DE102016123984A1 - Rotorblechlamellen mit magnetanschlag für reduzierung von spannung - Google Patents
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Abstract
Ein Rotor, der um eine Achse drehbar ist und eine Vielzahl von Magneten und eine Vielzahl von Blechlamellen beinhaltet, die entlang der Achse gestapelt sind. Die Blechlamellen haben eine Außenfläche, die distal von der Achse liegt und eine Innenfläche, die proximal zur Achse liegt. Eine Vielzahl von Magnetschlitzen wird zwischen der Außen- und der Innenfläche zwischen einer äußeren Sperre nahe der Außenfläche und einer inneren Sperre nahe der Innenfläche definiert. Die Magneten befinden sich innerhalb der Magnetschlitze zwischen der äußeren Sperre und der inneren Sperre, so dass ein erstes Ende des Magneten neben der Außensperre und ein zweites Ende des Magneten neben der Innensperre liegen. Ein innerer Halterungsanschlag verläuft in die Magnetschlitze in der inneren Sperre und wird innerhalb der inneren Sperre gebildet, die näher an der Außenfläche ist.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Diese Offenbarung betrifft generell interne Elektromaschinen mit Permanentmagneten und insbesondere Rotoren für interne Elektromaschinen mit Permanentmagneten.
- HINTERGRUND
- Eine Elektromaschine nutzt elektrische Potenzialenergie zur Erzeugung von mechanischer Energie durch das Zusammenwirken von Magnetfeldern und stromführenden Leitern. Der Umschaltvorgang mittels mechanischer Energie zur Erzeugung von elektrischer Energie erfolgt über einen Generator oder eine Lichtmaschine. Andere Elektromaschinen, wie Motoren/Generatoren, kombinieren verschiedene Eigenschaften von sowohl Motoren als auch Generatoren.
- Elektrische Maschinen können ein Element beinhalten, das sich um eine zentrale Achse dreht. Das drehbare Element, das als Rotor bezeichnet werden kann, kann sich zu einem statischen Element koaxial verhalten, das als Stator bezeichnet werden kann. Die Elektromaschine verwendet die relative Drehung zwischen Rotor und Stator, um mechanische Energie, elektrische Energie oder Kombinationen davon zu erzeugen.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Es wird in Rotor bereitgestellt, drehbar um eine Achse und verwendbar innerhalb einer Elektromaschine. Der Rotor beinhaltet eine Vielzahl von Magneten und eine Vielzahl von Blechlamellen, die entlang der Achse gestapelt werden.
- Die Blechlamellen haben einen Körper mit einer von der Achse distalen Außenfläche und einer von der Achse proximalen Innenfläche. Eine Vielzahl von Magnetschlitzen entsteht zwischen Außen- und Innenfläche und kann in einem Winkel stehen zwischen einer äußeren Sperre nahe der Außenfläche und einer inneren Sperre nahe der Innenfläche. Die Magneten sind innerhalb der Magnetschlitze zwischen der äußeren Sperre und der inneren Sperre so angeordnet, dass ein erstes Ende des Magneten neben der äußeren Sperre und ein zweites Ende des Magneten neben der inneren Sperre liegen.
- Ein Innenanschlag verläuft in die Magnetschlitze an der inneren Sperre und liegt am zweiten Ende des Magneten an. Der innere Rückhalteanschlag wird auf der Seite des Magnetschlitzes gebildet, der sich näher an der Außenfläche der inneren Sperre befindet.
