DE102005048731A1 - Permanent magnet rotor for an electric motor has a laminated yoke with radially aligned retaining overhangs extending in the yoke's axial direction - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Permanentmagnet-Rotor gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Montage von Permanentmagneten an einem Permanentmagnet-Rotor.The The invention relates to a permanent magnet rotor according to the preamble of claim 1 and a method for assembling permanent magnets on a permanent magnet rotor.
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 einer Umfangsfläche 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.Permanent magnet Synchronous machines are taking advantage of numerous applications the regenerative or motor operation already since prolonged well known. During motor operation, the magnetic field occurs the on a peripheral surface of the rotor arranged plurality of permanent magnets with a in the stator generated magnetic field in interaction. This is going on the rotor exerted a torque, which this rotationally accelerated and synchronous to the stator magnetic field drives.
Die Permanentmagnete sind bei hohen Rotordrehzahlen außerordentlichen Belastungen ausgesetzt, was aufgrund der wirkenden Fliehkräfte und infolge der Sprödigkeit gebräuchlicher Magnetwerkstoffe, bspw. NdFeB, einerseits bei elektrischen Innenläufermaschinen zum Herauslösen der Permanentmagnetpole aus deren Halterungsstruktur am Rotor und andererseits zu Bruchschäden führen kann.The Permanent magnets are extraordinary at high rotor speeds Exposed to stress, which due to the centrifugal forces and as a result the brittleness common Magnetic materials, for example. NdFeB, on the one hand in electrical internal rotor machines to dissolve the permanent magnet poles from their support structure on the rotor and on the other hand to breakage can lead.
Das erzielbare Drehmoment einer elektrischen Maschine hängt bekanntlich wesentlich von der Breite des radialen Luftspalts zwischen den am Rotor angeordneten Permanentmagneten und den Statorpolen ab, wobei dieser zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades möglichst schmal zu dimensionieren ist. Der konstruktiven Ausgestaltung der Magnet-Halterungsstruktur kommt somit hinsichtlich Betriebssicherheit und Effizienz einer derartigen Maschine eine enorme Bedeutung zu.The recoverable torque of an electrical machine is known to hang much of the width of the radial air gap between the rotor arranged permanent magnets and the stator poles, said this To achieve a high efficiency as narrow as possible to dimension is. The structural design of the magnetic support structure comes thus with regard to operational safety and efficiency one Such machine has enormous significance.
Bei einer unmittelbaren Anordnung einer Mehrzahl von Permanentmagneten an der Außenumfangsfläche eines Rotorjochs besteht das Problem, dass es infolge von Fertigungstoleranzen kaum möglich ist, diese Permanentmagnete hauptsächlich formschlüssig und ohne weitere Montageelemente oder -hilfsstoffe in einer vorbestimmten reproduzierbaren und betriebssichere Lage am Rotorjoch anzuordnen.at a direct arrangement of a plurality of permanent magnets on the outer peripheral surface of a Rotor yoke has the problem that it hardly due to manufacturing tolerances possible is, these permanent magnets mainly positive and without further assembly elements or additives in a predetermined to arrange reproducible and reliable position on the rotor yoke.
Zur
Umgehung dieser Schwierigkeit schlägt die
Die erläuterte Anordnung gewährleistet zwar eine sichere Aufnahme eines Magnetelementes, jedoch tritt andererseits durch die axiale Verformung des Blechpakets bereits während der Montage eine erhebliche Schädigung der zur Führung des magnetischen Flusses erforderlichen Lamellenstruktur auf, wobei die gegenseitig isolierten Blechlamellen elektrisch kurzgeschlossen werden und woraus Verluste für den zwischen Rotor und Stator gebildeten Magnetkreis und unerwünschte Wirbelströme resultieren. Insbesondere können beim Betreiben der elektrischen Maschine die Wirbelströme zu einer hohen Erwärmung des Rotors und der Permanentmagnete führen, wodurch deren Magnetisierung aufgehoben werden kann.The explained Arrangement guaranteed Although a secure recording of a magnetic element, but occurs on the other hand by the axial deformation of the laminated core already during the Mounting a significant damage the one to the leadership of the magnetic flux required lamellar structure, wherein the mutually insulated laminations electrically shorted become and from which losses for the magnetic circuit formed between the rotor and stator and unwanted eddy currents result. Especially can when operating the electrical machine, the eddy currents to one high warming lead the rotor and the permanent magnets, causing their magnetization can be lifted.
