DE102021131200A1

DE102021131200A1 - Rotor einer elektrischen Maschine und elektrische Fahrzeugmaschine, die diesen enthält

Info

Publication number: DE102021131200A1
Application number: DE102021131200.0A
Authority: DE
Inventors: Chuan DENG
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-06-02
Also published as: US20220173627A1; CN114629269A; US11967864B2

Abstract

Es wird ein Rotor einer elektrischen Maschine, der einen Rotorkern enthält, bereitgestellt. Der Rotorkern umfasst mehrere Magneten und einige Paare von Langschlitzen, die ringsum um den Rotorkern verteilt sind. Jedes Paar von Langschlitzen bildet gemeinsam eine V-förmige Konfiguration mit einer Öffnung, die zu einer äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns weist. Jeder Langschlitz umfasst: einen Montageabschnitt, der mit der Form des Magneten übereinstimmt; und ein Endloch, das sich an einem Ende des Langschlitzes, das zu der äußeren Umfangsfläche zeigt, befindet. Wobei das Endloch einen Hauptkörperbereich und einen Nockenbereich enthält und sich der Nockenbereich von dem Hauptkörperbereich zu dem Äußeren der V-förmigen Konfiguration hin erstreckt, bis er sich teilweise außerhalb einer Seitenverlängerungslinie des Montageabschnitts befindet. Eine entsprechende elektrische Fahrzeugmaschine wird ebenfalls bereitgestellt. Mit der Lösung der vorliegenden Offenbarung kann der Kerngesamtverlust der elektrischen Maschine durch Ändern der lokalen Topologie des Rotors signifikant reduziert werden, ohne die Produktionsgesamtkosten zu erhöhen und das Drehmoment zu reduzieren.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Elektromaschinentechnologie und insbesondere auf einen Rotor einer elektrischen Maschine und eine elektrische Fahrzeugmaschine, die diesen enthält.
Hintergrund
Existierende elektrische Maschinen selbst verlieren einen Teil der Energie, wenn sie elektrische Energie in mechanische Energie umsetzen. Diese Art des Verlusts der elektrischen Maschinen kann allgemein in drei Teile aufgeteilt werden: variabler Verlust, fester Verlust und Streuverlust. Unter diesen ist der feste Verlust ein Verlust, der nichts mit der Last zu tun hat, und ein wichtiger Teil davon ist Kernverlust (auch als Magnetkernverlust bezeichnet). Der Kernverlust bezieht sich auf die ineffektive Energie, die durch Kernmaterialien pro Gewichtseinheit unter der Wirkung eines alternierenden Magnetfelds oder eines pulsierenden Magnetfelds verbraucht wird. Der Kernverlust manifestiert sich in der Form von Wärme, die den Kern erwärmen, die Temperatur erhöhen und ferner den Gesamtverlust der elektrischen Maschine erhöhen wird.
Das Reduzieren des Kernverlusts ist immer eines der wichtigen Ziele beim Entwurf elektrischer Maschinen. Das Reduzieren der Flussdichte in Rotor und Stator wird derzeit als eine der effektivsten Arten zum Reduzieren des Kernverlusts betrachtet. In dem herkömmlichen Entwurf wird die gesamte Flussdichte hauptsächlich durch Erhöhen der Teilgröße des Rotors oder Stators reduziert, wie z. B. Erhöhen der Größe des Magneten zu der äußeren Umfangsfläche des Rotors, was die Menge von Eisen, die in der elektrischen Maschine verwendet wird, erhöht. Diese Lösung wird verursachen, dass das Drehmoment der elektrischen Maschine gleichzeitig reduziert wird und weitere Maßnahmen erforderlich sind, um das reduzierte Drehmoment zu kompensieren, wie z. B. Wechsel auf einen größeren Magneten.
Um solche Aufgaben zu lösen, schlägt beispielsweise das chinesische Patentdokument 201320629997.8 eine synchrone elektrische Maschine mit Permanentmagnet für Fahrzeuge, die einen Stator und einen Rotor enthält, vor. Der Stator enthält ein Statorlochblech; und 48 Rillen mit ebenem Boden sind an dem Statorlochblech angeordnet. Der Rotor enthält ein Rotorlochblech; und 16 Permanentmagnetrillen und 16 Luftspaltbögen sind an dem Rotorlochblech angeordnet. Ein Permanentmagnet ist in jede Permanentmagnetrille eingebettet; jeweils zwei benachbarte Permanentmagnetrillen bilden ein Paar von Permanentmagnetrillen, wobei die beiden Permanentmagnetrillen in dem Paar von Permanentmagnetrillen in einem V-förmigen Modus angeordnet sind und der Gegenwinkel 120 Grad ist; und die Öffnungsrichtung jedes Paar von Permanentmagnetrillen weist zu dem Außenrand des Rotorlochblechs. Die 16 Luftspaltbögen sind jeweils an den Positionen, die sich den 16 Permanentmagnetrillen nähern, des Außenrands des Rotorlochblechs angeordnet. Gemäß dem Schema ist vorgeschlagen, die Flussdichte durch Ändern der topologischen Struktur des Rotors zu reduzieren und dadurch den Kerngesamtverlust zu reduzieren.
Angesichts dieser aktuellen technischen Probleme haben Erfinder der vorliegenden Offenbarung erkannt, dass in diesem Typ einer Lösung aus dem Stand der Technik immer noch weiteres Verbesserungspotential vorhanden ist.
Zusammenfassung
Die vorliegende Offenbarung fasst Aspekte der Ausführungsformen zusammen und sollte nicht verwendet werden, um die Ansprüche einzuschränken. Andere Implementierungen sind in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen Techniken in Erwägung gezogen, wie für normale Fachleute bei Prüfung der folgenden Zeichnungen und ausführlichen Beschreibung offensichtlich wird, und solche Implementierungen sollen im Schutzbereich dieser Anmeldung sein.
Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung haben erkannt, dass ein Bedarf an einem Rotor einer elektrischen Maschine und eine elektrische Fahrzeugmaschine, die diesen enthält, die den Kerngesamtverlust der elektrischen Maschine durch Ändern der lokalen Topologie des Rotors reduzieren können, ohne die Produktionsgesamtkosten zu erhöhen und das Drehmoment zu reduzieren, vorhanden ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Rotor einer elektrischen Maschine, der einen Rotorkern enthält, bereitgestellt, wobei der Rotorkern Folgendes umfasst:

mehrere Magneten; und
einige Paare von Langschlitzen, die auf dem Rotorkern ringsum verteilt sind, wobei jedes Paar von Langschlitzen gemeinsam eine V-förmige Konfiguration mit einer Öffnung, die zu einer äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns weist, bildet und jeder Langschlitz Folgendes umfasst:
- einen Montageabschnitt, der mit der Form des Magneten übereinstimmt; und
- ein Endloch, das sich an einem Ende des Langschlitzes, das zu der äußeren Umfangsfläche weist, befindet,
- wobei das Endloch einen Hauptkörperbereich und einen Nockenbereich enthält und sich der Nockenbereich von dem Hauptkörperbereich zu einem Äußeren der V-förmigen Konfiguration erstreckt, bis er sich teilweise außerhalb einer Seitenverlängerungslinie des Montageabschnitts befindet.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst der Hauptkörperbereich ferner einen Mittelbereich und einen verjüngten Bereich, der sich von dem Mittelbereich zu dem Montageabschnitt hin verjüngt, um einen Übergangsabschnitt zwischen dem Mittelbereich und dem verjüngten Bereich zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst der Rotorkern ferner einen zweiten Übergangsabschnitt, der zwischen dem Hauptkörperbereich und dem Nockenbereich gebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind die Endlöcher jedes Paars von Langschlitzen in Bezug auf eine Zwischenachse der V-förmigen Konfiguration symmetrisch.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erstreckt sich der Nockenbereich in einer Entfernung größer als 1 mm außerhalb der Seitenverlängerungslinie des Montageabschnitts.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist der verjüngte Bereich an einem Ende, das mit dem Montageabschnitt verbunden ist, eine Breite kleiner als eine Breite des Montageabschnitts auf.
Gemäß einer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung befindet sich der Übergangsabschnitt auf einer Außenseite der V-förmigen Konfiguration.
Gemäß einer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind die einigen Paare von Langschlitzen in Bezug auf eine Mittelachse des Rotorkerns symmetrisch verteilt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten die einigen Paare von Langschlitzen mehrere Gruppen, und die V-förmigen Konfigurationen, die durch die mehreren Paare von Langschlitzen in jeder Gruppe gebildet sind, weisen in die gleiche radiale Richtung des Rotorkerns und sind ineinander verschachtelt.
Gemäß einer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erstrecken sich Nockenbereiche auf den Langschlitzen, die sich außerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen befinden, in einer größeren Entfernung als die Nockenbereiche auf den Langschlitzen, die sich innerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen befinden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Rotor einer elektrischen Maschine, der einen Rotorkern enthält, bereitgestellt, wobei der Rotorkern Folgendes umfasst:

mehrere Permanentmagneten;
einige Paare von Langschlitzen, die auf dem Rotorkern ringsum verteilt sind, wobei jedes Paar von Langschlitzen gemeinsam eine V-förmige Konfiguration mit einer Öffnung, die zu einer äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns weist, bildet und jeder Langschlitz Folgendes umfasst:
- einen Montageabschnitt, der mit der Form des Permanentmagneten übereinstimmt; und
- ein Endloch, das sich an einem Ende des Langschlitzes, das zu der äußeren Umfangsfläche weist, befindet,
- wobei das Endloch einen Hauptkörperbereich und einen Nockenbereich enthält und sich der Nockenbereich von einem Ende des Hauptkörperbereichs benachbart der äußeren Umfangsfläche zu einem Äußeren der V-förmigen Konfiguration erstreckt, bis er sich teilweise außerhalb einer Seitenverlängerungslinie des Montageabschnitts befindet.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst der Hauptkörperbereich ferner einen Mittelbereich und einen verjüngten Bereich, der sich von dem Mittelbereich zu dem Montageabschnitt hin verjüngt, um einen Übergangsabschnitt zwischen dem Mittelbereich und dem verjüngten Bereich zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst der Rotorkern ferner einen zweiten Übergangsabschnitt, der zwischen dem Hauptkörperbereich und dem Nockenbereich gebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind die Endlöcher jedes Paars von Langschlitzen in Bezug auf eine Zwischenachse der V-förmigen Konfiguration symmetrisch.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erstreckt sich der Nockenbereich in einer Entfernung größer als 1 mm außerhalb der Seitenverlängerungslinie des Montageabschnitts.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist der verjüngte Bereich an einem Ende, das mit dem Montageabschnitt verbunden ist, eine Breite kleiner als eine Breite des Montageabschnitts auf.
Gemäß einer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung befindet sich der Übergangsabschnitt auf einer Außenseite der V-förmigen Konfiguration.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten die einigen Paare der Langschlitze mehrere Gruppen, und die V-förmigen Konfigurationen, die durch die mehreren Paare von Langschlitzen in jeder Gruppe gebildet sind, weisen in die gleiche radiale Richtung des Rotorkerns und sind ineinander verschachtelt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erstrecken sich Nockenbereiche auf den Langschlitzen, die sich außerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen befinden, in einer größeren Entfernung als die Nockenbereiche auf den Langschlitzen, die sich innerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen befinden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist außerdem eine elektrische Fahrzeugmaschine, die den Rotor der elektrischen Maschine wie vorstehend beschrieben umfasst, bereitgestellt.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Offenbarung kann auf Ausführungsformen, die in den folgenden Zeichnungen gezeigt sind, Bezug genommen werden. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, und zugehörige Elemente können weggelassen sein, oder Proportionen können in einigen Fällen übertrieben worden sein, um die hier beschriebenen neuartigen Merkmale zu betonen und deutlich darzustellen. Zusätzlich können, wie im Stand der Technik bekannt ist, Systemkomponenten verschiedenartig angeordnet sein. Ferner beziehen sich in den Figuren gleiche Bezugszeichen durchgehend in den Figuren auf gleiche Teile.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Elektrofahrzeugs, das eine elektrische Fahrzeugmaschine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält;
2 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften elektrischen Maschine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer beispielhaften elektrischen Maschine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
4 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer elektrische Maschine aus dem Stand der Technik;
5 zeigt eine schematische Ansicht einer Stirnfläche eines Rotors einer elektrischen Maschine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer elektrischen Maschine, die einen Rotor einer elektrischen Maschine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält;
7 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils, der ein Endloch enthält, eines Rotors einer elektrischen Maschine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
8 zeigt eine Teilquerschnittsansicht einer elektrischen Maschine, die einen Rotor einer elektrischen Maschine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält, die verschachtelte V-förmige Konfigurationen zeigt; und
9 zeigt einen Vergleich einer Luftspalt-Flussdichte der elektrischen Maschine, die gemäß der vorliegenden Offenbarung entworfen ist, und der elektrischen Maschine aus dem Stand der Technik.

