-Achsen 4 auf, welche sich zwischen zwei benachbarten Nord- und Südpolen N1, N2, N3, S1, S2, S3 erstrecken. In 1 sind exemplarisch eine d-Achse 3, die sich durch den ersten Nordpol N1 erstreckt, sowie zwei q-Achsen 4 eingezeichnet, die zwischen dem ersten Nordpol N1 und dem ersten Südpol S1 und zwischen dem ersten Nordpol N1 und dem dritten Südpol S3 verlaufen.The rotor 1 has several so-called d-axes 3, which extend in the radial direction through the magnetic north poles N1 , N2 , N3 and by the south magnetic poles S1 , S2 , S3 extend. Furthermore, the rotor 1 several so-called q-axes 4, which are between two neighboring north and south poles N1 , N2 , N3 , S1 , S2 , S3 extend. In 1 are an example of a d-axis 3, which runs through the first north pole N1 extends, as well as two q-axes 4 drawn between the first north pole N1 and the first south pole S1 and between the first north pole N1 and the third south pole S3 run away.

Um die Masse des Rotors 1 zu verringern und dadurch insbesondere die Massenträgheit des Rotors 1 zu reduzieren, weist der Rotor 1 eine Mehrzahl zusätzlicher Aussparungen 5, 6 auf, die nachfolgend näher erläutert werden sollen.To the mass of the rotor 1 to reduce and thereby in particular the inertia of the rotor 1 to reduce, instructs the rotor 1 a plurality of additional recesses 5 , 6th which will be explained in more detail below.

Eine erste Gruppe von Aussparungen 5 ist so ausgebildet, dass diese sich in radialer Richtung entlang der q-Achsen 4 zwischen den benachbarten Nord- und Südpolen N1, N2, N3, S1, S2, S3 erstrecken. Die Aussparungen 5 der ersten Gruppe sind vorliegend identisch ausgebildet und so geformt, dass sie sich in radialer Richtung von innen nach außen verjüngen und insbesondere trapezartig geformt sind und vorzugsweise abgerundete Ecken aufweisen. Die Aussparungen 5 der ersten Gruppe sind spiegelsymmetrisch zu derjenigen q-Achse 4, entlang derer sie sich in radialer Richtung nach außen erstrecken, ausgeführt. Die Anzahl der Aussparungen 5 der ersten Gruppe entspricht dabei der Gesamtanzahl der magnetischen Nord- und Südpole N1, N2, N3, S1, S2, S3, so dass vorliegend sechs identisch geformte Aussparungen 5 vorgesehen sind, die der ersten Gruppe angehören.A first group of recesses 5 is designed so that it extends in the radial direction along the q-axes 4 between the neighboring north and south poles N1 , N2 , N3 , S1 , S2 , S3 extend. The recesses 5 of the first group are in the present case of identical design and are shaped in such a way that they taper in the radial direction from the inside to the outside and are in particular shaped like a trapezoid and preferably have rounded corners. The recesses 5 of the first group are mirror-symmetrical to that q-axis 4, along which they extend outward in the radial direction. The number of notches 5 the first group corresponds to the total number of magnetic north and south poles N1 , N2 , N3 , S1 , S2 , S3 so that there are six identically shaped recesses 5 that belong to the first group.

Die Größe und die Positionen der Aussparungen 5 der ersten Gruppe sind in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass gilt:

- Öffnungswinkel α1 = Neigungswinkel eines Permanentmagneten 30, der in Umfangsrichtung neben der betreffenden Aussparung 5 angeordnet ist, relativ zur q-Achse 4 ± 20°;
- Resultierender Blechquerschnitt c1 = a1 ± 25%;
- Radialer Abstand zur Rotorwelle rh1 ≥ Radius der Rotorwelle 7 + 3 mm.

The size and positions of the recesses 5 of the first group are selected in this exemplary embodiment so that:

- Opening angle α1 = angle of inclination of a permanent magnet 30th , the one in the circumferential direction next to the relevant recess 5 is arranged relative to the q-axis 4 ± 20 °;
- Resulting sheet metal cross-section c1 = a1 ± 25%;
- Radial distance to the rotor shaft rh1 ≥ radius of the rotor shaft 7 + 3 mm.

