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Title:
MAGNETIC ELEMENT FOR AN ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/041260
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a magnetic element (2) for an electric machine, comprising a single-piece magnetic body (4) made of a permanently magnetic material, wherein: the magnetic body (4) has two longitudinal sides (6) extending in a longitudinal direction (L) and two transverse sides (8) extending in a transverse direction (Q); a number of mutually parallel, slit-shaped first recesses (10, 10') is formed in the magnetic body (4), said first recesses extending from a first side (6, 8) to a center of the magnetic body (4); and a number of mutually parallel, slit-shaped second recesses (12, 12') is formed in the magnetic body (4), said second recesses extending from a second side (6, 8), which is oriented opposite from the first side (6, 8), to the center of the magnetic body (4).

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Inventors:
ZHANG SUNNY (NL)
ZHANG WEI (CN)
Application Number:
PCT/EP2022/072465
Publication Date:
March 23, 2023
Filing Date:
August 10, 2022
Export Citation:
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Assignee:
BROSE FAHRZEUGTEILE SE & CO KG WUERZBURG (DE)
International Classes:
H02K15/03; H01F7/02; H01F41/02
Foreign References:
EP3457532A12019-03-20
CN110890798A2020-03-17
JPS61208815A1986-09-17
Attorney, Agent or Firm:
FDST PATENTANWÄLTE (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Magnetelement (2) für eine elektrische Maschine, aufweisend einen einstückigen Magnetkörper (4) aus einem permanentmagnetischen Material,

- wobei der Magnetkörper (4) zwei sich entlang einer longitudinalen Längsrichtung (L) erstreckende Längsseiten (6) und zwei sich in einer transversalen Querrichtung (Q) erstreckende Querseiten (8) aufweist,

- wobei eine Anzahl von zueinander parallel angeordneten, schlitzförmigen ersten Aussparungen (10, 10‘) in den Magnetkörper (4) eingebracht ist, welche sich von einer ersten Seite (6, 8) zu einer Mitte des Magnetkörpers (4) hin erstrecken, und

- wobei eine Anzahl von zueinander parallel angeordneten, schlitzförmigen zweiten Aussparungen (12, 12‘) in den Magnetkörper (4) eingebracht ist, welche sich von einer gegenüberliegend zur ersten Seite (6, 8) orientierten zweiten Seite (6, 8) zu der Mitte des Magnetkörpers (4) hin erstrecken.

2. Magnetelement (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten und zweiten Aussparungen (10, 12) von den Längsseiten (6) zur Mitte hin erstrecken.

3. Magnetelement (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Aussparungen (10) und die zweiten Aussparungen (12) derart in den Magnetkörper (4) eingebracht sind, dass bei einem senkrecht zur Längsrichtung (L) und Querrichtung (Q) orientierten Magnetfeld (B) magnetisch induzierte Wirbelströme (16) entlang der Längsrichtung (L) und der Querrichtung (Q) im Magnetkörper (4) unterdrückt sind.

4. Magnetelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Aussparungen (10) und die zweiten Aussparungen (12) schräg zur Längsrichtung (L) und zur Querrichtung (Q) orientiert sind. Magnetelement (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von ersten Aussparungen (10) und zweiten Aussparungen

(12) unter einem Neigungswinkel zwischen 60° und 30°, insbesondere zwischen 50° und 40°, beispielsweise 45°, zur Längsrichtung (L) orientiert sind. Magnetelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Aussparungen (10, 10‘) und die zweiten Aussparungen (12, 12‘) entlang der Längsrichtung (L) versetzt zueinander angeordnet sind. Magnetelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der ersten Aussparungen (10, 10‘) gleich der Anzahl der zweiten Aussparungen (12, 12‘) ist. Magnetelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (10, 12) gleichmäßig entlang der jeweiligen Längsseite (L) verteilt angeordnet sind. Magnetelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Aussparungen (10, 10‘) und die zweiten Aussparungen (12, 12‘) mittels Drahtschneiden in den Magnetkörper (4) eingebracht sind. Magnetelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass alle ersten Aussparungen (10, 10‘) und/oder alle zweiten Aussparungen (12, 12‘) mittels eines Multi-Drahtschneiden in den Magnetkörper (4) eingebracht sind. 15 Magnetelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten Aussparungen (10, 10‘) und/oder die zweiten Aussparungen (12, 12‘) über die Mitte des Magnetkörpers (4) hinaus erstrecken. Elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein permanent erregtes Maschinenteil mit mindestens einem Magnetelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 .

