DE102013202006A1

DE102013202006A1 - Rotor assembly for electric machine, has permanent magnet with first and second portions that are transverse to arrangement direction of pole shoes, while thickness of the pole shoes are different in arrangement direction

Info

Publication number: DE102013202006A1
Application number: DE201310202006
Authority: DE
Inventors: Armin Stubner; Steven Andrew Evans; Stefan Demont; Norbert Martin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-08-07

Abstract

The assembly (4) has two pole shoes (42) which are each held on holding portion (44) and between which permanent magnet (7) is arranged. The permanent magnet has first holding portion proximal portion and second holding portion distal portion transverse to arrangement direction of the pole shoes, while thickness of the pole shoes are different in arrangement direction. The second holding portion distal portion has two adjacent magnetic regions whose respective direction of magnetization is aligned at specific angle to holding portion opposite to pole shoes edge. An independent claim is included for electric machine.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine permanentmagneterregte elektrische Maschine, insbesondere eine Läuferanordnung für eine derartige elektrische Maschine.The present invention relates to a permanent magnet excited electric machine, in particular a rotor assembly for such an electric 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 Breite größer ist als eine halbe tangentiale Dicke der Polschuhe an dem Luftspalt 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 selected such that its radial width is greater than half the tangential thickness of the pole pieces at the air gap 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 einem 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 a magnetic material without rare-earth compounds and with a 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 und 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 and a high resistance to demagnetization, the permanent magnets thus arranged are often twice as thick (in 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 Breite. Diese Beschränkung der radialen Breiteder Permanentmagnete begrenzt den durch die Permanentmagnete bereitstellbaren Fluss und verringert dadurch die Luftspaltflussdichte und die Drehmomentdichte der elektrischen Maschine. Auch 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.In particular, in rotary electric machines with a certain rotor diameter and a predetermined number of poles in a spoke arrangement, each increase in the thickness of the permanent magnets in the tangential direction (poling direction) leads to a reduction in their maximum possible radial width. This limitation of the radial width 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. Also, any increase in the thickness of the permanent magnets leads to a reduction in the angular coverage of the individual pole pieces at the air gap of the electric machine and can also cause this angle is smaller than its optimum.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Läuferanordnung zur Verfügung zu stellen, bei der die Gefahr bzw. Tendenz einer Entmagnetisierung der Permanentmagnete durch Einwirken des Statormagnetfelds verringert wird. It is an object of the present invention to provide a rotor arrangement in which the risk or tendency of demagnetization of the permanent magnets is reduced by the action of the stator magnetic field.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch die Läuferanordnung gemäß Anspruch 1 sowie durch die elektrische Maschine gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.This object is achieved by the rotor assembly 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:

– mindestens einen Permanentmagneten; und
– mindestens zwei Polschuhe, die jeweils an einem Haltebereich gehalten sind und zwischen denen der Permanentmagnet angeordnet ist; wobei quer zur Anordnungsrichtung der Polschuhe die Permanentmagnete jeweils einen ersten haltebereichnahen und einen zweiten haltebereichfernen Abschnitt aufweisen, die in Anordnungsrichtung der Polschuhe verschiedene Dicken aufweisen, wobei der zweite Abschnitt des Permanentmagneten in Anordnungsrichtung der Polschuhe jeweils zwei angrenzende Magnetisierungsbereiche aufweist, deren jeweilige Magnetisierungsrichtung schräg zu einem dem Haltebereich gegenüberliegenden Rand der Polschuhe gerichtet ist.

According to a first aspect, there is provided a rotor assembly for an electrical machine comprising:

- At least one permanent magnet; and
- At least two pole pieces, which are each held on a holding portion and between which the permanent magnet is arranged; wherein, transverse to the arrangement direction of the pole pieces, the permanent magnets each have a first holding portion and a second holding portion distal portion having different thicknesses in the arrangement direction of the pole pieces, wherein the second portion of the permanent magnet in the arrangement direction of the pole pieces each having two adjacent magnetization regions whose respective magnetization direction obliquely to a The holding area opposite edge of the pole pieces is directed.

