DE102006004537A1 - Elektrische Maschine - Google Patents

Abstract

Elektrische Maschine, umfassend mindestens einen permanenterregten Rotor (1) und/oder Stator, wobei mittels einer entlang des Umfangs des Rotors (1) und/oder Stators angeordneten Mehrzahl von Permanentmagneten (10) ein Magnetfeld zum Betrieb der elektrischen Maschine erzeugbar ist und die Permanentmagneten (10) jeweils aus einer Mehrzahl einzelner Magnetsegmente (20) mit gleicher Polarisierung zusammengesetzt sind, wobei zwischen benachbarten Magnetsegmenten (20) jeweils mindestens ein Zwischenraum vorgesehen ist, in welchem mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (25) angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Elektrische Maschinen arbeiten nach dem dynamoelektrischen Prinzip, wonach entweder die mechanischen Kräfte, die auf einen im Magnetfeld befindlichen stromdurchflossenen Leiter ausgeübt werden, z.B. als Antriebskräfte ausgenutzt werden (Elektromotor) oder aber die durch ein veränderliches Magnetfeld (bzw. die durch den Durchgang durch ein Magnetfeld) in einem Leiter induzierte Spannung bestimmter Größe und Richtung zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt wird (Generator).
• Einige elektrische Maschinen, insbesondere beispielsweise bürstenlose Gleichstrommaschinen, greifen dabei auf Permanentmagneten zur Erzeugung eines konstanten bzw. permanent vorhandenen Erregerfeldes zurück, die beispielsweise am Rotor der elektrischen Maschine angeordnet sein können und dann mit an einem Stator angeordneten Leiterbahnwicklungen zur Erzeugung elektrischer Energie bzw. mechanischer Kraft in Wechselwirkung treten können.
• Eine solche permanenterregte Gleichstrommaschine ist beispielsweise in der DE 4408719 C1 offenbart. Dabei handelt es sich um eine Generator-Elektromotor-Kombination, die als elektromagnetischer Drehmoment-Wandler oder elektromagnetisches Getriebe mit großer Spreizung beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit Hybridantriebsstruktur verwendbar ist. Dabei weist die Generator-Elektromotor-Kombination ein Gehäuse auf, in dem der Rotor und der Stator sowohl des Generators als auch des Elektromotors angeordnet sind, sowie einen an einer Eingangswelle befestigten hohlzylindrischen Generator-Rotor und einen an einer Ausgangswelle befestigten hohlzylindrischen Motor-Rotor, wobei die Rotoren axial nebeneinander liegen und an ihrer Innenseite in Umfangsrichtung verteilt Permanentmagneten mit wechselnder Polarität vorgesehen sind. Zudem ist ein axial verschiebbar angeordneter hohlzylindrischer Stator mit wenigstens einer Kurzschlusswicklung vorgesehen, die abhängig von der Stellung der Permanentmagneten der beiden Rotoren zueinander geschaltet wird. Mit Hilfe von Magnetfeldsensoren zwischen den Permanentmagneten wird die Polarität sich gegenüberliegender Permanentmagneten ermittelt und in Abhängigkeit von den Sensorsignalen die Kurzschlussleitung geschlossen oder geöffnet. Auf diese Weise lässt sich die Drehrichtung der Ausgangswelle einstellen, während die Positionierung der Kurzschlusswicklung unter den Permanentmagneten des Motor- oder Generator-Rotors die Drehzahl und das Abtriebsmoment der Ausgangswelle festlegt. Die Schaltung der Kurzschlusswicklung erfolgt dabei mit Hilfe von steuerbaren Halbleiterelementen, beispielsweise mittels bipolarer Transistoren.
• Der Erfindung liegt dabei das technische Problem zugrunde, eine verbesserte elektrische Maschine zu schaffen, die ein mittels Permanentmagneten erzeugtes Erregerfeld aufweist, wobei insbesondere der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht werden soll.
