DE102017200186A1

DE102017200186A1 - Rotor plate for a permanent-magnet electric motor and rotor

Info

Publication number: DE102017200186A1
Application number: DE102017200186.0A
Authority: DE
Inventors: Florian Balling; Martin Kuhn; Marko Susic; Ardian Tropoja; Nico Wolf
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2017-01-09
Filing date: 2017-01-09
Publication date: 2018-07-12

Abstract

Eine rotierende elektrische Maschine umfasst einen Stator und einen bezüglich des Stators um eine Rotorachse drehbeweglich gelagerten Rotor. Ein Rotorkern (20) des Rotors und ein Statorkern (10) des Stators ist jeweils von Blechpaketen (11, 21) gebildet, die mehrere, senkrecht zur Rotorachse nebeneinander angeordnete und zueinander fixierte Elektrobleche (12, 22) umfassen. Gemäß der Erfindung sind die Elektrobleche (22, 12) des Rotorkerns (20) und des Statorkerns (10) aus derart unterschiedlichen Materialien oder Materialzusammensetzungen bestehen, dass die im Blechpaket (21) des Rotorkerns (20) fixierten Elektrobleche (22) sich von den im Blechpaket (11) des Statorkerns (10) fixierten Elektroblechen (12) hinsichtlich zumindest einer Materialeigenschaft unterscheiden.A rotating electrical machine comprises a stator and a rotor rotatably mounted with respect to the stator about a rotor axis. A rotor core (20) of the rotor and a stator core (10) of the stator are each formed by laminated cores (11, 21) which comprise a plurality of electrical plates (12, 22) arranged next to one another and perpendicular to the rotor axis. According to the invention, the electrical sheets (22, 12) of the rotor core (20) and the stator core (10) consist of materials or material compositions that are different in such a way that the electrical sheets (22) fixed in the laminated core (21) of the rotor core (20) are different from the in the laminated core (11) of the stator core (10) fixed electrical plates (12) differ in terms of at least one material property.

Description

Die Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine mit einem Stator und einem bezüglich des Stators um eine Rotorachse drehbeweglich gelagerten Rotor, wobei ein Rotorkern des Rotors und ein Statorkern des Stators jeweils von Blechpaketen gebildet sind, die mehrere, senkrecht zu einer Rotorachse nebeneinander angeordnete und zueinander fixierte Elektroblechen umfassen.The invention relates to a rotary electric machine having a stator and a rotor rotatably mounted with respect to the stator about a rotor axis, wherein a rotor core of the rotor and a stator core of the stator are each formed by laminated cores, the plurality of perpendicular to a rotor axis arranged side by side and fixed to each other Include electrical sheets.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, den Rotor und/oder den Stator von rotierenden elektrischen Maschinen, also von Generatoren oder Elektromotoren, aus Blechpaketen zu bilden, die mehrere gestapelte und voneinander elektrisch isolierte Elektrobleche umfassen. Durch eine derartige Ausbildung werden die innerhalb des Stators bzw. Rotors auftretende Wirbelströme minimiert und damit der Wirkungsgrad erhöht.From the prior art, it is known to form the rotor and / or the stator of rotating electrical machines, that of generators or electric motors, from laminated cores comprising a plurality of stacked and electrically insulated electrical sheets. By such a design, the eddy currents occurring within the stator or rotor are minimized and thus increases the efficiency.

Zudem ist es beispielsweise aus EP 1 246 341 B1 , US 8,581,468 B2 , US 7,893,590 B2 , US 7,348,706 B2 oder US 8,853,914 B2 bekannt, insbesondere Statoren aus Blechpaketsegmenten herzustellen, die jeweils nur einen umfänglichen Abschnitt des Statorkerns bilden. Die gegebenenfalls aus einer Vielzahl von übereinander geschichteten Elektroblechen gebildeten Blechpaketsegmente werden zueinander in Umfangsrichtung beispielsweise mittels Verschweißung fixiert, um die ringförmige Statorstruktur zu bilden.It is also off, for example EP 1 246 341 B1 . US 8,581,468 B2 . US 7,893,590 B2 . US 7,348,706 B2 or US 8,853,914 B2 It is known, in particular, to produce stators made of laminated core segments which each form only a peripheral section of the stator core. The laminated core segments optionally formed of a plurality of stacked electrical steel sheets are fixed to each other in the circumferential direction, for example by means of welding, to form the annular stator structure.

