DE102012219003A1

DE102012219003A1 - Rotor assembly for, e.g. rotary inner rotor permanent magnet machine, has pole piece held obliquely to radial direction extending web at rear end region while a web extends to magnetic yoke portion from radial center axis of pole piece

Info

Publication number: DE102012219003A1
Application number: DE201210219003
Authority: DE
Inventors: Dominik Jung; Armin Stubner; Steven Andrew Evans; Norbert Martin; Stefan Demont; Jihad Bsul
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2014-04-24
Also published as: CN103779990A; FR2997243A1; CN103779990B

Abstract

The rotor assembly (4) comprises two cylindrical segment pole pieces (42) for construction of the cylindrical rotor assembly by a magnetic yoke portion. A bag (6) for receiving a permanent magnet (7) is arranged between the pole shoes. One of the pole pieces is held obliquely to the radial direction extending web (43) at the rear end region (44), and at least one web extends to the magnetic yoke portion from the radial center axis of the pole piece. The pole pieces are held by the webs having successively tapering design and meet at the rear end region.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Maschinen, insbesondere rotatorische permanentmagneterregte elektrische Maschinen mit Läuferanordnungen mit in Speichenanordnung angeordneten Taschen für Permanentmagnete.The present invention relates to electrical machines, in particular rotary permanent magnet excited electric machines with rotor arrangements with arranged in spoke arrangement pockets for permanent magnets.

Stand der TechnikState of the art

Permanentmagneterregte elektrische Maschinen sind aus dem Stand der Technik als Synchron- oder Gleichstrommaschinen bekannt. Insbesondere für Innenläufermaschinen wird für den Läufer häufig ein Aufbau verwendet, bei dem die Permanentmagnete speichenförmig zwischen Polschuhen des Läufers angeordnet sind und mit ihrer Polrichtung in tangentialer Richtung ausgerichtet sind. Ein Hauptvorteil einer Speichenanordnung von Permanentmagneten besteht darin, dass eine Luftspaltflussdichte erreicht werden kann, die höher ist als die Remanenz der Permanentmagnete. Dies wird insbesondere dann erreicht, wenn eine große Anzahl von Polschuhen mit dazwischen angeordneten Permanentmagneten vorgesehen wird, so dass die radiale Breite der Permanentmagnete größer ist als die tangentiale Breite der Polschuhe zwischen den Permanentmagneten. Diese Anordnung konzentriert den Fluss in den Luftspalten.Permanent magnet excited electrical machines are known from the prior art as synchronous or direct current machines. In particular, for internal rotor machines, a structure is often used for the rotor, in which the permanent magnets are arranged like a spoke between pole pieces of the rotor and are aligned with their polarity in the tangential direction. A major advantage of a spoke arrangement of permanent magnets is that an air gap flux density higher than the remanence of the permanent magnets can be achieved. This is achieved in particular when a large number of pole shoes with permanent magnets arranged therebetween is provided, so that the radial width of the permanent magnets is greater than the tangential width of the pole shoes between the permanent magnets. This arrangement concentrates the flow in the air gaps.

Die obige Läuferanordnung wird oft in Kombination mit kostengünstigen Permanentmagneten ohne Seltene-Erden-Verbindungen eingesetzt, die eine relativ geringe Remanenz im Vergleich zu Seltene-Erden-Magneten aufweisen. Kostengünstige Magnete können aus gesinterten Ferritmaterialien der sechsten Generation hergestellt werden, so dass in Verbindung mit der Speichenanordnung trotz ihrer geringen Remanenz eine hohe Luftspaltflussdichte erreicht werden kann, die ansonsten nur durch oberflächenmontierte Seltene-Erden-Magneten mit hoher Remanenz erreicht werden könnte.The above rotor arrangement is often used in combination with inexpensive permanent magnets without rare earth compounds, which have a relatively low remanence compared to rare earth magnets. Inexpensive magnets can be made from sintered sixth generation ferrite materials, so that in conjunction with the spoke assembly, despite their low remanence, high air gap flux density can be achieved that would otherwise be achieved only by surface mounted rare earth rare earth magnets with high remanence.