• Die Lösung des technischen Problems ergibt sich erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine „Stückelung" der Permanentmagneten, d.h. eine Unterteilung in voneinander elektrisch isolierte Segmente, die Entstehung von Wirbelströmen in den Permanentmagneten reduziert und somit Rotor- bzw. Statorverluste verringert, d.h. der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht werden kann. Dies wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine elektrische Maschine vorgeschlagen wird, umfassend mindestens einen permanenterregten Rotor und/oder Stator, wobei mittels einer entlang des Umfangs des Rotors und/oder Stators angeordneten Mehrzahl von Permanentmagneten ein Magnetfeld zum Betrieb der elektrischen Maschine erzeugbar ist und die Permanentmagneten jeweils aus einer Mehrzahl einzelner Magnetsegmente mit gleicher Polarisierung zusammengesetzt sind, wobei zwischen benachbarten Magnetsegmenten jeweils mindestens ein Zwischenraum vorgesehen ist, in welchem mindestens eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet ist. Die Entstehung von unerwünschten Wirbelströmen in den Permanentmagneten kann dabei zwei unterschiedliche Ursachen haben, die beide unabhängig voneinander vorliegen können. In elektrischen Leitern, die einen magnetischen Fluss ganz oder teilweise umschließen, wird aufgrund der hohen Beweglichkeit der freien Ladungsträger eine elektrische Spannung induziert, wenn der Leiter in dem Magnetfeld bewegt wird bzw. sich der magnetische Fluss durch diesen Leiter ändert. Neben dem im Erregerfeld befindlichen Stator bzw. Rotor sowie den daran angeordneten Kurzschlusswicklungen weist auch das Material der Permanentmagneten eine gewisse Stromleitfähigkeit auf. Zum einen führt nun die durch das permanente Erregerfeld hervorgerufene Spannungsinduktion in den Stator- bzw. Rotorwicklungen, die den Permanentmagneten gegenüber liegen, zur Entstehung eines die jeweilige Wicklung umgebenden Magnetfeldes. Dadurch entsteht eine sog. „Ankerrückwirkung" (welche im Falle von am Stator angeordneten Wicklungen zutreffender als „Stator-Rückwirkung" bezeichnet werden kann), welche sich in der Induktion einer unerwünschten Spannung in den Permanentmagneten äußert, die sich in dem von der betreffenden Wicklung. erzeugten und dieselbe umgebenden Magnetfeld bewegen. Diese Spannung führt zu in sich geschlossenen Wirbelströmen in dem jeweiligen Permanentmagneten. Zum anderen kann eine Ursache für die Entstehung von unerwünschten Wirbelströmen in den Permanentmagneten auch in der Rotation der Permanentmagneten um den Stator bzw. Rotor, beispielsweise aufgrund der Geometrie des Stators bzw. Rotors, liegen. Da die Wicklungen des Stators bzw. Rotors in der Regel in Nuten eines aus Eisen ausgebildeten Stators bzw. Rotors angeordnet sind und die Zwischenräume zwischen den Wicklungen dann durch eisernes Stator- bzw. Rotormaterial, sog. „Zähne", ausgefüllt werden, führt die Relativbewegung dieser eisernen Zähne während der Rotation gegenüber den Permanentmagneten zu einer ständigen Änderung der Eisenfläche über dem jeweiligen Permanentmagneten und somit auch zu ständigen Änderungen des magnetischen Flusses des von den Permanentmagneten erzeugten Erregerfeldes. Da der jeweilige Permanentmagnet sich als elektrischer Leiter ebenfalls in dem von ihm selbst erzeugten Erregerfeld befindet, führt die Änderung des magnetischen Flusses im Erregerfeld aufgrund von Eigeninduktion auch zu einer Spannung in dem jeweiligen Permanentmagneten. Auch diese durch Eigeninduktion hervorgerufene Spannung führt zu in sich geschlossenen Wirbelströmen in dem Permanentmagneten, welche zur Erwärmung des Magnetmaterials und damit zu Verlusten, d.h. zur Verringerung des Wirkungsgrades der elektrischen Maschine führen. Die sowohl auf die eine als auch auf die andere Art entstehenden Wirbelströme erzeugen dabei nach der Lenzschen Regel ein dem "ursprünglichen" Magnetfeld, d.h. dem die Wicklung umgebenden Ankerrückwirkungsfeld bzw. dem Erregerfeld, entgegengesetztes Magnetfeld. Die im Permanentmagneten induzierte Spannung entspricht dabei U = A dB/dt, wobei A die Fläche des Permanentmagneten ist und dB/dt die zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte. Die Wirbelstromverluste nehmen dabei mit der magnetischen Flussdichte und deren Frequenz quadratisch zu. Unterteilt man nun bei einer gattungsgemäßen permanenterregten elektrischen Maschine die dem Spannung induzierenden Magnetfeld zugewandte Fläche der Permanentmagneten in elektrisch voneinander isolierte Magnetsegmente, so wird in den einzelnen Magnetsegmenten durch die geringere Fläche A weniger Spannung induziert und der ohmsche Widerstand für den Wirbelstrom wird größer. Aufgrund dieser Aufteilung des Permanentmagneten in Magnetsegmente werden die Wirbelstromverluste stark reduziert.
