DE102010044046A1 - reluctance motor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft den Rotor einer Reluktanzmaschine, umfassend ein Blechpaket, wobei das Blechpaket Flusssperren aufweist, die eine gerade Anzahl von ausgeprägten magnetischen Polen ausbilden und die q-Achse des Rotors definieren, wobei bei dem Rotor Permanentmagnete vorgesehen sind, wobei in der d-Achse des Rotors Ausnehmungen vorgesehen sind, in denen die Permanentmagnete angeordnet sind.The invention relates to the rotor of a reluctance machine, comprising a laminated core, the laminated core having flux barriers which form an even number of pronounced magnetic poles and define the q-axis of the rotor, with permanent magnets being provided on the rotor, with the d-axis of the rotor recesses are provided in which the permanent magnets are arranged.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Synchronmaschine, insbesondere einer Reluktanzmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a rotor of a synchronous machine, in particular a reluctance machine, according to the preamble of claim 1.

Die WO 2009/063350 A2 zeigt einen Rotor eines Reluktanzmotors, bei dem durch Flusssperren im Rotorblechpaket ausgeprägte magnetische Pole ausgebildet sind. In diese Flusssperren sind Permanentmagnete eingebettet. Diese Anordnung der Permanentmagnete beeinflusst das Magnetfeld im Rotor nur in eingeschränkter Weise, indem das Feld in Richtung der q-Achse verstärkt wird. Dies bewirkt insbesondere eine Erhöhung des Leistungsfaktors der Maschine, die Leistungsdichte wird hierdurch nur unwesentlich beeinflusst.The WO 2009/063350 A2 shows a rotor of a reluctance motor in which pronounced magnetic poles are formed by flow barriers in the rotor core. Permanent magnets are embedded in these flow barriers. This arrangement of the permanent magnets affects the magnetic field in the rotor only to a limited extent by the field in the direction of the q-axis is amplified. This causes in particular an increase in the power factor of the machine, the power density is thereby influenced only insignificantly.

In der DE 10 2008 057 391 A1 wird eine Synchronmaschine vorgeschlagen, bei der der Rotor ausgeprägte magnetische Pole aufweist, die ein Reluktanzdrehmoment erzeugen. Zusätzlich sind hier Permanentmagnete vorgesehen, die durch ihre Anordnung im Rotor für eine Verschiebung des magnetischen Flusses sorgen, sodass eine Überlagerung des Reluktanzdrehmoments und des Magnetdrehmoments zu einer maximalen Amplitude des resultierenden Drehmoments führt. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass der Rotor nicht symmetrisch aufgebaut ist, weshalb der erzielte Effekt nur in einer Drehrichtung zur Anwendung kommen kann.In the DE 10 2008 057 391 A1 For example, a synchronous machine is proposed in which the rotor has distinct magnetic poles that produce a reluctance torque. In addition, here permanent magnets are provided, which provide by their arrangement in the rotor for a displacement of the magnetic flux, so that a superposition of the reluctance torque and the magnetic torque leads to a maximum amplitude of the resulting torque. However, this arrangement has the disadvantage that the rotor is not symmetrical, which is why the effect achieved can only be used in one direction of rotation.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Rotor einer Synchronmaschine, insbesondere einer Reluktanzmaschine, zu schaffen der vorgenannte Nachteile überwindet und eine Verstärkung der magnetischen Eigenschaften des Rotors und damit eine deutliche Erhöhung der Leistungsdichte bei Erhaltung der Symmetrie erreicht.The present invention is based on the object to provide a rotor of a synchronous machine, in particular a reluctance machine, overcomes the aforementioned disadvantages and achieves an increase in the magnetic properties of the rotor and thus a significant increase in power density while maintaining symmetry.

Die Lösung der Aufgabe sieht vor, dass in der d-Achse des Rotors Ausnehmungen vorgesehen sind, in denen die Permanentmagnete angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass das Magnetfeld durch die Permanentmagnete im Bereich der d-Achse verstärkt wird. Durch die Anordnung der Permanentmagnete wird die Leistungsdichte der Maschine deutlich erhöht und die Symmetrie des Rotors bleibt erhalten, sodass der Rotor in beide Richtungen drehen kann und jeweils die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung der Permanentmagnete zur Wirkung kommen.The solution of the problem provides that in the d-axis of the rotor recesses are provided, in which the permanent magnets are arranged. This has the advantage that the magnetic field is amplified by the permanent magnets in the region of the d-axis. The arrangement of the permanent magnets, the power density of the machine is significantly increased and the symmetry of the rotor is maintained, so that the rotor can rotate in both directions and each of the advantages of the inventive arrangement of the permanent magnets come into effect.

