DE102015214506A1

DE102015214506A1 - Rotor for a reluctance machine, and a method for producing such a rotor

Info

Publication number: DE102015214506A1
Application number: DE102015214506.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Schneider; Alin Stirban; Raimund Bohl; Philipp Krueger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (4) für eine synchrone Reluktanzmaschine, umfassend: – einen Rotorkörper (41) aus einem weichmagnetischen Material; – mehrere Flusssperren (42), die Bereiche in dem Rotorkörper (41) darstellen, die einen gegenüber dem Material des Rotorkörpers (41) erhöhten magnetischen Widerstand aufweisen; – eine Stabilisierungsstruktur (46, 46‘, 46‘‘, 47) in mindestens einer der Flusssperren (42), die einen bezüglich einer Flusssperre (42) radial äußeren Teil des Rotorkörpers (41) hält; wobei die Stabilisierungsstruktur (46, 46‘, 46‘‘, 47) mit einem gegenüber dem Material des Rotorkörpers (41) erhöhten magnetischen Widerstand ausgebildet ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors.The invention relates to a rotor (4) for a synchronous reluctance machine, comprising: a rotor body (41) of a soft magnetic material; - a plurality of flow barriers (42) representing areas in the rotor body (41) having a relation to the material of the rotor body (41) increased magnetic resistance; A stabilizing structure (46, 46 ', 46 ", 47) in at least one of the flow barriers (42) which holds a radially outer part of the rotor body (41) with respect to a flow barrier (42); wherein the stabilizing structure (46, 46 ', 46' ', 47) is formed with a relative to the material of the rotor body (41) increased magnetic resistance, and a method for producing such a rotor.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft Reluktanzmaschinen, insbesondere Synchron-Reluktanzmaschinen, für hohe Drehzahlen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zur Erhöhung der Drehzahlfestigkeit von Läufern für Reluktanzmaschinen.The invention relates to reluctance machines, in particular synchronous reluctance machines, for high speeds. In particular, the present invention relates to measures for increasing the rotational speed resistance of rotors for reluctance machines.

Technischer HintergrundTechnical background

Als elektrische Maschinen für Antriebszwecke werden in industriellen Anwendungen sowie bei Traktionsanwendungen vorwiegend permanentmagneterregte elektrische Maschinen oder Asynchronmaschinen verwendet. Diese weisen jedoch Nachteile auf, da im Falle von Synchronmaschinen Permanentmagnete aus Seltenen-Erden-Materialien zum Erreichen einer hohen Leistungsdichte verwendet bzw. im Fall von Asynchronmaschinen Druckgusskäfigläufer aus Aluminium oder Kupfer aufwändig hergestellt werden müssen. As electrical machines for drive purposes, mainly permanent magnet-excited electrical machines or asynchronous machines are used in industrial applications and in traction applications. However, these have disadvantages because, in the case of synchronous machines, permanent magnets made of rare-earth materials must be used to achieve a high power density or, in the case of asynchronous machines, die-cast squirrel-cage socks made of aluminum or copper must be produced in a complex manner.

Eine Alternative stellen Reluktanzmaschinen dar, die einen sehr einfachen Aufbau des Rotors aufweisen. Der Rotor umfasst ein Blechpaket mit Flusssperren, so dass der magnetische Fluss bzw. die magnetische Leitfähigkeit in verschiedenen Richtungen unterschiedlich ausgeprägt ist, so dass sich der Rotor an einem statorseitig eingeprägten Magnetfeld ausrichtet. Durch eine Rotation des eingeprägten Statormagnetfelds kann somit eine Rotation des Rotors bewirkt werden.An alternative are reluctance machines, which have a very simple structure of the rotor. The rotor comprises a laminated core with flux barriers, so that the magnetic flux or the magnetic conductivity is different in different directions, so that the rotor aligns with a stator-impressed magnetic field. By rotation of the impressed stator magnetic field, a rotation of the rotor can thus be effected.

Die Flusssperren derartiger elektrischer Maschinen werden üblicherweise durch sich schräg oder quer zur radialen Richtung verlaufende Schlitze ausgebildet, die sich ganz oder teilweise in axialer Richtung durch den Rotor erstrecken. Die Schlitze unterbinden aufgrund ihrer geringen relativen Permeabilität (µ_r = 1) im Vergleich zum Rotorblech (µ_r >> 1) den magnetischen Fluss und leiten diesen dadurch seitlich an den Schlitzen vorbei.The flow barriers of such electrical machines are usually formed by obliquely or transversely to the radial direction extending slots which extend wholly or partially in the axial direction through the rotor. Due to their low relative permeability (μ _r = 1), the slots prevent the magnetic flux in comparison to the rotor plate (μ _r >> 1) and thereby lead the latter past the slots laterally.

