DE102020004955A1

DE102020004955A1 - Läufer einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102020004955A1
Application number: DE102020004955.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2021-06-02
Also published as: WO2021104550A1

Abstract

Es wird ein Blechpaket für einen Läufer einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, bei dem ein jeweiliges Magnetfeld von Permanentmagneten am Läufer unmittelbar zum Luftspalt gerichtet ist, und zwischen den Permanentmagneten jeweils ein Läuferzahn angeordnet ist, wobei die Läuferzähne als Spannlaschen ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufer einer elektrischen Maschine, gemäß dem Patentanspruch 1.
Es ist schon ein Läufer einer elektrischen Maschine aus der DE 10 2011 078 054 A1 und aus der DE 10 2016 211 711 A1 bekannt, die jeweils ein Blechpaket für einen Läufer beschreiben, wo Permanentmagnete im Läufer in Taschen angeordnet sind, wobei die Permanentmagnete durch Spannlaschen, die von Blechlamellen des Blechpaketes gebildet sind, in den Taschen gehalten werden.
DE 10 2014 225 260 A1 und DE 10 2007 029 719 A1 beschreiben ein Blechpaket für einen mit Permanentmagneten bestückten Läufer einer elektrischen Maschine. Permanentmagnete werden in Taschen eines Blechpaketes des Läufers durch federnde Halteelemente gehalten.
DE 10 2017 221 149 A1 beschreibt einen Läufer, wo Permanentmagnete in Taschen eines Blechpaketes des Läufers jeweils durch einen Bügel fixiert sind.
Im Läufer in Taschen angeordnete Permanentmagnete beeinträchtigen und reduzieren immer einen Wirkungsgrad und eine Leistung eines Elektromotors und reduziert einen hohen Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung. Eine solche Maßnahme wird angewendet, um ein Rastmoment des Läufers zu reduzieren und um Schwingungen des Elektromotors zu reduzieren, die durch radiale Kräfte am Elektromotor verursacht werden, und um Permanentmagnete bei einem Läufer einer elektrischen Maschine sicher anzuordnen.
DE 10 2004 061 617 A1 beschreibt einen Läufer für eine permanentmagneterregte elektrische Maschine in Innenläuferbauart, welche ein aus Blechlamellen gebildetes kreisförmiges Blechpaket umfasst, an dessen Außenumfangsfläche eine Mehrzahl offener Aussparungen zur Aufnahme von Magnetelementen ausgeführt ist. Jede Aussparung weist zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegende, einander nach radial außen zugeneigte Halteflächen auf, an denen ein Magnetelement mit dazu korrespondierend ausgeführten Schrägflächen anliegt, wobei vorgesehen ist, dass ein Magnetelement ausschließlich durch dessen Anlage an den Halteflächen des Blechpakets an dessen Position gehalten wird und wobei die Verbindung von Magnetelement und Blechpaket selbsthemmend ausgeführt ist.
Die Magnetelemente sind trapezförmig ausgebildet, wobei eine kleinere Magnetfläche zum Luftspalt gerichtet ist und eine größere Magnetfläche zur Welle gerichtet ist.
DE 10 2014 201 152 A1 beschreibt einen Läufer für eine Permanentmagnetsynchronmaschine. Die Permanentmagnete am Läufer sind unmittelbar zum Luftspalt der Maschine gerichtet, wobei nebeneinander liegende Pole jeweils ein N-Polfeld und ein S-Polfeld aus mehreren Permanentmagnetelementen 5,6 gebildet sind. In der dargestellten Ausführung wird jeder Magnetpol 4 aus zwei Randelementen 6 und aus zwei Flächenelementen 5 gebildet. Alle Permanentmagnetelemente 5,6 eines Pols 4 weisen eine gleiche magnetische Orientierung auf.
Zur Fixierung der Permanentmagnetelemente 5,6 am Läufer weisen die Permanentmagnetelemente zwischen der ersten und der zweiten Wirkfläche 8,9 ein Tragprofil 10 auf, welches durch eine Nut 11 gebildet ist, wobei die Nutflanken 13,14 in Randbereiche 15,16 übergehen.