Die Aussparungen der ersten Gruppe 5 sind an die V-förmige Anordnung der Permanentmagnete 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 angepasst und nutzen den zur Verfügung stehenden Raum zwischen den benachbarten Polen N1, N2, N3, S1, S2, S3 beziehungsweise den zugehörigen Permanentmagneten 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 dadurch in vorteilhafter Weise sehr gut aus.The cutouts of the first group 5 are attached to the V-shaped arrangement of the permanent magnets 30th , 31 , 32 , 33 , 34 , 35 , 36 , 37 adapted and use the space available between the neighboring poles N1 , N2 , N3 , S1 , S2 , S3 or the associated permanent magnet 30th , 31 , 32 , 33 , 34 , 35 , 36 , 37 thereby in an advantageous manner very well.

Eine zweite Gruppe von Aussparungen 6 ist als Querlöcher ausgebildet, die in Umfangsrichtung des Rotors 1 verteilt angeordnet sind und abgerundete Ecken aufweisen. Die als Querlöcher ausgebildeten Aussparungen 6 der zweiten Gruppe sind jeweils quer zu einer der d-Achsen 3 angeordnet, welche die magnetischen Nord- und Südpole N1, N2, N3, S1, S2, S3 schneiden. Die Aussparungen 6 der zweiten Gruppe sind spiegelsymmetrisch zu derjenigen d-Achse 3 ausgeführt, die sie orthogonal schneiden.A second group of recesses 6th is designed as transverse holes in the circumferential direction of the rotor 1 are arranged distributed and have rounded corners. The recesses designed as transverse holes 6th of the second group are each arranged transversely to one of the d-axes 3, which are the magnetic north and south poles N1 , N2 , N3 , S1 , S2 , S3 to cut. The recesses 6th of the second group are mirror-symmetrical to that d-axis 3, which they intersect orthogonally.

Die Anzahl der Aussparungen 6 der zweiten Gruppe entspricht dabei der Gesamtanzahl der magnetischen Nord- und Südpole N1, N2, N3, S1, S2, S3, so dass vorliegend sechs Aussparungen 6 vorgesehen sind, die der zweiten Gruppe angehören.The number of notches 6th the second group corresponds to the total number of magnetic north and south poles N1 , N2 , N3 , S1 , S2 , S3 so that there are six recesses 6th that belong to the second group.

Die Positionen und die Größe der Aussparungen 6 der zweiten Gruppe sind in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass gilt:

- Breite b2: b2_min< b2 < b2_max, wobei b2_min und b2_max den minimalen und den maximalen Abstand der Lufttaschen 40, 41, 42, 43 bezeichnen;
- Tiefe h2 in radialer Richtung: 1 mm < h2 < 0,6*c2;
- Radialer Abstand zur Rotorwelle rh2 ≥ Radius der Rotorwelle 7 + 3 mm.

The positions and size of the recesses 6th of the second group are selected in this exemplary embodiment so that:

- Width b2: b2_min <b2 <b2_max, where b2_min and b2_max are the minimum and the maximum distance between the air pockets 40 , 41 , 42 , 43 describe;
- Depth h2 in the radial direction: 1 mm <h2 <0.6 * c2;
- Radial distance to the rotor shaft rh2 ≥ radius of the rotor shaft 7th + 3 mm.

Die querlochförmigen Aussparungen 6 der zweiten Gruppe, welche quer zu den d-Achsen 3 angeordnet sind und diese schneiden, sind an einer optimierten Position angeordnet, um dadurch in vorteilhafter Weise den Pressverband des Rotors 1 mit der Rotorwelle 7 zu entlasten und zu einer Gewichtsersparnis beizutragen.The cross-hole-shaped recesses 6th of the second group, which are arranged transversely to the d-axes 3 and intersect them, are arranged at an optimized position in order to thereby advantageously reduce the interference fit of the rotor 1 with the rotor shaft 7th to relieve and contribute to a weight saving.

Die Form und die Größe der Aussparungen 5, 6 der ersten und der zweiten Gruppe sind so gewählt, dass eine maximale Gewichtsersparnis und eine Entlastung des Presssitzes des Rotors 1 auf der Rotorwelle 7 erreicht werden können, wobei es vorzugsweise zu keinem beziehungsweise nur zu einem minimalen Leistungsverlust der mit dem Rotor 1 ausgestatteten elektrischen Maschine kommt.The shape and size of the recesses 5 , 6th the first and the second group are chosen so that a maximum weight saving and a relief of the press fit of the rotor 1 on the rotor shaft 7th can be achieved, wherein there is preferably no or only a minimal loss of power with the rotor 1 equipped electric machine comes.