- Die oben genannten Merkmale und Vorteile, sowie andere Merkmale und Vorteile des vorliegenden Gegenstands sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger bevorzugter Modi und anderer Ausführungsformen zur Ausführung der offenbarten Strukturen, Verfahren oder beiden, ersichtlich.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Darstellung einer Elektromaschine mit einem Rotor aus mehreren Blechlamellen. -
2 ist eine schematische Stirnansicht einer der Blechlamellen des Rotors, wie dargestellt und beschrieben in1 . -
3 ist eine schematische Detailansicht eines Abschnitts der Rotorblechlamelle aus1 , der einen inneren Magnetanschlag darstellt. -
4 ist eine schematische Detailansicht eines Abschnitts einer anderen Rotorblechlamelle, ähnlich wie in1 dargestellt, mit einem inneren Magnetanschlag mit modifizierter Geometrie. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin sich dieselben Bezugszahlen wann immer möglich auf ähnliche Komponenten beziehen, ist
1 eine schematische Darstellung einer Elektromaschine10 .1 zeigt die allgemeinen Bauteile und die Ausrichtung der Elektromaschine10 , einschließlich eines Stators12 , der ein fester Bestandteil ist, und eines Rotors14 , der um eine Achse16 drehbar ist. - Wie in
1 skizziert, beinhaltet der Rotor14 eine Vielzahl an Blechlamellen oder Blechen20 . Jede der Blechlamellen20 ist vorzugsweise aus Stahl gefertigt, wie beispielsweise aus nicht kornorientiertem Elektrostahl, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Blechlamellen20 werden gestapelt oder nebeneinander entlang der Achse16 angeordnet, um einen Kern des Rotors14 zu definieren. In vielen Konfigurationen sind die Blechlamellen20 aneinander befestigt – durch Kleben, Schweißen, Befestigungselemente, mechanische Verbindung (Verrastung) oder dergleichen – um den Kern zu bilden. - Eine Vielzahl von Magneten
22 befindet sich im Rotor14 . Die Magneten22 sind Dauermagnete, so dass die Elektromaschine10 als Elektromaschine10 mit einem internen Dauermagneten bezeichnet werden kann. - Obwohl sich die vorliegende Erfindung auf spezifische Anwendungen oder Branchen bezieht, können Sachkundige auf dem betreffenden Fachgebiet die weitergehenden Anwendungsmöglichkeiten dieser Erfindung erkennen. Mit einfachen Kenntnissen auf dem Fachgebiet erkennt man, dass Bezeichnungen, wie „über“, „unter“, „aufwärts“, „abwärts“ usw., nur beschreibend in den Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der Erfindung darstellen, wie er in den angefügten Patentansprüchen festgelegt ist. Alle nummerischen Bezeichnungen, wie „erstens“ oder „zweitens“, sind rein illustrativ und schränken den Umfang der Erfindung in keiner Weise ein.
- Eigenschaften, die in einer Figur gezeigt werden, können mit in anderen Figuren angegebenen Eigenschaften kombiniert, sowie durch diese ersetzt oder geändert werden. Soweit nicht anders angegeben, schließen sich keine Eigenschaften, Elemente oder Einschränkungen gegenseitig durch andere Eigenschaften, Elemente oder Einschränkungen aus. Außerdem sind keine der Eigenschaften, Elemente oder Einschränkungen für den Betrieb unbedingt erforderlich. Alle spezifischen in den Figuren dargestellten Konfigurationen sind rein illustrativ und schränken die Patentansprüche oder Beschreibung in keiner Weise ein.
- In
2 wird eine Stirnansicht des Rotors14 dargestellt, die eine der Blechlamellen20 und die Magneten22 veranschaulicht. Wie in2 dargestellt, definiert jede Blechlamelle20 mindestens eine, vorzugsweise mehrere, Öffnungen oder Magnetschlitze24 . - Es kann ein Öffnungsstempel verwendet werden, um die Magnetschlitze
24 in den Blechlamellen20 zu bilden, so dass die Blechlamellen20 in einem Herstellungsverfahren mit einem Werkzeug oder mit einem Folgewerkzeug hergestellt werden können. Wenn die Blechlamellen20 entlang der Achse16 angeordnet und zueinander ausgerichtet sind, ist die Vielzahl der Magnetschlitze24 in den Blechlamellen20 aneinander ausgerichtet sind, um axiale Schlitze zu definieren, innerhalb derer die Magneten22 angeordnet sind. Die Magnetschlitze24 im dargestellten Rotor14 liegen im Wesentlichen parallel zur Achse16 . - Die dargestellten Blechlamellen
20 werden aus einem einteiligen Körper32 gebildet. Es können jedoch auch andere Blechlamellen20 aus Segmenten gebildet werden, die zusammengesetzt oder zusammengefügt werden. Der Körper32 hat einen Außendurchmesser bzw. eine Außenfläche34 , die distal zur Achse16 und eine Innenfläche36 , die proximal zur Achse16 liegt. Die Außenfläche34 und die Innenfläche36 sind Oberflächen oder Ränder, die in im Wesentlichen gleichen Abständen von der Achse16 definiert werden. Die Außenfläche34 kann auch aus Außenkante, Außendurchmesser oder AD bezeichnet werden, und die Innenfläche36 kann auch als Innenkante, Innendurchmesser oder ID bezeichnet werden. - Die Magnetschlitze
24 werden zwischen der Außenfläche34 und der Innenfläche36 der Blechlamellen20 definiert. In dieser Beschreibung geht es weitgehend um die größeren Magnetpaare22 des Rotors14 . Ähnliche Prinzipien können aber auch für die kleineren Magnetpaare gelten, die näher an der Außenfläche34 liegen. -