Zur Fixierung zweier nebeneinander liegenden Permanentmagnete 5,6;6,6 sind am Läufer Halteelemente 17 angeordnet, welche entsprechend der Nut 11 ausgebildet sind, und durch diese Halteelemente 17 werden die Permanentmagnetelemente in radialer Richtung relativ zu einer Hauptachse 18 des Läufers gehalten.
Die Flächenelemente 5 der Permanentmagnete einer Polfläche weisen jeweils an ihren in Umfangrichtung des Läufers 1 weisenden Rändern Nuten 11 auf, wobei die Randelemente 6 nur an ihren polseitigen, den Flächenelementen 5 zugewandten Rändern eine solche Nut aufweisen.
Am in Umfangrichtung liegenden Außenrand eines jeweiligen Pols 4 ist eine keilförmige Randfläche 19 vorhanden, die hinter ein schwalbenschwanzartiges Halteprofil 20 des Ständers greift.
Ein jeweiliges Polfeld am Läufer beinhaltet jeweils vier Permanentmagnetelemente 5,6, wobei jeweils zwei als Flächenelemente 5 und jeweils zwei als Randelemente 6 ausgebildet sind.
Eine derartige Polbildung eines Polfeldes aus vier einzelnen Permanentmagneten beeinträchtigt ein Drehmoment am Läufer, und somit wird ein Wirkungsgrad der elektrischen Maschine reduziert.
Die Flächenelemente 5 und die Randelemente 6 werden durch Halteelemente 17,20 am Läufer fixiert, indem Nuten 11 an den Breitseiten der Permanentmagnete angeordnet sind und in diese Nuten greifen die Halteelemente 17.
Eine derartige Ausbildung der Permanentmagnetelemente eines Polfeldes ist aufwendig und kostenintensiv, und birgt Risiken in Bezug eines spröden Magnetmaterials.
US 2007/0024141 A1 zeigt einen Permanentmagnetläufer für eine bürstenlose elektrische Maschine. Die Läuferwelle 2 dient als Träger für einen Kunststoffkäfig 5, in welchen in Axialrichtung ein Rückschlussring 4 sowie Permanentmagnete 6 eingeschoben sind. Der Kunststoffkäfig 5 enthält eine Vielzahl von in Radialrichtung nach außen abstehenden Stegen 10, die zusammen mit weiteren Bestandteilen des Kunststoffkäfigs schwalbenschwanzförmige Aufnahmen 7 für die Permanentmagnete 6 bilden.
Aus der vergrößerten Darstellung der 1b ist ersichtlich, dass die im Kunststoffkäfig 5 vorgesehenen Aufnahmen 7 schwalbenschwanzförmig geformt sind und dass in diese Aufnahmen geschobenen Permanentmagnete 6 derart trapezförmig geformt sind, dass sie passgenau in die Aufnahmen eingesetzt werden können.
Ein Läufer für elektrische Maschinen mit Permanentmagneten und mit Läuferzähnen sind bekannt.
JP 2010-193700A beschreibt einen solchen Läufer. 17 zeigt einen Läufer wo Permanentmagnete am Läufer angeordnet sind, und zwischen den Permanentmagneten befindet sich jeweils ein Läuferzahn.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, einen Läufer für eine elektrische Maschine bereit zu stellen, bei dem ein jeweiliges Magnetfeld von Permanentmagneten am Läufer unmittelbar zum Luftspalt gerichtet ist, wobei eine sichere Befestigung der Permanentmagneten am Läufer gewährleistet sein soll.
Hier setzt die Erfindung ein, und es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für einen Läufer einer elektrischen Maschine zu schaffen, die eine sichere Befestigung der Permanentmagnete am Läufer gewährleistet, wobei ein jeweiliges Magnetfeld der Permanentmagnete unmittelbar zum Luftspalt der elektrischen Maschine gerichtet ist, und ein solcher Läufer mit Läuferzähnen ausgebildet ist, womit ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erzielt wird, und womit ein Rastmoment des Läufers reduziert ist, und ein solcher Läufer kostengünstig herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.
