DE102007022835A1 - Rotor for permanent magnet-actuated electrical machine, has blank sheet and insertion plates made of different materials, where one of sheet and plates is magnetizable and other is made of magnetic material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor für permanentmagnetisch erregte elektrische Maschinen mit vergrabenen Magneten für hohe Umfangsgeschwindigkeiten, bei dem eine Vielzahl von kongruenten Blechschnitten zur Wirbelstromunterdrückung in axialer Richtung zu einem Blechpaket aufgeschichtet und Permanentmagnete in Aussparungen der Blechschnitte eingeschlossen angeordnet sind. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung in permanenterregten Elektromaschinen mit radial, aber auch mit tangential ausgerichteten Magneten bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten.The The invention relates to a rotor for permanent magnetic excited electric machines with buried magnets for high peripheral speeds, wherein a plurality of congruent laminations for eddy current suppression in the axial direction to a Stacked laminated core and permanent magnets in recesses of Sheet metal sections are included enclosed. The invention finds in particular application in permanent magnet electric machines with radial, but also with tangentially oriented magnets at high Circumferential speeds.
Bei Rotoren mit radial ausgerichteten vergrabenen Permanentmagneten stellt sich – mit zunehmend hohen Geschwindigkeiten an der Rotoroberfläche (hohe Drehzahl, großer Durchmesser) – das Problem der Dimensionierung der so genannten Streustege, die das so genannte Deckblech zur Fliehkraftsicherung der „vergrabenen" Magnete radial am Rotor fixieren. Einerseits müssen diese Streustege für die Auslegung des magnetischen Kreises schmal gewählt werden, da Teile des magnetischen Flusses kurzgeschlossen werden und damit für die Felderzeugung im Stator unwirksam sind und die Ausnutzung der Maschine verschlechtern. Andererseits sind aber aus Festigkeitsgründen (Fliehkraftsicherung der Magnete) breite Stege erforderlich.at Rotors with radially oriented buried permanent magnets turns on - at increasingly high speeds the rotor surface (high speed, large diameter) - the Problem of the dimensioning of the so - called stray amounts, which the so-called cover plate for centrifugal force protection of the "buried" Fix magnets radially on the rotor. On the one hand, they have to Scattering for the design of the magnetic circuit narrow be chosen because parts of the magnetic flux shorted become ineffective for field generation in the stator are and worsen the exploitation of the machine. on the other hand but are for reasons of strength (centrifugal force protection of the magnets) wide bridges required.
Bei Rotoren mit tangential ausgerichteten Permanentmagneten entfällt die Streuwirkung der Stege. Allerdings müssen hierbei sowohl die Magnete, als auch die magnetisierbaren Flussleitstücke – wie bei Rotoren mit Oberflächenmagneten – gegen die Fliehkraft sicher befestigt werden. Dies erfolgt z. B. durch Kleben, Verkeilen oder Bandagieren. Da der Rotorträger zwingend aus unmagnetischem Material bestehen muss, da sonst die Magnete darüber kurzgeschlossen würden, besteht der übrige Rotor aus Teilsegmenten, die miteinander verbunden werden müssen.at Rotors with tangentially oriented permanent magnets are eliminated the scattering effect of the webs. However, this must be both Magnets, as well as magnetizable flux guides - like for rotors with surface magnets - against the Centrifugal force be securely fastened. This is done z. B. by gluing, Wedging or bandaging. As the rotor carrier mandatory must consist of non-magnetic material, otherwise the magnets would be short-circuited, there is the rest Rotor made of sub-segments that need to be connected together.