Ausführliche Beschreibung
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind nachstehend beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene alternative Form annehmen können. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet; einige Funktionen können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten spezifischer Komponenten zu zeigen. Deshalb sollten die spezifischen strukturellen und funktionalen Einzelheiten, die hier offenbart sind, nicht als einschränkend gedeutet werden, sondern dienen lediglich als eine repräsentative Basis, um Fachleute zu lehren, die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weisen zu verwenden. Wie normale Fachleute verstehen werden, können die verschiedenen Merkmale, die gezeigt und mit Bezug auf irgendeine Zeichnung beschrieben sind, mit Merkmalen, die in einer oder mehreren anderen Zeichnungen gezeigt sind, kombiniert werden, um Ausführungsformen zu produzieren, die nicht ausdrücklich gezeigt oder beschrieben sind. Die Kombinationen von Merkmalen, die gezeigt sind, stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Jedoch können verschiedene Kombinationen und Modifikationen an Merkmalen konsistent mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung für spezielle spezifische Anwendungen oder Implementierungen wünschenswert sein.
In dieser Anmeldung kann, wenn auf ein Element oder Teil so Bezug genommen ist, dass es „auf“, „zusammengefügt mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem weiteren Element oder Teil ist, das Element oder der Teil direkt auf einem weiteren Element oder Teil, zusammengefügt, verbunden oder gekoppelt mit einem weiteren Element oder Teil sein, oder es können dazwischen liegende Elemente oder Teile vorhanden sein. Im Gegensatz dazu können, wenn auf ein Element so Bezug genommen ist, dass es „direkt auf“, „direkt zusammengefügt mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem weiteren Element oder Teil ist, keine dazwischen liegenden Elemente oder Teile vorhanden sein. Andere Ausdrucksweisen, die verwendet sind, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden.
Wie vorstehend in dem Hintergrund erwähnt haben die Erfinder der vorliegenden Offenbarung erkannt, dass in den Lösungen aus dem Stand der Technik im Hinblick darauf, wie der Kerngesamtverlust der elektrischen Maschine durch Ändern der lokalen Topologie des Rotors signifikant zu reduzieren ist, ohne die Produktionsgesamtkosten zu erhöhen und das Drehmoment zu reduzieren, noch Verbesserungspotential vorhanden ist. Beispielsweise haben die Erfinder erkannt, dass spezielle Anpassungen an der Topologie des Langschlitzes, der verwendet wird, um den Magneten zu installieren, die gesamte Luftspalt-Flussdichte signifikant reduzieren können und dadurch signifikanten Kernverlust reduzieren. Im Hinblick auf diese Probleme im Stand der Technik schlagen die Erfinder der vorliegenden Offenbarung einen Rotor einer elektrischen Maschine und eine elektrische Fahrzeugmaschine, die diesen enthält, in einer oder mehreren Ausführungsformen vor, von denen man glaubt, dass sie fähig sind, ein oder mehrere Problem aus dem Stand der Technik zu lösen.
In existierenden elektrischen Maschinen wie z. B. synchronen elektrischen Maschinen mit Permanentmagnet, sind Magneten, die auf Rotoren der elektrischen Maschinen montiert oder darin eingebettet sind, mit einem internen Magnetfeld, das durch Strom in den elektrischen Maschinen verursacht und durch elektrische Eingabe des Stators erzeugt wird, gekoppelt. Ein individueller Statorzahn und Statorwicklungen bilden mehrere Magnetpole, die ein Flussfließmuster erzeugen, wenn eine Mehrphasensinusspannung und -strom die Statorspulen durchlaufen. Beispielsweise wird eine elektrische Dreiphasenmaschine insgesamt 8 Pole und 48 Schlitze aufweisen. Der durch die Statorwicklungen erzeugte Fluss wechselwirkt mit dem Rotorfluss, der durch die Magneten in dem Rotor der elektrischen Maschine erzeugt wird, so dass ein Rotordrehmoment erzeugt wird, wenn die Statorwicklungen durch eine Mehrphasenspannung erregt werden.
Die Magneten des Rotors können auf unterschiedliche Weisen positioniert oder orientiert sein, um das gewünschte Magnetfeld zu erzeugen. Jeder Magnetpol kann durch einen einzelnen Magneten gebildet sein, der mit einem Magnetpol (d. h. Nord- oder Südpol) in einer Richtung radial nach außen orientiert ist. Die Magnetpole des Rotors können auch durch mehrere Gruppen von Magneten, die so angeordnet sind, dass sie gemeinsam den Magnetpol bilden, gebildet sein. Eine solche Anordnung orientiert die Magneten in einer V-förmigen Konfiguration. Der innere Teil des „V“ weist ähnliche Magnetpole auf, die zusammenwirken, um einen Rotorpol zu bilden. Jeder Magnet kann in einem Langloch (auch als Aussparung oder Hohlraum bezeichnet) platziert sein, um seine Position zu halten. Diese Langlöcher sind allgemein rechteckig und sind so angeordnet, dass sie mit der Form der Magneten übereinstimmen. Die Langlöcher können an entgegengesetzten Enden geringfügig größer sein, um das Austreten des Flusses zwischen den Nord- und Südpolen der einzelnen Magneten zu begrenzen. Lücken oder Hohlräume in einem Rotorkern hemmen den Fluss, weil Vakuum eine relativ niedrige magnetische Permeabilität im Vergleich zu Materialien des Rotorkerns (z. B. Elektrostahl) besitzt.
1 bildet ein Blockdiagramm eines Elektrofahrzeugs 12, das einen Rotor einer elektrischen Maschine oder eine elektrische Fahrzeugmaschine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält, ab. In dem Kontext der vorliegenden Offenbarung kann das Elektrofahrzeug 12 ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV), ein Voll-Hybrid-Elektrofahrzeug (FHEV), ein Mild-Hybrid-Elektrofahrzeug (MHEV) oder ein Batterie-Elektrofahrzeug (BEV) usw. sein.
