WO2020007766A1 - Rotor - Google Patents

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WO2020007766A1
WO2020007766A1 PCT/EP2019/067529 EP2019067529W WO2020007766A1 WO 2020007766 A1 WO2020007766 A1 WO 2020007766A1 EP 2019067529 W EP2019067529 W EP 2019067529W WO 2020007766 A1 WO2020007766 A1 WO 2020007766A1
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WO
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permanent magnet
rotor
laminated core
magnet unit
pockets
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PCT/EP2019/067529
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English (en)
French (fr)
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Christoph Otto
Michael Jacob
Uwe Klippert
Adrian Cornel POP
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Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Original Assignee
Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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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
    • H02K1/2706—Inner rotors
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    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/006—Structural association of a motor or generator with the drive train of a motor vehicle
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    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the invention relates to a rotor of an electrical machine.
  • the electrical machine is a component of a motor vehicle and, for example, a hybrid booster.
  • the invention further relates to an electric motor of a motor vehicle.
  • Brushless electric motors usually have a rotor which is set into a rotational movement by means of a stator.
  • the stator comprises a number of phases, usually three, which are supplied with current by means of electronics.
  • the individual phases are electrically contacted to one another either in a so-called delta connection or in a star connection.
  • the phases generate a rotating magnetic field that drives the rotor.
  • the rotor itself is permanently excited.
  • permanent magnets are attached to the rotor, which interact with the magnetic field generated by the stator.
  • the permanent magnets lie in pockets of a laminated core of the rotor, the individual laminations of which are arranged perpendicular to the rotor axis.
  • the metal sheets lie against one another via an electrically insulating lacquer layer in order to prevent parasitic eddy currents from spreading in the rotor body, which would otherwise reduce the efficiency of the electric motor.
  • the pockets and the permanent magnets themselves each have a cuboid cross section perpendicular to the rotor axis and are arranged, for example, radially in the manner of spokes or in a V-shape.
  • the permanent magnets are offset as far as possible radially outwards in the direction of the stator.
  • the distance between the permanent magnets is comparatively small.
  • the electrical machine mostly blocks comparatively abruptly, so that components driven by the electrical machine or components driving the electrical machine can be damaged. It is also not excluded that the rotor or parts thereof break through a housing of the electrical machine and thus endanger an environment of the electrical machine.
  • the pockets usually have projections directed towards one another at their respective radially outer free ends in order to reduce the radial opening of the pockets.
  • the permanent magnet is thus held in the radial direction by the projections.
  • This requires the permanent magnet to be offset in the direction of the axis of rotation by the thickness of the projections, which reduces the efficiency of the electrical machine.
  • the thickness of the projections must be adapted to the centrifugal forces that arise. Either comparatively inexpensive material is used for the rotor body, which leads to a large thickness of the projections and a low efficiency. Or comparatively stiff material is used for the rotor body, which however leads to increased manufacturing costs.
  • the permanent magnets are arranged in completely closed pockets.
  • the area of the laminated core that surrounds the radially outer end of the permanent magnet must be designed to be comparatively stable.
  • the rotor has a comparatively high speed of rotation. speed
  • the sleeve also serves as protection against magnetic fragments coming loose.
  • it is necessary that a comparatively close fit is achieved between the sleeve and the laminated core, since otherwise the individual components are pulled apart due to the centrifugal forces and thus do not stabilize one another.
  • only a comparatively low manufacturing tolerance can be selected, which increases manufacturing costs.
  • the invention is based on the object of specifying a particularly suitable rotor and a particularly suitable electric motor, reliability and / or a rotational speed being increased in particular.
  • the rotor is a component of an electrical machine, for example a generator or particularly preferably an electric motor.
  • the electric motor is, for example, an asynchronous motor or a synchronous motor.
  • the electric motor is a brushed commutator motor.
  • the electrical machine is particularly preferably designed to be brushless and, for example, a brushless electric motor, in particular a brushless DC motor (BLDC).
  • BLDC brushless DC motor
  • the electrical machine is a component of a motor vehicle, for example an auxiliary unit of the motor vehicle, such as an adjustment drive.
  • the auxiliary unit is a pump or comprises a pump, such as a water or lubricant pump, for example an engine oil or gear oil pump.
  • the electrical machine is a component of an electromotive refrigerant compressor (eKMV) or a heating fan.
  • eKMV electromotive refrigerant compressor
  • the electrical machine is particularly preferably part of a drive Strangs of the motor vehicle.
  • the electrical machine is a generator and in particular acts as an alternator.
  • the electrical machine is part of a braking and / or recuperation system.
  • the electrical machine suitably serves to propel the motor vehicle and is, for example, the main drive of the electric motor.
  • the electrical machine is particularly preferably a hybrid booster.
  • acceleration of an internal combustion engine of the motor vehicle is supported in particular, or the main drive power is briefly applied in the event of a switching operation or the like.
  • the electrical machine thus has a comparatively high output, which in particular is only available for a comparatively short period of time.
  • a torque is essentially continuously applied to the drive train by means of the hybrid booster.
  • the rotor preferably has an axis of rotation.
  • the rotor is suitable, in particular provided and set up, to be rotatably supported about the axis of rotation.
  • the rotor is expediently rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation, so that an imbalance is avoided during operation.
  • the rotor has a laminated core which comprises a number of laminations which are stacked on top of one another perpendicular to the axis of rotation.
  • the individual sheets are stacked on top of one another in an identical and / or congruent manner.
  • the sheets are made in particular from transformer sheet or another soft iron and are electrically insulated from one another, in particular by means of a lacquer layer.
  • the laminated core has a number of pockets which are designed to be closed. Each of the pockets thus has an opening at most only in the axial direction, that is to say parallel to the axis of rotation, at one or both of the ends. In contrast, the pockets are closed in the tangential and radial directions and are therefore surrounded by the laminated core.
  • a permanent magnet unit is arranged in each of the pockets.
  • the rotor comprises as many permanent magnet units as there are pockets, and the permanent magnet units are buried in the laminated core.
  • the permanent magnet units are identical to one another, for example of identical construction, which reduces manufacturing costs.
  • the permanent magnet units are made of a ferromagnetic material, for example a ferrite, and / or by means of sintering.
  • the permanent magnet units included rare earths, such as neodymium.
  • the permanent magnet units are made of NdFeB.
  • Each of the permanent magnet units is held by means of a holding element of the laminated core.
  • the holding elements thus stabilize the position of the permanent magnet units, and centrifugal forces acting on the permanent magnet units during operation are introduced into further components of the laminated core by means of the holding elements.
  • the holding elements are thus provided in one piece with further components of the laminated core and, for example, by punching the individual laminates.
  • the holding elements expediently protrude into the pocket assigned to the respective permanent magnet unit.
  • Each holding element is located between the two ends of the respective pocket in the radial direction. In other words, each holding element is spaced from the two radial ends of the respective pockets. For example, the holding elements are located essentially in the middle between the two ends.
  • each holding element is offset from the center to one of the two ends, in particular to the radial outer end, that is to say away from the axis of rotation.
  • Each holding element is expediently offset by at least a quarter, for example a third, of the extent of the pocket in the radial direction away from the radially outer end of the respective pocket in the direction of the axis of rotation.
  • each holding element is also located between the two ends of the associated permanent magnet unit in the radial direction. In other words, each permanent magnet unit also extends in the radial direction on both sides with respect to the respective holding element.
  • the centrifugal forces acting on the permanent magnet units are introduced when the rotor rotates.
  • tors in the laminated core not offset in the area of a radial outer end but towards the axis of rotation.
  • the laminated core is designed to be comparatively robust, so that detachment of the permanent magnets can be prevented comparatively efficiently.
  • damage to the laminated core is avoided, for example due to the holding elements tearing off. It is also possible to make the holding elements comparatively robust without reducing efficiency. It is therefore still possible to position the permanent magnet units at a comparatively large distance from the axis of rotation. It is thus possible to operate the rotor at a comparatively high speed.
  • the rotor is suitable, expediently provided and set up, with a maximum speed of at least 28,000 rpm. or up to 31,000 rpm. to operate.
  • Each of the permanent magnet units suitably has a main direction of expansion.
  • the cross section of each of the permanent magnet units perpendicular to the axis of rotation has an extent in a direction which is greater than twice, three or four times that of the elongation in a direction perpendicular thereto.
  • the course of each permanent magnet unit is therefore parallel to the respective main direction of expansion.
  • Each of the permanent magnet units is preferably at least partially tangentially magnetized.
  • the direction of magnetization is essentially perpendicular to the axis of rotation and / or a main direction of expansion of the permanent magnet units.
  • each permanent magnet unit is further stabilized in the respective pocket and further detachment from the pocket is prevented.
  • the permanent magnet units are expediently introduced into the pockets in the axial direction, for example by means of presses. Alternatively or in combination with this, in particular a heating the laminated core before inserting the permanent magnet units and cooling the laminated core after the permanent magnet units have been installed.
  • each of the permanent magnet units is spaced apart from the laminated core at its radially outer end.
  • each of the permanent magnet units is supported on the laminated core at its radial outer end. Centrifugal forces are thus introduced into the laminated core at the radial outer end of the permanent magnet unit and by means of the holding element.
  • the laminated core in the area of the radially outer end of the permanent magnet units and also the holding elements is comparatively filigree, so that the magnetic properties of the permanent magnet units are changed comparatively little.
  • each of the permanent magnet units is supported at least twice, which increases reliability.
  • each of the permanent magnet units expediently bears against the radial outer end of the respective pocket at its radial outer end, which reduces manufacturing costs. This also improves the spread of magnetic field lines.
  • the laminated core comprises further elements, by means of which each of the permanent magnet units is supported at its radially outer end, which are spaced apart from the radially outer end of the respective pocket.
  • each of the permanent magnet units bears against the laminated core at its radially inner end, in particular at the radially inner end of the respective pocket.
  • the radially inner end of each permanent magnet unit is particularly preferably spaced apart from the radially inner end of the respective pocket and preferably from the complete laminated core, so that a spread of parasitic magnetic field lines, which can lead to a reduction in the efficiency, is expediently prevented is.
  • each of the permanent magnet units has a projection which is directed essentially tangentially in particular.