Durch das Vorsehen der Flusssperren wird jedoch die mechanische Stabilität eines Rotors einer Reluktanzmaschine beeinträchtigt. Die mit hohen Drehzahlen verbundenen hohen Fliehkräfte können Verformungen und Beschädigungen im Rotor bewirken, so dass diese nicht für hohe Drehzahlen geeignet sind. By providing the flow barriers, however, the mechanical stability of a rotor of a reluctance machine is impaired. The high centrifugal forces associated with high speeds can cause deformations and damage in the rotor, so that they are not suitable for high speeds.

Aus der Druckschrift DE 199 34 033 ist ein Reluktanzmotor bekannt, bei dem ein Rotor mit Schlitzmagnetwegen ausgebildet ist, wobei in den Mitten der Schlitzmagnetwege in der Nähe eines Grenzbereichs zwischen zwei Magnetpolen in einem Innenabschnitt des Rotors Permanentmagnete angeordnet sind. Verbindungsabschnitte verbinden die Schlitzmagnetwege mechanisch miteinander und durch Erhöhung der Breite der Verbindungsabschnitte kann die mechanische Stärke des Rotors wirksam verbessert werden, so dass der Rotor sicher mit einer hohen Drehzahl betrieben werden kann. Durch Anordnen von Permanentmagenten an den Verbindungsabschnitten, die mehrere verschiedende Schlitzmagnetwege in dem Rotor miteinander verbinden, kann ein magnetischer Streufluss minimiert werden, so dass es zu keinem signifikanten Leistungseinbruch aufgrund des Streuflusses kommt.From the publication DE 199 34 033 For example, a reluctance motor is known in which a rotor is formed with slit magnetic paths, wherein permanent magnets are arranged in the centers of slit magnetic paths in the vicinity of a boundary between two magnetic poles in an inner portion of the rotor. Connecting portions mechanically connect the slot magnetic paths to each other, and by increasing the width of the connecting portions, the mechanical strength of the rotor can be effectively improved, so that the rotor can be safely operated at a high speed. By arranging permanent magnets at the connecting portions connecting several different slot magnetic paths in the rotor, leakage magnetic flux can be minimized so that there is no significant power dip due to leakage flux.

Das Vorsehen von zusätzlichen Magneten für derartige Rotoren erfordert jedoch zusätzliche Material- und Fertigungskosten und kann die zulässigen thermischen Belastungsgrenzen der elektrischen Maschine verringern.However, the provision of additional magnets for such rotors requires additional material and manufacturing costs and can reduce the allowable thermal load limits of the electric machine.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor für eine Reluktanzmaschine zur Verfügung zu stellen, der eine ausreichende mechanische Stabilität für hohe Drehzahlen aufweist, ohne dass die Leistungsfähigkeit der Reluktanzmaschine beeinträchtigt ist.It is therefore an object of the present invention to provide a rotor for a reluctance machine, which has sufficient mechanical stability for high speeds, without the performance of the reluctance machine is impaired.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch den Rotor für eine Reluktanzmaschine nach Anspruch 1 sowie durch die Reluktanzmaschine gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.This object is achieved by the rotor for a reluctance machine according to claim 1 and by the reluctance machine according to the independent claim.

Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Rotor für eine Reluktanzmaschine vorgesehen, umfassend:

– einen Rotorkörper aus einem weichmagnetischen Material;
– mehrere Flusssperren, die Bereiche in dem Rotorkörper darstellen, die einen gegenüber dem Material des Rotorkörpers erhöhten magnetischen Widerstand aufweisen;
– eine Stabilisierungsstruktur in mindestens einer der Flusssperren, die einen bezüglich einer Flusssperre radial äußeren Teil des Rotorkörpers hält;

wobei die Stabilisierungsstruktur mit einem gegenüber dem Material des Rotorkörpers erhöhten magnetischen Widerstand ausgebildet ist.Further embodiments are specified in the dependent claims. According to a first aspect, there is provided a rotor for a reluctance machine comprising:

A rotor body of a soft magnetic material;
A plurality of flow barriers, which constitute regions in the rotor body which have a higher magnetic resistance compared to the material of the rotor body;
A stabilizing structure in at least one of the flow barriers, which holds a radially outer part of the rotor body with respect to a flow barrier;

wherein the stabilizing structure is formed with a relative to the material of the rotor body increased magnetic resistance.