Die
Bei einer solchen Befestigung der Magnete besteht das Problem, dass sich dennoch bei hohen Drehzahlen und Temperaturwechselbelastungen Permanentmagnete von ihrer Harz-Unterlage ablösen und ihre radiale Lage am Rotor ändern können.at such a fastening of the magnets is the problem that Nevertheless, at high speeds and thermal cycling permanent magnets detach from their resin base and change their radial position on the rotor can.
Die Aufgabe der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik darin, einen Rotor für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine bereitzustellen, an welchem eine Mehrzahl von Permanentmagneten reproduzierbar und betriebssicherer befestigt werden können, wobei insbesondere auch eine Beschädigung des Rotorjochs weitestgehend vermieden wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung soll ein Verfahren zur Montage von Permanentmagneten an einem Permanentmagnet-Rotor vorgeschlagen werden.The object of the invention is starting from the prior art, a rotor for a To provide permanently magnetically excited electric machine to which a plurality of permanent magnets can be reproducibly and reliably secured, in particular, damage to the rotor yoke is largely avoided. According to a further aspect of the invention, a method for mounting permanent magnets on a permanent magnet rotor is proposed.
Die Aufgabe wird gemäß dem ersten Aspekt durch einen gattungsgemäßen Permanentmagnet-Rotor gelöst, der die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist.The Task becomes according to the first Aspect by a generic permanent magnet rotor solved, the features specified in the characterizing part of claim 1 having.
Es wird somit ein Permanentmagnet-Rotor vorgeschlagen, der zunächst ein geblechtes Joch mit daran ausgeführten, radial gerichteten Haltevorsprüngen umfasst, welche sich in Axialrichtung des Joches erstrecken und wobei deren Breite an den radial freien Enden in Umfangsrichtung des Joches vergrößert ist. Zwischen benachbarten Haltevorsprüngen sind Aufnahmeräume zur Anordnung von Permanentmagneten angeordnet.It Thus, a permanent magnet rotor is proposed, the first one a wicked yoke with executed, radially directed retaining projections includes, which extend in the axial direction of the yoke and the width of which is at the radially free ends in the circumferential direction of the yoke is enlarged. Between adjacent holding projections are receiving spaces for Arrangement of permanent magnets arranged.
Erfindungsgemäß zeichnet sich der Rotor dadurch aus, dass die Haltevorsprünge eine sich in axialer Richtung erstreckende Ausnehmung aufweisen, die in Umfangsrichtung des Rotors von jeweils zwei Halteabschnitten begrenzt wird, wobei die Halteabschnitte in der Lateralebene des Rotors vorgespannt an den Permanentmagneten anliegen und diese in den Aufnahmeräumen fixieren.Draws according to the invention The rotor characterized by the fact that the holding projections one in the axial direction Have extending recess in the circumferential direction of the rotor is limited by two holding sections, wherein the holding sections biased in the lateral plane of the rotor to the permanent magnet abut and fix them in the receiving rooms.
Auf diese Weise können Permanentmagnete betriebs- und montagesicher an einem Rotor festgelegt werden, ohne dass es dabei weiterer Befestigungsmittel oder Klebemittel bedarf. Die Vorspannung der Halteabschnitte in einer Lateralebene vermeidet eine Beschädigung des Rotorjochs wie dieses im Stand der Technik der Fall sein kann. Zur Montage der Permanentmagnete ist es erforderlich, die Halteabschnitte bspw. mit Hilfe eines Montagewerkzeuges vom Joch geringfügig zu verschwenken, wodurch die Permanentmagnete leicht axial in die Ausnehmungen eingeschoben werden können. Nach dem Positionieren der Magnete werden die Halteabschnitte wieder entlastet, wobei sich diese unter einer Vorspannung an die Permanentmagnete anlegen.On this way you can Permanent magnets fixed on a rotor for safe operation and assembly without any further fasteners or adhesives requirement. The bias of the holding portions in a lateral plane avoids damage the rotor yoke as this may be the case in the prior art. For mounting the permanent magnets, it is necessary, the holding sections For example. With the help of a mounting tool to pivot slightly from the yoke, which the permanent magnets easily inserted axially into the recesses can be. After positioning the magnets, the holding sections become again relieved, whereby this under a bias to the permanent magnets invest.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments and refinements of the invention are specified in the subclaims.