  • the shark Te elements of the laminated core each have a groove or include this, in which the respective projection lies.
  • each holding element comprises one projection or a plurality of projections, for example 2 or 3.
  • the respective projection is preferably directed at least partially tangentially.
  • the course of the projection is perpendicular to the main direction of expansion, that is to say the course, of the respective permanent magnet unit.
  • each permanent magnet unit is glued to the projection.
  • each permanent magnet unit has a groove in which the respective projection lies.
  • the grooves advantageously run parallel to the axis of rotation, ie in the axial direction, which facilitates assembly.
  • each of the permanent magnet units is preferably in one piece and, for example, with the exception of the possible groove, is cuboid. Manufacturing costs are therefore comparatively low.
  • a cuboid permanent magnet is used for the production, into which the groove is milled in order to create the permanent magnet units. In this way, standard components can be used, which reduces manufacturing costs.
  • each permanent magnet unit has two partial magnets.
  • each permanent magnet unit consists of the two partial magnets.
  • the two partial magnets are expediently magnetized parallel to one another.
  • the two partial magnets are preferably made of the same material and have the same material properties.
  • the two partial magnets are sawn from the same blog, which is created, for example, from a sintered ferrite.
  • the permanent magnet units are expediently created by sawing a cuboid block, so that the two partial magnets are created.
  • the permanent magnet unit thus has the same volume as if it were in one piece, for which reason the magnetic volume remains essentially the same, so that no additional material costs are present.
  • the two partial magnets are cuboidal in design, so that material costs are comparatively low.
  • the two partial magnets have different magnetic ones Properties, for example, are made of different materials.
  • the two partial magnets of each permanent magnet unit are spaced apart in the radial direction (radial direction), and between them the respective projection is arranged in the radial direction.
  • the radially inner partial magnet is expediently supported on the projection and is thus held by means of it.
  • the radially outer partial magnet is preferably supported on the radially outer end of the laminated core. The force that is absorbed by means of the individual parts of the laminated core can thus be determined comparatively exactly, which facilitates a design of the laminated core even for a comparatively high rotational speed of the rotor. Assembly of the individual partial magnets is also simplified.
  • the holding element comprises at least two holding parts, namely the projection and the support at the radially outer end, and one of the holding parts is assigned to each of the partial magnets.
  • the respectively associated holding part is expediently offset radially outward with respect to the respective partial magnet and serves to hold the respectively assigned partial magnet.
  • the respective holding part at least partially surrounds and / or encompasses the radially outer end of the respectively assigned partial magnet.
  • Each holding element preferably comprises two projections, which are located on opposite sides of the pocket and run perpendicular to the main direction of expansion. This improves the absorption of forces in the laminated core.
  • the two projections are spaced from one another, so that the two partial magnets are arranged in a common pocket. As a result, magnetic properties are improved.
  • the partial magnets of each permanent magnet unit preferably have the same thickness, that is to say the same extent, perpendicular to their respective course.
  • the extension of the two partial magnets in the radial direction or along their course, in particular along their main direction of expansion is the same.
  • the radially outer partial magnet has a smaller extent than the radially inner partial magnet in the radial direction or along the respective course.
  • the two partial magnets are arranged congruently along the course of the respective permanent magnet units, ie along the main direction of expansion of the respective permanent magnet units. In other words, there is no offset between the two partial magnets perpendicular to the course of the respective permanent magnet unit.
  • the two partial magnets are thus offset from one another only in one direction along the course of the respective permanent magnet unit, in particular only by the thickness of the projection.
  • the two sub-magnets of each permanent magnet unit are particularly preferably offset from one another perpendicular to the course of the respective permanent magnet unit. In this way, the shaping of the magnetic field created is improved and thus an efficiency is increased.
  • one of the two partial magnets is also rotated with respect to the other, in particular about an axis that is parallel to the axis of rotation.
  • the two partial magnets have a course that is tilted relative to one another, but the tilting is comparatively small, in particular less than 10 °, 5 ° or 2 °.
  • all the radially outer partial magnets are offset either counterclockwise or clockwise with respect to the remaining partial magnets of the same permanent magnet unit.
  • radial outer partial magnets that are adjacent in the tangential direction are offset in the tangential direction with respect to the respective radial inner partial magnet. In this way, the shaping of the magnetic field is further improved.
  • the offset is less than half the thickness of the respective permanent magnet unit, that is to say its extension perpendicular to its course.
  • the thickness of the expansion of the permanent magnet unit understood perpendicular to the axis of rotation and perpendicular to its course.
  • the offset is expediently greater than 10% of the thickness.
  • the offset between 15% and 25% of the thickness and, for example, essentially equal to 20% of the thickness of the respective permanent magnet unit is particularly preferred. In this way, on the one hand, a comparatively effective shaping of the magnetic field is made possible, but the mechanical integrity of the laminated core is nevertheless comparatively little stressed is.
  • each of the pockets is radial.
  • the course of each of the pockets is in each case along an associated radial straight line which intersects the axis of rotation.
  • the two ends of each pocket expediently lie on the respectively associated straight line.
  • each pocket is axisymmetric with respect to the associated radial straight line.
  • the permanent magnet unit is preferably axially symmetrical with respect to the radial straight line assigned to the respective pocket.
  • the course of the permanent magnet unit is parallel to the radial straight line, and / or the permanent magnet unit runs along the radial straight line assigned to the respective pocket.
  • two of the pockets are arranged in a V-shape.
  • the laminated core expediently has an even number of pockets, and the acute angle of each V-shape lies in particular between the axis of rotation in a radially outer end of the laminated core, for example essentially in the middle.
  • the acute angle expediently points radially inwards.
  • the two pockets of each V-shape are preferably axially symmetrical with respect to an associated radial straight line.
  • An angle between 10 ° and 30 ° and, for example, essentially 20 ° is suitably formed between a radial straight line and the respective pockets, a deviation of 5 °, 2 ° or 0 ° being present, for example. All pockets are thus arranged in a substantially zigzag shape due to the V-shape.
  • the laminated core has cutouts which preferably endure completely through it in the axial direction. In this way, weight is reduced.
  • the cutouts are expediently located between pockets next to each other in the tangential direction.
  • two of the pockets are directly adjacent in the tangential direction, and this pair of pockets is surrounded on both ends by one of the cutouts in the tangential direction. This means that the laminated core has half as many cutouts as pockets.
  • the cutouts are expediently assigned to the possible V-shapes and are located between the two pockets of the respective V-shapes, the acute angle of which is formed between the axis of rotation and the radial outer end and / or points radially inward.
  • the rotor preferably comprises a shaft which is made in particular of a stainless steel.
  • the shaft is expediently essentially cylindrical and arranged concentrically to the axis of rotation.
  • the laminated core is preferably placed on the shaft and completely surrounds the shaft at least in one section along the axial direction, that is to say parallel to the axis of rotation. In other words, the shaft is completely surrounded on the circumference at least in sections by means of the laminated core. In this way, a connection of the laminated core to the shaft is simplified. For example, a press fit is realized between the shaft and the laminated core.
  • a tongue and groove connection is realized between the laminated core and the shaft, and for example a groove is made in the laminated core, the shaft or both, within each of which a tongue lies, which for example is a component of Shaft, the laminated core or a separate component.
  • the electric motor is a component of a motor vehicle, for example an auxiliary unit of a motor vehicle, such as an adjustment drive.
  • the electric motor is a component of a pump, a blower or a fan, for example a main fan.
  • the electric motor is particularly preferably part of a drive train of the motor vehicle and expediently a hybrid booster.
  • the electric motor has a stator, which expediently comprises a number of electromagnets which are connected to form a number of phases, for example three phases. The phases themselves are connected to a delta or star connection, for example.
  • the electric motor comprises a rotor with a laminated core and a number of permanent magnet units, each of which is arranged in a respective closed pocket in the laminated core.
  • Each of the permanent magnet units is held by means of a holding element of the laminated core, which is located in the radial direction between the two ends of the respective pocket and the two ends of the respective permanent magnet unit.
  • the holding element is thus located in the radial direction (radial direction) between the two ends of the respective pocket and in the radial direction between the two ends of the respective permanent magnet unit.
  • the rotor is therefore permanently excited.
  • the rotor is preferably mounted rotatably about an axis of rotation with respect to the stator.
  • the stator is preferably arranged concentrically to the axis of rotation.
  • the stator suitably surrounds the rotor.
  • the electric motor is an internal rotor.
  • the electric motor has in particular a maximum speed that is greater than or equal to 27,000 rpm, 29,000 rpm, 30,000 rpm or 31,000 rpm. At such speeds, use as
  • Hybrid boosters are comparatively efficient.
  • the rotor is surrounded by a sleeve, which is made of stainless steel, for example.
  • the rotor is particularly preferably sleeve-free on the circumference.
  • the circumference of the rotor is thus expediently formed by means of the laminated core, and the laminated core in particular borders directly on any air gap which is formed between the rotor and the stator. In this way, a weight of the rotor is reduced.
  • manufacturing tolerances Zen freely selectable. Material and thus manufacturing costs are also reduced. It is also possible to choose a relatively small air gap, which increases efficiency.
  • the advantages and further developments mentioned in connection with the rotor can also be applied analogously to the electric motor and vice versa.
  • FIG. 1 schematically simplified a motor vehicle with an electric motor
  • FIG. 2 schematically simplified in a sectional view along a rotation axis the electric motor with a rotor
  • Fig. 4 in a perspective plan view of a detail
  • FIG. 5 shows a detail of a further embodiment of the rotor in a top view. Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
  • a motor vehicle 2 with a number of wheels 4 is shown schematically simplified.
  • the motor vehicle 2 has a drive train 6, for example 2 of the wheels 4 being driven by the drive train 6.
  • the drive train 6 comprises an internal combustion engine 8 as well as a drive shaft 10 and a differential (not shown in detail) and drive axles.
  • the drive train 6 comprises a hybrid booster 12, which acts on the drive shaft 10.
  • a torque applied to the drive shaft 10 by means of the internal combustion engine 8 is briefly increased, for example when the motor vehicle 2 accelerates comparatively strongly or when the internal combustion engine 8 starts.
  • the hybrid booster acts here 12 preferably at least partially as a starter.
