EP4022743A1 - Rotor für eine elektrische maschine und elektrische maschine - Google Patents

Rotor für eine elektrische maschine und elektrische maschine

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EP4022743A1
EP4022743A1 EP20761236.7A EP20761236A EP4022743A1 EP 4022743 A1 EP4022743 A1 EP 4022743A1 EP 20761236 A EP20761236 A EP 20761236A EP 4022743 A1 EP4022743 A1 EP 4022743A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
angle
magnetic component
magnetic
arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20761236.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Boris Dotz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo eAutomotive Germany GmbH
Original Assignee
Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH filed Critical Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH
Publication of EP4022743A1 publication Critical patent/EP4022743A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a rotor for an electrical machine, wel cher has at least two poles and an even number of N> 6 staggered rotor modules, the rotor modules for a respective pole having a magnetic component and magnetic components that form the same pole, a respective one Form magnetic component assemblies, the first to N-th rotor modules being arranged in ascending order of their names in the axial direction, with a respective magnetic component belonging to one of the magnetic component assemblies of the first to N-th rotor modules at a graduation angle cn ...
  • the invention also relates to an electrical machine.
  • Staggered rotors in which a respective pole does not consistently extend straight in the axial direction, are used to reduce cogging torques and a torque wave when operating an electrical machine.
  • the document DE 10 2012 205 191 A1 discloses, for example, a rotor with an arrangement of six pole components which are arranged in a layer direction running perpendicular to the direction of rotation. There is an offset between a first pole component and a second pole component as well as between a third pole component and a second pole component. A fourth pole component has no offset with respect to the third pole component. A fifth pole component and a sixth pole component each have an offset in the opposite direction to their predecessor.
  • Such a symmetrical V-shaped arrangement makes it possible to compensate for axial forces on the first to third rotor module that arise during the rotating operation of the rotor by almost identical but oppositely oriented axial forces on the fourth to sixth rotor module.
  • the axial force can be transmitted to a stator in such a way that a natural frequency of the stator is excited, which is undesirable, especially from the NVH point of view (noise, vibration, harshness - noise, vibration, roughness).
  • the invention is therefore based on the object of specifying a possibility for operating an electrical machine which is improved from the NVH point of view.
  • the invention provides for a rotor of the type mentioned at the outset that the stagger angle ⁇ of at least two of the magnetic components belonging to the magnetic component arrangement is not equal to ao + (i-1) ß.
  • the magnetic components belonging to the magnetic component arrangements are each arranged at a staggering angle cn ... ON, which is a central angle in a cylindrical coordinate system.
  • the coordinate system is identical for all other graduation angles.
  • a respective staggering angle relates to a predetermined point of a magnetic component, which is the same for all magnetic components. In the case of plate-shaped magnetic components, this can be their center point, for example, on which the angle can be perpendicular.
  • the graduation angles ⁇ relate to the magnetic components of the first to (N / 2) -th rotor modules belonging to the magnetic component arrangement. These magnetic components are also referred to below as the first group. Since the graduation angles ⁇ are different from one another, each magnetic component of the first group has a different graduation angle. In other words, no staggering angle occurs more than once in the first group.
  • the second group is arranged mirror-symmetrically to the first group with respect to a plane of symmetry which is perpendicular to the axis of the coordinate system and runs between the (N / 2) -th and [(N / 2) +1] -th rotor module is.
  • the rotor according to the invention is characterized in that the staggering angle a of at least two of the magnetic components belonging to the magnetic component arrangement is not equal to ao + (M) ß.
  • M ao +
  • the first group and, because of the mirror-symmetrical arrangement, also the second group have at least one offset in the circumferential direction.
  • at least one pair of staggering angles of the first group is interchanged compared to staggering angles of a V-shaped arrangement not according to the invention, in which the magnetic components of the first group are each offset by a fixed angle to the preceding magnetic component. Due to the mirror symmetrical arrangement, you can use the rotor according to the invention from an M,
  • N ⁇ 20 preferably N ⁇ 12, particularly preferably N ⁇ 10.
  • the rotor according to the invention preferably has at least four, particularly preferably at least six, very particularly preferably at least eight, poles.
  • the poles or the magnetic components of a respective rotor module or the Magnetkom component arrangements are typically arranged equidistant from one another in the circumferential direction.
  • alternate north poles or magnetic component arrangements which form a north pole radially on the outside, with south poles or magnetic component arrangements, which form a south pole radially on the outside, in the circumferential direction. Adjacent magnetic component dimensions typically do not overlap.
  • the graduation angle ⁇ of at least three of the magnetic components belonging to the magnetic component arrangement is not equal to ao + (M) ß. It is also conceivable that the staggering angle a of all magnetic components belonging to the magnetic component arrangement of the first to (N / 2) th rotor module is not equal to ao + (M) ß.
  • the offset angle is positive in the clockwise direction when viewed from an output side of the rotor.
  • the offset angle is negative in the clockwise direction when viewed from an output side of the rotor.
  • cn ao.
  • the magnetic component belonging to the magnetic component arrangement of the first rotor module is located at an edge position in the circumferential direction.
  • N 6
  • M 6
  • W 6
  • N 8.
  • a particularly balanced force distribution with N greater than or equal to 8 is obtained if for each arrangement of [(N / 2) - 1] consecutive rotor modules of the first to (N / 2) th rotor modules at most [(N / 2) - 3] pairs or pairs of directly adjacent magnetic components of the magnetic component arrangement are offset from one another by the simple offset angle.
  • the axial width of a respective rotor module is at least 5 mm, preferably at least 10 mm, particularly preferably at least 15 mm and / or at most 45 mm, preferably at most 35 mm, particularly preferably at most 30 mm.
  • each rotor module has a partial laminated core in which the magnetic components, in particular embedded or surface-mounted, are arranged.
  • the laminated core parts typically form a coherent laminated rotor core.
  • the rotor can also have a shaft.
  • an electrical machine comprising a stator and a rotor according to the invention which is arranged within the stator.
  • stator has a plurality of stator teeth.
  • the stator teeth are preferably each spaced apart from one another by a tooth angle, the offset angle ⁇ being an integral positive multiple of the tooth angle.