• Was nun den Abstand der im Rotor bzw. Stator angeordneten Permanentmagneten zur Erzeugung des Erregerfeldes anbelangt, so ist für einen bestmöglichen Wirkungsgrad ein möglichst geringer Abstand anzustreben, da damit dann ein stärkeres bzw. breiter wirkendes und im Idealfall „lückenloses" Magnetfeld erzeugbar ist. Insbesondere bei elektrischen Maschinen, die Permanentmagneten mit wechselnder Polarität zur Erzeugung des Erregerfeldes verwenden, beispielsweise bürstenlose Gleichstrommaschinen, darf der Abstand zwischen zwei Permanentmagneten entgegengesetzter Polarität jedoch wiederum nicht zu gering sein, da ein geringerer Abstand zu einem umso abrupteren Wechsel der Polarität des Feldes und damit zu einer umso stärkeren Änderung des magnetischen Flusses führt, was wiederum umso höhere Wirbelstromverluste nach sich ziehen würde. Werden jedoch die Wirbelstromverluste erfindungsgemäß durch Segmentierung der Permanentmagneten reduziert, so können nun auch geringere Abstände bzw. breitere Permanentmagneten mit geringeren Luftspalten gewählt werden, so dass die Wirbelstromverluste dennoch lediglich im noch akzeptablen Bereich liegen. Durch die geringeren Abstände zwischen den Permanentmagneten lässt sich auf diese Weise also der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine deutlich verbessern.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Permanentmagneten in Längsrichtung aus den Magnetsegmenten zusammengesetzt, welche quer zur Längsrichtung der Permanentmagneten verlaufen. Einerseits ist zur möglichst optimalen Reduzierung der Wirbelstromverluste eine „Stückelung" der Permanentmagneten in möglichst viele möglichst schmale Segmente anzustreben. Werden die Segmente jedoch schmaler gewählt, entstehen andererseits auch mehr Zwischenräume, die mit einer elektrisch isolierenden Schicht ausgefüllt werden müssen und somit nicht zur Erzeugung des Magnetfeldes beitragen können. Somit ist also auch eine möglichst geringe Gesamtlänge von Zwischenräumen zwischen den Magnetsegmenten anzustreben, um den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine nicht unnötig zu verringern. Insbesondere ist darauf zu achten, dass die elektrisch isolierende Schicht zwischen zwei Magnetsegmenten nicht dicker ist als die Magnetsegmente selbst. Zwar ist auch eine Segmentierung quer zur Längsrichtung der Permanentmagneten (mit in Längsrichtung der Permanentmagneten verlaufenden Magnetsegmenten) vorstellbar, um den beabsichtigten erfindungsgemäßen Effekt zu erzielen, vorzugsweise erstrecken sich jedoch die Magnetsegmente quer zur Längsrichtung der Permanentmagneten. Auf diese Weise lässt sich ein bestmöglicher Kompromiss aus einer möglichst hohen Anzahl von möglichst schmalen Magnetsegmenten gegenüber einer möglichst geringen Gesamtlänge der Zwischenräume erzielen. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist auch eine kombiniert vorliegende Segmentierung der Permanentmagneten sowohl in Längs- als auch in Querrichtung vorstellbar, so dass diese dann jeweils sowohl längs als auch quer aus würfel- bzw. quaderförmigen Segmenten zusammengesetzt sind. Dadurch lässt sich die Fläche der Segmente zusätzlich verkleinern und somit die Wirbelstromverluste weiter reduzieren. Weiter vorzugsweise ist darauf zu achten, dass die Segmentierung der Permanentmagneten in axialer Richtung des Rotors bzw. Stators verläuft. Auf diese Weise lassen sich nicht nur die auf der Eigeninduktion der Permanentmagneten beruhenden, sondern auch die durch die Ankerrückwirkung hervorgerufenen Wirbelstromverluste effektiv reduzieren.