Investigation of permanent magnet synchronous machines with buried magnets and carbon fiber sleeve for automotive application

Due to the limited space available in vehicles, traction drives with high torque densities are a key objective of machine design in the automotive sector. In order to be able to dispense with a multispeed transmission and still achieve high vehicle end speeds, there is also the design objective of a high motor speed. Therefore, permanent magnet synchronous machines with buried magnets are preferred. In the following, a rotor concept is presented as a combination of buried rotor magnets and a carbon fiber sleeve in order to eliminate the radial and tangential rotor iron ribs. The resulting reduction in magnetic flux leakage, in combination with high mechanical strength, leads to an increased magnet utilization for the air-gap field and, thus, allows for a high torque density as well as high maximum speed. A disadvantage, however, is the increased manufacturing effort required for the production and assembly of the carbon fiber sleeve.

Aufgrund des begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraums in Fahrzeugen sind Traktionsantriebe mit hohen Drehmomentdichten ein wesentliches Ziel der Maschinenauslegung im Automobilsektor. Um auf ein Mehrganggetriebe verzichten zu können und dennoch hohe Fahrzeugendgeschwindigkeiten zu erzielen, besteht zudem das Auslegungsziel einer hohen Motordrehzahl. Bevorzugt werden daher permanentmagneterregte Synchronmaschinen mit vergrabenen Magneten eingesetzt. Im Folgenden wird ein Rotorkonzept als Kombination aus vergrabenen Rotormagneten und Kohlefaserbandage vorgestellt, um so die radialen sowie tangentialen Rotoreisenstege zu eliminieren. Die hierdurch erzielte Reduktion des Magnetstreuflusses in Kombination mit einer hohen mechanischen Festigkeit führt zu einer erhöhten Magnetausnutzung für das Luftspaltfeld und erlaubt somit eine hohe Drehmomentdichte bei gleichzeitig hoher Maximaldrehzahl. Nachteilig ist allerdings ein erhöhter Fertigungsaufwand für die Herstellung und Montage der Kohlefaserbandage.