Gemäß Anspruch 2 erweist sich die Montage der Permanentmagnete als vorteilhaft, wenn die dem Joch abgewandten Enden der Halteabschnitte zwischen sich einen Verbindungsabschnitt aufspannen, der bei einer an diesem angreifenden Kraft eine elastische Verschwenkung der Halteabschnitte um einen Fußbereich ermöglicht. Bevorzugt kann diese Kraft im Wesentlichen radial an den Halteabschnitten angreifen. Dadurch werden die zwischen je zwei Haltevorsprüngen ausgebildeten Aufnahmeräume gemeinsam in einem erforderlichen Maße aufgeweitet. Das Einleiten der Kraft kann beispielsweise durch radial gerichtete verlagerbare Stempel erfolgen, die Teil eines Montagewerkzeuges zur automatisierten Montage der Permanentmagnete sind, wobei auch alle an einem Rotorjoch ausgebildeten Verbindungsabschnitte gleichzeitig mit einer Kraft beaufschlagt werden können.According to claim 2, the assembly of the permanent magnets proves to be advantageous when the yoke remote from the ends of the holding sections between spanning a connecting section, the one at this acting force an elastic pivoting of the holding portions around a foot area allows. Preferably, this force can be substantially radially on the holding portions attack. As a result, the formed between two holding projections housing spaces expanded together to the required extent. The initiation the force can be displaced, for example, by radially directed Stamp done as part of an assembly tool for automated Assembly of the permanent magnets are, although all on a rotor yoke formed connecting portions simultaneously with a force can be applied.
Gemäß Anspruch 3 kann der Rotor weiter verbessert werden, indem innerhalb der Ausnehmungen ein Sicherungselement angeordnet ist, welches die Halteabschnitte bei einer Rotation des Rotors blockiert und somit ein Aufweiten der Aufnahmeräume verhindert. Vorteilhafterweise liegt, wie dieses in Anspruch 4 vorgeschlagen wird, das Sicherungselement formschlüssig an den Halteabschnitten an.According to claim 3, the rotor can be further improved by inside the recesses a securing element is arranged, which the holding sections blocked during rotation of the rotor and thus an expansion the reception rooms prevented. Advantageously, as proposed in claim 4 is, the fuse element form-fitting to the holding sections at.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 5 ist der Verbindungsabschnitt am Haltevorsprung konkav ausgebildet. Bei der Drehung des Rotors unterliegen sowohl die Permanentmagnete als auch die Halteabschnitte und die mit diesen verbundenen Verbindungsabschnitte dem Einfluss der wirkenden Fliehkraft, wodurch letztere bei einem Innenläufer nach radial außen verlagert werden und über die Halteabschnitte die Anpresskraft und die Fixierung der Permanentmagnete sogar noch verstärken.In a further particularly advantageous embodiment according to claim 5, the connecting portion is formed concavely on the retaining projection. During the rotation of the rotor, both the permanent magnets are subject as well as the holding portions and connected to these connecting portions the influence of the acting centrifugal force, whereby the latter at a internal rotor radially outward be relocated and over the holding sections the contact pressure and the fixation of the permanent magnets even stronger.
Gemäß Anspruch 6 wird vorgeschlagen, dass der Wert des Ausdehnungskoeffizienten eines Sicherungselements größer ist als derjenige eines Permanentmagneten. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei einer Temperaturerhöhung die Halteabschnitte im ständigen Anlagekontakt an den Permanentmagneten verbleiben und die Haltekraft sogar noch erhöhen.According to claim 6 it is suggested that the value of the expansion coefficient a fuse element is larger as that of a permanent magnet. In this way it is ensured that at a temperature increase the holding sections in the permanent Contact with the permanent magnet remain and the holding force even increase.