Im
Stand der Technik ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Realisierung eines Rotors für permanentmagnetisch erregte elektrische Maschinen mit vergrabenen Magneten für hohe Umfangsgeschwindigkeiten zu finden, die bei hoher mechanischer Festigkeit gegen Radialkräfte eine Minimierung der magnetischen Streufelder gestattet, ohne dass die Blechschnitte für das aufgeschichtete Blechpaket in axialer Richtung vergossen werden müssen.Of the Invention is based on the object, a new way for the realization of a rotor for permanently magnetically excited electrical machines with buried magnets for high To find peripheral speeds, with high mechanical strength against radial forces a minimization of the magnetic stray fields allowed without the laminations for the stacked laminated core must be cast in the axial direction.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Rotor für permanentmagnetisch erregte elektrische Maschinen mit vergrabenen Magneten, bei dem eine Vielzahl von kongruenten Blechschnitten zur Wirbelstromunterdrückung in axialer Richtung zu einem Blechpaket aufgeschichtet und Permanentmagnete in Aussparungen der Blechschnitte eingeschlossen angeordnet sind, dadurch gelöst, dass die Blechschnitte jeweils mindestens eine Blechronde mit gleichverteilt eingebrachten Ausnehmungen für die Permanentmagnete und mit dazwischen symmetrisch eingefügte Aussparungen für komplementär zur Aussparung geformte Einsatzbleche aufweisen, wobei die Blechronde zwischen den Ausnehmungen für die Magnete radiale Materialverbindungen mit einem peripheren Teil der Blechronde zur Abdeckung und radialen Rückhaltung der Magnete gegen Fliehkräfte aufweist, dass die Einsatzbleche mindestens an einem zur Rotorachse ausgerichteten Fußpunkt und an beiden Seitenkanten im Bereich der peripheren Teile (Deckbleche) der Blechronde zur Abdeckung und Rückhaltung der Magnete mindestens in radialer Richtung formschlüssig verankert sind und dass die Blechronde und die Einsatzbleche aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften gefertigt sind, von denen das eine magnetisierbar und das andere amagnetisch ist.According to the invention the task of a rotor for permanent magnet excited electric machines with buried magnets in which a variety of congruent laminations for eddy current suppression stacked in the axial direction to a laminated core and permanent magnets enclosed in recesses of the sheet metal sections, solved in that the laminations each at least a circular sheet metal with uniformly introduced recesses for the permanent magnets and symmetrically inserted between them Recesses shaped for complementary to the recess Having insert sheets, wherein the sheet metal blank between the recesses for the magnets radial material connections with a peripheral Part of the sheet metal blank for cover and radial retention the magnets against centrifugal forces has that the insert sheets at least at one of the rotor axis aligned foot point and on both side edges in the area of the peripheral parts (cover plates) the sheet metal blank to cover and retain the magnets anchored in a form-fitting manner at least in the radial direction are and that the sheet metal blank and the insert sheets of different Made of materials with different magnetic properties one of which is magnetizable and the other nonmagnetic is.
Vorteilhaft weisen die Einsatzbleche eine geradlinig begrenzte Außenkontur auf, wobei die Verankerungselemente im wesentlichen Dreieck- oder Keilformen sind. Die Einsatzbleche können aber auch zweckmäßig bogenförmig begrenzte Außenkonturen aufweisen, wobei die Verankerungselemente im Wesentlichen aus Kreisbogenelementen bestehen, oder aus geradlinigen und bogenförmigen Konturen kombiniert sein.Advantageous have the insert sheets a straight-line outer contour wherein the anchoring elements are substantially triangular or wedge-shaped are. The insert sheets can also be useful have arcuately limited outer contours, wherein the anchoring elements consist essentially of circular arc elements consist of, or straight and arcuate contours be combined.
Für besonders hohe Umfangsgeschwindigkeiten weisen die Einsatzbleche vorteilhaft an beiden in Radialrichtung verlaufenden Seitenkanten im Bereich der peripheren Teile der Blechronde zur Abdeckung und Rückhaltung der Magnete Verankerungselemente mit zusätzlicher tangentialer Verriegelung auf.For particularly high peripheral speeds, the insert plates advantageously at both radially extending side edges in the region of the peripheral parts of the circular sheet metal for covering and retaining the magnets anchoring elements with additional tangential locking on.
Die formschlüssig eingepassten Einsatzbleche sind mit dem Material der Blechronde zweckmäßig zusätzlich verschweißt, verlötet oder verklebt.The form-fitting fitted insert sheets are with the material the circular sheet useful addition welded, soldered or glued.