3 ist eine Detailansicht eines Abschnitts des Rotors14 . In der dargestellten Konfiguration in2 und3 liegen die Magnetschlitze24 in einem Winkel zwischen einer Außensperre42 am Ende der Magnetschlitze24 näher an der Außenfläche34 und einer Innensperre44 am Ende der Magnetschlitze24 näher an der Innenfläche36 . Die Außensperre42 und die Innensperre44 können alternativ als erste und zweite Sperre bezeichnet werden. - Die Magneten
22 befinden sich in den Magnetschlitzen24 zwischen der Außensperre42 und der Innensperre44 . Ein erstes Ende46 der Magneten22 befindet sich an der Außensperre42 , und ein zweites Ende48 der Magneten22 an der Innensperre44 . Zu beachten ist, dass die Bezeichnung der Magnetenden22 als erstes oder zweites austauschbar ist. In anderen Ausführungsformen können die Magnetschlitze24 im Wesentlichen parallel verlaufen, so dass das erste Ende46 und der zweite48 der Magneten22 und die Sperren der Magnetschlitze24 weitgehend im gleichen Abstand von Achse16 liegen. - Die Magneten
22 werden durch eine oder mehrere Halterungen in den Magnetschlitzen24 gehalten. Wenn sich daher der Rotor14 dreht und die Magneten22 elektromagnetischen Kräften ausgesetzt sind, bewegen sich die Magneten22 nicht innerhalb der Magnetschlitze24 . - Ein äußerer Halterungsanschlag
50 wird am Körper32 geformt und verläuft in die Magnetschlitze24 an der Außensperre42 . Der äußere Halterungsanschlag50 liegt am ersten Ende46 des Magneten22 . Ein innerer Halterungsanschlag52 wird am Körper32 geformt und verläuft in die Magnetschlitze24 an der Innensperre44 . Der innere Halterungsanschlag52 liegt am zweiten Ende48 des Magneten22 . Der äußere Halterungsanschlag50 und der innere Halterungsanschlag52 kann alternativ auch als erster oder zweiter Halterungsanschlag bezeichnet werden. - In der dargestellten Konfiguration liegen die Magneten
22 am äußeren Halterungsanschlag50 und am inneren Halterungsanschlag52 . Andere Konfigurationen können jedoch andere Arten und Positionen von Halterungselementen oder Anschlägen haben. - In der in
2 und3 dargestellten Konfiguration wird der äußere Halterungsanschlag50 auf der Seite der äußeren Sperre42 gebildet, der näher an der Innenfläche36 liegt. Der innere Halterungsanschlag52 dagegen wird auf der Seite der inneren Sperre44 gebildet, die näher an der Außenfläche34 als an der Innenfläche36 liegt. - Ein alternativer Innenanschlag
54 wird in3 in gestrichelten Linien dargestellt. Der alternative Innenanschlag54 befindet sich näher an der Innenfläche36 in der inneren Sperre44 und wird dargestellt, um ihn der Lage des inneren Halterungsanschlags52 gegenüberzustellen und die Differenzen zwischen beiden zu veranschaulichen. - Beim Betrieb der Elektromaschine
10 dreht der Rotor14 bei hohen Drehzahlen, und die Magneten22 sind elektromagnetischen Kräften ausgesetzt.3 zeigt einen Belastungsbereich56 infolge des Betriebs der Elektromaschine10 . - Der Vergleich der Blechlamellen
20 sowie Prüfung und Analyse zeigen, dass die Maximalbelastung mit dem inneren Halterungsanschlag52 gegenüber dem alternativen Innenanschlag54 im Belastungsbereich56 bei einer relativ hohen Bediendrehzahl um 20–25 Prozent verringert werden kann. Das heißt, die Verlagerung des Anschlagelements vom Ort des alternativen Innenanschlags54 zum inneren Halterungsanschlag52 kann die tatsächliche Belastung zumindest der inneren Sperre44 der Blechlamellen20 verringern. - Zusätzlich konnte die maximal zulässige Betriebsdrehzahl des Rotors
14 , und damit der Elektromaschine10 , durch Reduzierung des Belastungsgrads der Blechlamellen20 aufgrund der Verwendung des inneren Halterungsanschlags52 anstelle des alternativen Innenanschlags54 nachweislich um 10–15 Prozent erhöht werden. Prüfungen und Analysen haben auch gezeigt, dass ein weiterer Vorteil der Positionierung des Anschlagelements am inneren Halterungsanschlag52 , im Gegensatz zum alternativen Innenanschlag54 , eine Verringerung der Drehmomentwelligkeit zwischen 20–25 Prozent ist. - Die Figuren zeigen den Kern des Rotors
14 , zusammengesetzt aus gestapelten Blechlamellen20 . Ähnliche Konstruktionsprinzipien gelten auch für feste, im Gegensatz zu laminierten, Rotorkernen, wie beispielsweise solche, die aus Rohlingen hergestellt oder als Gussteile geformt werden. Daher können die Magnet Schlitze24 eines festen Kerns auch von der Verwendung des inneren Halterungsanschlags52 anstelle der alternativen Innenanschlag54 profitieren. -
4 ist eine weitere Teilansicht eines Teils des Rotors14 mit einer alternativen Geometrie. Ein geglätteter Innenanschlag60 mit geringfügig unterschiedlicher Geometrie im Vergleich zum inneren Halterungsanschlag52 wie in2 und3 dargestellt, ist in4 zu sehen. Der geglättete Innenanschlag60 reduziert weiter die Belastungskonzentration durch Reduzierung der scharfen Winkel, im Vergleich zum inneren Halterungsanschlag52 der2 und3 . - Die detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen und Figuren unterstützen und beschreiben den hierin behandelten Gegenstand. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Entwürfe, Konfigurationen und Ausführungsformen.