In der Ausführungsform von 1 enthält das Fahrzeug 12 eine oder mehrere elektrische Maschinen 14, die mit einem Hybrid-Getriebe 16 mechanisch verbunden sind. Die elektrische Maschine 14 kann als ein Motor oder als ein Generator arbeiten. Zusätzlich kann das Hybrid-Getriebe 16 mit einer Kraftmaschine 18 mechanisch verbunden sein. Das Hybrid-Getriebe 16 kann außerdem mit einer Antriebswelle 20 mechanisch verbunden sein, die mechanisch mit Rädern 22 verbunden ist. Wenn die Kraftmaschine 18 aktiviert oder abgeschaltet ist, kann die elektrische Maschine 14 Antrieb und/oder Bremsung bereitstellen. Die elektrische Maschine 14 kann auch als ein Generator betrieben werden und kann durch Wiedergewinnung von Energie, die normalerweise als Wärme in einem Reibungsbremssystem verloren geht, Vorteile zur Kraftstoffeinsparung bereitstellen. Die elektrische Maschine 14 kann außerdem reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, weil das Hybrid-Elektrofahrzeug 12 unter speziellen Voraussetzungen in einer elektrischen Betriebsart oder einer Hybrid-Betriebsart betrieben werden kann, was den Kraftstoffgesamtverbrauch des Fahrzeugs 12 reduzieren kann.
Eine Fahrantriebsbatterie (oder ein Batteriepaket) 24 speichert Energie, die durch die elektrische Maschine 14 verwendet werden kann, und stellt sie bereit. Die Fahrantriebsbatterie 24 kann einen Hochspannungs-DC (Hochspannungs-Gleichstrom), der aus einer oder mehreren Batteriezellenanordnungen (manchmal als ein Batteriezellenstapel bezeichnet) innerhalb der Fahrantriebsbatterie ausgegeben wird, bereitstellen. Die Batteriezellenanordnung kann eine oder mehrere Batteriezellen enthalten. Die Fahrantriebsbatterie 24 kann mit einer oder mehreren Leistungselektronik-Steuereinheiten 26 über ein oder mehrere Schaltschütze (nicht gezeigt) elektrisch verbunden sein. Das eine oder die mehreren Schaltschütze isolieren die Fahrantriebsbatterie 24 von anderen Komponenten, wenn sie geöffnet sind, und verbinden die Fahrantriebsbatterie 24 mit anderen Komponenten, wenn sie geschlossen sind.
Die Leistungselektronik-Steuereinheit 26 kann außerdem mit der elektrischen Maschine 14 elektrisch verbunden sein und kann konfiguriert sein, elektrische Energie zwischen der Fahrantriebsbatterie 24 und der elektrischen Maschine 14 in beiden Richtungen zu übertragen. Beispielsweise kann die Fahrantriebsbatterie 24 eine DC-Spannung bereitstellen, während die elektrische Maschine 14 eine Dreiphasen-AC-Spannung (Dreiphasen-Wechselspannung) benötigt, wenn sie läuft. Die Leistungselektronik-Steuereinheit 26 kann die DC-Spannung in die Dreiphasen-AC-Spannung gemäß den Anforderungen der elektrischen Maschine 14 umsetzen. In einer Regenerationsbetriebsart kann die Leistungselektronik-Steuereinheit 26 die Dreiphasen-AC-Spannung aus der elektrischen Maschine 14, die als ein Generator arbeitet, in die DC-Spannung, die durch die Fahrantriebsbatterie 24 benötigt wird, umsetzen. Fachleute können verstehen, dass die hier beschriebenen Teile auch auf reine Elektrofahrzeuge anwendbar sind. Für das reine Elektrofahrzeug kann das Hybrid-Getriebe 16 ein Getriebe sein, das mit der elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und die Kraftmaschine 18 kann fehlen.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Fahrantriebsbatterie 24 auch Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 28 kann die Hochspannungs-Gleichspannung, die aus der Fahrantriebsbatterie 24 ausgegeben wird, in eine Niederspannungs-Gleichstromquelle, die mit anderen Fahrzeugverbrauchern kompatibel ist, umsetzen. Andere Hochspannungs-Verbraucher (wie z. B. Kompressoren und elektrische Heizelemente) können mit der Hochspannung direkt verbunden sein, ohne den Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 28 zu nutzen. Ein Niederspannungssystem kann mit einer Zusatzbatterie 30 (beispielsweise einer 12V-Batterie) elektrisch verbunden sein.
Eine Batterie-Steuereinheit 33 kann mit der Fahrantriebsbatterie 24 kommunizieren. Die Batterie-Steuereinheit 33 kann konfiguriert sein, den Betrieb der Fahrantriebsbatterie 24 zu überwachen und zu managen, wie z. B. durch ein elektronisches Überwachungssystem (nicht gezeigt), das die Temperatur und den Ladezustand jeder Batteriezelle managt.
Die Fahrantriebsbatterie 24 kann durch eine externe Leistungsquelle 36 aufgeladen werden. Die externe Leistungsquelle 36 kann eine Verbindung zu einer Netzsteckdose sein. Die externe Leistungsquelle 36 kann mit einer Ladestation für Elektrofahrzeuge (EVSE) 38 elektrisch verbunden sein. Die EVSE kann Schaltungen und Steuerungen zum Regulieren und Managen der Leistungsübertragung zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 bereitstellen. Die externe Leistungsquelle 36 kann Gleichstrom- oder Wechselstrom-Leistung für die EVSE 38 bereitstellen.
Die EVSE 38 kann einen Ladeverbinder 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann irgendein Typ eines Anschlusses sein, der konfiguriert ist, Leistung von der EVSE 38 auf das Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann mit einem Ladegerät oder einem Leistungsumsetzer 32 elektrisch verbunden sein. Der Leistungsumsetzer 32 kann die von der EVSE 38 zugeführte Leistung anpassen, um die Fahrantriebsbatterie 24 mit einem geeigneten Spannungs- und Strompegel zu versorgen. Der Leistungsumsetzer 32 kann eine Schnittstelle zu der EVSE 38 aufweisen, um die Leistungszustellung zu dem Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Verbinder 40 kann Verbindungsstifte aufweisen, die mit entsprechenden Vertiefungen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen.
2 zeigt eine beispielhafte elektrische Maschine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, hier allgemein als elektrische Maschine 42 bezeichnet. Die elektrische Maschine 42 kann einen Stator 44 und einen Rotor 46 enthalten. In einigen Ausführungsformen für Fahrzeuge kann das Elektrofahrzeug 12 zwei elektrische Maschinen enthalten. Eine elektrische Maschine kann hauptsächlich als ein Motor betrieben werden, und die andere elektrische Maschine kann hauptsächlich als ein Generator betrieben werden. Der Motor kann verwendet werden, um elektrische Leistung in mechanische Leistung umzusetzen, und der Generator kann verwendet werden, um mechanisch Leistung in elektrische Leistung umzusetzen.