Ein Nachteil dieser Läuferanordnung besteht jedoch darin, dass ein relativ hoher Anteil des von den Permanentmagneten bewirkten Flusses als Leckagefluss durch den Rückschlussbereich im Inneren der Läuferanordnung verloren geht. Dieser Leckagefluss fließt nicht durch den Luftspalt und trägt damit nicht zur Generierung eines Drehmoments bei. Bei einer Speichenanordnung kann dieser Leckagefluss bis zu 20% des von den Permanentmagneten bewirkten Flusses betragen. Der Leckagefluss ist durch den Rückschlussbereich kurzgeschlossen, der mit den Polschuhen durch dünne radial verlaufende Stege verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Rückschlussbereich und den Polschuhen hat grundsätzlich den Vorteil, dass die Blechlamellen zum Aufbau des Läufers einstückig hergestellt werden können. Die Querschnittsflächen der radial verlaufenden Stege sollten jedoch möglichst gering sein, um den Anteil des durch den Rückschlussbereich fließenden kurzgeschlossenen Flusses zu reduzieren und dabei dennoch eine ausreichende mechanische Stärke bei hohen Drehzahlen und hohen Drehmomenten bereitzustellen.However, a disadvantage of this rotor arrangement is that a relatively high proportion of the flux caused by the permanent magnets is lost as a leakage flux through the return region in the interior of the rotor arrangement. This leakage flow does not flow through the air gap and thus does not contribute to the generation of torque. In a spoke arrangement, this leakage flow can be up to 20% of the flux produced by the permanent magnets. The leakage flow is short-circuited by the return region, which is connected to the pole shoes by thin radially extending webs. The connection between the return area and the pole shoes basically has the advantage that the laminations can be made in one piece to build the rotor. However, the cross-sectional areas of the radially extending lands should be as small as possible to reduce the proportion of short-circuited flux flowing through the return area while still providing sufficient mechanical strength at high speeds and high torques.

Permanentmagnete aus gesinterten Ferritmaterialien weisen eine relativ geringe Koerzitivfeldstärke auf, die in der Regel durch Erhöhen der Dicke in Richtung ihrer Materialanisotropie und Magnetisierung ausgeglichen wird, um einer unumkehrbaren Entmagnetisierung durch Einwirken des Statormagnetfelds entgegen zu wirken. Weiterhin sind bei einer Speichenanordnung der Permanentmagnete für jeden Permanentmagneten im Flusspfad zwei Luftspalte vorhanden. Um dennoch eine hohe Luftspaltfluss zu erreichen, werden daher die derart angeordneten Permanentmagnete häufig dicker (in Polungsrichtung) ausgebildet wie Permanentmagnete aus Ferritmaterial mit einer Polrichtung parallel zum Luftspaltmagnetfeld, die konstruktionsbedingt nur einen Luftspalt in ihrem Flusspfad aufweisen.Permanent magnets made of sintered ferrite materials have a relatively low coercive force, which is usually compensated by increasing the thickness in the direction of their material anisotropy and magnetization, to counteract an irreversible demagnetization by the action of the stator magnetic field. Furthermore, in the case of a spoke arrangement of the permanent magnets, there are two air gaps for each permanent magnet in the flow path. In order nevertheless to achieve a high air gap flux, the permanent magnets arranged in this way are therefore often made thicker (in the poling direction) than permanent magnets made of ferrite material with a polar direction parallel to the air gap magnetic field, which by design have only one air gap in their flow path.

Bei einer Speichenanordnung verläuft die Dicke der Permanentmagnete in tangentialer Richtung, so dass jede Erhöhung der Dicke der Permanentmagnete die Länge der Permanentmagnete in radialer Richtung bei einem vorgegebenen Läuferdurchmesser und einer vorgegebenen Polzahl verringert. Eine Reduzierung der radialen Länge der Permanentmagnete erhöht jedoch das nicht nutzbare Volumen zwischen den Permanentmagneten und dem Rückschlussbereich, was die radiale Länge der Stege zum Halten der Polschuhe ebenfalls vergrößert und deren mechanische Belastbarkeit reduziert. In a spoke arrangement, the thickness of the permanent magnets extends in the tangential direction, so that any increase in the thickness of the permanent magnets reduces the length of the permanent magnets in the radial direction for a given rotor diameter and a predetermined number of poles. However, reducing the radial length of the permanent magnets increases the unusable volume between the permanent magnets and the return area, which also increases the radial length of the lands for holding the pole shoes and reduces their mechanical strength.

