DE102016123064A1 - Rotor for an internal rotor electric motor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für einen Elektromotor, wobei der Rotor (1) ein Blechpaket (2) aufweist, das aus einem Stapel gegeneinander isolierter Bleche (20) ausgebildet ist und wobei im Blechpaket (2) mehrere Permanentmagnete (3) eingebracht sind und wobei das Blechpaket (2) mit einem metallischen Rotorguss (4) umgossen und/oder teilweise ausgegossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket mit 40 - 70 Masse-%, die Permanentmagnete (3) mit 10 - 50 Masse-% und der Rotorguss (4) mit 8 - 25 Masse-% an der Gesamtmasse von 100% gebildet aus dem Blechpaket (2), den Permanentmagneten (3) und dem Rotorguss (4) beteiligt sind.The invention relates to a rotor (1) for an electric motor, wherein the rotor (1) comprises a laminated core (2) which is formed from a stack of mutually insulated sheets (20) and wherein in the laminated core (2) a plurality of permanent magnets (3) introduced are and wherein the laminated core (2) with a metallic rotor casting (4) encapsulated and / or partially poured, characterized in that the laminated core with 40 - 70 mass%, the permanent magnets (3) with 10 - 50 mass% and the rotor casting (4) with 8 - 25 mass% of the total mass of 100% formed from the laminated core (2), the permanent magnet (3) and the rotor casting (4) are involved.
Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen Innenläufer-Elektromotor.The invention relates to a rotor for an internal rotor electric motor.
Rotoren für Elektromotoren sind in unterschiedlichsten Ausführungsformen für Synchronmotoren und Asynchronmotoren bekannt, wobei je nach Motorenkonzept im Rotor Permanentmagnete verwendet werden.Rotors for electric motors are known in various embodiments for synchronous motors and asynchronous motors, depending on the engine concept permanent magnets are used in the rotor.
So sind z. B. EC-Motoren, bei denen sich Permanentmagnete auf der Rotoroberfläche befinden, bekannt. Diese Permanentmagnete werden in verschiedensten Ausführungsformen realisiert. Bei der Anordnung derartiger Permanentmagnete auf der Rotoroberfläche ist zwischen der Rotorwelle und den Permanentmagneten ein Rückschlusskörper vorgesehen, welcher fest mit der Rotorwelle verbunden ist. Z. B. sind ringförmig realisierten Permanentmagnete auf diesen Rückschlusskörper geklebt, so dass ein Drehmoment über den Rückschlusskörper auf die Rotorwelle übertragen werden kann.So z. As EC motors, in which permanent magnets are located on the rotor surface known. These permanent magnets are realized in various embodiments. In the arrangement of such permanent magnets on the rotor surface, a return body is provided between the rotor shaft and the permanent magnets, which is fixedly connected to the rotor shaft. For example, annularly realized permanent magnets are glued to this return body, so that a torque can be transmitted via the return body to the rotor shaft.
Aus der
Für EC-Motoren gibt es ferner Bemühungen mittels Kunststoff-Umguss-Verfahren das Blechpaket mit der Welle zu Umgießen. Dadurch werden aber typischerweise nur Drehmomentbereiche für einen EC-Motor mit einem realisierbaren Drehmoment von weniger als 10 Nm realisierbar. Wünschenswert ist es aber wesentliche höhere Drehmomentbereiche mit den Motoren abzudecken, die im Bereich von 10Nm - 200 Nm liegen. Solche zuvor genannten Motoren vertragen allerdings keine hohen Prozesstemperaturen beim Umgussverfahren nachdem die Permanentmagnete montiert sind, da es zu einer unerwünschten Entmagnetisierung der Permanentmagnete bei zu hohen Prozesstemperaturen kommen würde, was die Materialauswahl für das Umgussverfahren bisher auf nicht-metallische Werkstoffe, wie Kunststoffe einschränkt, da Kunststoffe typischerweise einen deutlich niedrigen Schmelzpunkt von etwa 220 - 270°C gegenüber der Prozesstemperatur von z. B. Aludruckguss von etwa 700°C aufweisen.For EC motors, there are also efforts using plastic encapsulation method to encase the laminated core with the shaft. As a result, however, typically only torque ranges for an EC motor with a realizable torque of less than 10 Nm can be realized. However, it is desirable to cover significantly higher torque ranges with the engines, which are in the range of 10Nm - 200 Nm. However, such aforementioned motors do not tolerate high process temperatures in the Umgussverfahren after the permanent magnets are mounted, as it would lead to unwanted demagnetization of the permanent magnets at high process temperatures, which previously restricted the material selection for the Umgussverfahren on non-metallic materials, such as plastics Plastics typically have a significantly low melting point of about 220 - 270 ° C compared to the process temperature of z. B. aluminum die casting of about 700 ° C.