Die Flusssperren können als Ausnehmungen im Rotor ausgebildet sein und weisen üblicherweise eine geringe oder keine mechanisch stabilisierende Wirkung auf, insbesondere wenn diese mit Luft oder einem sonstigen unmagnetischen Material ausgefüllt sind. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität sind die Ausnehmungen der Flusssperren mit Stabilisierungsstrukturen versehen, die als Außenstege und/oder Zwischenstege realisiert sein können. Die Stabilisierungsstrukturen sind herkömmlich aus dem gleichen magnetisch leitfähigen Material wie der gesamte Rotorkörper ausgebildet und bilden daher magnetische Störpfade aus, in denen Streuflüsse die Leistungsfähigkeit der Reluktanzmaschine erheblich beeinträchtigen. Eine Idee des obigen Rotors für eine Reluktanzmaschine besteht darin, die Stabilisierungsstrukturen mit einem gegenüber dem Material des Rotorkörpers erhöhten magnetischen Widerstand auszubilden. Dadurch kann die Drehzahlfestigkeit erhöht werden, ohne dass es zu erheblichen Leistungsverlusten aufgrund unerwünschter magnetischer Streuflüsse kommt.The flow barriers may be formed as recesses in the rotor and usually have little or no mechanical stabilizing effect, especially when they are filled with air or other non-magnetic material. To increase the mechanical stability, the recesses of the flow barriers are provided with stabilizing structures, which can be realized as outer webs and / or intermediate webs. The stabilizing structures are conventional from the the same magnetically conductive material formed as the entire rotor body and therefore form magnetic Störpfade in which stray fluxes significantly affect the performance of the reluctance machine. An idea of the above rotor for a reluctance machine is to form the stabilizing structures with a magnetic resistance that is increased relative to the material of the rotor body. As a result, the speed resistance can be increased, without resulting in significant power losses due to unwanted leakage magnetic flux.

Die Erhöhung des magnetischen Widerstands der Stabilisierungsstruktur kann durch eine lokale Gefügeumwandlung mit Hilfe zum Beispiel eines Schmelzschweißverfahrens, zum Beispiel Laserstrahlschweißens, erreicht werden, bei dem dem Material des Rotors vor dem Aufschmelzen geeignete Legierungselemente hinzugefügt werden, die zu einer austenitischen Schweißnaht führen. Austenitisches Material weist eine geringe magnetische Leitfähigkeit aufgrund einer magnetischen relativen Permeabilitätszahl von μr ≈ 1 auf. Insbesondere kann über die Auswahl der Legierungselemente und deren Anteil in dem aufgeschmolzenen Bereich die magnetischen und mechanischen Eigenschaften der Stabilisierungsstrukturen eingestellt werden.The increase in the magnetic resistance of the stabilizing structure can be achieved by local microstructural transformation using, for example, a fusion welding process, for example laser beam welding, in which suitable alloying elements are added to the material of the rotor prior to reflow, resulting in an austenitic weld. Austenitic material has a low magnetic conductivity due to a relative magnetic permeability of μr ≈ 1. In particular, the selection of the alloying elements and their proportion in the molten area can set the magnetic and mechanical properties of the stabilizing structures.

Weiterhin kann der Rotor frei von Permanentmagneten ausgebildet sein, so dass die Flussführung ausschließlich durch die Flusssperren erfolgt.Furthermore, the rotor may be formed free of permanent magnets, so that the flow is carried out exclusively by the flow barriers.

Es kann vorgesehen sein, dass das Material der Stabilisierungsstruktur durch Aufschmelzen des Materials des Rotorkörpers austenitisch ausgebildet ist. It can be provided that the material of the stabilizing structure is formed austenitic by melting the material of the rotor body.

Insbesondere kann das Material der Stabilisierungsstruktur durch Aufschmelzen des Materials des Rotorkörpers und vorherige Zugabe eines oder mehrerer Legierungselemente austenitisch ausgebildet sein. In particular, the material of the stabilizing structure may be formed austenitic by melting the material of the rotor body and prior addition of one or more alloying elements.

Es kann vorgesehen sein, dass das eine oder die mehreren Legierungselemente so gewählt sind, dass die mechanische Festigkeit des Materials der Stabilisierungsstruktur gleich oder höher als die des Materials des Rotorkörpers ist.It can be provided that the one or more alloying elements are selected such that the mechanical strength of the material of the stabilizing structure is equal to or higher than that of the material of the rotor body.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Stabilisierungsstruktur innerhalb der Flusssperre mit einem oder mit mehreren Zwischenstegen ausgebildet sein, wobei der eine oder die mehreren Zwischenstege die gegenüberliegende Wände der betreffenden Flusssperre in radialer Richtung miteinander verbinden.According to one embodiment, the stabilization structure may be formed within the flow barrier with one or more intermediate webs, wherein the one or more intermediate webs connect the opposite walls of the respective flow barrier in the radial direction.

Weiterhin können sich die Flusssperren schräg oder quer zur radialen Richtung bis hin zur Mantelfläche des Rotors erstrecken, wobei mindestens eine der Flusssperren mit einem oder mehreren Außenstegen versehen sind, um die betreffende Flusssperre nach außen hin zu verschließen. Insbesondere kann, wenn eine Flusssperre keine Zwischenstege aufweist, diese ein oder vorzugsweise zwei Außenstege aufweisen. Wenn die Flusssperre einen oder mehrere Zwischenstege aufweist, können die Außenstege entfallen.Furthermore, the flow barriers may extend obliquely or transversely to the radial direction up to the lateral surface of the rotor, wherein at least one of the flow barriers are provided with one or more outer webs to close the relevant river barrier to the outside. In particular, if a river barrier has no intermediate webs, they may have one or preferably two outer webs. If the river barrier has one or more intermediate webs, the outer webs can be omitted.