Die zu einer Verwendung in einem Rotor- oder Statorkern vorgesehenen Elektrobleche bestehen typischerweise aus einer Silizium-Eisen Legierung bzw. aus einem siliziumhaltigen Stahl. Derartige Elektrobleche sind in verschiedenen Blechqualitäten erhältlich, die sich, bedingt durch die verwendeten Materialien bzw. Materialzusammensetzung, hinsichtlich ihrer mechanischen und elektromagnetischen Eigenschaften unterscheiden. In Abhängigkeit der an die herzustellende rotierende elektrisehe Maschine gestellten Anfordernisse werden typischerweise Elektrobleche mit geeigneter Blechqualität ausgewählt, wobei aus Gründen der Herstellungsökonomie die gleichen Blechqualität zur Ausbildung des Rotor- und des Statorkerns verwendet werden.The electrical sheets intended for use in a rotor or stator core typically consist of a silicon-iron alloy or of a silicon-containing steel. Such electrical sheets are available in various sheet qualities, which, due to the materials used or material composition, differ in terms of their mechanical and electromagnetic properties. Depending on the requirements placed on the rotating electrical machine to be produced, electric sheets of suitable sheet metal quality are typically selected, and for reasons of economy of production, the same sheet quality is used to form the rotor and stator cores.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Erfindung zur Aufgabe, eine verbesserte rotierende elektrische Maschine anzugeben, die insbesondere einen guten Wirkungsgrad bei hohen Drehzahlen erreicht.Against this background, the invention has the object to provide an improved rotating electrical machine, which in particular achieves good efficiency at high speeds.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine rotierende elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.According to the invention, this object is achieved by a rotating electrical machine having the characterizing features of patent claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine rotierende elektrische Maschine umfasst einen Stator und einen bezüglich des Stators um eine Rotorachse drehbeweglich gelagerten Rotor. Ein Rotorkern des Rotors und ein Statorkern des Stators sind jeweils von Blechpaketen gebildet, die mehrere, senkrecht zu einer Rotorachse nebeneinander angeordnete und zueinander fixierte Elektrobleche umfassen. Gemäß der Erfindung bestehen die Elektrobleche des Rotorkerns und des Statorkerns aus derart unterschiedlichen Materialien oder Materialzusammensetzungen, dass die im Blechpaket des Rotorkerns fixierten Elektrobleche sich von den im Blechpaket des Statorkerns fixierten Elektroblechen hinsichtlich zumindest einer Materialeigenschaft unterscheiden.A rotating electrical machine comprises a stator and a rotor rotatably mounted with respect to the stator about a rotor axis. A rotor core of the rotor and a stator core of the stator are each formed by laminated cores comprising a plurality of perpendicular to a rotor axis arranged side by side and fixed to each other electric sheets. According to the invention, the electric sheets of the rotor core and the stator core are made of such different materials or material compositions that the electric sheets fixed in the laminated core of the rotor core differ from the electric sheets fixed in the laminated core of the stator core with respect to at least one material property.

Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von Elektroblechen der gleichen Blechqualität für sowohl den Rotor- als auch den Statorkern einen Kompromiss bedeutet, der gerade im Hochleistungsbereich einschränkend ist. So müssen beispielsweise Elektrobleche mit guten elektromagnetischen Eigenschaften gewählt werden, um einen guten Wirkungsgrad insbesondere bei hohen Drehzahlen erreichen zu können. Auf der anderen Seite besitzen derartige Elektrobleche oftmals keine hinreichende mechanische Stabilität, so dass die Eignung des Rotors für hohe Drehzahlen eingeschränkt ist. Dieses Problem lässt sich dadurch umgehen, wenn der Rotor- und der Statorkern aus Elektroblechen unterschiedlicher Blechqualität hergestellt werden, d. h. die Elektrobleche des Rotorkerns bestehen aus einem anderen Material oder weisen eine andere Materialzusammensetzung auf, als die des Statorkerns. Typischerweise bestehen die Elektrobleche aus weichmagnetischen Eisen-Silizium-Legierungen mit unterschiedlichem Mischungsverhältnis. Ein Siliziumanteil kann beispielsweise im Bereich von einigen wenigen Prozent variieren.It has been found that the use of electrical steel sheets of the same sheet quality for both the rotor and stator cores represents a compromise which is particularly restrictive in the high-power range. For example, electric sheets with good electromagnetic properties must be selected in order to achieve good efficiency, especially at high speeds. On the other hand, such electric sheets often do not have sufficient mechanical stability, so that the suitability of the rotor is limited for high speeds. This problem can be avoided if the rotor core and the stator core are made of electrical steel plates of different sheet metal quality, i. H. The rotor core electrical sheets are made of a different material or have a different material composition than that of the stator core. Typically, the electrical steel sheets of soft magnetic iron-silicon alloys with different mixing ratio. A silicon content may vary, for example, in the range of a few percent.

