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DE102022101865A1 - Rotor for a synchronous machine - Google Patents

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DE102022101865A1
DE102022101865A1 DE102022101865.2A DE102022101865A DE102022101865A1 DE 102022101865 A1 DE102022101865 A1 DE 102022101865A1 DE 102022101865 A DE102022101865 A DE 102022101865A DE 102022101865 A1 DE102022101865 A1 DE 102022101865A1
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DE
Germany
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rotor
bandage
field winding
synchronous machine
rotor body
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Pending
Application number
DE102022101865.2A
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German (de)
Inventor
Christian Könen
Tobias Engelhardt
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.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
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Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Synchronmaschine, umfassend einen Rotorkörper (1), mehrere Permanentmagneten (4), zumindest eine Erregerwicklung (3) zur elektrischen Erzeugung eines Magnetfeldes, mehrere Längsnuten (5) im Rotorkörper (1) und eine Bandage (2), wobei zumindest einer der Permanentmagnete (4) und die zumindest eine Erregerwicklung (3) jeweils innerhalb einer der Längsnuten (5) angeordnet sind, wobei die Längsnuten (5) sich in radialer Richtung bis zu einer Außenumfangsfläche des Rotorkörpers (1) erstrecken, wobei die Bandage (2) die Außenumfangsfläche des Rotorkörpers (1) umgibt, wobei in den Längsnuten (5) jeweils eine Distanz zwischen der Bandage (2) und der in der jeweiligen Längsnut (5) angeordneten zumindest einen Erregerwicklung (3) geringer ist als eine Distanz zwischen der Bandage (2) und dem in der jeweiligen Längsnut (5) angeordneten Permanentmagneten (4).

Figure DE102022101865A1_0000
The invention relates to a rotor for a synchronous machine, comprising a rotor body (1), a number of permanent magnets (4), at least one field winding (3) for generating a magnetic field electrically, a number of longitudinal slots (5) in the rotor body (1) and a bandage (2), with at least one of the permanent magnets (4) and the at least one field winding (3) each being arranged within one of the longitudinal slots (5), with the longitudinal slots (5) extending in the radial direction up to an outer peripheral surface of the rotor body (1), with the band age (2) surrounds the outer peripheral surface of the rotor body (1), a distance between the bandage (2) and the at least one excitation winding (3) arranged in the respective longitudinal groove (5) being smaller in the longitudinal grooves (5) than a distance between the bandage (2) and the permanent magnet (4) arranged in the respective longitudinal groove (5).
Figure DE102022101865A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine Synchronmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a rotor for a synchronous machine according to the preamble of claim 1.

Synchronmaschinen werden unter anderem in Kraftfahrzeugen als elektrische Antriebe verwendet. Aus DE 10 2020 105 588 A1 ist eine Synchronmaschine bekannt, bei der sowohl eine Erregerwicklung als auch Permanentmagneten im Rotor verwendet werden. Dabei ist an der Außenumfangsfläche des Rotors eine Bandage angeordnet, an der die Permanentmagnete befestigt sind.Synchronous machines are used, among other things, in motor vehicles as electric drives. Out of DE 10 2020 105 588 A1 a synchronous machine is known in which both an exciter winding and permanent magnets in the rotor are used. In this case, a bandage is arranged on the outer peripheral surface of the rotor, to which the permanent magnets are attached.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine effizientere Synchronmaschine zu schaffen. Außerdem soll ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Synchronmaschine geschaffen werden.In contrast, the object of the present invention is to create a more efficient synchronous machine. In addition, a motor vehicle is to be created with such a synchronous machine.

Diese Aufgabe wird durch einen Rotor gemäß Anspruch 1, eine Synchronmaschine gemäß Anspruch 5 und ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 6 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a rotor according to claim 1, a synchronous machine according to claim 5 and a motor vehicle according to claim 6. Embodiments of the invention are given in the dependent claims.

Der Rotor umfasst einen Rotorkörper, mehrere Permanentmagnete, zumindest eine Erregerwicklung zur elektrischen Erzeugung eines Magnetfelds, mehrere Längsnuten im Rotorkörper und eine Bandage. Die Erregerwicklung kann beispielsweise einen Draht aus einem elektrisch leitfähigen Material umfassen. Die elektrische Erzeugung des Magnetfelds kann beispielsweise erfolgen, indem ein Strom durch die Erregerwicklung fließt, wobei die Erregerwicklung mehrmals um einen Wicklungskern gewickelt ist.The rotor comprises a rotor body, a plurality of permanent magnets, at least one field winding for generating a magnetic field electrically, a plurality of longitudinal grooves in the rotor body and a bandage. The field winding can, for example, comprise a wire made of an electrically conductive material. The magnetic field can be generated electrically, for example, by a current flowing through the excitation winding, with the excitation winding being wound several times around a winding core.