In einem Beispiel, siehe 2, kann der Stator 44 einen Hohlraum 50 definieren. Der Rotor 46 kann von einer Größe sein, dass er in den Hohlraum 50 eingesetzt und in ihm betrieben werden kann. Eine Welle (nicht gezeigt), die mit dem Rotor 46 betriebstechnisch verbunden ist, kann den Rotor zum Drehen antreiben und/oder Rotationsenergie, die durch den Betrieb des Rotors 46 erzeugt wird auf ein oder mehrere Teilsysteme des Fahrzeugs 12 übertragen. Der Stator 44 kann eine Wicklung 48 umfassen, die um eine äußere Umfangsfläche des Hohlraums 50 so angeordnet ist, dass sie eine Außenfläche des Rotors 46 umgibt. In dem Beispiel der elektrischen Maschine, die als ein Motor betrieben wird, kann Strom in die Wicklung 48 eingespeist werden, um den Rotor 46 zu drehen. In dem Beispiel der elektrischen Maschine, die als ein Generator betrieben wird, kann Strom in der Wicklung 48 durch Drehen des Rotors 46 erzeugt werden, um die Komponenten des Fahrzeugs 12 mit Energie zu versorgen.
Es wird auf 3 Bezug genommen, die eine Teilquerschnittsansicht der elektrischen Maschine 42 zeigt. In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält der Rotor 46 einen Rotorkern 62, der aus einer oder mehreren Rotor-Lamellierungen 63 gebildet ist. Der Stator 44 kann einen Statorkern 58, der aus einer oder mehreren Stator-Lamellierungen 59 gebildet ist, enthalten. Der Rotorkern 62 dreht sich relativ zu dem Statorkern 58 um eine Achse 54.
Jetzt wird auf 6 Bezug genommen, die eine Teilquerschnittsansicht einer elektrischen Maschine, die einen Rotor einer elektrischen Maschine gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält, zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, enthält der Rotor 46 einer elektrischen Maschine den Rotorkern 62, der mehrere Magneten 13, 13' und einige Paare von Langschlitzen 15, 15' enthält. Ferner wird auf 5 Bezug genommen, während auf 6 Bezug genommen wird, wo die einigen Paare von Langschlitzen 15, 15' ringsum auf dem Rotorkern 62 verteilt sind, und das Paar von Magneten 13, 13', die in jedes Paar von Langschlitzen 15, 15' eingepasst sind, gemeinsam einen entsprechenden Magnetpol bilden. In der in 5 gezeigten Ausführungsform sind insgesamt 8 Paare von Langschlitzen und 8 Magnetpole gezeigt. Es ist durch Fachleute zu verstehen, dass die spezifische Anzahl hier nur erläuternd und nicht einschränkend ist. Zusätzlich bedeutet in dem Kontext der vorliegenden Offenbarung „ringsum verteilt“, dass die einigen Paare von Langschlitzen 15 und 15' um ringsum die Drehachse 54 des Rotorkerns 62 verteilt sind.
Jedes Paar von Langschlitzen 15 und 15' bildet gemeinsam eine V-förmige Konfiguration 10 mit einer Öffnung, die zu einer äußeren Umfangsfläche 21 des Rotorkerns 62 weist. Unter Verwendung des Langschlitzes 15 als ein Beispiel enthält jeder Langschlitz einen Montageabschnitt 17, der mit der Form des Magneten 13 zusammenpasst, und ein Endloch 19. Das Endloch 19 befindet sich an einem Ende des Langschlitzes 15, das zu der äußeren Umfangsfläche 21 des Rotorkerns 62 zeigt, wie in 6 gezeigt ist.
Weiter auf die in 7 gezeigte vergrößerte Teilansicht Bezug nehmend, enthält das Endloch 19 einen Hauptkörperbereich 35 und einen Nockenbereich 27. Der Nockenbereich 27 erstreckt sich von dem Hauptkörperbereich 35 zu einem Äußeren der V-förmigen Konfiguration 10, bis er sich teilweise außerhalb einer Seitenverlängerungslinie b des Montageabschnitts 17 befindet. In der vorliegenden Offenbarung bezieht sich das Äußere der V-förmigen Konfiguration 10 auf den Teil, der nicht das Paar von Langschlitzen 15, 15' selbst und der Teil zwischen ihnen ist, und das Paar von Langschlitzen 15, 15' selbst und der Teil zwischen ihnen gehört zu einem Inneren der V-förmigen Konfiguration 10. Insbesondere sind das Äußere und das Innere durch die Seitenverlängerungslinien b der Montageabschnitte 17 der Langschlitze 15, 15' abgegrenzt. In dem Kontext der vorliegenden Offenbarung bezieht sich die Seitenverlängerungslinie auf die Seite des Montageabschnitts, die sich in dem Äußeren der V-förmigen Konfiguration 10 befindet, wie z. B. Seitenverlängerungslinie b wie in 6 gezeigt.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung befindet sich der Hauptkörperbereich 35 in dem Inneren der V-förmigen Konfiguration 10, das heißt innerhalb der Seitenverlängerungslinie b, wie in 7 gezeigt. Im Vergleich mit der radialen Teilquerschnittsansicht des Rotors aus dem Stand der Technik, die in 4 gezeigt ist, befindet sich das Endloch 19 des Rotorkerns 62 im Stand der Technik vollständig innerhalb der Seitenverlängerungslinie b und erstreckt sich nicht über die Seitenverlängerungslinie b hinaus.
Zusätzlich kann in einer oder mehreren Ausführungsformen auf dem Äußeren des Montageabschnitts 17 (hier dem Äußeren der V-förmigen Konfiguration 10) benachbart dem Endloch 19 der Montageabschnitt 17 hier ferner einen Montageabschnitterweiterungsbereich 39 enthalten, der sich über die Seitenverlängerungslinie b hinaus erstreckt, wie in 7 gezeigt ist.
