WO2007104617A1 - Rotor einer permanenterregten synchronmaschine - Google Patents

Rotor einer permanenterregten synchronmaschine Download PDF

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WO2007104617A1 PCT/EP2007/051226 EP2007051226W WO2007104617A1 WO 2007104617 A1 WO2007104617 A1 WO 2007104617A1 EP 2007051226 W EP2007051226 W EP 2007051226W WO 2007104617 A1 WO2007104617 A1 WO 2007104617A1
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Erich Auernhammer
Karsten Brach
Thomas Koch
Christian Meyer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • 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
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
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    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
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    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • 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
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]

Definitions

  • the invention relates to a rotor of a permanent magnet synchronous machine with internal magnets.
  • Rotors of permanent magnet synchronous machines are used inter alia with buried, i. implemented with internal or embedded permanent magnets. For axial insertion of the
  • Permanent magnets must be provided corresponding recesses in the rotor. These recesses may be formed very differently to a targeted flow control.
  • cuboid magnetic plates are inserted with or without an edge rounding.
  • the object of the invention is to provide a rotor for a permanently excited synchronous machine in which the abovementioned problems can be avoided and a simple guiding device is present in the rotor in order to facilitate and simplify mounting with permanent magnets.
  • a rotor of a permanent magnet synchronous machine wherein the rotor inner magnets in axially extending recesses of a Laminated core, wherein the recesses each have at least ⁇ at least one receiving opening for permanent magnets, and wherein the rotor has a plurality of poles and per pole at least one permanent magnet is provided and means for mounting and positioning of the permanent magnets are provided.
  • the receiving openings within the axially extending recesses in the laminated core of the rotor now allow permanent magnets to be inserted into the recesses in a simple manner.
  • the permanent magnets are inserted one behind the other into the recesses, in particular in the case of axially longer rotors, so that tilting is to be feared, especially with axially longer motors.
  • This tilting is now avoided according to the invention by the guide aids, which are configured as receiving openings.
  • the receiving openings may be e.g. be executed cuboid or circular segment. At least one magnet is provided per pole of the rotor, viewed in the circumferential direction.
  • the webs or edges can already be produced in the sheet by laser or conventional punching.
  • a recess has a plurality of receiving openings for permanent magnets.
  • the receiving openings are formed by sliding elements, it is particularly advantageous if the Schiebeelemen ⁇ te in two opposite slots of a recess grei ⁇ fen and thus the receiving opening of the permanent magnet bil ⁇ the.
  • the sliding elements are advantageously to prevent a permanent magnet from Amagne ⁇ zierm material to magnetic short circuiting between the poles. If the sliding elements are very thin, they can also form part of the Blechpa ⁇ kets, since then these sliding elements webs over the Form recess, thereby going into saturation and thus behave like air.
  • the cavities between the permanent magnets and the receiving opening are encapsulated with non-magnetic material.
  • the other cavities between the receiving opening and the recess can also be cast simultaneously with it.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a principal permanent-magnet synchronous machine
  • FIG. 2 shows a cross-section of a rotor
  • FIG. 3.4 shows several embodiments of the recesses
  • FIG. 6 shows a detail of the rotor according to FIG. 5
  • the schematically shown permanent magnet synchronous machine 1 has a housing 2 which comprises a stator 3 which is constituted by marich ⁇ ended sheets. In not shown th this stator 3 is an unspecified Darge ⁇ posed winding system 5, which may be constructed of classical coils extended or tooth coils.
  • a shaft 5 is surrounded by a laminated running rotor 8, wherein the shaft 5 are held by two bearings 6 and the bearing plates 4.
  • the rotor 8 has recesses 7, in the permanent magnets 10 are axially inserted. Thus, these are buried or inner permanent magnets 10.
  • the recesses 7 can be embodied in the different shapes shown in principle in FIG.
  • FIG 3 further recesses 7 are shown with theirspectöff ⁇ openings 9, wherein the receiving openings 9 are divided by webs 11, so that per recess 7 several receiving openings 9 result in the permanent magnets 10 are axially inserted.
  • the recesses 7 only one on ⁇ receiving opening 9.
  • the interstices can basically be filled with an amagnetic material.