Eine Idee der obigen Läuferanordnung besteht darin, den Permanentmagneten zumindest in einem Entmagnetisierungsbereich, in dem eine Entmagnetisierung des Permanentmagneten durch Einwirken eines Statormagnetfelds einer Statoranordnung auftreten kann, mit einer von der Anordnungsrichtung abweichenden Magnetisierungsrichtung zu versehen. Weiterhin sind die Permanentmagnete mit mehreren senkrecht zur Anordnungsrichtung der Polschuhe verlaufenden Abschnitten mit verschiedenen Dicken vorgesehen.An idea of the above rotor arrangement is to provide the permanent magnet with a direction of magnetization different from the arrangement direction, at least in a demagnetization region in which demagnetization of the permanent magnet can occur by the action of a stator magnetic field of a stator arrangement. Furthermore, the permanent magnets are provided with a plurality of perpendicular to the arrangement direction of the pole pieces extending sections with different thicknesses.

Auf diese Weise wird erreicht, dass die Magnetisierung des Permanentmagneten dem entmagnetisierenden Statormagnetfeld nicht mehr vollständig, sondern nur noch anteilig entgegensteht. Da die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten in dem Entmagnetisierungsbereich von der zu dem entgegenstehenden Statormagnetfeld parallelen Richtung abweicht bzw. quer bzw. schräg zu dieser verläuft, wird eine entsprechend verringerte Entmagnetisierung bewirkt. Dadurch ist es möglich, dass in dem Entmagnetisierungsbereich, in dem bei zulässigen Statormagnetfeldern eine unumkehrbare Entmagnetisierung auftreten kann, der Effekt der Entmagnetisierungswirkung abgeschwächt wird. Insbesondere wird dazu der Permanentmagnet so aufgebaut, dass in dem Entmagnetisierungsbereich bzw. den Entmagnetisierungsbereichen eine Richtungsänderung der Magnetisierung vorgesehen wird.In this way, it is achieved that the magnetization of the permanent magnet no longer completely opposes the demagnetizing stator magnetic field, but only proportionally. Since the magnetization direction of the permanent magnet in the demagnetization region deviates from the direction parallel to the opposing stator magnetic field, a correspondingly reduced demagnetization is effected. This makes it possible for the effect of the demagnetization effect to be weakened in the demagnetization region in which irreversible demagnetization can occur in the case of permissible stator magnetic fields. In particular, the permanent magnet is constructed in such a way that a change in direction of the magnetization is provided in the demagnetization region or zones.

Weiterhin wird die Widerstandsfähigkeit des luftspaltnahen (drehachsenfernen) Abschnitts des Permanentmagneten durch dessen größere tangentiale Dicke im zweiten Abschnitt erhöht.Furthermore, the resistance of the air-gap-proximal (non-rotating axis) section of the permanent magnet is increased by its greater tangential thickness in the second section.

Weiterhin können die Magnetisierungsrichtungen der Magnetisierungsbereiche einen Winkel zur Anordnungsrichtung der Polschuhe aufweisen, der zwischen 30 und 45° liegt.Furthermore, the magnetization directions of the magnetization regions may have an angle to the arrangement direction of the pole shoes, which is between 30 and 45 °.

Insbesondere können die Magnetisierungsbereiche im zweiten Abschnitt durch separate, insbesondere block- bzw. quaderförmige, Permanentmagnete ausgebildet sein. In particular, the magnetization regions in the second section can be formed by separate, in particular block or cuboid, permanent magnets.

Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Abschnitt des Permanentmagneten mit einer Seitenfläche an dem Haltebereich anliegen. According to one embodiment, the first portion of the permanent magnet with a side surface may rest against the holding region.

