DE102012218993A1 - Cylindrical rotor for permanent magnet-excited electric machine, has permanent magnet comprising partial magnets and arranged between pole shoes, where one of partial magnets has higher coercive force than another partial magnet - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft permanentmagneterregte elektrische Maschinen, insbesondere eine Läuferanordnung für eine derartige elektrische Maschine.The present invention relates to permanent magnet excited electrical machines, in particular a rotor assembly for such an electrical machine.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind Läuferanordnungen bekannt, die Polschuhe aufweisen, die ein durch Permanentmagnete erzeugtes Erregermagnetfeld in Richtung eines Luftspalts zu einer Statoranordnung bereitstellen. In einer Variante zur Anordnung der Permanentmagnete in der Läuferanordnung werden die Permanentmagnete mit ihrer Polrichtung parallel zur Bewegungsrichtung des Läufers angeordnet, so dass sich die Polschuhe der Läuferanordnung zwischen den Permanentmagneten befinden. In den Polschuhen wird das von den Permanentmagneten abgegebene Magnetfeld in Richtung des Luftspalts umgelenkt. Rotor arrangements are known from the state of the art, which have pole pieces which provide a field magnet field generated by permanent magnets in the direction of an air gap to a stator arrangement. In a variant of the arrangement of the permanent magnets in the rotor arrangement, the permanent magnets are arranged with their polar direction parallel to the direction of movement of the rotor, so that the pole pieces of the rotor arrangement are located between the permanent magnets. In the pole shoes, the magnetic field emitted by the permanent magnets is deflected in the direction of the air gap.
Derartige Typen von Läuferanordnungen werden heutzutage in vielen permanentmagneterregten elektrischen Maschinen verwendet, beispielsweise bei der Lenkunterstützung und in Kühleinrichtungen. Dabei werden im Wesentlichen quaderförmige Permanentmagnete verwendet, die einfach und mit geringem Aufwand herzustellen sind, wobei eine Magnetisierungsanisotropie und eine dazu gleichgerichtete Magnetisierungsrichtung in Richtung der Bewegung des Läufers ausgerichtet sind.Such types of rotor assemblies are nowadays used in many permanent magnet-excited electric machines, for example in steering assistance and in cooling devices. In this case, substantially parallelepiped-shaped permanent magnets are used, which are simple and can be produced with little effort, with a magnetization anisotropy and a magnetization direction rectified in the direction of movement of the rotor being aligned.
In rotatorischen elektrischen Maschinen wird eine derartige Anordnung der Permanentmagnete als Speichenanordnung bezeichnet. Die Polrichtung der Permanentmagnete verläuft in tangentialer Richtung. In rotary electric machines, such an arrangement of the permanent magnets is referred to as a spoke arrangement. The polar direction of the permanent magnets runs in the tangential direction.
Ein Vorteil von derartigen Läuferanordnungen besteht darin, dass durch eine geeignete Dimensionierung eine Luftspaltflussdichte erreicht werden kann, die größer als die Remanenzflussdichte der eingesetzten Permanentmagnete ist. Da die Luftspaltflussdichte maßgeblich die Drehmomentdichte der elektrischen Maschine bestimmt, können dadurch leistungsfähige elektrische Maschinen mit relativ hohen Drehmomentdichten aufgebaut werden.An advantage of such rotor arrangements is that, by suitable dimensioning, an air gap flux density which is greater than the remanent flux density of the permanent magnets used can be achieved. Since the air gap flux density decisively determines the torque density of the electric machine, powerful electric machines with relatively high torque densities can be built thereby.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Anzahl der Permanentmagnete in dem Rotor so gewählt ist, dass deren radiale Länge größer ist als die tangentiale Breite der Polschuhe zwischen den Permanentmagneten. Diese Anordnung konzentriert den magnetischen Fluss in den Luftspalt, um eine Luftspaltflussdichte zu erzeugen, die höher ist als die Remanenzflussdichte der Permanentmagnete. This is achieved in that the number of permanent magnets in the rotor is chosen such that its radial length is greater than the tangential width of the pole shoes between the permanent magnets. This arrangement concentrates the magnetic flux into the air gap to produce an air gap flux density that is higher than the remanent flux density of the permanent magnets.
Die obigen Läuferanordnungen werden oftmals in Kombination mit Permanentmagneten aus einfachem, kostengünstigem Magnetmaterial aufgebaut, insbesondere Magnetmaterial ohne Seltene-Erden-Verbindungen und mit relativ geringer Remanenzflussdichte, wie beispielsweise Permanentmagnete aus gesinterten Ferritmaterialien der sechsten Generation. The above rotor arrangements are often constructed in combination with permanent magnets of simple, inexpensive magnetic material, in particular magnetic material without rare earth compounds and with relatively low remanence flux density, such as, for example, permanent magnets of sintered ferrite materials of the sixth generation.