In bevorzugten Ausführungsbeispielen liegt der Siliziumanteil im Bereich zwischen 2,4 und 2,7 Prozent. Ein Aluminimumanteil kann beispielsweise bei weniger als 3 Prozent, insbesondere bei etwa 1,5 oder 1,48 Prozent liegen. Ferner können geringe Anteile von Kohlenstoff, Mangan, Schwefel, Phosphor, Chrom, Nickel und/oder Kobalt vorhanden sein. Der Kohlenstoffanteil liegt beispielsweise bei etwa 0,02 Prozent, insbesondere im Bereich zwischen 0,015 oder 0,25 Prozent. Der Mangananteil kann beispielsweise im Bereich zwischen 0,55 und 0,65 Prozent variieren. Der Schwefelanteil liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,002 und 0,008 Prozent. Der Phosphoranteil liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,01 und 0,06 Prozent. Der Chromanteil kann beispielsweise im Bereich zwischen 0,015 und 0,03 Prozent liegen. Der Nickelanteil liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,002 und 0,04 Prozent, insbesondere bei 0,025 Prozent oder bei hochfesten Elektroblechen bei etwa 0,004 Prozent. Der Kobaltanteil liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,001 und 0,01 Prozent, insbesondere bei etwa 0,002 oder 0,005 Prozent. Diese Aufzählung ist nicht abschließend, die Materialzusammensetzung der Elektrobleche kann weitere Materialien umfassen.In preferred embodiments, the silicon content ranges between 2.4 and 2.7 percent. An aluminum content may for example be less than 3 percent, in particular about 1.5 or 1.48 percent. Furthermore, small amounts of carbon, manganese, sulfur, phosphorus, chromium, nickel and / or cobalt may be present. The carbon content is for example about 0.02 percent, in particular in the range between 0.015 or 0.25 percent. The manganese content can vary, for example, in the range between 0.55 and 0.65 percent. The sulfur content is for example in the range between 0.002 and 0.008 percent. The phosphorus content is, for example, in the range between 0.01 and 0.06 percent. For example, the chromium fraction can range between 0.015 and 0.03 percent. The nickel content is for example in the range between 0.002 and 0.04 percent, in particular 0.025 percent or in high-strength electrical steel sheets at about 0.004 percent. The cobalt content is for example in the range between 0.001 and 0.01 percent, in particular about 0.002 or 0.005 percent. This list is not exhaustive, the material composition of the electrical steel sheets may include other materials.

Bevorzugt betrifft die zumindest eine Materialeigenschaft in der sich die Elektrobleche des Statorkerns von denen des Rotorkerns unterscheiden, eine mechanische oder eine elektromagnetische Materialeigenschaft. Besonders bevorzugt wird die Materialzusammensetzung der Elektrobleche der rotierenden Teile hinsichtlich mechanischer Stabilitätskriterien ausgewählt, so dass eine Eignung der rotierenden elektrischen Maschine auch bei hohen Drehzahlen sichergestellt ist. Für die Elektrobleche der stationären Bauteilgruppen hingegen sind primär gute elektromagnetische Eigenschaften maßgeblich, um die Effizienz zu erhöhen.The at least one material property in which the stator core electrical sheets differ from those of the rotor core preferably relates to a mechanical or an electromagnetic material property. Particularly preferably, the material composition of the electrical steel sheets of the rotating parts is selected in terms of mechanical stability criteria, so that a suitability of the rotating electric machine is ensured even at high speeds. For the electrical components of the stationary component groups, on the other hand, primarily good electromagnetic properties are decisive in order to increase the efficiency.