Des Weiteren bietet diese Lösung den Vorteil, dass der bei Reluktanzmaschinen zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrads und einer hohen Leistungsdichte notwendige minimale radiale Luftspalt zwischen Statorpaket und Rotorpaket ohne Einbußen beim Wirkungsgrad des Motors vergrößert werden kann. Hierdurch sind die bei der Fertigung der Blechpakete gestellten Anforderungen an die Toleranzen geringer und der Motor kann auch in den Anwendungen eingesetzt werden, in denen ein großer radialer Luftspalt notwendig ist, beispielsweise bei Spaltrohrmotoren.Furthermore, this solution has the advantage that the necessary in reluctance machines to achieve a high efficiency and a high power density minimum radial air gap between the stator and rotor package can be increased without sacrificing the efficiency of the engine. As a result, the demands made on the tolerances in the manufacture of the laminated cores are lower and the motor can also be used in applications in which a large radial air gap is necessary, for example in canned motors.

In einer für die Erfindung günstigen Ausführung sind die Permanentmagnete durch einen Steg vom Luftspalt getrennt, insbesondere durch einen Steg, dessen Breite weniger als ein Zehntel des Rotordurchmessers beträgt. Eine wesentliche Anforderung an die Einbettung von Permanentmagneten in den Rotor ist die stabile Positionierung. Die Permanentmagnete sind im Betrieb des Motors Fliehkräften ausgesetzt, weshalb es günstig ist, die Magnete im Blechpaket des Rotors vorzusehen. Allerdings führt das Blechpaket zu einer Schwächung des Magnetfelds, weshalb die Überdeckung der Permanentmagnete mit Rotorblech auf ein notwendiges Minimum reduziert ist.In an embodiment which is favorable for the invention, the permanent magnets are separated from the air gap by a web, in particular by a web whose width is less than one tenth of the rotor diameter. An essential requirement for the embedding of permanent magnets in the rotor is the stable positioning. The permanent magnets are exposed during operation of the engine centrifugal forces, which is why it is convenient to provide the magnets in the laminated core of the rotor. However, the laminated core leads to a weakening of the magnetic field, which is why the overlap of the permanent magnets with rotor plate is reduced to a necessary minimum.

In einer alternativen Ausführung sind die Permanentmagnete in einer vom Luftspalt zugänglichen Ausnehmung vorgesehen. Bei dieser Anordnung, bei der das Magnetfeld nicht durch das Blechpaket überdeckt wird, ist darauf zu achten, dass die Magnete durch ihre Form oder durch einen geeigneten Klebstoff oder eine Bandage auf dem Rotor gehalten werden. In Abhängigkeit von der Anwendung ist diese Variante vor allem bei langsam drehenden Motoren, die ein großes Drehmoment erzeugen sollen, vorzuziehen.In an alternative embodiment, the permanent magnets are provided in a recess accessible from the air gap. In this arrangement, in which the magnetic field is not covered by the laminated core, it should be ensured that the magnets are held by their shape or by a suitable adhesive or a bandage on the rotor. Depending on the application, this variant is preferable, especially in slow-speed motors, which should generate a large torque.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Permanentmagnete quaderförmig, wodurch die Herstellungskosten der Synchronmaschine erheblich reduzierbar sind. Durch die Verwendung von Standardteilen lassen sich baukastenartig Rotormagnete in verschiedenen Größen realisieren, wodurch die Materialkosten erheblich gesenkt werden.In a further embodiment, the permanent magnets are cuboid, whereby the manufacturing cost of the synchronous machine can be significantly reduced. By using standard parts, rotor magnets of various sizes can be realized in a modular manner, which considerably reduces material costs.