Permanentmagnete aus gesinterten Ferritmaterialien weisen darüber hinaus eine relativ geringe Koerzitivfeldstärke auf, so dass bei einem gegenläufigen Magnetfeld ausreichend hoher Feldstärke die Gefahr einer Entmagnetisierung besteht. Um diese relativ geringe Koerzitivität zu kompensieren, sind die Permanentmagnete in der Richtung ihrer Materialanisotropie und ihrer Magnetisierung relativ dick ausgeführt, um sie widerstandsfähiger gegen eine Entmagnetisierung durch das Statorfeld der elektrischen Maschine zu machen.In addition, permanent magnets made of sintered ferrite materials have a relatively low coercive force, so that there is a risk of demagnetization in the case of an opposing magnetic field of sufficiently high field strength. To compensate for this relatively low coercivity, the permanent magnets are made relatively thick in the direction of their material anisotropy and their magnetization to make them more resistant to demagnetization by the stator field of the electric machine.
Weiterhin sind bei der oben beschriebenen Läuferanordnung zwei Luftspalte in dem Flusspfad eines Permanentmagneten vorgesehen. Um dennoch eine hohe Luftspaltflussdichte sowie eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen eine Entmagnetisierung zu erreichen, werden daher die derart angeordneten Permanentmagnete häufig doppelt so dick (in Polungsrichtung) ausgebildet wie Permanentmagnete aus Ferritmaterial mit ihrer Polrichtung parallel zum Luftspaltmagnetfeld, die konstruktionsbedingt nur einen Luftspalt in ihrem jeweiligen Flusspfad aufweisen. Furthermore, in the rotor arrangement described above, two air gaps are provided in the flow path of a permanent magnet. In order nevertheless to achieve a high air gap flux density as well as a high resistance to demagnetization, the permanent magnets thus arranged are often twice as thick (in the poling direction) as permanent magnets made of ferrite material with their polar direction parallel to the air gap magnetic field, the design only an air gap in their respective flow path exhibit.
Insbesondere bei rotatorischen elektrischen Maschinen mit einem bestimmten Rotordurchmesser und einer vorgegebenen Polzahl führt bei einer Speichenanordnung jede Erhöhung der Dicke der Permanentmagnete in tangentialer Richtung (Polungsrichtung) zu einer Verringerung ihrer maximal möglichen radialen Länge. Diese Beschränkung der radialen Länge der Permanentmagnete begrenzt den durch die Permanentmagnete bereitstellbaren Fluss und verringert dadurch die Luftspaltflussdichte und die Drehmomentdichte der elektrischen Maschine. In particular, in rotary electric machines with a certain rotor diameter and a predetermined number of poles in a spoke arrangement, any increase in the thickness of the permanent magnets in the tangential direction (poling direction) leads to a reduction in their maximum possible radial length. This limitation of the radial length of the permanent magnets limits the flux that can be provided by the permanent magnets and thereby reduces the air gap flux density and the torque density of the electric machine.
Darüber hinaus führt jegliche Erhöhung der Dicke der Permanentmagnete zu einer Verringerung der Winkelabdeckung der einzelnen Polschuhe an dem Luftspalt der elektrischen Maschine und kann ebenfalls dazu führen, dass dieser Winkel kleiner ist als sein Optimum.Moreover, any increase in the thickness of the permanent magnets results in a reduction in the angular coverage of the individual pole pieces at the air gap of the electrical machine and may also result in this angle being less than its optimum.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Entmagnetisierfestigkeit in dem Entmagnetisierungsbereich der Permanentmagnete zu verbessern.It is an object of the present invention to improve the demagnetization resistance in the demagnetization region of the permanent magnets.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch die Läuferanordnung für eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 sowie durch die elektrische Maschine gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.This object is achieved by the rotor assembly for an electric machine according to claim 1 and by the electric machine according to the independent claim.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the present invention are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Läuferanordnung für eine elektrische Maschine vorgesehen, umfassend:
- – einen Permanentmagneten, der aus mindestens zwei Teilmagneten zusammengesetzt ist; und
- – mindestens zwei Polschuhe, zwischen denen der Permanentmagnet angeordnet ist, so dass dessen Magnetisierungsrichtung in Anordnungsrichtung der Polschuhe ausgerichtet ist;
- - A permanent magnet, which is composed of at least two partial magnets; and
- - At least two pole pieces, between which the permanent magnet is arranged, so that its magnetization direction is aligned in the arrangement direction of the pole pieces;
Weiterhin kann der erste Teilmagnet eine höhere Remanenz als der zweite Teilmagnet aufweisen.Furthermore, the first partial magnet can have a higher remanence than the second partial magnet.