Gemäß einer Ausführungsform können der eine oder die mehreren Außenstege einer Flusssperre mit dem Material des Rotorkörpers ausgebildet sein. According to one embodiment, the one or more outer webs of a flow barrier may be formed with the material of the rotor body.

Es kann vorgesehen sein, dass der eine oder die mehreren Außenstege einer der Flusssperren als Stabilisierungsstruktur mit dem hohen magnetischen Widerstand ausgebildet sind. It can be provided that the one or more outer webs of one of the flow barriers are formed as a stabilizing structure with the high magnetic resistance.

Insbesondere können der eine oder die mehreren Außenstege einer der Flusssperren so radial nach innen versetzt sein, dass eine Nahtüberhöhung durch ein nachfolgendes Aufschmelzen nicht in radialer Richtung über die Mantelfläche hervorragt. Der Versatz kann zwischen 1% und 10% der Länge der Flusssperre durch den Rotorkörper betragen.In particular, the one or more outer webs of one of the flow barriers can be offset radially inward such that a seam superelevation does not protrude beyond the outer surface in a radial direction due to subsequent melting. The offset may be between 1% and 10% of the length of the flux barrier by the rotor body.

Die mindestens eine der mehreren Flusssperren kann mit dem weichmagnetischen Material des Rotorkörpers ausgebildet sein, das durch eine Aufschmelzbehandlung mit einem gegenüber dem Material des Rotorkörpers erhöhten magnetischen Widerstand ausgebildet ist, so dass die Stabilisierungsstruktur der mindestens einen der Flusssperren durch das Material der betreffenden Flusssperre gebildet ist.The at least one of the plurality of flow barriers may be formed with the soft magnetic material of the rotor body, which is formed by a reflow treatment with a relative to the material of the rotor body increased magnetic resistance, so that the stabilizing structure of the at least one of the flow barriers is formed by the material of the relevant flow barrier ,

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Reluktanzmaschine mit dem obigen Rotor vorgesehen.In another aspect, a reluctance machine is provided with the above rotor.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine Querschnittsdarstellung durch eine Reluktanzmaschine mit einem Rotor mit Stabilisierungsstrukturen in Form von Außenstegen und Zwischenstegen, die jeweils mit einem hohen magnetischen Widerstand versehen sind; und 1 a cross-sectional view through a reluctance machine with a rotor with stabilizing structures in the form of outer webs and intermediate webs, which are each provided with a high magnetic resistance; and

2 eine Querschnittsdarstellung durch eine Reluktanzmaschine mit einem Rotor mit Stabilisierungsstrukturen in Form von Außenstegen und mehreren Zwischenstegen pro Flusssperre, die jeweils mit einem hohen magnetischen Widerstand versehen sind; 2 a cross-sectional view through a reluctance machine with a rotor with stabilizing structures in the form of outer webs and a plurality of intermediate webs per flux barrier, which are each provided with a high magnetic resistance;

3 eine Querschnittsdarstellung durch eine Reluktanzmaschine mit einem Rotor mit Stabilisierungsstrukturen in Form von Zwischenstegen, die jeweils mit einem hohen magnetischen Widerstand versehen sind und Außenstegen, die magnetisch leitend sind; 3 a cross-sectional view of a reluctance machine with a rotor having stabilizing structures in the form of intermediate webs, which are each provided with a high magnetic resistance and outer webs, which are magnetically conductive;

4 eine Querschnittsdarstellung durch eine Reluktanzmaschine mit einem Rotor mit Stabilisierungsstrukturen in Form von Außenstegen und Zwischenstegen, die jeweils mit einem hohen magnetischen Widerstand versehen sind, wobei die Außenstege etwas nach innen versetzt sind; und 4 a cross-sectional view of a reluctance machine with a rotor with stabilizing structures in the form of outer webs and intermediate webs, each provided with a high magnetic resistance, wherein the outer webs are slightly offset inwards; and

5 Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien für eine beispielhafte Reluktanzmaschine, eine entsprechend der Ausführungsform der 1 ausgebildete Reluktanzmaschine und eine entsprechend der Ausführungsform der 3 ausgebildete Reluktanzmaschine. 5 Torque-speed characteristics for an exemplary reluctance machine, one according to the embodiment of 1 formed reluctance machine and one according to the embodiment of the 3 trained reluctance machine.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

In 1 ist schematisch eine Querschnittsdarstellung einer Reluktanzmaschine 1 dargestellt. Die dargestellte Reluktanzmaschine 1 weist einen Außenstator 2 auf, der ein Statorjoch 21 und davon nach innen abstehende Statorzähne 22 aufweist. Die Statorzähne 22 sind in geeigneter Weise mit einer Spulenwicklung 23 versehen, um bei deren Bestromung ein Statormagnetfeld z.B. in Form eines magnetischen Drehfelds bereitzustellen. In 1 is a schematic cross-sectional view of a reluctance machine 1 shown. The illustrated reluctance machine 1 has an outside stator 2 on, the one stator yoke 21 and inwardly projecting stator teeth 22 having. The stator teeth 22 are suitably with a coil winding 23 provided in order to provide a stator magnetic field, for example in the form of a magnetic rotating field during their energization.