Der Statorkern 58 und der Rotorkern 62 können einen Luftspalt 64 zwischen einer inneren Umfangsfläche des Statorkerns 58 und der äußeren Umfangsfläche 21 des Rotorkerns 62 definieren. Der Statorkern 58 kann mehrere Rillen 60 definieren, die sich radial von der inneren Umfangsfläche des Statorkerns 58 erstrecken und von einer Größe sind, um Spulenwicklungen (z. B. die Wicklung 48) aufzunehmen oder zu halten. Es ist zu verstehen, dass die Magneten 13 und 13' und die Langschlitze 15 und 15' entsprechende Querschnittsformen senkrecht zu der Drehachse 54 enthalten können, z. B. die rechteckige Form, die in 3 gezeigt ist, oder alternativ eine Bogenform. Der Rotorkern 62 kann außerdem eine runde mittlere Öffnung zum Aufnehmen der Welle des Rotors 46 definieren.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Magneten 13, 13' eines oder mehrere aus dem Folgenden enthalten: Ferritmagneten, AINiCo-Magneten, Seltenerdmagneten (wie z. B., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Neodym-Eisen-Bor (NedFeB)) oder dergleichen. In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Magneten 13, 13' jeweils als ein einziges Stück eines Magneten gebildet sein. In anderen Ausführungsformen können die Magneten 13, 13' auch jeweils durch Stapeln mehrerer Magnetblöcke gebildet sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält der Hauptkörperbereich 35 ferner einen Mittelbereich 23 und einen verjüngten Bereich 25, wie in 7 gezeigt ist. Der verjüngte Bereich 25 ist mit dem Mittelbereich 23 verbunden und verjüngt sich von dem Mittelbereich 23 zu dem Montageabschnitt 17 hin und bewirkt dadurch, dass ein Übergangsabschnitt 29 zwischen dem Mittelbereich 23 und der verjüngten Zone 25 gebildet wird. Der Mittelbereich 23 ist ferner mit dem Nockenbereich 27 verbunden. In einigen weiteren Ausführungsformen befindet sich der Übergangsabschnitt 29 auf der Seitenverlängerungslinie b.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist, wie in 7 gezeigt ist, ferner ein zweiter Übergangsabschnitt 37 zwischen dem Hauptkörperbereich 35 und dem Nockenbereich 27 enthalten. Der zweite Übergangsabschnitt 37 ist ein Übergangsabschnitt zwischen dem Nockenbereich 27 und dem Hauptkörperbereich 35, insbesondere dem Mittelbereich 23, der durch die Ausdehnung des Nockenbereichs 27 zu dem Äußeren der Seitenverlängerungslinie b verursacht ist. Gemäß einigen weiteren Ausführungsformen kann sich der zweite Übergangsabschnitt 37 auf der Seitenverlängerungslinie b befinden, das heißt der Nockenbereich 27 erstreckt sich an dem zweiten Übergangsabschnitt 37 zu dem Äußeren der Seitenverlängerungslinie b.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind die Endlöcher 19 jedes Paars von Langschlitzen 15 und 15' symmetrisch in Bezug auf eine Zwischenachse c der V-förmigen Konfiguration 10. In einigen weiteren Ausführungsformen ist jedes Paar von Langschlitzen 15 und 15' vollständig symmetrisch in Bezug auf die Zwischenachse c der V-förmigen Konfiguration 10. Gemäß einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Zwischenachse c durch die Mitte des Rotorkerns 62 und schneidet die Mittelachse 54.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erstreckt sich der Nockenbereich 27 in einer Entfernung größer als 1 mm außerhalb der Seitenverlängerungslinie b des Montageabschnitts 17. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der Nockenbereich 27 in einer Entfernung größer als 1,5 mm außerhalb der Seitenverlängerungslinie b des Montageabschnitts 17. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der Nockenbereich 27 in einer Entfernung größer als 2 mm außerhalb der Seitenverlängerungslinie b des Montageabschnitts 17.
Ferner weist gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung der verjüngte Bereich 27 eine Breite d an einem Ende, das mit dem Montageabschnitt 17 verbunden ist, kleiner als eine Breite d' des Montageabschnitts auf, um die Magneten 13, 13' stabiler zu halten, wie in 7 gezeigt ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung befindet sich der Übergangsabschnitt 29 auf einer äußeren Seite der V-förmigen Konfiguration 10, wie in 7 gezeigt ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform befindet sich der zweite Übergangsabschnitt 37 ebenfalls auf der äußeren Seite der V-förmigen Konfiguration 10. In dem Kontext der vorliegenden Offenbarung bezieht sich die äußere Seite der V-förmigen Konfiguration 10 auf die Seite der Langschlitze 15, 15' entfernt von der Zwischenachse c und kann eine gekrümmte Form aufweisen.
Ferner sind gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die einigen Paare von Langschlitzen 15, 15' in Bezug auf die Mittelachse 54 des Rotorkerns 46 symmetrisch verteilt, wie in 5 gezeigt ist. 5 zeigt insgesamt 8 Paare von Langschlitzen 15, 15' und darin befindlichen Magneten 13, 13', es ist jedoch zu verstehen, dass der Rotorkern eine größere oder kleinere Anzahl von Langschlitzen 15, 15' und darin befindlichen Magneten 13, 13' enthalten kann.
Zusätzlich enthalten in einigen weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wie in 8 gezeigt ist, die einigen Paare von Langschlitzen 15, 15' mehrere Gruppen, und die V-förmigen Konfigurationen, die durch die mehreren Paare von Langschlitzen 15, 15' in jeder Gruppe gebildet sind, weisen in die gleiche radiale Richtung des Rotorkerns 46 und sind ineinander verschachtelt (oder ineinandergeschoben). In 8 ist die V-förmige Konfiguration 10' innerhalb der V-förmigen Konfiguration 10 verschachtelt, und die gleiche Zwischenachse c ist ihnen gemeinsam. 8 zeigt, dass jede Gruppe zwei verschachtelte V-förmige Konfigurationen 10, 10' enthält, jedoch können Fachleute verstehen, dass in praktischen Anwendungen jede Gruppe mehr V-förmige Konfigurationen 10' enthalten kann, das heißt mehr Paare von Langschlitzen und darin befindliche Magneten enthalten kann, wie z. B., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, 3 Paare, 4 Paare, 5 Paare, usw.
Gemäß einigen weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erstrecken sich die Nockenbereiche 27a auf den Langschlitzen 15, 15', die sich außerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen 10, 10' befinden, in einer größeren Entfernung als die Nockenbereiche 27b der Langschlitze 15'', 15''', die sich innerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen 10, 10' befinden. Wie in 8 gezeigt ist, bezieht sich die hier genannte Entfernung, in der sie sich erstrecken, auf die Entfernung von dem Nockenbereich zu dem Äußeren der Seitenverlängerungslinie b des Montageabschnitts 17. In dem Kontext der vorliegenden Offenbarung sind die „Langschlitze, die sich außerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen befinden“ und „die Langschlitze, die sich innerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen befinden“ hinsichtlich der Position der V-förmigen Konfigurationen relativ zueinander. Wenn die zwei Langschlitze verglichen werden, ist der Langschlitz, der relativ näher an der Zwischenachse c ist, der „Langschlitz, der sich innerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen befindet“, und der andere ist „die Langschlitze, die sich außerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen befindet“. Wenn jede Gruppe mehr Paare von Langschlitzen enthält, ist die Entfernung, in der sie sich erstrecken, des Nockenbereichs in der Reihenfolge der Entfernung von der Zwischenachse c geordnet, und der Nockenbereich des Langschlitzes, der weiter von der Zwischenachse c entfernt ist, erstreckt sich in einer größeren Entfernung außerhalb der Kantenverlängerungslinie b.
Als Nächstes ist auf 9 Bezug genommen, die einen Vergleich einer Luftspalt-Flussdichte der elektrischen Maschine, die gemäß der vorliegenden Offenbarung entworfen ist, und der elektrischen Maschine aus dem Stand der Technik zeigt. Es ist aus der Figur zu erkennen, dass an unterschiedlichen Rotorpositionen (0-180 Grad) der Entwurf gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu dem Entwurf aus dem Stand der Technik eine reduzierte Flussdichte aufweist.
Es wird auf die Berechnungsformel für den Kernverlust P Bezug genommen: $P = P_{h} + P_{c} + P_{e} = K_{h} f B_{m}^{2} + K_{c} f^{2} B_{m}^{2} + K_{e} f^{1.5} B_{m}^{1.5}$
Wobei P_h der Hystereseverlust ist, P_e der Wirbelstromverlust ist, P_c der Überschussverlust ist, K_h der Hystereseverlustkoeffizient ist, K_c der Wirbelstromverlustkoeffizient ist, K_e der Überschussverlustkoeffizient ist, B_m die Flussdichte ist und f die Frequenz ist. Es ist aus der Formel zu erkennen, dass das Quadrat der Flussdichte B_m proportional dem Kernverlust P ist. Mit anderen Worten kann selbst eine kleine Reduktion der Flussdichte B_m eine große Reduktion des Kernverlusts P erreichen. Gemäß Berechnungen wird, wenn der Strom 488 A ist, Gamma (elektrischer Winkel) = 52 Grad und Geschwindigkeit = 1000 U/min ist, mit dem Entwurf der vorliegenden Offenbarung der Kernverlust von 102,2692 (100 %) auf 99,9092 (97,7 %) reduziert, und der Verlust wird signifikant verbessert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist, wieder mit Bezug auf 7, auch ein Rotor 46 einer elektrischen Maschine, der den Rotorkern 62 enthält, bereitgestellt. Der Rotorkern 62 enthält mehrere Permanentmagneten 13 und einige Paare von Langschlitzen 15 und 15', die auf dem Rotorkern 62 ringsum verteilt sind. Jedes Paar von Langschlitzen 15 und 15' bildet gemeinsam eine V-förmige Konfiguration 10 mit einer Öffnung, die zu einer äußeren Umfangsfläche 21 des Rotorkerns 62 weist. Jeder der Langschlitze 15, 15' enthält einen Montageabschnitt 17, der mit der Form des Permanentmagneten 13 übereinstimmt, und ein Endloch 19. Die Endlöcher 19 befinden sich an Enden der Langschlitze 15, 15', die zu einer äußeren Umfangsfläche 21 zeigen, und enthalten einen Hauptkörperbereich 35 und einen Nockenbereich 27. Der Nockenbereich 27 erstreckt sich von einem Ende des Hauptkörperbereichs 35 benachbart der äußeren Umfangsfläche 21 zu einem Äußeren der V-förmigen Konfiguration 10, bis er sich teilweise außerhalb der Seitenverlängerungslinie b des Montageabschnitts befindet. In dem Kontext der vorliegenden Offenbarung bezieht sich „ein Ende des Hauptkörperbereichs 35 benachbart der äußeren Umfangsfläche 21“ auf das Ende des Hauptkörperbereichs 35, das von dem Montageabschnitt 17 am weitesten entfernt ist. Es ist zu verstehen, dass alle Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile, die vorstehend für den Rotor einer elektrischen Maschine gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, gleichermaßen auf den Rotor einer elektrischen Maschine gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung anwendbar sind, vorausgesetzt, dass sie einander nicht entgegenstehen. Das heißt, alle vorstehend genannten Ausführungsformen und ihre Varianten können direkt übertragen und damit kombiniert werden. Der Kürze der vorliegenden Offenbarung halber wird die Beschreibung hier nicht wiederholt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist mit Bezug auf 1 auch eine elektrische Fahrzeugmaschine 14, die den Rotor 46 einer elektrischen Maschine in irgendeiner der vorstehend genannten Ausführungsformen enthält, bereitgestellt. Ähnlich sind alle Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile, die vorstehend für den Rotor 46 einer elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, gleichermaßen für die elektrische Fahrzeugmaschine 14 gemäß der vorliegenden Offenbarung anwendbar und werden hier nicht wiederholt.
Zusammengefasst schlägt die vorliegende Offenbarung im Vergleich mit dem Stand der Technik einen Rotor einer elektrischen Maschine und eine elektrische Fahrzeugmaschine, die diesen enthält, vor. Der Rotor einer elektrischen Maschine und die elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung können den Kerngesamtverlust der elektrischen Maschine durch Ändern der lokalen Topologie des Rotors signifikant reduzieren, ohne die Gesamtproduktionskosten zu erhöhen und das Drehmoment zu reduzieren.
Wo es technisch möglich ist, können die mit Bezug mit den unterschiedlichen Ausführungsformen aufgelisteten technischen Merkmale miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung zu bilden.
In dieser Anmeldung soll die Verwendung von Disjunktiv den Konjunktiv enthalten. Die Verwendung bestimmter oder unbestimmter Artikel soll keine Kardinalität angeben. Insbesondere soll eine Bezugnahme auf „das“ Objekt oder „ein“ Objekt auch eines aus möglichen mehreren solcher Objekte bezeichnen. Ferner kann die Konjunktion „oder“ verwendet sein, um Merkmale zu übermitteln, die gleichzeitig vorhanden sind, anstatt wechselseitig ausschließender Alternativen. Mit anderen Worten sollte die Konjunktion „oder“ so verstanden werden, dass sie „und/oder“ enthält. Der Begriff „enthalten“ ist einschließend und weist den gleichen Umfang wie „umfassen“ auf.
