DE10247907A1 - Rotor for electrical machine e.g. synchronous machine, has corresponding guide elements at permanent magnets and carrier engaging into each other for secure hold - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen permanenterregten Synchronmotor, mit einem Träger und an dem Träger befestigten, aus einem Sintermaterial ausgebildeten Permanentmagneten. The invention relates to a rotor for an electrical Machine, especially for a permanently excited Synchronous motor, with a carrier and attached to the carrier a sintered permanent magnet.
Bei derartigen Rotoren von permanenterregten Synchronmotoren (Servomotoren) besteht eine konstruktive Schwierigkeit darin, die Magnete so zu befestigen, dass diese den bei höheren Drehzahlen auftretenden hohen Zentrifugalkräften standhalten, ohne sich vom Träger zu lösen. With such rotors of permanently excited synchronous motors (Servomotors) there is a constructive difficulty in attaching the magnets in such a way that they Speeds occurring high centrifugal forces withstand without detaching from the wearer.
Bei bekannten Rotoren werden die Permanentmagnete auf den Rotorträger aufgeklebt. Da die Klebeverbindung den auftretenden Zentrifugalkräften jedoch in vielen Fällen nicht standhalten kann, wird eine zusätzliche Panzerung über den Rotor gestülpt, wie z. B. eine Glasfaserbandage oder eine Kohlefaserhülse, die aufgrund ihrer Zugfestigkeit die auftretenden Zentrifugalkräfte aufzunehmen vermag. Der Nachteil dieser zusätzlichen Panzerung besteht jedoch in einer signifikanten Vergrößerung des magnetischen Luftspaltes. Der Luftspalt ist jedoch so klein wie möglich zu wählen, um eine Scherung des Magneten und eine Verringerung der Luftspaltflussdichte zu vermeiden. Wenn beispielsweise bei einem Motor ohne Panzerung aufgrund mechanischer Toleranzen ein Luftspalt von 0,5 mm möglich wäre, so muss der Luftspalt bei Verwendung einer Panzerung typischerweise auf 1,0 mm vergrößert werden, was insgesamt zu einer geringeren Motoreffizienz führt. Außerdem verursacht eine Panzerung zusätzlichen Aufwand bei der Montage sowie zusätzliche Kosten. In known rotors, the permanent magnets on the Rotor carrier glued on. Since the adhesive connection centrifugal forces do not occur in many cases can withstand additional armor over the Turned rotor, such. B. a glass fiber bandage or Carbon fiber sleeve, which due to its tensile strength centrifugal forces can absorb. The disadvantage this additional armor is one significant enlargement of the magnetic air gap. The Air gap, however, should be as small as possible to choose one Shear of the magnet and a reduction in Avoid air gap flux density. If, for example, with a Engine without armor due to mechanical tolerances Air gap of 0.5 mm would be possible, the air gap must Armor typically used to 1.0 mm be enlarged, resulting in a smaller overall Engine efficiency leads. Armor also causes additional Assembly effort and additional costs.
Bei einer anderen Anordnung, wie sie z. B. aus der DE 196 42 784 A1 bekannt ist, werden die Magnete im Träger eingelassen (sog. Spoke-Magnete). Dabei wird zwar die durch eine Panzerung bedingte Vergrößerung des magnetischen Luftspalts vermieden. Nachteilig ist jedoch, dass durch die zwischen den eingelassenen Permanentmagneten vorhandenen Eisenmassen des Trägers hohe magnetische Streuflüsse entstehen. Zusätzlich führen Reluktanzmomente aufgrund des unsymmetrischen magnetischen Kreises zu unerwünschten Pendelmomenten und damit zu einer erhöhten Drehmomentwelligkeit. In another arrangement, as z. B. from the DE 196 42 784 A1 is known, the magnets in the carrier embedded (so-called spoke magnets). The is through armor-induced magnification of the magnetic Avoided air gaps. The disadvantage, however, is that the existing between the embedded permanent magnets Iron masses of the carrier have high magnetic stray fluxes arise. In addition, reluctance moments result from the unbalanced magnetic circuit to undesirable Pendulum moments and thus increased torque ripple.