Die Statorzähne 22 definieren mit ihren nach innen abstehenden Enden eine Innenausnehmung 3, in der ein Rotor 4 drehbeweglich um eine Rotorwelle 5 angeordnet ist. Der Rotor 4 ist aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet, insbesondere aus einem in axialer Richtung gestapelten Stanzblechpacket, und insbesondere ohne Permanentmagnete ausgebildet bzw. enthält keine ein Erregermagnetfeld erzeugende Permanentmagnete. The stator teeth 22 define with their inwardly projecting ends an inner recess 3 in which a rotor 4 rotatable about a rotor shaft 5 is arranged. The rotor 4 is formed of a soft magnetic material, in particular of a stacked in the axial direction punched sheet package, and in particular formed without permanent magnets or does not contain an exciting magnetic field generating permanent magnets.

Durch eine magnetische Flussführung in einem Rotorkörper 41 des Rotors 4 wird die magnetische Leitfähigkeit des Rotors 4 in verschiedene radiale Richtungen unterschiedlich ausgeprägt, so dass sich gemäß dieser der Rotors 4 entsprechend dem Statormagnetfeld ausrichtet. Bei einem umlaufenden Statormagnetfeld, das durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung der Statorwicklung erreicht wird, führt dies zu einer Drehung des Rotors.By a magnetic flux guide in a rotor body 41 of the rotor 4 becomes the magnetic conductivity of the rotor 4 differently pronounced in different radial directions, so that according to this the rotor 4 aligns according to the stator magnetic field. In a rotating stator magnetic field, which is achieved by a corresponding electrical control of the stator winding, this leads to a rotation of the rotor.

Die Flussführung wird üblicherweise durch Flusssperren 42 ausgebildet, die in Form von in sich teilweise in Umfangsrichtung verlaufenden Ausnehmungen ausgebildet sind. Die Flusssperren 42 unterbinden in Segmentbereichen des Rotors 4 einen magnetischen Fluss in radialer Richtung. Die Flusssperren 42 definieren Polbereiche 43, in denen ein radialer magnetischer Fluss zugelassen wird, so dass der magnetische Fluss im Rotor 4 vorzugsweise über die Polbereiche 43 des Rotors 4 nach außen geführt wird. Auf diese Weise definieren die Flusssperren 42 für einen Eintrittsort des magnetischen Flusses in den Rotor 4 einen entsprechenden Austrittsort des magnetischen Flusses. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entsteht so ein Rotor 4 mit zwei Polpaaren. The river guidance is usually by river barriers 42 formed, which are formed in the form of partially extending in the circumferential direction recesses. The river locks 42 prevent in segment areas of the rotor 4 a magnetic flux in the radial direction. The river locks 42 define pole areas 43 in which a radial magnetic flux is allowed, allowing the magnetic flux in the rotor 4 preferably over the pole areas 43 of the rotor 4 is led to the outside. This is how the river barriers define 42 for an entry point of the magnetic flux into the rotor 4 a corresponding exit location of the magnetic flux. In the present embodiment, such a rotor is produced 4 with two pole pairs.

Die Flusssperren 42 sind vorzugsweise schlitzförmig ausgebildet und voneinander getrennt. Die Flusssperren 42 erstrecken sich vorzugsweise bis zur äußeren Mantelfläche 44 des Rotors 4. Durch Stabilisierungsstrukturen können die äußeren Bereiche des Rotors 4 zwischen zwei Polbereichen 43 gehalten werden. Beispielsweise können die Stabilisierungsstrukturen Außenstege 46 umfassen, die aus dem Materials des Rotorkörpers 41 ausgebildet sind und die durch die Flusssperren 42 vom übrigen Rotorkörper 41 getrennten Bereiche an dem Rotor 4 halten. Dadurch wird die mechanische Stabilität durch diese Stabilisierungsstrukturen gewährleistet. The river locks 42 are preferably slit-shaped and separated from each other. The river locks 42 preferably extend to the outer surface 44 of the rotor 4 , By stabilizing structures, the outer regions of the rotor 4 between two pole areas 43 being held. For example, the stabilizing structures outer webs 46 include, made of the material of the rotor body 41 are formed and by the river barriers 42 from the rest of the rotor body 41 separate areas on the rotor 4 hold. As a result, the mechanical stability is ensured by these stabilizing structures.