Bei einem bekannten Motor-Sondertyp - genannt Line-Start-Motor- sind in dem Rotor Taschen vorgesehen, um Permanentmagnete in die Taschen einzupressen. Ein Line Start Permanent Magnet (LSPM) Motor ist ein Drehstrom-Synchronmotor mit asynchronem Anlauf, der im Rotor mit Kurzschlussläufer zusätzlich Permanentmagnete enthält. Solche Motoren vertragen daher ebenfalls keine hohen Prozesstemperaturen nachdem die Permanentmagnete montiert sind, da es ebenfalls zu einer unerwünschten Entmagnetisierung der Permanentmagnete bei den hohen Prozesstemperaturen kommen würde.In a known motor-type special - called line-start engine - pockets are provided in the rotor to press permanent magnets into the pockets. A Line Start Permanent Magnet (LSPM) motor is a three-phase synchronous motor with asynchronous start-up, which additionally contains permanent magnets in the rotor with squirrel-cage rotor. Therefore, such motors also do not tolerate high process temperatures after the permanent magnets are mounted, as it would also lead to an undesirable demagnetization of the permanent magnets at the high process temperatures.
Nach dem derzeitigen Stand der Technik können daher Permanentmagnete bei Motortypen, bei denen das Blechpaket hohen Temperaturen in der Größenordnung von ca. 650°C und höher ausgesetzt wird, erst in einem nachfolgenden Herstellungsschritt eingesetzt werden. Nachteilig wirkt sich bei den Line-Start-Motoren auch der Umstand aus, dass der vorhandene Bauraum für die stirnseitig anzuordnenden Ringe und damit deren effektiver Querschnitt beschränkt wird, was das Minimieren des elektrischen Widerstands des Kurzschlusskäfigs verhindert und sich demzufolge nachteilig auf das Betriebsverhalten des Motors auswirkt.According to the current state of the art, therefore, permanent magnets in motor types in which the laminated core is exposed to high temperatures of the order of about 650 ° C. and higher can only be used in a subsequent production step. A disadvantage of the line-start engines also the fact that the existing space for the front side to be arranged rings and thus their effective cross-section is limited, which prevents minimizing the electrical resistance of the short-circuit cage and thus adversely affect the performance of the engine effect.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und einerseits eine Lösung zur Fertigung eines EC-Motors und andererseits eines Line-Start-Motors bereit zu stellen, welcher kostengünstig herzustellen ist und bei dem das Problem der Entmagnetisierung von Permanentmagneten umgangen wird.The invention is therefore an object of the invention overcome above-mentioned disadvantages and on the one hand to provide a solution for manufacturing an EC motor and on the other hand a line-start motor, which is inexpensive to manufacture and in which the problem of demagnetization of permanent magnets is bypassed.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the feature combination according to
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine spezifische Materialkombination in einem definierten Masseverhältnis beim Rotor vorzusehen. Es wurde nämlich durch Untersuchungen erkannt, dass bei einem bestimmten Gewichtsverhältnis des Blechpakets, der Magnete und dem Verguss das Problem der Entmagnetisierung der Magnete beim Umgießen mit einer metallischen Vergussmasse, wie z. B. Alu-Guss nicht mehr oder nahezu nicht mehr auftritt.A basic idea of the present invention is to provide a specific material combination in a defined mass ratio in the rotor. It has been recognized by studies that at a certain weight ratio of the laminated core, the magnets and the potting the problem of demagnetization of the magnets when encapsulating with a metallic potting compound such. B. cast aluminum no longer or almost no longer occurs.
