DE102005047771A1

DE102005047771A1 - Rotoranordnung für eine elektrische Maschine und Verfahren zum Herstellen der Rotoranordnung

Info

Publication number: DE102005047771A1
Application number: DE200510047771
Authority: DE
Inventors: Vladimir Vladimirovich Popov
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2007-04-19

Abstract

Rotoranordnung für eine elektrische Maschine, mit einem Rotorkörper, der ein aus Blechen gestapeltes Blechpaket umfaßt, wobei in den Blechen Ausnehmungen zum Aufnehmen von Permanentmagneten ausgebildet sind, die sich im wesentlichen speichenförmig durch den Rotorkörper erstrecken und jeweils ein radial innen liegendes sowie ein radial außen liegendes Ende aufweisen, und zwischen benachbarten Ausnehmungen Flußleitstücke liegen, die jeweils einen magnetischen Pol bilden, wobei jedes Blech so ausgebildet ist, daß ein Teil der Ausnehmungen an ihren außen liegenden Enden durch äußere Stege überbrückt sind und der andere Teil der Ausnehmungen an ihren außen liegenden Enden offen sind, und die Bleche in dem Blechpaket derart gestapelt sind, daß Ausnehmungen, die an ihren außen liegenden Enden überbrückt sind, mit Ausnehmungen, die an ihren außen liegenden Enden offen sind, fluchten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für eine elektrische Maschine mit einem Rotorkörper, der ein aus Blechen gestapeltes Blechpaket umfaßt, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Die bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Rotorkörpers ist in einem bürstenlosen Gleichstrommotor oder einem Permanentmagnet-Synchronmotor. Solche Motoren können in einer großen Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, wie Spindelmotoren für Platten laufwerke, motorisch unterstützte Systeme in Kraftfahrzeugen, z.B. Lenk- und Bremssysteme, Elektrowerkzeuge und viele andere Anwendungen. Spezieller betrifft die Erfindung eine Rotoranordnung für einen Elektromotor mit eingebetteten Permanentmagneten.
8 zeigt grundsätzlich den Aufbau eines Elektromotors, in dem die erfindungsgemäße Rotoranordnung eingesetzt werden kann. Der Motor umfaßt ein Gehäuse 114, in dem eine Statoranordnung 118, eine Rotoranordnung 116 sowie Lager 126, 128 zum drehbaren Lagern der Rotoranordnung aufgenommen sind. Die Statoranordnung 118 umfaßt paketierte Metallbleche 155 und Wicklungen 160 und grenzt einen Innenraum ein, in den die Rotoranordnung 116 eingefügt werden kann. Die Rotoranordnung 116 umfaßt die Motorwelle 110, einen Eisenrückschluß 112 und Permanentmagnete 122. Die Lager 126, 128 für die Lagerung der Rotoranordnung können in einen Flansch 124 des Motorgehäuses 114 integriert sein.
8 dient der Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus eines Elektromotors, in dem der erfindungsgemäße Rotorkörper eingesetzt werden kann, wobei abweichend von der Darstellung der 8 bei der Erfindung ein Rotorkörper mit eingebetteten Permanentmagneten vorgesehen wird.

Rotoren mit eingebetteten Magneten sind im Stand der Technik bekannt. Eine Rotorkonfiguration mit einer mehrpoligen speichenradartigen Ausführung mit sich radial erstreckenden eingebetteten Magneten ist z.B. gezeigt in "Design of Brushless Permanent-Magnet Motors", J.R. Hendershot Jr. und TJE Miller, Magna Physics Publishing and Clarendon Press, Oxford, 1994. Wie in dieser Veröffentlichung gezeigt, ist es bekannt, einen Rotorkörper mit eingebetteten, sich radial erstreckenden Magneten herzustellen, die durch einen Ring oder ein Rohr geschützt werden, welches den Rotorkörper umgibt. Der Rotorkörper, in den die Magnete eingebettet sind, dient als magnetischer Rückschluß.

Eine übliche Form von Rotoren mit eingebetteten Magneten ist auch in EP 0 691 727 A1 gezeigt. Diese Veröffentlichung zeigt mehrere Permanentmagnete, die in Schlitze eingefügt sind, welche in dem Rotorkörper ausgebildet sind, um die Permanentmagnete in axialer Richtung von außen in den Rotorkörper einzuschieben. An ihren radial innen liegenden Enden sind die Permanentmagnete von dem Material des Rotorkerns umschlossen. Die EP 0 803 962 A1 zeigt, daß die Schlitze zum Aufnehmen der Permanentmagnete an ihrem Außenumfang durch Stege überbrückt sind, um die Permanentmagnete nach außen hin vollständig zu schützen.