Insbesondere kann die Dicke, d.h. die tangentiale Breite des ersten Abschnitts geringer sein als die Dicke, d.h. die tangentiale Breite des zweiten Abschnitts. In particular, the thickness, i. the tangential width of the first section is less than the thickness, i. the tangential width of the second section.

Es kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Dicke des ersten Abschnitts des Permanentmagneten zu der Dicke des zweiten Abschnitts des Permanentmagneten zwischen 0,6 cos α und 0,9 cos α beträgt, wobei α dem Winkel zwischen der Anordnungsrichtung der Polschuhe und dem Verlauf der Magnetisierung im zweiten Abschnitt des Permanentmagneten entspricht.It can be provided that the ratio of the thickness of the first portion of the permanent magnet to the thickness of the second portion of the permanent magnet is between 0.6 cos α and 0.9 cos α, where α is the angle between the arrangement direction of the pole pieces and the course of the Magnetization in the second section of the permanent magnet corresponds.

Weiterhin kann der erste Abschnitt des Permanentmagneten eine geradlinige Magnetisierung aufweisen, die in Anordnungsrichtung der Polschuhe verläuft.Furthermore, the first portion of the permanent magnet may have a rectilinear magnetization extending in the arrangement direction of the pole pieces.

Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt können unmittelbar aneinander angrenzend ausgebildet sein.The first portion and the second portion may be formed directly adjacent to each other.

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, wobei zumindest der zweite Abschnitt des Permanentmagneten in einem Bereich vorgesehen ist, in dem in einem Betriebszustand der elektrischen Maschine die Richtung des Statormagnetfelds gegenläufig zu der Magnetisierungsrichtung des ersten Abschnitts ist.According to a further aspect, there is provided an electric machine having a stator arrangement for providing a stator magnetic field and the above rotor arrangement, the pole shoes of the rotor arrangement being separated from the stator arrangement by an air gap, at least the second section of the permanent magnet being provided in an area in which In an operating state of the electric machine, the direction of the stator magnetic field is opposite to the magnetization direction of the first section.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief 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 schematische Querschnittsdarstellung durch eine elektrische Maschine mit einer Läuferanordnung, bei der die Permanentmagnete in einer Speichenanordnung angeordnet sind; und 1 a schematic cross-sectional view of an electric machine with a rotor assembly, wherein the permanent magnets are arranged in a spoke arrangement; and

2 eine Ausschnittsdarstellung der Querschnittsansicht der elektrischen Maschine der 1 zur Veranschaulichung des Bereichs, in dem eine Entmagnetisierung des Permanentmagneten auftreten kann. 2 a sectional view of the cross-sectional view of the electric machine of 1 to illustrate the area in which a demagnetization of the permanent magnet can occur.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen rotatorischen, permanentmagneterregten elektrischen Maschine 1 mit einem Innenläufer. Die elektrische Maschine 1 weist einen zylinderförmigen Stator 2 auf. Der Stator 2 umfasst einen zylinderförmigen magnetischen 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 kreisbogenförmige, 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 electrical machine 1 with an inner rotor. The electric machine 1 has a cylindrical stator 2 on. The stator 2 includes a cylindrical magnetic 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 a circular arc-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 (Läuferanordnung der elektrischen Maschine 1) drehbeweglich an einer Welle 5 angeordnet. Der Rotor 4 weist einen Rotorkörper 41 auf, der mit Polschuhen 42 zusammengesetzt ist, die über (in radialer Richtung) schmale Stege 43 mit einem eine Welle 5 umgebenden Haltebereich 44 verbunden sind.In the interior recess 3 is a rotor assembly also a cylindrical rotor 4 (Rotor arrangement of the electric machine 1 ) rotatably on a shaft 5 arranged. The rotor 4 has a rotor body 41 on that with pole shoes 42 is composed of, over (in the radial direction) narrow webs 43 with a one wave 5 surrounding holding area 44 are connected.

