[go: up one dir, main page]

DE102009002739B4 - Elektrische Maschine - Google Patents

Elektrische Maschine Download PDF

Info

Publication number
DE102009002739B4
DE102009002739B4 DE102009002739.4A DE102009002739A DE102009002739B4 DE 102009002739 B4 DE102009002739 B4 DE 102009002739B4 DE 102009002739 A DE102009002739 A DE 102009002739A DE 102009002739 B4 DE102009002739 B4 DE 102009002739B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rotor
electric machine
grooves
machine according
groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102009002739.4A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102009002739A1 (de
Inventor
Kurt Reutlinger
Markus Heidrich
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.)
SEG Automotive Germany GmbH
Original Assignee
SEG Automotive Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to DE102009002739.4A priority Critical patent/DE102009002739B4/de
Application filed by SEG Automotive Germany GmbH filed Critical SEG Automotive Germany GmbH
Priority to JP2011524313A priority patent/JP5566386B2/ja
Priority to PCT/EP2009/060463 priority patent/WO2010023106A2/de
Priority to CN200980133146.0A priority patent/CN102132472B/zh
Priority to EP09781774A priority patent/EP2319159A2/de
Priority to US13/061,178 priority patent/US8729766B2/en
Publication of DE102009002739A1 publication Critical patent/DE102009002739A1/de
Priority to US14/197,888 priority patent/US9601949B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102009002739B4 publication Critical patent/DE102009002739B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/26—Rotor cores with slots for windings
    • H02K1/265—Shape, form or location of the slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
    • H02K1/246—Variable reluctance rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/04—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
    • H02K21/042—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with permanent magnets and field winding both rotating
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H02K3/345—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H02K3/487—Slot-closing devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • 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
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • 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]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/30—Windings characterised by the insulating material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Elektrische Maschine mit einem geblechten Stator (16) mit einer mehrphasigen Statorwicklung (18) und mit einem geblechten Rotor (20) mit einer Erregerwicklung (29), welche in Nuten (40) am Rotorumfang angeordnet ist und die gemeinsam mit am Rotorumfang angeordneten Permanentmagneten (24, 25) die Erregung der Maschine liefert, wobei die Rotornuten (40) zum Nutgrund (44) hin überproportional erweitert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) elektrisch zweipolig erregt ist und an seinem Umfang zwei Nuten (40) aufweist, in denen eine aus zwei im Wesentlichen symmetrisch zur Rotorwelle (27) angeordneten Teilspulen (29a, b) bestehende Rotorwicklung (29) liegt, wobei die Nutbreite (B) am Grund (44) größer als der Durchmesser (d) der Rotorwelle (27) und kleiner als 40% des Rotordurchmessers (D) ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine, wie sie in der EP 0 741 444 A1 oder in der älteren DE 10 2007 025 971 A1 beschrieben ist. Eine derartige hybriderregte Synchronmaschine eignet sich insbesondere für die Speisung des Bordnetzes von Kraftfahrzeugen, wobei sie im Generatorbetrieb mit geregelter induzierter Spannung in einem mehrphasigen Ständerwicklungssystem benutzt und die Pole des Rotors permanentmagnetisch und/oder elektrisch erregt werden.