  • the hybrid booster 12 has an electrical machine 14 shown in more detail in FIG. 2 in the form of a brushless electric motor.
  • the electrical machine 14 comprises an essentially hollow cylindrical housing 16, which is closed at the end in each case by means of a bearing plate 18, to each of which a bearing 20 in the form of a roller bearing is connected.
  • a shaft 22 of a rotor 24 is rotatably mounted about an axis of rotation 26, the shaft 22 protruding through the two end shields 18 and thus projecting beyond the housing 16.
  • the rotor 24 also has a laminated core 28 which is arranged within the housing 16 and is placed on the shaft 22.
  • the laminated core 28 completely surrounds the shaft 22 over its full extent in the axial direction, that is to say parallel to the axis of rotation 26, and is non-rotatably connected to the shaft 22, for example by means of a press connection and / or a tongue and groove connection.
  • the rotor 24 is surrounded on the circumference within the housing 16 with the formation of an air gap 30 by a stator 32 which is fastened to the inside of the housing 16.
  • the air gap 30 is limited by means of the stator 32 and the laminated core 28.
  • the rotor 24 has no casing surrounding the laminated core 28, and the rotor 24 is thus without a casing.
  • the stator 32 comprises a number of electromagnets, not shown, which is energized during operation by means of electronics 34, which has a converter, not shown.
  • the electronics 34 are arranged in an electronics compartment 36 which is placed on one of the end faces of the housing 16.
  • the rotor 24 is shown in a sectional representation perpendicular to the axis of rotation 26 and comprises the laminated core 28 placed on the shaft 22.
  • the laminated core 28 completely surrounds the shaft 22 around its circumference.
  • the laminated core 28 comprises a number of individual laminations stacked one above the other in the axial direction, which are structurally identical to one another and electrically opposite one another are isolated.
  • the laminated core 24 has a total of twenty pockets 38 which extend through the laminated core 28 along the axis of rotation 26.
  • two of the pockets 38 are each arranged in a V-shape 40, so that a total of ten such V-shapes 40 are formed.
  • Each of the V-shapes 40 is mirror-symmetrical with respect to a respective radial straight line, which thus intersects the axis of rotation 26.
  • Each of the pockets 38 forms an angle of essentially 20 ° with the associated radial straight line.
  • Each of the pockets 38 thus has a radial and partially tangential course. The acute angle between the two pockets 38 of the same V-shape 40 faces the axis of rotation 26, and the pockets 38 thus provide an essentially zigzag shape.
  • a first recess 42 and a second recess 44 are arranged in each case in the tangential direction between the pockets 38 of each V-shape 40, the second recess 44 being offset radially outward with respect to the first recess 42.
  • the cutouts 42, 44 are thus arranged in the tangential direction between the next but one pockets 38, and the laminated core 28 has a total of ten first cutouts 42 and ten second cutouts 44. Because of the cutouts 42, 44, a weight of the laminated core 28 is reduced.
  • the pockets 38 and the cutouts 42, 44 are arranged in such a way that the rotor 24 or at least the laminated core 28 is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation 26, the angle of symmetry being 36 °.
  • Each of the pockets 38 is closed on the circumference, and the laminated core 28 has, in each of the pockets 28, a holding element 46 on which there are two opposite projections 48 which are perpendicular to the course of the respective pocket 38 and project into it.
  • the two projections 48 are directed towards one another and spaced apart from one another, so that each of the pockets 38 is tapered in the region of the holding element 46.
  • the holding elements 46 that is to say the projections 48, are arranged between the two ends of the respective pocket 38 in the radial direction and are therefore spaced from the two ends.
  • the respective pocket 38 is thus divided into two regions by means of the holding element 46, the extent of the radially outer region essentially corresponds to half the extent of the radially inner region of the respective pocket 38.
  • the radially outer region is offset perpendicular to the course of the respective pocket 38 and is slightly rotated with respect to the respective inner region.
  • a permanent magnet unit 50 is arranged in each of the closed pockets 38.
  • the rotor 24 thus has a total of twenty permanent magnet units 50, of which only four are shown here.
  • Each of the permanent magnet units 50 has two partial magnets 52, which are sawn from a common ferrite block.
  • the partial magnets 52 are cuboid, and the two partial magnets 52 of each permanent magnet unit 50 are assigned to one of the areas of the respective pocket 38.
  • the two partial magnets 52 are surrounded by the laminated core 28 at their radial and tangential limits by means of the laminated core 28, and the permanent magnet units 50 and the partial magnets 52 are embedded in the laminated core 28.
  • the two partial magnets 52 of each permanent magnet unit 50 are spaced apart from one another in the radial direction, and the respective holding element 46 is arranged between them. As a result, a slot 54 is formed between the two partial magnets 52 in the region of the projections 48.
  • Each radially inner of the two partial magnets 52 of the respective permanent magnet unit 50 is supported on the two projections 48, and the radially outer of the two partial magnets 52 of each of the permanent magnet units 50 is supported on the radially outer end of the laminated core 28, namely one radially outer end of the respective pocket 28.
  • the radially outer end of the two partial magnets 52 lies against the radially outer end of the respective pocket 38 at its radially outer end.
  • each of the permanent magnet units 50 is thus held by means of the holding element 46 assigned to the respective pocket 38, namely the radially inside of the two partial magnets 52, and each permanent magnet unit 50 is at its radially outer end, namely the radially outer part magnet 52, supported on the laminated core 28.
  • the holding element 46 is also located between the two ends of the respective permanent magnet unit 50 in the radial direction.
  • the radially inner end of the permanent magnet unit 50 is spaced from the radially inner end of the respective pocket 38, which prevents the formation of parasitic magnetic fields and thus increases the efficiency of the electrical machine 14.
  • each permanent magnet unit 50 rest against the two side walls of the respective pocket 38, which are parallel to the course of the pocket 38, in a form-fitting manner.
  • the course of each permanent magnet unit 50 is essentially parallel to the course of the respective pocket 38.
  • the two partial magnets 52 of each permanent magnet unit 50 are also offset from one another perpendicular to the course of the respective permanent magnet unit 50 and slightly rotated.
  • the offset here is between 15% and 25% of the thickness of the respective permanent magnet unit 50, specifically exactly 20%.
  • the thickness of the partial magnets 52 is the same due to the joint production, so that the offset is essentially a quarter of the thickness of the respective partial magnets 52.
  • the respective radially outer partial magnets 52 which are assigned to the same V-shape 40, are offset towards one another in the tangential direction. In this way, a shaping of the magnetic field, which is created by means of the permanent magnet units 50, is facilitated and an efficiency is improved.
  • each of the permanent magnet units 50 Due to the double support of each of the permanent magnet units 50, it is possible to design the laminated core 28 in the region of the radially outer end of the pocket 38 to be comparatively filigree and to absorb the centrifugal forces acting on the permanent magnet units 50 in a comparatively effective manner. Because of the cutouts 42, 44, the weight of the rotor 24 is also reduced. This makes it possible to operate the rotor 24 even at comparatively high speeds, in particular up to 31,000 rpm.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a further embodiment of the rotor 24.
  • Each of the permanent magnet units 50 is in one piece and arranged in one of the pockets 38, which does not change any further are.
  • the volume of these permanent magnet units 50 essentially corresponds to the respective volume of the permanent magnet units 50 of the previous embodiment.
  • the holding elements 46 are modified and formed only by means of a single projection 48 which protrudes into the respective pocket 38.
  • Each of the permanent magnet units 50 has a corresponding groove 56, within which the respective projection 46 lies.
  • the holding element 46 in the form of the projection 48 is arranged in the radial direction between the two ends of the respective pocket 38 and the respective permanent magnet unit 50.
  • each of the permanent magnet units 50 is supported on the laminated core 28 at its radially outer end.
  • each of the permanent magnet units 50 is supported twice.
  • the pockets 38 and thus also the permanent magnet units 50 are arranged in relation to the V-shapes 40, and the second cutouts 44 are enlarged.
  • the first cutouts 42 are arranged in the tangential direction between respectively adjacent V-shapes 40.
  • FIG. 5 shows a modification of the embodiment of the rotor 24 shown in FIG. 3.
  • the permanent magnet units 50 are not changed.
  • the radial inner part magnet 52 is supported by means of the geometric arrangement over the projection 48 formed. The centrifugal force acting on these partial magnets 52 is thus absorbed by the part of the laminated core 28 present between adjacent V-shapes 40.
  • the mass of the permanent magnet units 50 is introduced into the individual areas of the laminated core 28 only to a reduced extent via the form-fitting geometry, which results in increased speed stability.
  • the volume of the permanent magnet units 50 is essentially not increased.
  • the two partial magnets 52 have different specific optimizations, for example a different thickness.
  • the permanent magnet units 52 are supported on the laminated core 28 and have, for example, a milling which is expediently provided by means of the groove 56.
  • each permanent magnet unit 50 has a retaining lug or the like, which lies in a correspondingly configured retaining element 46. Due to the arrangement of the permanent magnet units 50, a magnetic short circuit is preferably prevented, which would otherwise lead to a reduction in the efficiency.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (24) einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybrid-Boosters, mit einem Blechpaket (28) und einer Anzahl an Permanentmagneteinheiten (50), von denen jede in einer jeweiligen geschlossenen Tasche (38) des Blechpakets (28) angeordnet ist. Jede der Permanentmagneteinheiten (50) ist mittels eines Halteelements (46) des Blechpakets (28) gehalten, das sich zwischen den beiden Enden der jeweiligen Tasche (38) und den beiden Enden der jeweiligen Permanentmagneteinheit (50) in radialer Richtung befindet. Die Erfindung betrifft ferner einen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs.

Description

Beschreibung
Rotor
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und beispielsweise ein Hybrid- Booster. Die Erfindung betrifft ferner einen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs.
Bürstenlose Elektromotoren weisen üblicherweise einen Rotor auf, der mittels ei- nes Stators in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Hierfür umfasst der Stator eine Anzahl von Phasen, üblicherweise drei, die mittels einer Elektronik bestromt werden. Dabei sind die einzelnen Phasen entweder in einer sogenannten Drei- ecksschaltung oder in einer Sternschaltung miteinander elektrische kontaktiert. Mittels der Phasen wird im Betrieb ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, das den Rotor antreibt.