Um die mechanische Stabilität insgesamt zu verbessern, weisen die Stabilisierungsstrukturen alternativ oder zusätzlich Zwischenstege 47 in den Flusssperren 42 auf, um die bezüglich einer Flusssperre 42 radial weiter außen liegenden flussleitenden Bereiche an dem Rotor 4 zu halten. Die Zwischenstege 47 verbinden die einander gegenüberliegenden Wände der Flusssperren 42 in radialer Richtung, um eine in radialer Richtung im Betrieb wirkende Fliehkraft aufzunehmen. In order to improve the overall mechanical stability, the stabilizing structures alternatively or additionally have intermediate webs 47 in the river barriers 42 on, with respect to a river barrier 42 radially outward flow-guiding regions on the rotor 4 to keep. The intermediate bridges 47 connect the opposing walls of the river barriers 42 in the radial direction to receive a centrifugal force acting in the radial direction during operation.

Bei der Ausbildung des Rotors 4 aus gestapelten Blechlamellen, die jeweils mit Flusssperrenausnehmungen versehen sind, werden die Stabilisierungsstrukturen in Form von Stegen in den Flusssperrenausnehmungen ausgebildet, so dass diese nach dem Stapeln die in axialer Richtung verlaufenden Außenstege 46 und/oder Zwischenstege 47 ausbilden. In the training of the rotor 4 From stacked laminations, which are each provided with Flusssperrenausnehmungen, the stabilizing structures are formed in the form of webs in the Flußsperrenausnehmungen, so that these after stacking extending in the axial direction outer webs 46 and / or intermediate webs 47 form.

Durch einen nachfolgenden Prozess eines Aufschmelzens und Einbringen von Legierungsmaterial, insbesondere Legierungsmaterialien mit Nickel und Chromanteilen, können die Stabilisierungsstrukturen in austenitische Bereiche gewandelt werden. Das Aufschmelzen kann durch ein Schmelzschweißverfahren, wie beispielsweise einem Laserstrahlschweißen, oder dergleichen vorgenommen werden. Through a subsequent process of melting and introducing alloy material, in particular alloy materials with nickel and chromium components, the stabilization structures can be converted into austenitic regions. Melting may be performed by a fusion welding method such as laser beam welding or the like.

Die vor dem Aufschmelzen optional auf bzw. in die Stabilisierungsstrukturen auf- bzw. eingebrachten Legierungselemente können so gewählt sein, dass in den austenitischen Bereichen ein möglichst hoher magnetischer Widerstand ausgebildet wird und gleichzeitig eine hohe mechanische Stabilität beibehalten wird, wobei insbesondere die mechanische Stabilität gegenüber dem ursprünglichen Material der Blechlamelle beibehalten ist oder sogar verbessert wird. Auf diese Weise können auch die Bereiche des Rotorkörpers 41, die sich bezüglich einer Flusssperre 42 in radialer Richtung außerhalb befinden, zuverlässig an dem Rotorkörper 41 gehalten werden, so dass auch Fliehkräfte bei hohen Drehzahlen nicht zu einer Verformung oder sonstigen Beschädigung des Rotors 4 führen können.The alloying elements optionally introduced onto or into the stabilizing structures prior to melting can be selected such that as high a magnetic resistance as possible is formed in the austenitic regions and at the same time a high mechanical stability is maintained original material of the Sheet metal is maintained or even improved. In this way, also the areas of the rotor body 41 referring to a river barrier 42 located in the radial direction outside, reliably on the rotor body 41 held so that centrifugal forces at high speeds not to deformation or other damage to the rotor 4 being able to lead.

In 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Reluktanzmaschine 1‘ dargestellt, die im Wesentlichen der Reluktanzmaschine 1 entspricht. Im Unterschied zur Reluktanzmaschine 1 sind innerhalb einer oder mehrerer der Flusssperren 42 des Rotors 4 mehrere Zwischenstege 47 vorgesehen, um die mechanische Stabilität weiter zu verbessern. Ein Teil oder alle diese Zwischenstege 47 sind auf die oben beschriebene Weise mit einem hohen magnetischen Widerstand versehen, und insbesondere durch Aufschmelzen mit oder ohne Zugabe von Legierungselementen austenitisch ausgebildet.In 2 is another embodiment of a reluctance machine 1' represented essentially the reluctance machine 1 equivalent. In contrast to the reluctance machine 1 are within one or more of the river barriers 42 of the rotor 4 several intermediate bridges 47 provided to further improve the mechanical stability. Part or all of these gutters 47 are provided in the manner described above with a high magnetic resistance, and austenitic in particular by melting with or without the addition of alloying elements.