  • Aus der JP H06 - 23 184 Y2 ist eine hybriderregte elektrische Maschine bekannt, deren Rotor elektrisch zweipolig erregt ist und an seiner Umfangsseite zwei diametral gegenüberliegende Nuten zur Aufnahme jeweils einer Teilspule der Rotorwicklung aufweist. Zusätzlich befinden sich am Rotor um 90° zu den Nuten versetzt Permanentmagnete.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass durch die vorgeschlagene Formgebung der Rotornuten die Erregerwicklung ohne Schwierigkeiten mit einem hohen Füllfaktor sowie mit einer geringen mittleren Windungslänge mit niedrigem elektrischen Widerstand ausgeführt werden kann. Außerdem kann durch die vorgeschlagene Nutgeometrie, insbesondere bei der Anordnung von Permanentmagneten am Rotorumfang zur Erzielung einer zusätzlichen permanentmagnetischen Erregung, die Gestaltung des Rotors zur Erzielung eines niedrigen elektrischen und magnetischen Widerstandes besonders vorteilhaft optimiert werden. Ferner ist ohne Schwierigkeit ein automatisches Bewickeln der Nut möglich. Weiterhin lässt sich auf diese Weise die Rotorwicklung sehr einfach in Teilspulen unterteilen, welche dann in vorteilhafter Weise symmetrisch beiderseits der Rotorwelle angeordnet werden können. Hierdurch wird auch die Unwucht des Rotors minimiert.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen elektrischen Maschine möglich. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Rotornuten am Nutgrund beidseitig zur Nutmitte hin ansteigen, insbesondere zur Nutöffnung hin kreisförmig gekrümmt und konzentrisch zur Durchtrittsöffnung der Rotorwelle ausgebildet sind. Hierdurch wird einerseits der Wickelvorgang erleichtert, da die einzelnen Windungen der Erregerwicklung durch den zu den Nutecken hin abfallenden Nutquerschnitt mit geringer seitlicher Führung in alle Bereiche der Nut gelangen und einen hohen Füllfaktor ermöglichen. Gleichzeitig werden die Windungslänge und damit der elektrische Widerstand der Erregerwicklung minimiert.
  • Die seitlichen Nutwände sind vorzugsweise zur Nutmitte hin gekrümmt, sodass die Nuten insgesamt einen im Wesentlichen glockenförmigen Querschnitt erhalten. Hierbei kann auch der Eisenquerschnitt des Rotors entlang der Nutränder in besonders wirkungsvoller Weise der jeweiligen Größe des Magnetflusses angepasst und der magnetische Widerstand zwischen dem Kern des Rotors und den Polen verringert werden.
  • Insbesondere bei einer elektrisch zweipoligen Rotorgrunderregung treten die durch die vorgeschlagene Formgebung der Nuten erreichbaren Vorteile besonders deutlich hervor. In diesem Fall besitzt der Rotor an seinem Umfang nur zwei Nuten, in denen eine Erregerwicklung aus zwei im Wesentlichen gleichen, symmetrisch zur Rotorwelle angeordnete Teilspulen in besonders vorteilhafter Weise untergebracht werden kann. Bei einer geeigneten Gestaltung und Dimensionierung der Nuten, wie sie in den Unteransprüchen hervorgehoben ist, erhält man sehr günstige Verhältnisse sowohl in fertigungstechnischer Hinsicht als auch hinsichtlich des elektrischen und magnetischen Widerstandes.
  • Eine sehr sichere und dauerhafte Fixierung von in die Rotornuten als elektrische Isolation eingebrachten Isolierfolien ergibt sich dadurch, dass diese im Bereich der Nutöffnungen an den Innenseiten der Pole in geeigneter Weise arretiert, insbesondere in Schlitzen an der Innenseite der Pole fixiert sind. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Schlitze für die Arretierung der Isolierfolien als Hinterschnitte in den Polen, vorzugsweise in Verlängerung der seitlichen Nutwände, ausgeführt sind. Die Isolierfolien bestehen zweckmäßigerweise aus steifem Isolierpapier.
  • Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen- und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen
    • 1 einen Längsschnitt durch einen Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit einem hybriderregten Rotor in Polwechselanordnung,
    • 2 einen Rotorblechschnitt für eine elektrisch zweipolig erregte, insgesamt 14-polige Maschine mit sechs permanentmagnetisch erregten Polen und
    • 3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen, elektrisch zweipolig erregten Maschine mit zwei symmetrisch zur Rotorwelle angeordneten Teilspulen bei abgenommenem Lagerschild und