Eine weitere konstruktive Schwierigkeit bei der Konstruktion eines Rotors für Servomotoren besteht darin, ein möglichst sinusförmiges Luftspaltfeld zu erzeugen, um unerwünschte Rastmomente zu minimieren. Im Stand der Technik wird versucht, diesem Effekt durch eine Diametralmagnetisierung entgegenzuwirken. Hierzu wird ein permamentmagnetisches Ringsegment nicht in radialer Richtung magnetisiert, sondern es wird eine Magnetisierung mit einem parallelen Feldlinienverlauf vorgenommen. Bei höherpoligen Rotoren ist der Effekt der diametralen Magnetisierung jedoch nur beschränkt wirksam und damit ein sinusförmiger Verlauf des Luftspaltfeldes nicht erreichbar. Another constructive difficulty in construction A rotor for servo motors consists of one as possible to generate sinusoidal air gap field to undesirable To minimize cogging moments. In the prior art tries this effect by a diametral magnetization counteract. For this, a permanent magnetic Ring segment not magnetized in the radial direction, but it is a magnetization with a parallel Field line course made. The effect is with higher pole rotors of diametric magnetization, however, has only a limited effect and thus a sinusoidal course of the air gap field not reachable.
Alternativ ist es bekannt, eine axiale Schrägung der Statornuten vorzunehmen, so dass die Winkelposition der Statorspulen in axialer Richtung variiert, so dass sich die Rastmomente im Ergebnis wegmitteln. Durch eine derartige Schrägung der Statornuten ist allerdings ein maschinelles Einbringen der Wicklung in den geschrägten Stator nicht oder nur sehr schwer realisierbar. Alternatively, it is known to have an axial bevel Stator slots so that the angular position of the Stator coils vary in the axial direction, so that the Averaging cogging moments in the result. With such a slant the stator slots, however, is a mechanical insertion the winding in the slanted stator not or only very much difficult to implement.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin, einen Rotor der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass eine sichere Halterung der Permanentmagnete gegenüber der Zentrifugalkraft mit geringem Aufwand und bei minimalem Luftspalt und magnetischen Streuflüssen ermöglicht wird. An object of the present invention is accordingly in such a rotor of the type mentioned to improve that secure mounting of the Permanent magnets compared to centrifugal force with little effort and with minimal air gap and magnetic stray fluxes is made possible.
Die Lösung der vorstehend genannten Aufgabe erfolgt gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. The above object is achieved in accordance with the features of claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims described.
Im Rahmen der Erfindung weisen die Permanentmagnete an ihrer Unterseite ein magnetseitiges Führungselement auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich dabei um eine schwalbenschwanzförmige Ausnehmung. In diese Ausnehmung greift in der bevorzugten Ausführungsform ein korrespondierender länglicher schwalbenschwanzförmiger Steg auf dem Träger ein, so dass der Permanentmagnet in radialer Richtung fixiert ist und lediglich in axialer Richtung verschoben werden kann. Die Form des magnetseitigen und des trägerseitigen Führungselementes kann jedoch auch eine Vielzahl anderer Konturen aufweisen, die eine Form- und kraftschlüssige Verbindung ermöglichen. Unabhängig davon, dass bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel trägerseitig ein stegförmiges Element und magnetseitig eine korrespondierende Ausnehmung vorgeschlagen wird, kann die Befestigung prinzipiell auch umgekehrt ausgebildet sein. In the context of the invention, the permanent magnets have their Underside of a magnetic guide element. In a preferred embodiment of the invention thereby around a dovetail-shaped recess. In these Recess engages in the preferred embodiment corresponding elongated dovetail-shaped bridge on the carrier so that the permanent magnet in radial Direction is fixed and only in the axial direction can be moved. The shape of the magnet side and the carrier-side guide element can also be a Numerous other contours have a shape and Allow positive connection. Regardless of that in the described embodiment, on the carrier side web-shaped element and a corresponding one on the magnet side Recess is suggested, the attachment in principle also be designed the other way round.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Permanentmagnete entlang des Außenumfangs des Rotors derart beabstandet, dass zwischen zwei Permanentmagneten jeweils eine nicht vom Träger ausgefüllte Lücke verbleibt, d. h., dass die Magnete nicht oder zumindest nicht vollständig in den Rotor versenkt sind, sondern über dessen Außenumfang hervorstehen. Dies führt im Gegensatz zu in den Träger versenkten Permanentmagneten, wie sie bei Spoke-Anordnungen verwendet werden, zu einer Reduzierung der magnetischen Streuflüsse und der Reluktanzmomente. Bei herkömmlichen Motoren wäre eine derartige Anordnung insbesondere im Hinblick auf die Montage problematisch, da die einzelnen Permanentmagnete ohne die erfindungsgemäß vorgesehene axiale Führung leicht aneinanderschnappen würden. In a preferred embodiment of the invention, the Permanent magnets along the outer circumference of the rotor in such a way spaced that between two permanent magnets each a gap not filled by the carrier remains, d. H., that the magnets are not or at least not completely in the rotor are sunk, but over its outer circumference protrude. This leads in contrast to the wearer recessed permanent magnets, such as those used in spoke arrangements used to reduce magnetic Stray fluxes and reluctance moments. With conventional Such an arrangement would be particularly important with regard to motors problematic on the assembly because the individual Permanent magnets without the axial guidance provided according to the invention would snap together easily.
