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Title:
ROTOR FOR A PERMANENTLY ENERGISED ELECTRICAL MACHINE, WITH A SUPPORT STRUCTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/177964
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a rotor (3) for a permanently energised electrical machine (1) comprising: at least two rotor poles (P) arranged next to one another in the circumferential direction (U); a rotor iron core (8); and a permanent magnet assembly embedded in the rotor iron core (8), for generating a magnetic air-gap flux density, the assembly having at least one permanent magnet (10) per rotor pole (P) and said permanent magnet being divided into at least two permanent magnet parts (10a, 10b), wherein a crosspiece (14) is arranged between the at least two permanent magnet parts (10a, 10b) of a permanent magnet (10), which crosspiece separates two hollow spaces (11, 12) for receiving the permanent magnet parts (10a, 10b) and has magnetically conductive support sections (15) for increasing a mechanical stiffness of the rotor iron core (8) and for discharging external magnetic fluxes in the event of an active short circuit introduced into the electrical machine (1), and magnetically insulating flux-blocking sections (16) for reducing magnetic leakage fluxes. The invention also relates to an electrical machine and to a motor vehicle.

Inventors:
BORCHARDT NORMAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/052797
Publication Date:
September 10, 2020
Filing Date:
February 05, 2020
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
International Classes:
H02K1/27
Domestic Patent References:
WO2018099541A12018-06-07
Foreign References:
DE102018111956A12018-11-29
EP2709238A12014-03-19
DE102016209711A12018-01-04
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Claims:
Patentansprüche

1. Rotor (3) für eine permanenterregte elektrische Maschine (1) mit zumindest zwei, in Umfangsrichtung (U) benachbart angeordneten Rotorpolen (P), aufweisend

- ein Rotoreisen (8),

- eine in das Rotoreisen (8) eingebettete Permanentmagnetanordnung zur

Erzeugung einer magnetischen Luftspaltflussdichte in einem an die Außenseite (9) des Rotoreisens (8) angrenzenden Luftspalt (4) der elektrischen Maschine (1), wobei die Permanentmagnetanordnung pro Rotorpol (P) zumindest einen, in zumindest zwei Permanentmagnetteile (10a, 10b) geteilten Permanentmagneten (10) aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen den zumindest zwei Permanentmagnetteilen (10a, 10b) eines

Permanentmagneten (10) ein Steg (14) angeordnet ist, welcher zwei Hohlräume (11 , 12) zum Aufnehmen der Permanentmagnetteile (10a, 10b) separiert und welcher magnetisch leitfähige Stützabschnitte (15) zur Erhöhung einer

mechanischen Steifigkeit des Rotoreisens (8) und zur Ableitung äußerer magnetischer Flüsse im Falle eines in die elektrische Maschine (1) eingeleiteten aktiven Kurzschlusses und magnetisch isolierende Flusssperrabschnitte (16) zur Reduzierung von magnetischen Streuflüssen aufweist.

2. Rotor (3) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Permanentmagnetteile (10a, 10b) tangential bezüglich einer Rotationsachse (L) des Rotors (3) orientiert und horizontal nebeneinander liegend angeordnet sind.

3. Rotor (3) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

Oberflächen (13) der Permanentmagnetteile (10a, 10b), welche der Außenseite (9) des Rotoreisens (8) zugewandt sind, konvex gewölbt sind und die Hohlräume (11 , 12) eine zu der konvex gewölbten Oberfläche (13) korrespondierende konkav gewölbte Innenseite aufweisen.

4. Rotor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Flusssperrabschnitte (16) als Kavitäten in dem Rotoreisen (8) ausgebildet sind und die Stützabschnitte (15) als an die Kavitäten angrenzendes Rotoreisenmaterial ausgebildet sind.

5. Rotor (3) nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kavitäten mit elektrisch und magnetisch isolierendem Stützmaterial zur weiteren Erhöhung einer mechanischen Steifigkeit des Rotoreisens (8) aufgefüllt sind.

6. Rotor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Flusssperrabschnitte (16) in radialer Richtung (R) beabstandet zueinander angeordnet sind, sodass in dem Steg (14) in radialer Richtung (R) abwechselnd Flusssperrabschnitte (16) und Stützabschnitte (15) angeordnet sind.