Aus der Druckschrift DE 10 2009 026 524 A1 ist eine Läuferanordnung für eine elektrische Maschine bekannt, wobei die Polschuhe durch von den Seiten der Polschuhe ausgehende Stege gehalten sind, die schräg zur radialen Richtung der Läuferanordung verlaufen. From the publication DE 10 2009 026 524 A1 a rotor assembly for an electric machine is known, wherein the pole pieces are held by outgoing from the sides of the pole pieces webs which extend obliquely to the radial direction of the rotor arrangement.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Läuferanordnung zur Verfügung zu stellen, durch die die mechanische Belastbarkeit verbessert wird, ohne den Leckagefluss zu erhöhen, und in der die effektive radiale Länge der Permanentmagnete beibehalten oder vergrößert werden kann, ohne die Dicke der Permanentmagnete reduzieren zu müssen.It is therefore an object of the present invention to provide an improved rotor arrangement, by which the mechanical load capacity is improved, without increasing the leakage flux, and in which the effective radial length of the permanent magnets can be maintained or increased, without the thickness of the permanent magnets to have to reduce.

Offenbarung der ErfindungDisclosure 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 solved 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 rotatorische elektrische Maschine vorgesehen, wobei die Läuferanordnung mindestens zwei zylindersegmentförmige Polschuhe zum Aufbau einer zylindrischen Läuferanordnung um einen magnetischen Rückschlussbereich aufweist, wobei zwischen den Polschuhen eine Tasche zur Aufnahme eines Permanentmagneten angeordnet ist, wobei mindestens einer der Polschuhe durch einen schräg zur radialen Richtung verlaufenden Steg an dem Rückschlussbereich gehalten ist, wobei sich der mindestens eine Steg ausgehend von einer Mittenachse des Polschuhs zu dem magnetischen Rückschlussbereich hin erstreckt.According to a first aspect, a rotor assembly for a rotary electric machine is provided, wherein the rotor assembly comprises at least two cylinder segment-shaped pole pieces for constructing a cylindrical rotor assembly to a magnetic return region, wherein between the pole pieces a pocket for receiving a permanent magnet is arranged, wherein at least one of the pole pieces is held by an obliquely to the radial direction extending web at the return path region, wherein the at least one web extending from a central axis of the pole piece to the magnetic return region.

Eine Idee der obigen Läuferanordnung besteht darin, den üblicherweise radial verlaufenden Steg zum Halten der einzelnen Polschuhe durch einen oder mehrere Stege zu ersetzen, die schräg zur radialen Richtung ausgerichtet sind und den Polschuh mit dem Rückschlussbereich verbinden. Dadurch kann eine in Anordnungsrichtung der Polschuhe, d. h. in tangentialer Richtung, wirkende Kraft besser von den Stegen aufgenommen werden. Insbesondere bei rotatorischen elektrischen Maschinen kann durch eine solche Steganordnung sowohl eine durch die Zentrifugalkraft ausgeübte Zugkraft aufgenommen werden als auch eine tangential wirkende Beschleunigungs- oder Bremskraft, die auf den Läufer der elektrischen Maschine wirkt. Insgesamt ist es möglich, die Belastung auf die Stege gleichförmiger zu machen und insbesondere auszuschließen, dass ein Stressgradient (Kompression- und gleichzeitig eine Zugbelastung) in den Stegen auftritt. Durch die Anordnung des mindestens einen Stegs an der Mittenachse des Polschuhs wird eine Dreieckstegstruktur gebildet, die eine besondere mechanische Stabilität aufweist. An idea of the above rotor arrangement is to replace the usually radially extending web for holding the individual pole shoes by one or more webs, which are aligned obliquely to the radial direction and connect the pole piece with the yoke portion. As a result, in the direction of arrangement of the pole pieces, d. H. in tangential direction, acting force better absorbed by the webs. In particular, in rotary electric machines, such a web arrangement both a tensile force exerted by the centrifugal force can be absorbed as well as a tangentially acting acceleration or braking force acting on the rotor of the electric machine. Overall, it is possible to make the load on the webs uniform and in particular rule out that a stress gradient (compression and at the same time a tensile load) occurs in the webs. The arrangement of the at least one web on the center axis of the pole piece, a triangular web structure is formed, which has a special mechanical stability.

Weiterhin kann der mindestens eine Polschuh durch zwei Stege gehalten sein, die sich bezüglich der radialen Richtung in gleichen Winkeln in zueinander entgegengesetzten tangentialen Richtungen zum Rückschlussbereich hin erstrecken. Furthermore, the at least one pole piece can be held by two webs which extend at equal angles in opposite tangential directions with respect to the radial direction towards the return region.

Es kann vorgesehen sein, dass beide Polschuhe durch Stege gehalten sind, die aufeinander zulaufend ausgebildet sind und sich an dem Rückschlussbereich treffen. It can be provided that both pole shoes are held by webs which are designed to converge and meet at the return region.