  • the stator teeth can run straight in the axial direction.
  • FIG. 1 shows a side view of a first exemplary embodiment of the rotor according to the invention
  • FIG. 2 shows a sectional detailed view of the rotor shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a staggering scheme with drawn axial forces of the rotor shown in FIG. 1;
  • Fig. 4 is a staggering scheme with drawn axial forces of a Ro tor according to the prior art.
  • FIG. 30 shows a schematic diagram of an exemplary embodiment of the electrical machine according to the invention.
  • FIG. 1 is a side view of a first embodiment of a rotor 1.
  • each rotor module 2a to 2f has a magnetic component, with magnetic components of the rotor modules 2a to 2f that form the same pole forming a magnetic component arrangement 4a, 4b, 4f.
  • FIG. 1 For reasons of clarity, only a magnetic component 3a of the first rotor module 2a, a magnetic component 3b of the second rotor module 2b, a magnetic component 3c of the third rotor module 2c, a magnetic component 3d of the fourth rotor module 2d, a magnetic component 3e of the fifth rotor module 2e are shown in FIG and a magnetic component 3f of a sixth rotor module 2f, which together form a first magnetic component arrangement 4a, with reference numerals verse hen. It can be seen that the first to sixth rotor modules 2a to 2f are arranged in ascending order of their names in the axial direction.
  • FIG. 1 shows a second magnetic component arrangement 4b and a sixth magnetic component arrangement 4f, a third, a fourth and a fifth magnetic component arrangement being concealed on one in FIG. 1
  • the magnetic components 3a to 3f of the first magnetic component arrangement 4a, the magnetic components of the third magnetic component arrangement and the magnetic components of the fifth magnetic component arrangement each form a north pole here, purely by way of example, radially on the outside, whereas the magnetic components of the second magnetic component arrangement 4b, the magnetic components of the fourth magnetic component arrangement and the Magnet components of the sixth magnet component arrangement 4f each form a south pole radially on the outside.
  • the magnetic components 3a to 3f and the other magnetic components are designed as plate-shaped permanent magnets embedded in a laminated core 5 of the rotor 1 and are shown visibly in FIG. 1.
  • the rotor 1 also has a shaft 6.
  • FIG. 2 is a sectional detailed view of the rotor 1 viewed from an output side 7 (see FIG. 1). 2 shows a sector-like section in the area of the first magnetic component arrangement 4a, in which projections of the magnetic components 3a to 3f are shown.
  • the magnetic components 3a to 3f belonging to the first magnetic component arrangement 4a are each arranged at a staggering angle cn ... O N in the circumferential direction.
  • Fig. 2 three clockwise positive angles 8, 9, 10 be related to a reference angular position 12 are shown.
  • the angle 8 denotes the graduation angles ai, ae, in which the magnetic components 3a and 3f are arranged
  • the angle 9 denotes the graduation angles 03, 04, in which the magnetic components 3c, 3d are arranged
  • the angle 10 denotes the graduation angles 02, 05, in which the magnetic components 3b, 3e are arranged.
  • the graduation angles 03, 04 are larger by an offset angle ⁇ , represented by an angle 11, and the graduation angles 02, 05 by twice the offset angle ⁇ are greater than the graduation angles ai, ab.
  • the first three or N / 2 magnetic components 3a, 3b, 3c on one side of the plane of symmetry 13 can also be used as a first group and the last three or N / 2 magnetic components 3d, 3e, 3f on the other side of the plane of symmetry 13 can also be used second group are called.
  • the offset results in the easily recognizable M-shaped arrangement of the magnetic components 3a to 3f.
  • the respective magnet components are arranged analogously.
  • the individual staggering angles of the magnetic components of the remaining magnetic component arrangements 4b, 4f are offset here by 60 ° or generally by 360 ° / P in the circumferential direction compared to the preceding magnetic component arrangement 4a, 4b.
  • 3 is a staggering diagram of the rotor 1 with axial forces drawn in during the rotary operation of the rotor 1.
  • a staggering scheme illustrates the positional relationships of the magnetic elements of a magnetic component arrangement representatively for the other magnetic component arrangements in two-dimensional form.
  • the offset angle ⁇ and the axial distances between the magnetic components are purely exemplary. Essentially, the staggering scheme is used to qualitatively represent the multiple of the offset angle ⁇ of the individual magnetic components.
  • the axial forces acting during rotary operation are shown by arrows 14a, 14b, 15a, 15b.
  • the arrows 14a, 14b relate to axial forces within the rotor modules 2a, 2b, 2c, which lie on the first side of the plane of symmetry 13, and the arrows 15a, 15b to axial forces within the rotor modules 2d, 2e, 2f, which are on the other Side of the plane of symmetry 13 lie.
  • the direction of the drawn axial forces relates to an exemplary operating point in the rotational operation of the rotor 1.
  • the direction of a respective drawn axial force can be reversed at other operating points, but their relative arrangement to one another is retained.
  • the mirror-symmetrical arrangement of the magnetic components 3a to 3f first has the advantage that the axial forces cancel each other out over the entire length of the rotor 1. This is an essential advantage with regard to NVH requirements. However, it can also be seen that the axial forces represented by the arrows 14a, 14b on the one hand and the axial forces represented by the arrows 15a, 15b on the other partially compensate for one another.
  • FIG. 4 shows a staggering scheme of a rotor according to the prior art with a V-shaped arrangement of magnetic components. Axial forces shown here by corresponding arrows 14 ', 15' can also be seen of the same magnitude. However, there is no compensation within rotor modules on a respective side of the plane of symmetry 13 '. With the rotor after the The prior art is an axial deformation that can cause undesirable vibrations and noise and can also transmit a standing wave to a stator, substantially greater than in the rotor 1 according to the first exemplary embodiment.
  • double arrows 16 also clarify that the condition according to which the staggering angle ⁇ of at least two of the magnetic components belonging to the magnetic component arrangement is not equal to ao + (M) ß is interpreted in this and the following exemplary embodiments as an interchange of the staggering angles of two magnetic components can.
  • a seventh and eighth rotor module are of course provided.