7. Permanenterregte elektrische Maschine (1) mit einem Stator (2) und einem

bezüglich des Stators (2) drehbar gelagerten Rotor (3) nach einem der

vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Rotor (3) und dem Stator (2) ein Luftspalt (4) ausgebildet ist.

8. Kraftfahrzeug mit einer permanenterregten elektrischen Maschine (1) nach

Anspruch 7.

Description:
Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine mit Stützstruktur

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine mit zumindest zwei, in Umfangsrichtung benachbart angeordneten Rotorpolen. Der Rotor weist ein Rotoreisen sowie eine in das Rotoreisen eingebettete

Permanentmagnetanordnung zur Erzeugung einer magnetischen Luftspaltflussdichte in einem an die Außenseite des Rotoreisens angrenzenden Luftspalt der elektrischen Maschine auf. Die Permanentmagnetanordnung weist pro Rotorpol zumindest einen, in zwei Permanentmagnetteile geteilten Permanentmagneten auf. Die Erfindung betrifft außerdem eine permanenterregte elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf permanenterregte elektrische Maschinen für Kraftfahrzeuge. Solche Maschinen können beispielsweise als Antriebsmaschinen für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge, eingesetzt werden. Permanenterregte elektrische Maschinen weisen einen ortsfest gelagerten Stator mit bestrombaren Statorwicklungen sowie einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor mit einer Permanentmagnetanordnung auf. Die Permanentmagnetanordnung kann beispielsweise Oberflächenmagnete, welche an einer Außenseite eines Rotoreisens des Rotors angeordnet sind, oder eingebettete bzw. vergrabene Permanentmagnete, welche in Hohlräumen des Rotoreisens angeordnet sind, aufweisen.

Eine Abmessung, insbesondere eine Breite, von eingebetteten Permanentmagnete wird maßgeblich durch eine Stützwirkung des Rotoreisens bestimmt. Bei hochdrehenden Rotoren kann eine horizontale, tangentiale Anordnung der Permanentmagnete oft nicht gewählt werden, da die Steifigkeit des Rotoreisens nicht ausreichend ist, um die

Permanentmagnete entsprechend zu stützen, wodurch es zum Bruch eines der

Permanentmagnete kommen kann. Um dies zu verhindern, können die

Permanentmagnete einerseits in einer V-Anordnung angeordnet werden. Dies hat jedoch zur Folge, dass bei gleichen Permanentmagnetabmessungen ein resultierendes

Drehmoment, aufgrund einer geringeren magnetischen Flussdichte im Luftspalt, geringer ausfällt. Andererseits können die Permanentmagnete in Permanentmagnetteile geteilt und durch einen mit Luft gefüllten Hohlraum bzw. Luftsteg oder durch einen massiven Eisensteg aus Rotoreisenmaterial voneinander getrennt werden. Massive Eisenstege zwischen den Permanentmagnetteilen verursachen jedoch eine Zunahme von magnetischen Streuflüssen in dem Rotoreisenmaterial und somit eine Reduzierung des Drehmoments. Um diesen Drehmomentverlust auszugleichen, müssten die

Permanentmagnete mit mehr Magnetmaterial ausgebildet werden, was höhere Kosten und ein höheres Massenträgheitsmoment zur Folge hat. Dadurch werden die

Wirtschaftlichkeit und die dynamischen Eigenschaften, wie beispielsweise das

Beschleunigungsvermögen, der elektrischen Maschine negativ beeinflusst. Luftstege zwischen den Permanentmagnetteilen führen zwar zu einer Reduzierung der magnetischen Streuflüsse, haben jedoch zur Folge, dass magnetische Flüsse bzw. Feldstärken im Falle eines in die elektrische Maschine eingeleiteten aktiven

Kurzschlusses nur unzureichend abgeleitet werden können. Außerdem sorgen Luftstege für eine ungünstige Verteilung von mechanischen Spannungen im Rotoreisen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders einfach realisierbare Lösung zur Bereitstellung eines Streuflussarmen und gleichzeitig stabilen Rotors für eine permanenterregte elektrische Maschine bereitzustellen, welcher zudem magnetische Flüsse in Fall eines aktiven Kurzschlusses ableiten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor, eine permanenterregte elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.

Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine permanenterregte elektrische Maschine umfasst zumindest zwei, in Umfangsrichtung benachbart angeordnete magnetische Rotorpole. Der Rotor weist ein Rotoreisen sowie eine in das Rotoreisen eingebettete

Permanentmagnetanordnung zur Erzeugung einer magnetischen Luftspaltflussdichte in einem an die Außenseite des Rotoreisens angrenzenden Luftspalt der elektrischen Maschine auf. Die Permanentmagnetanordnung weist pro Rotorpol zumindest einen, in zumindest zwei Permanentmagnetteile geteilten Permanentmagneten auf. Zwischen den zumindest zwei Permanentmagnetteilen eines Permanentmagneten ist ein Steg angeordnet, welcher zumindest zwei Hohlräume zum Aufnehmen der

Permanentmagnetteile und damit die in den Hohlräumen angeordneten

Permanentmagnetteile eines Permanentmagneten separiert. Der Steg weist magnetisch leitfähige Stützabschnitte zur Erhöhung einer mechanischen Steifigkeit des Rotoreisens und zur Ableitung äußerer magnetischer Flüsse im Falle eines in die elektrische Maschine eingeleiteten aktiven Kurzschlusses auf. Außerdem weist der Steg magnetisch

isolierende Flusssperrabschnitte zur Reduzierung von magnetischen Streuflüssen auf.

Die Erfindung betrifft außerdem eine permanenterregte elektrische Maschine mit einem Stator und einem bezüglich des Stators drehbar gelagerten erfindungsgemäßen Rotor, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Luftspalt ausgebildet ist. Der Luftspalt liegt also entlang einer radialen Richtung zwischen dem Rotor und dem Stator.

Die elektrische Maschine kann beispielsweise als Traktionsmaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug verwendet werden. Die elektrische Maschine ist insbesondere eine Innenläufer-Maschine. Die elektrische Maschine weist den Stator auf, welcher ein Statoreisen bzw. Statorblech paket mit in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Nuten aufweist. In den Nuten, welche dem Luftspalt zwischen Stator und Rotor zugewandt sind, sind bestrombare Statorwicklungen angeordnet. Im Falle der permanenterregten

Innenläufer-Maschine ist das Statorblechpaket hohlzylinderförmig ausgebildet, wobei in einem durch das hohlzylinderförmige Statorblech paket umschlossenen Innenraum der Rotor drehbar gelagert ist. Zwischen einer dem Innenraum zugewandten, die Nuten aufweisenden Innenseite des Stators und der Außenseite des Rotoreisens ist der Luftspalt ausgebildet.

Das Rotoreisen bzw. Rotorblechpaket ist insbesondere ebenfalls hohlzylinderförmig ausgebildet und weist eine der Rotationsachse zugewandte Innenseite und die dem Luftspalt zugewandte Außenseite auf. Die Innenseite umschließt eine sich axial entlang der Rotationsachse erstreckende Rotorwelle, welche drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Der Rotor weist zumindest zwei magnetische Rotorpole auf, wobei jedem Rotorpol ein Sektor des Rotoreisens zugeordnet ist. Zwei benachbarte Rotorpole in Form von einem Südpol und einem Nordpol bilden ein Rotorpolpaar aus. Dabei ist in jedem Sektor zumindest ein Permanentmagnet angeordnet. Die Permanentmagnete der Rotorpole sind dabei geteilte und vergrabene bzw. eingebettete Permanentmagnete. Dazu ist in dem Rotoreisen für jeden Permanentmagnetteil eines Permanentmagneten ein Hohlraum ausgebildet, welcher sich axial durch das Rotoreisen hindurch erstreckt und in welchem der Permanentmagnetteil angeordnet ist. Dabei liegt in radialer Richtung zwischen einem jeweiligen Hohlraum und der dem Luftspalt zugewandten Außenseite des Rotoreisens und damit zwischen dem in dem Hohlraum angeordneten Permanentmagnetteil und dem Luftspalt Rotoreisenmaterial. Dieses Rotoreisenmaterial bildet jeweilige Brücken in radialer Richtung über den Permanentmagnetteilen bzw. oberhalb der Permanentmagnetteile aus, welche sich entlang der Umfangsrichtung erstrecken. Über diese Brücken werden die magnetischen Flüsse der Permanentmagnetteile zwischen dem Luftspalt, den Permanentmagnetteilen und dem Stator geleitet und erzeugen im Luftspalt der elektrischen Maschine die Luftspaltflussdichte.

In Umfangsrichtung zwischen zwei Permanentmagnetteilen eines magnetischen

Rotorpols befindet sich jeweils ein Steg, welcher die zwei Hohlräume der

Permanentmagnetteile voneinander separiert und welcher sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckt. Eine Breite des Stegs in Umfangrichtung ist insbesondere deutlich geringer als eine Breite der Permanentmagnetteile. Eine Länge des Stegs in radialer Richtung entspricht dabei insbesondere einer radialen Höhe der an den Steg angrenzenden Hohlräume. Dieser Steg ist zum einen dazu vorgesehen, die mechanische Steifigkeit der permanenterregten elektrischen Maschine bei elastischen Verformungen, welche insbesondere bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine auftreten, zu gewährleisten und äußere magnetische Flüsse bzw. magnetische Feldstärken bei einem aktiven Kurzschluss (AKS) abzuleiten.

Ein aktiver Kurzschluss kann zum Vermeiden von Schäden bei zu hohen elektrischen Spannungen an der elektrischen Maschine und somit zum Bereitstellen eines sicheren Betriebsmodus für die elektrische Maschine gezielt herbeigeführt werden. Beispielsweise können Anschlussleitungen durch einen der elektrischen Maschine vorgeschalteten Wechselrichter zum Durchführen des aktiven Kurzschlusses kurzgeschlossen werden.

Bei einem solchen aktiven Kurzschluss werden jedoch magnetische Flüsse bzw.

Feldstärken von der Statorwicklung in das Rotoreisen eingeleitet, welche die

Permanentmagnetteile durchdringen und damit entmagnetisieren könnten. Um diese magnetischen Fleldstärken an den Permanentmagnetteilen vorbei zu leiten und damit abzuleiten, weist der Steg eine Stützstruktur aus den magnetisch leitfähigen

Stützabschnitten auf, welche zudem eine Stabilität des Rotoreisens erhöht. Diese Stützstruktur lässt also in vorteilhafter Weise größere elastische Verformungen bei hohen Drehzahlen des Rotors unter Last zu, sodass insbesondere großvolumige

Permanentmagnetteile verwendet werden können. Außerdem ergibt sich durch eine solche Stützstruktur ein Gestaltungsfreiraum hinsichtlich der Anordnungsmöglichkeiten der Permanentmagnetteile im Blechpaket, was eine gezielte Optimierung, beispielsweise hinsichtlich Abmessungen und Formen der Permanentmagnetteile, ermöglicht. Zum anderen ist der Steg dafür vorgesehen, magnetische Streuflüsse, welche

insbesondere an Rändern der Permanentmagnetteile entstehen, zu verringern.

Magnetische Streuflüsse können eine nutzdrehmomentbildende, sinusförmige

Grundharmonische der Luftspaltflussdichte durch harmonische Oberwellen überlagern, welche verantwortlich sind für eine zusätzliche Verlustleistung in dem Rotoreisen und damit für eine zusätzliche Erwärmung der elektrischen Maschine. Außerdem verursachen die harmonischen Oberwellen zusätzliche Welligkeiten bzw. Ungleichförmigkeiten im Drehmoment. Zum Reduzieren der magnetischen Streuflüsse weist der Steg eine magnetische Flusssperrstruktur aus den magnetisch isolierenden Flusssperrabschnitten auf. Die magnetischen Flusssperrabschnitte weisen eine im Vergleich zu den magnetisch leitfähigen Stützabschnitten deutlich größere Reluktanz bzw. einen deutlich größeren magnetischen Widerstand auf. Vorzugsweise sind die magnetischen Flusssperrabschnitte zusätzlich auch elektrisch isolierend ausgebildet. Die magnetischen Flusssperrabschnitte wirken dabei als Barrieren für den magnetischen Streufluss. Durch die magnetischen Flusssperrabschnitte können die magnetischen Streuflüsse gezielt gesteuert werden, was zur Folge hat, dass gegenüber einer Struktur mit einem massiven Eisensteg eine

Drehmomentausbeute verbessert wird und Drehmomentwelligkeiten reduziert werden.