Obwohl in den 1 und 2 die Stabilisierungsstrukturen als sich an der äußeren Mantelfläche befindliche Außenstege 46 und als sich in den Flusssperren befindliche Zwischenstege 47 dargestellt sind, ist es auch möglich den Rotor 4 nur mit den Außenstegen 46 oder nur mit den Zwischenstegen zu versehen. Es ist auch möglich einen Rotor 4 vorzusehen, bei dem eine Flusssperre mit einem Außensteg 46 und eine weitere Flusssperre mit einem oder mehreren Zwischenstegen 47 versehen ist.Although in the 1 and 2 the stabilizing structures as located on the outer surface outer webs 46 and as in the river barriers located intermediate webs 47 are shown, it is also possible the rotor 4 only with the outer bars 46 or only to be provided with the intermediate webs. It is also possible a rotor 4 to provide, in which a river barrier with an outer web 46 and another river barrier with one or more gutters 47 is provided.

In der Ausführungsform der 3 ist eine Reluktanzmaschine 1‘‘ mit einem Rotor 4 dargestellt, bei dem die Flusssperren 42 mit magnetisch leitfähigen Außenstegen 46‘ geschlossen sind. Diese können ebenfalls im Blechschnitt vorgesehen sein, um die zu einer Flusssperre 42 radial äußeren Teile des Rotorkörpers 41 an den übrigen Teilen des Rotorkörpers 41 zu halten. Weiterhin können eine oder mehrere der Flusssperren 42 mit Zwischenstegen 47 versehen sein, die durch Aufschmelzen austenitisch gemacht werden, so dass diese als magnetisch nicht leitende Stabilisierungsstrukturen dienen können. Die Außenstege 46‘ werden jedoch nicht austenitisch ausgebildet und bilden somit unerwünschte magnetische Streupfade aus. Diese werden jedoch mit einem geringen Querschnitt ausgebildet, um den darüber verlaufenden Streufluss zu begrenzen. In the embodiment of the 3 is a reluctance machine 1'' with a rotor 4 shown in which the river barriers 42 with magnetically conductive outer webs 46 ' are closed. These can also be provided in the sheet metal section to a flow barrier 42 radially outer portions of the rotor body 41 on the remaining parts of the rotor body 41 to keep. Furthermore, one or more of the river barriers 42 with intermediate webs 47 be made austenitic by melting, so that they can serve as a magnetically non-conductive stabilizing structures. The outer bridges 46 ' However, they are not formed austenitic and thus form undesirable magnetic scattering paths. However, these are formed with a small cross-section in order to limit the stray flux extending over it.

In der Ausführungsform der 4 ist eine weitere Reluktanzmaschine 1‘‘‘ mit einem Rotor 4 dargestellt, bei dem die Flusssperren 42 mit magnetischen Außenstegen 46‘‘ geschlossen sind. Da es beim Aufschmelzen der als Außenstege 46‘‘ ausgebildeten Stabilisierungsstrukturen in der Regel zu Verformungen kommt, können die Außenstege 46‘‘ leicht unter die Mantelfläche des Rotors 4 versetzt angeordnet werden. Dadurch können über die ursprüngliche Abmessung der Außenstege 46‘‘ hinausgehende Verformungen, die sich durch Nahtüberhöhungen beim Aufschmelzen ergeben können, nicht über die Mantelfläche hinaus hervorstehen und in den Luftspalt der Reluktanzmaschine 1‘‘‘ hineinragen. In the embodiment of the 4 is another reluctance machine 1''' with a rotor 4 shown in which the river barriers 42 with magnetic outer webs 46 '' are closed. As it melts the outer bars 46 '' trained stabilizing structures usually comes to deformations, the outer bars can 46 '' slightly below the surface of the rotor 4 be arranged offset. This allows about the original dimension of the outer webs 46 '' Beyond deformation, which may result from seam exaggerations during melting, do not protrude beyond the lateral surface out and into the air gap of the reluctance machine 1''' protrude.

In 5 ist ein Diagramm dargestellt, das das bei entsprechender Ansteuerung maximal erreichte Drehmoment über der Drehzahl einer Reluktanzmaschine abbildet, wobei Kurve K1 eine Reluktanzmaschine mit Zwischenstegen und Außenstegen aus unbehandeltem Blechmaterial, Kurve K2 bei ansonsten gleicher Struktur des Rotors mit Zwischenstegen darstellt, die umschmelzlegiert sind, um diese mit einem austenitischen Gefüge, d.h. mit hohem magnetischen Widerstand, zu versehen, und Kurve K3 eine ansonsten baugleiche Reluktanzmaschine darstellt, bei denen sowohl die Zwischenstege als auch die Außenstege durch Umschmelzlegieren mit hohem magnetischen Widerstand versehen sind. Man erkennt die erhebliche Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer Reluktanzmaschine, wenn die Stabilisierungsstrukturen im Rotor durch Umschmelzlegieren in ein austenitisches Gefüge umgewandelt werden, um diese mit einem hohen magnetischen Widerstand zu versehen. Bei einer Reluktanzmaschine mit einem Verhalten entsprechend Kurve K1 oder K2, die ohne Zwischenstege ausgebildet ist, wäre das Drehmoment-Drehzahl-Verhalten vergleichbar mit Kurve K2, jedoch wäre die maximal zulässige Drehzahl aufgrund der geringeren mechanischen Stabilität deutlich herabgesetzt.In 5 is a diagram showing the maximum torque achieved with appropriate control over the speed of a reluctance machine, wherein curve K1 is a reluctance machine with intermediate webs and outer webs of untreated sheet material, curve K2 with otherwise the same structure of the rotor with intermediate webs, which are reglglomerated to to provide them with an austenitic structure, ie with high magnetic resistance, and curve K3 represents an otherwise identical reluctance machine, in which both the intermediate webs and the outer webs are provided by high-reluctance remelting alloys. One recognizes the considerable increase in the performance of a reluctance machine when the stabilizing structures in the rotor are converted by remelting into an austenitic structure in order to provide them with a high magnetic resistance. In a reluctance machine with a behavior according to curve K1 or K2, which is formed without intermediate webs, the torque-speed behavior would be comparable to curve K2, but the maximum allowable speed would be significantly reduced due to the lower mechanical stability.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19934033 [0006]

Claims

Rotor ( 4 ) for a synchronous reluctance machine comprising: - a rotor body ( 41 ) made of a soft magnetic material; - several river barriers ( 42 ), the areas in the rotor body ( 41 ), which are opposite to the material of the rotor body ( 41 ) have increased magnetic resistance; A stabilization structure ( 46 . 46 ' . 46 '' . 47 ) in at least one of the river barriers ( 42 ) concerning a river barrier ( 42 ) radially outer part of the rotor body ( 41 ) holds; the stabilizing structure ( 46 . 46 ' . 46 '' . 47 ) with respect to the material of the rotor body ( 41 ) Increased magnetic resistance is formed.

Rotor ( 4 ) according to claim 1, wherein the rotor ( 4 ) is formed without permanent magnets, and preferably composed of axially stacked laminations.

Rotor ( 4 ) according to claim 1 or 2, wherein the material of the stabilizing structure ( 46 . 46 ' . 46 '' . 47 ) by melting the material of the rotor body ( 41 ) Is formed austenitic - in particular by means of laser beam welding.

Rotor ( 4 ) according to claim 3, wherein the material of the stabilizing structure ( 46 . 46 ' . 46 '' . 47 ) by melting the material of the rotor body ( 41 ) and prior addition of one or more alloying elements is austenitic.

Rotor ( 4 ) according to claim 4, wherein the one or more alloying elements are chosen such that the mechanical strength of the material of the stabilizing structure ( 46 . 46 ' . 46 '' . 47 ) equal to or higher than that of the material of the rotor body ( 41 ).

Rotor ( 4 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the stabilizing structure ( 46 . 46 ' . 46 '' . 47 ) within the river barrier ( 42 ) with one or more intermediate webs ( 47 ), wherein the one or more intermediate webs ( 47 ) the opposite walls of the relevant river barrier ( 42 ) connect together in the radial direction.

Rotor ( 4 ) according to any one of claims 1 to 6, wherein the flow barriers ( 42 ) obliquely or transversely to the radial direction up to the lateral surface of the rotor ( 4 ), wherein at least one of the river barriers ( 42 ) with one or more outer webs ( 46 . 46 ' . 46 '' ) to the relevant river barrier ( 42 ) to close to the outside.

Rotor ( 4 ) according to claim 7, wherein the one or more outer webs ( 46 . 46 ' . 46 '' ) a river barrier ( 42 ) with the material of the rotor body ( 41 ) are formed.

Rotor ( 4 ) according to claim 7 or 8, wherein the one or more outer webs ( 46 . 46 ' . 46 '' ) one of the river barriers ( 42 ) are formed as a stabilizing structure with the high magnetic resistance.

Rotor ( 4 ) according to claim 9, wherein the one or more outer webs ( 46 '' ) one of the river barriers ( 42 ) is offset radially inwardly so that an excess of seam by a subsequent melting does not protrude in the radial direction over the lateral surface.

Rotor ( 4 ) according to one of claims 1 to 5, wherein at least one of the plurality of flow barriers is formed with the soft magnetic material of the rotor body, which is formed by a reflow treatment with a relation to the material of the rotor body increased magnetic resistance, so that the stabilizing structure of the at least one of the flow barriers is formed by the material of the relevant river barrier.

Reluctance machine with a rotor according to one of claims 1 to 11.

Method for producing a rotor ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that first flow barriers ( 42 ) are punched free in the laminations, wherein as a stabilizing structure ( 46 . 46 ' . 46 '' . 47 ) Gutters ( 47 ) remain from the material of the laminations, and then the material of the intermediate webs ( 47 ) Is melted locally, in particular by means of a welding process, in order to reduce the magnetic resistance of the intermediate webs ( 47 ) increase.

A method according to claim 13, characterized in that during the melting of the intermediate webs ( 47 ) Alloying elements are added to produce at a structural transformation of the material of the laminations - especially electrical steel - areas with an austenite structure, the magnetic conductivity and mechanical stability can be adjusted specifically.