Eine Idee der obigen Läuferanordnung besteht darin, die Permanentmagnete zwei- oder mehrteilig auszubilden, wobei ein erster luftspaltferner Teilmagnet eine geringere Koerzitivfeldstärke aufweist als ein zweiter luftspaltnaher Teilmagnet und wobei der zweite luftspaltnahe Teilmagnet eine geringere Remanenz aufweist als der erste luftspaltferne Teilmagnet. Auf diese Weise ist es möglich, die Entmagnetisierfestigkeit in dem Entmagnetisierungsbereich zu verbessern, in dem aufgrund des Statormagnetfelds eine Entmagnetisierung auftreten kann, jedoch gleichzeitig zu gewährleisten, dass von dem zusammengesetzten Permanentmagneten eine ausreichend hohe Flussdichte bereitgestellt wird. One idea of the above rotor arrangement is to design the permanent magnets in two or more parts, wherein a first air gap remote partial magnet has a lower coercive field strength than a second air gap near part magnet and wherein the second air gap near part magnet has a lower remanence than the first air gap remote part magnet. In this way, it is possible to improve the demagnetization resistance in the demagnetization region in which demagnetization may occur due to the stator magnetic field but at the same time to ensure that a sufficiently high flux density is provided by the composite permanent magnet.
Weiterhin wird dadurch die Luftspaltflussdichte und damit die Drehmomentdichte der elektrischen Maschine erhöht, da der luftspaltferne erste Teilmagnet eine hohe Remanenz aufweist, so dass nur ein relativ geringer Teil der radialen Länge des Permanentmagneten verwendet werden muss, um die Stege, die die Polschuhe halten, in die Sättigung zu bringen. Die erhöhte Drehmomentdichte ermöglicht es, die axiale Länge der elektrischen Maschine bei einem gleichen Nominaldrehmoment zu reduzieren und so können das Gewicht der elektrischen Maschine, deren Größe und deren Herstellungskosten ebenfalls reduziert werden.Furthermore, thereby the air gap flux density and thus the torque density of the electric machine is increased because the air gap distant first partial magnet has a high remanence, so that only a relatively small part of the radial length of the permanent magnet must be used to the webs that hold the pole pieces in bring the saturation. The increased torque density makes it possible to reduce the axial length of the electric machine at a same nominal torque and so the weight of the electric machine, its size and their manufacturing costs can also be reduced.
Es kann vorgesehen sein, dass der erste Teilmagnet und/oder der zweite Teilmagnet blockförmig ausgebildet sind. It can be provided that the first partial magnet and / or the second partial magnet are block-shaped.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Tasche zur Aufnahme des Permanentmagneten so vorgesehen, dass deren Polflächen an Seitenflächen der angrenzenden Polschuhe anliegen. According to one embodiment, a pocket for receiving the permanent magnet is provided so that its pole faces abut against side surfaces of the adjacent pole shoes.
Die Läuferanordnung kann mit Polkonturen an einem Luftspalt zugewandten Enden der Polschuhe ausgebildet sein, wobei der erste Teilmagnet luftspaltferner angeordnet ist als der zweite Teilmagnet. The rotor arrangement may be formed with pole contours at an air gap facing ends of the pole pieces, wherein the first partial magnet air gap remover is arranged as the second partial magnet.
Vorteilhaft ist der Permanentmagnet anisotrop ausgebildet, wobei die Magnetisierungsrichtung in Tangentialrichtung durch den gesamten Magneten geradlienig verläuft. Beispielsweise ist die Koerzitivfeldstärke des zweiten Teilmagneten um bis zu 50 % höher, als die des ersten Teilmagneten, wobei insbesondere die Koerzitivfeldstärke des zweiten Teilmagneten im Bereich zwischen 330 bis 360 kA/m liegt. Beispielsweise ist die Remanenz des zweiten Teilmagneten um bis zu 20 % geringer, als die des ersten Teilmagneten, wobei insbesondere die Remanenz des zweiten Teilmagneten im Bereich zwischen 380 bis 460 mT liegt.Advantageously, the permanent magnet is formed anisotropic, wherein the magnetization direction extends in the tangential direction through the entire magnet geradlienig. For example, the coercive field strength of the second partial magnet is higher by up to 50% than that of the first partial magnet, with the coercive field strength of the second partial magnet in particular being in the range between 330 and 360 kA / m. For example, the remanence of the second partial magnet is up to 20% lower than that of the first partial magnet, with the remanence of the second partial magnet in particular being in the range between 380 to 460 mT.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine elektrische Maschine mit einer Statoranordnung zum Bereitstellen eines Statormagnetfelds und der obigen Läuferanordnung vorgesehen, wobei die Polschuhe der Läuferanordnung durch einen Luftspalt von der Statoranordnung getrennt sind.According to a further aspect, an electrical machine with a stator arrangement for providing a stator magnetic field and the above rotor arrangement is provided, wherein the pole pieces of the rotor arrangement are separated from the stator arrangement by an air gap.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
In der Innenausnehmung
Die Stege
Zwischen den Polschuhen
Um die Taschen
Eine derartige elektrische Maschine
Die Permanentmagnete
Die Permanentmagnete
Vorzugsweise werden als erster und zweiter Teilmagnet
Der erste Teilmagnet
An den ersten Teilmagneten
In
Das Längenverhältnis der radialen Längen des zweiten Teilmagneten
Claims (10)
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