Die von dem Material oder der Materialzusammensetzung der Elektrobleche des Rotorkerns oder des Statorkerns vorgegebene Streckgrenze beträgt vorzugsweise zumindest 500 MPa beträgt. Derartige Elektrobleche sind besonders bevorzugt zur Ausbildung des Rotorkerns vorgesehen, um eine hinreichende mechanische Stabilität bei hohen Drehzahlen bereitzustellen.The yield strength predetermined by the material or material composition of the electric sheets of the rotor core or the stator core is preferably at least 500 MPa. Such electrical sheets are particularly preferably provided for the formation of the rotor core in order to provide sufficient mechanical stability at high speeds.

Die auftretenden Ummagnetisierungsverluste sind bevorzugt durch das Material oder der Materialzusammensetzung der Elektrobleche des Rotorkerns oder des Statorkerns auf in etwa 2,3 W/kg bei einer magnetischen Flussdichte von 1,5 T und einer Frequenz von 50 Hz begrenzt, damit entsprechend gute Performance- bzw. Wirkungsgradwerte erreicht werden können.The Ummagnetisierungsverluste occurring are preferably limited by the material or the material composition of the electrical sheets of the rotor core or the stator core in about 2.3 W / kg at a magnetic flux density of 1.5 T and a frequency of 50 Hz, thus correspondingly good performance or Efficiency values can be achieved.

Die Elektrobleche des Rotor- bzw. Statorkerns sind in an sich bekannter Art und Weise in Blechpaketen beispielsweise mittels Stanzpaketierung, Vernieten, Verschweißen, Verkleben oder Verbacken fixiert. In letzterem Falle können die Elektrobleche mit einer Beschichtung aus Backlack versehen sein, welche während der Herstellung durch Erhitzen oder durch einbringen eines chemischen Lösungsmittels zunächst verflüssigt wird, um anschließend auszuhärten. Gemäß anderen Herstellungsvarianten werden die Elektrobleche in den Blechpaketen durch Tränken bzw. Vergießen mit einer Vergussmasse und anschließendem Aushärten fixiert.The electric plates of the rotor or stator core are fixed in a manner known per se in laminated cores, for example by means of stamped packaging, riveting, welding, gluing or baking. In the latter case, the electrical sheets may be provided with a coating of baked enamel, which is first liquefied during manufacture by heating or by introducing a chemical solvent to subsequently cure. According to other manufacturing variants, the electrical sheets are fixed in the laminated cores by impregnation or casting with a potting compound and subsequent curing.

Der Rotor kann als Innenläufer oder als Außenläufer ausgebildet sein und entsprechend innerhalb des Stators oder umfänglich um den Stator angeordnet sein.The rotor may be formed as an internal rotor or as an external rotor and be arranged correspondingly within the stator or circumferentially around the stator.

In Ausführungsbeispielen, bei denen der Rotor einen Innenläufer bildet, ist der Statorkern vorzugsweise aus mehreren zueinander in Umfangsrichtung fixierten Blechpaketsegmenten gebildet. Auf diese Art und Weise lässt sich bei Beibehaltung der an sich bekannten Herstellungsprozesse Verschnitt reduzieren, da anderenfalls, d. h. wenn ringförmige Elektrobleche aus den Blechbahnen gestanzt werden, der ausgestanzte Innenbereich nicht weiter verwendet werden kann. Die Segmentierung des Stators ermöglicht daher eine wirtschaftliche Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine, bei der der Rotorkern aus Elektroblechen gebildet ist, welche eine von den Elektroblechen des Statorkerns abweichende Materialzusammensetzung aufweisen.In exemplary embodiments in which the rotor forms an inner rotor, the stator core is preferably formed from a plurality of laminated core segments fixed to one another in the circumferential direction. In this way, waste can be reduced while maintaining the production processes known per se, because otherwise, d. H. If annular electric sheets are punched out of the metal sheets, the punched-out inner area can not be used further. The segmentation of the stator therefore enables an economical production of a rotating electrical machine, in which the rotor core is formed from electrical sheets which have a material composition deviating from the electrical sheets of the stator core.

