WO2018171973A1 - Rotor für eine permanenterregte synchronmaschine und permanenterregte synchronmaschine - Google Patents

Rotor für eine permanenterregte synchronmaschine und permanenterregte synchronmaschine Download PDF

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Thomas Moser
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    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for a permanent magnet synchronous machine, as well as a permanent magnet synchronous machine comprising such a rotor.
  • Permanent-magnet synchronous machines have permanent magnets for exciting the machine in or on the rotor.
  • the permanent magnets are inserted into pockets or recesses in the rotor body of the rotor. Forces of the rotor body must necessarily remain between the magnets in order to be able to meet the strength requirements of the rotor.
  • the document DE 10 2009 043 224 A1 shows an electric machine and a rotor for an electric machine.
  • the rotor has magneto see, permanent magnets and a jacket.
  • the magnetic pockets are formed by grooves on the outer circumference of the rotor and the jacket - in the magnetic pockets, the permanent magnets are positioned and potted there by means of a potting compound.
  • the permanent magnets are circumferentially separated by radial webs of the rotor, more precisely the laminated core of the rotor.
  • the lands between the permanent magnets are magnetically saturated by the permanent magnets, which reduces the possibility of utilizing the active magnetic material. In order to minimize short-circuiting of magnetic stray flux through these webs, they should be as narrow as possible or, in the best case, not present at all, but this would be contrary to the mechanical strength of the rotor.
  • a rotor for a permanently excited synchronous machine comprising a rotor body having at least one recess which extends in an axial direction at least partially through the rotor body, and at least two permanent magnets, wherein the recess at least two longitudinally extending in the circumferential direction of the rotor body first regions, in each of which a permanent magnet is inserted and at least one extending in a radial direction the second region, wherein the rotor body between the inserted permanent magnets in the form of a radial ridge in the second region of the recess extends so that between the radial web and the remaining rotor body, a gap is formed and the radial web has such a free end, wherein the free end of the radial web a geometric Ver and wherein the gap between the radial web and the rest of the rotor body is filled with a magnetically non-conductive material.
  • the rotor comprises a rotor body and at least two permanent magnets.
  • the rotor body is a laminated core, which in turn consists of a plurality of axially laminated metal layers.
  • axial corresponds to a direction along or parallel to a central axis of the rotor.
  • radial corresponds to a direction normal to the central axis of the rotor.
  • the rotor body of the rotor has at least one recess which extends at least partially through the rotor body in an axial direction.
  • the recess has at least two elongated first regions in the circumferential direction of the rotor body and at least one second region extending in a radial direction.
  • the first areas each serve to receive a permanent magnet, wherein a respective permanent magnet is inserted into a respective first area.
  • the rotor body extends between the inserted permanent magnets in the form of a radial web in the second region of the recess such that between the radial web and the remaining rotor body, a gap is formed and the radial web has such a free end.
  • the free end of the radial web has according to the invention on a geometric broadening.
  • the gap between the radial web and the remaining rotor body is filled with a magnetically nonconductive material.
  • a leakage-reduced design of the rotor can be realized without negatively influencing the mechanical strength of the rotor body.
  • a permanent-magnet synchronous machine comprising a stator and a rotor according to the invention.
  • a permanent magnet synchronous machine By means of the inventive design of the permanent magnet synchronous machine, it is possible to form a permanent magnet synchronous machine, which is characterized by a high power density and reliable operation with low space requirement. Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.
  • the geometric broadening of the free end of the radial web of the rotor body of the rotor is preferably formed substantially T-shaped.
  • geometric configurations such as a spherical, a triangular, etc., the geometric broadening conceivable.
  • a further gap may be formed, which is filled with a magnetically non-conductive material.
  • a magnetically non-conductive material for example, it is possible to have the perma- Magnets to fix in a simple manner by means of non-conductive material in the respective first areas.
  • the magnetically non-conductive material is preferably in each case a plastic.
  • the recess in the rotor body of the rotor is preferably incorporated by means of a punching or cutting process in the rotor body.
  • Fig. 1 is a sectional view of a coupling arrangement according to the invention.
  • Fig. Shows a section of a rotor 1 according to the invention.
