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Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine, insbesondere LSPM.
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Es ist allgemein bekannt, dass eine als LSPM, also line start permanent magnet motor, ausgeführte Maschine vergrabene Magnete hat und einen Kurzschlusskäfig aufweist, der Stäbe umfasst.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Betriebseigenschaften einer Elektromaschine weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Elektromaschine nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Elektromaschine, insbesondere LSPM, sind, dass sie mit einem Rotor vorgesehen ist, der ein Blechpaket aufweist, dessen Einzelbleche jeweils Rotornuten und Ausnehmungen zur Aufnahme von Dauermagneten aufweisen,
wobei die in Umfangsrichtung nacheinander angeordneten Dauermagnete jeweils abwechselnde Magnetisierungsrichtung aufwiesen, insbesondere in radialer Richtung beziehungsweise entgegengesetzt dazu,
wobei jedem Dauermagnet ein Polabschnitt zugeordnet ist,
insbesondere wobei der jeweilige Polabschnitt zumindest den vom jeweiligen Dauermagnet abgedeckten Umfangswinkelbereich umfasst,
wobei die Anordnung der Rotornuten eines ersten Polabschnitts sich unterscheidet von der Anordnung der Rotornuten eines zum ersten Polabschnitt benachbarten Polabschnitts
oder wobei die Anordnung der Rotornuten eines ersten Polabschnitts nicht durch eine Drehung, eine Spiegelung und/oder Verschiebung in Deckung bringbar ist mit der Anordnung der Rotornuten eines zum ersten Polabschnitt benachbarten Polabschnitts.
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Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Betriebseigenschaft erreichbar ist ohne zusätzlichen Aufwand. Denn das Herstellen einer Unsymmetrie erfordert keinen zusätzlichen Herstellungsschritt und auch keine zusätzlichen Teile. Der Oberwellenanteil wird durch die Unsymmetrie der Polabschnitte zueinander gesenkt. Außerdem ist auch der Verlauf der induzierten Spannung geglättet und die Welligkeit des Drehmoments reduziert. Die Netzanlaufeigenschaften sind ebenfalls verbessert.
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Die Rotornuten sind innerhalb eines Polabschnitts zwar äquidistant anordenbar, jedoch sind sie in benachbarten Polabschnitten unterschiedlich angeordnet. Somit sind die benachbarten Polabschnitte nicht deckungsgleich. Ein jeweiliger Dauermagnet ist auch mehrteilig ausführbar, wobei die Magnetisierungsrichtung der Teile innerhalb eines jeweiligen Polabschnitts im Wesentlichen gleichmäßig und/oder gleich ausgerichtet ist, also nicht entgegengesetzt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Rotornuten, insbesondere der Mittelpunkt und/oder Schwerpunkt der Rotornuten, auf einem größeren Radialabstand angeordnet als die Dauermagnete. Von Vorteil ist dabei, dass vom Kurzschlusskäfig ein relevantes Drehmoment erzeugbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Rotornuten eines jeweiligen Polabschnitts regelmäßig beabstandet mit einem Umfangswinkelbetragswert. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Rotornuten eines ersten Polabschnitts regelmäßig beabstandet mit einem ersten Umfangswinkelbetragswert,
wobei die Rotornuten eines zweiten Polabschnitts regelmäßig beabstandet sind mit einem zweiten Umfangswinkelbetragswert,
wobei der erste Umfangswinkelbetragswert sich unterscheidet vom zweiten Umfangswinkelbetragswert.
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Insbesondere wobei der erste Polabschnitt zum zweiten Polabschnitt in Umfangsrichtung benachbart ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Unsymmetrie durch einfaches Abändern der Abstandswerte erzeugbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung unterscheidet sich die Anzahl der Rotornuten in einem oder dem ersten Polabschnitt sich von der Anzahl der Rotornuten in einem oder dem Polabschnitt, welcher benachbart ist zum erste Polabschnitt,
insbesondere wobei der erste Polabschnitt zum zweiten Polabschnitt in Umfangsrichtung benachbart ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Rotornuten äquidistant anordenbar sind, wobei allerdings die Anzahl der Rotornuten in den benachbarten Polabschnitten unterschiedlich ist, weil die Anzahl der Rotornuten nicht insbesondere ganzzahlig teilbar ist durch die Anzahl der Polabschnitte oder Pole.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Anzahl der Rotornuten nicht teilbar durch die die Anzahl der Dauermagnete oder Polabschnitte
und/oder
die Anzahl der Rotornuten und die Anzahl der Dauermagnete oder Polabschnitte haben keinen gemeinsamen Teiler oder weisen zumindest höchstens einen gemeinsamen Teiler auf
und/oder
die Anzahl der Rotornuten ist teilerfremd zur Anzahl der Dauermagnete oder Polabschnitte. Von Vorteil ist dabei, dass die Rotornuten voneinander gleichmäßig beabstanden sind und trotzdem die erfindungsgemäßen Vorteile erzielbar sind. Hierzu ist also nur das Verhältnis der Anzahlen entsprechend geeignet zu wählen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Sorten von Rotornuten vorgesehen,
wobei eine Rotornut der zweite Sorte von Rotornuten sich bis zu einem kleineren Radialabstand erstrecken als eine Rotornut der ersten Sorte,
insbesondere wobei eine Rotornut zweiter Sorte überlappt mit einem oder dem ersten Polabschnitt und einem hierzu benachbarten Polabschnitt oder zumindest näher an der Grenze zweier zueinander benachbarten Polabschnitte angeordnet ist als jede andere Rotornut.
insbesondere wobei die Rotornuten der ersten Sorte gleichartig geformt sind, insbesondere wobei die Rotornuten der zweiten Sorte gleichartig geformt sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine noch weitere Verbesserung der Betriebseigenschaften erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Rotornuten mit Aluminium und/oder Kupfer gefüllt sind. Von Vorteil ist dabei, dass ein leitfähiger Kurzschlusskäfig herstellbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Einzelbleche aus Stahlblech gefertigt, insbesondere durch Stanzen. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige einfache Herstellung ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zur Bildung des Blechpakets die Einzelbleche stanzpaketiert, insbesondere in axialer Richtung, also in Richtung der Rotorachse der Elektromaschine. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Rotornuten nach radial außen vom Material des jeweiligen Einzelblechs abgedeckt oder alternativ sind die Rotornuten nach radial außen offen angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Kurzschlusskäfig am radial äußeren Umfang des Rotors anordenbar ist und somit ein hohes Drehmoment erreichbar ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist ein schematischer Querschnitt durch den Rotor eines LSPM gezeigt, wobei alle Rotornuten 2 gleichartig und in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
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In der 2 ist ein anderer schematischer Querschnitt gezeigt, bei dem zwei in radialer Richtung unterschiedlich ausgedehnte Sorten von Rotornuten 2 vorgesehen sind.
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In der 3 ist ein erfindungsgemäßer Querschnitt durch den Rotor eines LSPM gezeigt, wobei die Anzahl der Rotornuten zur Anzahl der magnetischen Pole teilerfremd ist, insbesondere 18 zu 4.
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In der 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, wobei der Umfangswinkelabstand zwischen benachbarten Rotornuten für verschiedene Pole verschieden ist und die Anzahl der Rotornuten pro Pol jeweils gleich ist.
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In der 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, wobei der Umfangswinkelabstand zwischen benachbarten Rotornuten für verschiedene Pole verschieden ist und die Anzahl der Rotornuten in benachbarten Polen jeweils ungleich ist.
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Wie in den Figuren gezeigt, ist der erfindungsgemäße Elektromotor als LSPM ausgeführt. Hierzu weist der Rotor ein Blechpaket auf, das stanzpaketiert ist, wobei die Einzelbleche des Blechpaketes in axialer Richtung gestapelt sind.
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Das Einzelblech zeigt jeweils Ausnehmungen, in welchen Dauermagnete 1 aufgenommen sind. Die Dauermagnete 1 sind mit in Umfangsrichtung abwechselnder Magnetisierungsrichtung angeordnet. In Umfangsrichtung benachbarte Dauermagnete 1 weisen also vorzugsweise eine entgegengesetzt gerichtete Magnetisierungsrichtung auf. Die Ausnehmungen sind jeweils rechteckförmig ausgeführt, wobei bei anderen Ausführungsbeispielen auch andere Formen und/oder mehrteilige Anordnungen vorgesehen sind.
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Am radial äußeren Randbereich des Einzelblechs sind Rotornuten 2 angeordnet, die mit Aluminium und/oder Kupfer teilweise oder vorzugsweise ganz gefüllt sind.
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Die Polabschnitte, also der von einem jeweiligen Pol überdeckte Umfangswinkelbereich 3, sind mit A oder B gekennzeichnet.
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Wie in 1 gezeigt sind in jedem die Rotornuten 2 voneinander in Umfangsrichtung regelmäßig beabstandet mit einem jeweiligen Winkelabstand α. Die Anzahl der Rotornuten 2 im jeweiligen Polabschnitt ist stets gleich, da die Gesamtzahl der Rotornuten 2 zur Anzahl der Pole einen gemeinsamen Teiler aufweist, insbesondere sogar die Gesamtzahl durch die Anzahl teilbar ist. Im Ausführungsbeispiel sind hier als Gesamtzahl 16 und als Anzahl 4 realisiert.
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Wie in 2 gezeigt, sind im Unterschied zur 1 auch Rotornuten 4 vorgesehen, die radial tiefer ausgedehnt sind als die restlichen Rotornuten 2. Dabei sind die Rotornuten 4 stets die zur zwischen den in Umfangsrichtung jeweils benachbarten Polen angeordneten Grenze möglichst naheliegend. Wie in 2 ersichtlich, sind hier die Rotornuten 4 jeweils direkt auf der Grenze. Jeder Polabschnitt ist mit dem Bezugszeichen A gekennzeichnet, da alle Polabschnitte gleichartig ausgeführt sind und durch eine Drehung um die Rotorachse jeweils in Deckung gebracht werden können.
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Wie in 3 gezeigt, wird erfindungsgemäß eine Asymmetrie der in Umfangsrichtung zueinander nächstbenachbarten Polabschnitte vorgesehen.
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Hierzu sind zwar die Rotornuten 2 in Umfangsrichtung voneinander regelmäßig beabstandet, aber die Anzahl der Rotornuten 2 ist nicht teilbar durch die Anzahl der Rotornuten 2. Somit befinden sich in unterschiedlichen Polabschnitten unterschiedliche Anzahlen von Rotornuten 2. Der Polabschnitt A geht durch Punktsymmetrische Spiegelung oder Drehung um 180° um die Rotorachse in einen gleichartigen Polabschnitt A über. Dabei weist jeder dieser Polabschnitte fünf Rotornuten 2 auf. Die dazwischen angeordneten Polabschnitte B weisen jeweils vier Rotornuten 2 auf. Insgesamt sind achtzehn Rotornuten vorgesehen und vier Pole, also auch Dauermagnete.
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Wie in 4 gezeigt, sind im Umfangswinkelbereich eines ersten Polabschnitts B die Rotornuten 2 gleichmäßig voneinander beabstandet mit dem Umfangswinkelabstandswert β. In den zum Polabschnitt B in Umfangsrichtung nächstbenachbarten Polabschnitten A sind die nicht an der Grenze zum benachbarten Polabschnitt B angeordnete Rotornuten 2 voneinander regelmäßig beabstandet mit dem Umfangswinkelabstandswert γ. Der Umfangswinkelabstandsbetrag zum Randbereich des Polabschnitts A beträgt α. Die Winkelbeträge α, β, γ sind jeweils verschieden. Somit ist eine Asymmetrie der benachbarten Polabschnitte A und B zueinander erreicht. Der Polabschnitt A lässt sich also nicht durch eine Spiegelung, Drehung oder Verschiebung in Deckung bringen mit Polabschnitt B.
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Wie in 5 gezeigt, wird bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Asymmetrie hergestellt, indem die Rotornuten 2 im Polabschnitt A regelmäßig voneinander beabstandet sind mit dem Umfangswinkelbereich α und im Polabschnitt B regelmäßig voneinander beabstandet sind mit dem Umfangswinkelbereich β. Da β von α verschieden ist, ist die Anzahl der Rotornuten 2 im Polabschnitt A unterschiedlich von der Anzahl der Rotornuten 2 im Polabschnitt B.
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In den vorgenannten Ausführungsbeispielen sind die Rotornuten 2 mit Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit befüllt, insbesondere mit Aluminium und/oder Kupfer. Die so in axialer Richtung durch das Blechpaket sich erstreckenden Stäbe sind an ihren beiden axialen Enden derart mit Endringen verbunden, dass ein Kurzschlusskäfig ausgebildet ist.
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Der Elektromotor ist allerdings kein reiner Asynchronmotor sondern ein LSPM, wofür die vergrabenen Dauermagnete 1 dienen, die radial innerhalb der Rotornuten 2.
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Mittig in den Einzelblechen ist eine kreisrunde Ausnehmung für die Rotorwelle des Motors vorgesehen. Diejenigen Rotornuten, welche möglichst nahe an demjenigen Umfangswinkel angeordnet sind, welcher der Grenze zwischen zwei nächstbenachbarten Polabschnitten zugeordnet ist, sind bei einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel radial tiefer sich erstreckend ausführbar, also entsprechend den in 2 gezeigten Rotornuten 4.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind die Rotornuten 2 am gesamten Umfang zwar wieder auf gleichem radialen Abstand angeordnet, wie auch bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen, und außerdem sind die Mittelpunkte und die Schwerpunkte der Rotornuten 2 in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet, aber die Rotornuten sind um einen jeweils verschiedenen Drehwinkel um eine zur Rotorachse parallele Achse, die durch den Schwerpunkt oder Mittelpunkt der jeweiligen Rotornut hindurchgeht, verdreht. Somit unterscheiden sich die Polabschnitte nur in der unterschiedlichen Verdrehung der Rotornuten 2, so dass ein Polabschnitt nicht durch Drehung, Spiegelung und/oder Verschiebung mit dem jeweils benachbarten Polabschnitt in Deckung bringbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dauermagnet
- 2
- Rotornut
- 3
- Umfangswinkelbereich eines Pols
- 4
- Rotornut
- A
- erster Umfangswinkelbereich
- B
- zweiter Umfangswinkelbereich
- α
- erster Umfangswinkelabstandswert
- β
- zweiter Umfangswinkelabstandswert
- γ
- dritter Umfangswinkelabstandswert