Ferner kann der mindestens eine Polschuh durch einen weiteren Steg gehalten sein, der sich in radialer Richtung zum Rückschlussbereich erstreckt. Furthermore, the at least one pole piece can be held by a further web which extends in the radial direction to the return region.

Die Innenkanten, die durch aufeinandertreffende Stege gebildet werden, können abgerundet sein, um die Aufnahme von Kräften in Bereichen hoher mechanischer Belastung zu verbessern. The inner edges formed by intersecting lands may be rounded to enhance the absorption of forces in areas of high mechanical stress.

In der Tasche kann ein Permanentmagnet aufgenommen sein, dessen Magnetisierungsrichtung im Wesentlichen in Anordnungsrichtung der Polschuhe ausgerichtet ist.In the pocket, a permanent magnet may be received, the magnetization direction is aligned substantially in the arrangement direction of the pole pieces.

Es kann vorgesehen sein, dass der Permanentmagnet nur in einem ersten Taschenabschnitt angeordnet ist, wobei sich der erste Taschenabschnitt in radialer Richtung von dem mit dem Steg verbundenen Ende des Polschuhs bis nahe zu dem in radialer Richtung gegenüberliegenden Ende des Polschuhs erstreckt. It can be provided that the permanent magnet is arranged only in a first pocket portion, wherein the first pocket portion extends in the radial direction from the end of the pole piece connected to the web close to the radially opposite end of the pole piece.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Permanentmagnet in dem ersten Taschenabschnitt und in einem zweiten Taschenabschnitt angeordnet sein, wobei der zweite Taschenbereich sich zwischen dem ersten Taschenabschnitt und den Stegen befindet, die von den an den ersten Taschenabschnitt angrenzenden Polschuhen ausgehen und zueinander gerichtet sind. Durch diese Anordnung kann die Luftspaltflussdichte und damit die Drehmomentdichte der elektrischen Maschine weiter erhöht werden, wenn der zwischen den Stegen gebildete Abschnitt der Tasche mit einem entsprechend geformten Permanentmagneten gefüllt wird.According to one embodiment, the permanent magnet may be disposed in the first pocket portion and in a second pocket portion, wherein the second pocket portion is located between the first pocket portion and the webs extending from the pole pieces adjacent to the first pocket portion and facing each other. By this arrangement, the air gap flux density and thus the torque density of the electric machine can be further increased if the portion of the pocket formed between the webs is filled with a correspondingly shaped permanent magnet.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine elektrische Maschine mit einer Statoranordnung und der obigen Läuferanordnung vorgesehen.In another aspect, an electric machine having a stator assembly and the above rotor assembly is provided.

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:

1 eine Querschnittsdarstellung durch eine elektrische Maschine mit einer Läuferanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 a cross-sectional view of an electric machine with a rotor assembly according to an embodiment of the invention;

2 eine detailliertere Darstellung des Querschnitts der elektrischen Maschine der 1 mit einer Darstellung von magnetischen Feldlinien; 2 a more detailed representation of the cross section of the electric machine of 1 with a representation of magnetic field lines;

3 eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Läuferanordnung für eine elektrische Maschine; 3 a cross-sectional view of another rotor assembly for an electric machine;

4 eine detailliertere Darstellung eines Ausschnitts der Läuferanordnung der 3 mit einer Darstellung von magnetischen Feldlinien; und 4 a more detailed representation of a section of the rotor assembly of 3 with a representation of magnetic field lines; and

5 eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Läuferanordnung für eine elektrische Maschine. 5 a cross-sectional view of another rotor assembly for an electrical machine.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen rotatorischen, permanentmagneterregten Innenläufermaschine 1. Die elektrische Maschine 1 weist einen zylinderförmigen Stator 2 auf. Der Stator 2 umfasst einen zylinderförmigen Statorrückschlussbereich 21, von dem äquidistant in Umfangsrichtung angeordnete Statorzähne 22 radial nach innen gerichtet abstehen und mit ihren nach innen gerichteten Enden eine ebenfalls zylinderförmige Innenausnehmung 3 definieren. Die Statorzähne 22 sind an ihren radial inneren Enden mit Zahnköpfen 23 versehen, die eine etwa kreissegmentförmige, konkave Außenkontur aufweisen. Die Statorzähne 22 sind mit (nicht gezeigten) Statorspulen versehen, durch die bei Bestromung ein Statormagnetfeld erzeugt werden kann. 1 shows a schematic cross-sectional view of a conventional rotary, permanent magnet excited internal rotor machine 1 , The electric machine 1 has a cylindrical stator 2 on. The stator 2 includes a cylindrical stator yoke region 21 from the equidistantly circumferentially arranged stator teeth 22 projecting radially inwardly and with their inwardly directed ends a likewise cylindrical inner recess 3 define. The stator teeth 22 are at their radially inner ends with tooth heads 23 provided, which have an approximately circular segment-shaped, concave outer contour. The stator teeth 22 are provided with (not shown) stator coils through which a stator magnetic field can be generated when energized.

