DE102017205022A1

DE102017205022A1 - Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine und permanenterregte Synchronmaschine

Info

Publication number: DE102017205022A1
Application number: DE102017205022.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lobner; Thomas Moser; Philip Pointecker; Bernhard Weiss
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-09-27
Also published as: WO2018171973A1

Abstract

Rotor (1) für eine permanenterregte Synchronmaschine, der Rotor (1) umfassend einen Rotorkörper (2) mit zumindest einer Ausnehmung (3), die sich im Wesentlichen in eine axiale Richtung zumindest teilweise durch den Rotorkörper (2) erstreckt, und zumindest zwei Permanentmagnete (4', 4", 4"'), wobei die Ausnehmung (3) zumindest zwei in Umfangsrichtung des Rotorkörpers (2) länglich verlaufende erste Bereiche (5', 5", 5"'), in die jeweils ein Permanentmagnet (4', 4", 4'") eingeschoben ist und zumindest einen in eine radiale Richtung verlaufenden zweiten Bereich (6', 6") aufweist, wobei sich der Rotorkörper (2) zwischen den eingeschobenen Permanentmagneten (4', 4", 4"') in Form eines radialen Steges (7', 7") in den zweiten Bereich (6', 6") der Ausnehmung (3) so erstreckt, dass zwischen dem radialen Steg (7', 7") und dem übrigen Rotorkörper (2) ein Spalt (8', 8") ausgebildet wird und der radiale Steg (7', 7") so ein freies Ende (9', 9") aufweist, wobei das freie Ende (9', 9") des radialen Steges (7', 7") eine geometrische Verbreiterung (10', 10") aufweist und wobei der Spalt (8', 8") zwischen dem radialen Steg (7', 7") und dem übrigen Rotorkörper (2) mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine, sowie eine permanenterregte Synchronmaschine umfassend einen solchen Rotor.
Stand der Technik
Permanenterregte Synchronmaschinen weisen zur Erregung der Maschine in oder auf dem Rotor Permanentmagnete auf. Insbesondere um die Fliehkräfte hochdrehender permanenterregter Synchronmaschinen besser beherrschen zu können, werden die Permanentmagnete in Taschen bzw. Ausnehmungen im Rotorkörper des Rotors eingesetzt. Zwischen den Magneten müssen dabei zwangsweise Stege des Rotorkörpers bestehen bleiben, um die Festigkeitsanforderungen des Rotors erfüllen zu können.
Das Dokument DE 10 2009 043 224 A1 zeigt beispielsweise eine elektrische Maschine und einen Rotor für eine elektrische Maschine. Der Rotor weist Magnettaschen, Permanentmagnete sowie einen Mantel auf. Die Magnettaschen werden über Nuten am Außenumfang des Rotors und den Mantel ausgebildet - in den Magnettaschen sind die Permanentmagnete positioniert und dort mittels einer Vergussmasse vergossen. Die Permanentmagnete sind durch radiale Stege des Rotors, genauer des Blechpakets des Rotors, umfänglich voneinander getrennt.
Die Stege zwischen den Permanentmagneten werden jedoch durch die Permanentmagnete in magnetische Sättigung gebracht, was die Ausnutzungsmöglichkeit des aktiven Magnetmaterials verringert. Damit möglichst wenig magnetischer Streufluss durch diese Stege kurzgeschlossen wird, sollten diese möglichst schmal bzw. im besten Fall gar nicht vorhanden sein, was jedoch der mechanischen Festigkeit des Rotors entgegensteht.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine zum einen Aufgabe der Erfindung einen Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine mit Permanentmagneten im Rotor anzugeben, der sich durch einen geringen magnetischen Streufluss der Permanentmagnete auszeichnet. Zum anderen ist es Aufgabe der Erfindung eine permanenterregte Synchronmaschine anzugeben, die sich durch eine höhere Leistungsdichte bei gleicher oder geringerer Baugröße auszeichnet.
Die Lösung des ersten Aspekts der Aufgabe erfolgt durch einen Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine, der Rotor umfassend einen Rotorkörper mit zumindest einer Ausnehmung, die sich im Wesentlichen in eine axiale Richtung zumindest teilweise durch den Rotorkörper erstreckt, und zumindest zwei Permanentmagnete, wobei die Ausnehmung zumindest zwei in Umfangsrichtung des Rotorkörpers länglich verlaufende erste Bereiche, in die jeweils ein Permanentmagnet eingeschoben ist und zumindest einen in eine radiale Richtung verlaufenden zweiten Bereich aufweist, wobei sich der Rotorkörper zwischen den eingeschobenen Permanentmagneten in Form eines radialen Steges in den zweiten Bereich der Ausnehmung so erstreckt, dass zwischen dem radialen Steg und dem übrigen Rotorkörper ein Spalt ausgebildet wird und der radiale Steg so ein freies Ende aufweist, wobei das freie Ende des radialen Steges eine geometrische Verbreiterung aufweist und wobei der Spalt zwischen dem radialen Steg und dem übrigen Rotorkörper mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt ist.
Erfindungsgemäß umfasst der Rotor einen Rotorkörper sowie zumindest zwei Permanentmagnete. Der Rotorkörper ist ein Blechpaket, das wiederum aus einer Vielzahl axial geschichteter Blechschichten besteht.
Die Begrifflichkeit „axial“ entspricht einer Richtung entlang oder parallel zu einer zentralen Achse des Rotors.
Die Begrifflichkeit „radial“ entspricht einer Richtung normal auf die zentrale Achse des Rotors.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist der Rotorkörper des Rotors zumindest eine Ausnehmung auf, die sich im Wesentlichen in eine axiale Richtung zumindest teilweise durch den Rotorkörper erstreckt. Erfindungsgemäß weist die Ausnehmung zumindest zwei in Umfangsrichtung des Rotorkörpers länglich verlaufende erste Bereiche und zumindest einen in eine radiale Richtung verlaufenden zweiten Bereich auf.