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Permanentmagneten in axialer Richtung und die Magnetsegmente in tangentialer Richtung des Rotors und/oder Stators ausgerichtet, wobei sowohl die Permanentmagneten als auch die Magnetsegmente in radialer Richtung des Rotors/Stators polarisiert sind. Hinsichtlich der Dimensionierung und Ausrichtung der Permanentmagneten ist zum einen deren möglichst große Ausdehnung in axialer Richtung vorteilhaft, da dann ein stärkeres Magnetfeld erzeugbar und somit eine bessere Leistung erzielbar ist. Außerdem können sich dadurch dann bei bestimmten bevorzugten Verwendungen der elektrischen Maschine, beispielsweise in einem elektrischen Getriebe, weitere Vorteile ergeben, beispielsweise eine größere mögliche Getriebespreizung. Insbesondere bei bürstenlosen Gleichstrommaschinen, die mit Permanentmagneten alternierender Polaritäten operieren, ist zudem eine niedrigere Ausdehnung der Permanentmagneten in tangentialer Richtung vorteilhaft, da dann größere Umschaltfrequenzen entsprechend der in kürzeren Abständen alternierenden Polarität der Permanentmagneten vorliegen, was wiederum zu einer besseren Laufruhe der elektrischen Maschine führt. Außerdem lässt sich dann durch eine Erhöhung der Anzahl der Polpaare die elektrische Maschine als Hochspannungsmaschine mit besserer Leistungscharakteristik ausbilden. Somit sind die Permanentmagneten vorzugsweise länglich ausgebildet und in axialer Richtung des Rotors bzw. Stators ausgerichtet. Dies im Blick, gekoppelt mit der Erkenntnis, dass eine Aufteilung in möglichst schmale Magnetsegmente eine Reduktion der Wirbelstromverluste in den Permanentmagneten zur Folge hat, führt dazu, dass eine möglichst schmale Ausdehnung der Magnetsegmente (im Rahmen der bereits weiter oben beschriebenen Einschränkungen hinsichtlich der zu berücksichtigenden Zwischenräume) sowohl in axialer als auch in tangentialer Richtung zu bevorzugen ist. Die möglichst schmale Ausbildung der Magnetsegmente zur Reduktion der Wirbelstrombildung ist wiederum insbesondere bei bürstenlosen Gleichstrommaschinen mit hoher Leistungscharakteristik vorteilhaft, da eine dabei vorgesehene höhere Anzahl von Polpaaren, d.h. Permanentmagneten, eine Erhöhung der erforderlichen Umschaltfrequenz mit sich bringt und die Frequenzerhöhung wiederum zu höheren Wirbelströmen in den Permanentmagneten führt, welche zugunsten eines zufrieden stellenden Wirkungsgrades der elektrischen Maschine zu vermeiden sind bzw. beispielsweise durch erfindungsgemäße Segmentierung verringert werden können. Da jedoch die tangentiale Ausdehnung der Permanentmagneten – abhängig von der zu bewältigenden Umschaltfrequenz – in der Regel konstruktiv größer zu wählen ist als die möglichst schmale axiale Ausdehnung der Magnetsegmente, sind somit auch die Magnetsegmente vorzugsweise länglich ausgebildet, d.h. in tangentialer Richtung breiter als in axialer Richtung. Somit sind die Magnetsegmente dann bei der bevorzugten Anordnung quer zur Ausrichtung der Permanentmagneten vorzugsweise in tangentialer Richtung des Rotors bzw. Stators ausgerichtet. Um nun die Erzeugung eines gerichteten Erregerfeldes trotz der Segmentierung der Permanentmagneten aufrecht erhalten zu können, ist des Weiteren eine einheitliche Polarisierung der Magnetsegmente innerhalb eines einzelnen Permanentmagneten zu gewährleisten. Da die Wirkrichtung des von den Permanentmagneten zu erzeugenden magnetischen Erregerfeldes radial ins Zentrum des Rotors und/oder Stators bzw. alternierend auch von diesem weg verlaufen soll, ist demnach auch für die einzelnen Magnetsegmente innerhalb eines Permanentmagneten eine gemeinsame Polarisierungsrichtung zu wählen, die in radialer Richtung des Rotors und/oder Stators verläuft.