  • the first group has magnetic components 3a to 3d with graduation angles ai, 02, ⁇ 3, Cu and the second group has magnetic components 3e to 3h with graduation angles äs, eie, 0 (7, äs auf.
  • ai ao
  • a 2 a 0 + 3 * b
  • a 3 a 0 + ⁇
  • a 4 ao + 2-b.
  • the magnet components are designed as surface-mounted permanent magnets.
  • 30 is a schematic diagram of an embodiment of an electrical machine 16.
  • the electrical machine 16 comprises a stator 17 with stator slots or stator teeth 18.
  • the stator slots or stator teeth are typically straight in the axial direction.
  • a rotor 1 according to one of the exemplary embodiments described above is rotatably arranged within the stator 17.
  • the stator teeth 18 are each spaced apart from one another by a tooth angle, the offset angle ß being an integral positive multiple of the tooth angle.
  • the electrical machine 16 is set up to drive a vehicle, for example an electric vehicle or a flybridge vehicle.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Rotor (1) für eine elektrische Maschine (16), welcher wenigstens zwei Pole und eine gerade Anzahl von N ≥ 6 gestaffelten Rotormodulen (2a-2f) aufweist, wobei die Rotormodule (2a-2f) für einen jeweiligen Pol eine Magnetkomponente (3a-3f; 3a-3h) aufweisen und Magnetkomponenten (3a-3f; 3a-3h), die denselben Pol ausbilden, eine jeweilige Magnetkomponentenanordnung (4a, 4b, 4f) bilden, - wobei das erste bis N-te Rotormodul (2a-2f) in aufsteigender Reihenfolge ihrer Benennung in axialer Richtung angeordnet sind, - wobei eine jeweilige zu einer der Magnetkomponentenanordnungen (4a) gehörende Magnetkomponente (3a-3f; 3a-3h) des ersten bis N-ten Rotormoduls (2a-2f) jeweils in einem Staffelungswinkel α1... αN in Umfangsrichtung angeordnet ist, - wobei die Staffelungswinkel αi für 1 ≤ i ≤ N/2 einen Wert αi = α0+k∙β mit 0 ≤ k ≤ [(N/2)−1] aufweisen, α0 eine feste Winkelposition in Umfangsrichtung ist, β ein fester Versatzwinkel ist und alle Staffelungswinkel αi unterschiedlich zueinander sind, - wobei die Staffelungswinkel αm für [(N/2)+1] ≤ m ≤ N einen Wert αm = αN−m+1 aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Staffelungswinkel αi von wenigstens zwei der zur Magnetkomponentenanordnung (4a) gehörenden Magnetkomponente (3b) ungleich α0+(i−1)·β ist.

Description

Rotor für eine elektrische Maschine und elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wel cher wenigstens zwei Pole und eine gerade Anzahl von N > 6 gestaffelten Rotor modulen aufweist, wobei die Rotormodule für einen jeweiligen Pol eine Magnet komponente aufweisen und Magnetkomponenten, die denselben Pol ausbilden, eine jeweilige Magnetkomponentenanordnung bilden, wobei das erste bis N-te Ro tormodul in aufsteigender Reihenfolge ihrer Benennung in axialer Richtung ange ordnet sind, wobei eine jeweilige zu einer der Magnetkomponentenanordnungen gehörende Magnetkomponente des ersten bis N-ten Rotormoduls jeweils in einem Staffelungswinkel cn ... ON in Umfangsrichtung angeordnet ist, wobei die Staffe lungswinkel a,für 1 < i < N/2 einen Wert a, = ao+k ß mit 0 < k < [(N/2)— 1 ] aufwei sen, ao eine feste Winkelposition in Umfangsrichtung ist, ß ein fester Versatzwinkel ist und alle Staffelungswinkel a, unterschiedlich zueinander sind, wobei die Staffe lungswinkel am für [(N/2)+1] < m < N einen Wert am = qN-m+i aufweisen.
Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine.
Gestaffelte Rotoren, bei denen sich ein jeweiliger Pol nicht durchgängig gerade in axialer Richtung erstreckt, dienen dazu, Rastmomente und eine Drehmomentwel ligkeit beim Betrieb einer elektrischen Maschine zu reduzieren.
Das Dokument DE 10 2012 205 191 A1 offenbart beispielsweise einen Rotor mit einer Anordnung von sechs Polkomponenten, die in einer senkrecht zur Rotations richtung verlaufenden Schichtrichtung angeordnet sind. Zwischen einer ersten Pol komponente und einer zweiten Polkomponente besteht ein Versatz ebenso wie zwischen einer dritten Polkomponente und einer zweiten Polkomponente. Eine vierte Polkomponente weist keinen Versatz gegenüber der dritten Polkomponente auf. Eine fünfte Polkomponente und eine sechste Pokomponente weisen zu ihrem Vorgänger jeweils einen Versatz in die entgegengesetzte Richtung auf. Eine solche symmetrische V-förmige Anordnung ermöglicht es, beim Drehbetrieb des Rotors entstehende axiale Kräfte auf das erste bis dritte Rotormodul durch na hezu betragsgleiche aber entgegengesetzt orientierte axiale Kräfte auf das vierte bis sechste Rotormodul auszugleichen. Dies führt jedoch zu einer messbaren axi alen Deformation des Rotors, die Vibrationen und Schwingungen hervorrufen kann. In einem ungünstigen Fall kann die axiale Kraft so auf einen Stator übertra gen werden, dass eine Eigenfrequenz des Stators angeregt wird, was insbeson dere unter NVH-Gesichtspunkten (Noise, Vibration, Harshness - Geräusch, Vibra tion, Rauheit) unerwünscht ist.
Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine unter NVH-Gesichtspunkten verbessert Möglichkeit zum Betrieb einer elektrischen Maschine anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Rotor der eingangs ge nannten Art vorgesehen, dass der Staffelungswinkel a, von wenigstens zwei der zur Magnetkomponentenanordnung gehörenden Magnetkomponente ungleich ao+(i-1 ) ß ist.
