DE102004061617A1 - Rotor für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine in Innenläuferbauart - Google Patents

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Michael Dr.-Ing. Fister
Marcus van Dipl.-Ing. Heyden
Knut Dipl.-Ing. Welke
Hubertus Dipl.-Ing.(FH) Büttner
Manfred Dipl.-Ing. Röder
Alexander Schäflein
Alfons Dipl.-Ing. Vollmuth
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278Surface mounted magnets; Inset magnets

Abstract

Es wird ein Rotor für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine in Innenläuferbauart beschrieben, welcher ein aus Blechlamellen gebildetes kreisförmiges Blechpaket umfasst, an dessen Außenumfangsfläche eine Mehrzahl offener Aussparungen zur Aufnahme von Magnetelementen ausgeführt ist. Jede Aussparung weist zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegende, einander nach radial außen zugeneigte Halteflächen auf, an denen ein Magnetelement mit dazu korrespondierend ausgeführten Schrägflächen anliegt. Die Erfindung schlägt eine verbesserte Halteanordnung für die Magnetelemente vor, wobei vorgesehen ist, dass ein Magnetelement ausschließlich durch dessen Anlage an den Halteflächen des Blechpakets an dessen Position gehalten wird und wobei die Verbindung von Magnetelement und Blechpaket selbsthemmend ausgeführt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine in Innenläuferbauart gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Permanentmagneterregte Synchronmaschinen sind aus zahlreichen Anwendungen unter Ausnutzung der generatorischen oder motorischen Betriebsweise bereits seit längerem allgemein bekannt. Bei motorischem Betrieb tritt das Magnetfeld der an der Außenumfangsfläche des Rotors angeordneten Mehrzahl von Permanentmagneten mit einem im Stator erzeugten Magnetfeld in Wechselwirkung. Dabei wird auf den Rotor ein Drehmoment ausgeübt, was diesen rotatorisch beschleunigt und synchron zum Statormagnetfeld antreibt. Die Permanentmagnete können bei der Rotation des Rotors sehr hohen Belastungen ausgesetzt sein, was infolge der Sprödigkeit gebräuchlicher Magnetwerkstoffe einerseits zu Bruchschäden und andererseits, insbesondere bei elektrischen Innenläufermaschinen, aufgrund der wirkenden Fliehkräfte zum Herauslösen aus der Halterungsstruktur am Rotor führen kann. Das erzielbare Drehmoment einer elektrischen Maschine hängt wesentlich von der Größe des radialen Luftspalts zwischen den am Rotor angeordneten Permanentmagneten und den Statorpolen ab, wobei dieser dazu möglichst klein dimensioniert werden sollte. Der konstruktiven Ausgestaltung der Magnet-Halterungsstruktur kommt somit hinsichtlich Betriebssicherheit und Effizienz einer derartigen Maschine eine enorme Bedeutung zu.
  • Die DE 202 01 831 U1 beschreibt einen gattungsgemäßen Rotor, wobei an dessen Außenumfangsfläche Aufnahmen zur Anordnung von trapezförmigen Magnetelementen ausgeführt sind, welche in einem Basisbereich und an zwei angrenzenden geneigten Lateralflächen jeweils drei federnde bzw. elastische Platten aufweisen, die an der zur Rotorachse gerichteten Basisfläche und den angrenzenden Seitenflächen des Trapezes anliegen. Wenn ein Magnetelement in eine Aufnahme eingelegt wird, werden die elastischen bzw. federnden Platten verformt, um das Magnetelement federnd und jedoch auch dauerhaft festzulegen. Gleichzeitig wird durch eine elastische Verformung der jeweiligen federnden, bzw. restlichen Platten des Blechpakets der Aufnahmebereich für einen Magneten vergrößert. Somit wird gewährleistet, dass ein Magnetelement ohne dieses dabei zu beschädigen in die Aufnahme eingelegt und fest aufgenommen ist.
  • Die erläuterte Anordnung gewährleistet zwar eine sichere Aufnahme eines Magnetelementes, jedoch tritt andererseits durch die elastische Verformung des Blechpakets bereits während der Montage eine erhebliche Schädigung der zur Führung des magnetischen Flusses erforderlichen Lamellenstruktur auf, woraus Verluste für den zwischen Rotor und Stator gebildeten Magnetkreis resultieren.