Erfindungsgemäß wird in Bezug auf einen EC-Motor mit Innenläufer daher ein Rotor vorgesehen, der ein Blechpaket aufweist, das aus einem Stapel gegeneinander isolierter Bleche ausgebildet ist und wobei im Blechpaket mehrere Permanentmagnete radial eingebracht sind und wobei das Blechpaket mit einem metallischen Rotorguss umgossen und/oder teilweise ausgegossen ist und wobei die folgenden Massenverhältnisse in Masse-% bezogen auf eine Gesamtmasse von 100% (gebildet aus dem Blechpaket, den Permanentmagneten und dem Rotorguss) verwendet werden:
- - Blechpaket: 40 - 50 Masse-%,
- - Permanentmagnete 40 - 50 Masse-%
- - Rotorguss 8 - 20 Masse-%.
- - Laminated core: 40 - 50 mass%,
- - permanent magnets 40 - 50 mass%
- - rotor casting 8 - 20 mass%.
So hat sich in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, dass bei einem Innenläufer-Rotor eines Line-Start-Motors die folgenden Massenverhältnisse als bevorzugte Ausgestaltungen gezeigt haben:
- - Blechpaket: 65 - 70 Masse-%,
- - Permanentmagnete 10 - 20 Masse-%
- - Rotorguss 10 - 30 Masse-%.
- - laminated core: 65 - 70 mass%,
- - permanent magnets 10 - 20 mass%
- - Rotor casting 10 - 30 mass%.
Die Summe der Bestandteile ist dabei mit 100% zu berücksichtigen, so dass je die Auswahl eines Wertes an Gewichts-% für einen Bestandteil die Auswahl für die beiden anderen Bestandteile limitiert und umgekehrt.The sum of the components is to be taken into account with 100%, so that each selection of a value of weight% for one ingredient limits the choice for the other two ingredients and vice versa.
Die Permanentmagnete sind dabei als magnetisierte Ferritelemente ausgebildet. Bei einem EC-Motor ist es von Vorteil, wenn der der Rotorguss ein Guss aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung ist und wobei die Permanentmagnete von dem jeweiligen Rotorguss unmittelbar in Position gehalten werden.The permanent magnets are designed as magnetized ferrite elements. In an EC motor, it is advantageous if the rotor casting is a casting of aluminum or an aluminum alloy and wherein the permanent magnets are held by the respective rotor casting directly in position.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bei den EC-Motoren ist vorgesehen, dass im Rotor mittels des Rotorgusses eine Rotorwelle eingegossen ist.In a likewise advantageous embodiment of the invention in the EC motors is provided that in the rotor by means of Rotorgusses a rotor shaft is cast.
In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist weiter vorgesehen, dass die Permanentmagnete entweder in Zwischenräumen zwischen keilförmig ausgebildeten radial nach außen verlaufenden Zähnen des Blechpakets oder in entsprechend dafür ausgeformte axial verlaufende Taschen eingebracht sind.In preferred embodiments of the invention it is further provided that the permanent magnets are introduced either in intermediate spaces between wedge-shaped radially outwardly extending teeth of the laminated core or in correspondingly shaped axially extending pockets.
