DE19849224A1

DE19849224A1 - Trapezium-shaped permanent magnet for rotor has beveled edges at base angles of cross=section

Info

Publication number: DE19849224A1
Application number: DE19849224A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Thoemen
Original assignee: SCHRAMBERG MAGNETFAB
Current assignee: SCHRAMBERG MAGNETFAB
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2000-05-04

Abstract

At each of the two base angles of the cross-section of the magnet, beveled or rounded edges (5) are provided from its top surface to its bottom surface, viewed from the top. The transition between the bevel (5) or rounding and the upper surface runs parallel to the axis of symmetry of the trapezium. The cross-sectional angle between the beveled edges and the lower surface lies between 30 and 70 degrees. A rotor with permanent magnets on its external side is also claimed.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Permanentmagnet, der in Draufsicht im we sentlichen die Form eines gleichschenkligen Trapezes besitzt, sowie auf einen Läufer für eine elektrische Maschine mit derartigen Permanentmagneten.The invention relates to a permanent magnet, the top view in we has the shape of an isosceles trapezoid, as well as one Rotor for an electrical machine with such permanent magnets.

Ein Permanentmagnet dieser Art im Zusammenhang mit einem Läufer für eine elektrische Maschine ist in der EP 0 544 310 A2 angegeben. Dieser bekannte Permanentmagnet besitzt im wesentlichen die Form eines gleichschenkligen Tra pezes, wobei ein Ausführungsbeispiel sinusförmig abgerundete Eckbereiche auf weist. Diese Permanentmagnete bringen Vorteile hinsichtlich der Unterdrückung von Oberwellen und auch der Verringerung des magnetischen Rastmoments und damit der Laufruhe bei derartigen elektrischen Maschinen.A permanent magnet of this type in connection with a rotor for one electrical machine is specified in EP 0 544 310 A2. This well-known Permanent magnet essentially has the shape of an isosceles tra pezes, one embodiment having sinusoidally rounded corner areas points. These permanent magnets offer advantages in terms of suppression of harmonics and also the reduction of the magnetic cogging torque and thus the smooth running of such electrical machines.

Ein weiterer Rotor mit in Draufsicht trapezförmigen Permanentmagneten ist in der EP 0 532 769 A1 gezeigt, wobei die Probleme der Unterdrückung der Ober wellen und der Vergleichmäßigung des magnetischen Rastmoments nicht im einzelnen behandelt sind. In dieser Druckschrift geht es insbesondere um eine Vereinfachung der Magnetisierung auf dem Rotor.Another rotor with trapezoidal permanent magnets in plan view is shown in EP 0 532 769 A1, the problems of suppressing the upper waves and the equalization of the magnetic cogging torque not in individual are treated. This publication is particularly concerned with a Simplification of the magnetization on the rotor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Permanentmagneten der ein gangs genannten Art bereitzustellen, der bei vereinfachter Herstellung bei An ordnung in einer elektrischen Maschine Vorteile hinsichtlich der Vergleichmäßi gung des magnetischen Rastmoments in Kombination mit einer gleichzeitigen Unterdrückung der Oberwellen ergibt und dabei noch zu einer Materialersparnis führt, die insbesondere bei großflächigeren Magneten hinsichtlich der Kosten verringerung stark ins Gewicht fällt.The invention has for its object a permanent magnet to provide the type mentioned, which with simplified production at An order in an electrical machine the magnetic cogging torque in combination with a simultaneous Suppression of harmonics results in a material saving leads, especially with larger magnets in terms of cost reduction is significant.

Diese kombinierte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und auch des Anspruchs 9 gelöst. Hiernach ist also hinsichtlich des Permanentmagneten die Ausbildung derart, dass im Querschnitt im Bereich der beiden Basiswinkel je weils eine Abschrägung oder Abrundung von seiner in Draufsicht oberen Fläche zu seiner unteren Fläche hin vorgesehen ist. Hinsichtlich des Läufers ist vor gesehen, dass die Permanentmagnete mit ihren Seitenschenkeln parallel neben einanderliegend und voneinander beabstandet angebracht sind, wobei sie mit ihren Symmetrieachsen parallel zur Rotationsachse des Läufers ausgerichtet sind und abwechselnd bezüglich der Lage der Grundseite und kurzen Seite fluchtend nebeneinander liegen, und dass der Abstand so groß gewählt ist, dass die Grundseiten jeweils benachbarter Permanentmagnete an dieselbe zwischen ihnen liegende Parallele zur Rotationsachse grenzen. Die Trapezform läßt sich gegenüber einer Sinusform einfacher herstellen und dimensionieren. Sie besitzt Vorteile insbesondere hinsichtlich der Vergleichmäßigung des magnetischen Rastmoments gegenüber der Sinusform, ist andererseits an sich aber bezüglich der Unterdrückung der Oberwellen der Sinusform unterlegen. Mit der Abschrä gung der oberen Fläche zu der unteren Fläche hin im Bereich der beiden Basis winkel wird aber die Oberwellenunterdrückung gegenüber der Trapezform we sentlich verbessert und dabei die Vergleichmäßigung des Rastmoments der Tra pezform beibehalten. Dabei ist die Herstellung beispielsweise durch einen nach träglichen Schleifvorgang einfach, wobei insbesondere auch der Neigungswinkel der Abschrägung und deren Fläche auf einfache Weise optimiert werden kön nen, ohne aufwendige Änderungen an einer Form vornehmen zu müssen. Schleifvorgänge an derartigen Magneten sind ohnehin üblich. Bei dem Läufer gemäß Anspruch 9 sind die Permanentmagnete hinsichtlich der Vergleichmäßi gung des magnetischen Rastmoments und der gleichzeitigen Oberwellenunter drückung sowie einer erheblichen Materialersparnis infolge des großen Abstan des der Permanentmagneten besonders günstig angeordnet. In den Unteran sprüchen 2 bis 8 sind weitere Ausführungsformen angegeben, mit denen die genannten Vorteile begünstigt werden.This combined object is achieved with the features of claim 1 and claim 9. According to this, the design of the permanent magnet is such that in cross-section in the region of the two base angles, a bevel or rounding is provided from its top surface in plan view to its bottom surface. With regard to the rotor, it is provided that the permanent magnets are attached with their side legs parallel to one another and spaced apart, their axes of symmetry being aligned parallel to the axis of rotation of the rotor and alternately lying flush with one another with respect to the position of the base side and short side, and that the distance is chosen so large that the base sides of each adjacent permanent magnet border on the same parallel between them to the axis of rotation. The trapezoidal shape is easier to manufacture and dimension than a sinus shape. It has advantages in particular with regard to the uniformity of the magnetic cogging torque compared to the sinusoidal form, but on the other hand is inferior to the sinusoidal form in terms of the suppression of harmonics. With the beveling of the upper surface towards the lower surface in the area of the two base angles, however, the harmonic suppression compared to the trapezoidal shape is significantly improved, while maintaining the uniformity of the cogging torque of the trapezoidal shape. The production is simple, for example, by a subsequent grinding process, and in particular the angle of inclination of the bevel and its surface can be optimized in a simple manner without having to make complex changes to a shape. Grinding operations on such magnets are common anyway. In the rotor according to claim 9, the permanent magnets are arranged particularly favorably with regard to the homogenization of the magnetic cogging torque and the simultaneous harmonic suppression as well as considerable material savings due to the large distance of the permanent magnets. In the at under claims 2 to 8 further embodiments are given with which the advantages mentioned are favored.

Die Permanentmagnete können im Vergleich zu ihrer Fläche relativ dünn z. B. zwischen 1,5 mm und 6 mm hergestellt werden, so dass sie die Baugröße der elektrischen Maschine relativ wenig beeinflussen und auch von daher Vorteile bezüglich der Materialersparnis bieten. Als Magnetmaterialien kommen übliche Werkstoffe in Betracht, wie z. B. Neodym-Eisen-Bor-Material, Kobalt-Samarium- Material oder ferromagnetisches Material, wobei die Permanentmagnete vor zugsweise durch Sintern hergestellt sind.The permanent magnets can be relatively thin compared to their surface, for. B. be made between 1.5 mm and 6 mm, so that they are the size of the affect electrical machine relatively little and therefore also advantages offer in terms of material savings. Common magnetic materials come Materials into consideration, such as. B. neodymium-iron-boron material, cobalt samarium Material or ferromagnetic material, with the permanent magnets in front are preferably produced by sintering.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Be zugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below using an exemplary embodiment under Be access to the drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1A einen Permanentmagneten von der Rückseite, Fig. 1A is a permanent magnet from the backside,

Fig. 1B den Permanentmagneten nach Fig. 1A in Draufsicht und Fig. 1B the permanent magnet of FIG. 1A in plan view and

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Anordnung von Permanent magneten nach den Fig. 1A und 1B auf der Mantelseite ei nes Läufers. Fig. 2 is a schematic view of the arrangement of permanent magnets according to FIGS . 1A and 1B on the jacket side of a rotor.

Wie die Fig. 1A und 1B zeigen, besitzt ein Permanentmagnet 1 in Draufsicht im wesentlichen die Form eines gleichschenkligen Trapezes, wobei lediglich aus Gründen der Herstellung und mechanischen Stabilität die Ecken im Bereich der Basiswinkel symmetrisch und beispielsweise parallel zur Symmetrieachse 10 ge brochen sind. Die Seitenschenkel 2 sind im Bereich der Basiswinkel von einer in Draufsicht oberen Fläche 8 ausgehend zu einer unteren Fläche 9 hin mit einer Abschrägung 5 versehen, wobei der Abschrägungswinkel gegenüber der unte ren Fläche 9 z. B. zwischen 30 und 60° liegt. Der Übergang zwischen den Ab schrägungen 5 und der oberen Fläche 8 verläuft bei dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel etwa entlang einer zu der Symmetrieachse 10 des Permanent magneten 1 verlaufenden Geraden. Ein günstiges Längenverhältnis einer Basis seite 3 zu einer kurzen Seite 4 des Trapezes liegt bei 3 : 1. In Fig. 1B ist jedoch ein anderes Verhältnis gewählt. Die Abschrägung 5 braucht dabei nicht an die untere Fläche 9 zu grenzen, sondern kann an der Seitenfläche enden.As shown in FIGS. 1A and 1B show, has a permanent magnet 1 in plan view in substantially the shape of an isosceles trapezoid, wherein the manufacturing and mechanical stability, the corners in the region of the base angles symmetrical and, for example, parallel to the axis of symmetry 10 ge only broken for reasons. The side legs 2 are provided in the area of the base angle from an upper surface 8 in plan view to a lower surface 9 with a bevel 5 , the bevel angle relative to the lower surface 9 z. B. is between 30 and 60 °. The transition between the bevels 5 and the upper surface 8 runs in the embodiment shown approximately approximately along an axis of symmetry 10 of the permanent magnet 1 extending straight line. A favorable aspect ratio of a base side 3 to a short side 4 of the trapezoid is 3: 1. However, a different ratio is selected in FIG. 1B. The bevel 5 does not need to adjoin the lower surface 9 , but can end on the side surface.

Anstelle der Abschrägung 5, die z. B. mittels eines einfachen Schleifvorgangs in einem optimalen Winkel hergestellt werden kann, kann auch eine in diesem Flächenbereich angeordnete Abrundung vorgesehen werden.Instead of the bevel 5 , the z. B. can be produced by means of a simple grinding process at an optimal angle, a rounding arranged in this surface area can also be provided.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Permanentmagnete 1 auf der Umfangsfläche eines Läufers 6 abwechselnd mit der Grundseite 3 und der kurzen Seite 4 benachbart und über den Umfang miteinander fluchtend unter Einhaltung eines Abstandes 7 voneinander angeordnet. Hierbei grenzen die Grundseiten 3 der benachbarten Permanentmagnete 1 an eine (nicht gezeigte) gemeinsame Parallele zur Rota tionsachse des Läufers 6. Auf diese Weise wird das magnetische Rastmoment vergleichmäßigt und ein ruhiger Lauf der elektrischen Maschine erzielt, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Permanentmagneten 1 äußerst groß ist und damit eine erhebliche Menge an Magnetmaterial gespart wird. Durch die Abschrägung 5 werden störende Oberwellen zusätzlich wesentlich unterdrückt.As shown in FIG. 2, the permanent magnets 1 are alternately adjacent to the base side 3 and the short side 4 on the circumferential surface of a rotor 6 and are aligned with one another over the circumference while maintaining a distance 7 from one another. Here, the base sides 3 of the adjacent permanent magnets 1 border on a common parallel line (not shown) to the axis of rotation of the rotor 6 . In this way, the magnetic cogging torque is evened out and the electrical machine runs smoothly, the distance between the individual permanent magnets 1 being extremely large, thus saving a considerable amount of magnetic material. The bevel 5 additionally suppresses disturbing harmonics.

Claims

1. Permanent magnet, which essentially has the shape of an isosceles trapezium in plan view, characterized in that in cross-section in the area of the two base angles each have a bevel ( 5 ) or rounding from its top surface ( 8 ) in plan view to its lower surface ( 9 ) is provided.

2. Permanent magnet according to claim 1, characterized in that the transition between the bevel ( 5 ) or rounding and the upper surface ( 8 ) runs parallel to the axis of symmetry ( 10 ) of the trapezoid ver.

3. Permanent magnet according to claim 1 or 2, characterized in that the cross-sectional angle between the bevel ( 5 ) and the lower surface ( 9 ) is between 30 ° and 70 °.

4. Permanent magnet according to one of the preceding claims, characterized, that the corners of the trapezoid are broken in the area of the base angle.

5. Permanent magnet according to one of the preceding claims, characterized in
that the outside of the bevel ( 5 ) or rounding Be tenflächen parallel to the surface normal ( 11 ) above the axis of symmetry ( 10 ) or
that the side surfaces of the side legs are directed radially with respect to a rotor ( 6 ) receiving the permanent magnet ( 1 ).

6. Permanent magnet according to one of the preceding claims, characterized in that the cross section has a uniform thickness outside the region of the bevel ( 5 ) or rounding.

7. Permanent magnet according to one of the preceding claims, characterized in that the upper surface ( 8 ) and the lower surface ( 9 ) are circularly curved in cross section.

8. Permanent magnet according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the length of the base side ( 3 ) and the short side (4) is 3: 1.

9. rotor with applied on its outside permanent magnet ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets ( 1 ) with their side legs ( 2 ) are parallel ne next to each other and spaced apart, where they with their axes of symmetry ( 10 ) are aligned parallel to the axis of rotation of the rotor ( 6 ) and are alternately aligned with each other with respect to the position of the base side ( 3 ) and short side (4), and that the distance ( 7 ) is chosen so large that the base sides ( 3 ) each because adjacent permanent magnets ( 1 ) border on the same parallel lying parallel to the axis of rotation.