Description:
P210404P-RF/TS/CH 2021 290 WO

Beschreibung

Magnetelement für eine elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft ein permanentmagnetisches Magnetelement für eine elektrische Maschine, sowie eine elektrische Maschine mit einem solchen Magnetelement.

In einem modernen Kraftfahrzeug werden Elektromotoren in vielfältiger Weise als Antrieb eingesetzt. Elektromotoren werden beispielsweise als Fensterheber-, Schiebedach- oder Sitzverstellantriebe, als Lenkungsantriebe (EPS, Electrical Power Steering), als Kühlerlüfterantriebe oder als Getriebeaktuatoren eingesetzt. Derartige Elektromotoren müssen eine relativ hohe Drehmoment- oder Leistungsdichte aufweisen und auch bei hohen Temperaturen betriebssicher sein.

Ein Elektromotor als Energiewandler elektrischer Energie in mechanische Energie umfasst einen Stator, welcher das feststehende Motorteil bildet, und einen Rotor, welcher das sich bewegende Motorteil bildet.

Ein insbesondere bürstenloser Elektromotor als elektrische (Drehstrom-)Maschine weist üblicherweise einen mit einer Feld- oder Statorwicklung versehenen Stator auf, welcher koaxial zu einem Rotor mit einem oder mehreren Permanent- oder Dauermagneten (Rotormagnete) angeordnet ist. Ein Dauermagnet oder Permanentmagnet ist hierbei ein Magnet aus einem hartmagnetischen Material, welcher ein gleichbleibendes Magnetfeld aufweist, ohne dass man wie bei Elektromagneten elektrische Leistung aufwenden muss.

Im Betrieb sind die Rotormagnete aufgrund der Rotorrotation einem zeitlich und/oder räumlich veränderlichen Magnetfeld ausgesetzt, so dass bei bürstenlosen Permanentmagnetmaschinen aufgrund des Wirbelstromeffekts hohe Verlustleistungen auftreten können. Die Verlustleistung von Permanentmagneten, wie beispielsweise gesinterten NdFeB-Permanentmagneten, kann eine beträchtliche Wärmemenge erzeugen. Die Verlustwärme führt zu einem Temperaturanstieg des Magnetmaterials, wobei der Permanentmagnet beim Erreichen oder Überschreiten einer Grenztemperatur entmagnetisiert, und dabei seine Magnetisierung und Magnetfeld verliert.

Zur Reduzierung dieses Entmagnetisierungsrisikos werden Rotormagnete in der Regel in mehrere kleinere Magnete oder Segmente zerlegt, um die Wirbelstromverluste zu minimieren. Dies bedeutet, dass der Magnetkörper eines solchen Rotormagnets mehrstückig oder mehrteilig ist, also mehrere einzelne Segmente aufweist, welche typischerweise mit einem Klebstoff stoffschlüssig zu dem Rotormagnet beziehungsweise Magnetkörper gefügt sind. Dieses Fügen oder Laminieren von einzelnen Magnetsegmenten zu einem Magnetkörper oder Magnetelement ist auch als "Segmentation-Bonding" bezeichnet. Der Nachteil eines solchen segmentierten oder laminierten Rotormagnets ist die Kostenerhöhung und die Erhöhung der Produktionszykluszeit. Darüber hinaus verringern die Fertigungstoleranzen der elektromagnetischen Aktivteile die Robustheit der Motorleistung.

Die Firma Bomatec vertreibt Magnetelemente mit einem einstückigen Magnetkörper, bei welchem zur Reduzierung der Wirbelstromverluste eine einzige, durchgehende oder unterbrechungsfreie, spiralförmige, serpentinenförmige oder mäanderförmige "Schlangenlinie" (Snakeline) als Aussparung in den Magnetkörper eingebracht ist. Die Schlangenline wird hochpräzise in einen fertigen Magneten drahterodiert, wodurch Schritte wie das Schneiden, Stapeln und Verkleben einzelner Segmente entfallen.

