DE19915664A1 - Elektrische Maschine mit einem Stator - Google Patents
Elektrische Maschine mit einem StatorInfo
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Abstract
Elektrische Maschine mit einem Stator und zumindest einem aus Blechen (1) geschichteten Blechpaket (3) eines Rotors, das folgende Merkmale aufweist: DOLLAR A - zumindest zwei unterschiedliche Blechschnitte der Bleche des Blechpakets (3), DOLLAR A - zumindest die Bleche (1, 15) eines Blechschnitts sind mit Mitteln (11, 12) versehen, die insbesondere bei axialer Zusammensetzung der einzelnen Bleche (1) eine radiale Fixierung dieser Bleche (1, 15) innerhalb des Blechpakets (3) bewirken.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem
Stator und zumindest einem aus Blechen geschichteten Rotor
blechpaket.
In bisherigen elektrischen Maschinen, insbesondere permanent
erregten Synchronmaschinen mit Flußkonzentration werden Ma
gnete radial angeordnet, wobei sich zwischen den Magneten
Polbleche zur Flußleitung befinden. Die Polbleche sind mit
Hilfe von Bolzen miteinander zu einem Rotorblechpaket und mit
der Welle über Endplatten verbunden. Außerdem wurde aus elek
tromagnetischen Gründen eine unmagnetische Welle verwendet,
bzw. ein Luftspalt zwischen Welle und Läuferblechpaket vorge
sehen, um einen Magnetfluß durch die Welle zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf kostengün
stigste Art und Weise ein kompaktes Rotorblechpaket einer
elektrischen Maschine zu schaffen, in das außerdem Permanent
magnete in Flußkonzentrationsanordnung eingebettet sind.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine elektri
sche Maschine mit einem Stator und zumindest einem aus Ble
chen geschichteten Rotorblechpaket, das folgende Merkmale
aufweist:
- - Zumindest zwei unterschiedliche Blechschnitte der Bleche des Rotorblechpakets,
- - zumindest die Bleche eines Blechschnitts sind mit Mitteln versehen, die insbesondere bei axialer Zusammensetzung der einzelnen Bleche eine radiale Fixierung dieser Bleche in nerhalb des Rotorblechpaketes bewirken.
Ein derartiges Rotorblechpaket einer elektrischen Maschine
ist durch folgendes Verfahren herstellbar:
- - Stanzpaketieren von Blechen unterschiedlicher Blechschnitte in einer vorgebbaren Reihenfolge, wobei dadurch zumindest eine vorgebbare Anzahl der Bleche mit Mitteln versehen wer den, die eine radiale Fixierung der einzelnen Bleche und im Betrieb der elektrischen Maschine eine elektrodynamische Wechselwirkung mit dem Stator bewirken,
- - Schrumpfung des Rotorblechpakets auf eine Rotorwelle.
Durch die Verwendung von Blechen unterschiedlicher Blech
schnitte im Rotorblechpaket sind die erforderlichen elektro
magnetischen Eigenschaften, vorzugsweise der Verlauf der
Feldlinien besser als bei Verwendung eines einzelnen Blech
schnittes herkömmlicher Synchronmaschinen mit Flußkonzentra
tion einstellbar. Dadurch kann insbesondere der Verlauf der
Feldlinien durch die Welle vermieden werden. Es sind somit
Wellen aus magnetischem Material einsetzbar. Die Ausbildung
der zum Luftspalt weisenden Kontur des Blechpakets ist vor
zugsweise so ausgeführt, daß sich ein sinusförmiges Luft
spaltfeld einstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die radiale Fixie
rung der Bleche innerhalb des Rotorblechpakets dadurch er
reicht, daß eine vorgebbare Anzahl von Blechen mindestens ei
ne Eindrückung und einen dazu korrespondierenden Vorsprung
auf der Rückseite des jeweiligen Bleches aufweist. Diese Ein
drückungen und Vorsprünge fügen sich beim Paketieren ineinan
der, so daß eine radiale Fixierung erreicht wird. Eine Be
schränkung der Eindrückungen und Vorsprünge je Blech ist
nicht vorgesehen; vorzugsweise sind jedoch pro Blech maximal
zwei Eindrückungen oder Vorsprünge vorhanden. Auch die Form
der Eindrückungen und Vorsprünge ist keinen Grenzen unterwor
fen, so daß diese kreisförmig als auch oval ausgebildet sein
können. Eine radiale Fixierung der Bleche ist auch durch ha
kenähnliche Ausbildung gewisser Teilabschnitte der Bleche zu
erreichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Ro
torblechpaket in wesentlich axialer Richtung des Rotors Aus
nehmungen für Permanentmagnete auf. Die Ausbildung der Aus
nehmungen zur Aufnahme der Permanentmagnete ist derart ge
staltet, daß sich eine Magnetlänge ergibt, die größer als die
halbe Polbreite (Polteilungslänge) ist.
D. h., die Länge l einer Ausnehmung ist größer als
wobei d der Durchmesser des Blechpakets
und p die Polpaarzahl ist.
Die Streustege sind mechanisch notwendig, aber magnetisch
nachteilig. Die Flußsperren beeinflussen die magnetische
Wechselwirkung mit dem Stator. Sie verhindern eine vorzeitige
Sättigung des Stators durch das Statorfeld. Alle Bleche haben
auf der zum Luftspalt weisenden Seite eine Form, die ein si
nusförmiges Luftspaltfeld ermöglicht und insbesondere nach
folgender Formel gestaltet sind:
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.
Damit wird auch in der q-Achse ein größerer Luftspalt er
zeugt, der die Querinduktivität verringert. Dadurch wird eine
weitere Optimierung des Drehmomentenverlaufs und eine Wir
kungsgraderhöhung der elektrischen Maschine erreicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Per
manentmagnete durch Einbringen einer aushärtbaren Masse oder
durch Verstemmen eines oder mehrerer Bleche fixiert. Durch
diese Fixierung werden die Teile des Rotors gegenüber Flieh
kräften die bei hoher Drehzahl der elektrischen Maschine auf
treten, unverrückbar gehalten.
Die Erfindung, sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung gemäß Merkmal der Unteransprüche werden im folgen
den anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in
der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 den Querschnitt eines einstückigen Bleches,
Fig. 2 den Querschnitt eines aus mehreren Blechlamellen beste
henden Bleches,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Rotorblechpa
kets.
Fig. 1 zeigt einen zur Achse einer elektrischen Maschine, ins
besondere einer permanentmagneterregten Synchronmaschine mit
Flußkonzentration punktsymmetrischen Blechschnitt eines Ro
torblechs 1, mit im wesentlichen V-förmig angeordneten Aus
nehmungen 2, zur Aufnahme von nicht näher dargestellten Per
manentmagneten. Die Länge der jeweiligen Ausnehmungen 2 und
damit die Länge der einsetzbaren Permanentmagnete ist größer
als die halbe Polbreite. Die Ausnehmungen 2 im Blechpaket 3
des Rotors sind im wesentlichen sternförmig angeordnet. Zwi
schen den einzelnen Ausnehmungen 2 befinden sich in Achsnähe
und an der Außenkontur 4 des Blechs 1 Streustege 5. In den
nach außen weisenden kreissegmentähnlichen Blechabschnitten 7
befinden sich vorzugsweise als Materialausnehmungen gebildete
Magnetflußsperren 6, die die Querinduktivität reduzieren. Ei
ne weitere Reduzierung der Querinduktivität tritt durch die
Gestaltung der Außenkontur 4 des Blechpakets 3 auf, die ein
sinusförmiges Luftspaltfeld erzeugt. Die Magnetflußsperren 6
können als Schlitze, gebogene Linien oder anderen geometri
schen Materialausnehmungen ausgebildet sein. Weitere Mate
rialausnehmungen 13 sind als Montagehilfe und im Betrieb au
ßerdem zur Lüftung des Blechpakets 3 des Rotors geeignet. Au
ßerdem wird durch die Materialausnehmungen 13, 6 das Träg
heitsmoment des Rotors reduziert.
Im Bereich der an der Außenkontur 4 befindlichen Streustege 5
ist die Außenkontur 4 des Blechpakets 3 so geformt, daß sich
ein nahezu sinusförmiges Erregerfeld im Luftspalt erzeugen
läßt. Im Blech 1 zentrisch angeordnet, ist eine Ausnehmung 9
zur Wellendurchführung. Der Blechschnitt kann dabei der Fi
xierung Welle-Blechpaket 3 angepaßt werden (Warmschrumpfung,
Pressung, etc.).