Zur Vermeidung von Bruchschäden der Permanentmagnete ist es gemäß Anspruch 7 zweckmäßig Schutzelemente vorzusehen, welche zwischen den Halteabschnitten und den Permanentmagneten eingefügt werden.to Prevention of breakage the permanent magnets it is according to claim 7 expedient protective elements to be provided which are inserted between the holding portions and the permanent magnets.
Die die Permanentmagnete abstützenden Haltevorsprünge bzw. Halteabschnitte können gemäß Anspruch 8 auch mittels eines plastischen Umformvorgangs in Anlage an die Permanentmagnete gebracht werden.The the permanent magnets supporting retaining projections or Holding sections can according to claim 8 also by means of a plastic forming process in contact with the Permanent magnets are brought.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird gemäß Anspruch 9 ein Verfahren zur Montage von Permanentmagneten an einem Permanentmagnet-Rotor gemäß einem der Ansprüche 1–7 vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst:
- – Einleiten einer Kraft auf die Verbindungsabschnitte von jeweils zwei am Umfang des Jochs benachbarten Haltevorsprüngen, wobei sich deren Halteabschnitte in der Lateralebene des Jochs verschwenken und die Aufnahmeräume vergrößern,
- – Einsetzen von Permanentmagneten in die Aufnahmeräume,
- – Entlasten der Verbindungsabschnitte von der Kraft, wodurch sich die Halteabschnitte vorgespannt an die Permanentmagnete anlegen und diese in deren Lage fixieren und ggf. nach Anspruch 10,
- – Einführen von Sicherungselementen in die Ausnehmungen der Haltevorsprünge zur Sicherung der Montageposition der Permanentmagnete.
- Introducing a force onto the connecting sections of in each case two holding projections adjacent to the circumference of the yoke, the holding sections of which pivot in the lateral plane of the yoke and enlarge the receiving spaces,
- Inserting permanent magnets into the receiving spaces,
- Relieving the connecting portions of the force, whereby the holding portions biased to create the permanent magnets and fix them in their position and possibly according to claim 10,
- - Insertion of securing elements in the recesses of the retaining projections for securing the mounting position of the permanent magnets.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigenin the The invention will be described below by way of example with reference to the attached figures explained. Show it
In
den
Die
Aufnahmeräume
Die
dem Joch
Zur
Montage der Permanentmagnete
Wenn
die Permanentmagnete
Zur
Sicherung der Montageposition der Permanentmagnete
Um
den Magnetkreis der elektrischen Maschine nicht ungünstig zu
beeinflussen, sind die Sicherungselemente aus einem nicht-ferromagnetischen
Material gefertigt, bspw. aus Aluminium oder einem Kunststoff. Durch
die Wahl des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Sicherungselemente
Des
Weiteren kann es, wie in
Jeder
Permanentmagnet
In
Nach
dem Einsetzen der Permanentmagnete
Die
Verformung der Verbindungsabschnitte
In
einer noch weiteren Ausgestaltung einer Magnetfixierung an einem
Rotorjoch
- 1010
- Rotorrotor
- 1212
- Blechpaketlaminated core
- 1414
- AußenumfangsflächeOuter circumferential surface
- 1515
- Haltevorsprungretaining projection
- 1616
- Aufnahmeraumaccommodation space
- 1717
- Ausnehmungrecess
- 1818
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 1919
- Ausnehmungrecess
- 2020
- GrundflächeFloor space
- 2121
- Halteabschnittholding section
- 2222
- Halteflächeholding surface
- 2323
- Fußbereichfooter
- 2424
- Verbindungsabschnittconnecting portion
- 26,2826.28
- Parallelflächeparallel surface
- 3030
- Trapezschenkeltrapezoidal leg
- 3232
- Sicherungselementfuse element
- 3434
- Schutzelementprotection element
- 3636
- erhabener Abschnittsublime section
- 3838
- Keilspaltnip
- 40a–e40a-e
- Stoffgelenkefabric joints
- FF
- Kraftforce
- NN
- magnetischer Nordpolmagnetic North Pole
- SS
- magnetischer Südpolmagnetic South Pole
- α, βα, β
- Winkelangle
Claims (10)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120501 |