In der Innenausnehmung 3 ist als Läuferanordnung ein ebenfalls zylinderförmiger Rotor 4 (Läufer der elektrischen Maschine) drehbeweglich an einer Welle 5 angeordnet. Der Rotor 4 weist einen Rotorkörper 41 auf, der mit Polschuhen 42 versehen ist, die über Stege 43 mit einem an der Welle 5 angeordneten Rückschlussbereich 44 verbunden sind. In the interior recess 3 is a rotor assembly also a cylindrical rotor 4 (Rotor of the electric machine) rotatably on a shaft 5 arranged. The rotor 4 has a rotor body 41 on that with pole shoes 42 is provided, which over webs 43 with one on the shaft 5 arranged inference region 44 are connected.

Zwischen den Polschuhen 42 sind Taschen 6 angeordnet, in denen Permanentmagnete 7 aufgenommen sind. Die Taschen 6 erstrecken sich im Wesentlichen länglich in radialer Richtung von annähernd dem Außenumfang des Rotors 4 zu dem Rückschlussbereich 44 des Rotors 4.Between the pole shoes 42 are bags 6 arranged in which permanent magnets 7 are included. The bags 6 extend substantially oblong in the radial direction of approximately the outer circumference of the rotor 4 to the inference area 44 of the rotor 4 ,

Um die Taschen 6 in radialer Richtung nach außen zu begrenzen, weisen die Polschuhe 42 Überstände 45 auf, die die in den Taschen 6 angeordneten Permanentmagnete 7 übergreifen und diese zuverlässig, auch gegen das Wirken von Zentrifugalkräften bei Drehung des Rotors 4, in den Taschen 6 zu halten.To the bags 6 to limit in the radial direction to the outside, have the pole pieces 42 supernatants 45 on, those in the pockets 6 arranged permanent magnets 7 overlap and this reliable, even against the action of centrifugal forces upon rotation of the rotor 4 , in the pockets 6 to keep.

Eine derartige elektrische Maschine 1 wird beispielsweise elektromotorisch betrieben, indem die Statorspulen so bestromt werden, dass ein umlaufendes Statormagnetfeld erzeugt wird, das mit dem von den Permanentmagneten 7 über die Polschuhe 42 bewirkten Erregermagnetfeld wechselwirkt und dadurch ein Drehmoment auf den Rotor 4 ausübt.Such an electrical machine 1 is operated by an electric motor, for example, in that the stator coils are energized in such a way that a circulating stator magnetic field is generated, which is identical to that of the permanent magnets 7 over the pole shoes 42 caused exciter magnetic field interacts and thereby a torque on the rotor 4 exercises.

Die Permanentmagnete 7 werden üblicherweise durch Pressen von Ferritpulvermaterial und anschließendem Sintern hergestellt, wobei dem Ferritmaterial während dem Pressen durch Beaufschlagen mit einem Magnetfeld eine Magnetisierungsanisotropie verliehen wird und anschließend eine Magnetisierung des gesinterten Materials in der Richtung der Anisotropie erfolgt. Die Permanentmagnete 7 werden vorzugsweise quaderförmig vorgesehen, mit ihrer Polrichtung in tangentialer Richtung, d. h. senkrecht zu den Grenzflächen zwischen den Polschuhen 42 und den Taschen 6.The permanent magnets 7 are usually made by pressing ferrite powder material and then sintering, wherein the ferrite material is given a magnetization anisotropy during pressing by application of a magnetic field and then magnetization of the sintered material in the direction of anisotropy occurs. The permanent magnets 7 are preferably provided cuboid, with their polar direction in the tangential direction, ie perpendicular to the interfaces between the pole pieces 42 and the bags 6 ,