Rotoren mit eingebetteten Permanentmagneten haben grundsätzlich den Vorteil, daß die Magnete vollständig eingekapselt werden können, so daß der Rotor mechanisch stabil und die Permanentmagnete gegen Stoßbelastung geschützt sind und mit aggressiven Medien in Kontakt kommen können, ohne daß das Magnetmaterial eines besonderen Oberflächenschutzes zur Vermeidung von z.B. Korrosion bedarf. Die beschriebene Rotorbauweise hat jedoch den Nachteil, daß ein Streufluß durch den Rotorkern in der Nähe der Welle erzeugt wird und die Flußleitstücke zwischen den Permanentmagneten am Außenumfang des Rotors über Streustege kurzgeschlossen werden.

Die WO 00/57537 beschreibt einen mehrpoligen Permanentmagnet-Rotor für einen Elektromotor mit eingebetteten Magneten, die so angeordnet sind, daß sich eine Flußkonzentration ergibt. Die Permanentmagnete sind als flache Kuben ausgebildet, die speichenartig, radial zur Rotorachse in Ausnehmungen angeordnet sind, zwischen denen Flußleitstücke angeordnet sind, die am Rotorkörper befestigt sind. Für die Montage der Magnete und der Flußleitstücke werden jene als benachbarte Halb-Stücke für jeweils einen Pol ausgebildet, und Permanentmagnete und Flußleitstücke werden über eine Hülse an der Welle angebracht.

Das U.S. Patent 4,327,302 beschreibt einen Rotoraufbau mit eingebetteten Permanentmagneten zur Verwendung in einem Elektromotor. Der Rotorkörper ist aus paketierten, gestanzten Metallblechen zusammengesetzt, welche V-förmige Durchbrechungen aufweisen, wobei in die beiden Schenkel jeder Durchbrechung jeweils ein Permanentmagnet eingebettet ist, so daß sich die Permanentmagnete im wesentlichen speichenförmig erstrecken. Im Scheitel der Durchbrechung sind jeweils zwei benachbarte Permanentmagnete durch einen Freiraum überbrückt, der mit Luft oder einem nicht-magnetischen Material gefüllt ist. Zweck der beschriebenen Anordnung ist, einen einfachen und kompakten Aufbau für einen Elektromotor mit einer großen Ausgangsleistung anzugeben.

Eine weitere Bauweise eines Rotors mit eingebetteten Magneten ist in EP 0 872 944 A1 gezeigt. Die Magnete sind in einer radialen Richtung oder parallel zu einer radialen Richtung des Rotorkörpers angeordnet. In der EP 0 872 944 sind die Permanentmagnete in einer sogenannten Doppelspeichen-Konfiguration angeordnet. Diese "Doppelmagnete" umfassen jeweils ein Paar Permanentmagnete, deren Magnetisierungsrichtung im wesentlichen gleich ist. Sie können parallel zueinander angeordnet sein, wie in der genannten Druckschrift, oder unter einem Winkel zueinander geneigt sein. Durch diese Anordnung wird eine Verbesserung des Laufverhaltens des Elektromotors und insbesondere eine Reduktion des Rastmoments und der Drehmomentwelligkeit erreicht.

Die DE 694 09 889 T2 offenbart eine Rotoranordnung für einen Synchronmotor mit einem Rotorkörper, der ein aus Blechen geschichtetes Blechpaket umfaßt. Die Bleche weisen Ausnehmungen zum Aufnehmen von Permanentmagneten auf, die sich im wesentlichen speichenförmig durch den Rotorkörper erstrecken. Zwischen benachbarten Ausnehmungen liegen Flußleitstücke, die jeweils einen magnetischen Pol bilden. Das Blechpaket des Rotorkörpers ist jeweils aus mehreren Blechen mit unterschiedlichen Blechschnitten zusammengesetzt. In einer Ausführung umfassen einige Bleche nur die Flußleitstücke, die physisch voneinander getrennt sind. Andere Bleche umfassen Verbindungsstege der Flußleitstücke am Innenumfang des Rotors oder Verbindungsstege der Flußleitstücke am Außenumfang des Rotors. Das Blechpaket wird durch Axial-Stangen zusammengehalten, die durch korrespondierende Löcher in den Blechen geführt sind. Während die Rotoranordnung der DE 694 09 889 T2 hinsichtlich der magnetischen Streuflüsse optimiert werden kann, ist der Aufbau des Blechpakets der Rotoranordnung relativ aufwendig, da dieses aus mehreren verschiedenen Blechschnitten aufgebaut werden muß. Diese Blechschnitte sind darüber hinaus zumindest teilweise mehrteilig. Als Verbindungselemente sind daher die genannten Stangen notwendig.

Die DE 19915664 A1 zeit eine ähnliche Rotoranordnung, die mit nur zwei unterschiedlichen Blechschnitten aufgebaut ist. Einer der Blechschnitte ist aus mehreren nicht zusammenhängenden Einzelteilen gebildet, so daß die Herstellung auch dieser Rotoranordnung relativ aufwendig ist. Die DE 19915664 A1 beschreibt ferner, daß die Streustege and der Außenkontur des Blechpaketes so geformt sind, daß sich ein sinusförmiges Erregerfeld im Luftspalt ergibt. Die Streustege werden somit gezielt zur Beeinflussung des Magnetfeldes im Luftspalt eingesetzt.