Entsprechend ist vorzugsweise bei Ausführungsbeispielen, einen als Außenläufer ausgebildeten Rotor aufweisen, der Rotorkern segmentiert ausgebildet, d. h. das Blechpaket des Rotorkerns besteht aus mehreren, zueinander in Umfangsrichtung fixierten Blechpaketsegmenten.Accordingly, in embodiments, having a trained as an external rotor rotor, the rotor core is formed segmented, d. H. The laminated core of the rotor core consists of several, mutually fixed in the circumferential direction laminated core segments.

In Ausführungsbeispielen, in denen der Rotorkern und/oder der Statorkern eine Segmentierung aufweisen, sind die nebeneinander in Umfangsrichtung angrenzende Blechpaketsegmente bevorzugt mit ineinander engreifenden Formschlusselementen versehen, welche einen in radialer Richtung wirksamen Formschluss bilden. Im einfachsten Fall sind Vorsprünge an den Blechpaketsegmenten vorgesehen, die in komplementär ausgebildete Aussparungen des angrenzenden Blechpaketsegments eingreifen und so eine Art Nut- und Federverbindung bereitstellen.In exemplary embodiments in which the rotor core and / or the stator core have a segmentation, the sheet-metal packet segments adjoining each other in the circumferential direction are preferably provided with interlocking positive-locking elements which form a form-locking connection which is effective in the radial direction. In the simplest case, projections are provided on the laminated core segments, which engage in complementary formed recesses of the adjacent laminated core segment and thus provide a kind of tongue and groove connection.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Rotor permanenterregt ausgebildet. Hierzu sind Permanentmagnete in Aussparungen des Rotorkerns eingebracht, die bevorzugt regelmäßig um den Umfang des Rotors verteilt angeordnet sind. Die rotierende elektrische Maschine ist besonders bevorzugt eine permanenterregte Synchronmaschine.In a preferred embodiment, the rotor is permanently excited. For this purpose, permanent magnets are introduced into recesses of the rotor core, which are preferably arranged distributed regularly around the circumference of the rotor. The rotating electrical machine is particularly preferably a permanent-magnet synchronous machine.

Die rotierende elektrische Maschine eignet sich in besonderem Maße als Elektromotor für einen Antriebsstrang eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs. Mit elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen sind solche gemeint, die zumindest einen zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs ausgebildeten elektrischen Antrieb aufweisen. Diese Definition schließt insbesondere sogenannte Hybridfahrzeuge ein, bei denen typischerweise zusätzlich zum elektrischen Antrieb ein Verbrennungsmotor vorgesehen ist.The rotating electrical machine is particularly suitable as an electric motor for a drive train of an electrically driven motor vehicle, in particular a passenger car or a commercial vehicle. By electrically powered motor vehicles, those are meant which have at least one electric drive designed to drive the motor vehicle. This definition includes in particular so-called hybrid vehicles, in which an internal combustion engine is typically provided in addition to the electric drive.

Andere Ausführungsbeispiele sind für Industrieanwendungen vorgesehen.Other embodiments are intended for industrial applications.

Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf das in den Zeichnungsfiguren gezeigte Ausführungsbeispiel verwiesen. Es zeigen in einer schematischen Darstellung:

1: ein Blechpaketsegment eines Statorkerns in einer perspektivischen Darstellung;
2: ein aus Blechpaketsegmenten aufgebauter Statorkern in einer perspektivischen Darstellung;
3 schematisch eine rotierende elektrische Maschine in einer Schnittdarstellung.

For a further description of the invention reference is made to the embodiment shown in the drawing figures. They show in a schematic representation:

1 : a laminated core segment of a stator core in a perspective view;
2 a stator core made up of laminated core segments in a perspective view;
3 schematically a rotating electric machine in a sectional view.

Einander entsprechende Teile sind in allen Zeichnungsfiguren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all drawing figures with the same reference numerals.

1 zeigt ein Blechpaketsegment 11 für einen in 2 dargestellten Statorkern 10. Das Blechpaketsegment 11 besteht aus mehreren übereinander gestapelten Elektroblechen 12, die im Blechpaketsegment 11 beispielsweise durch Stanzpaketierung oder Backlackverklebung fixiert sind. Das Blechpaketsegment 11 umfasst weiter eine Vielzahl von radial nach innen stehenden Zähnen, wobei die dazwischenliegenden Statornuten zur Aufnahme von nicht näher dargestellten Statorwicklungen und Isoliermaterialien dienen. 1 shows a laminated core segment 11 for a in 2 illustrated stator core 10 , The laminated core segment 11 consists of several stacked electric sheets 12 in the laminated core segment 11 are fixed, for example, by stamped packaging or Backlackverklebung. The laminated core segment 11 further comprises a plurality of radially inwardly extending teeth, wherein the intervening Statornuten serve to receive stator windings and insulating materials, not shown.

