DE102006011729A1

DE102006011729A1 - Rotor einer permanenterregten Synchronmaschine

Info

Publication number: DE102006011729A1
Application number: DE200610011729
Authority: DE
Inventors: Erich Auernhammer; Karsten Dr. Brach; Thomas Koch; Christian Meyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2007-09-20
Also published as: WO2007104617A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (8) einer permanenterregten Synchronmaschine (1), wobei der Rotor (8) innenliegende Permanentmagnete (10) in axial verlaufenden Ausnehmungen (7) eines Blechpakets aufweist, wobei die Ausnehmungen (7) jeweils zumindest eine Aufnahmeöffnung (9) für Permanentmagnete (10) aufweisen und wobei der Rotor (8) mehrere Pole aufweist und pro Pol mindestens ein Permanentmagnet (10) vorgesehen ist und Mittel zur Montge und Positionierung der Permanentmagnete (10) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer permanenterregten Synchronmaschine mit innenliegenden Magneten.
Rotoren von permanenterregten Synchronmaschinen werden unter anderem mit vergrabenen, d.h. mit inneren oder eingebetteten Permanentmagneten ausgeführt. Zum axialen Einschieben der Permanentmagnete müssen entsprechende Ausnehmungen im Rotor vorgesehen werden. Diese Ausnehmungen können zu einer gezielten Flusssteuerung sehr unterschiedlich ausgebildet sein. In die Magnettaschen werden üblicherweise quaderförmige Magnetplatten mit oder ohne einer Kantenverrundung eingeschoben. Eine exakte Anpassung der Abmessungen der Permanentmagnete an die Öffnungen im Rotor kann aus Gründen der Fertigungstoleranzen nicht vorgenommen werden. Beim Einschieben der Permanentmagnete in die Ausnehmungen tritt nunmehr ein Verkanten der Permanentmagnete ein, so dass der Permanentmagnet in der Ausnehmung festhängt und beim Versuch, ihn zu lösen durchaus zerstört werden kann.

Aus der EP 1 158 651 A2 ist ein Reluktanzmotor bekannt, bei dem Permanentmagnete im Rotor angeordnet sind, und wobei versucht wird, durch geeignete Formgebung ein Verkanten zu vermeiden.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine zu schaffen, bei der die oben genannten Probleme vermieden werden können und eine einfache Führungsvorrichtung im Rotor vorhanden ist, um die Montage mit Permanentmagneten zu erleichtern und zu vereinfachen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch einen Rotor einer permanenterregten Synchronmaschine, wobei der Rotor innenliegende Magnete in axial verlaufenden Ausnehmungen eines Blechpakets aufweist, wobei die Ausnehmungen jeweils zumindest eine Aufnahmeöffnung für Permanentmagnete aufweisen, und wobei der Rotor mehrere Pole aufweist und pro Pol mindestens ein Permanentmagnet vorgesehen ist und Mittel zur Montage und Positionierung der Permanentmagnete vorgesehen sind.

Die Aufnahmeöffnungen innerhalb der axial verlaufenden Ausnehmungen im Blechpaket des Rotors ermöglichen nun in einfacher Art und Weise Permanentmagnete in die Ausnehmungen einzusetzen. Die Permanentmagnete werden insbesondere bei axial längeren Rotoren hintereinander in die Ausnehmungen eingeschoben, so dass gerade bei axialen längeren Motoren ein Verkanten zu befürchten ist. Dieses Verkanten wird nunmehr erfindungsgemäß durch die Führungshilfen, die als Aufnahmeöffnungen ausgestaltet sind, vermieden. Die Aufnahmeöffnungen können dabei z.B. quaderförmig oder kreissegmentförmig ausgeführt sein. Pro Pol des Rotors ist dabei, in Umfangsrichtung betrachtet zumindest ein Magnet vorgesehen.

Stege oder speziell vorgesehene Kanten, ebenso wie Schiebeelemente, die separat eingesetzt werden, trennen nunmehr die Permanentmagnete voneinander. Die Stege oder Kanten können dabei bereits im Blech durch Lasern oder konventionelles Stanzen hergestellt werden. Je nach Anzahl der pro Pol einzusetzenden Permanentmagnete in Umfangsrichtung betrachtet, weist eine Ausnehmung mehrere Aufnahmeöffnungen für Permanentmagnete auf.

Falls die Aufnahmeöffnungen durch Schiebeelemente gebildet werden, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schiebeelemente in zwei gegenüberliegende Schlitze einer Ausnehmung greifen und somit die Aufnahmeöffnung des Permanentmagnets bilden. Die Schiebeelemente sind vorteilhafterweise aus amagnetischem Material, um magnetische Kurzschlüsse zwischen den Polen eines Permanentmagneten zu verhindern. Falls die Schiebeelemente sehr dünn sind, können sie auch Teil des Blechpakets bilden, da dann diese Schiebeelemente Stege über die Ausnehmung bilden, dabei in Sättigung gehen und sich somit wie Luft verhalten.