Durch die erfindungsgemäße Fixierung der Permanentmagnete kann auf eine zusätzliche Panzerung verzichtet werden. Dies bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass die Außenkontur der Permanentmagnete ohne Rücksicht auf die Panzerung beliebig gestaltet werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Rotoranordnung ist es somit ohne Probleme möglich, den Krümmungsradius der Oberseite der Permanentmagnete jeweils kleiner auszubilden als den Radius eines den Rotor umhüllenden Kreises. Dies bewirkt, dass die Permanentmagnete zu ihren Rändern beidseitig stärker abfallen, als dies eigentlich der Kreislinie an dieser Stelle entspricht. Durch diese Maßnahme wird die magnetische Flussdichte in den randseitigen Bereichen der Permanentmagnete reduziert, so dass sich bei geeigneter Wahl der Krümmung ein näherungsweise sinusförmiges magnetisches Luftspaltfeld ergibt, wodurch nur sehr geringe Rastmomente erzeugt werden. By fixing the permanent magnets according to the invention additional armor can be dispensed with. This has the further advantage that the outer contour the permanent magnet regardless of the armor can be designed as desired. In the case of the invention Rotor arrangement is therefore possible without any problems Radius of curvature of the top of the permanent magnets each to be smaller than the radius of a rotor enveloping Circle. This causes the permanent magnets to become theirs Edges on both sides drop more than this actually Corresponds to the circular line at this point. By this measure the magnetic flux density in the edge Areas of the permanent magnets reduced, so that at suitable choice of curvature an approximately sinusoidal Magnetic air gap field results, whereby only very small Cogging moments are generated.
Bevorzugt wird das magnetseitige Führungselement in dem Permanentmagneten selbst gebildet, indem das Sintermaterial beispielsweise entsprechend bearbeitet wird. The magnet-side guide element is preferred in the Permanent magnets are formed by the sintered material is processed accordingly, for example.
Der erfindungsgemäße Rotor erlaubt ferner eine vereinfachte Montage der Permanentmagnete, da diese in einfacher Weise über die Stirnseite des Trägers aufgeschoben werden können. Dabei zentriert sich das System praktisch selbstständig, da der Magnet in die Position gleitet, in der er die größte Eisenmenge unter sich bringen kann. Die axiale Position kann weiterhin durch Einbringen eines Klebers - insbesondere eines Kapillarklebers - gesichert werden, durch den auch der Luftspalt zwischen Rotorträger und Magnet ausgefüllt wird, so dass Schwingungen bzw. Vibrationen vermieden werden. An diese Klebeverbindung werden jedoch im Gegensatz zum Stand der Technik keine hohen Festigkeitsanforderungen gestellt, da lediglich ein Schutz vor Verschiebungen durch die (relativ geringen) axialen Kräfte erforderlich ist. Alternativ kann der Spalt auch mit einem Kunstharz ausgegossen werden. The rotor according to the invention also allows a simplified Assembly of the permanent magnets, as they are simple can be pushed over the front of the carrier. The system is practically self-centering because the magnet slides into the position where it is the largest Amount of iron can bring under it. The axial position can continue by applying an adhesive - in particular a capillary adhesive - are secured by which also the Air gap between rotor carrier and magnet is filled, so that oscillations or vibrations are avoided. On however, this adhesive connection is in contrast to the stand the technology does not have high strength requirements, since only protection against shifts by the (relatively low) axial forces is required. alternative the gap can also be filled with a synthetic resin.
Ein weiterer Vorteil bei der Montage besteht darin, dass beim Aufschieben der Permanentmagneten auf die Führungsstege ein Zusammenschnappen der Magnete zuverlässig vermieden wird. Bei Verwendung nicht geführter Magnete bestand dagegen bei einem etwaigen Zusammenschnappen der entgegengesetzten Magnetpole die Gefahr ernster Verletzungen des Montagepersonals, insbesondere Quetschungen der Finger. Another advantage of assembly is that when pushing the permanent magnets onto the guide bars the magnets are reliably prevented from snapping together becomes. In contrast, when using non-guided magnets if the opposite snaps together Magnetic poles pose a risk of serious injury to the Assembly personnel, especially bruising the fingers.