Zumindest einer der Permanentmagneten und die mindestens eine Erregerwicklung sind jeweils innerhalb einer der Längsnuten angeordnet. Unter einer Längsnut wird im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere eine Nut verstanden, deren größte Ausdehnung sich in der Längsrichtung des Rotorkörpers erstreckt. Die Längsrichtung des Rotorkörpers erstreckt sich dabei parallel zur Rotationsachse des Rotorkörpers. Die Längsnuten erstrecken sich in radialer Richtung bis zu einer Außenumfangsfläche des Rotorkörpers. Die Bandage umgibt diese Außenumfangsfläche.At least one of the permanent magnets and the at least one field winding are each arranged within one of the longitudinal slots. In the context of this description, a longitudinal groove is understood to mean, in particular, a groove whose greatest extent extends in the longitudinal direction of the rotor body. The longitudinal direction of the rotor body extends parallel to the axis of rotation of the rotor body. The longitudinal grooves extend in the radial direction up to an outer peripheral surface of the rotor body. The bandage surrounds this outer peripheral surface.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jeweils eine Distanz zwischen der Bandage und der in der jeweiligen Längsnut angeordneten zumindest einen Erregerwicklung geringer ist als eine Distanz zwischen der Bandage und dem in der jeweiligen Längsnut angeordneten Permanentmagneten. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die zumindest eine Erregerwicklung weiter außen im Rotorkörper angeordnet ist als die Permanentmagnete.According to the invention it is provided that a distance between the bandage and the at least one field winding arranged in the respective longitudinal groove is smaller than a distance between the bandage and the permanent magnet arranged in the respective longitudinal groove. This can mean, for example, that the at least one field winding is arranged further outside in the rotor body than the permanent magnets.

Die Anordnung der zumindest einen Erregerwicklung näher an der Bandage als die Permanentmagnete ist insbesondere vorteilhaft, da nur relativ kleine oder gar keine Abschnitte des Rotorkörpers zwischen der Bandage und der zumindest einen Erregerwicklung angeordnet sein müssen. Dies verringert Streuverluste und steigert das Reluktanzmoment, wodurch die Effizienz der Synchronmaschine erhöht wird.The arrangement of the at least one field winding closer to the bandage than the permanent magnets is particularly advantageous since only relatively small or no sections of the rotor body have to be arranged between the bandage and the at least one field winding. This reduces leakage and increases the reluctance torque, which increases the efficiency of the synchronous machine.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Bandage direkt an der Außenumfangsfläche befestigt sein.According to one embodiment of the invention, the bandage can be attached directly to the outer peripheral surface.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann jeweils ein Luftspalt zwischen der zumindest einen Erregerwicklung und der Bandage angeordnet sein. Dieser Luftspalt kann beispielsweise ein Teil der jeweiligen Längsnut sein.According to one embodiment of the invention, an air gap can be arranged between the at least one field winding and the bandage. This air gap can be part of the respective longitudinal groove, for example.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Luftspalt in direktem Kontakt mit der Bandage und der zumindest einen Erregerwicklung sein.According to one embodiment of the invention, the air gap can be in direct contact with the bandage and the at least one field winding.

Die Synchronmaschine gemäß Anspruch 5 umfasst einen Rotor nach einer Ausführungsform der Erfindung und einen Stator. Der Stator ist dazu ausgebildet, den Rotor in Rotation zu versetzen. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem der Stator ein Magnetfeld erzeugt. Alternativ oder zusätzlich kann der Rotor in Rotation versetzt werden, indem die zumindest eine Erregerwicklung des Rotors ein Magnetfeld erzeugt.The synchronous machine according to claim 5 comprises a rotor according to an embodiment of the invention and a stator. The stator is designed to rotate the rotor. This can be done, for example, by the stator generating a magnetic field. Alternatively or additionally, the rotor can be rotated by the at least one field winding of the rotor generating a magnetic field.

Das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 6 umfasst eine Synchronmaschine nach einer Ausführungsform der Erfindung, die dazu ausgebildet ist, das Kraftfahrzeug anzutreiben. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem der Rotor in Rotation versetzt wird.The motor vehicle according to claim 6 comprises a synchronous machine according to an embodiment of the invention, which is designed to drive the motor vehicle. This can be done, for example, by rotating the rotor.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Abbildung. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Merkmale sowie für Merkmale mit gleichen oder ähnlichen Funktionen die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt 1 eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts eines Rotors nach einer Ausführungsform der Erfindung.Further features and advantages of the present invention become clear from the following description of a preferred exemplary embodiment with reference to the accompanying figure. The same reference symbols are used for the same or similar features and for features with the same or similar functions. while showing 1 a schematic sectional view of a section of a rotor according to an embodiment of the invention.