Die Stege 43 sind vorzugsweise so dimensioniert, dass sie eine ausreichende mechanische Stabilität aufweisen, um die sich nach außen verbreiternden Polschuhe 42 gegen radial wirkende Zentrifugalkräfte sowie bei Beschleunigung oder Abbremsen des Motors in tangentialer Richtung wirkende Querkräfte zu halten. Des Weiteren sind die Stege 43 so dimensioniert, dass sie einen Querschnitt aufweisen, der ausreichend klein ist, um den durch die Permanentmagnete 7 bewirkten magnetischen Fluss durch den Haltebereich 44 möglichst gering zu halten. Insbesondere ist es erforderlich, dass der Teil des magnetischen Flusses der Permanentmagnete 7, der durch die Stege 43 fließt, ausreicht, um die magnetische Flussdichte in den Stegen 43 in einer Sättigung zu halten.The bridges 43 are preferably dimensioned so that they have sufficient mechanical stability to the outwardly widening pole pieces 42 against radially acting centrifugal forces as well as during acceleration or deceleration of the engine acting in the tangential direction to maintain lateral forces. Furthermore, the webs 43 dimensioned so that they have a cross section that is sufficiently small to that through the permanent magnets 7 caused magnetic flux through the holding area 44 keep as low as possible. In particular, it is necessary that the part of the magnetic flux of the permanent magnets 7 passing through the footbridges 43 flows, sufficient to the magnetic flux density in the webs 43 to keep in saturation.

Zwischen den Polschuhen 42 sind Taschen 6 angeordnet, in denen Permanentmagnete 7 aufgenommen sind. 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 in tangentialer Richtung übergreifen und diese zuverlässig, auch gegen die bei Drehung des Rotors 4 wirkenden Zentrifugalkräfte, in den Taschen 6 halten. Die Taschen 6 weisen vorzugsweise eine Breite in tangentialer Richtung auf, um entsprechende Permanentmagnete 7 aufzunehmen, so dass diese mit ihren Polflächen an Seitenflächen der Polschuhe 42 anliegen. Die einander gegenüberliegenden Enden der Überstände 45 weisen einen Abstand auf, in dem eine entsprechende Seitenfläche des Permanentmagneten 7 freiliegt, so dass ein Polspalt zwischen den Polschuhen 42 ausgebildet wird. Between the pole shoes 42 are bags 6 arranged in which permanent magnets 7 are included. 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 in the tangential direction and this reliably, even against the rotation of the rotor 4 acting centrifugal forces, in the pockets 6 hold. The bags 6 preferably have a width in the tangential direction to corresponding permanent magnets 7 so that these with their pole faces on side surfaces of the pole pieces 42 issue. The opposite ends of the supernatants 45 have a distance in which a corresponding side surface of the permanent magnet 7 exposed, leaving a pole gap between the pole pieces 42 is trained.

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 hergestellt und anschließend gesintert, wobei dem Ferritmaterial während des Pressens 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 aus Gründen der einfacheren Herstellung blockförmig, 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 prepared by pressing ferrite powder material and then sintered, 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 block-shaped, preferably cuboidal, provided for reasons of ease of manufacture, with their polar direction in the tangential direction, ie perpendicular to the interfaces between the pole pieces 42 and the bags 6 ,

Die Taschen 6 des Rotors 4 sind zur Aufnahme eines Permanentmagneten 7 mit zwei Abschnitten 61, 62 ausgebildet, um den Permanentmagneten 7 mit einem entsprechenden ersten Abschnitt 71 und einem entsprechenden zweiten Abschnitt 72 aufzunehmen. Ein erster Abschnitt 71 des Permanentmagneten 7 ist luftspaltfern nahe dem Haltebereich 44 um die Welle 5 angeordnet. Ein zweiter Abschnitt 72 des Permanentmagneten 7 ist an einer radial äußeren Position des Rotors 4 nahe dem Luftspalt zwischen dem Rotor 4 und der Statoranordnung 2 angeordnet. In einer Ausführungsform kann der erste Abschnitt 71 des Permanentmagneten 7 mit einer Seitenfläche, die keine Polfläche ist, unmittelbar an den Haltebereich 44 angrenzen. The bags 6 of the rotor 4 are for receiving a permanent magnet 7 with two sections 61 . 62 trained to the permanent magnet 7 with a corresponding first section 71 and a corresponding second section 72 take. A first section 71 of the permanent magnet 7 is air gap remote near the stop area 44 around the shaft 5 arranged. A second section 72 of the permanent magnet 7 is at a radially outer position of the rotor 4 near the air gap between the rotor 4 and the stator assembly 2 arranged. In one embodiment, the first section 71 of the permanent magnet 7 with a side surface, which is not a pole face, directly to the holding area 44 adjoin.