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik darin, einen Rotor für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine in Innenläuferbauart bereitzustellen, an dem Magnetelemente sowohl betriebssicher befestigt werden können, wobei einen Schädigung der Lamellenstruktur des Blechpakets minimiert wird.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass die in der Aufgabenstellung an sich gegenläufigen Forderungen in Einklang bringen lassen, wenn ein Magnetelement ausschließlich durch Anlage an den Halteflächen des Blechpakets an dessen Position gehalten wird, wobei die Verbindung von Magnetelement und Blechpaket selbsthemmend ausgeführt ist.
  • Diese räumlich sehr kompakte Ausgestaltung der Halteanordnung bewirkt, dass bei Stillstand der elektrischen Maschine die Magnetelemente im Wesentlichen allein wegen der zwischen diesen und den Halteflächen am Rotor wirkenden Reibkräfte an deren Position gehalten werden. Das bedeutet, dass die Magnetelemente in diesem Zustand im Wesentlichen frei von äußeren Kräften, bspw. Anpreßkräften, sind und dadurch sowohl die Magnetelemente als auch das Rotorblechpaket ohne eine gegenseitige Schädigung in Anlagekontakt sind. Beim Betreiben der elektrischen Maschine können sich infolge der mit steigender Drehzahl einstellenden Fliehkraftwirkung die Magnetelemente noch fester an die Halteflächen anlegen und werden dadurch effektiv an einer nach radial außen gerichteten Bewegung gehindert.
  • Eine auf dem Prinzip der Selbsthemmung basierende Magnetbefestigung gestattet ferner, dass die Magnetelemente nur mit einem geringen Teil ihrer Bauhöhe im Rotor radial eingesetzt werden müssen. Bei einer aufgrund der Magnetkreisauslegung vorgegebenen Dimensionierung der Magnetelemente können diese weiter als bisher radial außen angeordnet werden, wodurch der Radialluftspalt einer elektrischen Maschine verringert werden und die Effizienz somit erheblich gesteigert werden kann.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Gemäß Anspruch 2 sind in vorteilhafter Weise die Schräg- und Halteflächen so ausgebildet, dass der Effekt der Selbsthemmung über den gesamten vorgesehe nen Einsatztemperaturbereich des Rotors wirkt. Wenn sich die vorgesehene Rotortemperatur beispielsweise etwa zwischen –30°C und +160°C erstreckt, so ist bei jeder Betriebstemperatur eine sichere Magnetelementanordnung realisiert, wodurch sonst ggf. nötige weitere Stütz- bzw. Haltestrukturen entbehrlich sind.
  • Gemäß Anspruch 3 können die Magnetelemente mit einem gleichschenkligtrapezförmigen Querschnitt besonders einfach und äußerst maßhaltig gefertigt werden. Die sich an einem Magnetelement gegenüberliegenden Parallelflächen fallen mit den magnetischen Nord- und Süd-Polen zusammen. Diese Flächen, insbesondere die dem Rotor zugewandte Basisfläche sind bei der vorgeschlagenen Lösung kräftefrei, d.h. diese sind nicht in die Halteanordnung eines Magnetelementes integriert, was eine ungestörte Ausbreitung des magnetischen Flusses begünstigt.
  • Die in Anspruch 4 vorgeschlagene Anordnung der Magnetelemente, nämlich von der Außenumfangsfläche des Rotors abstehend, bewirkt, dass die aus einem Magnetpol austretenden magnetischen Feldlinien bevorzugt in den am Stator der elektrischen Maschine gegenüberliegenden Pol eintreten und der Anteil von in das Rotorblechpaket umgelenkten Feldlinien gering bleibt.
  • Insgesamt bietet die erfindungsgemäße Lösung Vorteile hinsichtlich der Ausbildung eines sehr geringen Radialluftspaltes zwischen den magnetisch aktiven Bereichen von Rotor und Stator.
  • Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Ausschnitt eines Rotors mit einer an dessen Außenumfangsfläche ausgebildeten Aussparung zur Aufnahme eines Magnetelementes,
  • 2 ein Rotor gemäß 1 mit einem in einer Aussparung angeordneten Magnetelement.
  • In den Figuren ist ein Ausschnitt eines Rotors 10 für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine in Innenläuferbauart gezeigt, der ein aus Elektroblechlamellen gebildetes kreisförmiges Blechpaket 12 umfasst, an dessen Außenumfangsfläche 14 eine Mehrzahl identischer offener nutförmiger Aussparungen 16 zur Aufnahme von Magnetelementen 18, bspw. aus dem Materialsystem NdFeB, ausgeführt ist. Jede Aussparung 16 weist eine Grundfläche 20, die in Umfangsrichtung des Rotors 10 in zwei nach radial außen einander zugeneigte Flanken bzw. Halteflächen 22 übergeht, wobei zwei Ausbuchtungsabschnitte 24 eingeschlossen werden.
  • Die Magnetelemente 18 sind in 2 mit einem gleichschenklig-trapezförmigen Querschnitt ausgeführt, wobei die zwei Parallelflächen 26, 28 des Trapezes radial zum Rotor 10 angeordnet sind und mit den magnetischen N- und S-Polen zusammenfallen. Der Steigungswinkel α zwischen der Grundfläche 20 und den Halteflächen 22 der Aussparung 16 ist zu dem Trapezwinkel β, der sich zwischen der Basisfläche 28 und den Schrägflächen 30, d.h. den Trapezschenkeln 30 aufspreizt, identisch. Der Winkel α, β ist dabei so gewählt, dass aufgrund der Reibwerte der in Eingriff stehenden Werkstoffe das Magnetelement 18 in 2 ausschließlich durch Anlage der Schrägflächen 30 an den Halteflächen 22 des Blechpakets 12 an dessen Position gehalten wird, was bedeutet, dass der Winkel α, β als Selbsthemmungswinkel ausgeführt ist. Für die vorliegenden Werkstoffkombination ergibt sich unter Zugrundelegung einer Reibzahl μ = 0,15 ein theoretischer Mindeststeigungswinkel von 81,47° und für μ = 0,3 ein theoretischer Mindeststeigungswinkel von 73,30°.
  • Die Montage eines Magnetelementes 18 erfolgt bei der höchstzulässigen Betriebstemperatur des Rotors 10, die bspw. für das eingangs genannte Magnetmaterial 160°C betragen kann. Die Aussparung 16 ist so dimensioniert, dass bei dieser Temperatur das Magnetelement 18 leicht; jedoch im Wesentlichen spielfrei, senkrecht zur Zeichenebene in die Aussparung 16 eingeschoben werden kann. Zur Fixierung der Magnetelemente 18 mittels des Selbsthemmungseffektes kann der Rotor 10 auf eine sehr hohe Drehzahl beschleunigt werden, wobei die Magnetelemente 18 infolge der Fliehkraft nach radial außen verlagert und dort dauerhaft selbstgehemmt angeordnet werden. Die Magnetelemente 18 stehen dabei, wie in 2 zu erkennen, mit deren größten Teil von der Außenumfangsfläche 14 des Rotors 10 ab und sind etwa nur mit einem Viertel bis einem Drittel ihrer Bauhöhe h am Rotor 10 verankert.
  • Ein sich gleichzeitig mit der radialen Verlagerung der Magnetelemente 18 in deren vorbestimmte Lage ergebender Radialspalt 32, der zur besseren Veranschaulichung in den Figuren vergrößert dargestellt ist, kann nach erfolgter Montage offen bleiben und somit zu einer effektiven Kühlung der Unterseite der Magnetelemente 18 durch Wärmestrahlung über die Basisfläche 28 beitragen. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Radialspalt 32 mit einem anderen Werkstoff zu füllen, z.B. mit einem Komponentenkleber wie Thermabond.
  • Anstelle einer Positionierung der Magnetelemente 18 durch einen Schleudervorgang kann dieses auch durch eine Montagehilfe in Form eines zwischen den Flächen 20, 28 einspannbaren dünnwandigen Federelementes z.B. aus Federstahl erfolgen, welches ein Magnetelement 18 bis zum Eintritt der Selbsthemmung nach radial außen drückt. Da die Montagehilfe danach ihren Zweck erfüllt hat und keine weitere Funktion übernehmen muss, kann diese sodann wieder aus dem Radialspalt 32 entfernt werden oder aber auch an diesem Ort verbleiben, wodurch ein Arbeitsgang entfallen kann. Falls die Montagehilfe jedoch dort verbleibt, sind für die Ausbreitung des Magnetflusses innerhalb des Rotors 10 auch keine erwähnenswerten Effizienzeinbußen zu erwarten.
  • Beim Abkühlen des Rotors 10 zieht sich das Blechpaket 12 geringfügig zusammen, wobei sich die Anlage der Halteflächen 22 an den Magnetelementen 18 leicht verstärkt. Die Schräg- 30 und Halteflächen 22 sind auch so ausgebildet, dass der Effekt der Selbsthemmung über den gesamten vorgesehenen Einsatztemperaturbereich des Rotors 10 wirken kann.
  • Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass die an einem innenlaufenden Rotor hier beispielhaft erläuterte selbsthemmende Halterungsstruktur selbstverständlich in analoger Weise auch auf einen außenlaufenden Rotor übertragen werden kann.
  • 10
    Rotor
    12
    Blechpaket
    14
    Außenumfangsfläche
    16
    Aussparung
    18
    Magnetelement
    20
    Grundfläche
    22
    Haltefläche
    24
    Ausbuchtungsabschnitt
    26, 28
    Parallelfläche
    30
    Trapezschenkel
    32
    Radialspalt
    N
    magnetischer Nordpol
    S
    magnetischer Südpol
    α, β
    Winkel

Claims (4)

  1. Rotor (10) für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine in Innenläuferbauart mit einem aus Blechlamellen gebildeten kreisförmigen Blechpaket (12), an dessen Außenumfangsfläche (14) eine Mehrzahl offener Aussparungen (16) zur Aufnahme von Magnetelementen (18) ausgeführt ist, wobei jede Aussparung (16) zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegende, einander nach radial außen zugeneigte Halteflächen (22) aufweist, an denen ein Magnetelement (18) mit dazu korrespondierend ausgeführten Schrägflächen (30) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetelement (18) ausschließlich durch Anlage an den Halteflächen (22) des Blechpakets (12) an dessen Position gehalten wird, wobei die gegenseitige Verbindung der Magnetelemente (18) und des Blechpakets (12) selbsthemmend ausgeführt ist.
  2. Rotor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schräg- (30) und Halteflächen (22) so ausgebildet sind, dass die selbsthemmende Verbindung über den gesamten vorgesehenen Einsatztemperaturbereich des Rotors (10) wirksam ist.
  3. Rotor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (18) einen gleichschenklig-trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
  4. Rotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetelement (18) von der Außenumfangsfläche (14) des Rotors (10) abstehend angeordnet ist.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006059135A1 (de) * 2006-12-14 2008-06-26 Minebea Co., Ltd. Elektrische Maschine
NL2019304B1 (en) * 2017-07-20 2019-02-12 E Traction Europe Bv Magnet construction on a rotor of an electric motor and method of manufacturing such a magnet construction
WO2021104550A1 (de) 2019-11-28 2021-06-03 Hans Hermann Rottmerhusen Läufer einer elektrischen maschine
WO2021104549A1 (de) 2019-11-28 2021-06-03 Hans Hermann Rottmerhusen Elektronisch kommutierter elektromotor
WO2022045985A1 (en) * 2020-08-31 2022-03-03 Domel d.o.o. Rotor with permanent magnets as part of electronically commutated electric motor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006059135A1 (de) * 2006-12-14 2008-06-26 Minebea Co., Ltd. Elektrische Maschine
NL2019304B1 (en) * 2017-07-20 2019-02-12 E Traction Europe Bv Magnet construction on a rotor of an electric motor and method of manufacturing such a magnet construction
WO2021104550A1 (de) 2019-11-28 2021-06-03 Hans Hermann Rottmerhusen Läufer einer elektrischen maschine
WO2021104549A1 (de) 2019-11-28 2021-06-03 Hans Hermann Rottmerhusen Elektronisch kommutierter elektromotor
WO2022045985A1 (en) * 2020-08-31 2022-03-03 Domel d.o.o. Rotor with permanent magnets as part of electronically commutated electric motor

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