Der Rotor umfasst einen Rotorkörper 1, an dessen Außenumfangsfläche eine Bandage 2 befestigt ist. Die Bandage 2 überdeckt im Rotorkörper 1 angeordnete Längsnuten 5, die sich in radialer Richtung erstrecken. In den Längsnuten 5 sind jeweils ein Permanentmagnet 4 und eine Erregerwicklung 3 angeordnet. Die Erregerwicklung 3 kann beispielsweise verwendet werden, um mittels eines durch sie strömenden elektrischen Stroms ein Magnetfeld zu erzeugen. Sowohl die Permanentmagnete 4 als auch die Erregerwicklung 3 werden verwendet, um den Rotor anzutreiben. Dies kann beispielsweise mittels eines von einem Stator erzeugten Magnetfeldes erfolgen. Der so in Rotation versetzte Rotor kann verwendet werden, um beispielsweise ein Kraftfahrzeug anzutreiben.The rotor comprises a rotor body 1, on the outer peripheral surface of which a bandage 2 is fastened. The bandage 2 covers arranged longitudinal grooves 5 in the rotor body 1, which extend in the radial direction extend. A permanent magnet 4 and an excitation winding 3 are arranged in each of the longitudinal grooves 5 . The field winding 3 can be used, for example, to generate a magnetic field by means of an electric current flowing through it. Both the permanent magnets 4 and the excitation winding 3 are used to drive the rotor. This can be done, for example, by means of a magnetic field generated by a stator. The rotor set in rotation in this way can be used, for example, to drive a motor vehicle.

Die Erregerwicklung 3 ist in der jeweiligen Längsnut 5 näher zur Bandage 2 angeordnet als der in der jeweiligen Längsnut angeordnete Permanentmagnet 4. Dies kann in allen Längsnuten der Fall sein. Außerdem ist in jeder Längsnut 5 ein Luftspalt 6 zwischen der Erregerwicklung 3 und der Bandage 2 angeordnet. Der Luftspalt 6 ist dabei ein Bestandteil der Längsnut 5.The field winding 3 is arranged in the respective longitudinal groove 5 closer to the bandage 2 than the permanent magnet 4 arranged in the respective longitudinal groove. This can be the case in all longitudinal grooves. In addition, an air gap 6 is arranged between the field winding 3 and the bandage 2 in each longitudinal groove 5 . The air gap 6 is part of the longitudinal groove 5.

Diese Ausgestaltung des Rotors ist besonders vorteilhaft für eine besonders hohe Effizienz, da Streuverluste verringert und das Reluktanzmoment erhöht wird.This configuration of the rotor is particularly advantageous for a particularly high level of efficiency, since stray losses are reduced and the reluctance torque is increased.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102020105588 A1 [0002]DE 102020105588 A1 [0002]

Claims (6)

Rotor für eine Synchronmaschine, umfassend einen Rotorkörper (1), mehrere Permanentmagneten (4), zumindest eine Erregerwicklung (3) zur elektrischen Erzeugung eines Magnetfeldes, mehrere Längsnuten (5) im Rotorkörper (1) und eine Bandage (2), wobei zumindest einer der Permanentmagnete (4) und die zumindest eine Erregerwicklung (3) jeweils innerhalb einer der Längsnuten (5) angeordnet sind, wobei die Längsnuten (5) sich in radialer Richtung bis zu einer Außenumfangsfläche des Rotorkörpers (1) erstrecken, wobei die Bandage (2) die Außenumfangsfläche des Rotorkörpers (1) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass in den Längsnuten (5) jeweils eine Distanz zwischen der Bandage (2) und der in der jeweiligen Längsnut (5) angeordneten zumindest einen Erregerwicklung (3) geringer ist als eine Distanz zwischen der Bandage (2) und dem in der jeweiligen Längsnut (5) angeordneten Permanentmagneten (4).Rotor for a synchronous machine, comprising a rotor body (1), a plurality of permanent magnets (4), at least one field winding (3) for generating a magnetic field electrically, a plurality of longitudinal slots (5) in the rotor body (1) and a bandage (2), at least one of the permanent magnets (4) and the at least one field winding (3) being each arranged within one of the longitudinal slots (5), the longitudinal slots (5) extending in the radial direction up to an outer peripheral surface of the rotor body (1), the bandage (2) surrounds the outer peripheral surface of the rotor body (1),characterizedthat in the longitudinal grooves (5) a distance between the bandage (2) and the at least one field winding (3) arranged in the respective longitudinal groove (5) is smaller than a distance between the bandage (2) and the permanent magnet (4) arranged in the respective longitudinal groove (5). Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandage (2) direkt an der Außenumfangsfläche befestigt ist.rotor after claim 1 , characterized in that the bandage (2) is attached directly to the outer peripheral surface. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Luftspalt (6) zwischen der zumindest einen Erregerwicklung (3) und der Bandage (2) angeordnet ist.Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that in each case an air gap (6) is arranged between the at least one field winding (3) and the bandage (2). Rotor nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (6) jeweils in direktem Kontakt mit der Bandage (2) und der zumindest einen Erregerwicklung (3) istRotor according to the preceding claim, characterized in that the air gap (6) is in direct contact with the bandage (2) and the at least one field winding (3). Synchronmaschine, umfassend einen Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche und einen Stator, wobei der Stator dazu ausgebildet ist, den Rotor in Rotation zu versetzen.Synchronous machine, comprising a rotor according to one of the preceding claims and a stator, wherein the stator is designed to cause the rotor to rotate. Kraftfahrzeug, umfassend eine Synchronmaschine nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Synchronmaschine dazu ausgebildet ist, das Kraftfahrzeug anzutreiben.Motor vehicle comprising a synchronous machine according to the preceding claim, wherein the synchronous machine is designed to drive the motor vehicle.
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