DE102005060117A1

DE102005060117A1 - Rotor mit Deckplatte zur Sicherung eines Magneten im Rotor

Info

Publication number: DE102005060117A1
Application number: DE102005060117A
Authority: DE
Inventors: Niels Christian Weihrauch; Peter Scavenius Andersen
Original assignee: Danfoss Compressors GmbH
Current assignee: Secop GmbH
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2006-07-06
Also published as: ITTO20050886A1; US7612481B2; CN1819405A; CN1819405B; US20060158056A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für einen elektrischen Motor, z. B. einen Line-Start-Motor. Der Rotor (1) umfasst einen Magneten, angebracht in einem Hohlraum eines Rotorkerns (3). Der Kern (3) ist laminiert aus Blechen eines magnetisch leitenden Materials und der Magnet ist durch eine Endplatte, die die Endfläche deckt, in dem Hohlraum gesichert. Um einen Kurzschluss des Magneten zu vermeiden, hat die Endplatte ein Loch, so dass ein erster Teil der Öffnung in den Hohlraum mit dem Loch in Verbindung ist und ein restlicher, zweiter Teil des Hohlraumes von der Endplatte gedeckt ist, um den Magneten im Hohlraum zu sichern, unabhängig von der Orientierung der Endplatte um die Mittelachse.

Description

EINLEITUNG
Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen elektrischen Motor, z.B. einen Line-Start-Motor. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Rotor mit einem Rotorkern aus einem magnetisch leitenden Material. Der Rotor umfasst einen Kurzschlussanker, in den ein elektrischer Strom während des Betriebs des Motors induziert werden kann. Außerdem weist der Motor mindestens einen Permanentmagneten auf, und könnte deswegen in einem Line-Start-Motor angewandt werden. Der Magnet ist in einem Hohlraum mit einem ersten Querschnittbereich angebracht, wobei der Hohlraum eine Öffnung in einer Endfläche des Kerns bildet. Die Öffnung ermöglicht das Einsetzen des Magneten in den Hohlraum nach dem Giessen des Kurzschlussankers. Eine Endplatte ist auf der Endfläche befestigt um den Magneten in dem Hohlraum festzuhalten. Um Kurzschlüsse des Magneten zu reduzieren oder verhindern, umfasst die Endplatte eine Öffnung mit einem zweiten Querschnittbereich.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einem Typ von allgemein bekannten elektrischen Motoren weist ein Stator Wicklungen auf, in denen ein elektrisches Feld ein rotierendes magnetisches Feld bildet. Im oder am äußeren Umfang des Stators ist ein Rotor drehbar gelagert um unter dem Einfluss des magnetischen Feldes zu rotieren. Es gibt verschiedene Prinzipien. In einem Synchronmotor wird der Rotor magnetisiert oder weist einen Satz von Permanentmagneten auf. Dieser Motortyp ist einfach und zuverlässig und die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors entspricht der Rotationsgeschwindigkeit des elektrischen Fel des in den Statorwicklungen. In gewissen Anwendungen hat der Synchronmotor aber eine unpassende Anlaufcharakteristik.