Der Rotor selbst ist permanenterregt. Mit anderen Worten sind an dem Rotor Permanentmagnete angebracht, die mit dem von dem Stator erzeugten Magnet- feld wechselwirken. Hierbei liegen die Permanentmagneten in Taschen eines Blechpakets des Rotors ein, dessen einzelne Bleche senkrecht zur Rotorachse angeordnet sind. Die Bleche liegen über eine elektrisch isolierende Lackschicht aneinander an, um ein Ausbreiten von parasitären Wirbelströmen in dem Rotor- körper zu verhindern, die sonst den Wirkungsgrad des Elektromotors schmälern würden. Die Taschen und die Permanentmagnete selbst weisen jeweils einen quaderför- migen Querschnitt senkrecht zur Rotorachse auf und sind beispielsweise radial nach Art von Speichen oder V-förmig angeordnet. Um einen möglichst hohen Wir- kungsgrad der elektrischen Maschine und ein geeignet geformtes Magnetfeld der Permanentmagneten zu erhalten sind die Permanentmagnete so weit wie möglich radial nach außen in Richtung des Stators versetzt. Bei einer radialen Öffnung der Taschen und einer mit der Oberfläche des Blechpakets bündigen Positionierung der Permanentmagnete ist der Abstand der Permanentmagnete vergleichsweise gering. Dabei kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass sich bei einer ver- gleichsweise hohen Rotationsgeschwindigkeit die Permanentmagnete aufgrund der auf sie ausgeübten Fliehkraft aus den jeweiligen Taschen lösen oder Teile des Blechpakets abreißen. Hierbei blockiert die elektrische Maschine meist vergleichsweise abrupt, sodass mittels der elektrischen Maschine angetriebene Bauteil bzw. die elektrische Ma- schine antreibende Bauteile beschädigt werden können. Auch ist nicht ausge- schlossen, dass der Rotor oder Teile hiervon ein Gehäuse der elektrischen Ma- schine durchschlagen und somit eine Umgebung der elektrischen Maschine ge- fährden.
Zur Verhinderung dieses Problems weisen die Taschen üblicherweise an deren jeweiligem radial äußerem Freiende aufeinander zu gerichtet Vorsprünge auf, um die radiale Öffnung der Taschen zu verringern. Der Permanentmagnet wird somit in radialer Richtung von den Vorsprüngen gehalten. Dies bedingt einen Versatz des Permanentmagneten in Richtung der Rotationsachse um die Dicke der Vor- sprünge, was den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine reduziert. Ferner muss die Dicke der Vorsprünge auf die entstehenden Fliehkräfte angepasst sein. Dabei wird entweder vergleichsweise kostengünstiges Material für den Rotorkör- per verwendet, was zu einer großen Dicke der Vorsprünge und einem geringen Wirkungsgrad führt. Oder es wird vergleichsweise steifes Material für den Rotor- körper verwendet, was jedoch zu erhöhten Herstellungskosten führt.
Bei einer vergleichsweise hohen Belastung der elektrischen Maschine sind die Permanentmagneten in vollständig geschlossenen Taschen angeordnet. Auch hier muss der Bereich des Blechpakets, das das radial äußere Ende des Perma- nentmagneten umgibt, vergleichsweise stabil ausgeführt sein. Insbesondere bei Anwendungen, bei denen der Rotor eine vergleichsweise hohe Drehgeschwindig- keit aufweist, ist es daher üblich, den vollständigen Rotor mit einer Edelstahlhülse oder dergleichen zu umgeben, um die Stabilität zu erhöhen. Auch dient die Hülse als Schutz vor sich ablösenden Magnetsplittern. Hierbei ist es jedoch erforderlich, dass zwischen der Hülse und dem Blechpaket ein vergleichsweise enger Sitz rea- lisiert ist, da anderweitig die einzelnen Bauteile aufgrund der Fliehkräfte ausei- nandergezogen werden und sich somit nicht gegenseitig stabilisieren. Infolgedes- sen können lediglich Vergleichsweise geringe Fertigungstoleranz gewählt werden, was Herstellungskosten erhöht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Rotor so- wie einen besonders geeigneten Elektromotor anzugeben, wobei insbesondere eine Zuverlässigkeit und/oder eine Drehzahl erhöht sind.
Hinsichtlich des Rotors wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Elektromotors durch die Merkmale des Anspruchs 1 1 erfin- dungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Ge- genstand der jeweiligen Unteransprüche.
Der Rotor ist ein Bestandteil einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Generators oder besonders bevorzugt eines Elektromotors. Der Elektromotor ist beispielsweise ein Asynchronmotor oder ein Synchronmotor. Zum Beispiel ist der Elektromotor ein bürstenbehafteter Kommutatormotor. Besonders bevorzugt je- doch ist die elektrische Maschine bürstenlos ausgestaltet und beispielsweise ein bürstenloser Elektromotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC).
Die elektrische Maschine ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs, wie eines Verstellantriebs. Beispiels- weise ist das Nebenaggregat eine Pumpe oder umfasst eine Pumpe, wie eine Wasser- oder Schmiermittelpumpe, zum Beispiel ein Motoröl- oder Getriebeöl- pumpe. Insbesondere ist die elektrische Maschine ein Bestandteil eines elektro- motorischen Kältemittelverdichters (eKMV) oder eines Heizgebläses. Besonders bevorzugt jedoch ist die elektrische Maschine ein Bestandteil eines Antriebs- Strangs des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise ist die elektrische Maschine ein Gene- rator und nimmt insbesondere die Funktion einer Lichtmaschine war. Alternativ hierzu ist elektrische Maschine ein Bestandteil eines Brems- und/oder Rekupera- tionssystems.
Geeigneterweise dient die elektrische Maschine dem Vortrieb des Kraftfahrzeugs und ist beispielsweise der Hauptantrieb des Elektromotors. Besonders bevorzugt jedoch ist die elektrische Maschine ein Hybrid-Booster. Mittels dessen wird insbe- sondere eine Beschleunigung einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahr- zeugs unterstützt oder bei einem etwaigen Schaltvorgang oder dergleichen kurz- zeitig die Hauptantriebsleistung aufgebracht. Somit weist die elektrische Maschine eine vergleichsweise hohe Leistung auf, die insbesondere lediglich für eine ver- gleichsweise geringe Zeitspanne zur Verfügung steht. Alternativ hierzu erfolgt im Wesentlichen ein kontinuierliches Aufbringen eines Drehmoments auf den An- triebsstrang mittels des Hybrid-Boosters.
Der Rotor weist vorzugsweise eine Rotationsachse auf. Hierbei ist der Rotor ge- eignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, drehbar um die Rotationsach- se gelagert zu werden. Zweckmäßigerweise ist der Rotor drehsymmetrisch bezüg- lieh der Rotationsachse, sodass bei Betrieb eine Unwucht vermieden ist. Der Ro- tor weist ein Blechpaket auf, das eine Anzahl an Blechen umfasst, die senkrecht zur Rotationsachse aufeinandergestapelt sind. Insbesondere sind die einzelnen Bleche gleich und/oder deckungsgleich übereinander gestapelt. Die Bleche sind insbesondere aus Trafoblech oder einem sonstigen Weicheisen erstellt und elektrisch gegeneinander isoliert, insbesondere mittels einer Lackschicht.
Das Blechpaket weist eine Anzahl an Taschen auf, die geschlossen ausgestaltet sind. Somit weist jede der Taschen höchstens lediglich in Axialrichtung, also paral- lel zur Rotationsachse, an einem oder beiden der Enden eine Öffnung auf. In Tangentialrichtung und Radialrichtung hingegen sind die Taschen geschlossen und somit mittels des Blechpakets umgeben. In jeder der Taschen ist jeweils eine Permanentmagneteinheit angeordnet. Somit umfasst der Rotor genauso viele Permanentmagneteinheiten wie Taschen, und die Permanentmagneteinheiten sind in dem Blechpaket vergraben. Beispielsweise sind die Permanentmagnetein- heiten zueinander gleichartig, beispielsweise baugleich, was Herstellungskosten reduziert. Insbesondere sind die Permanentmagneteinheiten aus einem ferro- magnetischen Material, beispielsweise einem Ferrit, und/oder mittels Sintern er- stellt. Alternativ hierzu umfassten die Permanentmagneteinheiten seltene Erden, beispielsweise Neodym. Insbesondere sind die Permanentmagneteinheiten aus NdFeB gefertigt.
Jede der Permanentmagneteinheiten ist mittels eines Halteelements des Blech- pakets gehalten. Mittels der Halteelemente erfolgt somit eine Stabilisierung der Position der Permanentmagneteinheiten, und bei Betrieb auf die Permanentmag- neteinheiten wirkende Zentrifugalkräften werden mittels der Halteelemente in wei- tere Bestandteile des Blechpakets eingeleitet. Die Halteelemente sind somit ein- stückig mit weiteren Bestandteilen des Blechpakets und beispielsweise mittels Stanzen der einzelnen Bleche bereitgestellt. Zweckmäßigerweise ragen die Hal- teelemente in die der jeweiligen Permanentmagneteinheit zugeordnete Tasche hinein. Jedes Halteelement befindet sich zwischen den beiden Enden der jeweili gen Tasche in radialer Richtung. Mit anderen Worten ist jedes Halteelement von den beiden radialen Enden der jeweiligen Taschen beabstandet. Beispielsweise befinden sich die Halteelemente im Wesentlichen mittig zwischen den beiden En- den. Alternativ hierzu ist jedes Halteelement von der Mitte zu einem der beiden Enden wegversetzt, insbesondere zu dem radialen äußeren Ende, also von der Rotationsachse weg. Zweckmäßigerweise befindet sich jedes Halteelement um mindestens ein Viertel, beispielsweise ein Drittel, der Ausdehnung der Tasche in radialer Richtung von dem radial äußeren Ende der jeweiligen Tasche in Richtung der Rotationsachse weg versetzt. Ferner befindet sich jedes Halteelement auch zwischen den beiden Enden der jeweils zugeordneten Permanentmagneteinheit in radialer Richtung. Mit anderen Worten erstreckt sich auch jede Permanentmag- neteinheit bezüglich des jeweiligen Halteelements in radialer Richtung auf beiden Seiten.
