DE19851883A1 - Permanenterregte Synchronmaschine - Google Patents
Permanenterregte SynchronmaschineInfo
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- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
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- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
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Abstract
Um bei einer Synchronmaschine die Streuverluste zu reduzieren und die Nennleistung zu erhöhen, wird das aus Blechen geschichtete Läuferblechpaket (1), in das Permanentmagnete (2) eingebettet sind, derart ausgestaltet, daß zumindest zwischen einer Ausnehmung (4) zur Aufnahme eines aus zumindest einer Magnetplatte bestehenden Permanentmagnets (2) und dem Luftspalt der Synchronmaschine wenigstens eine Magnetflußsperre (5) vorsieht.
Description
Die Erfindung betrifft eine permanenterregte Synchronmaschine
mit einem aus Blechen geschichteten Läuferblechpaket, in das
Permanentmagnete eingebettet sind.
Drehfeldmaschinen mit permanenterregtem Läufer gewinnen zu
nehmend an Bedeutung, das sie einige wesentliche Vorteile
bieten. Der unbewickelte Läufer dieser Maschinen läßt sich
gut für hohe Drehzahlen ausführen. Die verfügbaren Magnet
werkstoffe ermöglichen eine sehr hohe Maschinenausnutzung. Da
die Drehmomentbildung ohne Läuferströme erfolgt, entstehen
mit Ausnahme parasitärer Zusatzverluste keine Läuferverluste.
Damit wird eine Aufheizung des Läufers und der Lager vermie
den. Außerdem besitzen diese Maschinen einen sehr guten Wir
kungsgrad.
Die US-4 486 679 zeigt einen permanentmagneterregten Rotor
einer elektrischen Maschine. Dabei sind im wesentlichen tan
gentiale Ausnehmungen im Rotorblechpaket zur Aufnahme der
Permanentmagneten ausgebildet. Eine Verfestigung des Rotor
blechpakets mit den Permanentmagneten wird durch Verformen
der Bleche durch Einbringen eines Bolzens in der Pollücke er
reicht.
Bei dieser elektrischen Maschine führen die stark auftreten
den Ankerrückwirkungen bereits bei Nennstrom zu Sättigungser
scheinungen.
Diese Sättigungserscheinungen können durch Verbreiterung der
Ständerzahnbreiten vermindert werden, was zu einer Reduzie
rung der Nutfläche und damit zu einer Reduzierung des Nenn
stromes und des Nennmoments führt.
Ebenso kann durch eine Vergrößerung des Luftspaltes die An
kerrückwirkung reduziert werden. Dies führt ebenfalls zu ei
ner verminderten Maschinenausnutzung, da bei gleichem Magnet
volumen das Erregerfeld reduziert wird.
Die US-5 369 325 beschreibt einen Rotor mit Permanentmagneten
und ausgebildeten Polen. Die Permanentmagnete sind im wesent
lichen in tangentialen Ausnehmungen des Blechpaketes einge
setzt. Es ist nur jeder zweite Pol durch einen Permanentma
gneten bestückt, wobei die vorhandenen Schlitze zur gleichmä
ßigen Feldverteilung im Luftspalt beitragen sollen.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei
nen Läufer mit Permanentmagneten zu schaffen, der bei Betrieb
einer derartigen Synchronmaschine eine Reduzierung von Streu
verlusten bei gleichzeitiger Erhöhung der Nennleistung be
wirkt.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, daß zumin
dest zwischen einer Ausnehmung zur Aufnahme eines aus zumin
dest einer Magnetplatte bestehenden Permanentmagneten und dem
Luftspalt der Synchronmaschine wenigstens eine Magnetfluß
sperre vorgesehen ist.
Durch diese Magnetflußsperren, die im wesentlichen als Quer
flußsperren wirken, wird dem Ankerquerfluß Φa ein zusätzli
cher magnetischer Widerstand entgegengesetzt, da nun mehrere
Luftspalte zu überwinden sind. Der durch die Permanentmagnete
erzeugte Erregerfluß selbst, der vom Permanentmagneten aus in
radialer Richtung zum Luftspalt verläuft, wird durch diese
Magnetflußsperren nur unwesentlich beeinflußt, da diese den
zur Führung des Erregerflusses erforderlichen Eisenquer
schnitt nur vernachlässigbar reduzieren. Damit erhöht sich
das verfügbare Drehmoment derartiger Synchronmaschinen bei
Läufern mit Magnetflußsperren gegenüber einem Läufer ohne Ma
gnetflußsperren bei gleichem Nennstrom. Ein weiterer positi
ver Einfluß der Magnetflußsperren besteht in der Verringerung
der der Querinduktivität, wodurch die elektrische Maschine
erst bei höheren Drehzahlen an die Spannungsgrenze stößt, ab
der das Drehmoment abnimmt. Somit wird dadurch auch eine Er
höhung der Nennleistung bei sonst gleichen technischen Daten
der elektrischen Maschine erzielt.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Läufer Mittel
auf, die im Luftspalt ein sinusförmiges Erregerfeld erzeugen.