Das Blechpaketsegment 11 ist weiterhin im randseitigen Bereich mit Formschlusselementen 13 versehen, die bei der Fixierung der Blechpaketsegmente 11 zueinander einen in radialer Richtung wirksamen Formschluss bilden. In dem dargestellten Beispiel ist eine Art Nut- und Federverbindung durch Vorsprünge 14 gebildet, die in entsprechend komplementär ausgebildete Aussparungen 15 des in Umfangrichtung angrenzenden Blechpaketsegments 11 eingreifen.The laminated core segment 11 is still in the edge area with positive locking elements 13 provided in the fixation of the laminated core segments 11 form an effective positive engagement with each other in the radial direction. In the example shown is a kind of tongue and groove connection by projections 14 formed in correspondingly complementary recesses 15 of the adjacent in the circumferential direction laminated core segment 11 intervention.

Die Geometrie der komplementären Formschlusselemente 13 kann weitgehend frei gewählt werden. Insbesondere können diese die Form einer Nut, eines Dreiecks, eines Tropfen oder eine Form ähnlich eines Puzzleteils haben.The geometry of the complementary positive locking elements 13 can be chosen largely freely. In particular, these may have the shape of a groove, a triangle, a drop or a shape similar to a puzzle piece.

2 zeigt den von einer Vielzahl von in Umfangsrichtung zueinander fixierten Blechpaketsegmenten 11 gebildeten Statorkern 10. Die Blechpaketsegmente 11 wurden miteinander an den Grenzflächen G verschweißt. 2 shows that of a plurality of circumferentially fixed to each other laminated core segments 11 formed stator core 10 , The laminated core segments 11 were welded together at the interfaces G

Der Statorkern 10 bzw. die den Statorkern 10 bildenden Blechpaketsegmente 11 bestehen aus Elektroblechen 12 mit guten elektromagnetischen Materialeigenschaften. Bevorzugt werden die beim Betrieb einer den Statorkern 10 umfassenden rotierenden elektrischen Maschine auftretende Ummagnetisierungsverluste durch das Material oder der Materialzusammensetzung der Elektrobleche 12 auf in etwa 2,3 W/kg bei einer magnetischen Flussdichte von 1,5 T und einer Frequenz von 50 Hz begrenzt. Dies ermöglicht die Ausbildung von rotierenden elektrischen Maschinen mit hohem Wirkungsgrad, so dass hohe Drehzahlen erreicht werden können.The stator core 10 or the stator core 10 forming sheet metal package segments 11 consist of electrical sheets 12 with good electromagnetic material properties. Preference is given to the operation of a stator core 10 Entanglement losses due to the material or the material composition of the electrical steel sheets occurring in the entire rotating electrical machine 12 limited to about 2.3 W / kg at a magnetic flux density of 1.5 T and a frequency of 50 Hz. This allows the formation of rotating electrical machines with high efficiency, so that high speeds can be achieved.

3 zeigt schematisch eine rotierende elektrische Maschine 100, die den Statorkern 10 und einen Rotorkern 20 umfasst. Statorwicklungen und Isoliermaterialien sind der besseren Darstellung halber nicht gezeigt. 3 schematically shows a rotating electric machine 100 that the stator core 10 and a rotor core 20 includes. Stator windings and insulating materials are not shown for the sake of clarity.

Der Rotorkern 20 der rotierenden elektrischen Maschine 100 besteht ebenfalls aus einer Vielzahl von übereinander gestapelter und zueinander in Blechpaketen 21 fixierten Elektrobleche 22, die allerdings eine andere Materialzusammensetzung als die Elektrobleche 12 des Statorkerns 10 haben. Insbesondere ist die Materialzusammensetzung der den Rotorkern 20 bildenden Elektrobleche 22 hinsichtlich der mechanischen Stabilität optimiert und weisen eine Streckgrenze von zumindest 500 MPa auf. Die rotierende elektrische Maschine ist daher insbesondere für den Betrieb bei hohen Drehzahlen geeignet.The rotor core 20 the rotating electric machine 100 also consists of a variety of stacked and stacked in laminations 21 fixed electrical sheets 22 , however, have a different material composition than the electrical steel sheets 12 of the stator core 10 to have. In particular, the material composition of the rotor core 20 forming electrical sheets 22 optimized for mechanical stability and have a yield strength of at least 500 MPa. The rotating electrical machine is therefore particularly suitable for operation at high speeds.