Durch die Schlangenlinie wird der Magnetkörper nicht zerteilt, jedoch ist die Ausbreitung der Wirbelströme innerhalb des Magnetkörpers durch die Schlangenlinie unterdrückt, wodurch die Wirbelstromverluste im Magnetkörper reduziert werden. Die Schlangenlinie weist hierbei in der Regel mehrere parallele Schlangenbögen oder Mäanderbögen auf, wodurch die elektrische Leitfähigkeit senkrecht zu den Schlangenbögen reduziert wird. Da lediglich eine durchgehende Aussparung als Schlangenlinie in den Magnetkörper eingebracht wird, weist diese Methode jedoch den Nachteil auf, dass sie entweder lediglich eine begrenzte Reduzierung der Längsleitfähigkeit oder lediglich eine begrenzte Reduzierung der Querleitfähigkeit aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Magnetelement für eine elektrische Maschine anzugeben. Insbesondere sollen Wirbelstromverluste im Magnetkörper möglichst minimiert werden. Vorzugsweise sollen hierbei Wirbelströme sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung des Magnetkörpers reduziert oder unterdrückt werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete elektrische Maschine mit einem solchen Magnetelement anzugeben.

Hinsichtlich des Magnetelements wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 12 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf das Magnetelement angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die elektrische Maschine übertragbar und umgekehrt.

Das erfindungsgemäße Magnetelement ist für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine bürstenlose Permanentmagnetmaschine, vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Das Magnetelement weist hierbei einen einstückigen, also einteiligen oder monolithischen, Magnetkörper aus einem elektrisch leitenden permanentmagnetischen Material auf. Mit anderen Worten ist das Magnetelement nicht aus einzelnen Magnetsegmenten zusammengesetzt oder laminiert.

Der blockförmige Magnetkörper ist aus einem Ferrit- oder Seltenerdematenal hergestellt. Beispielsweise ist der Magnetkörper als ein gesinterter Neodym-Eisen- Bor (NdFeB) Permanentmagnet ausgeführt. Der Magnetkörper weist zwei sich entlang einer longitudinalen Längsrichtung erstreckende Längsseiten und zwei sich hierzu in einer transversalen Querrichtung erstreckende Querseiten auf. Die Höhe oder Dicke des Magnetkörpers erstreckt sich hierbei entlang einer senkrecht zu der Längsrichtung und Querrichtung orientierten Höhenrichtung. Vorzugsweise ist die transversale Breite größer als die Dicke des Magnetkörpers dimensioniert. Weiterhin ist die longitudinale Länge des Magnetkörpers größer als die Breite dimensioniert.

Der Magnetkörper weist in einer von der Querrichtung und der Höhenrichtung aufgespannten Schnittebene beispielsweise eine trapezförmige, rechteckförmige, kreissegmentförmige, bogenförmige oder brotlaibförmige Querschnittsform auf. Unter einer brotlaibförmigen Querschnittsform ist insbesondere die Form eines Kasten-Brotlaibs mit einer Rechteckform, bei welcher eine der Langseiten konvex nach außen gewölbt ausgebildet ist, zu verstehen.

Erfindungsgemäß weist der Magnetkörper eine Anzahl von ersten Aussparungen und eine Anzahl von zweiten Aussparungen auf. Die ersten und zweiten Aussparungen sind hierbei jeweils parallel zueinander angeordnet und schlitzförmig ausgeführt. Mit anderen Worten sind die Aussparungen als zwei Scharen von parallelen Schlitzen ausgeführt. Die Aussparungen erstrecken sich jeweils von einer der Längsseiten (oder Querseiten) zur Mitte des Magnetkörpers. Mit anderen Worten ist der Magnetkörper beidseitig mit jeweils einer Anzahl von Schlitzen versehen. Erfindungsgemäß ist also insbesondere ein fischgrätenartiges Muster (Fishbone) in den Magnetkörper eingebracht. Aufgrund der fischgrätenartigen Anordnung der Schlitze beziehungsweise Aussparungen durch den Magnetkörper können Wirbelstromverluste besonders effektiv reduziert werden. Gleichzeitig können die Herstellungskosten im Vergleich zum "Segmentation-Bonding"-Ansatz gesenkt werden. Dadurch ist ein besonders geeignetes Magnetelement realisiert.