D.h. durch einen Stanzvorgang können die Ausnehmungen und die Aufnahmeöfffnungen mit den Stegen gebildet werden. Zur Führung der Permanentmagnete müssen dabei notwendigerweise nicht alle Bleche des Rotors mit Stegen versehen sein.

Somit kann durch einen Stanzvorgang bei dem nur jede zweite, dritte oder vierte usw. Ausnehmung mit Stegen versehen wird, beim Paketieren des Rotors durch verdrehen des jeweiligen Blechs um z.B. eine Polbreite ebenfalls eine ausreichende Führung der Permanentmagnete im Rotor geschaffen werden.

Des Weiteren werden zumindest die Hohlräume zwischen den Permanentmagneten und der Aufnahmeöffnung mit amagnetischem Material vergossen. Die weiteren Hohlräume zwischen der Aufnahmeöffnung und der Ausnehmung können dabei ebenfalls gleichzeitig mit vergossen werden.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen:
1 Längsschnitt einer prinzipiellen permanenterregten Synchronmaschine,
2 Querschnitt eines Rotors,
3, 4 mehrere Ausgestaltungsformen der Ausnehmungen mit Permanentmagneten,
5 einen Querschnitt eines Rotors,
6 einen Ausschnitt aus dem Rotor gemäß 5
7 Kombination weiterer Ausführungsformen des Rotors.
1 zeigt in einem Längsschnitt eine prinzipiell dargestellte permanenterregte Synchronmaschine 1. Die schematisch dargestellte permanenterregte Synchronmaschine 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das einen Stator 3 umfasst, der aus geschichteten Blechen aufgebaut ist. In nicht näher dargestellten Nu ten dieses Stators 3 befindet sich ein nicht näher dargestelltes Wicklungssystem 5, das aus klassischen gesehnten Spulen oder aus Zahnspulen aufgebaut sein kann.
Eine Welle 5 ist von einem geblecht ausgeführten Rotor 8 umgeben, wobei die Welle 5 durch zwei Lager 6 und deren Lagerschilden 4 gehalten sind. Der Rotor 8 weist Ausnehmungen 7 auf, in die Permanentmagnete 10 axial einsetzbar sind. Es handelt sich somit um vergrabene oder innere Permanentmagnete 10. Die Ausnehmungen 7 können dabei in den in 2 prinzipiell dargestellten unterschiedlichen Formgestaltungen ausgeführt sein.
Selbstverständlich ist es vorteilhaft einen Rotor 8 mit jeweils einer Ausnehmungsform 7 auszuführen.
In 3 sind weitere Ausnehmungen 7 mit ihren Aufnahmeöffnungen 9 dargestellt, wobei die Aufnahmeöffnungen 9 durch Stege 11 unterteilt sind, so dass sich pro Ausnehmung 7 mehrere Aufnahmeöffnungen 9 ergeben, in die Permanentmagnete 10 axial einsetzbar sind.
Gemäß 4 weisen die Ausnehmungen 7 jeweils nur eine Aufnahmeöffnung 9 auf. Die Zwischenräume können grundsätzlich mit einem amagnetischen Material ausgegossen werden. Dabei werden vorteilhafterweise auch sämtliche Hohlräume einer Ausnehmung 7 mit diesem Material ausgegossen.
Es ist aber durchaus vorstellbar, dass lediglich die zwischen den Permanentmagneten 10 und den Aufnahmeöffnungen 9 vorhandenen Hohlräume auch zur Fixierung der Permanentmagnete 10 mit diesem amagnetischen Material ausgegossen werden. Die verbleibenden Hohlräume zwischen Aufnahmeöffnung und Ausnehmung, sind dabei weiterhin mit Luft gefüllt, und dienen auch so der magnetischen Feldführung.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß 5 weist der Rotor 8 derartige Ausnehmungen 7 auf, so dass sich durch Bestücken dieser Ausnehmungen 7 mit Permanentmagneten 10 in die Aufnahmeöffnungen 9, im Luftspalt der permanenterregten Synchronmaschine 1 eine Flusskonzentration einstellt. D.h. die Feldlinien 20 sind gegenüber der Anordnung gemäß 2 im Luftspalt dichter aneinander. Des Weiteren zeigt 5 einen Rotor 8 mit verschiedenen Durchmessern, der über den gesamten Umfang von der Pollücke zur Polmitte kontinuierlich anwächst und danach kontinuierlich abnimmt. Damit ergibt sich am Umfang des Rotors 8 eine im Wesentlichen sinusförmige Flussverteilung, so dass man im Betrieb der permanenterregten Synchronmaschine eine sinusförmige Gegen-EMK erhält.
Die Aufnahmeöffnungen 9 können dabei, wie in 6 beispielhaft dargestellt, durch Schiebeelemente 13 voneinander getrennt sein. Die Schiebeelemente 13 sind dabei in Schlitzen 14 der jeweiligen Ausnehmung 7 im Blech einander gegenüber angeordnet. Die Schiebeelemente 13 werden vorteilhafterweise vor dem Bestücken mit Permanentmagneten 10 axial in die Schlitze 14 eingesetzt.
7 zeigt in einer Kombination mehrerer unterschiedlicher Anordnungen einen vierpoligen Rotor 8, wobei jeder Pol eine andere Anordnung seiner Ausnehmungen 7 aufweist. Die Ausnehmungen 7 eines Pols sind bogenförmig oder gerade angeordnet und weisen zwischen den Ausnehmungen 7 jeweils Stege 16 auf, die unterschiedlichste Querschnittsformen, wie z.B. rechteckig, trapez- oder bogenförmig haben.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor 8 für jeden Pol die gleiche Anordnung auf.
Auch die Ausnehmungen 7 selbst sind nicht notwendigerweise auf viereckige Grundformen beschränkt, vielmehr sind auch polygonale und/oder rundliche Querschnittsformen vorstellbar. Entscheidend dabei ist, dass die darin anzuordnenden Permanentmagnete 10 axial gut einsetzbar und gut fixierbar sind. Des Weiteren wird durch die Formgebung der Ausnehmungen ggf. auch durch zusätzliche Streuschlitze zwischen Ausnehmung und Luftspalt der permanenterregten Synchronmaschine der Streufluss minimiert.
Die Permanentmagnete 10 sind somit in ihrer Formgebung zunächst an den Aufnahmeöffnungen 9 ausgerichtet. D.h. sowohl die Aufnahmeöffnungen 9 als auch die Permanentmagnete 10 sind somit in ihrer Querschnittsform, soweit sie einer Montage der Permanentmagnete 10 in die Aufnahmeöffnung 9 nicht entgegensteht frei wählbar. Es sind somit rundliche und/oder, polygonale Querschnittsformen wählbar. Diese können u.a. bei den Aufnahmeöffnungen 9 durch Stanzen des Blechs und bei den Permanentmagneten 10 durch dementsprechende Formgießverfahren erreicht werden.
Weitere Gestaltungsmöglichkeiten sind bei Formgebung der Ausnehmungen 7 möglich, die die Aufnahmeöffnungen 9 enthalten. Dabei stehen insbesondere mechanische Festigkeit bei hohen Drehzahlen und Führung des Magnetflusses im Vordergrund.
Damit sind ebenfalls bei der Gestaltung der Ausnehmungen 7 rundliche und/oder polygonale Formgebungen möglich.
Selbstverständlich ist die Erfindung sowohl bei Innenläufern als auch bei Außenläufern anwendbar.