Mit der radialen Anordnung der in den Rotorkern eingebetteten Permanentmagnete ergibt sich somit das Problem eines Streuflusses im Bereich der Streustege, welche die Ausnehmungen am Außenumfang des Rotors eingrenzen und einen magnetischen Kurzschluß zwischen benachbarten Flußleitstücken erzeugen. Dadurch verringert sich der Hauptfluß. Diesem Problem könnte dadurch begegnet werden, daß die Ausnehmungen außen offen gestaltet werden, wodurch jedoch die Stabilität der Rotoranordnung und der Schutz der eingebetteten Permanentmagnete beeinträchtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rotorkörper für einen Elektromotor anzugeben, der eingebettete Magnete aufweist, einfach herzustellen ist und gleichwohl die oben beschriebenen Probleme der Erzeugung von Streuflüssen und Kurzschlüssen zwischen den Flußleitstücken vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch einen Rotorkörper mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.

Die Erfindung sieht eine Rotoranordnung für eine elektrische Maschine vor, die einen Rotorkörper aufweist, der aus einem aus Blechen gestapelten Blechpaket gebildet ist. Die Bleche weisen Ausnehmung zum Aufnehmen von Permanentmagneten auf, die sich im wesentlichen speichenförmig durch den Rotorkörper erstrecken und jeweils ein radial innen liegendes sowie ein radial außen liegendes Ende aufweisen. Zwischen benachbarten Ausnehmungen liegen Flußleitstücke, die jeweils einen magnetischen Pol bilden. Insoweit entspricht die Erfindung der Rotoranordnung, die in der deutschen Patentanmeldung DE 103 45 417 A1 derselben Anmelderin beschrieben ist. Erfindungsgemäß ist jedes Blech so ausgebildet, daß ein Teil der Ausnehmungen an ihren außen liegenden Enden durch äußere Stege überbrückt sind und der andere Teil der Ausnehmungen an ihren außen liegenden Enden offen sind. Die Bleche werden in dem Blechpaket derart gestapelt, daß Ausnehmungen, die in an ihren außen liegenden Enden überbrückt sind, mit Ausnehmungen, die an ihren außen liegenden Enden offen sind, fluchten. Auf diese Weise kann unter Verwendung eines einzigen zusammenhängenden Blechschnittes eine Rotoranordnung geschaffen werden, bei der die Ausnehmungen zum Aufnehmen von Permanentmagneten an ihren radial außen liegenden Enden durch äußere Stege überbrückt und somit die eingebetteten Permanentmagnete gegen mechanische Beschädigung geschützt sind, und gleichwohl der magnetische Widerstand des Rotorkörpers in diesem Bereich etwa doppelt so groß ist wie bei einem Rotorkörper mit vollständig geschlossenen Ausnehmungen, so daß magnetische Kurzschlüsse zwischen benachbarten Flußleitstücken vermieden oder zumindest reduziert werden.

In der erfindungsgemäßen Rotoranordnung kann zwischen jeweils zwei benachbarten Flußleitstücken eine Ausnehmung oder ein Ausnehmungspaar angeordnet sein, wie in der DE 103 45 417 A1 gezeigt und beschrieben. Vorzugsweise sind die Bleche so ausgebildet, daß die Ausnehmungen oder Ausnehmungspaare jeweils abwechselnd an ihren außen liegenden Enden überbrückt bzw. offen sind. Mit anderen Worten wechseln sich in Umfangsrichtung überbrückte und offen Ausnehmungen oder Ausnehmungspaare ab.

In dieser bevorzugten Ausführung werden die Bleche in den Blechpaket derart gestapelt, daß jedes Blech im Verhältnis zu seinem Nachbarblech um eine Polteilung verdreht ist. Dadurch kann der magnetische Widerstand im Bereich der äußeren Stege im Vergleich zu einem vollständig geschlossen Rotorkörper verdoppelt werden.

Während beispielsweise bei der deutschen Patentanmeldung DE 19915664 A1 eine Reduzierung der Streustege dadurch erreicht wird, daß unterschiedliche, mehrteilige Blechschnitte ver wendet werden, kann die Erfindung eine derartige Anordnung mit einem einzigen, einteiligen sowie zusammenhängenden Blechschnitt realisieren.

Erfindungsgemäß sind die Ausnehmungen an ihren innen liegenden Enden vorzugsweise durch innere Stege überbrückt, so daß der Rotorkörper einen geschlossenen Innenring aufweist, der ihm mechanische Stabilität verleiht.