In Asynchronmotoren weist der Rotor hauptsächlich sich längserstreckende Wicklungen auf, die an sich axial gegenüberliegenden Enden des Rotors durch Kurzschlußringe mit einander verbunden sind. Typisch weist ein Rotor für einen Asynchronmotor einen Rotorkern aus einem magnetisch leitenden Material auf, und außerdem einen Kurzschlußanker, in dem die Wicklungen und die Kurzschlußringe einstückig aus einem elektrisch leitenden Material, z.B. Aluminium, gebildet sind. Der Rotor kann als Blechpaket ausgebildet sein, in dem jedes Blech eine Öffnung aufweist, die, gemeinsam mit Öffnungen in anderen Blechen, Leiterschlitze bilden, die sich axial durch den Rotor hindurch erstrecken. Nach dem Zusammenbau der Bleche zu einem Rotorkern werden Leiterstäbe, die die Wicklungen bilden, direkt in den Leiterschlitzen gegossen, wobei die Schlitze als Form angewandt werden, und die Kurzschlußringe werden einstückig mit den Stäben gegossen. Im Betrieb wird elektrischer Strom durch das vom Stator erzeugte Magnetfeld in die Rotorwicklungen induziert, und auf Grund eines Wechsels zwischen dem elektrischen Feld der Statorwicklungen und der Rotorwicklungen fängt der Rotor zu rotieren an. Solche Motoren haben gute Anlaufcharakteristiken, um aber die Induzierung eines elektrischen Feldes in die Rotorwicklungen fortzusetzen, muss sich das elektrische Feld des Stators ständig im Verhältnis zu den Rotorwicklungen bewegen. Die Drehgeschwindigkeit des Rotors wird daher immer niedriger sein als die Drehgeschwindigkeit des elektrischen Feldes im Stator. Um die Drehgeschwindigkeit des Rotors zu erhöhen, weist ein Rotor für einen Line-Start-Motor zusätzlich zu den Wicklungen einen Satz von Permanentmagneten auf, wobei ein Line-Start-Motor die Vorteile von synchronen und asynchronen Motoren kombiniert.
Da eine erhöhte Temperatur beim Gießen des Kurzschlußankers die Permanentmagneten beeinflussen oder sogar zerstören kann, werden die Magneten üblicherweise nach dem Giessen des Kurzschlussankers in die Hohlräume eingesetzt. In einem bekannten Motor dieser Art werden die Magnethohlräume durch Öffnungen gebildet, typisch viereckige Öffnungen, die sich durch den Rotor erstrecken, von der einen axialen Endfläche zur gegenüberliegenden axialen Endfläche. In einer der Endflächen ist die Öffnung geschlossen, oder der Öffnungsbereich ist reduziert durch eine erste Endplatte, mit entweder keiner Öffnung oder einer Öffnung mit reduzierter Größe. Die Endplatte ist Teil des Rotorstapels und ist typisch aus dem gleichen Material gebildet, d.h. einem magnetisch leitenden Material. In einem gegenüberliegenden Ende werden die Magneten in die Hohlräume eingesetzt, und eine zweite Endplatte wird nachfolgend auf der gegenüberliegenden Endfläche befestigt um die Magneten festzuhalten. Analog zur ersten Endplatte hat die zweite Endplatte von bekannten Motoren entweder keine Öffnungen oder Öffnungen mit reduzierten Größen.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der Erfindung einen alternativen Rotor bereitzustellen und existierende Motoren zu verbessern. Es ist ein weiteres Ziel eine Methode zur Befestigung der Magneten in einem Rotor, zum Beispiel für einen Line-Start-Motor, anzugeben. Dementsprechend stellt die Erfindung einen Rotor wie eingangs erwähnt bereit, wobei die Öffnung so ausgestaltet ist, dass ein erster Teil der Öff nung in den Hohlraum mit der Öffnung in Verbindung ist und so dass ein restlicher, zweiter Teil der Öffnung von der Endplatte gedeckt ist, um den Magneten in der Öffnung festzuhalten, unabhängig von der Orientierung der Endplatte um die Mittelachse. Da die Magneten unabhängig von der Orientierung der Endplatte gesichert sind, ist eine Versetzung der Endplatte nicht notwendig und der Herstellungsprozess ist vereinfacht worden.