Als radiale Materialverbindungen zu den peripheren Teilen der Blechronde für die Abdeckung und Rückhaltung der Magnete sind vorzugsweise sehr schmale, im wesentlichen radial ausgerichtete Stege vorgesehen, die jeweils zwischen den Aussparungen für die Einsatzbleche und den Ausnehmungen für die Magnete angeordnet sind. Als radiale Materialverbindungen der Blechronde zu den peripheren Teilen der Blechronde für die Abdeckung und Rückhaltung der Magnete können aber auch vorteilhaft direkt die Einsatzbleche verwendet werden.When Radial material connections to the peripheral parts of the sheet metal blank for the cover and retention of the magnets are preferably very narrow, substantially radially aligned webs provided, each between the recesses for the Insert plates and the recesses for the magnets arranged are. As radial material connections of the sheet metal blank to the peripheral Split the sheet metal blank for coverage and retention But the magnets can also advantageously directly the insert plates be used.
Beim Einsatz von Magneten mit radial ausgerichteten Polen werden die Blechronde aus ferromagnetischem Material und die Einsatzbleche aus amagnetischem Material gefertigt, während bei tangential ausgerichteten Magneten die Blechronde aus amagnetischem Material, und die Einsatzbleche aus ferromagnetischem Material gefertigt sind.At the Use of magnets with radially oriented poles are the Sheet metal of ferromagnetic material and the inserts made of non-magnetic material, while tangential Aligned magnets, the sheet metal blank from amagnetic material, and the insert sheets are made of ferromagnetic material.
In beiden Fällen ist es vorteilhaft, die Einsatzbleche durch periphere Hilfsstege zu einer Einsatzblechronde zusammenzufassen, wobei die Hilfsstege nach dem Zusammenfügen der Blechschnitte zu einem Blechpaket nachträglich eliminiert werden.In In both cases it is advantageous to use the insert sheets to combine peripheral auxiliary webs into a insert sheet metal blank, wherein the auxiliary webs after joining the laminations be subsequently eliminated to a laminated core.
Im Falle von radial ausgerichteten Magneten können die Einsatzbleche auch vorteilhaft durch periphere Hilfsstege zu einer Einsatzblechronde zusammengefasst sein, wobei die Hilfsstege jedoch auch nach Montage des Rotors als peripherer Ring fest mit den Einsatzblechen verbunden bleiben und die Funktion einer äußeren Rotorbandage übernehmen.in the Traps of radially oriented magnets may be the insert plates also advantageous by peripheral auxiliary webs to a Einsatzblechronde be summarized, but the auxiliary webs also after assembly of the rotor as a peripheral ring firmly connected to the insert plates remain and take over the function of an outer rotor bandage.
Als ferromagnetisches Material des Blechschnittes werden vorzugsweise Weicheisen oder Dynamoeisen eingesetzt.When Ferromagnetic material of the sheet metal section are preferably Soft iron or dynamo iron used.
Als amagnetisches Material des Blechschnittes wird zweckmäßig ein Metall, insbesondere nichtmagnetischer Stahl, Aluminium oder Titan, eingesetzt. Es können aber auch vorteilhaft thermisch und mechanisch belastbare Nichtmetalle, insbesondere Kunststoffe oder Keramikwerkstoffe, eingesetzt werden.When Non-magnetic material of the sheet cut is appropriate a metal, in particular non-magnetic steel, aluminum or Titanium, used. But it can also be advantageous thermally and mechanically non-metals, in particular plastics or ceramic materials.
Innerhalb mechanisch nicht oder gering belasteter Bereiche des amagnetischen Materials der Blechschnitte sind vorteilhaft Löcher zur Belüftung, Kühlung oder Montageerleichterung des Blechpaketes eingebracht.Within mechanically non-stressed or lightly loaded areas of the non-magnetic Material of the laminations are advantageous holes for Ventilation, cooling or mounting relief of the Inserted laminated core.
Dabei sind die Löcher im amagnetischen Material zweckmäßig als eine der geometrischen Figuren von Kreis, Ellipse oder beliebigem n-Eck geformt und in allen Blechschnitten des Blechpaketes eines Rotors in Position, Form und Größe übereinstimmend eingebracht. Ferner können in die Löcher im amagnetischen Material zusätzlich Stäbe oder Rohre eingesetzt sein, die als Montagehilfe, als Wirbelstromdämpfer oder zur Kühlkanäle dienen.there the holes in the non-magnetic material are appropriate as one of the geometric figures of circle, ellipse or any N-shaped corner and in all the sheet metal sections of the laminated core of a rotor consistent in position, shape and size brought in. Furthermore, in the holes in the non-magnetic Material additionally rods or tubes used be as mounting aid, as eddy current damper or serve for cooling channels.
Für bestimmte Anwendungsfälle kann das amagnetische Material der Blechschnitte vorteilhaft eine gegenüber dem magnetisierbaren Material größere Dicke aufweisen, wobei beim Zusammenfügen der Blechschnitte zunächst so viele Blechronden und Einsatzbleche aufgestapelt werden, bis beide Stapel ein gemeinsames Vielfaches ihrer Dicken aufweisen, und dann die Einsatzblechstapel in axialer Richtung des Rotors in die Aussparungen des Blechrondenstapels eingeschoben werden.For certain applications may be the non-magnetic material the laminations advantageous one opposite the magnetizable Material have greater thickness, wherein when joining the First sheet metal cuts as many sheet metal blanks and insert sheets be stacked until both stacks are a common multiple have their thicknesses, and then the insert stacks in axial Direction of the rotor inserted into the recesses of Blechrondenstapels become.
Vor dem ersten und nach dem letzten aus Blechronden und Einsatzblechen zusammengesetzten Blechschnitt des Blechpaketes ist vorteilhaft jeweils ein Abschlussblech als Vollmaterialronde aus nicht magnetischem Material zur axialen Stabilisierung des Blechpaketes angefügt.In front the first and the last of sheet metal blanks and insert sheets Composite sheet metal section of the laminated core is advantageous one end plate as solid material blank of non-magnetic Material added for axial stabilization of the laminated core.
Zweckmäßig kann innerhalb des Blechpaketes nach einer definierten Anzahl von aus Blechronden und Einsatzblechen zusammengesetzten Blechschnitten jeweils ein Zwischenblech als Vollronde aus amagnetischem Material zur zusätzlichen axialen Stabilisierung der Verankerungen der Einsatzbleche in den Blechronden eingefügt sein.expedient can within the laminated core after a defined number of from sheet metal blanks and insert sheets composite laminations in each case an intermediate plate as Vollronde of non-magnetic material for additional axial stabilization of the anchorages insert the insert sheets in the circular blanks.
Falls die Blechronden und die Einsatzbleche (bzw. Einsatzblechronden) voneinander abweichende Dicken aufweisen, können die als amagnetische Vollronden ausgebildeten Zwischenbleche zur zusätzlichen axialen Stabilisierung der Verankerung der Einsatzbleche innerhalb der Blechronde nach einer definierten Anzahl von Blechronden und davon abweichenden Zahl von Einsatzblechen in das Blechpaket eingefügt werden, wenn die unterschiedlichen Dicken von Blechronden und Einsatzblechen ein gemeinsames Vielfaches aufweisen.If the sheet metal blanks and the insert sheets (or insertion blanks) have different thicknesses, the as amagnetic Vollronden formed intermediate plates for additional axial stabilization of the anchoring of the insert sheets within the sheet metal blank after a defined number of circular blanks and thereof deviating number of insert plates inserted into the laminated core when the different thicknesses of sheet blanks and insert sheets have a common multiple.
Die Grundidee der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass bei Rotoren von permanentmagnetisch erregten Elektromaschinen mit vergrabenen Magneten für hohe Umlaufgeschwindigkeiten ein Konflikt besteht zwischen der Notwendigkeit schmaler radialer Stege (die bei radialer Magnetausrichtung als unerwünschte Streustege wirken) und dem Erfordernis hoher Fliehkraftsicherung der Magnete sowohl für radiale auch für tangentiale Magnetausrichtung.The The basic idea of the invention is based on the consideration that in rotors of permanent magnetically excited electric machines with buried magnets for high orbital speeds a conflict exists between the need for narrow radial webs (the with radial magnetic alignment as unwanted scattering amounts act) and the requirement of high centrifugal force protection of the magnets for both radial and tangential magnetic alignment.