Die zur Magnetkomponentenanordnungen gehörenden Magnetkomponenten sind jeweils im Staffelungswinkel cn ... ON angeordnet, der ein Mittelpunktswinkel in ei nem zylindrischen Koordinatensystem ist. Das Koordinatensystem ist dabei für alle anderen Staffelungswinkel identisch. Ein jeweiliger Staffelungswinkel bezieht sich dabei auf einen vorgegebenen Punkt einer Magnetkomponente, der für alle Mag netkomponenten gleich ist. Dies kann bei plattenförmigen Magnetkomponenten beispielsweise ihr Mittelpunkt sein, auf dem der Winkel lotrecht stehen kann.
Die Staffelungswinkel a, beziehen sich auf die zur Magnetkomponentenanordnung gehörenden Magnetkomponenten des ersten bis (N/2)-ten Rotormoduls. Diese Magnetkomponenten werden im Weiteren auch als erste Gruppe bezeichnet. Da die Staffelungswinkel a, zueinander unterschiedlich sind, hat jede Magnetkompo nente der ersten Gruppe einen anderen Staffelungswinkel. Mit anderen Worten kommt kein Staffelungswinkel in der ersten Gruppe mehrfach vor. Die Staffelungswinkel am beziehen sich auf die zur Magnetkomponentenanord nung gehörenden Magnetkomponenten des [(N/2)+1]-ten bis N-ten Rotormoduls. Diese Magnetkomponenten werden im Weiteren auch als zweite Gruppe bezeich net. Für diese gilt am = ciN-m+i . Das heißt, dass die zweite Gruppe bezüglich einer Symmetrieebene, die senkrecht auf der Achse des Koordinatensystems steht und zwischen dem (N/2)-ten und [(N/2)+1]-ten Rotormodul verläuft, spiegelsymmet risch zur ersten Gruppe angeordnet ist.
Der erfindungsgemäße Rotor zeichnet sich dadurch aus, dass der Staffelungswin kel a, von wenigstens zwei der zur Magnetkomponentenanordnung gehörenden Magnetkomponente ungleich ao+(M ) ß ist. Das heißt, dass die erste Gruppe und wegen der spiegelsymmetrischen Anordnung auch die zweite Gruppe in Umfangs richtung wenigstens einen Versprung aufweisen. Mit anderen Worten ist wenigs tens ein Paar von Staffelungswinkeln der ersten Gruppe im Vergleich zu Staffe lungswinkeln einer nicht erfindungsgemäßen V-förmigen Anordnung, bei der die Magnetkomponenten der ersten Gruppe jeweils um einen festen Winkel zur voran gehenden Magnetkomponente versetzt sind, vertauscht. Aufgrund der spiegelsym metrischen Anordnung kann man beim erfindungsgemäßen Rotor von einer M-,
W-, oder zickzack-förmigen Anordnung der zur Magnetkomponentenanordnung gehörenden Magnetkomponenten sprechen.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor entstehen im Drehbetrieb entgegengesetzt ori entierte axiale Kräfte innerhalb des ersten bis (N/2)-ten Rotormoduls, wohingegen bei der V-förmigen Anordnung die axialen Kräfte in innerhalb des ersten bis (N/2)- ten Rotormoduls und des [(N/2)+1]-ten bis N-ten Rotormoduls einheitlich orientiert sich. Bei dem erfindungsgemäßen Rotor findet so bereits ein zumindest teilweiser Ausgleich der axialen Kräfte innerhalb des ersten bis (N/2)-ten Rotormoduls einer seits und des [(N/2)+1]-ten bis N-ten Rotormoduls andererseits statt, was sich vor teilhafterweise günstig auf die Entstehung von Geräuschen und Vibrationen im Drehbetrieb auswirkt. In der Regel ist N < 20, bevorzugt N < 12, besonders bevorzugt N < 10. Der erfin dungsgemäße Rotor weist bevorzugt wenigstens vier, besonders bevorzugt we nigstens sechs, ganz besonders bevorzugt wenigstens acht, Pole auf. Die Pole bzw. die Magnetkomponenten eines jeweiligen Rotormoduls bzw. die Magnetkom ponentenanordnungen sind typischerweise äquidistant zueinander in Umfangs richtung anordnet. In der Regel wechseln sich Nordpole bzw. Magnetkomponen tenanordnungen, die radial außen einen Nordpol ausbilden, mit Südpolen bzw. Magnetkomponentenanordnungen, die radial außen einen Südpol ausbilden, in Umfangsrichtung ab. Typischerweise sind benachbarte Magnetkomponentenano rdnungen überlappungsfrei. Sind bei der ersten Magnetkomponentenanordnung a-i,h = ah mit 1 < n < N und sind 02,n ... ar,h für 2 < p < P jeweils ein Staffelungswin kel einer zur p-ten Magnetkomponentenanordnung gehörenden Magnetkompo nente des n-ten Rotormoduls, wobei P die Anzahl der Pole ist, so gilt typischer weise ap,n = ah+[(r-1 )·2tt/R].
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Staffelungswinkel a, von wenigstens drei der zur Magnetkomponentenanordnung gehörenden Magnet komponente ungleich ao+(M ) ß ist. Es ist auch denkbar, dass der Staffelungswin kel a, aller zur Magnetkomponentenanordnung gehörenden Magnetkomponenten des ersten bis (N/2)-ten Rotormoduls ungleich ao+(M ) ß ist.
Es kann beim erfindungsgemäßen Rotor vorgesehen sein, dass der Versatzwinkel von einer Abtriebsseite des Rotors aus betrachtet im Uhrzeigersinn positiv ist. Al ternativ ist der Versatzwinkel von einer Abtriebsseite des Rotors aus betrachtet im Uhrzeigersinn negativ.
Bei bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Rotors ist cn = ao. An ders gesprochen befindet sich die zur Magnetkomponentenanordnung gehörende Magnetkomponente des ersten Rotormoduls an einer Randposition in Umfangs richtung. Eine besonders aufwandsarme Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotors ergibt sich, wenn N = 6. Hier lässt sich freilich nur eine M- bzw. W-förmige Anord nung realisieren. Dabei werden im Detail folgende Ausführungen des Rotors, die jeweils in einer Zeile der folgenden Tabelle angegeben sind, bevorzugt:
Ö1 - Oo+ 02 - Oo+ 03 - Oo+
0 2"ß ß ß Ö 2 ß
2 ß 5 ß ß 2~ß 5
Davon ist es besonders bevorzugt, wenn 02= oo+2 ß und 03 = ao+ß.