Bei der in 3 exemplarisch dargestellten rotierenden elektrischen Maschine 100 handelt es sich um einen permanenterregten Synchronmotor. Der Rotor bzw. der Rotorkern 20 weisen V-förmig angeordnete Ausnehmungen 23 auf, in denen Permanentmagnete 24 eingebracht sind.At the in 3 exemplified rotating electrical machine 100 it is a permanent-magnet synchronous motor. The rotor or the rotor core 20 have V-shaped recesses arranged 23 on, in which permanent magnets 24 are introduced.

Zur Reduzierung von Verschnitt bei der Herstellung des Stator- bzw. Rotorkerns 10, 20 werden bevorzugt das äußre Bauteil aus einer Vielzahl von Elektroblechsegmenten hergestellt, die aus einem relativ schmalen Streifen der entsprechenden Elektroblechbahnen ausgestanzt werden können. Der Statorkern 10 und/oder der Rotorkern 20 weist somit vorzugsweise eine segmentierte Bauweise auf.To reduce waste in the production of the stator or rotor core 10 . 20 For example, the outer component is preferably produced from a multiplicity of electrical sheet segments which can be punched out of a relatively narrow strip of the corresponding electrical sheet metal sheets. The stator core 10 and / or the rotor core 20 thus preferably has a segmented design.

Obwohl die Erfindung im Detail mit Bezug auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht hierdurch eingeschränkt. Andere Variationen und Kombinationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne vom wesentlichen Gedanken der Erfindung abzuweichen.Although the invention has been illustrated and described in detail with reference to the preferred embodiment, the invention is not limited thereby. Other variations and combinations may be deduced therefrom by those skilled in the art without departing from the essential spirit of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1246341 B1 [0003]
US 8581468 B2 [0003]
US 7893590 B2 [0003]
US 7348706 B2 [0003]
US 8853914 B2 [0003]

Claims

A rotary electric machine having a stator and a rotor rotatably mounted with respect to the stator about a rotor axis, wherein a rotor core (20) of the rotor and a stator core (10) of the stator are each formed by laminated cores (11, 21), the plurality of perpendicular to a rotor axis juxtaposed and mutually fixed electrical sheets (12, 22), characterized in that the electrical sheets (22, 12) of the rotor core (20) and the stator core (10) consist of such different materials or material compositions that in the laminated core ( 21) of the rotor core (20) fixed electrical plates (22) differ from the in the laminated core (11) of the stator core (10) fixed electrical plates (12) with respect to at least one material property.

Rotary electric machine behind Claim 1 , Characterized in that the at least one material property of a mechanical or electromagnetic relates to a material property.

Rotary electric machine behind Claim 1 or 2 , characterized in that the yield strength predetermined by the material or material composition of the electrical sheets (12, 22) of the rotor core (20) or the stator core (10) is at least 500 MPa.

Rotary electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that occurring Ummagnetisierungsverluste by the material or the material composition of the electrical sheets (12, 22) of the rotor core (20) or the stator core (10) to about 2.3 W / kg in a magnetic flux density of 1.5 T and a frequency of 50 Hz are limited.

Rotary electric machine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor is arranged as an internal rotor within the stator, wherein the laminated core of the stator core (10) is formed of a plurality of mutually circumferentially fixed laminated core segments (11).

Rotary electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor is arranged as external rotor circumferentially around the stator, wherein the laminated core (21) of the rotor core (20) is formed of a plurality of mutually fixed in the circumferential direction laminated core segments.

Rotary electric machine according to one of the Claim 5 or 6 , characterized in that adjacent to each other in the circumferential direction laminated core segments (11) are provided with interlocking interlocking elements (13) which form an effective positive locking in the radial direction.

Rotary electric machine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor is permanently excited.