Aufgrund der Position der Halteelemente erfolgt eine Einleitung der auf die Per- manentmagneteinheiten wirkenden Zentrifugalkräften bei einer Rotation des Ro- tors in das Blechpakets nicht im Bereich eines radialen äußeren Endes sondern auf die Rotationsachse hin versetzt. In diesem Bereich ist das Blechpaket ver- gleichsweise robust ausgestaltet, sodass ein Ablösen der Permanentmagnete vergleichsweise effizient unterbunden werden kann. Zudem ist eine Beschädigung des Blechpakets, beispielsweise aufgrund eines Abreißens der Halteelemente vermieden. Auch ist es ermöglicht, die Halteelemente vergleichsweise robust aus- zugestalten, ohne dass hierbei ein Wirkungsgrad verringert wird. Daher ist es auch weiterhin ermöglicht, die Permanentmagneteinheiten mit einem vergleichs- weise großen Abstand zur Rotationsachse zu positionieren. Somit ist es möglich, den Rotor mit einer vergleichsweise großen Drehzahl zu betreiben. Insbesondere ist der Rotor geeignet, zweckmäßigerweise vorgesehen und eingerichtet, mit einer maximalen Drehzahl von mindestens 28.000 1/min. oder bis zu 31.000 1/min. zu betreiben. Jede der Permanentmagneteinheiten weist geeigneterweise eine Hauptausdeh- nungsrichtung auf. Mit anderen Worten weist der Querschnitt jeder der Perma- nentmagneteinheiten senkrecht zur Rotationsachse eine Ausdehnung in einer Richtung auf, die größer als das Doppelte, Dreifache oder Vierfache der aus Deh- nung in einer Richtung senkrecht hierzu ist. Der Verlauf jeder Permanentmagnet- einheiten ist somit parallel zu der jeweiligen Hauptausdehnungsrichtung. Jede der Permanentmagneteinheiten ist vorzugsweise zumindest teilweise tangential mag- netisiert. Insbesondere ist die Magnetisierungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse und/oder einer Hauptausdehnungsrichtung der Permanent- magneteinheiten.
Beispielsweise ist zwischen jeder Permanentmagneteinheit und der jeweiligen Tasche zumindest teilweise ein Formschluss und/oder Kraftschluss erstellt, bei spielsweise in tangentialer Richtung. Auf diese Weise ist jede Permanentmagnet- einheit weiter in der jeweiligen Tasche stabilisiert und ein Ablösen aus der Tasche weiter verhindert. Zur Montage werden zweckmäßigerweise die Permanentmag- neteinheiten in Axialrichtung in die Taschen eingeführt, beispielsweise mittels Pressen. Alternativ oder in Kombination hierzu erfolgt insbesondere eine Erwär- mung des Blechpakets vor Einführen der Permanentmagneteinheiten und ein Ab- kühle des Blechpakets nach erfolgter Montage der Permanentmagneteinheiten.
Beispielsweise ist jede der Permanentmagneteinheiten an deren radial äußeren Ende von dem Blechpaket beabstandet. Besonders bevorzugt jedoch ist jede der Permanentmagneteinheiten an deren radialen äußeren Ende an dem Blechpaket abgestützt. Somit erfolgt eine Einleitung von Zentrifugalkräften in das Blechpaket an dem radialen äußeren Ende der Permanentmagneteinheit und mittels des Hal- teelements. Auf diese Weise ist es möglich, das Blechpakets im Bereich des radi- al äußeren Ende der Permanentmagneteinheiten und auch die Halteelemente vergleichsweise filigran auszugestalten, sodass die magnetischen Eigenschaften des Permanentmagneteinheiten vergleichsweise gering geändert werden. Mit an- deren Worten ist jede der Permanentmagneteinheiten zumindest zweimal abge- stützt, was eine Zuverlässigkeit erhöht.
Zweckmäßigerweise liegt hierbei jeder der Permanentmagneteinheiten an deren radialen äußeren Ende an dem radialen äußeren Ende der jeweiligen Tasche an, was Herstellungskosten reduziert. Auch ist somit eine Ausbreitung von Magnet- feldlinien verbessert. Alternativ hierzu umfasst das Blechpakets weitere Elemente, mittels derer jede der Permanentmagneteinheiten an deren radial äußeren Ende abgestützt ist, die von dem radialen äußeren Ende der jeweiligen Tasche beab- standet sind.
Beispielsweise liegt jede der Permanentmagneteinheiten an deren radial inneren Ende an dem Blechpaket an, insbesondere an dem radial inneren Ende der jewei- ligen Tasche. Besonders bevorzugt jedoch ist das radial innere Ende jeder Per- manentmagneteinheit von dem radial inneren Ende der jeweiligen Tasche und vorzugsweise von dem vollständigen Blechpaket beabstandet, sodass eine Aus- breitung von parasitären Magnetfeldlinien, die zu einer Schmälerung des Wir- kungsgrads führen können, zweckmäßigerweise unterbunden ist.
Beispielsweise weist jede der Permanentmagneteinheiten einen Vorsprung auf, der insbesondere im Wesentlichen tangential gerichtet ist. Hierbei sind die Hai- teelemente des Blechpakets jeweils eine Nut oder umfassen diese, in derer der jeweilige Vorsprung einliegt. Besonders bevorzugt jedoch umfasst jedes Hal- teelemente einen Vorsprung oder mehrere Vorsprünge, beispielsweise 2 oder 3. Vorzugsweise ist der jeweilige Vorsprung zumindest teilweise tangential gerichtet. Insbesondere ist der Verlauf des Vorsprung senkrecht zur Hauptausdehnungsrich- tung, also des Verlaufs, der jeweiligen Permanentmagneteinheit.
Beispielsweise ist die jeweilige Permanentmagneteinheit mit dem Vorsprung ver- klebt. Besonders bevorzugt jedoch weist jede Permanentmagneteinheit eine Nut auf, in der der jeweilige Vorsprung einliegt. Insbesondere ist hierbei jeweils ein Formschluss realisiert. Die Nuten verlaufen zweckmäßigerweise parallel zur Rota- tionsachse, also in axialer Richtung, was eine Montage erleichtert. Vorzugsweise ist hierbei jede der Permanentmagneteinheiten einstückig und beispielsweise, mit Ausnahme der etwaigen Nut, quaderförmig ausgestaltet. Somit sind Herstellungs- kosten vergleichsweise gering. Insbesondere wird zur Herstellung ein quaderför- miger Permanentmagnet herangezogen, in den die Nut zur Erstellung der Perma- nentmagneteinheiten gefräst wird. Auf diese Weise können Standardbauteile her- angezogen werden, was Herstellungskosten reduziert. In einer Alternative weist jede Permanentmagneteinheit zwei Teilmagneten auf. Insbesondere besteht jede Permanentmagneteinheit aus den beiden Teilmagne- ten. Die beiden Teilmagneten sind zweckmäßigerweise parallel zueinander mag- netisiert. Vorzugsweise sind die beiden Teilmagneten aus dem gleichen Material gefertigt und weisen die gleichen Materialeigenschaften auf. Insbesondere sind die beiden Teilmagneten aus dem gleichen Blog gesägt, welcher beispielsweise aus einem gesinterten Ferrit erstellt ist. Zweckmäßigerweise werden die Perma- nentmagneteinheiten mittels Sägen eines quaderförmigen Blocks erstellt, sodass die beiden Teilmagneten erstellt sind. Somit weist die Permanentmagneteinheit das gleiche Volumen auf, als wenn diese einstückig wäre, weswegen das Mag- netvolumen im Wesentlichen gleich bleibt, sodass keine zusätzlichen Materialkos- ten vorhanden sind. Insbesondere sind die beiden Teilmagneten hierbei quader- förmig ausgestaltet, sodass Materialkosten vergleichsweise gering sind. In einer Alternative hierzu weisen die beiden Teilmagneten unterschiedliche magnetische Eigenschaften auf, beispielsweise sind diese aus unterschiedlichen Materialien gefertigt.
Die beiden Teilmagneten jeder Permanentmagneteinheit sind in Radialrichtung (radialer Richtung) beabstandet, und zwischen diesen ist der jeweilige Vorsprung in radialer Richtung angeordnet. Der radial innere Teilmagnet ist zweckmäßiger- weise an dem Vorsprung abgestützt und somit mittels dessen gehalten. Der radial äußere Teilmagnet ist vorzugsweise an dem radialen äußeren Ende des Blechpa- kets abgestützt. Somit ist die Kraft, die mittels der einzelnen Teile des Blechpa- kets aufgenommen wird, vergleichsweise exakt bestimmbar, was eine Auslegung des Blechpakets auch für vergleichsweise hohe Drehgeschwindigkeit des Rotors erleichtert. Auch ist eine Montage der einzelnen Teilmagneten vereinfacht. Zu- sammenfassend umfasst das Halteelement zumindest zwei Halteteile, nämlich den Vorsprung und die Abstützung am radialen äußeren Ende, und jedem der Teilmagneten ist jeweils eines der Halteteile zugeordnet. Das jeweils zugeordnete Halteteil befindet sich hierbei bezüglich des jeweiligen Teilmagneten zweckmäßi- gerweise radial nach außen versetzt und dient dem Halten des jeweils zugeordne- ten Teilmagneten. Insbesondere umgibt das jeweilige Halteteil das radial äußere Ende des jeweils zugeordneten Teilmagneten zumindest teilweise und/oder um- greift dieses. Vorzugsweise umfasst hierbei jedes Halteelement zwei Vorsprünge, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Tasche befinden und senkrecht zur Hauptausdehnungsrichtung verlaufen. Somit ist eine Aufnahme von Kräften in das Blechpaket verbessert. Hierbei sind die beiden Vorsprünge voneinander beab- standet, sodass die beiden Teilmagneten in einer gemeinsamen Tasche angeord- net sind. Infolgedessen sind magnetische Eigenschaften verbessert.