Es hat sich gezeigt, dass mittels des hier vorgestellten Rotors 1 neben der Gewichtsersparnis eine deutliche Verbesserung des Pressverbands erreicht werden kann. Somit können in vorteilhafter Weise höhere Drehzahlen realisiert werden, so dass die Leistungsdichte der elektrischen Maschine in vorteilhafter Weise erhöht werden kann. Darüber hinaus kann auch der Durchmesser der Rotorwelle 7 verringert werden.It has been shown that by means of the rotor presented here 1 In addition to the weight saving, a significant improvement in the interference fit can be achieved. In this way, higher speeds can advantageously be achieved, so that the power density of the electrical machine can be increased in an advantageous manner. In addition, the diameter of the rotor shaft 7th be reduced.

Unter Bezugnahme auf 2 soll nachfolgend ein zweites Ausführungsbeispiel eines Rotors 1 einer elektrischen Maschine näher erläutert werden. Dieses stellt eine Weiterentwicklung des ersten Ausführungsbeispiels dar, so dass gleiche beziehungsweise funktional gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen wurden.With reference to 2 is a second embodiment of a rotor below 1 an electrical machine are explained in more detail. This represents a further development of the first exemplary embodiment, so that identical or functionally identical components have the same reference symbols as in FIG 1 were provided.

Das zweite Ausführungsbeispiel des Rotors 1 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel nur durch die andersartige Formung der Aussparungen 5 der ersten Gruppe. Diese weisen einen im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel veränderten Querschnitt auf. Daraus resultiert eine konstante magnetische Flussdichte, welche in vorteilhafter Weise zu einer weiteren Verringerung der Eisenverluste im Rotor 1 im Vergleich zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel führt. Die Aussparungen 5 der ersten Gruppe werden in einem radial weiter innenliegenden, zur Rotorwelle 7 weisenden Bereich so geformt, dass ein Querschnitt c1 für den magnetischen Fluss in radialer Richtung von innen nach außen betrachtet konstant bleibt. Dieses wird durch entsprechend geformte Abrundungen 50, 51 in dem radial weiter innenliegenden Bereich der Aussparungen 5 der ersten Gruppe erreicht, die an die Außenkonturen der Lufttaschen 40, 41, 42, 43 angepasst sind. Die Abrundungen 50, 51 verringern den Querschnitt der Aussparungen 5 der ersten Gruppe, so dass der resultierende Pfad für den magnetischen Fluss in vorteilhafter Weise konstant bleibt. Durch diese Maßnahme wird eine geringere Zunahme der Eisenverluste als im ersten Ausführungsbeispiel erreicht. Ferner kann die Masse des Rotors 1 im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel weiter verringert werden. Die übrigen Eigenschaften des Rotors 1 bleiben hingegen unverändert.The second embodiment of the rotor 1 differs from the first embodiment only in the different shape of the recesses 5 the first group. These have a different cross-section compared to the first exemplary embodiment. This results in a constant magnetic flux density, which advantageously leads to a further reduction in iron losses in the rotor 1 compared to the in 1 embodiment shown leads. The recesses 5 of the first group become the rotor shaft in a radially further inward one 7th Pointing area shaped so that a cross section c1 for the magnetic flux in the radial direction from the inside to the outside remains constant. This is made possible by appropriately shaped roundings 50 , 51 in the radially further inner area of the recesses 5 the first group reached, which is to the outer contours of the air pockets 40 , 41 , 42 , 43 are adapted. The roundings 50 , 51 reduce the cross-section of the recesses 5 of the first group, so that the resulting path for the magnetic flux advantageously remains constant. This measure results in a smaller increase in iron losses than in the first exemplary embodiment. Furthermore, the mass of the rotor 1 can be further reduced compared to the first embodiment. The other properties of the rotor 1 however, remain unchanged.

Das hier beschriebene Konzept mit den zusätzlichen Aussparungen 5, 6 innerhalb des Rotors 1 kann grundsätzlich auch auf andere Magnetanordnungen in Rotoren 1 elektrischer Maschinen übertragen werden. In den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen wurde jeder der magnetischen Pole N1, N2, N3, S1, S2, S3 des Rotors 1 durch Doppel-V-Anordnungen der vier Permanentmagnete 30, 31, 32, 33 beziehungsweise 34, 35, 36, 37 je Pol N1, N2, N3, S1, S2, S3 gebildet.The concept described here with the additional cutouts 5 , 6th inside the rotor 1 can basically also be used on other magnet arrangements in rotors 1 electrical machines are transmitted. In the in 1 and 2 each of the magnetic poles N1 , N2 , N3 , S1 , S2 , S3 of the rotor 1 by double-V arrangements of the four permanent magnets 30th , 31 , 32 , 33 respectively 34 , 35 , 36 , 37 per pole N1 , N2 , N3 , S1 , S2 , S3 educated.