Der erste Abschnitt 71 des Permanentmagneten 7 ist vorzugsweise quaderförmig bzw. blockförmig ausgebildet, so dass dieser in besonders einfacher Weise herstellbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt 71 des Permanentmagneten 7 separat gebildet wird und zusammengesetzt mit dem zweiten Abschnitt 72 den mehrteiligen Permanentmagneten 7 bildet. Dabei werden die Permanentmagnete 7 mit in tangentialer Richtung gleicher Polrichtung in die Taschen 6 eingesetzt. The first paragraph 71 of the permanent magnet 7 is preferably cuboid or block-shaped, so that it can be produced in a particularly simple manner. In particular, it can be provided that the first section 71 of the permanent magnet 7 is formed separately and assembled with the second section 72 the multipart permanent magnet 7 forms. This will be the permanent magnets 7 with in the tangential direction of the same polar direction in the pockets 6 used.

Der zweite Abschnitt 72 weist mehrere in tangentialer Richtung, d. h. in Anordnungsrichtung der Polschuhe, aneinander angeordnete Magnetisierungsbereiche 81, 82 auf, deren Magnetisierungsrichtungen jeweils unterschiedlich sind. Die Magnetisierungsbereiche 81, 82 sind vorzugsweise quader- oder blockförmig und können vorzugsweise durch separate Permanentmagnete 7 gebildet werden.The second section 72 has several in the tangential direction, ie arranged in the direction of arrangement of the pole pieces, each other magnetization regions 81 . 82 on, whose magnetization directions are different in each case. The magnetization areas 81 . 82 are preferably parallelepiped or block-shaped and can preferably by separate permanent magnets 7 be formed.

Die tangentiale Dicke d_i des ersten Abschnitts 71 des Permanentmagneten 7 ist kleiner als die tangentiale Dicke d_o des zweiten Abschnitts 72 des Permanentmagneten 7. Die Abschnitte 71, 72 des Permanentmagneten 7 liegen mit einer vorzugsweise quer zur radialen Richtung verlaufenden Seitenfläche, die nicht einer Polfläche entspricht, aneinander an, so dass im Querschnitt quer zur axialen Richtung des Rotors 4 eine stufige Form des Permanentmagneten 7 ausgebildet wird. The tangential thickness d _{i of} the first section 71 of the permanent magnet 7 is smaller than the tangential thickness d _{o of} the second section 72 of the permanent magnet 7 , The sections 71 . 72 of the permanent magnet 7 lie with a preferably transverse to the radial direction side surface, which does not correspond to a pole face, to each other, so that in cross-section transverse to the axial direction of the rotor 4 a stepped form of the permanent magnet 7 is trained.