Vorzugsweise ist dabei die dem Luftspalt zugewandte Kontur
des Läuferblech nach folgender Beziehung gewählt:
wobei
ϕ der Umfangswinkel
ra(ϕ) der Außenradius Läuferblech
RB der Ständerbohrungsradius
δ0 der engste Luftspalt in Polmitte und
p die Polpaarzahl
ist.
ϕ der Umfangswinkel
ra(ϕ) der Außenradius Läuferblech
RB der Ständerbohrungsradius
δ0 der engste Luftspalt in Polmitte und
p die Polpaarzahl
ist.
Diese Formel gilt ausgehend von einer Polmitte. Ab einem vor
gebbaren Winkel p . ϕ wird der Radius ra bis zur Pollücke
(p . ϕ = ± 90°) konstant gehalten, der vorzugsweise zumindest
in erster Näherung durch eine Tangente an der Pollücke ange
nähert werden kann. Dies verhindert, daß der Einbruch in die
Pollücke zu groß wird. Das in der Pollücke verbleibende
Blechmaterial, das durch die Kontur des Läuferblechs und Aus
nehmungen definiert ist, wird möglichst dünn ausgeführt, um
so die Magnetfeldstreuung im Läufer zu minimieren. Diese Ver
bindungsstelle weist eine Mindestdicke auf, um den bei Maxi
maldrehzahl entstehenden Fliehkräften der Magnete und Blech
segmente und den daraus resultierenden Tangentialspannungen
im Läuferblechpaket entgegenzuwirken und sie aufnehmen zu
können.
In einer weiteren Ausführungsform sind Materialaussparungen
als Schlitze oder Aneinanderreihung nahezu punktförmiger Lö
cher zwischen einer Ausnehmung zur Aufnahme des oder der Ma
gneten und dem Luftspalt vorgesehen. Damit wird u. a. die Her
stellung derartiger Läuferbleche durch Stanzwerkzeuge in ei
nem Arbeitsgang ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist durch Vor
gabe einer Vorzugsrichtung der Materialaussparungen im Läu
ferblech, insbesondere der Schlitze oder Löcher in im wesent
lichen paralleler Richtung, zu den im Betrieb auftretenden
Feldlinien, eine weitere Reduzierung der Streuverluste gege
ben. Der Erregerfluß wird dabei nur vernachlässigbar redu
ziert und beeinflußt. Vorzugsweise sind diese Materialausspa
rungen sekantenartig ausgerichtet.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol
genden anhand schematisch dargestellter Ausführungebei spiele
in der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 der. Querschnitt eines mit Magnetflußsperren versehenen
Läufers,
Fig. 2 die Kontur des Läuferblechpakets.
Fig. 1 zeigt ein Läuferblechpaket 1 mit Permanentmagneten 2.
Die Kontur 3 des Läuferblechpaketes 1 ist derart ausgebildet,
daß sich ein sinusförmiges Erregerfeld im Luftspalt einer
nicht näher dargestellten Synchronmaschine ergibt. Die ver
bleibende Blechstärke d ist aufgrund der bei Maximaldrehzahl
auftretenden Fliehkräfte ausreichend dimensioniert. Die Per
manentmagnete 2 sind in Taschen oder Ausnehmungen 4 einge
setzt, die im wesentlichen tangential angeordnet sind und so
ein Polygon bilden, dessen außenliegenden Kanten der Ausneh
mungen 4 auf einem Radius 10 liegen. Es sind ebenso andere
Anordnungen der Permanentmagnete 2 in radialer Richtung oder
einer windschiefen Lage möglich. Es ist außerdem nicht not
wendig, die Permanentmagnete 2 quaderförmig auszuführen; es
ist nahezu jede beliebige geometrische Form der Permanentma
gnete 2 möglich. In den kreissegmentartigen Blechabschnitten
zwischen Luftspalt der Synchronmaschine und Permanentmagneten
2 sind Magnetflußsperren 5 vorhanden, die dem Ankerquerfluß
Φa einen zusätzlichen magnetischen Widerstand entgegenset
zen. Dabei sind die als Magnetflußsperren 5 ausgebildeten
Schlitze derart ausgerichtet, daß sie nur wenig Eisenquer
schnitt beanspruchen und somit den durch die Permanetmagnete
2 erzeugten Erregerfluß nicht beeinträchtigen oder behindern.