In einer Ausführung ist der zweite Bereich mindestens genau so gross wie der erste Bereich, und die Öffnung ist geformt oder versetzt von dem Hohlraum, so dass ein überwiegender Teil der Öffnung in den Hohlraum mit der Öffnung verbunden ist und so dass ein restlicher Teil des Hohlraums von der Endplatte gedeckt ist um den Magneten im Hohlraum festzuhalten. Da die Öffnung mindestens genau so gross ist wie der Querschnitt des Hohlraums, können Kurzschlüsse des Magneten verhindert oder reduziert werden, verglichen mit Endplatten der herkömmlichen Art.

Der Kern könnte aus Platten aus einem magnetisch leitenden Material gemacht werden, z.B. einem eisenhältigen Material. Die Platten könnten durch einen Verriegelungsprozess gemacht und montiert werden. Der Magnethohlraum könnte durch Löcher in jeder der Platten gebildet sein. Wenn die Platten gestapelt werden, bilden die Löcher sich im wesentlichen axial erstreckende Leiterschlitze in der gestapelten Rotorstruktur, wobei die Wicklungen des Kurzschlussankers in diesen Schlitzen gegossen werden. Der Hohlraum kann eine Form haben, die genau der Form des Magneten angepasst, um den Magneten eng zu umschließen. Vorzugsweise haben Magnet und Hohlraum eine rechtwinklige Querschnittform, und vorzugsweise erstrecken sich die Hohlräume durch den Rotorkern von einer ersten axialen Endfläche zu einer gegenüberliegenden, zweiten axialen Endfläche mit einer gleichartigen Querschnittgrösse und -form. Eine Endplatte eines ersten Typs kann während des Verriegelungsprozesses hergestellt und mit der ersten axialen Endfläche des Kerns verbunden werden, und nachfolgend kann der Kurzschlussanker direkt in die Schlitze im Kern für die Leiter gegossen werden, wobei eine Öffnung in der zweiten axialen Endfläche verbleibt, in die die Magnete nach dem Giessen des Kurzschlussankers in den Magnethohlraum eingesetzt werden können. In dieser Weise können die Magnete vor den hohen Temperaturen geschützt werden, die bei dem Giessprozess erzeugt werden. Schließlich kann eine Endplatte eines zweiten Typs auf der zweiten axialen Endfläche befestigt werden, um die Magnete in den Magnethohlräumen festzuhalten. Die Endplatten des ersten und/oder des zweiten Typs sind vorzugsweise aus einem magnetisch leitenden Material hergestellt, und vorzugsweise aus dem Material, aus dem auch die Platten, die den Rotorkern bilden, hergestellt sind. Die Endplatten sind mit Löchern versehen, deren Querschnitt mindestens genau so gross oder größer ist als der Querschnitt des Hohlraums, oder mindestens genau so gross oder größer als der Querschnitt der Öffnung in der Endfläche in den Hohlraum hinein. Die Form der Löcher kann sich aber von der Form der Öffnung in der Endfläche unterscheiden, oder das Loch kann in bezug auf ihre Position über der Öffnung versetzt sein, so dass ein überwiegender Teil der Öffnung in den Hohlraum in Verbindung mit dem Loch ist und so dass ein restlicher, kleiner Teil des Hohlraums bei der Endplatte gedeckt wird, um den Magneten in dem Hohlraum festzuhalten. Ein überwiegender Teil bedeutet, dass mehr als 50%, z.B. mehr als 75% oder sogar mehr als 95% oder mehr als 99%, des Querschnittbereiches vom Loch in Verbindung mit der Öffnung in den Hohlraum ist Vorzugsweise umfasst der Rotor eine Anzahl von Magneten, z.B. angebracht symmetrisch um eine sich radial erstreckende Symmetrieachse, z.B. die Rotationsachse vom Rotor des Motors.

In einer Ausführung ist das Loch bogenförmig oder Teil eines Kreises, der sich symmetrisch um die Mittelachse erstreckt. Zum Beispiel kann ein kreisförmiges Loch in eine Anzahl von Segmenten aufgeteilt werden, die durch überbrückende Teile getrennt sind. In dieser Ausführung kann einer der Magneten durch die innere peripherische Kante im Hohlraum festgehalten werden, und ein benachbarter Magnet kann durch die äußere peripherische Kante im Hohlraum festgehalten werden.

Um wiederholte Befestigungen und Trennungen der Endplatte am Rotorkern zu ermöglichen, kann die Endplatte einen Umfangsrand haben, der einen ersten Randteil und einen zweiten Randteil aufweist, die verschiedene radiale Abstände zur Mittelachse bilden. In dieser Weise kann die Endplatte auf der Endfläche des Rotorkerns befestigt werden, z.B. durch Nieten entlang der Kante, und wenn die Endplatte entfernt werden muss, z.B. zwecks Ersetzen der Magnete, kann die Endplatte so rotiert werden, dass die schon existierenden Nietpunkte nicht den Randteil stören, der den größten radialen Ausmaß der Endplatte hat.

In einem zweiten Aspekt bietet die Erfindung eine Methode zur Herstellung eines Kompressors an, mit:

– einem Kern aus einem magnetisch leitenden Material
– einem Magneten angebracht in einem Hohlraum des Kerns, wobei der Hohlraum einen ersten Querschnittbereich aufweist und das Einsetzen des Magneten in den Hohlraum durch eine Öffnung in einer Endfläche des Kerns erlaubt
– einer Endplatte, die teilweise die Endfläche deckt, wobei die Endfläche ein Loch hat, dessen zweiter Querschnittbereich mindestens die gleiche Größe wie der erste Querschnittbereich hat wobei die Methode dadurch gekennzeichnet ist, dass die Endplatte mit versetztem Loch im Verhältnis zum Hohlraum auf dem Kern befestigt ist, so dass ein überwiegender Teil der Öffnung in den Hohlraum mit dem Loch in Verbindung ist, und so dass ein restlicher, kleiner Teil des Hohlraums durch die Endplatte gedeckt ist, um den Magneten in dem Hohlraum festzuhalten. Die Endplatte kann z.B. durch Nieten oder Kleben befestigt werden. Jeder Methodenschritt, der erforderlich ist um die Struktur nach dem ersten Aspekt der Erfindung herzuleiten, ist geltend.