3 zeigt eine Variante des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels, bei dem jeder der magnetischen Pole N1, N2, N3, S1, S2, S3 des Rotors 1 durch eine Einfach-V-Anordnung aus zwei Permanentmagneten 30, 31 beziehungsweise 34, 35 gebildet ist, die in zwei V-förmig zueinander ausgerichteten Magnettaschen 20, 21 beziehungsweise 24, 25 des betreffenden Pols N1, N2, N3, S1, S2, S3 untergebracht sind. Die Aussparungen 5, 6 der beiden Gruppen sind wie in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet. 3 shows a variant of the in 2 illustrated embodiment, in which each of the magnetic poles N1 , N2 , N3 , S1 , S2 , S3 of the rotor 1 by a single V arrangement of two permanent magnets 30th , 31 respectively 34 , 35 is formed in two V-shaped magnet pockets aligned with one another 20th , 21st respectively 24 , 25th of the relevant pole N1 , N2 , N3 , S1 , S2 , S3 are housed. The recesses 5 , 6th of the two groups are as in that in 2 embodiment shown.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 3410571 A1 [0003]
US 2008/0224558 A1 [0003]

Claims

Rotor (1) of an electrical machine with a plurality of magnetic poles (N1, N2, N3, S1, S2, S3), which can be attached to a rotor shaft (7), comprising a rotor base body (2), within which several V in pairs in the circumferential direction - Magnetic pockets (20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27) which are aligned with one another and in which a permanent magnet (30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37) is housed, wherein each of the magnetic poles (N1, N2, N3, S1, S2, S3) by at least two permanent magnets (30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37) with the same magnetic pole alignment to an edge of the rotor (1 ), which are housed in two magnet pockets (20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27) aligned with one another in a V-shape, the rotor (1) having a plurality of q-axes (4), the extend between adjacent magnetic poles (N1, N2, N3, S1, S2, S3), and a plurality of d-axes (3) extending through the magnetic poles (N1, N2, N3, S1, S2, S3) through and wherein the rotor (1) has a first group of recesses (5), of which one of the recesses (5) extends through one of the q-axes (4), and a second group of recesses (6) , of which one of the recesses (6) extends through one of the d-axes (3), characterized in that the recesses (5) of the first group are designed so that they extend at least in sections in the radial direction from the inside taper outwards in the direction of the edge of the rotor (1), and / or that the recesses (6) of the second group are designed as transverse holes which are each oriented orthogonally to one of the d-axes (3).

Rotor (1) Claim 1 , characterized in that the recesses (5) of the first group are mirror-symmetrical to the q-axis (4) through which they extend.

Rotor (1) after one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the recesses (6) of the second group are designed mirror-symmetrically to that d-axis (3) through which they extend.

Rotor (1) after one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the recesses (5) of the first group have an opening angle a1 = angle of inclination of a permanent magnet (30), which is arranged in the circumferential direction next to the relevant recess (5), relative to the q-axis (4) ± 20 °.

Rotor (1) after one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the recesses (5) of the first group have a radial distance from the rotor shaft (7) rh1 ≥ radius of the rotor shaft (7) + 3 mm.

Rotor (1) after one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the recesses (6) of the second group have a radial distance from the rotor shaft (7) rh2 ≥ radius of the rotor shaft (7) + 3 mm.

Rotor (1) after one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the recesses (6) of the second group have a width b2 for which the following applies: b2_min <b2 <b2_max, where b2_min and b2_max are a minimum and a maximum distance between adjacent air pockets (40, 41, 42, 43) Designate magnetic pockets (20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27).

Rotor (1) after one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the recesses (5) of the first group are shaped in a radially further inward area facing the rotor shaft (7) so that a cross section (c1) for the magnetic flux remains constant in the radial direction from the inside to the outside .

Rotor (1) Claim 8 , characterized in that the recesses (5) of the first group have rounded portions (50, 51) in the radially inner region facing the rotor shaft (7), which are adapted to the outer contours of the air pockets (40, 41, 42, 43) are.