Die ersten Bereiche dienen jeweils der Aufnahme eines Permanentmagneten, wobei jeweils ein Permanentmagnet in jeweils einen ersten Bereich eingeschoben ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erstreckt sich der Rotorkörper zwischen den eingeschobenen Permanentmagneten in Form eines radialen Steges in den zweiten Bereich der Ausnehmung derart, dass zwischen dem radialen Steg und dem übrigen Rotorkörper ein Spalt ausgebildet wird und der radiale Steg so ein freies Ende aufweist.
Das freie Ende des radialen Steges weist erfindungsgemäß eine geometrische Verbreiterung auf.
Der Spalt zwischen dem radialen Steg und dem übrigen Rotorkörper ist erfindungsgemäß mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Rotors lässt sich ein streuflussreduziertes Design des Rotors verwirklichen ohne dabei die mechanische Festigkeit des Rotorkörpers negativ zu beeinflussen.
Die Lösung des zweiten Aspekts der Erfindung erfolgt durch eine permanenterregte Synchronmaschine umfassend einen Stator und einen erfindungsgemäßen Rotor.
Vermittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der permanenterregten Synchronmaschine ist es möglich eine permanenterregte Synchronmaschine auszubilden, die sich bei geringem Bauraumbedarf durch eine hohe Leistungsdichte sowie einen zuverlässigen Betrieb auszeichnet.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Die geometrische Verbreiterung des freien Endes des radialen Stegs des Rotorkörpers des Rotors ist bevorzugt im Wesentlichen T-förmig ausgebildet. Es sind jedoch auch andere geometrische Ausgestaltungen, wie beispielsweise eine kugelförmige, eine dreieckige etc., der geometrischen Verbreiterung denkbar.
Zwischen dem radialen Steg und den Permanentmagneten kann jeweils zumindest teilweise ein weiterer Spalt ausgebildet sein, der mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt ist. Derart ist es beispielsweise möglich die Permanentmagnete auf einfache Art und Weise mittels des nicht leitfähigen Materials in den jeweiligen ersten Bereichen zu fixieren.
Das magnetisch nicht leitfähige Material ist vorzugsweise jeweils ein Kunststoff.
Die Ausnehmung in dem Rotorkörper des Rotors ist vorzugsweise mittels eines Stanz- oder Zuschnittverfahrens in den Rotorkörper eingearbeitet.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kopplungsanordnung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Fig. zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Rotors 1.
Der Rotor 1 umfasst einen Rotorkörper 2 sowie mehrere Permanentmagnete 4', 4", 4'".
Der Rotorkörper 2 des Rotors 1 weist mehrere Ausnehmungen 3 auf, wobei in dem in Fig. dargestellten Ausschnitt lediglich eine Ausnehmung 3 vollständig dargestellt ist. Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rotors anhand dieser in der Fig. vollständig abgebildeten Ausnehmung genauer beschrieben. Die Ausnehmung 3 erstreckt sich in eine axiale Richtung zumindest teilweise durch den Rotorkörper 2 des Rotors 1.
Die Ausnehmung 3 weist drei in Umfangsrichtung des Rotorkörpers 2 länglich verlaufende erste Bereiche 5', 5", 5" und zwei in eine radiale Richtung verlaufende zweite Bereiche 6', 6" auf.
In jeweils einem ersten Bereich 5', 5", 5'" ist jeweils ein Permanentmagnet 4', 4", 4'" eingeschoben. Die Permanentmagnete 4', 4", 4'" des Rotors 1 können über ihre axiale Erstreckung mehrteilig ausgeführt sein.
Zwischen jeweils zwei eingeschobenen Permanentmagneten 4', 4", 4'" erstreckt sich der Rotorkörper 2 jeweils in Form eines radialen Steges 7', 7" in den jeweiligen zweiten Bereich 6', 6" der Ausnehmung 3 derart, dass zwischen dem radialen Steg 7', 7" und dem übrigen Rotorkörper 2 im jeweiligen zweiten Bereich 6', 6" der Ausnehmung 3 jeweils ein Spalt 8', 8" ausgebildet wird und der radiale Steg 7', 7" so jeweils ein freies Ende 9', 9" aufweist.
Das jeweilige freie Ende 9', 9" des jeweiligen radialen Steges 7', 7" weist eine geometrische Verbreiterung 10', 10" auf. Die geometrische Verbreiterung 10', 10" ist jeweils im Wesentlichen T-förmig ausgeführt.
Der jeweilige Spalt 8', 8" zwischen dem jeweiligen radialen Steg 7', 7" und dem übrigen Rotorkörper 2 ist mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt - die jeweiligen Steg 7', 7" sind somit vollständig von magnetisch nicht leitfähigem Material umgeben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die radialen Stege 7', 7" im jeweiligen zweiten Bereich 6', 6" der Ausnehmung 3 von einem magnetisch nicht leitfähigem Material, hier nämlich eine Kunststoff-Vergussmasse, umspritzt. Durch die Umspritzung des jeweiligen Steges 7', 7" wird die Festigkeit des Rotorkörpers 2 wiederhergestellt und somit der zuverlässige Betrieb des Rotors 1 gesichert.
Der radialen Stege 7', 7" mit den jeweiligen geometrischen Verbreiterungen 10', 10" an ihren freien Enden 9', 9" stellen jeweils ein Zugelement dar, das den erforderlichen Kraftfluss zwischen dem magnetisch nicht leitfähigen Material in dem jeweiligen Spalt 8', 8" und dem übrigen Rotorkörper 2 sicherstellt.
Zwischen dem radialen Stegen 7', 7" und den jeweiligen Permanentmagneten 4', 4", 4'" ist jeweils ein weiterer Spalt 11', 11", 11'", 11"" ausgebildet. Diese weiteren Spalte 11', 11", 11'", 11"" erstrecken sich lediglich teilweise über die radiale Erstreckung des jeweiligen Permanentmagneten 4', 4", 4'" und sind mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: Rotorkörper
3: Ausnehmung
4', 4", 4'": Permanentmagnet
5', 5", 5'": Erster Bereich (der Ausnehmung)
6', 6": Zweiter Bereich (der Ausnehmung)
7', 7": Radialer Steg
8', 8": Spalt
9', 9": Freies Ende (des radialen Stegs)
10', 10": Geometrische Verbreiterung (des freien Endes)
11', 11", 11'", 11"": Weiterer Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009043224 A1 [0003]