Alternativ lassen sich die Permanentmagnete herstellen, die in Achsrichtung symmetrisch konturiert sind. Diese sind zwar in der Herstellung teurer als die oben dargestellten quaderförmigen Permanentmagnete, zur Verwendung an der Oberfläche des Rotors ist es jedoch vorteilhaft, Permanentmagnete zu verwenden, die durch Formschluss in der Ausnehmung an der Rotoroberfläche gehalten werden.Alternatively, the permanent magnets can be produced, which are contoured symmetrically in the axial direction. Although these are more expensive to manufacture than the above-described rectangular permanent magnets, for use on the surface of the rotor, it is advantageous to use permanent magnets which are held by positive engagement in the recess on the rotor surface.

Bei dem erfindungsgemäßen Rotor besteht die Möglichkeit, zusätzliche Permanentmagnete in der q-Achse des Rotors vorzusehen. Hierdurch lässt sich das Magnetfeld des Rotors bei Bedarf noch weiter beeinflussen.In the case of the rotor according to the invention, it is possible to provide additional permanent magnets in the q-axis of the rotor. As a result, the magnetic field of the rotor can be further influenced as needed.

Der erfindungsgemäße Rotor kommt vorteilhafter Weise bei einer mehrpoligen, insbesondere zweipoligen, vierpoligen, sechspoligen, achtpoligen oder zehnpoligen, Reluktanzmaschine zum Einsatz, wobei für jeden Pol mindestens ein Permanentmagnet in der d-Achse vorgesehen ist. Somit ist für unterschiedliche Anwendungen ermöglicht, die jeweils passenden Reluktanzmaschine mit der erhöhten Leistungsdichte zu konzipieren.The rotor according to the invention advantageously comes in a multi-pole, in particular two-pole, four-pole, six-pole, eight-pole or ten-pole, reluctance machine used, wherein for each pole at least one permanent magnet in the d-axis is provided. Thus, it is possible for different applications to design the appropriate reluctance machine with the increased power density.

Die Permanentmagnete, die im Rotor vorgesehen sind, bestehen bevorzugt aus Materialien der Seltenen Erden oder aus Ferrit. Diese Permanentmagnete bewirken aufgrund ihrer Leistungsdichten einen vorteilhaften Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des Rotors.The permanent magnets provided in the rotor are preferably made of rare earth materials or ferrite. Due to their power densities, these permanent magnets have an advantageous influence on the magnetic properties of the rotor.

Durch die Permanentmagnete im Rotor wird das magnetische Feld des Rotors derart verstärkt, dass es möglich ist, den Luftspalt zwischen Rotor und Stator bei der Reluktanzmaschine vergrößert sein kann im Vergleich zu Reluktanzmaschinen ohne zusätzliche Permanentmagnete in der d-Achse. Ein Rotor, der auf erfindungsgemäße Art mit Permanentmagneten ausgestattet wurde, eignet sich deshalb besonders für den Einsatz in einem Spatrohrmotor, insbesondere zum Betrieb einer Spaltrohrmotorpumpe.By the permanent magnets in the rotor, the magnetic field of the rotor is amplified such that it is possible, the air gap between the rotor and stator in the reluctance machine can be increased compared to reluctance machines without additional permanent magnets in the d-axis. A rotor which has been equipped with permanent magnets according to the invention is therefore particularly suitable for use in a Spatrohr motor, in particular for the operation of a canned motor pump.

Weitere vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus der Kombination der Ansprüche.Further advantageous embodiments will become apparent from the combination of claims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen dieAn embodiment of the invention is illustrated in the drawings and will be described in more detail below. It show the

1 einen Blechschnitt eines Reluktanzmotors und die 1 a sheet metal section of a reluctance motor and the

2a bis 2d verschiedene Positionierungen der Permanentmagnete im Rotor. 2a to 2d different positions of the permanent magnets in the rotor.

