CH672701A5

CH672701A5 -

Info

Publication number: CH672701A5
Application number: CH346385A
Authority: CH
Inventors: Karl Zolliker
Original assignee: Landert Motoren Ag
Priority date: 1984-08-14
Filing date: 1985-08-13
Publication date: 1989-12-15
Also published as: DE3429813A1; DE3429813C2

Description

BESCHREIBUNG Diese Erfindung geht von einem Synchronmotor mit permanentmagnetischer Erregung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen, zum Beispiel in der DE-A-2 252 922 gezeigten Synchronmotor handelt es sich um einen Innenläufer, wobei in den Nuten des Rotors stabförmige Permanentmagnete angeordnet sind. Die Längsachse der Permanentmagnete ist senkrecht zur Längsachse der Rotorwelle und tangential zum Umfang der Rotorwelle ausgerichtet. Im Quer- ■

schnitt durch den Rotor liegen also die Permanentmagnete etwa auf der gleichen Radiuslinie um die Rotor welle herum. Damit ist jedoch der Nachteil verbunden, dass ein solcher Innenläufer-motor nur relativ geringe Drehzahlen bewältigt, nachdem bei höheren Drehzahlen die Zentrifugalkräfte auf die Permanentmagnete so gross werden, dass der Rotor den entstehenden mechanischen Belastungen, insbesondere bei einer Anordnung der Permanentmagnete in radial auswärts offenen Nuten, nicht mehr standhält. Auch ergibt sich durch die ungleichmässige oder nicht-gleichabständliche Anordnung der Käfigstäbe des Kurzschlusskäfigs um den Umfang des Rotors ein ungünstiger asynchroner Anlauf.

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Synchronmotor der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass er für wesentlich höhere Drehzahlen, wie sie sich beispielsweise bei Speisung mit Wechselstrom höherer Frequenzen ergeben, geeignet sind.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des nebengeordneten Anspruchs 2 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Der sich dadurch am Aussenumfang des Rotors ausbildende, durchgehende und den Rotor vollständig umschliessende Ring fängt die in den Nuten auftretenden und radial nach aussen wirkenden Zentrifugalkräfte der Permanentmagnete in idealer Weise auf und leitet die Kräfte über die in den Zwischenräumen zwischen den Nuten verbleibenden Speichen in den radial inneren Teil des Rotor-Blechpaketes ein.

Der Ring und die Speichen werden in bezug auf gute Materialausnutzung sowie auf gute magnetische und mechanische Anforderung dimensioniert.

Vorteilhaft werden die Permanentmagnete in den Nuten in einem Zwei-Komponenten-Harz eingebettet, so dass sich hierdurch ein homogener, kräftesymmetrischer Rotorkörper ausbildet, der in der Lage ist, ausserordentlich hohe Zentrifugalkräfte aufzunehmen. Die zulässige Drehzahl des erfindungsgemäs-sen Synchronmotors ist daher gegenüber bekannten Synchronmotoren wesentlich steigerbar.

Durch die Wahl von Permanentmagneten verschiedener Dicke oder durch Weglassen von Magneten in vorbestimmten Nuten im Rotorblechpaket kann eine Sinus-Feldverteilung angenähert werden. Diese Bauart erlaubt die Verwendung von einfachen Stanzwerkzeugen im Einzelnut-Verfahren.

Als Material für die Permanentmagnete wird eine Seltene Erde-Kobalt-Sinterverbindung (SECO) bevorzugt, da derartige Magnete in der stabförmigen Bauart günstiger als Keramik-Magnete sind und einen relativ kleinen Abstand zwischen Luftspalt und Kurzschlusskäfig ermöglichen. Das asynchrone Drehmoment ist dadurch besser.

Um eine genügende Induktion B im Luftspalt zu erhalten, muss die Magnetfläche je Pol möglichst der Polfläche entsprechen. Die Dicke der Permanentmagnete richtet sich nach der benötigten Feldstärke H.

Wenn die Käfigstäbe des Kurzschlusskäfigs im Sinne des Anspruchs 2 zwischen den Permanentmagneten auf gleichem Teilkreis angeordnet werden, so geht dies auf Kosten der Magnete bzw. des erreichbaren Flusses. Zusätzlich ergeben sich Probleme beim Verlöten der Käfigstäbe zu einem geschlossenen Kurzschlusskäfig und darüber hinaus ist der Einbau der Permanentmagnete schwieriger zu bewerkstelligen.

Die genaue Form der Käfigstäbe, welche auf einem Teilkreis radial einwärts hinter den Permanentmagneten angeordnet sind und deren Lage (entweder auf Lücke mit den Permanentmagneten oder auf einem gleichen Radiusstrahl) ist nur bezogen auf die zulässige Induktion im verbleibenden Eisenquerschnitt von einiger Bedeutung.