  • all of the cavities are advantageously an off ⁇ recess 7 with this material poured out.
  • the rotor 8 such recesses 7, so that by loading these recesses 7 with permanent magnets 10 in the receiving openings 9, in the air gap of the permanent-magnet synchronous machine 1 adjusts a flux concentration. That is, the Feldli ⁇ nien 20 are compared with the arrangement according to FIG 2 in the air gap closer to each other. Furthermore, Figure 5 shows a rotor 8 with different diameters, which increases continuously over the entire circumference of the pole gap to the pole center and decreases after continuously since ⁇ . This results in the circumference of the rotor 8, a substantially sinusoidal flux distribution, so that one receives a sinusoidal counter-EMF during operation of the permanent-magnet synchronous machine.
  • the receiving openings 9 can thereby, for example shown in FIG 6 ⁇ way, be separated by sliding elements 13 from each other overall.
  • the sliding elements 13 are arranged in slots 14 of the respective recess 7 in the sheet metal opposite each other.
  • the sliding elements 13 are advantageously inserted axially into the slots 14 before being fitted with permanent magnets 10.
  • FIG. 7 shows, in a combination of several different arrangements, a four-pole rotor 8, wherein each pole has a different arrangement of its recesses 7.
  • the recesses 7 of a pole are arcuate or straight and have between the recesses 7 each webs 16 which have a variety of cross-sectional shapes, such as right ⁇ angular, trapezoidal or arcuate.
  • the rotor 8 has the same arrangement for each pole.
  • the recesses 7 themselves are not necessarily limited to rectangular basic shapes, but are also po ⁇ lygonale and / or round cross-sectional shapes imaginable. It is critical that is to be arranged therein Perma ⁇ nentmagnete 10 are axially insertable good and well fixed. Furthermore, by the shape of the recesses possibly also by additional lattice strand between the recess and Air gap of the permanent-magnet synchronous machine minimizes the stray flux.
  • the permanent magnets 10 are thus initially oriented in their shape at the receiving openings 9. That is, both the receiving openings 9 and the permanent magnets 10 are thus in their cross-sectional shape, as far as they are not contrary to a mounting of the permanent magnets 10 in the receiving opening 9 is ⁇ freely selectable.
  • roundish and / or polygonal cross-sectional shapes can be selected. These can include the
  • Receiving openings 9 are achieved by punching the sheet and in the permanent magnet 10 by corresponding molding process.
  • the invention is applicable to both internal and external rotor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (8) einer permanenterregten Synchronmaschine (1), wobei der Rotor (8) innenliegende Permanetmagnete (10) in axial verlaufenden Ausnehmungen (7) eines Blechpakets aufweist, wobei die Ausnehmungen (7) jeweils zumindest eine Aufnahmeöffnung (9) für Permanentmagnete (10) aufweisen, und wobei der Rotor (8) mehrere Pole aufweist und pro Pol mindestens ein Permanentmagnet (10) vorgesehen ist und Mittel zur Montage und Positionierung der Permanentmagnete (10) vorgesehen sind.

Description

Beschreibung
Rotor einer permanenterregten Synchronmaschine
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer permanenterregten Synchronmaschine mit innenliegenden Magneten.
Rotoren von permanenterregten Synchronmaschinen werden unter anderem mit vergrabenen, d.h. mit inneren oder eingebetteten Permanentmagneten ausgeführt. Zum axialen Einschieben der
Permanentmagnete müssen entsprechende Ausnehmungen im Rotor vorgesehen werden. Diese Ausnehmungen können zu einer gezielten Flusssteuerung sehr unterschiedlich ausgebildet sein. In die Magnettaschen werden üblicherweise quaderförmige Magnet- platten mit oder ohne einer Kantenverrundung eingeschoben.
Eine exakte Anpassung der Abmessungen der Permanentmagnete an die Öffnungen im Rotor kann aus Gründen der Fertigungstoleranzen nicht vorgenommen werden. Beim Einschieben der Permanentmagnete in die Ausnehmungen tritt nunmehr ein Verkanten der Permanentmagnete ein, so dass der Permanentmagnet in der Ausnehmung festhängt und beim Versuch, ihn zu lösen durchaus zerstört werden kann.
Aus der EP 1 158 651 A2 ist ein Reluktanzmotor bekannt, bei dem Permanentmagnete im Rotor angeordnet sind, und wobei ver¬ sucht wird, durch geeignete Formgebung ein Verkanten zu vermeiden .
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei- nen Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine zu schaffen, bei der die oben genannten Probleme vermieden werden können und eine einfache Führungsvorrichtung im Rotor vorhanden ist, um die Montage mit Permanentmagneten zu erleichtern und zu vereinfachen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch einen Rotor einer permanenterregten Synchronmaschine, wobei der Rotor innenliegende Magnete in axial verlaufenden Ausnehmungen eines Blechpakets aufweist, wobei die Ausnehmungen jeweils zumin¬ dest eine Aufnahmeöffnung für Permanentmagnete aufweisen, und wobei der Rotor mehrere Pole aufweist und pro Pol mindestens ein Permanentmagnet vorgesehen ist und Mittel zur Montage und Positionierung der Permanentmagnete vorgesehen sind.
Die Aufnahmeöffnungen innerhalb der axial verlaufenden Ausnehmungen im Blechpaket des Rotors ermöglichen nun in einfacher Art und Weise Permanentmagnete in die Ausnehmungen ein- zusetzen. Die Permanentmagnete werden insbesondere bei axial längeren Rotoren hintereinander in die Ausnehmungen eingeschoben, so dass gerade bei axialen längeren Motoren ein Verkanten zu befürchten ist. Dieses Verkanten wird nunmehr erfindungsgemäß durch die Führungshilfen, die als Aufnahmeöff- nungen ausgestaltet sind, vermieden. Die Aufnahmeöffnungen können dabei z.B. quaderförmig oder kreissegmentförmig ausgeführt sein. Pro Pol des Rotors ist dabei, in Umfangsrichtung betrachtet zumindest ein Magnet vorgesehen.
Stege oder speziell vorgesehene Kanten, ebenso wie Schiebe¬ elemente, die separat eingesetzt werden, trennen nunmehr die Permanentmagnete voneinander. Die Stege oder Kanten können dabei bereits im Blech durch Lasern oder konventionelles Stanzen hergestellt werden. Je nach Anzahl der pro Pol einzu- setzenden Permanentmagnete in Umfangsrichtung betrachtet, weist eine Ausnehmung mehrere Aufnahmeöffnungen für Permanentmagnete auf.
Falls die Aufnahmeöffnungen durch Schiebeelemente gebildet werden, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schiebeelemen¬ te in zwei gegenüberliegende Schlitze einer Ausnehmung grei¬ fen und somit die Aufnahmeöffnung des Permanentmagnets bil¬ den. Die Schiebeelemente sind vorteilhafterweise aus amagne¬ tischem Material, um magnetische Kurzschlüsse zwischen den Polen eines Permanentmagneten zu verhindern. Falls die Schiebeelemente sehr dünn sind, können sie auch Teil des Blechpa¬ kets bilden, da dann diese Schiebeelemente Stege über die Ausnehmung bilden, dabei in Sättigung gehen und sich somit wie Luft verhalten.
D.h. durch einen Stanzvorgang können die Ausnehmungen und die Aufnahmeöfffnungen mit den Stegen gebildet werden. Zur Führung der Permanentmagnete müssen dabei notwendigerweise nicht alle Bleche des Rotors mit Stegen versehen sein.
Somit kann durch einen Stanzvorgang bei dem nur jede zweite, dritte oder vierte usw. Ausnehmung mit Stegen versehen wird, beim Paketieren des Rotors durch verdrehen des jeweiligen Blechs um z.B. eine Polbreite ebenfalls eine ausreichende Führung der Permanentmagnete im Rotor geschaffen werden.
Des Weiteren werden zumindest die Hohlräume zwischen den Permanentmagneten und der Aufnahmeöffnung mit amagnetischem Material vergossen. Die weiteren Hohlräume zwischen der Aufnahmeöffnung und der Ausnehmung können dabei ebenfalls gleichzeitig mit vergossen werden.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 Längsschnitt einer prinzipiellen permanenterregten Synchronmaschine,
FIG 2 Querschnitt eines Rotors, FIG 3,4 mehrere Ausgestaltungsformen der Ausnehmungen mit
Permanentmagneten, FIG 5 einen Querschnitt eines Rotors,
FIG 6 einen Ausschnitt aus dem Rotor gemäß FIG 5
FIG 7 Kombination weiterer Ausführungsformen des Rotors.
FIG 1 zeigt in einem Längsschnitt eine prinzipiell darge- stellte permanenterregte Synchronmaschine 1. Die schematisch dargestellte permanenterregte Synchronmaschine 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das einen Stator 3 umfasst, der aus geschich¬ teten Blechen aufgebaut ist. In nicht näher dargestellten Nu- ten dieses Stators 3 befindet sich ein nicht näher darge¬ stelltes Wicklungssystem 5, das aus klassischen gesehnten Spulen oder aus Zahnspulen aufgebaut sein kann.
Eine Welle 5 ist von einem geblecht ausgeführten Rotor 8 umgeben, wobei die Welle 5 durch zwei Lager 6 und deren Lagerschilden 4 gehalten sind. Der Rotor 8 weist Ausnehmungen 7 auf, in die Permanentmagnete 10 axial einsetzbar sind. Es handelt sich somit um vergrabene oder innere Permanentmagnete 10. Die Ausnehmungen 7 können dabei in den in FIG 2 prinzipiell dargestellten unterschiedlichen Formgestaltungen ausgeführt sein.
Selbstverständlich ist es vorteilhaft einen Rotor 8 mit je- weils einer Ausnehmungsform 7 auszuführen.
In FIG 3 sind weitere Ausnehmungen 7 mit ihren Aufnahmeöff¬ nungen 9 dargestellt, wobei die Aufnahmeöffnungen 9 durch Stege 11 unterteilt sind, so dass sich pro Ausnehmung 7 meh- rere Aufnahmeöffnungen 9 ergeben, in die Permanentmagnete 10 axial einsetzbar sind.
Gemäß FIG 4 weisen die Ausnehmungen 7 jeweils nur eine Auf¬ nahmeöffnung 9 auf. Die Zwischenräume können grundsätzlich mit einem amagnetischen Material ausgegossen werden. Dabei werden vorteilhafterweise auch sämtliche Hohlräume einer Aus¬ nehmung 7 mit diesem Material ausgegossen.
Es ist aber durchaus vorstellbar, dass lediglich die zwischen den Permanentmagneten 10 und den Aufnahmeöffnungen 9 vorhandenen Hohlräume auch zur Fixierung der Permanentmagnete 10 mit diesem amagnetischen Material ausgegossen werden. Die verbleibenden Hohlräume zwischen Aufnahmeöffnung und Ausnehmung, sind dabei weiterhin mit Luft gefüllt, und dienen auch so der magnetischen Feldführung.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß FIG 5 weist der Rotor 8 derartige Ausnehmungen 7 auf, so dass sich durch Bestücken dieser Ausnehmungen 7 mit Permanentmagneten 10 in die Aufnahmeöffnungen 9, im Luftspalt der permanenterregten Synchronmaschine 1 eine Flusskonzentration einstellt. D.h. die Feldli¬ nien 20 sind gegenüber der Anordnung gemäß FIG 2 im Luftspalt dichter aneinander. Des Weiteren zeigt FIG 5 einen Rotor 8 mit verschiedenen Durchmessern, der über den gesamten Umfang von der Pollücke zur Polmitte kontinuierlich anwächst und da¬ nach kontinuierlich abnimmt. Damit ergibt sich am Umfang des Rotors 8 eine im Wesentlichen sinusförmige Flussverteilung, so dass man im Betrieb der permanenterregten Synchronmaschine eine sinusförmige Gegen-EMK erhält.
Die Aufnahmeöffnungen 9 können dabei, wie in FIG 6 beispiel¬ haft dargestellt, durch Schiebeelemente 13 voneinander ge- trennt sein. Die Schiebeelemente 13 sind dabei in Schlitzen 14 der jeweiligen Ausnehmung 7 im Blech einander gegenüber angeordnet. Die Schiebeelemente 13 werden vorteilhafterweise vor dem Bestücken mit Permanentmagneten 10 axial in die Schlitze 14 eingesetzt.
FIG 7 zeigt in einer Kombination mehrerer unterschiedlicher Anordnungen einen vierpoligen Rotor 8, wobei jeder Pol eine andere Anordnung seiner Ausnehmungen 7 aufweist. Die Ausnehmungen 7 eines Pols sind bogenförmig oder gerade angeordnet und weisen zwischen den Ausnehmungen 7 jeweils Stege 16 auf, die unterschiedlichste Querschnittsformen, wie z.B. recht¬ eckig, trapez- oder bogenförmig haben.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor 8 für jeden Pol die gleiche Anordnung auf.
Auch die Ausnehmungen 7 selbst sind nicht notwendigerweise auf viereckige Grundformen beschränkt, vielmehr sind auch po¬ lygonale und/oder rundliche Querschnittsformen vorstellbar. Entscheidend dabei ist, dass die darin anzuordnenden Perma¬ nentmagnete 10 axial gut einsetzbar und gut fixierbar sind. Des Weiteren wird durch die Formgebung der Ausnehmungen ggf. auch durch zusätzliche Streuschlitze zwischen Ausnehmung und Luftspalt der permanenterregten Synchronmaschine der Streu- fluss minimiert.
Die Permanentmagnete 10 sind somit in ihrer Formgebung zu- nächst an den Aufnahmeöffnungen 9 ausgerichtet. D.h. sowohl die Aufnahmeöffnungen 9 als auch die Permanentmagnete 10 sind somit in ihrer Querschnittsform, soweit sie einer Montage der Permanentmagnete 10 in die Aufnahmeöffnung 9 nicht entgegen¬ steht frei wählbar. Es sind somit rundliche und/oder, polygo- nale Querschnittsformen wählbar. Diese können u.a. bei den
Aufnahmeöffnungen 9 durch Stanzen des Blechs und bei den Permanentmagneten 10 durch dementsprechende Formgießverfahren erreicht werden.
Weitere Gestaltungsmöglichkeiten sind bei Formgebung der Ausnehmungen 7 möglich, die die Aufnahmeöffnungen 9 enthalten. Dabei stehen insbesondere mechanische Festigkeit bei hohen Drehzahlen und Führung des Magnetflusses im Vordergrund.
Damit sind ebenfalls bei der Gestaltung der Ausnehmungen 7 rundliche und/oder polygonale Formgebungen möglich.
Selbstverständlich ist die Erfindung sowohl bei Innenläufern als auch bei Außenläufern anwendbar.

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (8) einer permanenterregten Synchronmaschine (1), wobei der Rotor (8) innenliegende Permanetmagnete (10) in a- xial verlaufenden Ausnehmungen (7) eines Blechpakets auf¬ weist, wobei die Ausnehmungen (7) jeweils zumindest eine Auf¬ nahmeöffnung (9) für Permanentmagnete (10) aufweisen, und wo¬ bei der Rotor (8) mehrere Pole aufweist und pro Pol mindes¬ tens ein Permanentmagnet (10) vorgesehen ist und Mittel zur Montage und Positionierung der Permanentmagnete (10) vorgese¬ hen sind.
2. Rotor (8) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Ausnehmungen (7) quaderförmig oder kreissegmentartig ausgebildet sind.
3. Rotor (8) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Aufnahmeöffnungen (9) durch Stege (11) und/oder Kanten innerhalb der Ausnehmungen (7) gebildet werden.
4. Rotor (8) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Stege (11) Teile zumindest eini¬ ger Bleche des Blechpakets sind.
5. Rotor (8) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass Stegansätze die Aufnahmeöffnungen (9) bilden.
6. Rotor (8) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass zusätzliche Schiebeelemente (13), die in gegenüberliegende Schlitze (14) eines Blechs des Blechpakets eingreifen die Aufnahmeöffnungen (9) bilden.
7. Rotor (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Perma¬ netmagnete (10) in Flusskonzentrationsrichtung oder tangenti¬ al angeordnet sind.
8. Rotor (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest die Hohlräume zwischen Permanentmagnet (10) und Aufnahmeöff¬ nung (9) oder die Hohlräume zwischen Permanentmagnet (10) und Ausnehmung (7) durch amagnetische Materialien zur zusätzli¬ chen Fixierung der Permanentmagnete (10) ausgegossen werden.
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