Claims (6)
- Rotor, um eine Achse drehbar, umfassend: eine Vielzahl von Magneten; und eine Vielzahl von Blechlamellen, die entlang der Achse gestapelt sind, einschließlich: einer Außenfläche, distal von der Achse; einer Innenfläche, proximal an der der Achse; einer Vielzahl von Magnetschlitzen, definiert zwischen der Außen- und der Innenfläche und in einem Winkel zwischen einer äußeren Sperre nahe der Außenfläche und einer inneren Sperre nahe der Innenfläche, worin die Magneten innerhalb der Magnetschlitze zwischen der äußeren Sperre und der inneren Sperre angeordnet sind, so dass ein erstes Ende jedes Magneten an der äußeren und ein zweites Ende jedes Magneten an der inneren Sperre liegt; eines inneren Halterungsanschlags, der in jeden Magnetschlitz an der inneren Sperre verläuft und am zweiten Ende jedes Magnets liegt, worin der innere Halterungsanschlag näher an der Außenfläche der inneren Sperre liegt.
- Rotor nach Anspruch 1, worin die Blechlamellen des Weiteren beinhalten: einen äußeren Halterungsanschlag, der in jeden Magnetschlitz an der äußeren Sperre verläuft und am ersten Ende jedes Magnets liegt.
- Rotor, um eine Achse drehbar, umfassend: einen oder mehrere Magnete; und eine oder mehrere Blechlamellen, entlang der Achse gestapelt, einschließlich: eines Körpers, dessen Außenfläche sich distal von der Achse befindet und dessen Innenfläche sich proximal zur Achse befindet; eines oder mehrerer Magnetschlitze, definiert zwischen der Außen- und der Innenfläche, worin die Magneten innerhalb der Magnetschlitze angeordnet sind; und eines ersten Halterungsanschlags, der in die Magnetschlitze verläuft und am ersten Ende des Magneten liegt, worin der erste Halterungsanschlag von einer Seite der Magnetschlitze verläuft, die näher an der Außenfläche liegt.
- Rotor nach Anspruch 3, worin die Blechlamellen des Weiteren Folgendes beinhalten: einen zweiten Halterungsanschlag, der in die Magnetschlitze verläuft und an einem zweiten Ende des Magneten liegt, worin der zweite Halterungsanschlag von einer Seite der Magnetschlitze verläuft, die näher an der Innenfläche liegt.
- Blechlamelle, konfiguriert für einen Rotor, um sich um eine Achse zu drehen, Folgendes umfassend: einen Körper mit einer Außenfläche, die distal von Achse liegt und eine Innenfläche, die proximal zur Achse liegt; eine Vielzahl von Magnetschlitzen, definiert zwischen der Außen- und der Innenfläche und in einem Winkel zwischen einer äußeren Sperre nahe der Außenfläche und einer inneren Sperre nahe der Innenfläche, worin die Magneten innerhalb der Magnetschlitze zwischen der äußeren Sperre und der inneren Sperre angeordnet sind, so dass ein erstes Ende jedes Magneten an der äußeren und ein zweites Ende jedes Magneten an der inneren Sperre liegt; einen inneren Halterungsanschlag, der in jeden Magnetschlitz an der inneren Sperre verläuft und am zweiten Ende jedes Magnets liegt, worin der innere Halterungsanschlag näher an der Außenfläche in jeder inneren Sperre liegt.
- Blechlamelle nach Anspruch 5, des Weiteren umfassend: einen äußeren Halterungsanschlag, der in jeden Magnetschlitz an der äußeren Sperre verläuft und am ersten Ende jedes Magneten liegt, worin der äußere Halterungsanschlag näher an der Innenfläche innerhalb jeder äußeren Sperre liegt.
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