Die Stege 43, mit denen die Polschuhe 42 an dem an der Welle 5 angeordneten Rückschlussbereich 44 gehalten sind, verlaufen schräg zur radialen Richtung des Rotors 4. Dabei gehen alle Stege 43 von einem dem Rückschlussbereich 44 nächstliegenden Ende E des jeweiligen Polschuhs 42 aus. Das dem Rückschlussbereich 44 nächstliegende Ende E der Polschuhe 42 liegt auf einer sich radial erstreckenden Mittenachse M des Polschuhs 42. The bridges 43 with which the pole shoes 42 at the on the shaft 5 arranged inference region 44 are held obliquely to the radial direction of the rotor 4 , All the bars go 43 from one of the inference area 44 nearest end E of the respective pole piece 42 out. That the conclusion area 44 nearest end E of the pole pieces 42 lies on a radially extending center axis M of the pole piece 42 ,

Insbesondere können zum Halten jedes Polschuhs 42 zwei Stege 43 vorgesehen sein, die sich ausgehend von dem dem Rückschlussbereich 44 zugewandten Ende des betreffenden Polschuhs 42 schräg zur radialen Richtung des Rotors 4 zu dem an der Welle 5 angeordneten Rückschlussbereich 44 in zueinander entgegengesetzten tangentialen Richtungen (entgegengesetzten Anordnungsrichtungen der Polschuhe) erstrecken. Insbesondere sind die Winkel, mit dem die Stege 43, die einen der Polschuhe 42 halten, verlaufen, bezüglich der radialen Richtung gleich. Durch die schräg verlaufenden Stege 43 erhält die Tasche 6, in die der Permanentmagnet 7 aufzunehmen ist, eine fünfeckige Querschnittsform, die sich aus einem ersten Taschenbereich 61 mit rechteckigem Querschnitt und einem zweiten Taschenbereich 62 im Bereich der Stege 43 mit einem dreieckigen Querschnitt zusammensetzt.In particular, for holding each pole piece 42 two bridges 43 be provided, which starting from the the conclusion area 44 facing end of the respective pole piece 42 obliquely to the radial direction of the rotor 4 to the on the wave 5 arranged inference region 44 extend in mutually opposite tangential directions (opposite arrangement directions of the pole pieces). In particular, the angles at which the webs 43 holding one of the pole pieces 42 hold, run, equal with respect to the radial direction. Through the sloping webs 43 get the bag 6 into which the permanent magnet 7 is a pentagonal cross-sectional shape, resulting from a first pocket area 61 with rectangular cross-section and a second pocket area 62 in the area of the bridges 43 composed with a triangular cross-section.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung verlaufen die Stege 43, die zwei benachbarte Polschuhe 42 halten, so in Richtung des Rückschlussbereichs 44, dass sie sich an ihrem mit dem Rückschlussbereich 44 verbundenen Ende treffen. Dadurch wird eine mechanisch sehr starke Dreiecksgitterstruktur gebildet, die in radialer wie auch in tangentialer Richtung eine erhöhte mechanische Festigkeit aufweist.According to a preferred embodiment, the webs run 43 , the two adjacent pole pieces 42 hold in the direction of the conclusion area 44 that she is at her with the inference area 44 meet the connected end. As a result, a mechanically very strong triangular lattice structure is formed which has an increased mechanical strength in the radial as well as in the tangential direction.

In 2 ist das Magnetfeld in der Läuferanordnung dargestellt, das durch die Permanentmagnete 7 bewirkt wird, ohne Bestromung der Statorspulen. Man erkennt, dass etwa 80% des von den Permanentmagneten 7 bewirkten magnetischen Flusses durch den Luftspalt fließt und dort zur Erzeugung des Drehmoments beiträgt. Die übrigen etwa 20% sind im magnetischen Stegen 43 und magnetischen Rückschlussbereich 44 der Läuferanordnung kurzgeschlossen.In 2 the magnetic field in the rotor arrangement is represented by the permanent magnets 7 is effected without energizing the stator coils. It can be seen that about 80% of that of the permanent magnets 7 caused magnetic flux flows through the air gap and there contributes to the generation of torque. The remaining about 20% are in the magnetic webs 43 and magnetic return area 44 shorted the rotor assembly.

Um den mechanischen Stress an den Übergängen der Stege 43 zu dem betreffenden Polschuh 42 bzw. zu dem magnetischen Rückschlussbereich 44 zu reduzieren, können diese mit einer abgerundeten Kante versehen werden. Insbesondere können auch die zwischen zwei Polschuhen 42 aufeinander treffenden Enden der Stege 43 mit einer abgerundeten Innenkante versehen werden.To the mechanical stress at the junctions of the webs 43 to the relevant pole piece 42 or to the magnetic return area 44 To reduce these, they can be provided with a rounded edge. In particular, those between two pole pieces 42 meeting the ends of the webs 43 be provided with a rounded inner edge.