Ein solches Aussparungs- oder Fischgrätenmuster ermöglicht, dass der Magnetkörper als ein einziges Stück integral bleibt, und dass gleichzeitig die Wirbelstromverluste auf ein Minimum reduziert werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Aussparungen derart in den Magnetkörper eingebracht, dass bei einem senkrecht zur Längsrichtung und Querrichtung orientierten Magnetfeld die Ausbreitung von magnetisch induzierten Wirbelströmen sowohl entlang der Längsrichtung als auch entlang der Querrichtung im Magnetkörper unterdrückt sind. Der Wirbelstrom pfad im Magnetkörper wird somit durch die ersten und zweiten Aussparungen in Quer- und Längsrichtung unterbrochen. Mit anderen Worten, ist durch das Fischgrätenmuster eine zweidimensionale Wirbelstrombahnabtrennung realisiert. Im Gegensatz hierbei erfolgt durch eine herkömmliche Schlangenlinie lediglich eine eindimensionale Wirbelstrombahnabtrennung. Durch die zweidimensionale Abtrennung werden Magnet-Wirbelstromverluste im Magnetkörper besonders effektiv reduziert, so dass das Magnetelement ein besonders niedriges Entmagnetisierungsrisiko im Betrieb der elektrischen Maschine aufweist.

In einer bevorzugten Weiterbildung sind die ersten und zweiten Aussparungen schräg zur Längsrichtung und zur Querrichtung orientiert. Durch die schräge oder geneigte Anordnung der parallelen Aussparungen wird eine zuverlässige und einfache Unterdrückung der Wirbelstromausbreitung sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung realisiert.

In einer zweckmäßigen Ausbildung sind die Aussparungen unter einem Neigungswinkel zwischen 60 ° und 30 °, insbesondere zwischen 50 ° und 40 °, beispielsweise 45 °, zur Längsrichtung (oder Querrichtung) orientiert sind. Insbesondere weisen die ersten und zweiten Aussparungen zur Längsrichtung betragsmäßig den gleichen Winkel auf. Beispielsweise weisen die ersten Aussparungen gegenüber der Längsrichtung einen Neigungswinkel von +45 ° auf, wobei die zweiten Aussparungen gegenüber der Längsrichtung einen Neigungswinkel von -45 ° aufweisen. Die Orientierung der ersten und zweiten Aussparungen sind also beispielsweise spiegelsymmetrisch bezüglich der Magnetkörpermitte ausgeführt.

In einer geeigneten Ausführung sind die ersten Aussparungen und die zweiten Aussparungen entlang der Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Beispielsweise ergeben sich die zweiten Aussparungen durch eine Achsenspiegelung an der longitudinalen Magnetkörpermitte und durch einen longitudinalen Versatz oder Translation der ersten Aussparungen. Dadurch ist ein hinsichtlich der Wirbelstromunterdrückung besonders geeignetes Fischgrätenmuster realisiert.

In einer denkbaren Weiterbildung ist die Anzahl der ersten Aussparungen gleich der Anzahl der zweiten Aussparungen. Dadurch ist eine symmetrische Aufteilung des Magnetkörpers realisiert, so dass eine besonders gleichmäßige Unterdrückung der Wirbelströme ermöglicht ist. Dadurch werden lokale Hitzespots im Magnetkörper vermieden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Aussparungen gleichmäßig entlang der jeweiligen Längsseite verteilt angeordnet. Dies bedeutet, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Aussparungen vorzugsweise stets gleich groß ist. Dadurch wird eine gleichmäßige und symmetrische Unterdrückung der Wirbelströme weiter verbessert.

Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die ersten Aussparungen und die zweiten Aussparungen mittels Drahtschneiden oder Drahterodieren in den Magnetkörper eingebracht sind. Dadurch ist ein einfaches und zuverlässiges Einbringen des Fischgrätenmusters ermöglicht. Insbesondere sind hierbei alle ersten Aussparungen und/oder alle zweiten Aussparungen mittels eines Multi-Drahtschneiden oder Multi-Drahterodierens in den Magnetkörper eingebracht. Dies bedeutet, dass die Anzahl der ersten Aussparungen und/oder der zweiten Aussparungen beispielsweise durch eine entsprechende Anzahl von Erodierdrähten quasi gleichzeitig in den Magnetkörper geschnitten werden. Dadurch ist ein effizienteres und effektiveres Mehrdrahtschneiden zur Herstellung des Magnetelements ermöglicht.

In einer möglichen Ausgestaltung erstecken sich die ersten Aussparungen und/oder die zweiten Aussparungen über die Mitte des Magnetkörpers hinaus. Dies bedeutet, dass die Aussparungen den Magnetkörper zu mehr als der Hälfte durchsetzen. Die Aussparungen kreuzen sich hierbei nicht, so dass weiterhin ein einzelner Magnetkörper realisiert ist. Dadurch wird die Wirbelstromunterdrückung weiter verbessert. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Die Maschine ist beispielsweise als ein elektromotorischer Antrieb eines Verstellteils des Kraftfahrzeugs ausgeführt. Bei der Maschine handelt es sich insbesondere um eine bürstenlose Permanentmagnetmaschine, welche ein bewickeltes Maschinenteil und ein permanenterregtes Maschinenteil aufweist. Beispielsweise ist das bewickelte Maschinenteil als ein Stator und das permanenterregte Maschinenteil als ein Rotor ausgeführt. Der Rotor weist hierbei mindestens ein vorstehend beschriebenes Magnetelement als Rotormagnet auf. Dadurch ist eine besonders geeignete Maschine mit einem besonders niedrigen Entmagnetisierungsrisiko realisiert.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischen und vereinfachten perspektivischen Darstellungen:

Fig. 1 ein Magnetelement in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 das Magnetelement gemäß der ersten Ausführungsform in einem Magnetfeld,

Fig. 3 ein Magnetelement in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 ein Magnetelement in einer dritten Ausführungsform, Fig. 5 ein Magnetelement in einer vierten Ausführungsform, und Fig. 6 ein Magnetelement in einer fünften Ausführungsform.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 zeigt ein Magnetelement 2 für eine nicht näher gezeigte elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs. Die Maschine ist hierbei beispielsweise als eine bürstenlose Permanentmagnetmaschine ausgeführt, wobei das Magnetelement 2 insbesondere als ein Rotormagnet eines Rotors ausgeführt ist. Das Magnetelement 2 weist einen einstückigen, also einteiligen oder monolithischen, Magnetkörper 4 aus einem permanentmagnetischen Material auf. Der blockförmige Magnetkörper 4 ist hierbei beispielsweise als ein gesinterter NdFeB- Permanentmagnet ausgeführt. Der Magnetkörper 4 weist zwei sich entlang einer longitudinalen Längsrichtung L erstreckende Längsseiten 6 und zwei sich hierzu in einer transversalen Querrichtung Q erstreckende Querseiten 8 auf. Die Höhe oder Dicke des Magnetkörpers 4 erstreckt sich hierbei entlang einer senkrecht zu der Längsrichtung L und Querrichtung Q orientierten Höhenrichtung H.

Der Magnetkörper 4 weist in einer von der Querrichtung Q und der Höhenrichtung H aufgespannten Schnittebene in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise eine rechteckförmige Querschnittsform auf. Alternativ kann der Magnetkörper 4 auch eine trapezförmige, kreissegmentförmige, bogenförmige oder brotlaibförmige Querschnittsform aufweisen.

Das Magnetelement 2 weist beispielsweise eine Länge entlang der Längsrichtung L zwischen 30,5 mm (Millimeter) und 32,5 mm, beispielsweise 31 mm, auf. In einer geeigneten Dimensionierung weist das Magnetelement 2 hierbei eine Breite entlang der Querrichtung Q zwischen 14 mm und 16 mm, beispielsweise 14,77 mm, und eine Höhe entlang der Höhenrichtung H zwischen 2 mm und 5 mm, beispielsweise 3,28 mm, auf.