NÄHERE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführung der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnungen näher beschrieben, die zeigen:
1 einen Rotor nach der Erfindung
2 eine Ansicht einer Platte für einen Rotorstapel
3-4 verschiedene Ausbildungen von Endplatten zur Festhaltung der Magneten im Rotorstapel
1 zeigt einen Rotor 1, der zwecks Drehung um die Mittelachse 2 in einem Stator getragen wird. Der Rotor umfasst einen Rotorkern 3 mit einer ersten und einer zweiten, sich axial gegenüberliegenden Endflächen 4. Der Rotor weist Außerdem erste und zweite, sich axial gegenüberliegende Kurzschlussringe 5 auf, die die sich axial erstreckenden Wicklungen 6 verbinden. Der Rotor ist mit einer nicht gezeigten Antriebswelle montiert, die sich durch das Loch 7 erstreckt und in Rotationslagern aufgehängt ist um die Rotation des Rotors im Verhältnis zum Stator (nicht gezeigt) zu erlauben. Der Rotor ist aus Blechscheiben gemacht, die gestapelt sind um einen laminierten Kern zu bilden. Jedes Blech weist eine Öffnung auf, die, zusammen mit anderen Blechen, Leiterschlitze bildet, die sich axial durch den Rotor erstrecken. Nach dem Verbinden der Bleche zu einem Rotorkern, werden leitende Stäbe, die die Wicklungen bilden, direkt in den Leiterschlitzen gegossen, wobei die Schlitze als Formen angewandt werden, und die Kurzschlussringe werden als integriertes Teil der Stäbe gegossen. Um die Geschwindigkeit des Rotors zu erhöhen, weist ein Rotor 6 Permanentmagneten auf, d.h. der Rotor ist für einen Line-Start-Motor.
2 zeigt eine Obenansicht eines Typs von den Blechplatten 8 im Rotorstapel, in dem die Öffnungen 9 Teil der Leiterschlitze bildet, wenn eine Anzahl von Platten zwecks Bildung der laminierten Rotorstruktur gestapelt werden. An zwei sich radial gegenüberliegenden Positionen sind die Leiterschlitze 10 länger und breiter um eine Sperre für den magnetischen Fluss zu bilden. Im montierten Zustand bilden die rechteckigen Öffnungen 11 Magnethohlräume für Permanentmagneten 12, die durch Öffnungen in eine von zwei sich axial gegenüberliegenden Endflächen des Rotors eingesetzt werden, um einen Line-Start-Motor zu bilden. Die mittlere Öffnung 13 ist Teil der sich durch den Rotor axial erstreckenden Öffnung für die Antriebswelle.
Die Endplatte 14 in 3 ist zur Befestigung an einer Endfläche des Kerns nach dem Giessen des Kurzschlussankers gedacht. Für diesen Zweck hat die Endplatte ein kleineres radiales Ausmaß als die Blechplatten, die den Rotorkern ausmachen, und sie hat keine der Öffnungen 9, die Teil der Leiterschlitze sind. Während des Herstellungsprozesses wird der Rotorkern in einem Verriegelungsprozess gemacht, in dem eine Anzahl von Platten 8 gestapelt werden um den größten Teil des Rotorkerns zu bilden. An einem Ende sind die Hohlräume für die Magneten zumindest teilweise geschlossen, z.B. durch die Anwendung einer Endplatte, die Teil des Rotorstapels ist, und Leiteröffnungen umfasst, durch die sich die Leiterstäbe erstrecken können. Nach dem Giessprozess, d.h. wenn das Werkstück abgekühlt ist, werden die Magnete durch eine gegenüberliegende Endfläche in die Magnethohlräume eingesetzt, und eine Endplatte, z.B. vom in 3 und 4 gezeigten Typ, wird auf der entsprechenden Endfläche befestigt, um die Magnete in den Hohlräumen festzuhalten. Die Endplatte könnte z.B. durch Nieten mit dem restlichen Teil des Rotorstapels verbunden werden, oder die Endplatte könnte mit dem Rotorstapel verklebt werden. Um innerhalb einer inneren Umfangswand des Kurzschlussringes zu passen, hat die Endplatte einen kreisförmigen äußeren Umfangsrand 16. Aufgrund der Kreisform der Löcher und der Kreisform der äußeren Umfangsrand, kann die Endplatte innerhalb des Kurzschlussringes wahlfrei auf der Endfläche angebracht werden. 4 zeigt eine Endplatte 17 mit einem Umfangsrand mit einem ersten Randteil 18 und einem zweiten Randteil 19, die unterschiedliche radiale Abstände zur Mittelachse 22 bilden, die durch die Hinweisnummern 20 und 21 angegeben sind.
Entsprechend der Endplatte in 3, hat die Endplatte Löcher 23, die in Verbindung mit den Öffnungen in die Hohlräume für die Magnete angebracht sein können.