In einer Weiterbildung des Gegenstandes vorliegender Anmeldung ist vorgesehen, die Permanentmagnete statt mit Giess5

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harz mit Aluminium zu vergiessen. Die Permanentmagnete müssen nach diesem Arbeitsgang am fertigen Rotor magneti-siert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Zeichnungsfiguren in mehreren Ausführungsformen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt:

Figur 1 schematisch dargestellt eine Ansicht eines Rotors gemäss der Erfindung;

Figur 2 eine Teil-Draufsicht auf eine Rotorlamelle gemäss der Erfindung;

Figur 3 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Rotor nach der Erfindung mit Darstellung des Vergiessens oder Ein-giessens der Permanentmagnete;

Figur 4 schematisch eine Darstellung der Induktion im Luftspalt, gemessen über den Drehwinkel bei in der Ebene abgewickeltem Motor;

Figur 5 die gleiche Darstellungsform wie Figur 4, jedoch mit veränderter Rotorbestückung;

Figur 6 die gleiche Darstellungsform wie Figur 4, jedoch mit nochmals geänderter Rotorbestückung.

Bei dem in der Figur 1 gezeigten Rotor 1 ist das Rotorblechpaket 26, aus einzelnen Rotorlamellen 27 (Figur 2) bestehend, in drehfester Anordnung mit der Rotorwelle 2 verbunden. Im Rotorblechpaket 26 sind Nuten 28 (Figur 2) für das Einbringen von Käfigstäben 3 eines Kurzschlusskäfigs 4 angeordnet. Radial auswärts der Nuten 28 für die Käfigstäbe 3 sind Nuten 6 für die Aufnahme der im Querschnitt rechteckförmigen Permanentmagnete 8 vorgesehen.

Die Längsachsen 29 der Nuten 6 verlaufen parallel zur Längsachse der Rotorwelle 2 und weisen einen gegenseitigen zirkulären Abstand 31 auf.

Zur besseren Übersicht ist in der Figur 1 eine Nut 6 in voller Länge aufgeschnitten dargestellt, woraus ersichtlich wird, dass mehrere gleichartige Permanentmagnete 8 längs hintereinander-liegend in die jeweilige Nut 6 eingeschoben werden können.

Die Nuten sind von der Stirnseite 5 des Rotors 1 her in das Rotorblechpaket 26 eingebracht und radial auswärts in Richtung zum äusseren Mantel 7 vollständig geschlossen, so dass der Mantel 7 durch einen umlaufenden in sich geschlossenen Ring 30 gebildet wird, welcher die von den Permanentmagneten 8 radial auswärts weisenden Zentrifugalkräfte aufnimmt und über die jeweiligen einzelnen Rotorlamellen 27 des Rotorblechpakets 26 auf die Rotorwelle 2 überträgt.

Die Figur 3 zeigt die Einbettung der Permanentmagnete 8 in den zugeordneten Nuten 6 des Rotorblechpaketes 26. Bei die672 701

sem Arbeitsgang wird bei aufrechtstehendem Rotor 1 an der unteren Stirnseite ein Formstück 10 mit einem innenliegenden Dichtring 12 befestigt, der verhindert, dass das oben in die Nut 6 eingegossene Giessharz 11 unten entweicht.

Die obere Stirnseite 5 des Rotorblechpaketes 26 umschliesst ein oberes Formstück 9, wodurch das Giessharz 11 aus einem geeigneten Behälter leicht in die oben offene Nut 6 eingegossen werden kann, in der, wie ersichtlich, bereits mehrere gleichartige Permanentmagnete 8 hintereinander eingebracht sind.

Um einen hinreichenden Durchfluss des Kunstharzes in der Nut 6 um die Permanentmagnete 8 herum zu erreichen, wird dieses vorteilhaft auf etwa 120°C erwärmt und dann erst eingegossen. Nach der Aushärtung des Giessharzes ist so ein Rotor hoher mechanischer Festigkeit geschaffen, der auch hohe Zentrifugalkräfte aufzunehmen imstande ist. Die Permanentmagnete 8 haben in den Nuten 6 vorteilhafterweise ein Spiel von ca. 0,1 mm, um ein Vorbeifliessen des Kunstharzes zu gewährleisten.