  • the rotor 1 comprises a rotor body 2 and a plurality of permanent magnets 4 ', 4 ", 4"'.
  • the rotor body 2 of the rotor 1 has a plurality of recesses 3, wherein only one recess 3 is shown completely in the detail shown in FIG. In the following, the embodiment of the rotor according to the invention will be described more precisely on the basis of this recess, which is shown completely in the figure. wrote.
  • the recess 3 extends in an axial direction at least partially through the rotor body 2 of the rotor 1.
  • the recess 3 has three longitudinally extending in the circumferential direction of the rotor body 2 first regions 5 ', 5 ", 5" and two extending in a radial direction second regions 6', 6 "on.
  • a first region 5 ', 5 “, 5'” is a permanent magnet 4 ', 4 ", 4'” inserted.
  • the permanent magnets 4 ', 4 ", 4'” of the rotor 1 can be designed in several parts over their axial extent.
  • the rotor body 2 extends in the form of a radial web 7 ', 7 "in the respective second region 6', 6" of the recess 3 such that between the radial web 7 'and 7 "and the rest of the rotor body 2 in the respective second region 6', 6" of the recess 3 is formed in each case a gap 8 ', 8 "and the radial web 7', 7" so each have a free end 9 ', 9th " having.
  • the respective free end 9 ', 9 "of the respective radial web 7', 7" has a geometric broadening 10 ', 10 "The geometric broadening 10', 10" is in each case essentially T-shaped.
  • the respective gap 8 ', 8 "between the respective radial web 7', 7" and the rest of the rotor body 2 is filled with a magnetically non-conductive material - the respective web 7 ', 7 "are thus completely surrounded by magnetically non-conductive material.
  • the radial webs 7 ', 7 "in the respective second region 6', 6" of the recess 3 are encapsulated by a magnetically non-conductive material, namely a plastic potting compound. 7 ", the strength of the rotor body 2 is restored and thus the reliable operation of the rotor 1 is ensured.

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Abstract

Rotor (1) für eine permanenterregte Synchronmaschine, der Rotor (1) umfassend einen Rotorkörper (2) mit zumindest einer Ausnehmung (3), die sich im Wesentlichen in eine axiale Richtung zumindest teilweise durch den Rotorkörper (2) erstreckt, und zumindest zwei Permanentmagnete (4', 4'', 4'''), wobei die Ausnehmung (3) zumindest zwei in Umfangsrichtung des Rotorkörpers (2) länglich verlaufende erste Bereiche (5', 5'', 5'''), in die jeweils ein Permanentmagnet (4', 4'', 4''') eingeschoben ist und zumindest einen in eine radiale Richtung verlaufenden zweiten Bereich (6', 6'') aufweist, wobei sich der Rotorkörper (2) zwischen den eingeschobenen Permanentmagneten (4', 4'', 4''') in Form eines radialen Steges (7', 7'') in den zweiten Bereich (6', 6'') der Ausnehmung (3) so erstreckt, dass zwischen dem radialen Steg (7', 7'') und dem übrigen Rotorkörper (2) ein Spalt (8', 8'') ausgebildet wird und der radiale Steg (7', 7'') so ein freies Ende (9', 9'') aufweist, wobei das freie Ende (9', 9'') des radialen Steges (7', 7'') eine geometrische Verbreiterung (10', 10'') aufweist und wobei der Spalt (8', 8'') zwischen dem radialen Steg (7', 7'') und dem übrigen Rotorkörper (2) mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt ist.

Description

Rotor für eine permanenterreqte Synchronmaschine und perma- nenterreqte Synchronmaschine
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine, sowie eine permanenterregte Synchronmaschine umfassend einen solchen Rotor.
Stand der Technik Permanenterregte Synchronmaschinen weisen zur Erregung der Maschine in oder auf dem Rotor Permanentmagnete auf. Insbesondere um die Fliehkräfte hochdrehender permanenterregter Synchronmaschinen besser beherrschen zu können, werden die Permanentmagnete in Taschen bzw. Ausnehmungen im Rotorkörper des Rotors eingesetzt. Zwischen den Magneten müssen dabei zwangsweise Ste- ge des Rotorkörpers bestehen bleiben, um die Festigkeitsanforderungen des Rotors erfüllen zu können.