Vorteile der Erfindung bestehen im besonderen darin, dass ein Blechpaket für einen Läufer einer elektrischen Maschine gefunden wurde, womit eine sichere Befestigung der Permanentmagnete am Läufer gewährleistet ist durch in langgezogener hexagonaler Form der Permanentmagnete, wobei ein jeweiliges Magnetfeld der Permanentmagnete unmittelbar zum Luftspalt der elektrischen Maschine gerichtet ist, womit ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erzielt wird und ein Rastmoment des Läufers reduziert ist, durch am Läufer angeordnete Läuferzähne, womit ein vibrierarmer ruhiger Lauf der elektrischen Maschine erzielt wird, und ein solcher Läufer kostengünstig in einer Herstellung ist.
Die Permanentmagnete am Läufer können vorteilhaft aus Hartferrit bestehen oder aus seltenen Erden hergestellt sein.
Ein derartig ausgebildeter Läufer einer elektrischen Maschine findet breite Anwendung und kommt unter anderem bei einer elektrischen Maschine für Elektrofahrzeuge zur Anwendung, wobei ein solcher Läufer sich in eine jede aktuelle Technologie eines Elektromotors integrieren lässt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:

1 in axialer Draufsicht eine schematische Darstellung vom Läufer einer elektrischen Maschine,
2 eine Draufsicht senkrecht zur Welle des Läufers einer elektrischen Maschine.

1 zeigt eine Ausführung vom Blechpaket für einen Läufer einer elektrischen Maschine. Der Läufer 1 einer elektrischen Maschine beinhaltet am Luftspalt angeordnete Permanentmagnete 2, wobei ein jeweiliges Magnetfeld 3 der Permanentmagnete unmittelbar zum Luftspalt gerichtet ist. Die Permanentmagnete 2 sind in einer langgezogenen hexagonalen Form ausgebildet und besitzen hin zum Luftspalt an einer jeweiligen Breitseite 4 hin zur Mitte eines jeweiligen Permanentmagneten jeweils eine erste Abschrägung 5, und hin zur Welle 11 der elektrischen Maschine jeweils eine zweite Abschrägung 6, und die Abschrägungen 5 und 6 sind geradlinig ausgebildet, wobei die Abschrägungen 5 und 6 auch kreisbogenförmig oder mit einer anderen Form ausgebildet sein können.
Zwischen den Permanentmagneten 2 ist jeweils ein Läuferzahn 7 angeordnet. Die Läuferzähne 7 sind erforderlich, damit ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erzielt werden kann, und womit ein Rastmoment des Läufers reduziert ist, und womit ein vibrierarmer ruhiger Lauf der elektrischen Maschine erzielt wird.
Zur Aufnahme der Permanentmagnete am Läufer besitzt daher das Blechpaket des Läufers 1 hin zum Luftspalt Aussparungen, wodurch die Permanentmagnete in das Blechpaket des Läufers versenkt sind.
An den Abschrägungen 5 der Permanentmagnete 2 zum Luftspalt liegt jeweils ein Läuferzahn 7 an, und durch die Anordnung eines jeweiligen Magnetfeldes der Permanentmagnete unmittelbar zum Luftspalt der elektrischen Maschine und Anordnung von Läuferzähnen zwischen den Permanentmagneten wird bei einer gleichen anliegenden Nennlast ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erreicht.
Die Läuferzähne 7 sind als Spannlaschen für eine Befestigung der Permanentmagnete 2 ausgebildet, und sie werden von den Blechlamellen des Blechpaketes des Läufers gebildet.