Vorzugsweise weisen hierbei die Teilmagneten jeder Permanentmagneteinheit die gleiche Dicke, also die gleiche Ausdehnung senkrecht zu deren jeweiligem Verlauf auf. Beispielsweise ist die Ausdehnung der beiden Teilmagneten in radialer Rich- tung oder entlang deren Verlauf, insbesondere entlang deren Hauptausdehnungs- richtung, gleich. Besonders bevorzugt jedoch weist der radial äußere Teilmagnet eine geringere Ausdehnung als der radial innere Teilmagneten in radialer Rich- tung oder entlang des jeweiligen Verlaufes auf. Somit ist mittels der radialen äu- ßeren Bereiche des Blechpakets eine verringerte Kraft aufzunehmen. Auf den ra- dial äußeren Teilmagneten wirkt aufgrund dessen größeren Abstands zu der Ro- tationsachse eine vergrößerte Zentrifugalkraft, was mittels der asymmetrischen Aufteilung kompensiert werden kann und insbesondere ist.
Beispielsweise sind die beiden Teilmagneten deckungsgleich entlang des Verlaufs der jeweiligen Permanentmagneteinheiten angeordnet, also entlang der Haupt- ausdehnungsrichtung der jeweiligen Permanentmagneteinheiten. Mit anderen Worten besteht kein Versatz zwischen den beiden Teilmagneten senkrecht zum Verlauf der jeweiligen Permanentmagneteinheit. Die beiden Teilmagneten sind somit lediglich in einer Richtung entlang des Verlaufs der jeweiligen Permanent- magneteinheit zueinander versetzt, insbesondere lediglich um die Dicke des Vor- sprungs. Besonders bevorzugt jedoch sind die beiden Teilmagneten jeder Permanentmag- neteinheit senkrecht zum Verlauf der jeweiligen Permanentmagneteinheit zuei- nander versetzt. Auf diese Weise ist eine Formung des erstellten Magnetfelds verbessert und somit ein Wirkungsgrad erhöht. Hierbei ist beispielsweise zudem einer der beiden Teilmagneten bezüglich des anderen verdreht, insbesondere um eine Achse, die parallel zur Rotationsachse ist. Mit anderen Worten weisen die beiden Teilmagneten einen zueinander verkippten Verlauf auf, wobei die Verkip- pung jedoch vergleichsweise gering ist, insbesondere kleiner als 10°, 5° oder 2°. Beispielsweise sind sämtliche radial äußeren Teilmagneten entweder gegen den Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn bezüglich des verbleiben Teilmagneten der gleichen Permanentmagneteinheit versetzt. Besonders bevorzugt jedoch sind je- weils in tangentialer Richtung benachbarte radiale äußere Teilmagneten bezüglich des jeweils radial inneren Teilmagneten jeweils entgegengesetzt in tangentialer Richtung versetzt. Auf diese Weise ist die Formung des Magnetfelds weiter ver- bessert.
Beispielsweise ist der Versatz kleiner als die Hälfte der Dicke der jeweiligen Per- manentmagneteinheit, also deren Ausdehnung senkrecht zu deren Verlauf. Mit anderen Worten wird unter Dicke der Ausdehnung der Permanentmagneteinheit senkrecht der Rotationsachse und senkrecht zu deren Verlauf verstanden.
Zweckmäßigerweise ist hierbei der Versatz größer als 10 % der Dicke. Besonders bevorzugt ist der Versatz zwischen 15 % und 25 % der Dicke und beispielsweise im Wesentlichen gleich 20 % der Dicke der jeweiligen Permanentmagneteinheit Auf diese Weise ist einerseits eine vergleichsweise effektive Formung des Mag- netfelds ermöglicht, wobei dennoch die mechanische Integrität des Blechpakets vergleichsweise gering belastet ist.
Zum Beispiel verläuft jede der Taschen radial. Mit anderen Worten ist der Verlauf jeder der Taschen jeweils entlang einer zugeordneten radialen Geraden, die die Rotationsachse schneidet. Hierbei liegen zweckmäßigerweise die beiden Enden jeder Tasche auf der jeweils zugeordneten Geraden. Beispielsweise ist jede Ta- sche achsensymmetrisch bezüglich der jeweils zugeordneten radialen Geraden. Vorzugsweise ist hierbei die Permanentmagneteinheit achsensymmetrisch bezüg- lieh der der jeweiligen Tasche zugeordneten radialen Geraden. Insbesondere ist der Verlauf der Permanentmagneteinheit parallel zu der radialen Geraden, und/oder die Permanentmagneteinheit verläuft entlang der der jeweiligen Tasche zugeordneten radialen Geraden. In einer Alternative hierzu sind jeweils zwei der Taschen zu einer V-Form ange- ordnet. Zweckmäßigerweise weist hierbei das Blechpaket eine gerade Anzahl an Taschen auf, und der spitze Winkel jeder V-Form liegt insbesondere zwischen der Rotationsachse in einem radial äußeren Ende des Blechpakets, beispielsweise im Wesentlichen mittig. Zweckmäßigerweise weist der spitze Winkel radial nach in- nen. Vorzugsweise sind die beiden Taschen jeder V-Form achsensymmetrisch bezüglich einer jeweils zugeordneten radialen Geraden. Geeigneterweise ist zwi- schen einer radialen Geraden und den jeweiligen Taschen ein Winkel zwischen 10° und 30° und beispielsweise im Wesentlichen 20° gebildet, wobei zum Beispiel jeweils eine Abweichung von 5°, 2° oder 0° vorhanden ist. Sämtliche Taschen sind somit aufgrund der V-Form im Wesentlichen zickzackförmig angeordnet. Insbe- sondere sind somit auch jeweils zwei benachbarten Permanentmagneteinheiten V-förmig angeordnet. Folglich ist eine Einstellung eines Drehmoments des Rotors verbessert. Besonders bevorzugt jedoch weist das Blechpaket Aussparungen auf, die vor- zugsweise vollständig durch dieses in Axialrichtung hindurch ertragen. Auf diese Weise ist ein Gewicht verringert. Hierbei befinden sich die Aussparungen zweck- mäßigerweise zwischen jeweils in tangentialer Richtung übernächsten Taschen. Mit anderen Worten sind jeweils zwei der Taschen in tangentialer Richtung direkt benachbart und dieses Paar an Taschen ist an deren Enden in Tangentialrichtung beidseitig von jeweils einer der Aussparungen umgeben. Somit umfasst das Blechpaket halb so viele Aussparungen wie Taschen. Zweckmäßigerweise sind die Aussparungen den etwaigen V-Formen zugeordnet und befindet sich zwi- schen den beiden Taschen der jeweiligen V-Formen, deren spitzer Winkel zwi- schen der Rotationsachse und dem radialen äußeren Ende gebildet ist und/oder radial nach innen weist. Somit wird eine mechanische Integrität nicht oder lediglich vergleichsweise gering verändert, wobei aufgrund des verringerten Gewicht die wirkende Zentrifugalkräften verkleinert sind. Somit sind auch vergleichsweise ho- he Drehzahlen des Elektromotors ermöglicht.
Vorzugsweise umfasst der Rotor eine Welle, die insbesondere aus einem Edel- stahl erstellt ist. Die Welle ist zweckmäßigerweise im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet und konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet. Vorzugsweise ist das Blechpaket hierbei auf die Welle aufgesetzt und umgibt die Welle zumindest in einem Abschnitt entlang der Axialrichtung, also parallel zur Rotationsachse, vollständig umfangsseitig. Mit anderen Worten wird die Welle zumindest ab- schnittsweise mittels des Blechpakets umfangsseitig vollständig umgeben. Auf diese Weise ist eine Anbindung des Blechpakets an der Welle vereinfacht. Bei- spielsweise ist zwischen der Welle und dem Blechpaket ein Presssitz realisiert. Alternativ oder in Kombination hierzu ist zwischen dem Blechpaket und der Welle eine Nut-Feder-Verbindung realisiert, und beispielsweise ist in das Blechpaket, die Welle oder in beide eine Nut eingebracht, innerhalb derer jeweils eine Feder ein- liegt, die beispielsweise ein Bestandteil der Welle, des Blechpakets bzw. ein sepa- rates Bauteil ist. Der Elektromotor ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Nebenaggregats eines Kraftfahrzeugs, wie eines Verstellantriebs. Alternativ hierzu ist der Elektromotor ein Bestandteil einer Pumpe, eines Gebläse oder eines Lüf- ters, beispielsweise eines Hauptlüfters. Besonders bevorzugt ist der Elektromotor ein Bestandteil eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs und zweckmäßigerweise ein Hybrid -Booster. Der Elektromotor weist einen Stator auf, der zweckmäßiger- weise eine Anzahl an Elektromagneten umfasst, die zu einer Anzahl an Phasen, beispielsweise drei Phasen, zusammengeschaltet sind. Die Phasen selbst sind beispielsweise zu einer Dreiecks- oder Sternschaltung verschaltet. Zudem um- fasst der Elektromotor einen Rotor mit einem Blechpaket und eine Anzahl an Permanentmagneteinheiten, von denen jede in einer jeweiligen geschlossenen Taschen des Blechpakets angeordnet ist. Jeder der Permanentmagneteinheiten ist mittels eines Halteelements des Blechpakets gehalten, das sich zwischen den beiden Enden der jeweiligen Tasche und den beiden Enden der jeweiligen Per- manentmagneteinheit in radialer Richtung befindet. Somit befindet sich das Hal- teelements in Radialrichtung (radialer Richtung) zwischen den beiden Enden der jeweiligen Tasche und in radialer Richtung zwischen den beiden Enden der jewei- ligen Permanentmagneteinheit. Der Rotor ist somit permanenterregt. Vorzugsweise ist der Rotor mittels Lagern bezüglich des Stators drehbar um eine Rotationsachse gelagert. Vorzugsweise ist der Stator konzentrisch zur Rotations- achse angeordnet. Geeigneterweise umgibt der Stator den Rotor. Mit anderen Worten ist der Elektromotor ein Innenläufer. Der Elektromotor weist insbesondere eine maximale Drehzahl auf, die größer oder gleich 27.000 1/min, 29.000 1/min, 30.000 1/min oder 31.000 1/min ist. Bei derartigen Drehzahlen ist ein Einsatz als
Hybrid-Booster vergleichsweise effizient möglich.