Der Magnetkörper 4 ist mit einer Anzahl von ersten Aussparungen 10 und einer Anzahl von zweiten Aussparungen 12 durchsetzt. Die Aussparungen 10, 12 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen. Beispielsweise weist der Magnetkörper 4 sechs parallele Aussparungen 10 und sechs parallele Aussparungen 12 auf. Die Aussparungen 10, 12 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen. Die Aussparungen 10, 12 sind hierbei als schräge Schlitze ausgeführt, welche sich von den gegenüberliegenden Längsseiten 6 zu einer zentralen (Längs-)Mittenachse ML des Magnetkörpers 4 hin erstrecken. Die Mittenachse ML verläuft hierbei entlang der Längsrichtung L auf halber Breite des Magnetkörpers 4. Die Aussparungen 10, 12 durchsetzen den Magnetkörper 4 hierbei entlang der Höhenrichtung H im Wesentlichen vollständig. Durch die Aussparungen 10, 12 wird jedoch kein Stück von dem Magnetkörper 4 abgeschnitten oder abgetrennt. Die Aussparungen 10, 12 sind also derart in den Magnetkörper 4 eingebracht, dass der Magnetkörper 4 selbst als ein einziges Stück integral bleibt. Die Aussparungen 10, 12 sind beispielsweise mittels Drahtschneiden oder Drahterodieren, insbesondere mittels Multidrahtschneiden oder Multidrahterodieren, in den Magnetkörper 4 eingebracht. Durch die Aussparungen 10, 12 wird der Magnetkörper 4 somit effektiv abschnittsweise tangential und axial segmentiert.

Unter „axial“ oder einer „Axialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung parallel (koaxial) zur Längsrichtung L, also senkrecht zu den Stirnseiten Querseiten 8 verstanden. Entsprechend wird hier und im Folgenden unter „radial“ oder einer „Radialrichtung“ insbesondere eine senkrecht (quer) zur Längsrichtung orientierte Richtung entlang eines Radius des Magnetkörpers 4 verstanden. Unter „tangential“ oder einer „Tangentialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung entlang des Umfangs des Magnetkörpers 4 oder des Magnetelements 2 (Umfangsrichtung, Azimutalrichtung), also eine Richtung senkrecht zur Axialrichtung und zur Radialrichtung, verstanden.

Die Schlitze beziehungsweise Aussparungen 10, 12 sind in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und Fig. 2 in einem Neigungswinkel 14 gegenüber der Mittenachse ML beziehungsweise gegenüber der parallel hierzu orientierten Längsrichtung L geneigt orientiert, wobei der Neigungswinkel 14 für die Aussparungen 10, 12 betragsmäßig gleich ist. Beispielsweise weisen die Aussparungen 10 gegenüber der Längsrichtung L einen Neigungswinkel von +45 ° auf, wobei die Aussparungen 12 gegenüber der Längsrichtung L einen Neigungswinkel von -45 ° aufweisen.

Die Aussparungen 10 und die Aussparungen 12 sind jeweils parallel entlang der Längsrichtung L gleichmäßig verteilt an den Längsseiten 6 angeordnet. Die Aussparungen 10, 12 bilden somit in dieser Ausführung im Wesentlichen ein fischgrätenartiges (Fishbone) Drahtschnittmuster für den Magnetkörper 4. Das Fischgrätenmuster stellt sicher, dass Wirbelstromverluste in dem Magnetkörper 4 im Betrieb der Maschine auf ein Minimum reduziert werden.

Im Betrieb der Maschine tritt ein parallel zur Höhenrichtung H orientiertes Magnetfeld B auf, welches den Magnetkörper 4 durchsetzt. Das Magnetfeld B ist zeitlich veränderlich, so dass magnetisch induzierte Wirbelströme 16 in dem Magnetkörper 4 erzeugt werden (Fig. 2). Die Wirbelströme 16 sind hierbei in der Fig. 2 schematisch mittels strichlinierten Pfeilen dargestellt. Durch die schräge Orientierung der Aussparungen 10, 12 werden die Wirbelströme 16 sowohl entlang der Längsrichtung L als auch entlang der Querrichtung Q im Magnetkörper 4 unterdrückt. Die Wirbelströme 16 werden somit axial und tangential unterdrückt. Mit anderen Worten, ist durch das Fischgrätenmuster eine zweidimensionale Wirbelstrombahnabtrennung realisiert, so dass das Magnetelement 2 ein besonders niedriges Entmagnetisierungsrisiko im Betrieb der elektrischen Maschine aufweist.