Die mechanische Stützstruktur und die magnetische Flusssperrstruktur, aus welchen der Steg besteht, bilden somit eine elektromagnetisch-mechanische Struktur in dem

Rotoreisen, durch welche in vorteilhafter weise sowohl ein mechanischer Kraftfluss als auch ein elektromagnetischer Fluss zum Bereitstellen einer verlustarmen und stabilen elektrischen Maschine gezielt gesteuert werden kann.

Insbesondere sind die Permanentmagnetteile tangential bezüglich einer Rotationsachse des Rotors orientiert und horizontal nebeneinander angeordnet. Eine Magnetlängsachse der Permanentmagnetteile ist also tangential zur Rotationsachse und tangential zur Außenseite des Rotoreisens orientiert. Eine Magnetisierungsrichtung der

Permanentmagnetteile ist insbesondere senkrecht zur Magnetlängsachse orientiert.

Dabei sind die Permanentmagnetteile horizontal nebeneinander liegend, mit einem Winkel von 180°, angeordnet. Der sich in radialer Richtung erstreckende Steg weist dadurch über seine radiale Länge insbesondere eine konstante Breite auf. Diese horizontale Anordnung der Permanentmagnetteile, welche insbesondere bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine eine hohe mechanische Stabilität des Rotoreisens erfordert, ist aufgrund der eine Stützwirkung des Rotoreisens verbessernden Stützstruktur des Stegs möglich. Eine solche horizontale Anordnung der Permanentmagnetteile resultiert im Vergleich zu einer V-Anordnung mit einem Winkel von kleiner 180° in einer höheren magnetischen Luftspaltflussdichte im Luftspalt und damit in einem höheren Drehmoment.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn Oberflächen der Permanentmagnetteile, welche der Außenseite des Rotoreisens zugewandt sind, konvex gewölbt sind und die Hohlräume eine zu der konvex gewölbten Oberfläche korrespondierende konkav gewölbte Innenseite aufweisen. Die konkave Oberfläche der Permanentmagnetteile ist beispielsweise anliegend an der konkaven Innenseite des Hohlraums angeordnet. Durch die konkave Innenseite des Hohlraums, welche sich insbesondere parallel zu der Außenseite des Rotoreisens erstreckt, werden die Brücken zwischen den Hohlräumen und der

Außenseite des Rotoreisens bogenförmig ausgebildet und weisen in Umfangsrichtung eine konstante radiale Dicke auf. Durch diese Form der Permanentmagnete kann die erwünschte Sinusform der Grundharmonischen des magnetischen

Luftspaltflussdichteverlaufs in vorteilhafter Weise begünstig werden.

Besonders bevorzugt sind die magnetischen Flusssperrabschnitte als Kavitäten in dem Rotoreisen ausgebildet und die Stützabschnitte sind als an die Kavitäten angrenzendes Rotoreisenmaterial ausgebildet. Die magnetisch isolierende Flusssperrstruktur ist also als eine Kavitätenstruktur ausgebildet. Die Stegabschnitte aus Rotoreisenmaterial bilden dabei die Stützstruktur aus, welche bei dem aktiven Kurzschluss die äußeren

magnetischen Feldstärken an den Permanentmagnetteilen teilweise vorbeileitet. Der Steg ist also durch die Kavitäten bereichsweise als ein Luftsteg und durch die Abschnitte aus Rotoreisenmaterial bereichsweise als ein massiver Eisensteg ausgebildet. Es werden also die Vorteile des massiven Eisenstegs, welcher die mechanische Steifigkeit erhöht und äußere magnetische Flüsse bei einem AKS ableitet, und des Luftstegs, welcher magnetische Streuflüsse im Rotoreisen reduziert, kombiniert. Außerdem können als Kavitäten ausgebildete magnetische Flusssperrabschnitte besonders einfach in dem Rotoreisen hergestellt werden. Diese Kavitäten sorgen darüber hinaus für eine günstige Verteilung von mechanischen Spannungen im Rotoreisen und verringern ein Volumen sowie ein Gewicht des Rotoreisens. Hierdurch können in vorteilhafter Weise Kosten gespart werden. Zusätzlich kann die Kavitätenstruktur in vorteilhafter Weise zur aktiven oder passiven Kühlung des Rotors verwendet werden.

Insbesondere sind die magnetischen Flusssperrabschnitte, beispielsweise die Kavitäten, in radialer Richtung beabstandet zueinander angeordnet, sodass in dem Steg in radialer Richtung abwechselnd magnetische Flusssperrabschnitte und mechanische

Stützabschnitte angeordnet sind. Die magnetischen Flusssperrabschnitte können beispielsweise äquidistant oder nicht äquidistant zueinander beabstandet sein. Die magnetischen Flusssperrabschnitte können außerdem unterschiedliche oder gleiche Geometrien bzw. Formen aufweisen.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Kavitäten mit elektrisch und magnetisch

isolierendem Stützmaterial zur weiteren Erhöhung einer mechanischen Stabilität des Rotoreisens aufgefüllt sind. Ein solches Stützmaterial kann beispielsweise ein Kunststoff sein. Durch ein solches Stützmaterial kann die mechanische Steifigkeit des Rotors weiter erhöht werden, ohne dabei die magnetischen Streuflüssen in dem Rotoreisen zu erhöhen.

Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen permanenterregten elektrischen Maschine. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und weist die elektrische Maschine als elektrische

Traktionsmaschine bzw. Antriebsmaschine auf.

Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Rotor vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße elektrische Maschine sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Sektors einer Ausführungsform einer elektrischen Maschine.

Die in Fig. 1 gezeigte permanenterregte elektrische Maschine 1 kann beispielsweise als elektrische Traktionsmaschine eines hier nicht gezeigten, elektrisch antreibbaren

Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 2 und einen bezüglich des Stators 2 um eine Rotationsachse A drehbar gelagerten Rotor 3. Der Stator 2 und der Rotor 3 sind unter Ausbildung eines Luftspaltes 4 beabstandet zueinander angeordnet. Der Stator 2 weist ein Statorblech paket 5 mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung U verteilt angeordneten Nuten 6 auf, in welchen bestrombare

Wicklungen 7 des Stators 2 zur Erzeugung eines Drehfelds angeordnet sind. Durch dieses Drehfeld kann der Stator 3 zur Drehung um die Rotationsachse A angeregt werden.

Der Rotor 3 weist zumindest zwei Rotorpole P auf, wobei hier beispielsweise ein Rotorpol P in Form von einem magnetischen Nordpol gezeigt ist. An den magnetischen Nordpol angrenzend folgt ein hier nicht gezeigter Rotorpol P in Form von einem magnetischen Südpol. Der Rotor 3 weist ein Rotoreisen 8 bzw. Blechpaket auf, welcher bzw. welches eine dem Luftspalt 4 zugewandte Außenseite 9 aufweist. Außerdem weist jeder Rotorpol P zumindest einen Permanentmagneten 10 auf, welcher als ein in zwei

Permanentmagnetteile 10a, 10b geteilter Permanentmagnet ausgebildet ist. Ein erster Permanentmagnetteil 10a ist in einem ersten Hohlraum 11 des Rotoreisens 8 angeordnet und ein zweiter Permanentmagnetteil 10b ist in einem zweiten Hohlraum 12 des

Rotoreisens 8 angeordnet. Die Hohlräume 11 , 12 erstrecken sich in einer axialen, entlang der Rotationsachse A orientierten Richtung durch das Rotoreisen 8 hindurch. Der hier gezeigte geteilte Permanentmagnet 10 bildet mit den geteilten Permanentmagneten 10 der anderen Rotorpole P des Rotors 3 eine eingebettete Permanentmagnetanordnung aus. Diese eingebettete Permanentmagnetanordnung erzeugt in dem Luftspalt 4 eine magnetische Flussdichte bzw. Luftspaltflussdichte, deren Verlauf einen Betrieb der elektrischen Maschine 1 beeinflusst. Insbesondere beeinflusst der Verlauf der

Luftspaltflussdichte eine Größe und eine Welligkeit des Drehmoments der elektrischen Maschine 1 sowie Verlustleistungen der elektrischen Maschine 1.