Es ist weiter von Vorteil, wenn die Bleche und damit das Blechpaket durch eine mit dem Rotorguss gefüllten Innenbohrung fixiert werden bzw. wird.It is also advantageous if the sheets and thus the laminated core are fixed by an inner bore filled with the rotor casting or is.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines wie zuvor Rotors, insbesondere eines Rotors für einen Innenläufer eines Elektromotors mit den folgenden Schritten:
- a. Bereitstellen von gegeneinander isolierten Blechen zur Bildung eines Blechpakets mit Zwischenräumen und/oder Taschen zur Aufnahme von Permanentmagneten innerhalb des Blechpakets;
- b. Einbringen von magnetisierten Ferritelementen oder Permanentmagneten in die Zwischenräumen und/oder Taschen und
- c. Um- und oder Ausgießen des Blechpaketes mit einem metallischen Gussmaterial zur Herstellung eines Rotorgusses, wobei
- a. Providing mutually insulated sheets to form a lamination stack having spaces and / or pockets for receiving permanent magnets within the lamination stack;
- b. Introducing magnetized ferrite elements or permanent magnets into the spaces and / or pockets and
- c. Um- and or pouring the laminated core with a metallic casting material for producing a rotor casting, wherein
Weiter vorteilhaft ist es, wenn der Rotorguss so zwischen oder um das Blechpaket gegossen wird, dass sowohl das Blechpaket als auch die Permanentmagnete von dem Rotorguss und die Welle fixiert und bevorzugt in Position gehalten werden.It is also advantageous if the rotor casting is cast between or around the laminated core such that both the laminated core and the permanent magnets are fixed by the rotor casting and the shaft and are preferably held in position.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bei Line-Start-Motoren ist vorgesehen, dass der Rotor ferner mit Stäben durchsetzt ist, die überwiegend oder vollständig aus dem Rotorguss gebildet sind. Zur elektrischen Verbindung der Stäbe können diese mittels ebenfalls aus dem Rotorgussmaterial hergestellten stirnseitigen Ringen realisiert werden.In an advantageous embodiment of the invention in line-start motors is provided that the rotor is further penetrated by rods, which are predominantly or completely formed from the rotor casting. For electrical connection of the rods, these can be realized by means of end rings also made of the rotor casting material.
Die Permanentmagnete sind in einer bevorzugten Ausführung in jedem Rotor-Pol des Blechpakets in einer im Wesentlichen U-förmigen Anordnung zueinander angeordnet, wobei das Blechpaket vorzugsweise als außen genutetes Blechpaket ausgebildet ist.The permanent magnets are arranged in a preferred embodiment in each rotor pole of the laminated core in a substantially U-shaped arrangement to each other, wherein the laminated core is preferably formed as an externally grooved laminated core.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to FIGS.
Es zeigen:
-
1 eine Schnittansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines EC-Rotors; -
2 eine Schnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines EC-Rotors; -
3 eine perspektivische Ansicht sowie eine Schnittansicht durch ein Blechpaket eines Line-Start-Rotors mit in Taschen eingefügten Permanentmagneten; -
4 ein Druckguss-umspritzter Rotor eines Line-Start-Motors.
-
1 a sectional view through a first embodiment of an EC rotor; -
2 a sectional view through a second embodiment of an EC rotor; -
3 a perspective view and a sectional view through a laminated core of a line-start rotor with inserted in pockets permanent magnet; -
4 a die-cast over-molded rotor of a line-start engine.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die
Der Rotor
Der Rotor
Das Blechpaket
Der Rotorguss
In der
Die
In der
Der Rotorguss
Als praktisches Ausführungsbeispiel wurden die Rotorkomponenten für eine EC-Motor bestehend aus Blechpaket, Permanentmagneten und Aluguss für den Innenläuferrotor wie folgt ausgebildet:
- Blechpakete aus Dynamoblechen: 46 Masse-%,
- Permanentmagnete: 42 Masse-%
- Rotorguss: 12 Masse-%
- Laminated cores of dynamo sheets: 46% by mass,
- Permanent magnets: 42 mass%
- Rotor casting: 12% by mass
Als weiteres praktisches Ausführungsbeispiel wurden die Rotorkomponenten eines Line-Start-Motors bestehend aus Blechpaket, Permanentmagneten und Aluguss wie folgt ausgebildet:
- Blechpakete aus Dynamoblechen: 66 Masse-%,
- Permanentmagnete: 14 Masse-%
- Rotorguss: 20 Masse-%
- Laminated cores of dynamo sheets: 66 mass%,
- Permanent magnets: 14 mass%
- Rotor casting: 20% by mass
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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