Weiterhin können mit der erfindungsgemäßen Rotorkonzeption mittels einer Bauform eines Permanentmagneten mit einer vorgegebenen Segmentlänge eine Mehrzahl unterschiedlicher Motoren aufgebaut werden, indem mehrere Permanentmagnete hintereinander auf die Führungsstege geschoben werden. Hierdurch können die Permanentmagnete in einer bestimmten Bauform in größerer Stückzahl hergestellt und die Lagerhaltungskosten vermindert werden. Furthermore, with the rotor design according to the invention by means of a design of a permanent magnet with a predetermined segment length a plurality of different Motors are built using multiple permanent magnets be pushed one after the other onto the guide bars. hereby can the permanent magnets in a certain design produced larger quantities and the storage costs can be reduced.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann zur Reduzierung der Rastmomente mit geringem Aufwand eine der axialen Schrägung der Statornuten entsprechende Maßnahme durchgeführt werden, indem Permanentmagnete verwendet werden, bei denen die Führungsausnehmungen nicht mittig, sondern seitlich versetzt angeordnet sind. Durch die Anordnung von Permanentmagneten hintereinander, bei denen die Führungsausnehmungen jeweils seitlich versetzt angeordnet sind, können Permanentmagnetpakete gebildet werden, die jeweils um einen bestimmten Winkelbetrag gegeneinander versetzt sind. Hierdurch wird - vergleichbar mit der Maßnahme der Schrägung der Statornuten - erreicht, dass sich unerwünschte Rastmomente wegmitteln. In one embodiment of the invention can be used for reduction the cogging torque with little effort one of the axial Appropriate measure carried out inclination of the stator slots by using permanent magnets in which the guide recesses are not in the center, but on the side are staggered. By arranging Permanent magnets in a row, in which the guide recesses are laterally offset, can Permanent magnet packages are formed, each by one certain angular amount are offset from each other. This will - comparable to the measure of sloping the Stator slots - achieves that there are undesirable cogging moments average out.
Bevorzugt können identisch ausgebildete Permanentmagnete, bei denen die Führungsausnehmung nicht mittig angeordnet ist, in zwei verschiedenen Richtungen aufgeschoben werden, so dass mittels eines Bauteils zwei verschiedene Winkelverschiebungen (z. B. +10° und -10°) erreicht werden können. Alternativ ist es zur Reduktion von Rastmomenten auch denkbar, die Permanentmagnete oder den Träger mit schräg verlaufenden Führungselementen zu versehen. Identical permanent magnets can preferably be in which the guide recess is not arranged centrally is to be deferred in two different directions, so that using one component, two different ones Angular displacements (e.g. + 10 ° and -10 °) can be achieved. Alternatively, it is also conceivable to reduce cogging torques, the permanent magnets or the carrier with inclined To provide guide elements.
Alternativ ist es weiterhin möglich, anstelle der magnetseitigen Führungselemente die trägerseitigen Führungselemente zu unterteilen und in bestimmten axialen Bereichen gegeneinander zu versetzen. Der Rotor kann von vornherein entsprechend versetzt ausgebildet sein (insbesondere bei zwei Permanentmagnetpaketen, die von beiden Seiten auf die Führungselemente aufgeschoben werden können); oder die Führungselemente können zunächst fluchtend ausgerichtet sein und erst nach Aufschieben der Permanentmagnete gegeneinander versetzt werden. Alternatively, it is still possible to replace the magnet-side guide elements the carrier-side guide elements to subdivide and in certain axial areas to move against each other. The rotor can from the start be configured accordingly offset (especially in two Permanent magnet packages that are on both sides of the Guide elements can be pushed on); or the Guide elements can initially be aligned and only offset against each other after sliding the permanent magnets become.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention is described below with reference to the drawings exemplified. Show it:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors in zwei schematischen Schnittdarstellungen; Figure 1 shows a first embodiment of a rotor according to the invention in two schematic sectional views.