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die elektrisch isolierende Schicht als Klebstoff ausgebildet, welcher die Magnetsegmente haftend zusammenfügt. Auf diese Weise erfüllt die elektrisch isolierende Schicht eine Doppelfunktion und trägt neben der Isolation der einzelnen Magnetsegmente auch zu deren Fixierung sowie zur Stabilisierung des Permanentmagneten bei.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die elektrische Maschine als Generator-Elektromotor-Kombination ausgebildet, die als elektromagnetischer Drehmomentwandler oder elektromagnetisches Getriebe mit großer Spreizung verwendbar ist und mindestens einen Generator-Rotor und mindestens einen Motor-Rotor umfasst, auf deren Innenseite die Permanentmagneten entlang des Umfangs angeordnet sind. Generator-Elektromotor-Kombinationen, wie beispielsweise die in der DE 4408719 C1 offenbarte permanenterregte Gleichstrommaschine, bieten den Vorteil einer stufenlosen und nahezu verschleißfreien Drehmoment- bzw. Drehzahlübertragung und -wandlung. Da solche Generator-Elektromotor-Kombinationen jedoch mit einer vergleichsweise hohen Anzahl von Polpaaren, d.h. mit alternierender Polarität angeordneten Permanentmagneten, operieren, erfordern diese zu ihrem Betrieb auch besonders hohe Umschaltfrequenzen zur korrekten Beschattung der Kurzschlusswicklungen. Dabei treten aufgrund der hohen Frequenzen in besonderem Maße Wirbelstromverluste in den Permanentmagneten auf, was sich durch eine erfindungsgemäße Segmentierung der verwendeten Permanentmagneten in vorteilhafter Weise verringern lässt.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
• 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Rotors einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
• 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Permanentmagneten in einer perspektivischen Ansicht,
• 3 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Permanentmagneten in einer Draufsicht und
• 4 eine schematische Darstellung der gleichen bevorzugten Ausführungsform eines Permanentmagneten in einer Seitenansicht.
• 1 zeigt schematisch einen Rotor 1 einer Generator-Elektromotor-Kombination, die als elektromagnetischer Drehmoment-Wandler oder elektromagnetisches Getriebe verwendbar ist. Der dargestellte Rotor 1 ist dabei als hohlzylindrischer Generator-Rotor ausgebildet und an einer Antriebswelle 5 befestigt. An der Rotorinnenseite 2 ist dabei eine entlang des Umfangs des Rotors 1 angeordnete Mehrzahl von Permanentmagneten 10 mit wechselnder Polarität 13 vorgesehen. Mittels der entlang des Umfangs des Rotors 1 verteilten Permanentmagneten 10 wird ein Magnetfeld zum Betrieb der elektrischen Maschine erzeugt. Als weiterer Bestandteil der elektrischen Maschine ist ein (nicht dargestellter) axial verschiebbar angeordneter hohlzylindrischer Stator mit wenigstens einer Kurzschlusswicklung vorgesehen, die abhängig von der Stellung der Permanentmagneten 10 des Rotors 1 zueinander geschaltet wird. Die Permanentmagneten 10 sind jeweils aus einer Mehrzahl einzelner Magnetsegmente 20 mit gleicher Polarität 13 zusammengesetzt (vgl. 2). Zwischen benachbarten Magnetsegmenten 20 ist dabei jeweils ein Zwischenraum vorgesehen, in welchem eine als Klebstoff ausgebildete elektrisch isolierende Schicht 25 angeordnet ist, durch die die Magnetsegmente 20 haftend zusammenfügt werden. Zwischen den auf der Rotorinnenseite 2 angeordneten Permanentmagneten 10 entgegengesetzter Polarität 13 ist jeweils ein Abstand 12 vorgesehen. Dieser darf nicht zu gering sein, da ein besonders geringer Abstand 12 zu einem besonders abrupten Wechsel der Polarität 13 des Magnetfeldes und damit zu einer besonders starken Änderung des magnetischen Flusses führt. Eine starke magnetische Flussänderung zieht jedoch hohe Wirbelstromverluste nach sich. Da aber bei dem in 1 dargestellten Rotor 1 die Wirbelstromverluste erfindungsgemäß durch Stückelung der Permanentmagneten 10 in Magnetsegmente 20 reduziert werden, sind hier vergleichsweise geringe Abstände 12 zwischen den Permanentmagneten 10 vorgesehen, so dass der Wirkungsgrad des Rotors 1 erhöht wird, während die Wirbelstromverluste dennoch im