Beispielsweise ist der Rotor mittels einer Hülse umgeben, die beispielsweise aus einem Edelstahl erstellt ist. Besonders bevorzugt jedoch ist der Rotor umfangssei- tig hülsenlos. Somit wird der Umfang des Rotors zweckmäßigerweise mittels des Blechpakets gebildet, und das Blechpaket grenzt insbesondere direkt an einen etwaigen Luftspalt an, der zwischen dem Rotor und dem Stator gebildet ist. Auf diese Weise ist ein Gewicht des Rotors verringert. Zudem sind Fertigungstoleran- zen Freier wählbar. Auch sind Material- und somit Herstellungskosten verringert. Ferner ist es möglich, den Luftspalt vergleichsweise klein zu wählen, was einen Wirkungsgrad erhöht. Die im Zusammenhang mit dem Rotor genannten Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf den Elektromotor zu übertragen und umgekehrt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor, Fig. 2 schematisch vereinfacht in einer Schnittdarstellung entlang einer Ro- tationsachse den Elektromotor mit einem Rotor,
Fig. 3 in einer Draufsicht den Rotor,
Fig. 4 in einer perspektivischen Draufsicht ausschnittsweise eine weitere
Ausgestaltungsform des Rotors, und
Fig. 5 ausschnittsweise in einer Draufsicht eine weitere Ausgestaltungs- form des Rotors. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszei- chen versehen.
In Figur 1 ist ein Kraftfahrzeug 2 mit einer Anzahl an Rädern 4 schematisch ver- einfacht gezeigt. Das Kraftfahrzeug 2 weist einen Antriebsstrang 6 auf, wobei bei- spielsweise 2 der Räder 4 mittels des Antriebsstrangs 6 angetrieben sind. Der An- triebsstrang 6 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 8 sowie eine Antriebswel- le 10 und ein nicht näher dargestelltes Differenzial sowie Antriebsachsen. Zudem umfasst der Antriebsstrang 6 einen Hybrid-Booster 12, der auf die Antriebswelle 10 wirkt. Mittels des Hybrid-Boosters 12 wird ein mittels der Verbrennungskraft- maschine 8 auf die Antriebswelle 10 aufgebrachtes Drehmoment kurzzeitig er- höht, beispielsweise bei einer vergleichsweise starken Beschleunigung des Kraft- fahrzeugs 2 oder bei einem Start der Verbrennungskraftmaschine 8. Hierbei wirkt der Hybrid-Booster 12 vorzugsweise zumindest teilweise als Anlasser. Auch wer- den mittels des hybrid-Boosters 12 kurzzeitige Drehmomentunterbrechungen aus- geglichen, die bei Schaltvorgängen eines zwischen dem Hybrid-Booster 12 und der Verbrennungskraftmaschine 8 angeordneten Getriebes entstehen. Der Hybrid-Booster 12 weist eine in Figur 2 näher dargestellte elektrische Maschi- ne 14 in Form eines bürstenlosen Elektromotors auf. Die elektrische Maschine 14 umfasst ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Gehäuse 16 , das endseitig jeweils mittels eines Lagerschilds 18 verschlossen ist, an denen jeweils ein Lager 20 in Form eines Wälzlagers angebunden ist. Mittels der Lager 20 ist eine Welle 22 ei- nes Rotors 24 drehbar um eine Rotationsachse 26 gelagert, wobei die Welle 22 durch die beiden Lagerschilde 18 hindurch ragt und somit über das Gehäuse 16 übersteht.
Der Rotor 24 weist ferner ein Blechpaket 28 auf, das innerhalb des Gehäuses 16 angeordnet und auf die Welle 22 aufgesetzt ist. Hierbei umgibt das Blechpaket 28 die Welle 22 über dessen vollständige Ausdehnung in Axialrichtung, also parallel zur Rotationsachse 26, umfangsseitig vollständig und ist drehfest an der Welle 22 angebunden, beispielsweise mittels einer Pressverbindung und/oder eine Nut- Feder-Verbindung. Der Rotor 24 wird innerhalb des Gehäuses 16 umfangsseitig unter Ausbildung eines Luftspalts 30 von einem Stator 32 umgeben, der an der Innenseite des Gehäuses 16 befestigt ist. Hierbei wird der Luftspalt 30 mittels des Stators 32 sowie des Blechpakets 28 begrenzt. Mit anderen Worten weist der Ro- tor 24 keine das Blechpaket 28 umgebende Hülle auf, und der Rotor 24 ist somit hüllenlos. Der Stator 32 umfasst eine Anzahl an nicht näher dargestellten Elekt- romagneten, die mittels einer Elektronik 34 bei Betrieb bestromt ist, die einen nicht näher dargestellten Umrichter aufweist. Die Elektronik 34 ist in einem Elektronik- fach 36 angeordnet, das auf eine der Stirnseiten des Gehäuses 16 aufgesetzt ist.
In Figur 3 ist in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Rotationsachse 26 der Ro- tor 24 gezeigt, der das auf die Welle 22 aufgesetzte Blechpaket 28 umfasst. Das Blechpaket 28 umgibt hierbei die Welle 22 um deren Umfang vollständig. Das Blechpaket 28 umfasst eine Anzahl an in Axialrichtung übereinander gestapelter einzelner Bleche, die zueinander baugleich und gegenüber einander elektrisch isoliert sind. Das Blechpaket 24 weist insgesamt zwanzig Taschen 38 auf, die sich entlang der Rotationsachse 26 durch das Blechpaket 28 hindurch erstrecken. Hierbei sind jeweils zwei der Taschen 38 zu einer V-Form 40 angeordnet, sodass insgesamt zehn derartige V-Formen 40 gebildet sind. Jeder der V-Formen 40 ist spiegelsymmetrisch bezüglich einer jeweiligen radialen Geraden, die somit die Rotationsachse 26 schneidet. Jede der Taschen 38 bildet mit der zugeordneten radialen Geraden einen Winkel von im Wesentlichen 20°. Jede der Taschen 38 weist somit einen radialen und teilweise tangentialen Verlauf auf. Der spitze Win- kel zwischen den beiden Taschen 38 der jeweils gleichen V-Form 40 weist zur Rotationsachse 26, und mittels der Taschen 38 ist somit eine im Wesentlichen Zickzackform realisiert.
Zwischen den Taschen 38 jeder V-Form 40 ist in Tangentialrichtung jeweils eine erste Aussparung 42 und eine zweite Aussparung 44 angeordnet, wobei die zwei- te Aussparung 44 bezüglich der ersten Aussparung 42 radial nach außen versetzt ist. Somit sind die Aussparungen 42, 44 in tangentialer Richtung zwischen jeweils übernächsten Taschen 38 angeordnet, und das Blechpaket 28 weist insgesamt zehn erste Aussparungen 42 und zehn zweite Aussparungen 44 auf. Aufgrund der Aussparungen 42, 44 ist ein Gewicht des Blechpakets 28 reduziert. Die Taschen 38 sowie die Aussparungen 42, 44 sind derart angeordnet, dass der Rotor 24 oder zumindest das Blechpaket 28 drehsymmetrisch bezüglich der Rotationsachse 26 ist, wobei der Symmetriewinkel 36° beträgt.
Jede der Taschen 38 ist umfangsseitig geschlossen, und das Blechpaket 28 weist bei jeder der Taschen 28 ein Halteelemente 46 auf das zwei gegenüberliegende Vorsprünge 48 umfasst, die senkrecht zu dem Verlauf der jeweiligen Tasche 38 sind und in diese hineinragen. Hierbei sind die beiden Vorsprünge 48 aufeinander zu gerichtet und voneinander beabstandet, sodass jede der Taschen 38 im Be- reich des Halteelements 46 verjüngt ist. Die Halteelemente 46, also die Vorsprün- ge 48, sind dabei zwischen den beiden Enden der jeweiligen Tasche 38 in radialer Richtung angeordnet und befinden sich somit von den beiden Enden beabstandet. Mittels des Halteelements 46 wird somit die jeweilige Tasche 38 in zwei Bereiche unterteilt, wobei die Ausdehnung des radial äußeren Bereichs im Wesentlichen der Hälfte der Ausdehnung des radial inneren Bereichs der jeweiligen Tasche 38 entspricht. Zudem ist der radial äußere Bereich senkrecht zum Verlauf der jeweili- gen Tasche 38 versetzt und bezüglich des jeweiligen inneren Bereichs geringfügig verdreht.
Innerhalb jeder der geschlossenen Taschen 38 ist jeweils eine Permanentmag- neteinheit 50 angeordnet. Somit weist der Rotor 24 insgesamt zwanzig Perma- nentmagneteinheiten 50 auf, von denen hier lediglich vier gezeigt sind. Jede der Permanentmagneteinheiten 50 weist zwei Teilmagneten 52 auf, die aus einem gemeinsamen Ferritblock gesägt sind. Die Teilmagneten 52 sind quaderförmig ausgestaltet, und die beiden Teilmagneten 52 jeder Permanentmagneteinheit 50 sind einem der Bereiche der jeweiligen Tasche 38 zugeordnet. Somit werden die beiden Teilmagneten 52 mittels des Blechpakets 28 an deren radialen und tan- gentialen Begrenzung mittels des Blechpakets 28 umgeben, und die Permanent- magneteinheiten 50 sowie die Teilmagneten 52 sind in das Blechpaket 28 einge- bettet.
Die beiden Teilmagnete 52 jeder Permanentmagneteinheit 50 sind in radialer Richtung zueinander beabstandet, und zwischen diesen ist das jeweilige Hal- teelement 46 angeordnet. Infolgedessen ist zwischen den beiden Teilmagneten 52 im Bereich der Vorsprünge 48 ein Schlitz 54 gebildet. Jeder radial Innere der beiden Teilmagneten 52 der jeweiligen Permanentmagneteinheit 50 ist an den beiden Vorsprüngen 48 abgestützt, und der radial Äußere der beiden Teilmagne- ten 52 jeder der Permanentmagneteinheiten 50 ist an dessen radial äußeren En- de an dem Blechpaket 28 abgestützt, nämlich einem radial äußeren Ende der je- weiligen Tasche 28. Hierbei liegt beispielsweise der radial Äußere der beiden Teilmagneten 52 an dessen radial äußeren Ende an der radial äußeren Begren- zung der jeweiligen Tasche 38 an. Zusammenfassend ist somit jede der Permanentmagneteinheiten 50 mittels des der jeweiligen Tasche 38 zugeordneten Halteelements 46 gehalten, nämlich der radial Innere der beiden Teilmagneten 52, und jede Permanentmagneteinheit 50 ist an deren radialem äußeren Ende, nämlich dem radial äußeren Teilmagneten 52, an dem Blechpaket 28 abgestützt. Somit befindet sich auch das Halteelement 46 zwischen den beiden Enden der jeweiligen Permanentmagneteinheit 50 in ra- dialer Richtung. Das radial innere Ende der Permanentmagneteinheit 50 ist hier bei von dem radial inneren Ende der jeweiligen Tasche 38 beabstandet, was eine Ausbildung von parasitären Magnetfeldern verhindert und somit einen Wirkungs- grad der elektrischen Maschine 14 erhöht.