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors in zwei schematischen Schnittdarstellungen, und Fig. 2 shows a second embodiment of a rotor according to the invention in two schematic sectional views, and
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors in zwei schematischen Schnittdarstellungen. Fig. 3 shows a third embodiment of a rotor according to the invention in two schematic sectional views.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor mit acht jeweils identisch ausgebildeten, aus einem Sintermaterial gefertigten Permanentmagneten 10 alternierender Polarität, die auf einem Eisenträger 12 befestigt sind. Der Träger 12 weist eine achteckige Grundkontur auf, wobei auf den ebenen Flächen jeweils mittig durchgehende, schwalbenschwanzförmig ausgebildete Führungsstege 14 vorgesehen ist, d. h., die Führungsstege 14 weisen jeweils ein trapezförmiges Profil auf, wobei die dem Träger zugewandte Seite kürzer ausgebildet ist. Auf diesen Führungsstegen 14 werden die Permanentmagnete 10 mittels einer in dem jeweiligen Magneten vorgesehenen, ebenfalls schwalbenschwanzförmigen korrespondierenden Führungsausnehmung 16 gehalten. Die Ausnehmung wird direkt durch eine materialabtragende Bearbeitung des Sintermaterials gefertigt. Die einzelnen Magnete sind mittels eines Klebers - z. B. eines Kapillarklebers - axial fixiert. Zwischen den einzelnen Magneten verbleiben jeweils Lücken 18, die nicht durch Trägermaterial ausgefüllt sind. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann die Lücke zwischen den Permanentmagneten 10 keilförmig ausgebildet sein. Die Außenkontur der Permanentmagnete 10 ist - wie vorstehend bereits erläutert - durch eine starke Krümmung gekennzeichnet. Hierdurch wird ein nahezu sinusförmiges Feld erzeugt. Fig. 1 shows a rotor according to the invention with eight identically formed in each case, made of a sintered material permanent magnets 10 of alternating polarity which are fixed on an iron beam 12. The carrier 12 has an octagonal basic contour, with continuously continuous, dovetail-shaped guide webs 14 being provided on the flat surfaces, ie the guide webs 14 each have a trapezoidal profile, the side facing the carrier being shorter. The permanent magnets 10 are held on these guide webs 14 by means of a corresponding guide recess 16 , which is also provided in the respective magnet and is also dovetail-shaped. The recess is made directly by machining the sintered material. The individual magnets are by means of an adhesive - e.g. B. a capillary adhesive - axially fixed. Gaps 18 remain between the individual magnets, which are not filled by carrier material. As shown in FIG. 1, the gap between the permanent magnets 10 can be wedge-shaped. As already explained above, the outer contour of the permanent magnets 10 is characterized by a strong curvature. This creates an almost sinusoidal field.
In Fig. 2 ist ein Rotor dargestellt, der aus zwei hintereinanderliegenden Permanentmagnetpaketen 20, 22 gebildet ist. Hierzu sind die Führungsausnehmungen 16 der Permanentmagnete außermittig angeordnet, so dass durch die Wahl der Orientierung der Permanentmagnete bei der Montage zwei verschiedene Winkelpositionen realisierbar sind. Durch die zwei versetzten Permanentmagnetpakete 20, 22 wird die Bildung von Rastmomenten zusätzlich reduziert. FIG. 2 shows a rotor which is formed from two permanent magnet packages 20 , 22 located one behind the other. For this purpose, the guide recesses 16 of the permanent magnets are arranged off-center, so that two different angular positions can be realized by the choice of the orientation of the permanent magnets during assembly. The formation of cogging torques is additionally reduced by the two offset permanent magnet packages 20 , 22 .
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Grundkontur des Trägers 12 rund, so dass der entsprechende Versatz der Permanentmagnete 10, die in diesem Ausführungsbeispiel eine entsprechend gekrümmte Unterseite aufweisen, ohne Probleme möglich ist. In the embodiment shown in FIG. 2, the basic contour of the carrier 12 is round, so that the corresponding offset of the permanent magnets 10 , which in this exemplary embodiment have a correspondingly curved underside, is possible without problems.
In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rotors mit versetzten Permanentmagnetpaketen dargestellt, bei der Träger in zwei axiale Bereiche 20, 22 zweigeteilt ausgebildet ist. Die Permanentmagnete 10 weisen jeweils mittig angeordnete Führungsausnehmungen auf. Die beiden axialen Bereiche 20, 22 sind um einen vorbestimmten Winkelbetrag gegeneinander verdreht, so dass sich wiederum zwei gegeneinander versetzte Permanentmagnetpakete ergeben. Der Träger 12 ist wie in Fig. 1 achteckig ausgebildet. FIG. 3 shows an alternative embodiment of the rotor according to the invention with offset permanent magnet packages, in which the carrier is formed in two parts in two axial regions 20 , 22 . The permanent magnets 10 each have centrally arranged guide recesses. The two axial regions 20 , 22 are rotated with respect to one another by a predetermined angular amount, so that in turn two mutually offset permanent magnet packages result. The carrier 12 is octagonal, as in FIG. 1.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |