DE102008062822A1 - Permanently excited rotor for electrical machine, has triangular shaped bar that is adjusted on central longitudinal axis of rotor, where cross section of bar is defined to permanent magnet by radial distance between auxiliary magnets - Google Patents

Permanently excited rotor for electrical machine, has triangular shaped bar that is adjusted on central longitudinal axis of rotor, where cross section of bar is defined to permanent magnet by radial distance between auxiliary magnets Download PDF

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    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect

Abstract

The rotor (2) has magnetized permanent magnets (10) that are arranged in a radial direction, and auxiliary magnets (20). The auxiliary magnets are arranged between the two permanent magnets under formation of a triangular shaped bar that is spaced apart from the permanent magnets. The triangular shaped bar is adjusted on a central longitudinal axis of the rotor. The cross section of the bar is defined to the permanent magnet by the radial distance between the auxiliary magnets. The auxiliary magnets are arranged in circle-arc-shaped manner in the rotor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen permanent erregten Läufer einer elektrischen Maschine mit in tangentialer Richtung angeordneten magnetisierten Permanentmagneten, wobei Hilfsmagnete vorgesehen sind, die jeweils zwischen zwei Permanentmagneten unter Bildung eines Steges beabstandet zu den Permanentmagneten im Läufer angeordnet sind.The The present invention relates to a permanently excited rotor an electrical machine arranged in the tangential direction magnetized permanent magnets, wherein auxiliary magnets provided are each formed between two permanent magnets under formation a ridge spaced from the permanent magnets in the rotor are arranged.

Eine elektrische Maschine umfasst Stator und Rotor, wobei der Rotor auch Läufer genannt wird. Zwischen Stator und Rotor besteht ein Luftspalt. Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades einer solchermaßen aufgebauten elektrischen Maschine ist man bestrebt, eine hohe magnetische Flussdichte im Luftspalt zwischen Stator und Rotor zu erzielen, woraus u. a. auch ein großes Drehmoment resultiert.A Electric machine includes stator and rotor, the rotor also Runner is called. Between stator and rotor exists an air gap. To achieve a high efficiency of such a way Built-up electric machine is anxious to have a high magnetic To achieve flux density in the air gap between stator and rotor, from what u. a. also a large torque results.

Aus dem Stand der Technik gemäß der DD 222 745 A1 ist ein permanent erregter Läufer einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art bekannt. Hierbei sind magnetisierte Permanentmagnete vorgesehen, die in radialverlaufenden Ausschnitten des Läuferkörpers angeordnet sind und die in Richtung ihrer kürzesten Kanten magnetisiert sind. Im Bereich des Nutgrundes sind hierbei zwischen den einzelnen Permanentmagneten sogenannte Hilfsmagnete angeordnet, wobei die Kanten der Hilfsmagnete einen Abstand zu den Kanten der Permanentmagnete unter Bildung jeweils eines Steges bilden. Dieser Hilfsmagnet soll eine hohe Remanenzinduktion und eine Koerzitivfeldstärke mit tangentialer oder radialer Magnetisierungsrichtung aufweisen. Hierdurch soll erreicht werden, dass der Streufluss des Permanentmagneten im Nutgrund minimiert wird. Hierbei bewirken die Hilfsmagnete einen magnetischen Widerstand zwischen Hilfsmagnet und Permanentmagnet durch eine hohe magnetische Sättigung in dem Material des Läufers zwischen Permanentmagnet und Hilfsmagnet, d. h. dem dort verlaufenden Steg.From the prior art according to the DD 222 745 A1 is a permanently excited runner of an electric machine of the type mentioned above. In this case, magnetized permanent magnets are provided, which are arranged in radially extending cutouts of the rotor body and which are magnetized in the direction of their shortest edges. In the area of the groove base, so-called auxiliary magnets are arranged between the individual permanent magnets, the edges of the auxiliary magnets forming a distance from the edges of the permanent magnets, forming a respective web. This auxiliary magnet should have a high remanence induction and a coercive field strength with tangential or radial magnetization direction. This is intended to ensure that the stray flux of the permanent magnet is minimized in the groove bottom. In this case, the auxiliary magnets cause a magnetic resistance between the auxiliary magnet and the permanent magnet by a high magnetic saturation in the material of the rotor between the permanent magnet and the auxiliary magnet, ie the web extending there.

Um nun eine noch höhere magnetische Flussdichte im Luftspalt zwischen Läufer und Stator zu erreichen, wird erfindungsgemäß bei einem permanent erregten Läufer einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art vorgeschlagen, einen auf die Mittellängsachse des Läufers zugerichteten dreieckförmigen Steg vorzusehen, dessen Querschnitt im Wesentlichen bestimmt ist durch den minimalen radialen Abstand des Hilfsmagneten zum Permanentmagneten.Around now an even higher magnetic flux density in the air gap To achieve between rotor and stator, according to the invention a permanently energized runner of an electric machine initially proposed type, one on the central longitudinal axis of the runner trimmed triangular bridge to provide, whose cross-section is substantially determined by the minimum radial distance of the auxiliary magnet to the permanent magnet.

In Bezug auf den Stand der Technik wurde ausgeführt, dass dort der Streufluss im Wesentlichen begrenzt ist durch den minimalen Abstand zwischen Hilfsmagnet und dem zu ihm benachbart liegenden Permanentmagnet, also durch den Abstand der Kante des Hilfsmagneten zu der unmittelbar benachbarten Kante des Permanentmagneten. Aufgrund der Formel M = L/μ × A

L
= Länge
A
= Fläche
μ
= Materialbeiwert
ist erkennbar, dass zur Erzielung einer hohen Sättigung nicht nur der Abstand minimiert werden muss, sondern darüber hinaus auch die Länge des Weges für den Streufluss um den Permanentmagneten herum maßgeblich ist. Durch den erfindungsgemäßen dreieckförmigen Steg im Nutgrund des Permanentmagneten wird nun mit einem relativ gesehen geringen Querschnitt ein verhältnismäßig langer Weg bereitgestellt, der schlussendlich eine sehr hohe Sättigung in diesem Bereich und damit einen geringen Streufluss im Nutgrund des Permanentmagneten bewirkt. Die Folge hiervon ist eine Zunahme der magnetischen Flussdichte im Bereich des Luftspaltes, was wiederum ein großes Drehmoment und eine hohe Leistungsdichte bewirkt.With respect to the prior art, it has been stated that there the leakage flux is substantially limited by the minimum distance between the auxiliary magnet and the permanent magnet adjacent to it, ie by the distance of the edge of the auxiliary magnet to the immediately adjacent edge of the permanent magnet. Due to the formula M = L / μ × A
L
= Length
A
= Area
μ
= Material coefficient
It can be seen that not only the distance must be minimized to achieve a high saturation, but also the length of the path for the leakage flux around the permanent magnet is decisive. By virtue of the triangular web according to the invention in the groove base of the permanent magnet, a relatively long path is now provided with a relatively small cross section, which ultimately causes a very high saturation in this region and thus a small leakage flux in the groove base of the permanent magnet. The consequence of this is an increase in the magnetic flux density in the region of the air gap, which in turn causes a large torque and a high power density.

Im Einzelnen ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass der der Mittellängsachse des Läufers zugewandten Stirnseite des Permanentmagneten ein in etwa dreieckförmiger Permanentmagnethohlraum vorgesehen ist. Zusammen mit der Maßgabe, dass die einander zugewandten Stirnseiten zweier Hilfsmagnete jeweils an einen dreieckförmigen Hilfsmagnethohlraum anschließen, wird die Ausbildung des dreieckförmigen Steges im Bereich des Nutgrundes des Permanentmagneten deutlich. Der dreieckförmige Steg im Nutgrund des Permanentmagneten wird insofern durch die an die Stirnseite der Hilfsmagnete anschließenden dreieckförmigen Hohlräume einerseits und den an die Stirnseite des Hauptmagneten im Bereich des Nutgrundes angeordneten ebenfalls dreieckförmigen Hohlraum andererseits gebildet, wobei der dreieckförmige Steg zu beiden Seiten im Bereich der Kanten des Permanentmagneten mit dem Material des Läufers in Verbindung steht und darüber hinaus im Bereich des Scheitels mit dem Material des Läufers verbunden ist.in the Individual is provided in this context, that of the central longitudinal axis the rotor facing the end face of the permanent magnet an approximately triangular permanent magnet hollow space provided is. Together with the proviso that the facing each other End faces of two auxiliary magnets each to a triangular Connecting auxiliary magnet cavity will be the training of the triangular web in the region of the groove bottom of the permanent magnet clear. The triangular web in the groove bottom of the permanent magnet is insofar by the subsequent to the front side of the auxiliary magnets triangular cavities on the one hand and the on arranged the front side of the main magnet in the groove bottom likewise formed triangular cavity on the other hand, the triangular bridge being on both sides in the area the edges of the permanent magnet with the material of the rotor communicates and beyond in the area of the vertex connected to the material of the runner.

Die Hilfsmagnete, die rechteckförmig ausgebildet sind, sind kreisbogenförmig in dem Läufer angeordnet, d. h. sie liegen auf einer Kreisbahn. Die Anordnung der Hilfsmagnete zwischen den Permanentmagneten ist hierbei derart, dass die Tangente an der Stirnseite des Hilfsmagnets in den Bereich der benachbart liegenden Kante des Permanentmagneten reicht. Hierdurch wird erreicht, dass bei minimaler Stegbreite eine maximale Steglänge zur Verfügung gestellt wird, mithin eine hohe Sättigung in diesem Bereich erreicht wird.The Auxiliary magnets, which are rectangular in shape, are arranged in a circular arc in the rotor, d. H. they lie on a circular path. The arrangement of the auxiliary magnets between the permanent magnets is in this case such that the tangent on the front side of the auxiliary magnet in the area of the adjacent lying edge of the permanent magnet is sufficient. This will achieve that with minimum web width a maximum web length for Is provided, hence a high saturation achieved in this area.

Durch die Verbindung des dreieckförmigen Steges im Bereich des Scheitels mit dem Material des Läufers wird eine stabile Konstruktion in Bezug auf die Aufnahme der Permanentmagnete und auch der Hilfsmagnete erreicht.By the connection of the triangular web in the area of Vertex with the material of the runner becomes a stable Construction with respect to the inclusion of permanent magnets and also reached the auxiliary magnets.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.Based of the drawings, the invention will be exemplified in more detail below explained.

1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine permanent erregte Maschine mit einem Läufer und einem Stator; 1 schematically shows a section through a permanently excited machine with a rotor and a stator;

2 zeigt einen Ausschnitt aus 1. 2 shows a section 1 ,

Der in 1 mit 1 bezeichnete Stator nimmt den Läufer 2 auf, der auf einer Welle 3 gelagert ist. Zwischen Stator und Rotor befindet sich der Luftspalt 4. Der Läufer selbst besitzt eine Mehrzahl von kreisförmig um das Zentrum herum verteilt angeordnete Permanentmagnete 10 sowie zwischen den Permanentmagneten 10 in Richtung der Welle versetzte Hilfsmagnete 20. Die diesbezüglichen Einzelheiten ergeben sich aus 2. Im Nutgrund 11 des Permanentmagneten 10 zeigt sich ein dreieckförmiger oder trapezförmiger Hohlraum 12, der durch einen ebenfalls dreieckförmigen Steg 13 gebildet wird. Zu beiden Seiten des Permanentmagneten 10 sind Hilfsmagnete 20 in dem Läuferkörper angeordnet, und zwar mit radialem Abstand in Richtung der Welle des Läufers versetzt. Zur Bildung des dreieckförmigen Steges 13 befinden sich an der Stirnseite 21 eines jeden Hilfsmagneten 20 ebenfalls dreieckförmige Hohlräume 22, die in Verbindung mit dem Hohlraum 12 den dreieckförmigen Stegverlauf 13 ergeben. Der Querschnitt des Steges 13 im Bereich der Hohlräume ist im Wesentlichen gleich. Im Scheitel 14 ist der Steg mit dem Läuferkörper des Läufers verbunden.The in 1 With 1 designated stator takes the runner 2 on that on a wave 3 is stored. Between the stator and the rotor is the air gap 4 , The rotor itself has a plurality of circularly distributed around the center arranged permanent magnets 10 as well as between the permanent magnets 10 offset in the direction of the shaft auxiliary magnets 20 , The relevant details emerge 2 , In the groove bottom 11 of the permanent magnet 10 shows a triangular or trapezoidal cavity 12 passing through a likewise triangular bridge 13 is formed. On both sides of the permanent magnet 10 are auxiliary magnets 20 arranged in the rotor body, and offset with a radial distance in the direction of the shaft of the rotor. To form the triangular bridge 13 are located on the front side 21 of each auxiliary magnet 20 also triangular cavities 22 that in conjunction with the cavity 12 the triangular bridge course 13 result. The cross section of the bridge 13 in the area of the cavities is essentially the same. In the crown 14 the web is connected to the runner body of the runner.

Die Tangente 25 an der Stirnseite 21 des Hilfsmagneten 20 reicht bis in den Bereich der Kante 16 des Permanentmagneten 10. Der minimale Abstand des Hilfsmagneten zum Permanentmagneten entlang dieser Tangente bestimmt den Querschnitt des Steges 13. Der magnetische Widerstand bestimmt sich zu M = L/μ × A

L
= Länge
A
= Fläche
μ
= Materialbeiwert
The tangent 25 at the front 21 of the auxiliary magnet 20 extends into the area of the edge 16 of the permanent magnet 10 , The minimum distance of the auxiliary magnet to the permanent magnet along this tangent determines the cross section of the web 13 , The magnetic resistance is determined too M = L / μ × A
L
= Length
A
= Area
μ
= Material coefficient

Dadurch, dass die Fläche des Steges im Bereich des Durchganges zwischen dem Hilfsmagneten und dem Permanentmagneten minimiert ist, gleichzeitig aber die Länge maximiert ist, und zwar durch den dreieckförmigen Verlauf des Steges im Bereich des Nutgrundes 11, wird ein hoher magnetischer Widerstand erreicht. Dies wiederum bedeutet, dass der Streufluss gering ist, was wiederum dazu führt, dass die magnetische Flussdichte im Luftspalt hoch wird.Characterized in that the surface of the web in the region of the passage between the auxiliary magnet and the permanent magnet is minimized, but at the same time the length is maximized, by the triangular course of the web in the region of the groove bottom 11 , a high magnetic resistance is achieved. This in turn means that the leakage flux is low, which in turn causes the magnetic flux density in the air gap is high.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DD 222745 A1 [0003] - DD 222745 A1 [0003]

Claims (6)

Permanent erregter Läufer (2) einer elektrischen Maschine mit in radialer Richtung angeordneten magnetisierten Permanentmagneten (10), wobei Hilfsmagnete (20) vorgesehen sind, die jeweils zwischen zwei Permanentmagneten (10) unter Bildung eines Steges (13) beabstandet zu den Permanentmagneten im Läufer angeordnet sind, gekennzeichnet durch einen auf die Mittellängsachse des Läufers (2) zugerichteten dreieckförmigen Steg (13), dessen Querschnitt im Wesentlichen bestimmt ist durch den radialen Abstand des Hilfsmagneten (20) zum Permanentmagneten (10).Permanently agitated runner ( 2 ) of an electric machine with radially arranged magnetized permanent magnets ( 10 ), wherein auxiliary magnets ( 20 ) are provided, each between two permanent magnets ( 10 ) forming a bridge ( 13 ) spaced from the permanent magnets are arranged in the rotor, characterized by a on the central longitudinal axis of the rotor ( 2 ) trimmed triangular web ( 13 ) whose cross-section is substantially determined by the radial distance of the auxiliary magnet ( 20 ) to the permanent magnet ( 10 ). Permanent erregter Läufer einer elektrischen Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Mittelängsachse (3) des Läufers (2) zugewandten Stirnseite des Permanentmagneten (10) ein etwa dreieckförmiger Permanentmagnethohlraum (12) vorgesehen ist.Permanently excited rotor of an electric machine according to claim 1, characterized in that on the central longitudinal axis ( 3 ) of the runner ( 2 ) facing the end face of the permanent magnet ( 10 ) an approximately triangular permanent magnet hollow space ( 12 ) is provided. Permanent erregter Läufer einer elektrischen Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Stirnseiten (21) zweier Hilfsmagnete (20) an einen dreieckförmigen Hilfsmagnethohlraum (22) anschließen.Permanently excited rotor of an electric machine according to claim 2, characterized in that the mutually facing end faces ( 21 ) of two auxiliary magnets ( 20 ) to a triangular auxiliary magnetic cavity ( 22 ) connect. Permanent erregter Läufer einer elektrischen Maschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsmagnete (20) kreisbogenförmig in dem Läufer (2) angeordnet sind.Permanently excited rotor of an electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary magnets ( 20 ) circular arc in the runner ( 2 ) are arranged. Permanent erregter Läufer einer elektrischen Maschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tangente (25) an der Stirnseite (21) des Hilfsmagneten in den Bereich der benachbart liegenden Kante (16) des Permanentmagneten reicht.Permanently excited rotor of an electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the tangent ( 25 ) on the front side ( 21 ) of the auxiliary magnet in the region of the adjacent edge ( 16 ) of the permanent magnet is sufficient. Permanent erregter Läufer einer elektrischen Maschine nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dreieckförmige Steg (13) im Bereich des Scheitels (14) mit dem Material des Läufers (2) verbunden ist.Permanently excited rotor of an electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the triangular web ( 13 ) in the area of the vertex ( 14 ) with the material of the runner ( 2 ) connected is.
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DD222745A1 (en) 1984-04-02 1985-05-22 Elektromasch Forsch Entw PERMANENT MAGNETIC ROLLER FOR ELECTRICAL MACHINES
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