Das Blechpaket besteht aus einzelnen Blechlamellen 12 und beim Ausstanzen der Blechlamellen werden die Läuferzähne 7 gleichzeitig für Spannlaschen verschränkt, indem die zum Luftspalt gerichtete einen Seite 15 der Läuferzähne in die eine Längsrichtung zur Welle 11 gebogen wird und die andere Seite 16 in die andere Längsrichtung zur Welle gebogen wird, und somit die Läuferzähne propellerartig ausgebildet sind, wozu in den Ecken der Aussparungen für die Permanentmagnete jeweils eine kreisbogenförmige Ausnehmung 8 bei den Läuferzähnen vorhanden ist, damit beim Verschränken der Läuferzähne die Läuferzähne in den Ecken nicht einreißen. In dem Bereich der Abschrägungen 6 in Richtung zur Welle ist zwischen den Läuferzähnen und den Permanentmagneten ein entsprechender Abstand 9 vorhanden, um eine sichere Verspannung der Permanentmagnete zu bewirken.
Die Permanentmagnete 2 sind vorzugsweise am Luftspalt parallel zum Luftspalt ausgebildet.
Werden die Permanentmagnete am Läufer angeordnet, so wird an einer Rückseite 10 der Permanentmagnete Kleber angegeben und am Läufer fixiert, und die verschränkten Läuferzähne 7 werden mit einer Spannkraft zu den Permanentmagneten flach gepresst, wodurch die Permanentmagnete mit der Rückseite 10 gegen das Blechpaket gepresst werden.
Die Abschrägungen 17 der Läuferzähne 7 zu den Permanentmagneten können parallel zu den Abschrägungen 5 der Permanentmagnete ausgebildet sein, oder die Abschrägungen 17 der Läuferzähne sind nach außen bogenförmig ausgebildet, so dass die Läuferzähne nur in einem Bereich 18 der Mitte der Abschrägungen 5 der Permanentmagnete die Läuferzähne eine Spannkraft zu den Permanentmagneten bewirken.
Damit bei einer Erwärmung des Läufers eine unterschiedliche Ausdehnung des Blechpaketes des Läufers und der Permanentmagnete ausgeglichen wird, sollte der Kleber für die Permanentmagnete flexibel elastisch ausgebildet sein, und die Permanentmagnete in den Bereich der ersten Abschrägungen 5 mit einer plastischen Beschichtung versehen sein.
Eine derartige Beschichtung an den ersten Abschrägungen 5 verhindert auch eine Beschädigung der Permanentmagnete durch eine Flachpressung der Läuferzähne.
Die Permanentmagnete können auch seitlich längs zur Welle in die Aussparungen des Blechpaketes des Läufers eingeschoben werden, wobei die Läuferzähne nicht verschränkt sind und eine kreisbogenförmige Ausnehmung 8 bei den Läuferzähnen nicht vorhanden ist. Die Permanentmagnete und die Läuferzähne sind hierbei so ausgebildet, wie zuvor beschrieben, wobei in dem Bereich der Rückseite 10 der Permanentmagnete das Blechpaket des Läufers vorzugsweise dann mit einer plastischen Beschichtung versehen ist.
In 1 sind die Permanentmagnete aus Hartferrit vorgesehen. Für eine sehr hohe Felddichte am Läufer können die Permanentmagnete auch aus seltenen Erden bestehen, wobei dann die Permanentmagnete in einer Höhe wesentlich geringer gehalten sind.
2 zeigt eine Draufsicht senkrecht zur Welle 11 des Läufers einer elektrischen Maschine.
Die Blechlamellen 12 des Blechpaketes des Läufers 1 und die Läuferzähne 7 können von Spannscheiben 13 (Spannteller) zusammen gehalten werden, die von beiden Seiten auf die Welle des Läufers gepresst werden, wobei die Spannscheiben gewölbt sind und zum Blechpaket hohl sind.
Oder die Läuferzähne 7 und das Blechpaket werden durch Schweißnähte 14, 1, zusammen gehalten.