In 2 ist eine Darstellung eines Ausschnitts durch eine Läuferanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt, bei der der erste Abschnitt 71 des Permanentmagneten 7 eine radiale Breite w_i und der zweite Abschnitt 72 des Permanentmagneten 7 eine radiale Breite w_o aufweist. Das radiale Breitenverhältnis w_o/(w_o + w_i) beträgt vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,5, d. h. der erste Abschnitt 71 des Permanentmagneten 7 kann eine deutlich größere radiale Breite aufweisen als der zweite Abschnitt 72. In 2 an illustration of a section through a rotor assembly according to another embodiment is shown, in which the first section 71 of the permanent magnet 7 a radial width w _i and the second portion 72 of the permanent magnet 7 has a radial width w _o . The radial width ratio w _o / (w _o + w _i ) is preferably between 0.3 and 0.5, ie, the first portion 71 of the permanent magnet 7 may have a significantly greater radial width than the second section 72 ,

Weiterhin weist in der gezeigten Ausführungsform der zweite Abschnitt 72 des Permanentmagneten 7 eine tangentiale Dicke d_o und der erste Abschnitt 71 des Permanentmagneten 7 eine tangentiale Dicke d_i auf, wobei die Dicke d_o deutlich größer ist als die Dicke d_i. Furthermore, in the embodiment shown, the second section 72 of the permanent magnet 7 a tangential thickness d _o and the first section 71 of the permanent magnet 7 a tangential thickness d _i , wherein the thickness d _{o is} significantly greater than the thickness d _i .

Durch Vorsehen von mehreren Abschnitten 71, 72 des Permanentmagneten 7 mit verschiedenen tangentialen Dicken ist es darüber hinaus möglich, im Vergleich zum Stand der Technik eine Erhöhung der Grundwelle des Luftspaltfelds einer mit einer solchen Läuferanordnung aufgebauten elektrischen Maschine zu erreichen.By providing several sections 71 . 72 of the permanent magnet 7 With different tangential thicknesses, it is also possible to achieve an increase in the fundamental wave of the air gap field of an electric machine constructed with such a rotor arrangement in comparison to the prior art.

Im Betrieb einer mit der Läuferanordnung ausgestatteten elektrischen Maschine kann der Permanentmagnet 7 erheblich durch das auf den Permanentmagneten 7 einwirkende Statormagnetfeld belastet werden. In einem Bereich des Permanentmagneten 7 kann eine teilweise unumkehrbare Entmagnetisierung durch das Statormagnetfeld auftreten. Die Gefahr einer Entmagnetisierung besteht insbesondere in dem Bereich des Permanentmagneten 7 auf der der Bewegungsrichtung der Läuferanordnung abgewandten Seite, der dem Luftspalt der elektrischen Maschine 1 am nächsten liegt, und erstreckt sich über etwa ein Fünftel bis zur Hälfte der radialen Breite des Permanentmagneten 7 sowie über ein Zehntel bis ein Drittel dessen tangentialer Dicke. Die Entmagnetisierung tritt auf, sobald die magnetische Feldstärke des Statormagnetfelds ausreichend ist, um in entsprechenden Bereichen des Permanentmagneten 7 eine Feldstärke mit einer Amplitude zu erreichen, die gleich der Koerzitivfeldstärke des Permanentmagneten 7 ist.During operation of an electrical machine equipped with the rotor arrangement, the permanent magnet 7 considerably by the on the permanent magnets 7 acting stator magnetic field are loaded. In a region of the permanent magnet 7 a partially irreversible demagnetization by the stator magnetic field may occur. The danger of demagnetization exists in particular in the area of the permanent magnet 7 on the side facing away from the direction of movement of the rotor assembly, the air gap of the electric machine 1 is closest to, and extends over about one-fifth to half the radial width of the permanent magnet 7 and over a tenth to one third of its tangential thickness. The demagnetization occurs as soon as the magnetic field strength of the stator magnetic field is sufficient to be in corresponding areas of the permanent magnet 7 to achieve a field strength with an amplitude equal to the coercive force of the permanent magnet 7 is.

Um die Entmagnetisierung in dem Entmagnetisierungsbereich zu vermeiden oder die Tendenz dazu zu verringern, kann nun eine Magnetisierung des Permanentmagneten 7 vorgesehen werden, wie sie in 2 durch die Pfeile P dargestellt ist. In order to avoid or reduce the tendency for demagnetization in the demagnetization region, magnetization of the permanent magnet can now take place 7 be provided as they are in 2 is shown by the arrows P.