    • 4 einen Teilschnitt des Rotors des erfindungsgemäßen Wechselstromgenerators mit einer Darstellung der Nutisolation.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • In 1 ist ein Schnitt durch eine elektrische Maschine 10 in der Ausführung als Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge dargestellt. Dieser weist ein zweiteiliges Gehäuse 13 auf, das aus einem ersten Lagerschild 13.1 und einem zweiten Lagerschild 13.2 besteht. Der Lagerschild 13.1 und der Lagerschild 13.2 nehmen einen Stator 16 auf, mit einen kreisringförmigen Statorblechpaket 17, in dessen nach innen offene und sich axial erstreckende Nuten 19 eine Statorwicklung 18 eingelegt ist. Der ringförmige Stator 16 umgibt mit seiner radial nach innen gerichteten Oberfläche einen Rotor 20, der als hybriderregter Rotor ausgebildet ist. Der Stator 16 wirkt hierbei über einen Arbeitsluftspalt mit dem im Stator 16 drehbar gelagerten Rotor 20 zusammen.
  • Der Rotor 20 weist über seinen Umfang in einer vorgegebenen Folge mehrere Nordpole N und Südpole S auf, die durch Permanentmagnete 24, 25 sowie durch die Erregerwicklung 29 ausgebildet werden. Dabei lässt sich die Polzahl des Rotors 20 in Abhängigkeit von der Stärke und Richtung eines Erregerstromes Ie in der Erregerwicklung 29 und durch die Zahl der eingesetzten Permanentmagnete verändern.
  • Der Rotor 20 besitzt einen magnetisch leitfähigen Körper, der als Blechpaket 21 ausgebildet ist. Das Rotorblechpaket ist in Achsrichtung laminiert mit einer Blechstärke zwischen 0,1 mm und 2,0 mm. Unterhalb 0,1 mm ist die Widerstandsfähigkeit des Blechpaketes 21 gegen Fliehkräfte zu gering. Oberhalb von 2,0 mm ist die Verringerung des Wirbelstromverluste auf der Außenfläche des Rotors 20 nicht mehr ausreichend, so dass die eingebauten Permanentmagnete 24, 25 geschädigt, beziehungsweise entmagnetisiert werden können.
  • Die axiale Länge des Rotorblechpaketes 21 entspricht vorzugsweise der axialen Länge des kreisringförmigen Statorblechpaketes 17, beziehungsweise ist für einen Toleranzausgleich bis zu 2 mm länger oder kürzer als das Statorblechpaket 17 und wird vorzugsweise durch Schweißnähte zusammengehalten. Es können statt Schweißungen auch Nieten, beziehungsweise Knöpfungen eingesetzt werden.
  • Die Erregerwicklung 29 ist beispielhaft bei der zweipoligen Variante als Durchmesserspule ausgebildet und liegt in Nuten 40, die aus dem Blechpaket 21 ausgestanzt sind. Die Erregerwicklung 29 kann z.B. als Flyerwicklung (Doppelflyer) direkt in das Rotorblechpaket 21 eingewickelt werden. Des Weiteren sind in dem Rotorblechpaket Bereiche 41 ausgespart, in die Permanentmagnete 24, 25 eingesetzt werden können.
  • Erfindungsgemäß werden die Magnete 24, 25 vorzugsweise in ausgestanzte Bereiche 41 im Rotorblechpaket eingesetzt. Hierdurch ist es möglich, die im Betrieb auftretenden Fliehkräfte aufzunehmen und dadurch einen sicheren Halt der Magnete auf dem Rotor zu gewährleisten. Als Magnetmaterial erweist sich ein Material mit einer Remanenzinduktion von größer 1 T als besonders vorteilhaft. Diese magnetischen Eigenschaften weisen insbesondere Permanentmagnete aus Seltenerde-Material auf. Die Magnete werden hierbei in den Rotor derart eingebaut, dass sie ein im Wesentlichen radiales Feld erzeugen. Dieses Feld tritt dann vom Rotor über den Luftspalt in das Statorblechpaket ein und induziert bei Drehung des Rotors eine Spannung in den Wicklungen des Stators.
  • Der Rotor 20 ist mittels einer Welle 27 und je einem auf je einer Rotorseite befindlichen Wälzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 beziehungsweise 13.2 drehbar gelagert. Er weist zwei axiale Stirnflächen auf, an denen jeweils ein Lüfter30 befestigt ist. Diese Lüfter bestehen im Wesentlichen aus einem plattenförmigen, beziehungsweise scheibenförmigen Abschnitt, von dem Lüfterschaufeln in bekannter Weise ausgehen. Die Lüfter 30 dienen dazu, über Öffnungen 48 in den Lageschilden 13.1 und 13.2 einen Luftaustausch zwischen der Außenseite und dem Innenraum der elektrischen Maschine 10 zu ermöglichen. Dazu sind Öffnungen 48 an den axialen Enden der Lagerschilde 13.1 und 13.2 vorgesehen, über die mittels der Lüfter 30 Kühlluft in den Innenraum der elektrischen Maschine 10 eingesaugt wird. Diese Kühlluft wird durch die Rotation der Lüfter 30 radial nach außen beschleunigt, so dass sie durch die kühlluftdurchlässigen Wickelköpfe 50 auf der Antriebsseite und 51 auf der,Elektronikseite hindurchtreten kann. Durch diesen Effekt werden die Wickelköpfe 50, 51 gekühlt. Die Kühlluft nimmt nach dem Hindurchtreten durch die Wickelköpfe 50, 51, beziehungsweise nach dem Umströmen der Wickelköpfe, einen Weg radial nach außen durch nicht dargestellte Öffnungen.