Derartige Schlitze können sich auch radial innerhalb dieser
Ausnehmungen 4 befinden.
An dem virtuellen Zusammenstoß zweier Ausnehmungen 4, die zur
Aufnahme der Permanentmagnete 2 dienen, sind die Ausnehmungen
4 so geformt, daß sich außer einer Fixierung der Permanentma
gnete 2 auch Streustege 11 ergeben.
Bei einer nach Fig. 1 ausgeführten Synchronmaschine beträgt
die Erhöhung des Drehmoments gegenüber herkömmlichen Syn
chronmaschinen bei gleichem Nennstrom ca. 15%.
Fig. 2 zeigt die Kontur 3 des Läuferblechpakets 1, die so aus
gebildet ist, daß sich im Luftspalt einer nicht näher darge
stellten Synchronmaschine ein sinusförmiges Erregerfeld ein
stellt. Das Läuferblechpaket 1 zeigt mehrere symmetrisch aus
gebildete Pole 12, deren Kontur 3 jeweils nach folgender Vor
schrift gestaltet ist:
wobei
ϕ der Umfangswinkel
ra(ϕ) der Außenradius des Läuferblechs
RB der Bohrungsradius des Ständers der Synchronmaschi ne
d0 der engste Luftspalt in Polmitte und
p die Polpaarzahl
ist.
ϕ der Umfangswinkel
ra(ϕ) der Außenradius des Läuferblechs
RB der Bohrungsradius des Ständers der Synchronmaschi ne
d0 der engste Luftspalt in Polmitte und
p die Polpaarzahl
ist.
Bei der Synchronmaschine nach Fig. 2 gilt diese Formel ausge
hend von einer Polmitte 13 (p . ϕ = 0), bis der Winkel p . ϕ ≈ ±80°
beträgt. Es sind selbstverständlich auch andere Winkel, vor
zugsweise im Bereich zwischen 70° und 88°, denkbar.
Ab diesem Winkel p . ϕ ≈ ±80° wird bei dieser Synchronmaschine
ra konstant gehalten, bis zur Pollücke 14 (p . ϕ ≈ ±90°).
Dies verhindert, daß der Einbruch in der Pollücke 14 zu groß,
da der 2. Term in obiger Vorschrift bei p . ϕ gegen
±90° unendlich strebt.
Die Kontur 3 der anderen Pole 12 ist in Fig. 2 genau gleich
definiert. Es sind aber auch andere Konturen 3 nach anderen
mathematischen Zusammenhängen realisierbar.
Ebenso müssen die Pole 12 nicht notwendigerweise symmetrisch
bezüglich ihrer Polmitte 13 gestaltet sein. Es ist damit auch
unterschiedliche Gestaltungsvorschriften der Kontur 3 des
Läuferblechpakets 1 anwendbar.
Claims (4)
1. Permanenterregte Synchronmaschine mit einem aus Blechen
geschichteten Läuferblechpaket (1), in das Permanentmagnete
(2) eingebettet sind, dadurch gekenn
zeichnet, daß zumindest zwischen einer Ausnehmung
(4) zur Aufnahme eines aus zumindest einer Magnetplatte be
stehenden Permanentmagneten (2) und dem Luftspalt der Syn
chronmaschine wenigstens eine Magnetflußsperre (5) vorgesehen
ist.
2. Permanenterregte Synchronmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel
vorhanden sind die in dem Luftspalt ein sinusförmiges Erre
gerfeld erzeugen.
3. Permanenterregte Synchronmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß als Ma
gnetflußsperren (5) Materialaussparungen vorgesehen sind.
4. Permanenterregte Synchronmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vor
zugsrichtung der Materialaussparungen im wesentlichen paral
lel zu den im Betrieb der Synchronmaschine auftretenden Feld
linien verläuft.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998151883 DE19851883A1 (de) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | Permanenterregte Synchronmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998151883 DE19851883A1 (de) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | Permanenterregte Synchronmaschine |
Publications (1)
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DE19851883A1 true DE19851883A1 (de) | 2000-05-18 |
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ID=7887346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1998151883 Withdrawn DE19851883A1 (de) | 1998-11-10 | 1998-11-10 | Permanenterregte Synchronmaschine |
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