Die maximale Belastung der Stege 43 kann durch die obige Anordnung erheblich reduziert werden, da die Belastung in den Stegen 43 gleichförmig über den gesamten Querschnitt verteilt wird. Daher wird die Läuferanordnung erheblich steifer, um die durch die Drehung der Läuferanordnung bewirkten radialen Kräfte und die durch Beschleunigungen und Verzögerungen bewirkten tangentialen Kräfte aufnehmen zu können. Gleichzeitig kann durch eine geeignete Dimensionierung des Querschnitts der Stege 43 der durch den Rückschlussbereich 44 verlaufende Leckagefluss auf einem aus dem Stand der Technik bekannten Niveau gehalten werden.The maximum load on the bars 43 can be significantly reduced by the above arrangement, since the load in the webs 43 is uniformly distributed over the entire cross section. Therefore, the rotor assembly is much stiffer to accommodate the caused by the rotation of the rotor assembly radial forces and caused by accelerations and decelerations tangential forces. At the same time, by a suitable dimensioning of the cross section of the webs 43 the through the inference area 44 extending leakage flow are maintained at a level known in the art.

In 3 ist eine Läuferanordnung dargestellt, bei der im Unterschied zur Ausführungsform der 1 die Permanentmagnete 7 nicht quaderförmig, sondern mit einem Querschnitt ausgebildet werden, der einem unregelmäßigen Fünfeck entspricht, so dass der durch die Seiten der Polschuhe 42 und durch die Stege 43 gebildete Bereich der Tasche 6 durch den Querschnitt des einzusetzenden Permanentmagneten 7 vollständig ausgefüllt wird. Dadurch wird der zuvor inaktive Bereich zwischen dem Permanentmagneten 7 und den Stegen 43 mit aktivem Magnetmaterial ausgefüllt. Die so geformten Permanentmagnete 7 können mehrteilig oder einteilig ausgebildet sein. In 3 a rotor arrangement is shown in which, in contrast to the embodiment of the 1 the permanent magnets 7 not cuboid, but are formed with a cross section corresponding to an irregular pentagon, so that through the sides of the pole pieces 42 and through the bridges 43 formed area of the bag 6 through the cross section of the permanent magnet to be used 7 is completed completely. As a result, the previously inactive area between the permanent magnet 7 and the jetties 43 filled with active magnetic material. The shaped permanent magnets 7 can be designed in several parts or in one piece.

Der durch den Abschnitt des Permanentmagneten 7 in dem zweiten Taschenbereich 62 bewirkte magnetische Fluss trägt dazu bei, die benachbarten Stege 43 in eine magnetische Sättigung zu bringen, so dass dafür ein geringerer Anteil des Abschnittes des Permanentmagneten 7, der sich in dem ersten Taschenbereich 61 befindet, benötigt wird. Somit kann ein größerer Anteil des von dem im ersten Taschenbereich 61 befindlichen Abschnitt des Permanentmagneten 7 zum Bereitstellen des magnetischen Flusses in den Luftspalt verwendet werden, so dass eine höhere Drehmomentdichte der elektrischen Maschine 1 erreicht wird.The through the section of the permanent magnet 7 in the second pocket area 62 caused magnetic flux contributes to the adjacent webs 43 to bring in a magnetic saturation, so that a lesser proportion of the portion of the permanent magnet 7 that is in the first pocket area 61 is needed. Thus, a greater proportion of that in the first pocket area 61 located portion of the permanent magnet 7 be used for providing the magnetic flux in the air gap, so that a higher torque density of the electric machine 1 is reached.

In 4 wird der durch die Stege 43 verlaufende Leckagefluss anhand der magnetischen Feldlinien dargestellt, die durch den Permanentmagneten 7 in der Tasche 6 bewirkt werden. Im dargestellten Beispiel konnte der Anteil des von dem Permanentmagneten 7 im ersten Taschenbereich 61 erzeugten magnetischen Flusses, der durch den Luftspalt fließt, im Vergleich zur Ausführungsform der 1 um mehr als 10% erhöht werden. Insgesamt ist es dadurch möglich, für eine elektrische Maschine gleicher Leistungsfähigkeit eine verringerte axiale Länge vorzusehen. In 4 becomes the through the webs 43 extending leakage flux shown by the magnetic field lines passing through the permanent magnet 7 in the bag 6 be effected. In the example shown, the proportion of the permanent magnet 7 in the first pocket area 61 generated magnetic flux flowing through the air gap, compared to the embodiment of the 1 increased by more than 10%. Overall, this makes it possible to provide a reduced axial length for an electric machine of the same capacity.