  • In 1 auf der rechten Seite befindet sich eine Schutzkappe 47, die verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen schützt. So deckt diese Schutzkappe 47 eine Schleifringbaugruppe 49 ab, welche die Erregerwicklung 29 mit Erregerstrom versorgt. Um diese Schleifringbaugruppe 49 herum ist ein Kühlkörper 53 angeordnet, der hier als Pluskühlkörper wirkt, an dem Plusdioden 59 montiert sind. Als sogenannter Minuskühlkörper wirkt der Lagerschild 13.2. Zwischen dem Lagerschild 13.2 und dem Kühlkörper 53 ist eine Anschlussplatte 56 angeordnet, welche im Lagerschild 13.2 befestigte Minusdioden 58 und Plusdioden 59 in Form einer Brückenschaltung 69 miteinander verbindet.
  • 2 zeigt einen Rotorblechschnitt einer insgesamt 14-poligen elektrischen Maschine 10 mit einer elektrisch zweipoligen Grunderregung, verteilt auf vier Nordpole 32 und vier Südpole 34, sowie mit sechs permanentmagnetisch erregten Polen 24 und 25. Bei einer elektrischen Erregung, welche in der oberen Hälfte der Darstellung Nordpole 32 und in der unteren Hälfte Südpole 34 erzeugt, sind die Permanentmagnete jeweils entgegengesetzt magnetisiert, sodass diese am Umfang des Rotors 20 in der oberen Hälfte Südpole 25 und in der unteren Hälfte Nordpole 24 bilden. Die Permanentmagnete 24 und 25 sind in Taschen 43 gehalten, welche zwischen den elektrisch erregten Polen 32, 34 aus dem Rotorblechpaket 21 ausgestanzt sind. In den Taschen sind die Permanentmagnete sicher gehalten, insbesondere gegen die hohen Fliehkräfte im Betrieb der Maschine.
  • Zur Erzielung einer hohen Leistungsdichte der Maschine werden als Permanentmagnete 24 und 25 vorzugsweise Seltenerd-Magnete eingesetzt. Bei geringeren Anforderungen an die Leistungsdichte der Maschine können stattdessen auch Ferrit-Magnete als Permanentmagnete verwendet werden. Hinsichtlich der Polzahl der Maschine sind Alternativen möglich, bei einer elektrisch zweipoligen Erregung insbesondere auch die Bestückung mit wahlweise vier oder acht Permanentmagneten zwischen elektrisch erregten Polen, wodurch sich die Gesamtpolzahl der Maschine entsprechend ändert.
  • Der in 2 dargestellte Rotorblechschnitt weist zwei glockenförmige Nuten 40 auf, welche zum Nutgrund 44 hin überproportional erweitert sind bis auf eine Breite B, welche größer ist als der Durchmesser d der Rotorwelle 27, beziehungsweise einer Öffnung 45 für den Durchtritt der Rotorwelle. Die größte Breite B der Nuten 40 orientiert sich am Rotordurchmesser D und beträgt maximal 40% des Rotordurchmessers. Diese Gestaltung der Nuten macht es leicht möglich, die Erregerwicklung in zwei Teilspulen aufzuteilen, welche mit minimierter Wickelkopflänge und entsprechend reduziertem elektrischem Widerstand in den Wickelköpfen 50, 51 symmetrisch und gleichmäßig verteilt beidseitig der Rotorwelle 27 angeordnet werden können. Als Mindestabstand a zweier Erregernuten 40 im Rotorkern 26 hat sich hierbei ein Bereich zwischen 20% und 45% des Rotordurchmessers D als vorteilhaft erwiesen. Bei einer derartigen Bemessung des Rotoreisens an dieser Engstelle ist ein ausreichender Querschnitt für den Magnetfluss gesichert.
  • Die Nuten 40 des Rotors 20 sind weiterhin so gestaltet, dass der Nutgrund 44 beidseitig zur Nutmitte hin ansteigt, vorzugsweise mit einer kreisförmigen Krümmung, sodass der Nutgrund 44 konzentrisch zur Durchtrittsöffnung 46 für die Rotorwelle 27 verläuft. Der Radius R des Nutgrundes soll hierbei im Bereich zwischen dem Doppelten und dem Vierfachen Radius d/2 der Rotorwelle 27 liegen, um auch im Rotorkern 26 einen gleich bleibenden und ausreichenden magnetischen Querschnitt zu gewährleisten.