Die 1 zeigt einen Blechschnitt eines Rotors für einen Reluktanzmotor bekannter Bauart. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Stator nicht abgebildet. Das Rotorblech 1 verfügt über mehrere Flusssperren 2, durch deren Anordnung ein vierpoliger Rotor gebildet wird, bei dem der magnetische Fluss in den Bereichen mit den Flusssperren 2 gehemmt wird. Mehrere Rotorbleche 1 mit dem gezeigten Blechschnitt werden in Richtung der Drehachse 3 gestapelt, und bilden so den Rotor. Dieser einfach herzustellende Rotor weist einen Bereich hoher magnetischer Leitfähigkeit, die d-Achse d, und einen Bereich geringer magnetischer Leitfähigkeit, die q-Achse q, auf.The 1 shows a laminated section of a rotor for a reluctance motor of known design. To simplify the illustration, the stator is not shown. The rotor sheet 1 has several river barriers 2 , by the arrangement of a four-pole rotor is formed, in which the magnetic flux in the areas with the flow barriers 2 is inhibited. Several rotor laminations 1 with the sheet metal section shown are in the direction of the axis of rotation 3 stacked, thus forming the rotor. This easy-to-manufacture rotor has a high magnetic conductivity region, the d-axis d, and a low magnetic-conductivity region, the q-axis q.

Die 2a bis 2d zeigen einen Ausschnitt des Blechschnitts aus 1, wobei im Bereich der d-Achse entsprechend der Erfindung Permanentmagnete vorgesehen sind. Diese verstärken die magnetische Leitfähigkeit in den d-Achsen. In den 2a bis 2d sind verschiedene Positionen der Permanentmagnete dargestellt, die dem Rotor spezifische Eigenschaften verleihen. Bei der 2a ist ein Permanentmagnet 4 zwischen zwei Eisenstegen und den Flusssperren 2 eingebettet. Der Permanentmagnet 4 sitzt möglichst dicht beim Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator des Elektromotors, um eine möglichst hohe Induktion zu erreichen. Um die mechanische Stabilität zu gewährleisten, bleiben an den Seiten des Permanentmagneten 4 Eisenstege stehen. Der Permanentmagnet 4 ist, zur Abstützung gegen die auftretenden Fliehkräfte, im Blech vergraben.The 2a to 2d show a section of the sheet metal section 1 , wherein permanent magnets are provided in the region of the d-axis according to the invention. These increase the magnetic conductivity in the d axes. In the 2a to 2d various positions of the permanent magnets are shown, which give the rotor specific properties. In the 2a is a permanent magnet 4 between two iron bridges and the river barriers 2 embedded. The permanent magnet 4 sits as close as possible to the air gap between the rotor and the stator of the electric motor to achieve the highest possible induction. To ensure mechanical stability, stay on the sides of the permanent magnet 4 Iron bars stand. The permanent magnet 4 is buried in the sheet to support against the centrifugal forces occurring.

In der 2b ist ein Permanentmagnet 5 direkt zwischen den Flusssperren eingebettet, wobei die Eisenstege vom Permanentmagneten 5 räumlich getrennt sind. Dies hat den Effekt, dass das Magnetvolumen im Vergleich zum oben dargestellten Permanentmagneten 4 erhöht werden kann. Die Stege zur mechanischen Stabilität müssen daher an anderer Stelle eingebracht werden. Wie in 2a ist der Permanentmagnet 5, zur Abstützung gegen die auftretenden Fliehkräfte, im Blech vergraben.In the 2 B is a permanent magnet 5 embedded directly between the river barriers, with the iron bars of the permanent magnet 5 are spatially separated. This has the effect that the magnetic volume compared to the permanent magnet shown above 4 can be increased. The webs for mechanical stability must therefore be introduced elsewhere. As in 2a is the permanent magnet 5 , to support against the centrifugal forces, buried in the sheet metal.

In der 2c ist ein Permanentmagnet 6 am Rotoraußendurchmesser vorgesehen. Die Induktion kann dadurch im Vergleich zu obigen Beispielen weiter erhöht werden. Der Permanentmagnet kann von außen einfach eingebracht werden, was zu Erleichterungen bei der Herstellung des Rotors führt. Es wird eventuell eine Bandage notwendig, um den auftretenden Fliehkräften entgegenzuwirken und den Permanentmagneten abzustützen.In the 2c is a permanent magnet 6 provided at the rotor outer diameter. The induction can be further increased in comparison with the above examples. The permanent magnet can be easily inserted from the outside, which leads to simplification in the manufacture of the rotor. It may be a bandage necessary to counteract the centrifugal forces occurring and support the permanent magnet.