noch akzeptablen Bereich liegen. Die Stückelung der Permanentmagneten 10 in Magnetsegmente 20 verläuft dabei in axialer Richtung 6 des Rotors 1, um nicht nur die auf der Eigeninduktion der Permanentmagneten 10 beruhenden, sondern auch die durch die Ankerrückwirkung hervorgerufenen Wirbelstromverluste zu reduzieren. Die Permanentmagneten 10 sind dabei in axialer Richtung 6 und die Magnetsegmente 20 in tangentialer Richtung 8 des Rotors 1 ausgerichtet. Sowohl die Permanentmagneten 10 als auch die Magnetsegmente 20 sind in radialer Richtung 7 des Rotors 1 polarisiert. Die Permanentmagneten 10 sind vorzugsweise länglich ausgebildet und in axialer Richtung 6 des Rotors 1 ausgerichtet. Auch die Magnetsegmente 20 sind vorzugsweise länglich ausgebildet, d.h. in tangentialer Richtung 8 breiter als in axialer Richtung 6. Somit sind die Magnetsegmente 20 dann bei der dargestellten bevorzugten Anordnung quer zur Ausrichtung der Permanentmagneten 10 vorzugsweise in tangentialer Richtung 8 des Rotors 1 ausgerichtet.
• 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines Permanentmagneten 10 zur Verwendung in einem vorzugsweise antriebsseitigen Rotor 1 einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in einer perspektivischen Ansicht. Dabei ist zu erkennen, dass die Permanentmagneten 10 in Längsrichtung 15 aus den Magnetsegmenten 20 zusammengesetzt sind, welche quer zur Längsrichtung 15 der Permanentmagneten 10 verlaufen. Vorzugsweise kann dabei eine Stückelung für die antriebsseitige Verwendung des Permanentmagneten 10 beispielsweise in vierzehn Magnetsegmente erfolgen. Diese Aufteilung entspricht einem bestmöglichen Kompromiss aus einer möglichst hohen Anzahl von möglichst schmalen Magnetsegmenten 20 gegenüber einer möglichst geringen Gesamtlänge der mit elektrisch isolierenden Schichten 25 versehenen Zwischenräume. Weiter vorzugsweise kann der Permanentmagnet 10 für die Verwendung in einem an der Antriebswelle 5 angebrachten Rotor 1 beispielsweise eine Länge von 70 mm, eine Breite von 26,5 mm und eine Höhe von 6 mm aufweisen. In diesem Falle beträgt die Ausdehnung eines Magnetsegments 20 in Längsrichtung 15 des Permanentmagneten 10 bei einer Stückelung in vierzehn Magnetsegmente 20 beispielsweise 5 mm. Da die Wirkrichtung des von dem Permanentmagneten 10 zu erzeugenden magnetischen Erregerfeldes in radialer Richtung 7 des Rotors 1 verlaufen soll, ist demnach auch für die einzelnen Magnetsegmente 20 innerhalb des Permanentmagneten 10 eine gemeinsame Polarisierungsrichtung vorgesehen, die in radialer Richtung 7 des Rotors 1 verläuft. Demnach zeigen die Polaritäten 13 der Magnetsegmente 20 innerhalb des einzelnen Permanentmagneten 10 alle einheitlich in die gleiche Richtung, nämlich senkrecht zur Oberfläche 14 der Magnetsegmente 20.
• 3 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Permanentmagneten 10 zur Verwendung in einem vorzugsweise abtriebsseitigen Rotor 1 einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in einer Draufsicht. Aufgrund der bevorzugten abtriebsseitigen Verwendung des Permanentmagneten 10 wurde hier, anders als in der in
• 1 und 2 dargestellten Ausführungsform, beispielhaft eine weitere bevorzugte Stückelung in zwanzig Magnetsegmente 20 vorgesehen. Der Permanentmagnet 10 weist dabei dann beispielsweise eine Länge von 100 mm, eine Breite von 26,5 mm und eine Höhe von 6 mm auf, so dass auch hier die Ausdehnung eines Magnetsegments 20 in Längsrichtung 15 des Permanentmagneten 10 bei einer Stückelung in zwanzig Magnetsegmente 20 beispielsweise 5 mm beträgt.
• 4 zeigt schematisch die gleiche bevorzugte Ausführungsform des Permanentmagneten 10 in einer Seitenansicht. Dabei ist insbesondere zu erkennen, dass der Permanentmagnet 10 und damit auch die Magnetsegmente 20 an der Oberfläche 14 eine leichte radiale Krümmung aufweisen, um möglichst passgenau an der Rotorinnenseite 2 (vgl. 1) in axialer Richtung 6 ausgerichtet entlang des Umfangs des Rotors 1 angeordnet werden zu können.