  • Die glockenförmige Gestalt der Nuten 40 ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Nutwände 39 zur Nutmitte hin gekrümmt sind, so dass auch in diesem Bereich für den Magnetfluss zu den unmittelbar seitlich der Nuten liegenden, elektrisch erregten Polen 32 und 34 ein ausreichender Eisenquerschnitt zur Verfügung steht. Eine weitere Kenngröße in diesem Bereich des Rotoreisens ist dabei der Kantenabstand b seitlich der Erregernuten 40 vom benachbarten Rand der dort angeordneten Permanentmagnete 24 und 25. Zur Sicherstellung eines ausreichenden Querschnitts zwischen den Ecken der Permanentmagnete 24, 25 und den benachbarten Nuträndern soll dort der seitliche Abstand b zwischen 25% und 100% der Polteilung τ der elektrisch oder permanentmagnetisch erregten Rotorpole liegen.
  • 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Synchronmaschine bei abgenommenem Lagerdeckel 13.2. Die Maschine besitzt eine elektrisch zweipolige Grunderregung, wobei die Erregerwicklung 29 in zwei, im Wesentlichen gleiche Teilspulen 29a und 29b aufgeteilt ist, welche die Rotorwelle 27 beidseitig umgreifen und symmetrisch zu dieser angeordnet sind. Das Blechpaket 17 des Rotors 20 entspricht dabei dem in 2 gezeigten Blechschnitt mit glockenförmigen Nuten, von welchen nur die Nutöffnungen 45 zu erkennen sind. Die Wickelköpfe der beiden Teilspulen 29a und 29b der Erregerwicklung übergreifen eine Grundplatte 63 des Lüfters 30. Die Erregerwicklung 29 füllt hierbei die Nuten 40 vollständig aus und ist derart gestaltet, dass das Verhältnis der Kupfermasse mN in den Erregernuten 40 zur Kupfermasse mW der Wickelköpfe 0,4 bis 2,5, vorzugsweise 0,5 bis 1 beträgt. Das Massenverhältnis der Wicklungsteile in den Nuten, beziehungsweise in den Wickelköpfen entspricht den jeweiligen Drahtlängen und stellt in dem angegebenen Verhältnis einen vorteilhaften Kompromiss hinsichtlich der Gestaltung der Erregerwicklung 29 und der Statorwicklung 18 dar, wobei das angegebene Verhältnis der Kupfermasse in den Nuten, beziehungsweise in den Wickelköpfen beim Stator größer ist als beim Rotor. Vom Stator 16 ist in 3 nur der Wickelkopf der Statorwicklung 18 sowie sein Blechpaket 17 zu erkennen, welches entsprechend der Darstellung in 1 in dem Lagerschild 13.1 des zweiteiligen Gehäuses, 13 sitzt. Die beschriebene und dargestellte Form des hybriderregten Rotors 20 der erfindungsgemäßen Maschine bildet dabei einen vorteilhaften Kompromiss hinsichtlich der Anforderungen an Festigkeit, Flussführung, Fertigungsverfahren und kurzer Wickelkopfverbindungen.
  • 4 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Teil des Blechpaketes 21 des Rotors 20 mit einer Nut 40, wie sie insbesondere anhand der 2 zuvor bereits ausführlich beschrieben ist. Für gleiche Teile sind dabei gleiche Bezugszeichen verwendet.
  • Die Erregerwicklung 29 ist in 4 nur als Schraffur dargestellt. Sie ist gegen die Lamellen des Rotorblechpaketes 21 isoliert mittels einer Folie 38, welche vorzugsweise aus Isolierpapier besteht. Die Isolierfolie 38 stützt sich im Bereich der Nutöffnungen 45 an den Innenseiten 33,35 der Pole 32,34 ab und ist dort in Schlitzen 36 arretiert, welche als Hinterschnitte in den Polen 32,34 ausgebildet sind und in Verlängerung der seitlichen Nutwände 39 verlaufen. Diese Art der Arretierung der Nutisolation in hinterschnittartigen Schlitzen 36 ist grundsätzlich auch für andere Nutformen als für die dargestellte glockenförmige Nut verwendbar. Bei dieser Nutform ist jedoch der Vorteil der vorgeschlagenen Arretierung der Nutisolation besonders ausgeprägt, da die Isolierfolie aufgrund der Nutform dazu neigt, im Bereich der Nutöffnung zum Nutinneren hin auszuweichen, wodurch das Einbringen der Erregerwicklung 29 gestört werden könnte.
  • Weiterhin können im Bereich der Nutöffnungen 45 Nutkeile 37 eingeschoben werden, welche die Isolation der Wicklung an den Innenseiten 33,35 der Pole 32,34 verbessern, die Isolierfolie 38 in ihrer Position arretieren und die Erregerwicklung 29 gegen hohe Fliehkräfte abstützen.