Die vorstehend genannten Ausführungsformen sind mögliche Beispiele für Implementierungen der vorliegenden Offenbarung und sind nur zu dem Zweck gegeben, Fachleuten zu ermöglichen, die Prinzipien der Erfindung klar zu verstehen. Es ist durch Fachleute zu verstehen, dass die vorstehende Diskussion zu jeder Ausführungsform nur erläuternd ist und nicht dafür vorgesehen ist zu implizieren, dass der offenbarte Umfang der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung (einschließlich der Ansprüche) auf diese Beispiele beschränkt ist; unter dem Gesamtkonzept der Erfindung können die technischen Merkmale in den vorstehenden Ausführungsformen oder anderen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um viele andere ihrer Varianten in anderen Aspekten von Ausführungsformen der Erfindung zu produzieren, die der Kürze halber nicht in der genauen Beschreibung bereitgestellt sind. Deshalb soll jede Weglassung, Modifikation, äquivalente Ersetzung, Verbesserung usw., die innerhalb des Geistes und des Prinzips der Ausführungsform der Erfindung vorgenommen wird, in dem durch die Erfindung beanspruchten Schutzbereich enthalten sein.

Claims

Rotor einer elektrischen Maschine, der einen Rotorkern enthält, wobei der Rotorkern Folgendes umfasst: mehrere Magneten; und einige Paare von Langschlitzen, die ringsum auf dem Rotorkern verteilt sind, wobei jedes Paar von Langschlitzen gemeinsam eine V-förmige Konfiguration mit einer Öffnung, die zu einer äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns weist, bildet und jeder Langschlitz Folgendes umfasst: einen Montageabschnitt, der mit der Form des Magneten übereinstimmt; und ein Endloch, das sich an einem Ende des Langschlitzes, das zu der äußeren Umfangsfläche weist, befindet, wobei das Endloch einen Hauptkörperbereich und einen Nockenbereich enthält und sich der Nockenbereich von dem Hauptkörperbereich zu einem Äußeren der V-förmigen Konfiguration erstreckt, bis er sich teilweise außerhalb einer Seitenverlängerungslinie des Montageabschnitts befindet.
Rotor einer elektrischen Maschine nach Anspruch 1, wobei der Hauptkörperbereich ferner einen Mittelbereich und einen verjüngten Bereich, der sich von dem Mittelbereich zu dem Montageabschnitt hin verjüngt, um einen Übergangsabschnitt zwischen dem Mittelbereich und dem verjüngten Bereich zu bilden, umfasst.
Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, der ferner einen zweiten Übergangsabschnitt, der zwischen dem Hauptkörperbereich und dem Nockenbereich gebildet ist, umfasst.
Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Endlöcher jedes Paars von Langschlitzen in Bezug auf eine Zwischenachse der V-förmigen Konfiguration symmetrisch sind.
Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich der Nockenbereich in einer Entfernung größer als 1 mm außerhalb der Seitenverlängerungslinie des Montageabschnitts erstreckt.
Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der verjüngte Bereich eine Breite an einem Ende, das mit der Montageabschnitt verbunden ist, kleiner als eine Breite des Montageabschnitts aufweist.
Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei sich der Übergangsabschnitt auf einer Außenseite der V-förmigen Konfiguration befindet.
Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die einigen Paare von Langschlitzen in Bezug auf eine Mittelachse des Rotorkerns symmetrisch verteilt sind.
Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die einigen Paare von Langschlitzen mehrere Gruppen enthalten und die V-förmigen Konfigurationen, die durch die mehreren Paare von Langschlitzen in jeder Gruppe gebildet sind, in die gleiche radiale Richtung des Rotorkerns weisen und ineinander verschachtelt sind.
Rotor einer elektrischen Maschine nach Anspruch 9, wobei sich Nockenbereiche auf den Langschlitzen, die sich außerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen befinden, in einer größeren Entfernung erstrecken als die Nockenbereiche auf den Langschlitzen, die sich innerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen befinden.
Rotor einer elektrischen Maschine, der einen Rotorkern enthält, wobei der Rotorkern Folgendes umfasst: mehrere Permanentmagneten; einige Paare von Langschlitzen, die ringsum auf dem Rotorkern verteilt sind, wobei jedes Paar von Langschlitzen gemeinsam eine V-förmige Konfiguration mit einer Öffnung, die zu einer äußeren Umfangsfläche des Rotorkerns weist, bildet und jeder Langschlitz Folgendes umfasst: einen Montageabschnitt, der mit der Form des Permanentmagneten übereinstimmt; und ein Endloch, das sich an einem Ende des Langschlitzes, das zu dem äußeren Umfang zeigt, befindet, wobei das Endloch einen Hauptkörperbereich und einen Nockenbereich enthält und sich der Nockenbereich von einem Ende des Hauptkörperbereichs benachbart der äußeren Umfangsfläche zu einem Äußeren der V-förmigen Konfiguration erstreckt, bis er sich teilweise außerhalb einer Seitenverlängerungslinie des Montageabschnitts befindet.
Rotor einer elektrischen Maschine nach Anspruch 11, wobei der Hauptkörperbereich ferner einen Mittelbereich und einen verjüngten Bereich, der sich von dem Mittelbereich zu dem Montageabschnitt hin verjüngt, um einen Übergangsabschnitt zwischen dem Mittelbereich und dem verjüngten Bereich zu bilden, umfasst.
Rotor einer elektrischen Maschine nach Anspruch 11 oder 12, der ferner einen zweiten Übergangsabschnitt, der zwischen dem Hauptkörperbereich und dem Nockenbereich gebildet ist, umfasst.
Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Endlöcher jedes Paars von Langschlitzen in Bezug auf eine Zwischenachse der V-förmigen Konfiguration symmetrisch sind.
Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei sich der Nockenbereich in einer Entfernung größer als 1 mm außerhalb der Seitenverlängerungslinie des Montageabschnitts erstreckt.
Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der verjüngte Bereich eine Breite an einem Ende, das mit der Montageabschnitt verbunden ist, kleiner als eine Breite des Montageabschnitts aufweist.
Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei sich der Übergangsabschnitt auf einer äußeren Seite der V-förmigen Konfiguration befindet.
Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die einigen Paare von Langschlitzen mehrere Gruppen enthalten und die V-förmigen Konfigurationen, die durch die mehreren Paare von Langschlitzen in jeder Gruppe gebildet sind, in die gleiche radiale Richtung des Rotorkerns weisen und ineinander verschachtelt sind.
Rotor einer elektrischen Maschine nach Anspruch 18, wobei sich die Nockenbereiche auf den Langschlitzen, die sich außerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen befinden, in einer größeren Entfernung erstrecken als die Nockenbereiche auf den Langschlitzen, die sich innerhalb der verschachtelten V-förmigen Konfigurationen befinden.
Elektrische Fahrzeugmaschine, die den Rotor einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1-19 umfasst.