Durch die Aussparungen 10, 12 werden die ohmschen Verluste innerhalb des Magnetelements 2 reduziert, wodurch sich der Magnetkörper 4 im Betrieb der Maschine weniger stark erwärmt. Beispielsweise weist ein blockförmiger oder quaderförmiger gesinterter NdFeB-Magnetkörper 4 mit einer Breite von 10 mm (Millimeter), einer Länge von 20 mm, und einer Höhe von 10 mm, bei einem Magnetfeld B von 1 T (Tesla) und einer Frequenz von 1 kHz (Kilohertz) ohne Aussparungen 10, 12 eine Verlustleistung von etwa 69,62 W (Watt) auf. Ein Magnetkörper 4, welcher beispielsweise aus zwanzig gleich großen quaderförmigen Segmenten laminiert ist, weist hierbei eine Verlustleistung von 2,15 W auf. Ein einstückiger Magnetkörper 4 mit den Aussparungen 10, 12 beziehungsweise dem Fischgrätenmuster weist hierbei eine Verlustleistung von lediglich 0,38 W auf.

In der Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform des Magnetelements 2 dargestellt. In dieser Ausführung sind die Aussparungen 10, 12 parallel zueinander orientiert. Die Aussparungen 10, 12 sind unter dem gleichen Neigungswinkel 14 gegenüber der Längsrichtung L geneigt orientiert und sind abwechselnd entlang der Längsrichtung L verteilt von den Längsseiten 6 ausgehend in den Magnetkörper 4 eingebracht. Die Aussparungen 10, 12 erstrecken sich hierbei über die Mitte des Magnetkörpers 4 hinaus, dies bedeutet, dass die Aussparungen 10, 12 die Mittenachse ML kreuzen. Durch die Aussparungen 10, 12 wird der Magnetkörper 4 somit effektiv abschnittsweise tangential und axial segmentiert.

Durch die Aussparungen 10, 12 ist im Wesentlichen ein schräger mäanderförmiger Verlauf des Magnetkörpers 4 realisiert, welcher die Wirbelströme 16 sowohl entlang der Längsrichtung L als auch entlang der Querrichtung Q im Magnetkörper 4 unterdrückt.

In der Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Magnetelements 2 mit einer lediglich axialen Segmentierung gezeigt. Die Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der vorstehend beschriebenen Ausführung der Fig. 3, wobei der Neigungswinkel 14 der Aussparungen 10, 12 bezüglich der Längsrichtung L auf 90° dimensioniert ist, so dass die Aussparungen 10, 12 parallel zur Querrichtung Q verlaufen.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 5 und Fig. 6 ist eine lediglich tangentiale Segmentierung des Magnetkörpers 4 zur Reduzierung der Wirbelstromverluste gezeigt. Die Aussparungen 10' und 12' erstrecken sich hierbei ausgehend von den Querseiten 8 zu einer (Quer-)Mittenachse MQ des Magnetkörpers 4. Die Mittenachse MQ verläuft hierbei entlang der Querrichtung Q auf halber Länge des Magnetkörpers 4. Die Aussparungen 10' und 12' verlaufen parallel zur Längsrichtung L und sind, in Längsrichtung L fluchtend zueinander ausgerichtet.

In der Ausführung der Fig. 5 sind lediglich jeweils eine Aussparung 10' und 12' auf Höhe der Mittenachse ML in den Magnetkörper 4 eingebracht, wobei die Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel mit jeweils zwei Aussparungen 10' und 12' zeigt.

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 Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste

2 Magnetelement

4 Magnetkörper 6 Längsseite

8 Querseite

10, 10' Aussparung

12, 12' Aussparung

14 Neigungswinkel 16 Wirbelstrom

Q Querrichtung

L Längsrichtung

H Höhenrichtung ML, MQ Mittenachse

B Magnetfeld