Im ersten Abschnitt 71 des Permanentmagneten 7, d. h. einem dem Luftspalt abgewandten Abschnitt, ist eine herkömmliche geradlinige Magnetisierung in einer Dickenrichtung (tangentiale Richtung bzw. Richtung parallel zur Anordnungsrichtung der Polschuhe 42) zwischen den den Polschuhen 42 zugewandten Polflächen vorgesehen. In the first part 71 of the permanent magnet 7 , that is, a portion facing away from the air gap, is a conventional rectilinear magnetization in a thickness direction (tangential direction parallel to the arrangement direction of the pole pieces 42 ) between the pole pieces 42 provided facing pole faces.

Jedoch kann der dem Luftspalt zugewandte zweite Abschnitt 72 des Permanentmagneten 7 mit zwei Magnetisierungsbereichen 81, 82 versehen sein. Die Richtungen P der Magnetisierungen und vorzugsweise auch die Richtungen der Anisotropien der Magnetisierungsbereiche 81, 82 verlaufen im Unterschied zu bisherigen Anordnungen schräg in Richtung zu dem dem Luftspalt zugewandten Ende des Polschuhs, an dem der jeweilige Magnetisierungsbereich 81, 82 anliegt. Somit schließt die Richtung der Magnetisierung mit der tangentialen Richtung (Anordnungsrichtung der Polschuhe 42) in jedem Magnetisierungsbereich 81, 82 einen Winkel α ein. Der Winkel α liegt vorzugsweise zwischen 30 und 45°. Dabei ist eine in Anordnungsrichtung der Polschuhe 42 verlaufende Komponente der Magnetisierung gleichgerichtet und die in radialer Richtung (quer zur Anordnungsrichtung der Polschuhe 42) verlaufende Komponente der Magnetisierung zueinander entgegengesetzt gerichtet. However, the air gap facing the second section 72 of the permanent magnet 7 with two magnetization areas 81 . 82 be provided. The directions P of the magnetizations and preferably also the directions of the anisotropies of the magnetization regions 81 . 82 run in contrast to previous arrangements obliquely in the direction of the air gap facing the end of the pole piece on which the respective magnetization area 81 . 82 is applied. Thus, the direction of the magnetization closes with the tangential direction (arrangement direction of the pole shoes 42 ) in each magnetization region 81 . 82 an angle α. The angle α is preferably between 30 and 45 °. One is in the direction of arrangement of the pole pieces 42 extending component of the magnetization rectified and in the radial direction (transverse to the arrangement direction of the pole pieces 42 ) extending component of the magnetization directed opposite to each other.

Durch die schräge Anordnung der Magnetisierungsrichtung in den Magnetisierungsbereichen 81, 82 wird die effektive Dicke der Magnetisierungsbereiche auf d_o/cos α erhöht. Aufgrund der schrägen Ausbildung der Magnetisierung schneidet ein im Wesentlichen geradliniges entmagnetisierendes Statormagnetfeld, das im Wesentlichen senkrecht auf die den Polschuhen 42 zugewandte Polfläche des Permanentmagneten 7 auftrifft, die Magnetisierungslinien bzw. die Magnetisierungsrichtung der Magnetisierungsbereiche des zweiten Abschnitts in einem Winkel, der von 0° bzw. 180° verschieden ist.Due to the oblique arrangement of the magnetization direction in the magnetization regions 81 . 82 the effective thickness of the magnetization regions is increased to d _o / cos α. Due to the oblique formation of the magnetization, a substantially rectilinear demagnetizing stator magnetic field cuts substantially perpendicular to the pole pieces 42 facing pole face of the permanent magnet 7 the magnetization lines or the magnetization direction of the magnetization regions of the second section is at an angle that is different from 0 ° or 180 °.

Durch die erhöhte Dicke des zweiten Abschnitts 72 gegenüber der Dicke des ersten Abschnitts 71 kann die Tendenz zur Entmagnetisierung weiter verringert werden. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Dicke des ersten Abschnitts 71 zu der Dicke des zweiten Abschnitts 72 zwischen 0,6 cos α und 0,9 cos α.Due to the increased thickness of the second section 72 opposite the thickness of the first section 71 the tendency for demagnetization can be further reduced. Preferably, the ratio of the thickness of the first section 71 to the thickness of the second section 72 between 0.6 cos α and 0.9 cos α.

Claims

Runner arrangement ( 4 ), in particular rotor, for an electric machine ( 1 ), comprising: - at least one permanent magnet ( 7 ); and - at least two pole shoes ( 42 ), each at a holding area ( 44 ) are held and between which the permanent magnet ( 7 ) is arranged, wherein transversely to the arrangement direction of the pole pieces of the permanent magnet ( 7 ) a first holding area near section ( 71 ) and a second holding area remote section ( 72 ), each in the arrangement direction of the pole pieces ( 42 ) have different thicknesses, the second section ( 72 ) of the permanent magnet ( 7 ) in the arrangement direction of the pole pieces in each case two adjacent magnetization regions whose respective magnetization direction obliquely to a holding region ( 44 ) opposite edge of the pole shoes ( 42 ) is aligned.

Runner arrangement ( 4 ) according to claim 1, wherein the magnetization directions of the magnetization regions are at an angle to the arrangement direction of the pole shoes ( 42 ), which is between 30 ° and 60 ° - preferably between 30 ° and 45 ° -.

Runner arrangement ( 4 ) according to claim 1 or 2, wherein the magnetization regions in the second section ( 72 ) of the permanent magnet ( 7 ) by separate, in particular block or cuboid, permanent magnets ( 7 ) are formed, and in particular the permanent magnet ( 7 ) in the first holding area near section ( 71 ) also as a separate block or cuboid permanent magnets ( 7 ) educated

Runner arrangement ( 4 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the first section ( 71 ) of the permanent magnet ( 7 ) with a side surface at the holding area ( 44 ) is present.

Runner arrangement ( 4 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the first section ( 71 ) of the permanent magnet ( 7 ) is less than the thickness of the second section ( 72 ) of the permanent magnet ( 7 ).

Runner arrangement ( 4 ) according to claim 5, wherein the ratio of the thickness of the first section ( 71 ) of the permanent magnet ( 7 ) to the thickness of the second section ( 72 ) of the permanent magnet ( 7 ) between 0.6 cos α and 0.9 cos α, where α is the angle between the arrangement direction of the pole shoes ( 42 ) and the course of the magnetization in the second section ( 72 ) of the permanent magnet ( 7 ) corresponds.

Runner arrangement ( 4 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the first section ( 71 ) of the permanent magnet ( 7 ) has a rectilinear magnetization in the direction of arrangement of the pole pieces ( 42 ), in particular the sections ( 71 ) are magnetized alternately in opposite circumferential direction.

Runner arrangement ( 4 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the first section ( 71 ) and the second section ( 72 ) of the permanent magnet ( 7 ) are formed directly adjacent to each other.

Runner arrangement ( 4 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the pole shoes ( 42 ) have at their radially outer edge projections in the circumferential direction, which serve as fixing elements for the permanent magnets ( 7 ), wherein the pole shoes ( 42 ) together with the holding area ( 44 ) are formed layered from individual sheet metal laminations.

Electric machine ( 1 ) with a stator arrangement ( 2 ) for providing a stator magnetic field and a rotor arrangement ( 4 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the pole shoes ( 42 ) of the rotor arrangement ( 4 ) through an air gap ( 3 ) of the stator assembly ( 2 ), the second section ( 72 ) of the permanent magnet ( 7 ) is provided in a region in which in an operating state of the electric machine ( 1 ) the direction of the stator magnetic field in opposite direction to the magnetization direction of the first section ( 71 ) of the permanent magnet ( 7 ).