1

Rotor

2

Rotorinnenseite

5

Antriebswelle

6

axiale Richtung

7

radiale Richtung

8

tangentiale Richtung

10

Permanentmagnet

12

Abstand

13

Polarität

14

Oberfläche

15

Längsrichtung

20

Magnetsegment

25

elektrisch isolierende Schicht

Claims (5)

1. Elektrische Maschine, umfassend mindestens einen permanenterregten Rotor (1) und/oder Stator, wobei mittels einer entlang des Umfangs des Rotors (1) und/oder Stators angeordneten Mehrzahl von Permanentmagneten (10) ein Magnetfeld zum Betrieb der elektrischen Maschine erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (10) jeweils aus einer Mehrzahl einzelner Magnetsegmente (20) mit gleicher Polarisierung zusammengesetzt sind, wobei zwischen benachbarten Magnetsegmenten (20) jeweils mindestens ein Zwischenraum vorgesehen ist, in welchem mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (25) angeordnet ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (10) in Längsrichtung (15) aus den Magnetsegmenten (20) zusammengesetzt sind, welche quer zur Längsrichtung (15) der Permanentmagneten (10) verlaufen.
3. Elektrische Maschine nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (10) in axialer Richtung (6) und die Magnetsegmente (20) in tangentialer Richtung (8) des Rotors (1) und/oder Stators ausgerichtet sind, wobei sowohl die Permanentmagneten (10) als auch die Magnetsegmente (20) in radialer Richtung (7) des Rotors (1) und/oder Stators polarisiert sind.
4. Elektrische Maschine nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (25) als Klebstoff ausgebildet ist, welcher die Magnetsegmente (20) haftend zusammenfügt.
5. Elektrische Maschine nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Generator-Elektromotor-Kombination ausgebildet ist, die als elektromagnetischer Drehmomentwandler oder elektromagnetisches Getriebe mit großer Spreizung verwendbar ist und mindestens einen Generator-Rotor und mindestens einen Motor-Rotor umfasst, auf deren Innenseite die Permanentmagneten (10) entlang des Umfangs angeordnet sind.