Fig. 2 zeigt zwei weitere Blechschnitte, die mit anderen
gleichartigen Blechen oder mit einem Blech nach Fig. 1 axial
zusammengesetzt das Blechpakets 3 bilden. Dieser Blechschnitt
nach Fig. 2 hat einen inneren Stern 10, der ebenfalls zen
trisch angeordnet die Aussparung zur Wellendurchführung 9 zur
Fixierung Welle-Blechpakt 3 aufweist. In den nach außen wei
senden Kreissegmenten 7 befinden sich ebenso die Magnetfluß
sperren 6, in Form von Schlitzen, oder auch axialen Material
ausnehmungen 13, die zur Reduzierung der Querinduktivität und
als Montagehilfe gedacht sind. In Zusammenwirken dieses
Blechschnitts mit dem in Fig. 1 skizzierten Blechschnitt, wer
den Blechpakete 3 des Rotors paketiert, die durch Eindrückun
gen 11 und Vorsprünge 12 ineinander greifen und so eine ra
diale Fixierung des gesamten Blechpakets 3 bewirken.
Dabei sind vorzugsweise an den jeweiligen Stirnseiten des
Blechpakets 3 des Rotors die einstückigen Bleche 1 nach Fig. 1
vorgesehen. Durch die vorgebbare axiale Zusammensetzung des
Blechpakets 3 des Rotors wird eine axiale Folge von einstüc
kigen und mehrstückigen Blechen erreicht, die eine Minimie
rung der Streustege 5 bezüglich der axialen Länge des Blech
pakets 3 bewirken. Es wird also je nach Zusammensetzung des
Blechpakets 3 eine Reduzierung der Streustege 5 im Bereich
der Außenkontur 4 und der nach innen weisenden Streustege 5
in Richtung Achse, um einen vorgebbaren Faktor x erreicht.
Die axiale Zusammensetzung kann auch innerhalb eines Blechpa
kets variieren um insbesondere mechanische Vorgaben z. B. der
Steifigkeit einzuhalten.
Claims (9)
1. Elektrische Maschine mit einem Stator und zumindest einem
aus Blechen (1) geschichteten Blechpaket (3) eines Rotors,
das folgende Merkmale aufweist:
- - zumindest zwei unterschiedliche Blechschnitte der Bleche des Blechpakets (3),
- - zumindest die Bleche (1, 15) eines Blechschnitts sind mit Mitteln (11, 12) versehen, die insbesondere bei axialer Zu sammensetzung der einzelnen Bleche (1) eine radiale Fixie rung dieser Bleche (1, 15) innerhalb des Blechpaketes (3) bewirken.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß eine vorgebbare Anzahl
von Blechen (1, 15) mindestens eine Eindrückung (11) und einen
dazu korrespondierenden Vorsprung (12) auf der Rückseite des
jeweiligen Bleches (1, 15) aufweist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß das Blechpa
ket (3) des Rotors bezüglich seiner axialen Zusammensetzung
einstückige und mehrstückige Bleche (1, 15) in einer vorgebba
ren Reihenfolge aufweist.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Blechpaket (3) des
Rotors Ausnehmungen (2) für Permanentmagnete aufweist.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest die einstücki
gen Bleche (1) Streustege (5) im Bereich elektromagnetisch
korrespondierender Ausnehmungen (2) aufweisen.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich der radial
weiter außen liegender Streustege (5) am Umfang zumindest der
einstückigen Bleche (1) Mittel (8) vorgesehen sind, die ein
sinusförmiges Erregerfeld erzeugen.
7. Elektrische Maschine nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Permanentmagnete durch Einbringen
einer aushärtbaren Masse und/oder durch Verstemmen mindestens
eines Bleches fixierbar sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets (3) des Rotors
einer elektrischen Maschine nach Anspruch 1, gekenn
zeichnet durch folgende Schritte:
- - Stanzpaketieren von Blechen (1, 15) unterschiedlicher Blech schnitte in einer vorgebbaren Reihenfolge, wobei dadurch zumindest eine vorgebbare Anzahl der Bleche (1, 15) mit Mit teln (11, 12) versehen werden, die eine radiale Fixierung der einzelnen Bleche (1, 15) und im Betrieb der elektrischen Maschine eine elektrodynamische Wechselwirkung mit dem Sta tor bewirken,
- - Einsetzen der Permanentmagnete
- - Fixierung des Blechpakets (3) auf einer Rotorwelle.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Mittel zur radialen Fi
xierung der Bleche (1, 15) Eindrücke (11) und korrespondieren
de Vorsprünge (12) gestanzt werden.
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Family
ID=7903770
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