Claims

Ein Rotor (1) zur Drehung um eine Mittelachse (2) in einem elektrischen Motor, wobei der Rotor folgendes umfasst – ein Kern (3) aus einem magnetisch leitenden Material – ein Magnet (12) angebracht in einem Hohlraum im Kern, wobei der Hohlraum einen ersten Querschnittbereich aufweist und das Einsetzen des Magneten in den Hohlraum durch eine Öffnung (11) in einer Endfläche des Kerns erlaubt – eine Endplatte (14), die die Endfläche deckt, wobei die Endplatte ein Loch (15) mit einem zweiten Querschnittbereich hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch so angebracht ist, dass ein erster Teil der Öffnung in den Hohlraum mit dem Loch in Verbindung ist, und so dass ein restlicher, zweiter Teil des Hohlraums von der Endplatte gedeckt ist, um den Magneten in dem Hohlraum zu sichern, unabhängig von der Orientierung der Endplatte um die Mittelachse.
Ein Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil mindestens 50 Prozent des Querschnittbereiches der Öffnung in den Hohlraum ausmacht.
Ein Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte einen kreisförmigen äußeren Umfangsrand (16) hat.
Ein Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der zusätzlich ein Kurzschlussanker (5, 6) mit sich axial gegenüberliegenden Kurzschlussringen (5) aufweist, und in dem die Endplatte einen kleineren radialen Ausmaß hat als der radiale Ausmaß des Kurzschlussringes und eine Form die einer inneren Fläche des Kurzschlussringes angepasst ist.
Ein Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der zweite Bereich gleich oder größer ist als der erste Bereich.
Ein Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das Loch bogenförmig ist.
Ein Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Anzahl von Magneten aufweist und in dem die Endplatte eine Anzahl von Löchern aufweist.
Ein Rotor nach den Ansprüchen 6-7, in dem das bogenförmige Loch/die bogenförmigen Löcher einen bogenförmigen, radial äußeren Umfangsrand und einen bogenförmigen, radial inneren Umfangsrand definiert (en) und in dem einer der Magneten durch den inneren Umfangsrand und ein benachbarter Magnet durch den äußeren Umfangsrand im Hohlraum gesichert ist.
Ein Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Endplatte aus einem magnetisch leitenden Material hergestellt ist.
Ein Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Endplatte aus dem gleichen Material wie der Rotor hergestellt ist.
Ein Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Endplatte einen Umfangsrand aufweist, mit einem ersten Randteil und einem zweiten Randteil, die unterschiedliche radiale Abstände zur Mittelachse bilden.
Eine Methode zur Herstellung eines Rotors mit: – einem Kern aus einem magnetisch leitenden Material – einem Magneten angebracht in einem Hohlraum im Kern, wobei der Hohlraum einen ersten Querschnittbereich aufweist und das Einsetzen des Magneten in den Hohlraum durch eine Öffnung in einer Endfläche des Kerns erlaubt – eine Endplatte, die die Endfläche deckt, wobei die Endplatte ein Loch mit einem zweiten Querschnittbereich hat dadurch gekennzeichnet, dass das Loch so angebracht ist, dass ein erster Teil der Öffnung in den Hohlraum mit dem Loch in Verbindung ist, und so dass ein restlicher, zweiter Teil des Hohlraumes von der Endplatte gedeckt ist, um den Magneten in dem Hohlraum zu sichern, unabhängig von der Orientierung der Endplatte um die Mittelachse.
Eine Methode nach Anspruch 12, in der das Loch mindestens das Ausmaß des ersten Querschnittbereiches hat.