Allgemein kann für komplexere Rotoren vorgesehen sein, dass N > 8 ist. Ein guter Kompromiss zwischen der Komplexität des Rotors und der Möglichkeit zur Gestal tung der Verteilung der axialen Kräfte ergibt sich, wenn N = 8.
Bei einem Rotor mit acht Rotormodulen sind jeweils folgende Ausgestaltungen möglich: Als besonders bevorzugte Ausgestaltungen sind für ai = ao dabei hervorzuheben,
- dass 02 = ao+ß und 03 = ao+3-b und 04 = ao+2-b oder
- dass 02 = oo+3-b und 03 = ao+2-b und 04 = ao+ß oder - dass 02 = qo+3-b und 03 = ao+ß und 04 = ao+2-b.
Eine besonders ausgeglichene Kraftverteilung bei N größer gleich 8 ergibt sich, wenn für jede Anordnung von [(N/2)— 1 ] aufeinanderfolgenden Rotormodulen des ersten bis (N/2)-ten Rotormoduls höchstens [(N/2)— 3] Paar oder Paare von unmit- telbar benachbarten Magnetkomponenten der Magnetkomponentenanordnung um den einfachen Versatzwinkel zueinander versetzt sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die axiale Breite eines jeweiligen Rotormoduls wenigstens 5 mm, bevorzugt wenigs- tens 10 mm, besonders bevorzugt wenigstens 15 mm und/oder höchstens 45 mm, bevorzugt höchstens 35 mm, besonders bevorzugt höchstens 30 mm beträgt.
Außerdem kann beim erfindungsgemäßen Rotor vorgesehen sein, dass jedes Ro tormodul ein Teilblechpaket aufweist, in dem die Magnetkomponenten, insbesondere eingebettet oder oberflächenmontiert, angeordnet sind. Die Teil blechpakete bilden typischerweise ein zusammenhängendes Rotorblechpaket aus.
Der Rotor kann auch eine Welle aufweisen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine elektri sche Maschine, umfassend einen Stator und einen innerhalb des Stators angeord neten erfindungsgemäßen Rotor.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Stator eine Vielzahl von Statorzähnen auf weist. Bevorzugt sind die Statorzähne jeweils um einen Zahnwinkel voneinander beabstandet, wobei der Versatzwinkel ß ein ganzzahliges positives Vielfaches des Zahnwinkels ist. Alternativ oder zusätzlich können die Statorzähne in axialer Rich tung gerade verlaufen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Zeichnung. Diese sind schematische Darstellun gen und zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfin- dungsgemäßen Rotors;
Fig. 2 eine geschnittene Detailansicht des in Fig. 1 gezeigten Rotors;
Fig. 3 ein Staffelungsschema mit eingezeichneten Axialkräften des in Fig. 1 gezeigten Rotors;
Fig. 4 ein Staffelungsschema mit eingezeichneten Axialkräften eines Ro tors nach dem Stand der Technik. Fig. 5 bis 7 jeweils ein Staffelungsschema eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rotors mit N = 6.
Fig. 8 bis 10 jeweils ein Staffelungsschema mit eingezeichneten Axialkräften ei nes weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rotors mit N = 8.
Fig. 11 bis 29 jeweils ein Staffelungsschema eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rotors mit N = 8.
Fig. 30 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemä ßen elektrischen Maschine.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Rotors 1.
Der Rotor weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel exemplarisch P = 6 Pole und eine gerade Anzahl von N = 6 gestaffelten Rotormodulen 2a bis 2f auf. Für einen jeweiligen Pol des Rotors 1 weist jedes Rotormodul 2a bis 2f eine Magnetkompo nente auf, wobei Magnetkomponenten der Rotormodule 2a bis 2f, die denselben Pol ausbilden, eine Magnetkomponentenanordnung 4a, 4b, 4f bilden. Aus Grün den der Übersichtlichkeit sind in Fig. 1 nur eine Magnetkomponente 3a des ersten Rotormoduls 2a, eine Magnetkomponente 3b des zweiten Rotormoduls 2b, eine Magnetkomponente 3c des dritten Rotormoduls 2c, eine Magnetkomponente 3d des vierten Rotormoduls 2d, eine Magnetkomponente 3e des fünften Rotormoduls 2e und eine Magnetkomponente 3f eines sechsten Rotormoduls 2f, die zusammen eine erste Magnetkomponentenanordnung 4a bilden, mit Bezugszeichen verse hen. Ersichtlich sind das erste bis sechste Rotormodul 2a bis 2f in aufsteigender Reihenfolge ihrer Benennung in axialer Richtung angeordnet.
Daneben zeigt Fig. 1 eine zweite Magnetkomponentenanordnung 4b und eine sechste Magnetkomponentenanordnung 4f, wobei sich eine dritte, eine vierte und eine fünfte Magnetkomponentenanordnung auf einer in Fig. 1 verdeckten Rückseite des Rotors 1 befinden. Die Magnetkomponenten 3a bis 3f der ersten Magnetkomponentenanordnung 4a, die Magnetkomponenten der dritten Magnet komponentenanordnung und die Magnetkomponenten der fünften Magnetkompo nentenanordnung bilden hier jeweils rein exemplarisch radial außen einen Nordpol aus, wohingegen die Magnetkomponenten der zweiten Magnetkomponentenano rdnung 4b, die Magnetkomponenten der vierten Magnetkomponentenanordnung und die Magnetkomponenten der sechsten Magnetkomponentenanordnung 4f je weils radial außen ein Südpol ausbilden.
Die Magnetkomponenten 3a bis 3f und die übrigen Magnetkomponenten sind als plattenförmige, in ein Blechpaket 5 des Rotors 1 eingebettete Permanentmagnete ausgebildet und in Fig. 1 sichtbar dargestellt sind. Der Rotor 1 weist ferner eine Welle 6 auf.