In der 2d ist ein Permanentmagnet 7 im Vergleich zur Position des Permanentmagneten 6 in der 2c in Richtung der Drehachse 3 verschoben. Dadurch ist die mechanische Stabilität bei dieser Anordnung im Vergleich zu der oben dargestellten am höchsten. Das Magnetvolumen kann größer sein, als das der in den 2a bis 2c dargestellten Permanentmagnete 4, 5 und 6. Der Permanentmagnet 7 ist, zur Abstützung gegen auftretende Fliehkräfte, im Blech vergraben.In the 2d is a permanent magnet 7 compared to the position of the permanent magnet 6 in the 2c in the direction of the axis of rotation 3 postponed. As a result, the mechanical stability in this arrangement is highest in comparison with that shown above. The magnetic volume may be greater than that in the 2a to 2c shown permanent magnets 4 . 5 and 6 , The permanent magnet 7 is, to support against centrifugal forces, buried in the sheet.

Um das magnetische Feld noch gezielter zu führen sind Kombinationen der dargestellten Magnetpositionen möglich.In order to guide the magnetic field even more targeted combinations of the illustrated magnet positions are possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Rotorblechrotor sheet
22
Flusssperrencheck valves
33
Drehachseaxis of rotation
44
Permanentmagnetpermanent magnet
55
Permanentmagnetpermanent magnet
66
Permanentmagnetpermanent magnet
77
Permanentmagnetpermanent magnet
dd
d-Achsed-axis
qq
q-Achseq-axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102008057391 A1 [0003] DE 102008057391 A1 [0003]

Claims (9)

Rotor einer Synchronmaschine, insbesondere einer Reluktanzmaschine, umfassend ein Blechpaket, wobei das Blechpaket Flusssperren aufweist, die eine gerade Anzahl von ausgeprägten magnetischen Polen ausbilden und die q-Achse des Rotors definieren, wobei bei dem Rotor Permanentmagnete vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der d-Achse d des Rotors Ausnehmungen vorgesehen sind, in denen die Permanentmagnete (4, 5, 6, 7) angeordnet sind.Rotor of a synchronous machine, in particular a reluctance machine, comprising a laminated core, wherein the laminated core flow barriers, which form an even number of distinct magnetic poles and define the q-axis of the rotor, wherein the rotor permanent magnets are provided, characterized in that in d-axis d of the rotor recesses are provided, in which the permanent magnets ( 4 . 5 . 6 . 7 ) are arranged. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4, 5, 6, 7) durch einen Steg vom Luftspalt getrennt sind, insbesondere durch einen Steg, dessen Breite weniger als ein Zehntel des Rotordurchmessers beträgt.Rotor according to claim 1, characterized in that the permanent magnets ( 4 . 5 . 6 . 7 ) are separated by a web from the air gap, in particular by a web whose width is less than one tenth of the rotor diameter. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4, 5, 6, 7) in einer vom Luftspalt zugänglichen Ausnehmung vorgesehen sind.Rotor according to claim 1, characterized in that the permanent magnets ( 4 . 5 . 6 . 7 ) are provided in a recess accessible from the air gap. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4, 5, 6, 7) quaderförmig sind.Rotor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the permanent magnets ( 4 . 5 . 6 . 7 ) are cuboidal. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4, 5, 6, 7) in Achsrichtung symmetrisch konturiert sind.Rotor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the permanent magnets ( 4 . 5 . 6 . 7 ) are symmetrically contoured in the axial direction. Rotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Permanentmagnete (4, 5, 6, 7) in der q-Achse (q) des Rotors vorgesehen sind.Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that additional permanent magnets ( 4 . 5 . 6 . 7 ) are provided in the q-axis (q) of the rotor. Rotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reluktanzmaschine mehrpolig, insbesondere zweipolig, vierpolig, sechspolig, achtpolig oder zehnpolig, ausgeführt ist, wobei für jeden Pol mindestens ein Permanentmagnet in der d-Achse (d) vorzusehen ist.Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the reluctance machine is multi-pole, in particular two-pole, four-pole, six-pole, eight-pole or ten-pole, wherein for each pole at least one permanent magnet in the d-axis (d) is provided. Rotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4, 5, 6, 7) aus Materialien der Seltenen Erden oder aus Ferrit bestehen.Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets ( 4 . 5 . 6 . 7 ) consist of rare earth materials or ferrite. Rotor nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor integraler Bestandteil eines Spaltrohrmotors ist.Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the motor is an integral part of a canned motor.
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