Claims (18)

  1. Elektrische Maschine mit einem geblechten Stator (16) mit einer mehrphasigen Statorwicklung (18) und mit einem geblechten Rotor (20) mit einer Erregerwicklung (29), welche in Nuten (40) am Rotorumfang angeordnet ist und die gemeinsam mit am Rotorumfang angeordneten Permanentmagneten (24, 25) die Erregung der Maschine liefert, wobei die Rotornuten (40) zum Nutgrund (44) hin überproportional erweitert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) elektrisch zweipolig erregt ist und an seinem Umfang zwei Nuten (40) aufweist, in denen eine aus zwei im Wesentlichen symmetrisch zur Rotorwelle (27) angeordneten Teilspulen (29a, b) bestehende Rotorwicklung (29) liegt, wobei die Nutbreite (B) am Grund (44) größer als der Durchmesser (d) der Rotorwelle (27) und kleiner als 40% des Rotordurchmessers (D) ist.
  2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (44) beidseitig zur Nutmitte hin ansteigt.
  3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (44) zur Nutöffnung (45) hin gekrümmt ist.
  4. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (44) kreisförmig gekrümmt und konzentrisch zur Durchtrittsöffnung (46) der Rotorwelle (27) ausgebildet ist.
  5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Nutwände (39) zur Nutmitte hin gekrümmt sind.
  6. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenquerschnitt des Rotors (20) entlang der seitlichen Nutwände (39) im Wesentlichen der jeweiligen Größe des Magnetflusses angepasst ist.
  7. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (40) im Wesentlichen glockenförmig gestaltet sind.
  8. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) an seinem Umfang zusätzlich zu der elektrischen Erregung vier, sechs oder acht Permanentmagnete (24, 25) aufweist.
  9. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestabstand (a) zweier Erregernuten (40) im Rotorkern (26) im Bereich zwischen 20% und 45% des Rotordurchmessers (D) liegt.
  10. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (44) kreisförmig gekrümmt ist mit einem Radius (R) im Bereich zwischen dem doppelten und dem vierfachen Radius (d/2) der Rotorwelle (27).
  11. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der seitliche Abstand (b) einer Nut (40) vom benachbarten Rand eines Permanentmagneten (24, 25) im Bereich zwischen 25% und 100% der Polteilung (τ) eines Rotorpoles (24, 25; 32, 34) liegt.
  12. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Kupfermasse (mN) in den Erregernuten (40) zur Kupfermasse (mW) der Wickelköpfe (50, 51) 0,4 bis 2,5, vorzugsweise 0,5 bis 1,0 beträgt.
  13. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rotornuten (40) Isolierfolien (38) eingefügt sind, welche im Bereich der Nutöffnungen (45) an den Innenseiten (33, 35) der Pole (32, 34) arretiert sind.
  14. Elektrische Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierfolien (38) im Bereich der Nutöffnungen (45) in Schlitzen (36) an den Innenseiten (33, 35) der Pole (32, 34) arretiert sind.
  15. Elektrische Maschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (36) für die Arretierung der Isolierfolien (38) als Hinterschnitte in den Polen (32, 34) seitlich der Nutöffnungen (45) ausgebildet sind.
  16. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (36) für die Arretierung der Isolierfolien (38) in Verlängerung der seitlichen Nutwände (39) verlaufen.
  17. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierfolien (38) aus Isolierpapier bestehen.
  18. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (40) durch Nutkeile (37) verschlossen sind.
DE102009002739.4A 2008-08-27 2009-04-30 Elektrische Maschine Expired - Fee Related DE102009002739B4 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009002739.4A DE102009002739B4 (de) 2008-08-27 2009-04-30 Elektrische Maschine
PCT/EP2009/060463 WO2010023106A2 (de) 2008-08-27 2009-08-13 Elektrische maschine
CN200980133146.0A CN102132472B (zh) 2008-08-27 2009-08-13 电机
EP09781774A EP2319159A2 (de) 2008-08-27 2009-08-13 Rotor einer elektrische maschine
JP2011524313A JP5566386B2 (ja) 2008-08-27 2009-08-13 電気機械
US13/061,178 US8729766B2 (en) 2008-08-27 2009-08-13 Electric machine
US14/197,888 US9601949B2 (en) 2008-08-27 2014-03-05 Electric machine