Die Erfindung löst dieses Problem, indem innerhalb jeder Blechronde des Maschinenrotors zusammengesetzte Blechschnitte verwendet werden, die einerseits Bereiche, die magnetisch aktiv sind, und andererseits Bereiche, die magnetisch nicht leitend sind, aufweisen. Dazu sind in Abhängigkeit von der Polrichtung der Permanentmagnete entweder die Blechronde, in der die Magnete eingesetzt sind, oder die Einsatzbleche, die im Rondenmaterial zwischen den Magneten eingesetzt sind, aus ferromagnetischem Material gefertigt, während die jeweils anderen Bereiche aus nichtmagnetischem Material bestehen. Aus Gründen der unerwünschten Wirbelstromerwärmung wird das Prinzip der voneinander isolierten Blechschnitte in axialer Richtung des Rotors beibehalten und durch Verklebung oder Verschraubung (oder andere kraftschlüssige Verbindungen) ein mechanisch belastbarer Verbund geschaffen.The invention solves this problem by using composite sheet metal sections within each sheet-metal blanks of the machine rotor which, on the one hand, have areas which are magnetically active. and on the other hand, areas which are not magnetically conductive. Depending on the polar direction of the permanent magnets, either the sheet metal blank in which the magnets are inserted or the insert sheets which are inserted between the magnets in the blank material are made of ferromagnetic material, while the respective other areas consist of nonmagnetic material. For reasons of unwanted eddy current heating, the principle of mutually insulated laminations is maintained in the axial direction of the rotor and created by gluing or screwing (or other positive connections) a mechanically strong bond.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, für eine permanentmagnetisch erregte elektrische Maschine einen Rotor mit vergrabenen Magneten zu realisieren, der bei hohen Festigkeitswerten in Radialrichtung eine Minimierung der magnetischen Streufelder gestattet.With The solution according to the invention makes it possible to for a permanent magnetically excited electrical machine To realize a rotor with buried magnets, which at high Strength values in the radial direction minimizing the magnetic stray fields allowed.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:The Invention will be described below with reference to embodiments be explained in more detail. The drawings show:
Der
Rotor
Der
Blechschnitt
Die
an die Form der Aussparung
Der
Blechschnitt
Die
gegensätzliche Materialwahl für die Blechronde
In
einer alternativen Ausführung der Blechschnitte
Für
die zuverlässige Fixierung der Permanentmagnete
Grundsätzlich
muss eine zuverlässige Verankerung des Einsatzbleches
Der
Formschluss der Einsatzbleche
Vorzuziehen
sind dabei gerundete Formen, die das Risiko der Kerbrissbildung
verringern.
Es
sind auch – insbesondere (aber keinesfalls ausschließlich)
für tangential ausgerichtete Magnete
Für
besonders hohe Fliehkraftbelastung der Permanentmagnete
Für
eine rationellere Fertigung und Montage der Blechschnitte
Bei
Verwendung einer amagnetischen Einsatzblechronde
In
einer besonders vorteilhaften Ausführung können
die Blechschnitte
Dass
die Form der Löcher
In
die Löcher
Damit
die Einsatzbleche
Die
Dicke der amagnetischen Teilbleche (Einsatzbleche
Die
Stege
Wird
das über den Magneten
- 11
- Rotorrotor
- 1111
- Rotorachserotor axis
- 22
- Blechschnittsheet metal cutting
- 2121
- Blechrondesheet metal blank
- 2222
- Aussparungenrecesses
- 2323
- Einsatzblecheinsert plates
- 2424
- Ausnehmungenrecesses
- 2525
- StegeStege
- 2626
- Verankerungselementeanchoring elements
- 2727
- Hilfsstegeauxiliary lands
- 2828
- EinsatzblechrondeUse sheet metal blank
- 2929
- Löcherholes
- 33
- Rotorwellerotor shaft
- 44
- (Permanent-)Magnete(Permanent) magnets
- 4141
- radial ausgerichtete Magneteradial aligned magnets
- 4242
- tangential ausgerichtete Magnetetangential aligned magnets
- 55
- Blechpaketlaminated core
- 5151
-
Abschlussbleche
51 end plates51 - 5252
-
Zwischenbleche
52 intermediate plates52 - FF
- Fußpunktnadir
- LL
- Seitenkanteside edge
- N, SN, S
- (Magnet-)Pole(Magnetic) poles
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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