Fig. 2 ist ein geschnittene Detailansicht des Rotors 1 von eine Abtriebsseite 7 (siehe Fig. 1) aus betrachtet. Fig. 2 zeigt dabei einen sektorähnlichen Ausschnitt im Bereich der ersten Magnetkomponentenanordnung 4a, in dem Projektionen der Magnetkomponenten 3a bis 3f dargestellt sind.
Die zur ersten Magnetkomponentenanordnung 4a gehörenden Magnetkomponen ten 3a bis 3f sind jeweils in einem Staffelungswinkel cn ... ON in Umfangsrichtung angeordnet. In Fig. 2 sind dazu drei im Uhrzeigersinn positive Winkel 8, 9, 10 be zogen auf eine Referenzwinkelposition 12 dargestellt. Der Winkel 8 kennzeichnet dabei die Staffelungswinkel a-i, ae, in denen die Magnetkomponenten 3a und 3f angeordnet sind, der Winkel 9 kennzeichnet die Staffelungswinkel 03, 04, in denen die Magnetkomponenten 3c, 3d angeordnet sind, und der Winkel 10 kennzeichnet die Staffelungswinkel 02, 05, in denen die Magnetkomponenten 3b, 3e angeordnet sind. Dabei sind die Staffelungswinkel 03, 04 um einen Versatzwinkel ß, dargestellt durch ein Winkel 11 , und die Staffelungswinkel 02, 05 um den doppelten Versatz winkel ß größer als die Staffelungswinkel a-i, ab. Formelmäßig ausgedrückt gilt: ai = ao und 02 = ao+2-b und 03 = ao+ß, wobei aoeine Randposition in Umfangsrichtung der Magnetkomponente, hier der Magnetkomponente 3a, mit dem kleinsten betragsmäßigen Winkel beschreibt.
Mithin weisen die Staffelungswinkel aifür 1 < i < 3 einen Wert a, = ao+k ß mit 0 < k < 2 auf. Die Staffelungswinkel am für 4 < m < 6 weisen einen Wert am = 07-m auf, wodurch sie spiegelsymmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene 13 (siehe Fig. 1 ) verteilt sind. Insofern können die ersten drei bzw. N/2 Magnetkomponenten 3a, 3b, 3c auf einer Seite der Symmetrieebene 13 auch als erste Gruppe und die letzten drei bzw. N/2 Magnetkomponenten 3d, 3e, 3f auf der anderen Seite der Symmetrieebene 13 auch als zweite Gruppe bezeichnet werden.
Ersichtlich gilt für die zur ersten Magnetkomponentenanordnung 4a gehörenden Magnetkomponenten 3a, 3b, 3c, dass die Staffelungswinkel 02 = ao+2·b F ao+(2-1 ) ß und 03 = ao+b F ao+(3-1 ) sind. Dadurch wird ein Versprung in der An ordnung der Magnetkomponenten 3a bis 3c realisiert, der wegen der spiegelsym metrischen Anordnung auch bei der Anordnung der Magnetkomponenten 3d bis 3f realisiert wird.
Allgemein gesprochen gilt für die erste Magnetkomponentenanordnung 4a, dass die Staffelungswinkel a,für 1 < i < N/2 einen Wert a, = ao+k ß mit 0 < k < [(N/2)-1] aufweisen und alle Staffelungswinkel a, unterschiedlich zueinander sind, dass die Staffelungswinkel am für [(N/2)+1] < m < N einen Wert am = öN-m+i aufweisen, und dass der Staffelungswinkel a, wenigstens einer der zur Magnetkomponentenano rdnung gehörenden Magnetkomponente 3b, 3c ungleich ao+(M ) ß ist.
Wieder mit Bezug zu Fig. 1 ergibt sich durch den Versprung die gut erkennbare M- förmige Anordnung der Magnetkomponenten 3a bis 3f. Bei den übrigen Magnet komponentenanordnungen 4b, 4f sind die jeweiligen Magnetkomponenten analog dazu angeordnet. Die einzelnen Staffelungswinkel der Magnetkomponenten der übrigen Magnetkomponentenanordnungen 4b, 4f sind hier um 60° oder allgemein um 360°/P in Umfangsrichtung gegenüber der vorangehenden Magnetkomponen tenanordnung 4a, 4b versetzt. Fig. 3 ist ein Staffelungsschema des Rotors 1 mit eingezeichneten Axialkräften beim Drehbetrieb des Rotors 1 . Ein Staffelungsschema illustriert dabei die Lage verhältnisse der Magnetelemente einer Magnetkomponentenanordnung repräsen tativ für die übrigen Magnetkomponentenanordnungen in zweidimensionaler Form. Der Versatzwinkel ß und axiale Abstände der Magnetkomponenten sind dabei rein exemplarisch. Im Wesentlichen werden durch das Staffelungsschema die Vielfa chen des Versatzwinkels ß der einzelnen Magnetkomponenten qualitativ darge stellt.
Die beim Drehbetrieb wirkenden Axialkräfte sind durch Pfeile 14a, 14b, 15a, 15b dargestellt. Dabei beziehen sich die Pfeile 14a, 14b auf Axialkräfte innerhalb der Rotormodule 2a, 2b, 2c, die auf der ersten Seite der Symmetrieebene 13 liegen, und die Pfeile 15a, 15b auf Axialkräfte innerhalb der Rotormodule 2d, 2e, 2f, die auf der anderen Seite der Symmetrieebene 13 liegen. Die Richtung der einge zeichneten Axialkräfte bezieht sich dabei auf einen exemplarischen Arbeitspunkt im Rotationsbetrieb des Rotors 1. Die Richtung einer jeweiligen eingezeichneten Axialkraft kann sich bei anderen Betriebspunkten umkehren, wobei jedoch ihre re lative Anordnung zueinander erhalten bleibt.
Die spiegelsymmetrische Anordnung der Magnetkomponenten 3a bis 3f hat zu nächst den Vorteil, dass sich die Axialkräfte über die gesamte Länge des Rotors 1 gegeneinander aufheben. Dies ist im Hinblick auf NVH-Anforderungen ein wesent licher Vorteil. Es ist aber auch erkennbar, dass sich die durch die Pfeile 14a, 14b repräsentierten Axialkräfte einerseits und die durch die Pfeile 15a, 15b repräsen tierten Axialkräfte andererseits teilweise gegenseitig kompensieren.
Zum Vergleich zeigt Fig. 4 ein Staffelungsschema eines Rotors nach dem Stand der Technik mit einer V-förmigen Anordnung von Magnetkomponenten. Erkennbar sind hier durch korrespondierende Pfeile 14', 15' dargestellte Axialkräfte zwar auch gleich groß. Es erfolgt aber keine Kompensation innerhalb von Rotormodu len auf einer jeweiligen Seite der Symmetrieebene 13'. Bei dem Rotor nach dem Stand der Technik ist eine axiale Deformation, die unerwünschte Vibrationen und Geräusche verursachen kann und auch eine stehende Welle auf einen Stator übertragen kann, wesentlichen größer als beim Rotor 1 gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel.
In Fig. 4 verdeutlichen Doppelpfeile 16' außerdem, dass die Bedingung, wonach der Staffelungswinkel a, von wenigstens zwei der zur Magnetkomponentenanord nung gehörenden Magnetkomponente ungleich ao+(M ) ß ist, bei diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen als Vertauschen der Staffelungswinkel zweier Magnetkomponenten interpretiert werden kann.
Die Fig. 5 bis 7 sind jeweils ein Staffelungsschema eines weiteren Ausführungs beispiels eines Rotors mit N = 6.
Für die Staffelungswinkel a-i, 02, Ö3 gilt dabei jeweils:
Wegen der Spiegelsymmetrie lassen sich die weiteren Staffelungswinkel cu, as, ab selbstverständlich analog daraus ermitteln. Mithin können die Ausführungsbei spiele gemäß Fig. 5 und Fig. 7 als W-förmige Anordnung und das Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 6 als M-förmige Anordnung aufgefasst werden.
Fig. 8 bis Fig. 29 sind jeweils ein Staffelungsschema eines weiteren Ausführungs beispiels eines Rotors mit N = 8, wobei in Fig. 8 bis Fig. 10 zusätzlich Axialkräfte entsprechend Fig. 3 eingezeichnet sind. Bei diesen Ausführungsbeispielen sind selbstverständlich ein siebtes und achtes Rotormodul vorgesehen. Ferner weist die erste Gruppe Magnetkomponenten 3a bis 3d mit Staffelungswinkeln a-i, 02, Ö3, Cu und die zweite Gruppe Magnetkomponenten 3e bis 3h mit Staffelungswinkeln äs, eie, 0(7, äs auf. Die übrigen Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel gel ten für die Ausführungsbeispiele mit N = 8 entsprechend, soweit im Folgenden nichts Abweichendes beschrieben ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 gilt ai = ao, cm = ao+ß, 03 = ao+3-b und 04 = ao+2-b. Ersichtlich heben sich hier vorteilhafterweise die durch die Pfeile 14a, 14b repräsentierten Axialkräfte einerseits und die durch die Pfeile 15a, 15b reprä sentierten Axialkräfte auf jeder Seite der Symmetrieebene 13 auf. Es liegt wiede rum eine M-förmige Anordnung vor.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 gilt ai = ao, a2 = a0+3·b und a3 = a0+2·b und a4 = a0+ß. Ersichtlich heben sich hier vorteilhafterweise die durch die Pfeile 14a, 14b repräsentierten Axialkräfte einerseits und die durch die Pfeile 15a, 15b repräsentierten Axialkräfte auf jeder Seite der Symmetrieebene 13 teilweise auf. Es liegt wiederum eine M-förmige Anordnung vor.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 gilt ai = ao, a2 = a0+3·b, a3 = a0+ß und a4 = ao+2-b. Ersichtlich heben sich hier vorteilhafterweise die durch die Pfeile 14a, 14b, 14c repräsentierten Axialkräfte einerseits und die durch die Pfeile 15a, 15b, 15c repräsentierten Axialkräfte auf jeder Seite der Symmetrieebene 13 teilweise auf. Diese Anordnung kann als zickzack-förmig aufgefasst werden.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 11 bis Fig. 29 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Eintragung der Bezugszeichen 3a bis 3f und 13 verzich tet. Hier gilt im Einzelnen für die Staffelungswinkel a-i, 02, a3, a4: Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen eines Rotors, die im Übrigen einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele entsprechen, sind die Magnetkompo nenten als oberflächenmontierte Permanentmagnete ausgebildet.
Fig. 30 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Ma schine 16.
Die elektrische Maschine 16 umfasst einen Stator 17 mit Statornuten bzw. Statorzähnen 18. Typischerweise sind die Statornuten bzw. Statorzähne in axialer Richtung gerade. Innerhalb des Stators 17 ist ein Rotor 1 gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele drehbar angeordnet. Die Statorzähnen 18 sind jeweils um ein Zahnwinkel voneinander beabstandet, wobei der Versatzwin kel ß ein ganzzahliges positives Vielfaches des Zahnwinkels ist.
Die elektrische Maschine 16 ist zum Antreiben eines Fahrzeugs, beispielsweise ei nes Elektrofahrzeugs oder eines Flybridfahrzeugs, eingerichtet.

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (1 ) für eine elektrische Maschine (16), welcher wenigstens zwei Pole und eine gerade Anzahl von N > 6 gestaffelten Rotormodulen (2a-2f) auf weist, wobei die Rotormodule (2a-2f) für einen jeweiligen Pol eine Magnet komponente (3a-3f; 3a-3h) aufweisen und Magnetkomponenten (3a-3f; 3a- 3h), die denselben Pol ausbilden, eine jeweilige Magnetkomponentenanord nung (4a, 4b, 4f) bilden,
- wobei das erste bis N-te Rotormodul (2a-2f) in aufsteigender Reihenfolge ihrer Benennung in axialer Richtung angeordnet sind,
- wobei eine jeweilige zu einer der Magnetkomponentenanordnungen (4a) gehörende Magnetkomponente (3a-3f; 3a-3h) des ersten bis N-ten Rotor moduls (2a-2f) jeweils in einem Staffelungswinkel cn ... ON in Umfangsrich tung angeordnet ist,
- wobei die Staffelungswinkel a,für 1 < i < N/2 einen Wert a, = ao+k ß mit 0 < k < [(N/2)— 1 ] aufweisen, ao eine feste Winkelposition in Umfangsrich tung ist, ß ein fester Versatzwinkel ist und alle Staffelungswinkel a, unter schiedlich zueinander sind,
- wobei die Staffelungswinkel am für [(N/2)+1] < m < N einen Wert am = ctN-m+i aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Staffelungswinkel a, von wenigstens drei der zur Magnetkomponentenanordnung (4a) gehörenden Magnetkom ponente (3b) ungleich ao+(M) ß ist.
2. Rotor nach Anspruch 1 , wobei der Versatzwinkel ß von einer Abtriebsseite (7) des Rotors (1) aus betrachtet im Uhrzeigersinn positiv oder negativ ist.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei cn = ao.
4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei N = 6.
5. Rotor nach den Ansprüche 3 und 4, wobei Ö2 = ao+2-b und az = ao+ß.
6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei N > 8.
7. Rotor nach Anspruch 6, wobei N = 8.
8. Rotor nach den Ansprüchen 3 und 7, wobei 02 = ao+ß und 03 = ao+3 ß und
04 = Oo+2 b.
9. Rotor nach den Ansprüchen 3 und 7, wobei 02 = ao+3 ß und a3 = oo+2 ß und 04 = ao+ß.
10. Rotor nach den Ansprüchen 3 und 7, wobei 02 = ao+3 ß und a3 = ao+ß und
04 = Oo+2 b.
11. Rotor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei für jede Anordnung von [(N/2)— 1 ] aufeinanderfolgenden Rotormodulen (3a-3f; 3a-3h) ersten bis (N/2)-ten Rotormoduls (2a, 2b, 2c) höchstens [(N/2)— 3] Paar oder Paare von unmittelbar benachbarten Magnetkomponenten (3a-3f; 3a-3h) der Mag netkomponentenanordnung (4a) um den einfachen Versatzwinkel ß zuei nander versetzt sind.
12. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die axiale Breite eines jeweiligen Rotormoduls (2a-2f) wenigstens 5 mm, bevorzugt wenigs tens 10 mm, besonders bevorzugt wenigstens 15 mm und/oder höchstens 45 mm, bevorzugt höchstens 35 mm, besonders bevorzugt höchstens 30 mm beträgt.
13. Elektrische Maschine (16), umfassend einen Stator (17) und einen inner halb des Stators (17) angeordneten Rotor (1) nach einem der vorhergehen den Ansprüche.
14. Elektrische Maschine nach Anspruch 13, wobei der Stator (17) eine Vielzahl von Statorzähnen (18) aufweist, die jeweils um einen Zahnwinkel voneinan der beabstandet sind, wobei der Versatzwinkel ß ein ganzzahliges positives Vielfaches des Zahnwinkels ist.
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WO (1) WO2021037809A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020231897A1 (en) * 2019-05-10 2020-11-19 Carrier Corporation Compressor with thrust control
WO2021002381A1 (ja) * 2019-07-01 2021-01-07 日本電産株式会社 モータおよびモータユニット
CN115276286A (zh) * 2022-08-12 2022-11-01 智新科技股份有限公司 提高电机nvh性能的转子结构及其斜级初始角度计算方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1684400B1 (de) * 2005-01-21 2008-05-14 Hitachi, Ltd. Rotierende elektrische Maschine
DE102006033718B4 (de) * 2006-07-20 2017-10-19 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische Maschine mit schräg verlaufenden Magnetpolgrenzen
JP4404086B2 (ja) * 2006-11-22 2010-01-27 ダイキン工業株式会社 回転子及び回転機
US20100277027A1 (en) * 2009-04-30 2010-11-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Skew pattern for a permanent magnet rotor
KR101092046B1 (ko) * 2009-12-31 2011-12-12 계양전기 주식회사 스큐형 로터를 구비하는 브러시리스 모터
US9071104B2 (en) * 2010-03-03 2015-06-30 Siemens Aktiengesellschaft Method of attaching a magnet to a rotor or a stator of an electrical machine
CN103503281A (zh) * 2011-02-24 2014-01-08 安德里茨里茨有限责任公司 具有多重防腐蚀保护的永磁体转子的内部激励的同步电动机
DE102011080671A1 (de) * 2011-08-09 2013-02-14 Siemens Aktiengesellschaft Rotor für eine permanentmagnetische Maschine
US20130169099A1 (en) * 2011-12-31 2013-07-04 Danotek Motion Technologies, Inc. Magnet assembly for permanent magnet machine
US20130169097A1 (en) * 2011-12-31 2013-07-04 Danotek Motion Technologies, Inc. Low axial force permanent magnet machine
DE102012205191A1 (de) * 2012-03-30 2013-10-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vibrationsverhinderung bei Synchronmaschinen
JP5737250B2 (ja) * 2012-09-21 2015-06-17 株式会社デンソー ロータおよび回転電機
EP3035496B1 (de) * 2014-12-16 2017-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Rotor für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine
CN204559264U (zh) * 2014-12-29 2015-08-12 无锡新大力电机有限公司 永磁电机的转子永磁体分布结构
DE102016211600A1 (de) * 2016-06-28 2017-12-28 Em-Motive Gmbh Elektrische Maschine umfassend einen Rotor und einen Stator
DE102017011412A1 (de) * 2017-12-11 2018-06-28 Daimler Ag Rotor für permanent erregte Elektromaschinen
US10644576B2 (en) * 2017-12-30 2020-05-05 Abb Schweiz Ag Method for manufacturing an electrical machine
DE102018126570A1 (de) * 2018-10-25 2020-04-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Rotor
CN209282958U (zh) * 2018-12-29 2019-08-20 苏州汇川技术有限公司 斜极转子及永磁同步电机
CN109510353B (zh) * 2018-12-29 2024-04-30 苏州汇川联合动力系统股份有限公司 斜极转子及永磁同步电机
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