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008041606.1 2008-08-27
DE102008041606 2008-08-27
DE102009002739.4A DE102009002739B4 (de) 2008-08-27 2009-04-30 Elektrische Maschine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102009002739A1 DE102009002739A1 (de) 2010-03-04
DE102009002739B4 true DE102009002739B4 (de) 2018-08-30

Family

ID=41606262

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009002739.4A Expired - Fee Related DE102009002739B4 (de) 2008-08-27 2009-04-30 Elektrische Maschine

Country Status (6)

Country Link
US (2) US8729766B2 (de)
EP (1) EP2319159A2 (de)
JP (1) JP5566386B2 (de)
CN (1) CN102132472B (de)
DE (1) DE102009002739B4 (de)
WO (1) WO2010023106A2 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009002739B4 (de) * 2008-08-27 2018-08-30 Seg Automotive Germany Gmbh Elektrische Maschine
JP5957417B2 (ja) * 2013-06-12 2016-07-27 株式会社豊田中央研究所 回転電機
CN103560637B (zh) * 2013-11-20 2016-05-25 中国人民解放军海军工程大学 一种高功率密度的混合励磁同步发电机
US10193427B2 (en) 2015-12-01 2019-01-29 General Electric Company Method of fabricating electric machine laminations using additive manufacturing
US11527944B2 (en) 2015-12-07 2022-12-13 General Electric Company Additive manufacturing for segmented electric machines
CH712192A1 (fr) * 2016-03-04 2017-09-15 Clean Cooling Systems Sa Procédé pour générer un champ magnétique et générateur de champ magnétique rotatif.
DE102016125558A1 (de) * 2016-12-23 2018-06-28 Scanlab Gmbh Galvanometerantrieb mit mehrschichtigen Permanentmagneten
US10749385B2 (en) 2017-05-18 2020-08-18 General Electric Company Dual magnetic phase material rings for AC electric machines
US10476333B1 (en) * 2018-05-03 2019-11-12 K-Technology Usa, Inc. Graphene power generating system using wasting energy from rotating shafts
US11926880B2 (en) 2021-04-21 2024-03-12 General Electric Company Fabrication method for a component having magnetic and non-magnetic dual phases
US11661646B2 (en) 2021-04-21 2023-05-30 General Electric Comapny Dual phase magnetic material component and method of its formation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0623184Y2 (ja) 1985-02-01 1994-06-15 新ダイワ工業株式会社 回転界磁型自励発電機の初期励磁装置
EP0741444A1 (de) 1995-05-03 1996-11-06 Ford Motor Company Rotierende elektrische Maschine
DE69627956T2 (de) 1995-10-25 2004-04-08 Sawafuji Electric Co., Ltd. Kleiner Generator
DE102007025971A1 (de) 2007-06-04 2008-12-11 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine mit hybriderregtem Rotor

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4147946A (en) 1977-05-31 1979-04-03 Sundstrand Corporation Rotor structure for an electric machine
US4499392A (en) * 1983-07-18 1985-02-12 Carol G. Heiser Homopolar alternator electromechanical power conversion machine
JPS617236U (ja) * 1984-06-14 1986-01-17 信濃電気株式会社 ２極型回転突極機
JPS61129474A (ja) 1984-11-27 1986-06-17 Toshiba Corp 水車ケ−シング
JPS6291540U (de) * 1985-11-26 1987-06-11
US4857788A (en) * 1987-06-17 1989-08-15 Magnetek, Inc. Magnetic top wedge
US5003208A (en) 1988-08-31 1991-03-26 Mabuchi Motor Co. Ltd. Miniature motor having positive-coefficient thermistor
DE4018710A1 (de) * 1990-06-12 1991-12-19 Bosch Gmbh Robert Elektrische maschine, vorzugsweise drehstromgenerator fuer fahrzeuge
JPH0461900A (ja) 1990-06-29 1992-02-27 Hitachi Ltd ふとん乾燥ユニット
JPH0435672U (de) 1990-07-23 1992-03-25
JPH09261900A (ja) 1996-03-19 1997-10-03 Fujitsu General Ltd 電動機
US5905322A (en) 1997-03-27 1999-05-18 Frank Hsieh Coil structure for adjusting the speed of ceiling fan motors
FR2774228B1 (fr) * 1998-01-26 2000-04-14 Valeo Equip Electr Moteur Machine electrique a double excitation, et notamment alternateur de vehicule automobile
FR2774229B1 (fr) * 1998-01-26 2000-04-14 Valeo Equip Electr Moteur Machine electrique a double excitation, et notamment alternateur de vehicule automobile
FR2780580B1 (fr) * 1998-06-25 2000-11-10 Valeo Equip Electr Moteur Machine tournante, tel qu'un alternateur pour vehicule automobile
JP2001204150A (ja) 2000-01-20 2001-07-27 Fujitsu General Ltd 電動機
JP3488426B2 (ja) * 2000-11-24 2004-01-19 アスモ株式会社 電動機の電機子構造
JP4489002B2 (ja) * 2005-10-26 2010-06-23 三菱電機株式会社 ハイブリッド励磁回転電機、及びハイブリッド励磁回転電機を備えた車両
JP2007300787A (ja) * 2006-04-27 2007-11-15 Sun Tech Generator Co Ltd 発電機・電動機用回転子
JP5040303B2 (ja) * 2006-12-28 2012-10-03 株式会社日立製作所 回転電機
DE102009002739B4 (de) * 2008-08-27 2018-08-30 Seg Automotive Germany Gmbh Elektrische Maschine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0623184Y2 (ja) 1985-02-01 1994-06-15 新ダイワ工業株式会社 回転界磁型自励発電機の初期励磁装置
EP0741444A1 (de) 1995-05-03 1996-11-06 Ford Motor Company Rotierende elektrische Maschine
DE69627956T2 (de) 1995-10-25 2004-04-08 Sawafuji Electric Co., Ltd. Kleiner Generator
DE102007025971A1 (de) 2007-06-04 2008-12-11 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine mit hybriderregtem Rotor