In der bevorzugten Ausführung sind ferner die Ausnehmungen für die Permanentmagnete paarweise angeordnet, wobei jeweils zwischen zwei Ausnehmungspaaren ein Flußleitstück liegt, und zwei jeweils an ein Flußleitstück angrenzende Ausnehmungen sind an ihren innen liegenden Enden durch eine Aussparung verbunden, um die Erzeugung von Streuflüssen im Bereich der Motorwelle zu vermeiden. Diesbezüglich wird auf die DE 103 45 417 A1 verwiesen, auf die Bezug genommen wird.

In dieser Ausführung sind in die Ausnehmungen eines Ausnehmungspaares vorzugsweise jeweils gleichsinnig magnetisierte Permanentmagnete eingefügt.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß in die Bleche Sicken eingeformt sind, wobei die Sicken der einzelnen Bleche miteinander fluchten, um die Bleche in Eingriff zu bringen. Dabei muß beachtet werden, daß die Sicken auch dann noch in Eingriff gebracht werden können, wenn die Bleche gegeneinander verdreht werden, wie oben beschrieben. Ferner sollten die Sicken so angeordnet werden, daß sämtliche Teile des Blechschnittes stabilisiert werden. Anstelle der Sicken können auch im Stand der Technik übliche Stanz-Verbindungspunkte gewählt werden.

Die Sicken dienen auch als zusätzliche Flußbegrenzer, weil die ferromagnetischen Eigenschaften des Blechs durch den Stanzprozeß beeinflußt (verschlechtert) werden. Dadurch werden die magnetischen Widerstände an diesen Stellen höher. Der Effekt verringert seinerseits den Streufluß.

Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Herstellen einer Rotoranordnung der oben beschriebenen Art vor, bei dem die Rotorbleche aus einem Blechmaterial ausgestanzt werden und die Bleche beim Stapeln der Blechpakete derart zueinander ausgerichtet werden, daß Ausnehmungen, die an ihren außen liegenden Enden überbrückt sind, mit Ausnehmungen, die an ihren außen liegenden Enden offen sind, fluchten.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:

1 eine Draufsicht auf ein Blech zum Herstellen der erfindungsgemäßen Rotoranordnung;

2 eine Schnittdarstellung durch den Blechschnitt der 1 entlang der Linie A-A;

3a und 3b den Blechschnitt der 1, wobei der Blechschnitt der 3b im Verhältnis zu dem der 3a um eine Polteilung gedreht ist;

4 den Blechschnitt der 1, in den Permanentmagnete eingefügt sind;

5 eine schematische Querschnittdarstellung durch ein Elektromotor gemäß der Erfindung, in dem der Blechschnitt der vorangehenden Figuren eingesetzt ist;

6 eine Abwandlung des in 1 gezeigten Blechschnitts gemäß der Erfindung;

7 eine Schnittdarstellung durch einen Rotor gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung; und

8 eine Längsschnittdarstellung durch einen Elektromotor gemäß dem Stand der Technik zur Erläuterung des Einsatzgebietes der Erfindung.

1 zeigt eine Draufsicht auf einen Blechschnitt zum Aufbauen eines Rotorkörpers gemäß der Erfindung. Erfindungsgemäß wird ein geschichtetes Blechpaket aus einer Vielzahl gleicher Blechschnitte aufgebaut, wobei 1 lediglich ein Beispiel zeigt.

Das in 1 gezeigte Blech 10 wird aus einem ferromagnetischem Blechmaterial, bspw. aus gewöhnlichem Elektroblech ausgestanzt. Es weist Ausnehmungen 12, 12' auf, in welche Permanentmagnete in axialer Richtung eingeschoben werden können. In der Ausführung der 1 sind die Ausnehmungen 12; 12' paarweise angeordnet, wobei jeweils zwischen zwei Ausnehmungspaaren 12,12; 12', 12' ein Flußleitstück 14 liegt. Die Ausnehmungspaare 12, 12; 12', 12' sind an ihren radial außen liegenden Enden abwechselnd durch äußere Stege 16 überrückt bzw. offen. In der gezeigten Ausführung sind die geschlossenen Ausnehmungen mit 12 und die offenen Ausnehmungen mit 12' bezeichnet. An den radial innen liegenden Enden aller Ausnehmungen 12, 12' sowie and den radial außen liegenden Enden der offenen Ausnehmungen 12' sind nasenartige Vorsprünge 18 gebildet, die dazu dienen, die Permanentmagnete in den Ausnehmungen zu positionieren und fixieren.

In der gezeigten Ausführung sind die jeweils an ein Flußleitstück 14 angrenzenden Ausnehmungen 12', 12 an ihren innen liegenden Enden durch eine Aussparung 20 verbunden. Diese Aussparungen 20 dienen zum Unterdrücken von Streufüßen zwischen den Permanentmagneten, die in den Ausnehmungen 12, 12' sitzen, und der Motorwelle, die in der zentralen Öffnung 22 des Rotorkörpers angeordnet ist.

Wie aus 1 zu erkennen ist, kann das erfindungsgemäße Blech 10 mit einem einteiligen Blechschnitt aufgebaut werden, wobei jeweils benachbarte Aussparungen oder Aussparungspaare 12, 12; 12', 12' an ihren radial außen liegenden Enden abwechselnd durch die äußeren Stege 16 überbrückt bzw. offen sind. Während in der gezeigten Ausführung Ausnehmungspaare 12,;12' vorgesehen werden, in welche vorzugsweise gleichsinnig weitgehend tangential, d.h. im wesentlichen senkrecht zu ihrer Längserstreckung, magnetisierte Permanentmagnete eingesetzt werden, ist die Erfindung auch auf solche Rotoranordnung mit eingebetteten Permanentmagneten anwendbar, bei denen andersgestaltete, ein- oder mehrteilige Permanentmagnete die Flußleitstücke eingrenzen.

In dem Blech 10 sind Sicken 24 ausgebildet, die zur Verbindung der einzelnen Bleche in dem gestapelten Blechpaket dienen. Die Sicken 24 sind in 2 schematisch im Querschnitt dargestellt. Sie werden gleich beim Stanzvorgang in das Blech 10 eingeformt. Die Sicken 24 werden so angeordnet, daß sie in dem geschichteten Blechstapel auch dann miteinander fluchten und in Eingriff gebracht werden können, wenn die Bleche um eine Polteilung verdreht sind, wie mit Bezug auf die 3a und 3b erläutert wird.

Der Blechschnitt der 1 ist in den 3a und 3b nochmals gezeigt, wobei 3a das Blech 10 in einer ersten Ausrichtung und 3b das gleiche Blech um eine Polteilung verdreht zeigt. Die Rotorpole werden durch die Flußleitstücke 14 gebildet, so daß bei der gezeigten Ausführung der Rotor sechs Pole aufweist. Eine Verdrehung um eine Polteilung bedeutet in dieser Ausführung somit eine Verdrehung um 60°. Zur Veranschaulichung sind die Ausnehmungen 12, 12' in den 3a und 3b mit den Buchstaben a bis m gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird der Rotorkörper aus einem Stapel gleicher Bleche 10 aufgebaut, indem die Bleche 10 abwechselnd wie in 3a und wie in 3b angeordnet sind. Dabei kommen bspw. die Ausnehmungen a, b der 3a auf den Ausnehmungen l, m der 3b zu liegen; die Ausnehmungen c, d der 3a kommen auf den Ausnehmungen a, b der 3b zu liegen; die Ausnehmungen e, f der 3a kommen auf den Ausnehmungen c, d der 3b zu liegen; etc. Mit anderen Worten kommen Ausnehmungen oder Ausnehmungspaare 12, die durch einen äußeren Steg 16 überbrückt sind, auf Ausnehmungen oder Ausnehmungspaaren 12' zu liegen, die an ihren radial außen liegenden Enden offen sind.

Weiterhin ist es möglich, Blechpakete zu bilden, bei denen abwechselnd jeweils eine Anzahl (n ≥ 1) von Blechen 10 in der Orientierung gemäß 3a gestapelt werden und anschließend beispielsweise dieselbe Anzahl von Statorblechen 10 in der Orientierung gemäß 3b.

Ein Fachmann wird verstehen, daß durch diese Anordnung magnetische Kurzschlüsse zwischen benachbarten Flußleitstücken 14 vermindert werden können, weil der magnetische Widerstand im Bereich der äußeren Stege 16 verdoppelt wird. Ferner erkennt man aus der Darstellung der 3a und 3b, daß die Rotoranordnung nach dem Zusammenfügen der einzelnen Rotorbleche 10 mechanisch stabil sein wird, weil jeweils ein außen offenes Ausnehmungspaar 12' durch den äußeren Steg 16 des in axialer Richtung benachbarten, überbrückten Ausnehmungspaares 12 mechanisch stabilisiert wird. Da jede zweite Ausnehmung bzw. jedes zweite Ausnehmungspaar durch den äußeren Steg 16 überbrückt ist, kann das Rotorblech einteilig zusammenhängend aufgebaut werden. Durch die versetzte Staplung ergibt sich sowohl die gewünschte Reduzierung von magnetischen Kurzschlüssen zwischen benachbarten Flußleitstücken als auch eine ausreichende mechanische Stabilität, ohne daß zusätzliche Verbindungsmittel, wie Verbindungstangen oder der gleichen benötigt würden. Die Bleche 10 können einfach über die Sicken 24 in Eingriff gebracht und zusammengepreßt werden. Weiterhin benötigt man lediglich eine einzige Statorblech-Form und somit ein einziges Stanzwerkzeug.

4 zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf den Blechschnitt der 1, wobei in einige der Ausnehmungen 12, 12' Permanentmagnete 26 eingefügt sind. In 4 sind die Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnete 26 durch Pfeile gekennzeichnet, welche vom Südpol (S) zum Nordpol (N) weisen.

5 zeigt eine Schnittdarstellung eines drei-phasigen, neun-nutigen Elektromotors, in dem der Blechschnitt der vorhergehenden Figuren verwendet ist. Die Darstellung der Rotoranordnung der 5 entspricht der 4, wobei in sämtlichen Ausnehmungen 12, 12' Permanentmagnete 26 dargestellt sind. Korrespondierende Teile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht nochmals beschrieben. Die Rotoranordnung, die in 5 im Querschnitt dargestellt ist, ist in einen neun-nutigen Stator 28 eingefügt, der Phasenwicklung 30 des dreiphasigen Elektromotors trägt.

6 zeigt eine weitere Ausführung eines Blechschnitts zum Aufbau eines Rotorkörpers gemäß der Erfindung. Ein geschichtetes Blechpaket kann aus einer Vielzahl von Blechen gemäß 6 aufgebaut werden.

Die Struktur des Bleches 10 der 6 ist ähnlich wie bei dem Blech der 1. Es ist aus einem ferromagnetischen Blechmaterial ausgestanzt und weist Aufnehmungen 12, 12' auf, in welche Permanentmagnete in axialer Richtung eingeschoben werden. Die Ausnehmungen 12, 12' sind paarweise angeordnet, wobei jeweils zwischen zwei Ausnehmungspaaren 12, 12' ein Flußleitstück 14 liegt.

In der Ausführung der 6 ist jeweils eine Ausnehmung 12 des Ausnehmungspaares durch einen äußeren Steg 32 überbrückt, während die andere Ausnehmung 12' des Ausnehmungspaares an ihrem radial außen liegenden Ende offen ist. An den radial innen liegenden Enden aller Ausnehmungen 12, 12' sowie an den radial außen liegenden Enden der offenen Ausnehmungen 12' sind, wie in 1, nasenartige Vorsprünge 18 zum Positionieren und Fixieren von Permanentmagneten in den Ausnehmungen vorgesehen.

Auch in der Ausführung der 6 sind die jeweils an ein Flußleitstück 14 angrenzenden Ausnehmungen 12 an ihren radial innen liegenden Enden durch eine Aussparung 20 verbunden, um Streuflüsse zur Welle hin zu unterdrücken.

Ebenso wie in der Ausführung der 1 kann das Blech 10 der 6 mit einem einteiligen, zusammenhängenden Blechschnitt aufgebaut werden, wobei die Ausnehmungen 12, 12' an ihren radial außen liegenden Enden jeweils abwechselnd durch die äußeren Stege 32 überbrückt bzw. offen sind. In eine mit diesem Blechschnitt aufgebaute Rotoranordnung werden vorzugsweise gleichsinnig, weitgehend tangential magnetisierte Permanentmagnete eingesetzt.

Ebenso wie bei der Ausführung der 1 können in dem Blech 10 Sicken 24 ausgebildet sein, die zur Verbindung der einzelnen Bleche 10 in dem gestapelten Blechpaket dienen.

Mit dem Blechschnitt der 6 kann ein Rotorkörper aus einem Stapel gleicher Bleche 10 aufgebaut werden, indem beim Stapeln des Blechpaketes jeweils jedes zweite Blech 10 umgedreht wird, so daß die von den Stegen 32 überbrückten Ausnehmungen 12 auf Ausnehmungen 12' zu liegen kommen, welche an ihren radial außen liegenden Enden offen sind. Es ist auch möglich, Blechpakete zu bilden, bei denen abwechselnd jeweils eine Anzahl (n > 1) von Blechen 10 in der Lage gemäß 6 gestapelt werden und anschließend vorzugsweise dieselbe Anzahl von Rotorblechen in umgedrehter Lage. Dadurch erhält man eine Rotoranordnung, bei der, wie in der Ausführung der 1, magnetische Kurzschlüsse zwischen benachbarten Flußleitstücken 14 vermindert werden können, weil der magnetische Widerstand im Bereich der äußeren Stege 32 verdoppelt wird.

In der Ausführung der 6 ist es auch möglich, einen zweiten Blechschnitt vorzusehen, der dem in 6 im wesentlichen entspricht, wobei bei diesem zweiten Blechschnitt die Ausnehmungen 12 an ihren radial außen liegenden Enden offen und die Ausnehmungen 12' durch äußere Stege überbrückt wären. Hierzu wäre ein zweites korrespondierendes Stanzwerkzeug notwendig. Durch abwechselndes Stapeln des ersten und des zweiten Blechschnitts läßt sich ein Rotorkörper mit im wesentlichen denselben Eigenschaften wie zuvor beschrieben erhalten. Das Vorsehen eines zweiten, korrespondierenden Blechschnitts hat bei der Ausführung der 6 den Vorteil, daß weiterhin die Verbindung der einzelnen Bleche mit Hilfe der Sicken 24 mög lich ist. Wird dagegen jedes zweite Blech umgedreht, um so den Blechstapel zu bilden, muß eine andere Verbindungstechnik gewählt werden.

7 zeigt eine Rotoranordnung 34 gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung, die in einen Stator 36 eingefügt ist. Die Rotoranordnung 34 wird aus einzelnen Blechen 10 aufgebaut, die in tangentialer Richtung gleichmäßig verteilte, speichenartige Ausnehmungen 38 zum Aufnehmen von Permanentmagneten aufweisen. Die Magnetisierungsrichtung der in die Ausnehmungen 38 eingefügten Permanentmagnete ist durch S → N gekennzeichnet. An ihren radial innen liegenden Enden sind jeweils zwei Ausnehmungen 38, 38' durch eine Aussparung 20 überbrückt. Einige der Ausnehmungen 38 sind an ihren radial außen liegenden Enden offen, was in 7 durch einen schraffierten Bereich 40 dargestellt ist, während die übrigen Ausnehmungen 38' an ihren radial außen liegenden Enden durch äußere Stege 42 überbrückt sind. Bei der in 7 gezeigten Rotoranordnung, bei der die Permanentmagnete abwechselnd gegensinnig magnetisiert sind, werden zwischen jeweils zwei Permanentmagneten, respektive Aussparungen 38, 38', Magnetpole S, N gebildet, die durch die Flußleitstücke 14 dargestellt sind. Es muß bei diesem Design daher darauf geachtet werden, daß zwischen benachbarten Magneten, die in nach außen hin offenen Ausnehmungen 38 aufgenommen sind, die zugehörigen Ausnehmungen 38 nicht durch eine innere Aussparung 20 überbrückt sind, da ansonsten die Flußleitstücke 14 nicht mehr einteilig ausgebildet sind.

Auch in der Ausführungsform der 7 kann eine Rotoranordnung dadurch gebildet werden, daß Bleche 10 mit gleichem Blechschnitt jeweils gegeneinander verdreht und zu einem Blechstapel zusammengefügt werden. Bei der speziellen Ausführungsform der 7 sollte die Verdrehung jeweils um einen Winkel erfolgen, der einer geraden Anzahl von Polteilungen entspricht. Vorzugsweise wird diese Ausführung für solche Rotoranordnungen verwendet, bei denen die Anzahl der Magnete durch vier ganzzahlig teilbar ist, so daß offene Ausnehmungen 38 und überbrückte Ausnehmungen 38' symmetrisch angeordnet werden können.

In der Ausführungsform der 7 ist die Rotoranordnung 34 in einen Stator 36 eingefügt dargestellt. Der Stator 36 umfaßt einen Rückschluß 44 und Statorwicklungen 46, die in 7 lediglich schematisch dargestellt sind.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.

10: Blech
12, 12': Ausnehmungen
14: Flußleitstück
16: äußere Stege
18: Vorsprünge
20: Aussparung
22: zentrale Öffnung
24: Sicken
26: Permanentmagnete
28: Stator
30: Phasenwicklungen
32: äußere Stege
34: Rotoranordnung
36: Stator
38, 38': Ausnehmungen
40: schraffierter Bereich
42: äußere Stege
44: Rückschluß
46: Statorwicklungen
114: Gehäuse
118: Statoranordnung
116: Rotoranordnung
126, 128: Lager
124: Flansch
155: Metallbleche
160: Wicklungen
110: Motorwelle
112: Eisenrückschluß
122: Permanentmagnete

Claims

Rotoranordnung für eine elektrische Maschine, mit einem Rotorkörper, der ein aus Blechen (10) gestapeltes Blechpaket umfaßt, wobei in den Blechen (10) Ausnehmungen (12, 12') zum Aufnehmen von Permanentmagneten (26) ausgebildet sind, die sich im wesentlichen speichenförmig durch den Rotorkörper erstrecken und jeweils ein radial innen liegendes sowie ein radial außen liegen des Ende aufweisen, und zwischen benachbarten Ausnehmungen Flußleitstücke (14) liegen, die jeweils einen magnetischen Pol bilden, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blech (10) so ausgebildet ist, daß ein Teil der Ausnehmungen (12, 12') an ihren außen liegenden Enden durch äußere Stege (16) überbrückt sind und der andere Teil der Ausnehmungen (12, 12') an ihren außen liegenden Enden offen sind, und die Bleche (10) in dem Blechpaket derart gestapelt sind, daß Ausnehmungen (12), die an ihren außen liegenden Enden überbrückt sind, mit Ausnehmungen (12'), die an ihren außen liegenden Enden offen sind, fluchten.
Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Flußleitstücken (14) jeweils eine Ausnehmung oder ein Ausnehmungspaar (12, 12') liegt.
Rotoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Ausnehmungen oder Ausnehmungspaare (12, 12') jedes Bleches jeweils abwechselnd an ihren außen liegenden Enden überbrückt bzw. offen sind.
Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechpaket aus mehreren Teilstapeln, bestehend aus einer Anzahl von jeweils gleichförmig angeordneten Blechen (10) besteht, wobei ein Teilstapel zu seinem benachbarten Teilstapel derart verdreht angeordnet ist, daß die Ausnehmungen (12) jeden Teilstapels, die an ihren außen liegenden Enden überbrückt sind, mit Ausnehmungen (12') benachbarter Teilstapel fluchten, die an ihren außen liegenden Enden offen sind.
Rotoranordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (10) in dem Blechpaket derart gestapelt sind, daß jedes Blech im Verhältnis zu seinem benachbarten Blech (10) um eine ungerade Anzahl von Polteilungen verdreht ist.
Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blech (10) einteilig ist.
Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bleche (10) im wesentlichen dieselbe Gestalt haben.
Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (12, 12') an ihren innen liegenden Enden durch innere Stege überbrückt sind.
Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (12, 12') paarweise angeordnet sind, wobei jeweils zwischen zwei Ausnehmungspaaren (12, 12') ein Flußleitstück (14) liegt, und zwei jeweils an ein Flußleitstück (14) angrenzenden Ausnehmungen (12, 12') an ihren innen liegenden Enden durch eine weitere Aussparung (20) verbunden sind.
Rotoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ausnehmungen eines Ausnehmungspaares (12, 12') jeweils gleichsinnig magnetisierte Permanentmagnete (26) eingefügt sind.
Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bleche (10) Sicken (24) eingeformt sind, wobei die Sicken (24) der einzelnen Bleche miteinander fluchten, um die Bleche miteinander in Eingriff zu bringen.
Rotoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine durch vier ganzzahlig teilbare Anzahl von Rotormagneten.
Verfahren zum Herstellen einer Rotoranordnung für eine elektrische Maschine, mit einem Rotorkörper, der ein aus Blechen (10) gestapeltes Blechpaket umfaßt, bei dem Rotorbleche mit Ausnehmungen (12, 12') zum Aufnehmen von Permanentmagneten (26) aus einem Blechmaterial ausgestanzt werden, wobei die Ausnehmungen (12, 12') sich im wesentlichen speichenförmig durch den Rotorkörper erstrecken und jeweils ein radial innen liegendes sowie ein radial außen liegendes Ende aufweisen, so daß zwischen benachbarten Ausnehmungen (12, 12') Flußleitstücke (14) erzeugt werden, die jeweils einen magnetischen Pol bilden, wobei die Ausnehmungen (12, 12') so ausgestanzt werden, daß ein Teil der Ausnehmungen (12, 12') an ihren außen liegenden Enden durch äußere Stege (16) überbrückt sind und der andere Teil der Ausnehmungen (12, 12') an ihren außen liegenden Enden offen sind, und die Bleche (10) beim Stapeln des Blechpakets derart zueinander ausgerichtet werden, daß Ausnehmungen (12), die an ihren außen liegenden Enden überbrückt sind, mit Ausnehmungen (12'), die an ihren außen liegenden Enden offen sind, fluchten.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Flußleitstücken (14) jeweils eine Ausnehmung oder ein Ausnehmungspaar (12, 12') ausgestanzt wird, wobei benachbarte Ausnehmungen oder Ausnehmungspaare (12, 12') jeweils abwechselnd an ihren außen liegenden Enden überbrückt bzw. offen sind.
Verfahren zum Herstellen einer Rotoranordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechpaket aus mehreren Teilstapeln, bestehend aus einer Anzahl von jeweils gleichförmig angeordneten Blechen (10) aufgebaut wird, wobei ein Teilstapel zu seinem benachbarten Teilstapel derart verdreht angeordnet wird, daß die Ausnehmungen (12) jeden Teilstapels, die an ihren außen liegenden Enden überbrückt sind, mit Ausnehmungen (12') benachbarter Teilstapel fluchten, die an ihren außen liegenden Enden offen sind.
Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (10) in dem Blechpaket derart gestapelt werden, daß jedes Blech (10) im Verhältnis zu seinem benachbarten Blech um eine ungerade Anzahl von Polteilungen verdreht wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bilden eines Blechstapels ein Teil der Bleche (10) umgedreht wird, bevor die Bleche (10) zusammengeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blech (10) einteilig ausgestanzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die alle Bleche (10) im wesentlichen mit derselben Gestalt ausgestanzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Flußleitstücken (14) jeweils ein Ausnehmungspaar (12, 12') ausgestanzt wird und in die Ausnehmungen eines Ausnehmungspaares (12, 12') jeweils gleichsinnig magnetisierte Permanentmagnete (26) eingefügt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bleche (10) Sicken (24) eingeformt werden und diese Sicken (24) der einzelnen Bleche (10) miteinander in Eingriff gebracht werden.