Eine Anzahl von Permanentmagneten am Läufer ist unbegrenzt wenn diese Anzahl durch zwei teilbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011078054 A1 [0002]
DE 102016211711 A1 [0002]
DE 102014225260 A1 [0003]
DE 102007029719 A1 [0003]
DE 102017221149 A1 [0004]
DE 102004061617 A1 [0006]
DE 102014201152 A1 [0007]
US 2007/0024141 A1 [0009]
JP 2010193700 A [0010]

Claims

Läufer einer elektrischen Maschine, mit einem Läuferblechpaket, dass aus einem Paket von Blechlamellen (12) mit Läuferzähnen (7) gebildet ist, und mit am Läufer angeordneten Permanentmagneten (2), wobei - ein jeweiliges Magnetfeld (3) der Permanentmagnete (2) unmittelbar zum Luftspalt der elektrischen Maschine gerichtet ist, wobei - die Permanentmagnete hin zum Luftspalt an den Breitseiten (4) jeweils eine Abschrägung (5) aufweisen und hin zur Welle (11) des Läufers jeweils eine Abschrägung (6) aufweisen, wobei - die Permanentmagnete mit den Abschrägungen (5) zum Luftspalt jeweils an den Läuferzähnen (7) anliegen, und in dem Bereich der Abschrägungen (6) in Richtung zur Welle (11) zwischen den Läuferzähnen (7) und den Permanentmagneten jeweils ein entsprechender Abstand (9) vorhanden ist, wobei - die Läuferzähne (7) als Spannlaschen für eine Befestigung der Permanentmagnete ausgebildet sind und aus den Blechlamellen (12) des Blechpaketes gebildet sind und beim Ausstanzen der Blechlamellen die Läuferzähne (7) für Spannlaschen verschränkt sind, wobei - während einer Fixierung der Permanentmagnete am Läufer die verschränkten Läuferzähne mit einer Spannkraft zu den Permanentmagneten flach gepresst werden, wodurch die Permanentmagnete mit einer Rückseite (10) gegen das Blechpaket gepresst sind.
Läufer nach Anspruch 1, wobei die Abschrägungen (5;6) der Permanentmagnete geradlinig oder kreisförmig oder mit einer anderen Form einer Abschrägung ausgebildet sein können.
Läufer nach Anspruch 1 und 2, wobei zur Aufnahme der Permanentmagnete das Blechpaket des Läufers (1) hin zum Luftspalt mit Aussparungen versehen ist.
Läufer nach Anspruch 1 bis 3, wobei in Ecken von Aussparungen für die Permanentmagnete jeweils eine kreisbogenförmige Ausnehmung (8) bei den Läuferzähnen vorhanden ist.
Läufer nach Anspruch 1 bis 4, wobei durch eine Anordnung eines jeweiligen Magnetfeldes der Permanentmagnete unmittelbar zum Luftspalt der elektrischen Maschine und Anordnung von Läuferzähnen zwischen den Permanentmagneten ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Drehzahlspreizung erreicht wird.
Läufer nach Anspruch 1 bis 5, wobei der Läufer kreisrund ist, und die Permanentmagnete am Luftspalt parallel zum Luftspalt ausgebildet sind.
Läufer nach Anspruch 1 bis 6, wobei Spannscheiben (13) von beiden Seiten auf die Welle des Läufers gepresst sind und die Blechlamellen (12) des Blechpaketes und die Läuferzähne (7) durch die Spannscheiben (13) zusammen gehalten werden.
Läufer nach Anspruch 1 bis 7, wobei die Spannscheiben (13) gewölbt sind und zum Blechpaket hohl sind und die Spannscheiben als Spannteller ausgebildet sind.
Läufer nach Anspruch 1 bis 8, wobei die Blechlamellen (12) des Blechpaketes des Läufers und die Läuferzähne (7) durch Schweißnähte (14) zusammen gehalten werden.
Läufer nach Anspruch 1 bis 9, wobei zur Reduzierung eines Rastmomentes des Läufers und einer Reduzierung von radialen Kräften an der elektrischen Maschine, zwischen den jeweiligen Permanentmagneten (2) Läuferzähne (7) angeordnet sind, wobei eine Anzahl von Permanentmagneten und eine Anzahl von Läuferzähnen unbegrenzt ist, wenn diese Anzahl durch 2 teilbar ist.