Die Figur 4 stellt den einfachsten Fall einer Feldverteilung dar, nämlich den einer rechteckigen Feldverteilung 20, die dadurch erreicht wird, dass in der Abwicklung die Magnetanordnung 23 so getroffen ist, dass auf eine Reihe gleichstarker Permanentmagnete mit zum Beispiel obenliegender Nordpolung, eine gleiche Reihe gleichstarker Permanentmagnete mit obenliegender Südpolung folgt. Die im Idealfall gewünschte sinusförmige Kurve 19 wird hierdurch nur ungenügend angenähert.

Eine bessere Annäherung an eine sinusförmige Kurve 19 wird in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 gezeigt, wo an bestimmten Stellen Nuten 6 leer bleiben, d.h. nicht mit Permanentmagneten 8 belegt sind. In der schematisiert dargestellten Magnetanoidnung 24 ist an dieser Stelle eine «0» eingetragen.

Die sich daraus ergebende rechteckförmige, mit 21 bezeichnete Feldverteilung zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich der «0»-Durchgänge der sinusförmigen Kurve 19 die magnetische Induktion B im Bereich der Lücke 22 gleich «0» ist. Die rechteckförmige Feldverteilung 21 wird also über den Drehwinkel gesehen schmäler.

Die Figur 6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine bessere Annäherung der Feldverteilung 32 an die sinusförmige Kurve 19. Die Magnetanordnung 25 ist hier so getroffen, dass im Bereich des «0»-Durchgangs der Kurve 19 Permanentmagnete 8a halber Dicke in die zugeordnete Nut 6 eingebaut sind, was in dem Schaubild mit dem Symbol N-2 und S-2 schematisch dargestellt ist.

Die Magnetanordnung 25 nach Figur 6 kann gemäss einer weiteren Ausführungsform auch mit der Magnetanordnung 24 nach Figur 5 kombiniert werden.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Synchronmotor mit permanentmagnetischer Erregung, bei dem in Nuten eines Rotorblechpaketes ein Kurzschlusskäfig für den asynchronen Anlauf und in weiteren Nuten stabförmige Permanentmagnete angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (8) in radial auswärts der Käfigstäbe (3) des Kurzschlusskäfigs (4) gelegenen geschlossenen Nuten (6) innerhalb der Umfangsfläche des Rotorblechpaketes (26) mit Abstand von dieser angeordnet sind, wobei die äusseren einstückig mit dem Rotorblechpaket (26) über die Nutzwischenräume verbundenen Wandungen dieser Nuten (6) einen geschlossenen Rotormantel (7) ausbilden, der die im Betrieb auf die Permanentmagnete (8) einwirkende Zentrifugalkraft über in den Zwischenräumen zwischen den Nuten verbleibende Speichen in den radial inneren Teil des Blechpakets einleitet.

2. Synchronmotor mit permanentmagnetischer Erregung, bei dem in Nuten eines Rotorblechpaketes ein Kurzschlusskäfig für den asynchronen Anlauf und in weiteren Nuten stabförmige Permanentmagnete angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (8) und die Käfigstäbe (3) des Kurzschlusskäfigs (4) auf dem gleichen Teilkreis und jeweils in geschlossenen Nuten (6) des Rotorblechpaketes (26) angeordnet sind, wobei die äusseren einstückig mit dem Rotorblechpaket (26) über die Nutzwischenräume verbundenen Wandungen dieser Nuten (6, 28) einen geschlossenen Rotormantel (7) ausbilden, der die im Betrieb auf die Permanentmagnete (8) und die Käfigstäbe (3) einwirkende Zentrifugalkraft über in den Zwischenräumen zwischen den Nuten (6, 28) verbleibenden Speichen in den radial inneren Teil des Blechpaketes einleitet.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (8) in den geschlossenen Nuten (6) des Rotorblechpaketes (26) zur Fixierung in Kunststoff- Giessharz eingebettet sind.

4. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossenen Nuten (6) für die Aufnahme der Permanentmagnete (8) zur Annäherung an eine sinusförmige Induktion (Kurve 19) im Luftspalt im Grenzbereich der magnetischen Pole unbelegt sind (Fig. 5).

5. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass in die geschlossenen Nuten (6) für die Aufnahme der Permanentmagnete (8) zur Annäherung an eine sinusförmige Induktion (Kurve 19) im Luftspalt im Grenzbereich der magnetischen Pole Blechstreifen eingeschoben sind.

6. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossenen Nuten (6) für die Aufnahme der Permanentmagnete (8) zur Annäherung an eine sinusförmige Induktion (Kurve 19) im Luftspalt im Grenzbereich der magnetischen Pole mit Permanentmagneten (8a) geringerer Dicke belegt sind (Fig. 6).

7. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Permanentmagnete (8, 8a) eine Seltene Erdkobalt-Sinterverbindung ist.

8. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete zur Fixierung mit Aluminium vergossen sind.