Die Permanentmagnetteile 10a, 10b sind hier tangential, sich in Umfangsrichtung U erstreckend und horizontal nebeneinander angeordnet und weisen eine entlang der radialen Richtung R orientierte Magnetisierung auf. Die Permanentmagnetteile 10a, 10b weisen hier außerdem eine konvexe, in Richtung des Luftspaltes 4 gewölbte Oberfläche

13 auf. Durch diese konvexe Oberfläche 13 kann im Luftspalt 4 ein sinusförmiger Verlauf der Luftspaltflussdichte begünstigt werden. Bei einer tangentialen Anordnung der Permanentmagnetteile 10a, 10b muss gewährleistet werden, dass das Rotoreisen 8 auch bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine 1 ausreichend stabil ist, um die

Permanentmagnetteile 10a, 10b entsprechend zu stützen und einen Bruch der

Permanentmagnetteile 10a, 10b zu verhindern. Daher ist in Umfangsrichtung U zwischen den Permanentmagnetteilen 10a, 10b ein sich in radialer Richtung R erstreckender Steg

14 angeordnet, welcher Stützabschnitte 15 aufweist, die eine mechanische Stabilität bzw. Steifigkeit des Rotoreisens 8 erhöhen. Die Stützabschnitte 15 sind aus Rotoreisenmaterial gebildet und sind daher magnetisch leitfähig. Durch diese magnetisch leitfähigen Stützabschnitte 15 können äußere magnetische Feldstärken im Falle eines in der elektrischen Maschine 1 aktiv herbeigeführten Kurzschlusses an den

Permanentmagnetteilen 10a, 10b vorbei geführt und damit abgeleitet werden. Durch die Stützabschnitte 15 kann also verhindert werden, dass die Permanentmagnetteile 10a,

10b durch die äußeren magnetischen Flüsse bei dem aktiven Kurzschluss

entmagnetisiert werden.

Außerdem weist der Steg 14 magnetische Flusssperrabschnitte 16 auf, welche das Rotoreisenmaterial in axialer Richtung durchsetzen und welche magnetisch isolierend ausgebildet sind. Durch die magnetisch isolierenden Flusssperrabschnitte 16, welche hier als Kavitäten in dem Rotoreisen 8 ausgebildet sind, können magnetische Streuflüsse, welche an Rändern der Permanentmagnetteile 10a, 10b auftreten, reduziert werden. Diese magnetisch isolierenden Flusssperrabschnitte 16 bilden nämlich Barrieren für magnetische Streuflüsse und steuern diese somit gezielt, wodurch im Luftspalt 4 mehr magnetische Flussdichte für die elektromechanische Wandlung zur Verfügung steht. Durch die magnetischen Flusssperrabschnitte 16 zwischen den Permanentmagnetteilen 10a, 10b kann die magnetische Flussdichte in diesem Steg 14 einerseits gezielt gebündelt und andererseits günstig verteilt werden. Hier sind die Kavitäten äquidistant zueinander angeordnet und weisen alle die gleiche Form auf. Zusammenfassend lässt sich durch eine definierte Gestaltung einer Struktur aus mechanischen Stützabschnitten 15 und magnetischen Flusssperrabschnitten 16 zwischen den Permanentmagnetteilen 10a, 10b sowohl der mechanische Kraftfluss als auch die magnetischen Flüsse steuern und gezielt auf den Bedarf hin optimieren.

Bezugszeichenliste

1 Elektrische Maschine

2 Stator

3 Rotor

4 Luftspalt

5 Statorblechpaket

6 Nuten

7 Wicklungen

8 Rotoreisen

9 Außenseite

10 Permanentmagnet 10 Permanentmagnetteile 11 Erster Hohlraum

12 Zweiter Hohlraum

13 Oberfläche

14 Steg

15 Stützabschnitte

16 Flusssperrabschnitte R Radiale Richtung

U Umfangsrichtung

A Rotationsachse