In 5 ist eine alternative Ausführungsform der Läuferanordnung dargestellt, bei der jeder Polschuh 42 an dessen dem Rückschlussbereich zugewandten Ende mit drei Stegen gehalten wird. Zusätzlich zu den schräg zur radialen Richtung verlaufenden Stegen 43 der Ausführungsformen der 1 und 3 ist nun ein weiterer Steg 46 vorgesehen, der radial zwischen dem dem Rückschlussbereich 44 nächstliegenden Ende des Polschuhs 42 und dem Rückschlussbereich 44 verläuft. Dadurch kann die mechanische Belastung auf drei Stege 43 verteilt werden und gleichzeitig können auch tangentiale Kräfte aufgenommen werden. Die durch die Halterung mit drei Stegen 43 bewirkten Dreieckstrukturen können, ebenso wie zuvor für die Ausführungsformen der 1 und 3 beschrieben, abgerundete Innenkanten bzw. Auskehlungen aufweisen.In 5 an alternative embodiment of the rotor assembly is shown in which each pole piece 42 is held at its end region facing the return area with three webs. In addition to the oblique to the radial direction extending webs 43 the embodiments of the 1 and 3 is now another jetty 46 provided, which is radially between the the return area 44 nearest end of the pole piece 42 and the inference area 44 runs. This allows the mechanical load on three bars 43 distributed and at the same time also tangential forces can be absorbed. The through the bracket with three bars 43 Triangulated structures can, as previously for the embodiments of the 1 and 3 described, rounded inner edges or grooves have.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009026524 A1 [0007]

Claims

Runner arrangement ( 4 ) for a rotary electric machine ( 1 ) comprising at least two, in particular cylinder-segment-shaped pole shoes ( 42 ) for constructing a cylindrical rotor arrangement ( 4 ) around a magnetic return area, wherein between the pole shoes ( 42 ) a pocket ( 6 ) for receiving a permanent magnet ( 7 ), wherein at least one of the pole shoes ( 42 ) by at least one obliquely to the radial direction extending web ( 43 ) at the inference region ( 44 ), wherein the at least one land extends from a radial center axis of the pole piece toward the magnetic return area.

Runner arrangement ( 4 ) according to claim 1, wherein at least one of the pole shoes ( 42 ) by two webs ( 43 ) which are at equal angles in radial directions with respect to each other in opposite tangential directions to the return region (FIG. 44 ).

Runner arrangement ( 4 ) according to claim 1 or 2, wherein both pole shoes ( 42 ) by webs ( 43 ) are formed, which are formed to converge and at the conclusion region ( 44 ) to meet.

Runner arrangement ( 4 ) according to one of claims 1 to 3, wherein at least one of the pole shoes ( 42 ) through another bridge ( 46 ) extending from the center axis of the pole piece ( 42 ) radially to the return region ( 44 ).

Runner arrangement ( 4 ) according to any one of claims 1 to 4, wherein inner edges formed by clashing webs ( 43 ) are rounded off.

Runner arrangement ( 4 ) according to one of claims 1 to 5, wherein in the pocket ( 6 ) a permanent magnet ( 7 ) whose magnetization direction is substantially in the direction of arrangement of the pole shoes ( 42 ) is aligned.

Runner arrangement ( 4 ) according to claim 6, wherein the permanent magnet ( 7 ) only in a first pocket section ( 61 ), wherein the first pocket portion ( 61 ) in the radial direction of the with the web ( 43 ) connected end of the pole piece ( 42 ) to close to the radially opposite end of the pole piece ( 42 ).

Runner arrangement ( 4 ) according to claim 6, wherein the permanent magnet ( 7 ) in the first pocket portion ( 61 ) and in a second pocket section ( 62 ), wherein the second pocket region is located between the first pocket portion ( 61 ) and the webs ( 43 ) located at the first pocket portion ( 61 ) adjacent pole shoes ( 42 ) and are directed towards each other.

Runner arrangement ( 4 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the permanent magnets ( 7 ) is formed longer in the radial direction than in the tangential direction, and the permanent magnets ( 7 ) are arranged in particular spoke-shaped in the rotor, preferably in radially outwardly open pockets.

Electric machine ( 1 ) with a stator arrangement ( 2 ) and a rotor arrangement ( 4 ) according to one of claims 1 to 8.