Claims

Rotor (1) für eine permanenterregte Synchronmaschine, der Rotor (1) umfassend - einen Rotorkörper (2) mit zumindest einer Ausnehmung (3), die sich im Wesentlichen in eine axiale Richtung zumindest teilweise durch den Rotorkörper (2) erstreckt, und - zumindest zwei Permanentmagnete (4', 4", 4"'), wobei die Ausnehmung (3) zumindest zwei in Umfangsrichtung des Rotorkörpers (2) länglich verlaufende erste Bereiche (5', 5", 5"'), in die jeweils ein Permanentmagnet (4', 4", 4''') eingeschoben ist und zumindest einen in eine radiale Richtung verlaufenden zweiten Bereich (6', 6") aufweist, wobei sich der Rotorkörper (2) zwischen den eingeschobenen Permanentmagneten (4', 4", 4''') in Form eines radialen Steges (7', 7") in den zweiten Bereich (6', 6") der Ausnehmung (3) so erstreckt, dass zwischen dem radialen Steg (7', 7") und dem übrigen Rotorkörper (2) ein Spalt (8', 8") ausgebildet wird und der radiale Steg (7', 7") so ein freies Ende (9', 9") aufweist, wobei das freie Ende (9', 9") des radialen Steges (7', 7") eine geometrische Verbreiterung (10', 10") aufweist und wobei der Spalt (8', 8") zwischen dem radialen Steg (7', 7") und dem übrigen Rotorkörper (2) mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt ist.
Rotor (1) nach Anspruch 1, wobei die geometrische Verbreiterung (10', 10") des freien Endes (9', 9") des radialen Stegs (7', 7") im Wesentlichen T-förmig ausgebildet ist.
Rotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen dem radialen Steg (7', 7") und den Permanentmagneten (4', 4", 4''') jeweils zumindest teilweise ein weiterer Spalt (11', 11", 11'", 11"") ausgebildet ist, der mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt ist.
Rotor (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das magnetisch nicht leitfähige Material jeweils ein Kunststoff ist.
Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ausnehmung (3) mittels eines Stanz- oder Zuschnittverfahrens in den Rotorkörper (2) eingebracht ist.
Permanenterregte Synchronmaschine, umfassend einen Stator und einen Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.