Die beiden Teilmagnete 52 liegen an den beiden Seitenwänden der jeweiligen Tasche 38, die parallel zu dem Verlauf der Tasche 38 sind, formschlüssig an. Somit ist der Verlauf jeder Permanentmagneteinheit 50 im Wesentlichen parallel zu dem Verlauf der jeweiligen Tasche 38. Aufgrund des Formschluss sind auch die beiden Teilmagneten 52 jeder Permanentmagneteinheit 50 zueinander senk- recht zum Verlauf der jeweiligen Permanentmagneteinheit 50 versetzt und gering- fügig verdreht. Der Versatz ist hierbei zwischen 15 % und 25 % der Dicke der je- weiligen Permanentmagneteinheit 50, und zwar genau 20 %. Die Dicke der bei den Teilmagneten 52 ist hierbei aufgrund der gemeinsamen Herstellung gleich, sodass der Versatz im Wesentlichen einem Viertel der Dicke der jeweiligen Teil- magneten 52 ist. Die jeweils radial äußeren Teilmagneten 52, die der gleichen V- Form 40 zugeordnet sind, sind in tangentialer Richtung aufeinander zu versetzt. Auf diese Weise ist eine Formung des Magnetfelds, welches mittels der Perma- nentmagneteinheiten 50 erstellt ist, erleichtert und ein Wirkungsgrad verbessert.
Aufgrund der zweifachen Abstützung jeder der Permanentmagneteinheiten 50 ist es ermöglicht, das Blechpaket 28 im Bereich des radial äußeren Endes der Ta- sehen 38 vergleichsweise filigran auszugestalten und die bei Betrieb auf die Per- manentmagneteinheiten 50 wirkenden Zentrifugalkräften vergleichsweise effektiv abzufangen. Aufgrund der Aussparungen 42, 44 ist zudem ein Gewicht des Ro- tors 24 verringert. Somit ist es ermöglicht, den Rotor 24 auch mit vergleichsweise hohen Drehzahlen, insbesondere bis zu 31.000 1/min, zu betreiben.
In Figur 4 ist ausschnittsweise perspektivisch eine weitere Ausgestaltungsform des Rotors 24 gezeigt. Hierbei ist jede der Permanentmagneteinheiten 50 einstü- ckig und in jeweils einer der Taschen 38 angeordnet, die nicht weiter verändert sind. Das Volumen dieser Permanentmagneteinheiten 50 entspricht im Wesentli- chen dem jeweiligen Volumen der Permanentmagneteinheiten 50 der vorherge- henden Ausführungsform. Die Halteelemente 46 sind abgewandelt und lediglich mittels eines einzigen Vorsprungs 48 gebildet, der in die jeweiligen Tasche 38 hineinragt. Jede der Permanentmagneteinheiten 50 weist eine korrespondierende Nuten 56 auf, innerhalb derer der jeweilige Vorsprung 46 einliegt. Dabei ist wiede- rum das Halteelement 46 in Form des Vorsprungs 48 in radialer Richtung zwi- schen den beiden Enden der jeweiligen Tasche 38 sowie der jeweiligen Perma- nentmagneteinheit 50 angeordnet. Ferner ist wiederum jede der Permanentmag- neteinheiten 50 an deren radial äußeren Ende an dem Blechpaket 28 abgestützt. Somit erfolgt auch in diesem Fall eine zweifache Abstützung jeder der Perma- nentmagneteinheiten 50. Die Taschen 38 und somit auch die Permanentmagnet- einheiten 50 sind zu den V-Formen 40 angeordnet, und die zweiten Aussparun- gen 44 sind vergrößert. Die ersten Aussparungen 42 hingegen sind bei dieser Ausführungsform in tangentialer Richtung zwischen jeweils benachbarten V- Formen 40 angeordnet.
In Figur 5 ist eine Abwandlung der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform des Ro- tors 24 dargestellt. Die Permanentmagneteinheiten 50 sind nicht verändert. So ist wiederum der Radialinnere Teilmagneten 52 mittels der geometrischen Anord- nung über den gebildeten Vorsprung 48 abgestützt. Somit wird die auf diesen Teilmagneten 52 wirkende Fliehkraft von dem zwischen benachbarten V-Formen 40 vorhandenen Teil des Blechpakets 28 aufgenommen. Infolgedessen ist die Belastung auf denjenigen Teil des Blechpakets 28, der sich zwischen den Perma- nentmagneteinheiten 50 der jeweiligen V-Form 40 befindet, verringert, mittels dessen somit lediglich im Wesentlichen die auf den äußeren der beiden Teilmag- neten 52 wirkende Fliehkraft aufgenommen werden muss. Infolgedessen können die beiden Permanentmagneteinheiten 50 in tangentialer Richtung vergleichswei- se nahe aufeinander zu versetzt werden, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt. Folglich wird jede der Permanentmagneteinheiten 50 mittels zweier Haltteile des Halteelements 46 gehalten, nämlich dem Vorsprung 48 und dem den äußeren der beiden Teilmagneten 52 umgebenden Steg des Blechpakets 28. Hierbei ist der Kraftweg, mittels derer die jeweilige Fliehkraft kompensiert wird, unterschied- lieh, weswegen das Blechpaket 28 vergleichsweise filigran ausgestaltet werden kann.
Zusammenfassend wird die Masse der Permanentmagneteinheiten 50 über die formschlüssige Geometrie nur noch in reduziertem Teil in die einzelnen Bereiche des Blechpakets 28 eingeleitet, weswegen sich eine erhöhte Drehzahlfestigkeit ergibt. Dabei ist das Volumen der Permanentmagneteinheiten 50 im Wesentlichen nicht erhöht. Alternativ hierzu weisen die beiden Teilmagneten 52 unterschiedliche spezifische Optimierungen auf, beispielsweise eine unterschiedliche Dicke. Insbe- sondere sind die Permanentmagneteinheiten 52 an dem Blechpaket 28 abgestützt und weist beispielsweise eine Ausfräsung auf, die zweckmäßigerweise mittels der Nut 56 bereitgestellt ist. Alternativ hierzu weist jede Permanentmagneteinheit 50 eine Haltenase oder dergleichen auf, die in einem entsprechenden ausgestalteten Halteelement 46 einliegt. Aufgrund der Anordnung der Permanentmagneteinhei- ten 50 ist vorzugsweise ein magnetischer Kurzschluss verhindert, der anderweitig zu einer Schmälerung des Wirkungsgrads führen würde.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
2 Kraftfahrzeug
4 Rad
6 Antriebsstrang
8 Verbrennungskraftmaschine
10 Antriebswelle
12 Hybrid-Booster
14 elektrische Maschine 16 Gehäuse
18 Lagerschild
20 Lager
22 Welle
24 Rotor
26 Rotationsachse
28 Blechpaket
30 Luftspalt
32 Stator
34 Elektronik
36 Elektronikfach
38 Tasche
40 V-Form
42 erste Aussparung
44 zweite Aussparung
46 Halteelement
48 Vorsprung
50 Permanentmagneteinheit
52 Teilmagnet
54 Schlitz
56 Nut

Claims

Ansprüche
1. Rotor (24) einer elektrischen Maschine (14) eines Kraftfahrzeugs (2), ins- besondere eines Hybrid-Boosters (12), mit einem Blechpaket (28), und mit einer Anzahl an Permanentmagneteinheiten (50), von denen jede in einer jeweiligen geschlossenen Tasche (38) des Blechpakets (28) angeordnet ist, wobei jede der Permanentmagneteinheiten (50) mittels eines Halteele- ments (46) des Blechpakets (28) gehalten ist, das sich zwischen den bei den Enden der jeweiligen Tasche (38) und den beiden Enden der jeweili- gen Permanentmagneteinheit (50) in radialer Richtung befindet.
2. Rotor (24) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass jede Permanentmagneteinheit (50) an deren radialem äußeren Ende an dem Blechpaket (28) abgestützt ist.
3. Rotor (24) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass jedes Halteelement (46) einen Vorsprung (48) aufweist.
4. Rotor (24) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass jede Permanentmagneteinheit (50) eine Nut (56) aufweist, in der der jeweilige Vorsprung (48) einliegt.
5. Rotor (24) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass jede Permanentmagneteinheit (50) zwei Teilmagneten (52) aufweist, die zueinander in radialer Richtung beabstandet sind, und zwischen denen der Vorsprung (48) in radialer Richtung angeordnet ist.
6. Rotor (24) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilmagnete (52) jeder Permanentmagneteinheit (50) zu einander senkrecht zum Verlauf der jeweiligen Permanentmagneteinheit (50) versetzt sind.
7. Rotor (24) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Versatz zwischen 15% und 25% der Dicke der jeweiligen Perma- nentmagneteinheit (50) ist.
8. Rotor (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeweils zwei der Taschen (38) zu einer V-Form (40) angeordnet sind.
9. Rotor (24) nach der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Blechpaket (28) zwischen jeweils in einer tangentialen Richtung übernächsten Taschen (38) eine Aussparung (42, 44) aufweist.
10. Rotor (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Blechpaket (28) auf eine Welle (22) aufgesetzt ist, wobei das Blechpaket (28) die Welle (22) zumindest abschnittsweise umfangsseitig vollständig umgibt.
11.Elektromotor (14) eines Kraftfahrzeugs (2), insbesondere eines Hybrid-
Boosters (12), mit einem Stator (32) und mit einem Rotor (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Elektromotor (14) Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (24) umfangsseitig hülsenlos ist.
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