Das Dokument DE 10 2009 043 224 A1 zeigt beispielsweise eine elektrische Maschine und einen Rotor für eine elektrische Maschine. Der Rotor weist Magnetta- sehen, Permanentmagnete sowie einen Mantel auf. Die Magnettaschen werden über Nuten am Außenumfang des Rotors und den Mantel ausgebildet - in den Magnettaschen sind die Permanentmagnete positioniert und dort mittels einer Vergussmasse vergossen. Die Permanentmagnete sind durch radiale Stege des Rotors, genauer des Blechpakets des Rotors, umfänglich voneinander getrennt. Die Stege zwischen den Permanentmagneten werden jedoch durch die Permanentmagnete in magnetische Sättigung gebracht, was die Ausnutzungsmöglichkeit des aktiven Magnetmaterials verringert. Damit möglichst wenig magnetischer Streufluss durch diese Stege kurzgeschlossen wird, sollten diese möglichst schmal bzw. im besten Fall gar nicht vorhanden sein, was jedoch der mechanischen Festigkeit des Rotors entgegensteht.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine zum einen Aufgabe der Erfindung einen Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine mit Permanentmagneten im Rotor anzugeben, der sich durch einen geringen magnetischen Streufluss der Permanentmagnete auszeichnet. Zum anderen ist es Aufgabe der Erfindung eine permanenterregte Synchron- maschine anzugeben, die sich durch eine höhere Leistungsdichte bei gleicher oder geringerer Baugröße auszeichnet.
Die Lösung des ersten Aspekts der Aufgabe erfolgt durch einen Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine, der Rotor umfassend einen Rotorkörper mit zumindest einer Ausnehmung, die sich im Wesentlichen in eine axiale Richtung zumindest teilweise durch den Rotorkörper erstreckt, und zumindest zwei Permanentmagnete, wobei die Ausnehmung zumindest zwei in Umfangsrichtung des Rotorkörpers länglich verlaufende erste Bereiche, in die jeweils ein Permanentmagnet eingeschoben ist und zumindest einen in eine radiale Richtung verlaufen- den zweiten Bereich aufweist, wobei sich der Rotorkörper zwischen den eingeschobenen Permanentmagneten in Form eines radialen Steges in den zweiten Bereich der Ausnehmung so erstreckt, dass zwischen dem radialen Steg und dem übrigen Rotorkörper ein Spalt ausgebildet wird und der radiale Steg so ein freies Ende aufweist, wobei das freie Ende des radialen Steges eine geometrische Ver- breiterung aufweist und wobei der Spalt zwischen dem radialen Steg und dem übrigen Rotorkörper mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt ist.
Erfindungsgemäß umfasst der Rotor einen Rotorkörper sowie zumindest zwei Permanentmagnete. Der Rotorkörper ist ein Blechpaket, das wiederum aus einer Vielzahl axial geschichteter Blechschichten besteht.
Die Begrifflichkeit„axial" entspricht einer Richtung entlang oder parallel zu einer zentralen Achse des Rotors.
Die Begrifflichkeit„radial" entspricht einer Richtung normal auf die zentrale Achse des Rotors.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist der Rotorkörper des Rotors zu- mindest eine Ausnehmung auf, die sich im Wesentlichen in eine axiale Richtung zumindest teilweise durch den Rotorkörper erstreckt. Erfindungsgemäß weist die Ausnehmung zumindest zwei in Umfangsrichtung des Rotorkörpers länglich verlaufende erste Bereiche und zumindest einen in eine radiale Richtung verlaufenden zweiten Bereich auf.
Die ersten Bereiche dienen jeweils der Aufnahme eines Permanentmagneten, wobei jeweils ein Permanentmagnet in jeweils einen ersten Bereich eingeschoben ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung erstreckt sich der Rotorkörper zwischen den eingeschobenen Permanentmagneten in Form eines radialen Steges in den zweiten Bereich der Ausnehmung derart, dass zwischen dem radialen Steg und dem übrigen Rotorkörper ein Spalt ausgebildet wird und der radiale Steg so ein freies Ende aufweist. Das freie Ende des radialen Steges weist erfindungsgemäß eine geometrische Verbreiterung auf.
Der Spalt zwischen dem radialen Steg und dem übrigen Rotorkörper ist erfin- dungsgemäß mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Rotors lässt sich ein streuflussredu- ziertes Design des Rotors verwirklichen ohne dabei die mechanische Festigkeit des Rotorkörpers negativ zu beeinflussen.
Die Lösung des zweiten Aspekts der Erfindung erfolgt durch eine permanenterregte Synchronmaschine umfassend einen Stator und einen erfindungsgemäßen Rotor. Vermittels der erfindungsgemäßen Ausbildung der permanenterregten Synchronmaschine ist es möglich eine permanenterregte Synchronmaschine auszubilden, die sich bei geringem Bauraumbedarf durch eine hohe Leistungsdichte sowie einen zuverlässigen Betrieb auszeichnet. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Die geometrische Verbreiterung des freien Endes des radialen Stegs des Rotorkörpers des Rotors ist bevorzugt im Wesentlichen T-förmig ausgebildet. Es sind jedoch auch andere geometrische Ausgestaltungen, wie beispielsweise eine kugelförmige, eine dreieckige etc., der geometrischen Verbreiterung denkbar.
Zwischen dem radialen Steg und den Permanentmagneten kann jeweils zumindest teilweise ein weiterer Spalt ausgebildet sein, der mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt ist. Derart ist es beispielsweise möglich die Perma- nentmagnete auf einfache Art und Weise mittels des nicht leitfähigen Materials in den jeweiligen ersten Bereichen zu fixieren.
Das magnetisch nicht leitfähige Material ist vorzugsweise jeweils ein Kunststoff.
Die Ausnehmung in dem Rotorkörper des Rotors ist vorzugsweise mittels eines Stanz- oder Zuschnittverfahrens in den Rotorkörper eingearbeitet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Fig. ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kopplungsanordnung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Fig. zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Rotors 1 .
Der Rotor 1 umfasst einen Rotorkörper 2 sowie mehrere Permanentmagnete 4', 4", 4"'.
Der Rotorkörper 2 des Rotors 1 weist mehrere Ausnehmungen 3 auf, wobei in dem in Fig. dargestellten Ausschnitt lediglich eine Ausnehmung 3 vollständig dargestellt ist. Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rotors anhand dieser in der Fig. vollständig abgebildeten Ausnehmung genauer be- schrieben. Die Ausnehmung 3 erstreckt sich in eine axiale Richtung zumindest teilweise durch den Rotorkörper 2 des Rotors 1 .
Die Ausnehmung 3 weist drei in Umfangsrichtung des Rotorkörpers 2 länglich verlaufende erste Bereiche 5', 5", 5" und zwei in eine radiale Richtung verlaufende zweite Bereiche 6', 6" auf.
In jeweils einem ersten Bereich 5', 5", 5'" ist jeweils ein Permanentmagnet 4', 4", 4'" eingeschoben. Die Permanentmagnete 4', 4", 4'" des Rotors 1 können über ihre axiale Erstreckung mehrteilig ausgeführt sein.
Zwischen jeweils zwei eingeschobenen Permanentmagneten 4', 4", 4'" erstreckt sich der Rotorkörper 2 jeweils in Form eines radialen Steges 7', 7" in den jeweiligen zweiten Bereich 6', 6" der Ausnehmung 3 derart, dass zwischen dem radialen Steg 7', 7" und dem übrigen Rotorkörper 2 im jeweiligen zweiten Bereich 6', 6" der Ausnehmung 3 jeweils ein Spalt 8', 8" ausgebildet wird und der radiale Steg 7', 7" so jeweils ein freies Ende 9', 9" aufweist.
Das jeweilige freie Ende 9', 9" des jeweiligen radialen Steges 7', 7" weist eine geometrische Verbreiterung 10', 10" auf. Die geometrische Verbreiterung 10', 10" ist jeweils im Wesentlichen T-förmig ausgeführt.
Der jeweilige Spalt 8', 8" zwischen dem jeweiligen radialen Steg 7', 7" und dem übrigen Rotorkörper 2 ist mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt - die jeweiligen Steg 7', 7" sind somit vollständig von magnetisch nicht leitfähigem Material umgeben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die radialen Stege 7', 7" im jeweiligen zweiten Bereich 6', 6" der Ausnehmung 3 von einem magnetisch nicht leitfähigem Material, hier nämlich eine Kunststoff-Vergussmasse, umspritzt. Durch die Umspritzung des jeweiligen Steges 7', 7" wird die Festigkeit des Rotorkörpers 2 wiederhergestellt und somit der zuverlässige Betrieb des Ro- tors 1 gesichert. Der radialen Stege 7', 7" mit den jeweiligen geometrischen Verbreiterungen 10', 10" an ihren freien Enden 9', 9" stellen jeweils ein Zugelement dar, das den erforderlichen Kraftfluss zwischen dem magnetisch nicht leitfähigen Material in dem jeweiligen Spalt 8', 8" und dem übrigen Rotorkörper 2 sicherstellt.
Zwischen dem radialen Stegen 7', 7" und den jeweiligen Permanentmagneten 4', 4", 4'" ist jeweils ein weiterer Spalt ', 1 1 ", 1 "', 1 1 "" ausgebildet. Diese weiteren Spalte 1 1 ', 1 1 ", 1 1 "', 1 1 "" erstrecken sich lediglich teilweise über die radiale Er- Streckung des jeweiligen Permanentmagneten 4', 4", 4"' und sind mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt.
Bezuqszeichenliste
1 Rotor
2 Rotorkörper
3 Ausnehmung
4', 4", 4'" Permanentmagnet
5', 5", 5'" Erster Bereich (der Ausnehmung)
6', 6" Zweiter Bereich (der Ausnehmung)
7', 7" Radialer Steg
8', 8" Spalt
9', 9" Freies Ende (des radialen Stegs)
10', 10" Geometrische Verbreiterung (des freien Endes)
11', 11", 11"', 11"" Weiterer Spalt

Claims

Patentansprüche
Rotor (1 ) für eine permanenterregte Synchronmaschine, der Rotor (1 ) umfassend
- einen Rotorkörper (2) mit zumindest einer Ausnehmung (3), die sich im Wesentlichen in eine axiale Richtung zumindest teilweise durch den Rotorkörper (2) erstreckt, und
- zumindest zwei Permanentmagnete (4', 4", 4"'),
wobei die Ausnehmung (3) zumindest zwei in Umfangsrichtung des Rotorkörpers (2) länglich verlaufende erste Bereiche (5', 5", 5"'), in die jeweils ein Permanentmagnet (4', 4", 4"') eingeschoben ist und zumindest einen in eine radiale Richtung verlaufenden zweiten Bereich (6', 6") aufweist, wobei sich der Rotorkörper (2) zwischen den eingeschobenen Permanentmagneten (4', 4", 4"') in Form eines radialen Steges (7', 7") in den zweiten Bereich (6', 6") der Ausnehmung (3) so erstreckt, dass zwischen dem radialen Steg (7', 7") und dem übrigen Rotorkörper (2) ein Spalt (8', 8") ausgebildet wird und der radiale Steg (7', 7") so ein freies Ende (9', 9") aufweist, wobei das freie Ende (9', 9") des radialen Steges (7', 7") eine geometrische Verbreiterung (10', 10") aufweist und wobei der Spalt (8', 8") zwischen dem radialen Steg (7', 7") und dem übrigen Rotorkörper (2) mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt ist.
2. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die geometrische Verbreiterung (10', 10") des freien Endes (9', 9") des radialen Stegs (7', 7") im Wesentlichen T- förmig ausgebildet ist.
Rotor (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen dem radialen Steg (7', 7") und den Permanentmagneten (4', 4", 4"') jeweils zumindest teilweise ein weiterer Spalt (1 1 ', 1 1 ", 1 "', 1 1 "") ausgebildet ist, der mit einem magnetisch nicht leitfähigen Material gefüllt ist.
Rotor (1 ) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei das magnetisch nicht leitfähige Material jeweils ein Kunststoff ist.
Rotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ausnehmung (3) mittels eines Stanz- oder Zuschnittverfahrens in den Rotorkörper (2) eingebracht ist.
6. Permanenterregte Synchronmaschine, umfassend einen Stator und einen Rotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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