Claims

Rotor (8) einer permanenterregten Synchronmaschine (1), wobei der Rotor (8) innenliegende Permanetmagnete (10) in axial verlaufenden Ausnehmungen (7) eines Blechpakets aufweist, wobei die Ausnehmungen (7) jeweils zumindest eine Aufnahmeöffnung (9) für Permanentmagnete (10) aufweisen, und wobei der Rotor (8) mehrere Pole aufweist und pro Pol mindestens ein Permanentmagnet (10) vorgesehen ist und Mittel zur Montage und Positionierung der Permanentmagnete (10) vorgesehen sind.
Rotor (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (7) quaderförmig oder kreissegmentartig ausgebildet sind.
Rotor (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnungen (9) durch Stege (11) und/oder Kanten innerhalb der Ausnehmungen (7) gebildet werden.
Rotor (8) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (11) Teile zumindest einiger Bleche des Blechpakets sind.
Rotor (8) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Stegansätze die Aufnahmeöffnungen (9) bilden.
Rotor (8) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Schiebeelemente (13), die in gegenüberliegende Schlitze (14) eines Blechs des Blechpakets eingreifen die Aufnahmeöffnungen (9) bilden.
Rotor (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanetmagnete (10) in Flusskonzentrationsrichtung oder tangential angeordnet sind.
Rotor (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Hohlräume zwischen Permanentmagnet (10) und Aufnahmeöffnung (9) oder die Hohlräume zwischen Permanentmagnet (10) und Ausnehmung (7) durch amagnetische Materialien zur zusätzlichen Fixierung der Permanentmagnete (10) ausgegossen werden.