Also Published As

Publication number Publication date
EP2319159A2 (de) 2011-05-11
US20110227442A1 (en) 2011-09-22
JP5566386B2 (ja) 2014-08-06
US9601949B2 (en) 2017-03-21
DE102009002739A1 (de) 2010-03-04
CN102132472B (zh) 2016-11-16
JP2012501159A (ja) 2012-01-12
US20140184010A1 (en) 2014-07-03
WO2010023106A2 (de) 2010-03-04
US8729766B2 (en) 2014-05-20
CN102132472A (zh) 2011-07-20
WO2010023106A3 (de) 2011-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009002739B4 (de) Elektrische Maschine
DE3885101T2 (de) Statoreinheit für dynamoelektrische maschine.
DE112009002090T5 (de) Drehende eletrische Maschine
DE102020129142B4 (de) Läufer für eine rotierende elektrische Maschine
DE102016212022A1 (de) Rotor
DE60109110T2 (de) Läufer eines Drehfeld- Wechselstromgenerators
DE102021211999B4 (de) Rotor für eine fremderregte elektrische Synchronmaschine
DE102008044276A1 (de) Hybriderregte elektrische Maschine mit polumschaltbarem Rotor
EP1578000A2 (de) Stator für einen Elektromotor
DE102012022152A1 (de) Elektrische Maschine und Rotor für eine elektrische Maschine
EP2319164B1 (de) Rotor für eine elektrische maschine mit reduziertem rastmoment
WO2022179806A1 (de) Targetträger für einen berührungslosen Rotorlagesensor, Rotor, elektrische Antriebsmaschine sowie Kraftfahrzeug
DE102020126339A1 (de) Magnetische Einheit einer rotierenden elektrischen Maschine
DE112019007108B4 (de) Rotierende elektrische maschine
DE102017101913A1 (de) Elektromotor mit eingebettetem Dauermagnet
DE112017003375T5 (de) Rotierender Rotor einer elektrischen Maschine
DE102021200683A1 (de) Rotor eines Elektromotors
WO2011151138A2 (de) Elektrische maschine mit reduzierter geräuschentwicklung
EP2319160B1 (de) Hybriderregte elektrische maschine
DE102008054389A1 (de) Elektrische Maschine mit einem Klauenpolrotor
DE102010036828A1 (de) Stator für elektrische Maschine mit überlappenden U-förmigen Kernblechen
DE112023005335T5 (de) Stator einer elektrischen Axialflussmaschine
WO2011104265A2 (de) Elektrische maschine mit rotoreinrichtung und rotoreinrichtung mit optimiertem magnetfluss und verfahren zum betreiben der elektrischen maschine
DE102013208179A1 (de) Maschinenkomponente zum Bereitstellen eines magnetischen Feldes und elektrische Maschine mit einer Maschinenkomponente
WO2011036135A1 (de) Elektrische maschine mit einem rotor mit hybrider erregung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SEG AUTOMOTIVE GERMANY GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: ROBERT BOSCH GMBH, 70469 STUTTGART, DE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee