WO2022089920A1 - Rotor für eine permanenterregte synchronmaschine und permanenterregte synchronmaschine - Google Patents

Rotor für eine permanenterregte synchronmaschine und permanenterregte synchronmaschine Download PDF

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WO2022089920A1
WO2022089920A1 PCT/EP2021/077979 EP2021077979W WO2022089920A1 WO 2022089920 A1 WO2022089920 A1 WO 2022089920A1 EP 2021077979 W EP2021077979 W EP 2021077979W WO 2022089920 A1 WO2022089920 A1 WO 2022089920A1
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rotor
holding part
laminated core
recesses
permanent magnets
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PCT/EP2021/077979
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Denes Dobberke
Aleksander JERIN
Daniel MECKL
Stefan Weindl
Stefan Brunhuber
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Definitions

  • the invention relates to a rotor for a permanent-magnet synchronous machine, having at least one laminated core, which comprises a plurality of laminated sheets stacked in the direction of an axis of rotation of the rotor.
  • a plurality of recesses are formed in the laminated core, in which respective permanent magnets are accommodated.
  • the respective recess has a first end area which is closer to the axis of rotation of the rotor than a second end area of the recess.
  • the invention relates to a permanently excited synchronous machine with such a rotor.
  • a rotor of the type mentioned is described for example in DE 199 15664 A1.
  • mutually adjacent recesses assigned to a respective magnetic pole of the rotor are arranged in a V-shape for receiving the permanent magnets.
  • the V-shapes of the recesses associated with the respective magnetic pole widen in the radial direction.
  • this narrow web is referred to as a scattering web.
  • the aim is to keep the width of such webs, ie the dimensions of the respective web in the circumferential direction of the rotor, as small as possible. Because in the area of these webs or stray webs, an undesired closing or short-circuiting of the magnetic field lines of the permanent magnets arranged in the recesses occurs, this closing or short-circuiting of the magnetic field lines also being referred to as scattering. This undesired electromagnetic scattering is disadvantageous because the power potential and the torque potential of the electrical machine is reduced as a result of the scattering.
  • the mechanical strength of the laminated core is limited by narrow scattering ribs, so that the laminating bundle could tear at the scattering ribs at higher rotor speeds. Consequently, only a correspondingly lower maximum speed can be achieved. A higher speed stability can be achieved with wider spreader bars. However, more scatter then occurs and more magnet mass is required for the same torque. This is disadvantageous because the magnetic material of the permanent magnets is expensive.
  • the aim of a higher rotor speed can be to reduce the size of the permanent magnet synchronous machine and thus also the magnetic mass.
  • a high speed stability combined with high torque capacity of the synchronous machine leads to high performance.
  • An increase in the speed stability can thus be used to increase the power density.
  • the provision of narrow webs or spreading webs reduces the speed stability of the rotor, ie the maximum speed up to which the rotor can be operated without the rotor being damaged during operation.
  • the laminations used to form the laminated core have favorable electromagnetic properties, but they are associated with comparatively low yield points and low tensile strengths.
  • narrow webs are only able to withstand the loads occurring during operation of the rotor, ie during its rotation about the axis of rotation, to a limited extent.
  • the thickness of the laminations arranged stacked in the laminated core is comparatively small.
  • Webs that are wide in the circumferential direction of the rotor ensure a higher achievable speed stability of the rotor.
  • this has the disadvantage of requiring a higher magnet mass if the same maximum torque is to be achieved with the permanent-magnet synchronous machine as when using a rotor with narrower webs.
  • narrower webs or scattering webs allow the use of permanent magnets with a lower respective mass. But then only a lower torque of the electrical machine or synchronous machine can be achieved, which has the rotor.
  • the object of the invention is to create a rotor of the type mentioned at the outset, by means of which an increased performance of the permanently excited synchronous machine can be achieved with the given permanent magnets, and to specify a permanently excited synchronous machine with such a rotor.
  • a rotor according to the invention for a permanent-magnet synchronous machine has at least one laminated core, which includes a plurality of laminated sheets stacked in the direction of an axis of rotation of the rotor.
  • a plurality of recesses are formed in the laminated core, in which respective permanent magnets are accommodated.
  • the respective recess has a first end area which is closer to the axis of rotation of the rotor than a second end area of the recess.
  • the permanent magnets are arranged in recesses which are adjacent to one another in the circumferential direction of the rotor and whose first end regions are closer to one another than the second end regions in the circumferential direction of the rotor such that like poles of the permanent magnets face one another.
  • the rotor has at least one holding part separate from the laminated core, by means of which a first section of the laminated core adjoining the adjacent recesses is coupled to a second section of the laminated core adjoining the adjacent recesses.
  • the at least one holding part has a lower magnetic conductivity than a partial area of the laminated core whose volume is equal to a volume of the holding part.
  • the holding part therefore ensures that in the area in which the holding part holds together the sections of the laminated core adjoining the adjacent recesses, there is less undesirable magnetic scattering in the form of a closing of the magnetic field lines of the permanent magnets than would be the case if instead of the holding part, a partial area in the form of a web of the laminated core would ensure the cohesion of the sections of the laminated core.
  • the at least one holding part has the lower magnetic conductivity than a partial area of the laminated core of the same volume, ie a partial area which has the same volume as the holding part. Because of the comparatively low magnetic conductivity of the at least one holding part, there is a reduced degree of closing or short-circuiting of the magnetic field lines of the permanent magnets that are arranged in the adjacent recesses.
  • the at least one holding part ensures that the respective sections of the laminated core are held together, which are spaced apart from one another in particular in the radial direction of the rotor and are preferably held together by the holding part in this radial direction.
  • the holding part ensures that the rotor has a higher speed stability than would be the case without the provision of the holding part. Consequently, with the given permanent magnets accommodated in the respective recesses, the rotor can be used to achieve increased performance of the permanently excited synchronous machine which has the rotor.
  • the at least one holding part causes a reduction in the scattering of the magnetic field lines of the permanent magnets, which are arranged in the adjacent recesses and whose magnetic poles of the same name face each other, a reduction in the magnet mass can be achieved for a given outer diameter of the rotor and, as a result, a Achieve a reduction in manufacturing costs.
  • the performance of the permanent-magnet synchronous machine can be increased in the form of an increase in the maximum torque and/or the maximum power.
  • the respective advantages of reducing the production costs or increasing the performance are pronounced to different extents.
  • the at least one holding part particularly thin webs or webs that are particularly narrow in the circumferential direction of the rotor can also be realized in the form of the holding parts between the first end regions of the adjacent recesses without adversely affecting the speed stability of the rotor.
  • lightweight construction potential can be tapped or a rotor with a particularly low weight can be realized.
  • the mechanical strength of the rotor in the area of the holding parts can be increased, resulting in higher speed stability.
  • the circumferential direction of the rotor corresponds to the direction of rotation of the rotor when it rotates about its axis of rotation.
  • the reduction in the scattering of the magnetic field in the region of the holding part can be decoupled from the reduction in speed stability that usually accompanies this.
  • the rotor can thus be used in a permanently excited synchronous machine, which at the same time has a high speed stability and a low magnetic mass and also a high maximum torque.
  • the at least one holding part preferably has a higher yield point and/or a higher tensile strength than a partial area of the laminated core that is the same as the volume of the holding part. If such a holding part is used in the area of the respective adjacent recesses, namely where the first end areas of the adjacent recesses are close to one another, a particularly high strength of the rotor can be achieved, particularly in the area in which the first section and the second section of the laminated core is coupled or connected to one another by the respective holding part.
  • the at least one holding part has the higher yield point and/or the higher tensile strength, the at least one holding part can be used to provide a particularly thin web at this particular point on the rotor, at which the at least one holding part for holding the two sections of the laminated core together cares.
  • the at least one holding part can be designed particularly easily. This applies in particular in comparison to a rotor in which the sheet metal material of the stacked sheets of the laminated core is used to achieve the same strength in the area of such webs.
  • the at least one holding part is preferably formed from a material which has a lower magnetic conductivity than a material from which the laminations of the laminated core are formed.
  • the particularly low magnetic conductivity of the at least one holding part can thus be implemented very easily and with little effort.
  • a number of materials can be used as the material for the holding part, for example steel, aluminum, a fiber-reinforced, in particular glass-fiber-reinforced, plastic, ceramic or the like. All of these materials mean that a holding part made of such a material has the lower magnetic conductivity than would be the case for a partial area of the laminated core whose volume is the same as the volume of the holding part. However, from a manufacturing point of view and also in terms of a desirable high Strength of the holding part certain materials particularly suitable for providing the holding part.
  • the at least one holding part is therefore preferably formed from stainless steel.
  • a particularly good cohesion of the sections of the laminated core can be achieved. This is especially true when the stainless steel or stainless steel allows work hardening and/or hardening in some other way.
  • the at least one holding part is preferably formed from stainless steel with an austenitic structure.
  • the magnetic conductivity is particularly low.
  • such a stainless steel can be cold-worked very well and thus achieve a particularly high material strength.
  • the use of stainless steel with an austenitic structure for providing the holding part is advantageous in view of the associated ductility of the holding part. Because then the holding part has a particularly high elongation at break. In other words, the holding part breaks following an initially elastic deformation and after reaching the yield point plastic deformation much later than would be the case when using a material for the holding part from which the laminations of the laminated core are formed.
  • the at least one holding part is preferably connected to the sections of the laminated core in a form-fitting manner. As a result, a particularly resilient cohesion of the sections of the laminated core is achieved by the at least one holding part. This is advantageous with regard to the speed stability of the rotor.
  • the at least one holding part preferably has a web which connects respective ends of the holding part to one another.
  • a first end of the holding part is coupled to the first section of the laminated core
  • a second end of the holding part is coupled to the second section of the laminated core.
  • the web of the holding part is preferably arranged between the first end regions of the adjacent recesses. In this way, the holding part can ensure that the sections of the laminated core are held together in a particularly effective manner.
  • the adjacent recesses are delimited in their first end regions by the web of the holding part.
  • the first end areas of the adjacent recesses are particularly close to one another, there is no material of the laminated core at all that would lead to unwanted scattering or to an unwanted closing of the magnetic field lines of the permanent magnets, which in the neighboring Recesses are arranged.
  • the permanent magnets accommodated in the adjacent recesses are preferably spaced apart from the web of the holding part.
  • the area in the vicinity of the web of the holding part that is not occupied by other material or is not filled with air serves as a magnetic flux brake. This is particularly advantageous for reducing the undesired scattering of the magnetic field lines.
  • the ends of the holding part preferably have larger dimensions in the circumferential direction of the rotor than the web of the holding part. In this way, it is very easy to anchor the ends of the holding part to the respective sections of the laminated core.
  • the ends of the holding part are forming a respective
  • the recordings in are formed in the sections of the laminated core that are coupled to one another by means of the holding part.
  • Such a form-fit connection of the holding part with the sections of the laminated core ensures that the holding part can absorb tensile loads particularly well, which occur during operation of the rotor, ie when the rotor rotates about the axis of rotation.
  • a thermal joining method or temperature-induced joining method is used to introduce the at least one holding part into the laminated core
  • a high tensile load can be absorbed by the holding part positively connected to the sections of the laminated core.
  • a joining partner in particular the holding part, can be heated and introduced into the other joining partner in the heated state. The subsequent cooling of the previously heated joining partner then causes the holding part to apply tensile stress to the sections of the laminated core.
  • Such a shrinking of one of the joining partners onto the other can also be achieved if the heated joining partner is the laminated core, while the holding part remains cold or is not heated in this joining process.
  • An outer contour of the respective end of the holding part preferably corresponds to an inner contour of the corresponding receptacle. In this way, the ends of the holding part can be easily introduced into the corresponding receptacles during manufacture of the rotor.
  • the respective end of the holding part is accommodated in the corresponding receptacle essentially without play.
  • a particularly good distribution of the tensile loads occurring during the rotation of the rotor about its axis of rotation on the material of the laminated core that surrounds the respective end of the holding part in the region of the respective receptacle can then be achieved.
  • the last-mentioned advantage is given to a particular degree when the outer contour of the respective end of the holding part has a round cross section. So if the holding part has round ends or head areas in cross-section, which are also received at least largely without play in the corresponding receptacles, point loads in the area of the sections of the laminated core can be avoided to a particularly large extent, which can occur when the rotor rotates about its axis of rotation. However, it can also be provided that at least one free space is formed between an outer contour of the respective end of the holding part and an inner contour of the corresponding receptacle.
  • Such a configuration is advantageous in particular with regard to the assembly, ie the introduction of the at least one holding part into the laminated core in the area of the sections to be coupled to one another.
  • tolerances, in particular manufacturing tolerances, of the holding part and/or of the receptacles corresponding to the ends of the holding part can be compensated particularly well if there is at least one free space between the outer contour of the respective end of the holding part and the inner contour of the corresponding receptacle.
  • the outer contour of the respective end of the holding part can be mushroom-shaped in cross section, that is to say correspond in cross section to the cross section of a mushroom head.
  • Such a configuration of one end or both ends of the holding part enables in particular good support of a respective underside of the mushroom head shape on a corresponding support surface which is provided on the side of the receptacle. This is advantageous with regard to the absorption of tensile loads by the holding part.
  • the respective end of the holding part rests with a straight contact surface on a corresponding contact surface of the receptacle.
  • the provision of such straight contact surfaces involves less effort in terms of production technology than is the case with curved, in particular round, contact surfaces.
  • a good distribution of the load on the respective end of the holding part can be achieved in this way.
  • a permanently excited synchronous machine according to the invention has a rotor according to the invention.
  • the permanently excited synchronous machine also includes a stator, which has a stator winding for providing a rotating magnetic field.
  • the rotating field can be used to cause the rotor to rotate about its axis of rotation.
  • FIG. 1 shows a schematic and perspective representation of a rotor for a permanently excited synchronous machine, which has a plurality of laminated cores
  • FIG. 2 shows a schematic and perspective plan view in the direction of an axis of rotation of the rotor of one of the stacked laminations which form a respective laminated core of the rotor;
  • FIG. 3 schematically shows a section of the rotor, with sections of the laminated core spaced apart from one another in the radial direction being held together by a holding part according to a first variant
  • FIG. 4 schematically shows a section of the rotor, with the sections of the laminated core spaced apart from one another in the radial direction being held together by a holding part according to a second variant;
  • FIG. 5 is a highly schematic and partial sectional representation of a permanent-magnet synchronous machine with the rotor having the holding parts according to FIG. 1.
  • a rotor 1 or runner for a permanent magnet synchronous machine 2 (compare Fig. 5) is shown in a schematic, perspective view.
  • the rotor 1 is designed as an internal rotor.
  • the structural configuration of the rotor 1 described below can also be used in the case of a rotor designed as an external rotor.
  • the rotor 1 rotates about an axis of rotation 3 which is arranged in the center of a rotor shaft 4 of the rotor 1 in the present case.
  • the rotor 1 has a plurality of laminated cores 5, only some of which are provided with a reference number in FIG. 1 for reasons of clarity.
  • Each of the stacks of laminations 5 has a large number of individual laminations 6 of smaller sheet thickness, one of which is shown schematically and in a plan view in the direction of the axis of rotation 3 in FIG. 2 .
  • the laminations 6 are stacked in the respective laminated core 5 in the direction of the axis of rotation 3 and connected to one another, for example by welding.
  • about 100 or even more than 100 metal sheets 6 can be arranged stacked in the direction of the axis of rotation 3 in a respective laminated core 5 .
  • the individual sheets 6 can be cut out of large rolled sheets, for example by means of a laser tool or a punching tool, with recesses 7 , 8 being able to be made in the respective sheets 6 .
  • each individual sheet metal 6 for the rotor 1 of the permanent-magnet synchronous machine 2 has a plurality of recesses 7, 8, of which only a few are provided with a respective reference number in FIG. 2 for reasons of clarity.
  • the recesses 7 , 8 are aligned with one another, so that the respective laminated core 5 also has corresponding recesses 7 , 8 .
  • Respective permanent magnets 9, 10 are accommodated in the recesses 7, 8 in the rotor 1 of the permanently excited synchronous machine 2 (compare FIGS. 3 and 4), which are not shown in FIG. 2 for reasons of clarity.
  • the permanent magnets 9, 10 are arranged in adjacent recesses 7, 8 in such a way that magnetic poles of the same name, i.e. the magnetic north poles N or the magnetic south poles S of the permanent magnets 9, 10 accommodated in the adjacent recesses 7, 8, face each other are.
  • the permanent magnets 9, 10 are arranged in such a way that the magnetic north poles N face each other.
  • other permanent magnets 9, 10 are arranged such that the magnetic south poles S of the permanent magnets 9, 10 face one another here.
  • the sheet metal 6 of which is shown in FIG form In addition, in the rotor 1, the sheet metal 6 of which is shown in FIG form. In the configuration of the laminations 6 shown in Fig. 2, the legs of the V-shape do not intersect in the area of the axis of rotation 3, but rather in the radial direction of the rotor 1 at a distance from the axis of rotation 3, specifically in the area of the laminated core 5.
  • the statements made below also apply to a rotor 1 in which the recesses 7 , 8 extend strictly in the radial direction, so that the legs of the V-shape intersect in the area of the axis of rotation 3 .
  • the permanent magnets 9, 10 are arranged in all the recesses 7, 8 that are adjacent to one another in the circumferential direction of the rotor 1 in such a way that the magnetic poles N, S of the same name of the respective adjacent permanent magnets 9, 10 face each other.
  • the respective orientations of the permanent magnets 9, 10 accommodated in the recesses 7, 8 alternate in the recesses 7, 8 that are adjacent to one another in the circumferential direction of the rotor 1.
  • the first end regions 11 of the respectively associated recesses 7, 8 are closer to the axis of rotation 3 of the rotor 1 than the second end regions 12 of these recesses 7, 8.
  • webs or material bridges 13 are usually present in the laminated core 5, of which only a few are provided with a reference number in FIG. 2 for reasons of illustration.
  • FIG. 2 shows only one of these holding parts 14, of which respective variants are shown enlarged in FIG. 3 and in FIG. In fact, however, such holding parts 14 are also present in the laminated core 5 wherever the material bridges 13 formed from the material of the laminations 6 are shown in FIG.
  • the holding parts 14 are therefore located at those points of the laminated core 5 at which, in the adjacent recesses 7, 8, the first end areas 11 of which are closer to one another in the circumferential direction of the rotor 1 than the second end areas 12, the permanent magnets 9, 10 are arranged in such a way that the same poles N, S of the permanent magnets 9, 10 face each other.
  • the holding parts 14 thus replace the material bridges 13 usually formed from the material of the respective laminations 6 in the rotor 1 in the laminated core 5.
  • the holding parts 14 are formed from a material which has a particularly low magnetic conductivity.
  • the magnetic conductivity of the respective holding part 14 is lower than would be the case if the volume occupied by the holding part 14 were formed by a partial area of the laminated core 5, which has the same volume as the holding part 14.
  • the low magnetic conductivity of the holding part 14 ensures that in the area of the respective holding part 14 there is no or a particularly low and undesired electromagnetic scattering, ie an undesired closing of the magnetic field lines of the respective permanent magnet 9, 10.
  • a closing of the magnetic field lines takes place when a magnetically conductive material such as the material bridge 13 is present in the rotor 1 instead of the holding parts 14 . Because the magnetically highly conductive material of the material bridges 13 ensures that the magnetic field lines of the respective permanent magnets 9, 10 are short-circuited.
  • the aim is therefore to keep the width of the material bridges 13 of the respective laminated core 5, which are also referred to as stray webs due to the electromagnetic scattering caused by them, as small as possible.
  • thin or narrow material bridges 13 or scattering webs ensure that the rotor has a low speed stability.
  • the scattering web or the material bridge 13 between the adjacent recesses 7, 8 is in the present case replaced by the respective holding part 14, which is formed from a magnetically non-conductive material or a material having a particularly low magnetic conductivity.
  • the respective holding part 14 can be formed from a non-corrosive or stainless steel with an austenitic structure.
  • the holding part 14 can form a scattering web, which is made of stainless steel or high-grade steel, in particular stainless steel with an austenitic structure, and which particularly largely reduces the undesired scattering or the undesired closing of the magnetic field lines of the permanent magnets 9, 10 .
  • the holding part 14 ensures a high speed stability of the rotor 1. This is because the respective holding part 14 couples a first section 15 of the laminated core 5 adjoining the mutually adjacent or assigned recesses 7, 8 to a second section 15 of the mutually adjoining recesses 7, 8 adjacent portion 16 of the laminated core 5 (see Fig. 3). In this case, the first section 15 of the laminated core 5 is further away from the axis of rotation 3 of the rotor 1 than the second section 16 of the laminated core 5. Accordingly, the holding part 14 is particularly well suited to the tensile loads occurring when the rotor 1 rotates about its axis of rotation 3 record.
  • the holding part 14 assumes the mechanical cohesion of the sections 15, 16, in particular in the area between the V-shaped, adjacent recesses 7, 8, in which the permanent magnets 9, 10 are arranged with the poles N of the same name facing one another (compare Fig. 3).
  • a thermal joining process can be used in particular to fix the holding part 14 on or in the laminated core 5 and thus to couple the holding part 14 to the sections 15, 16.
  • the holding parts 14 can be connected to the respective sections 15, 16 by welding.
  • a web 17 of the holding part 14 preferably forms a respective boundary of the adjacent recesses 7, 8.
  • the adjacent recesses 7, 8 can be separated in their first end regions 11 by the web 17 of the holding part 14 be limited.
  • the permanent magnets 9 , 10 accommodated in the adjacent recesses 7 , 8 are spaced apart from the web 17 of the holding part 14 .
  • the permanent magnets 9 , 10 accommodated in the adjacent recesses 7 , 8 are spaced apart from the web 17 of the holding part 14 .
  • the permanent magnets 9, 10 are spaced from an outer edge of the respective recess 7, 8 in the radial direction. Accordingly, magnetic flux barriers or magnetic flux brakes are preferably also provided by the second end regions 12 of the recesses 7, 8 because no material formed by the laminations 6 of the laminated core 5 is present in these second end regions 12 either.
  • the electromagnetic design of the rotor 1 leads to a particularly high torque potential and power potential of the permanently excited synchronous machine 2 for a given outer diameter of the rotor 1.
  • permanent magnets 9, 10 that are smaller and thus have a lower mass can be used in order to obtain the same performance of the permanently excited synchronous machine 2 as would be the case if the material bridge 13 was provided instead of the web 17 of the holding part 14. It is therefore possible to save on purchasing expensive magnetic mass and/or to increase the performance of the permanently excited synchronous machine 2 .
  • the holding part 14 is made of a stainless steel with an austenitic structure, which has a good work hardening potential and is accordingly work hardened, particularly high material strengths of the laminated core 5 can be achieved where the holding part 14 holds the sections 15, 16 together. As a result, particularly thin geometries of the respective holding part 14 are possible.
  • respective ends 18, 19 of the holding part 14 are formed with an outer contour that is round in cross section.
  • this outer contour corresponds to an inner contour of a respective receptacle 20, 21, which is formed in the region of the respective section 15, 16.
  • the receptacle 20 for the end 19 of the holding part 14 has an inner contour that is round in cross section
  • the receptacle 21 for the end 18 of the holding part 14 also has an inner contour that is round in cross section.
  • the holding part 14 is configured slightly differently than in the variant shown in FIG. According to FIG. 4, the ends 18, 19 different forms than is the case with the holding part 14 shown in FIG. In this case, an outer contour of the respective end 18, 19 is designed in cross section in the manner of a mushroom head or is designed to correspond to the cross section of a mushroom head.
  • free spaces 30 are formed between the outer contour of the respective end 18 , 19 and the inner contour of the corresponding receptacles 20 , 21 .
  • the provision of these free spaces 30 facilitates the introduction of the holding part 14 into its installation position in the laminated core 5, since the ends 18, 19 can be inserted particularly well into the respective receptacles 20, 21.
  • the respective end 18, 19 has a straight contact surface 22 which bears against a corresponding contact surface 23 of the corresponding receptacle 20, 21.
  • Straight contact surfaces 22 or corresponding contact surfaces 23 of this type can be provided in a particularly simple manner in terms of production technology.
  • a good support of the mushroom-shaped end 18, 19 can be achieved on these contact surfaces 23 provided on the side of the sections 15, 16.
  • FIG. 4 also shows part of the rotor shaft 4 of the rotor 1, which is not shown in FIG.
  • FIG. 5 the permanently excited synchronous machine 2 is shown with the rotor 1 in a highly schematic sectional view.
  • the permanent-magnet synchronous machine 2 has, in a manner known per se, a stator 24 with a stator winding 25 which is only indicated schematically in the present case.
  • An air gap 26 is formed between the stator 24 and the rotor 1 .
  • a rotating magnetic field can be provided by means of the stator winding 25 , by means of which the rotor 1 can be caused to rotate about its axis of rotation 3 during operation of the permanent-magnet synchronous machine 2 .
  • clamping disks 27, 28 or cover disks of the rotor 1 arranged in such a permanently excited synchronous machine 2, between which the laminated cores 5 are arranged pressed against one another.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine permanenterregte Synchronmaschine, mit einem Blechpaket mit Ausnehmungen (7, 8), in welchen jeweilige Permanentmagnete (9, 10) aufgenommen sind. Die Ausnehmung (7, 8) weist einen ersten Endbereich (11) auf, welcher einer Drehachse des Rotors (1) näher ist als ein zweiter Endbereich (12). In Ausnehmungen (7, 8), welche einander benachbart sind und deren erste Endbereiche (11) in Umfangsrichtung des Rotors (1) einander näher sind als die zweiten Endbereiche (12), sind die Permanentmagnete (9, 10) derart angeordnet, dass gleichnamige Pole (N) der Permanentmagnete (9, 10) einander zugewandt sind. Der Rotor (1) weist wenigstens ein Halteteil (14) auf, mittels welchem ein erster Abschnitt (15) des Blechpakets mit einem zweiten Abschnitt (16) des Blechpakets gekoppelt ist. Das Halteteil (14) weist eine geringere magnetische Leitfähigkeit auf als ein Teilbereich des Blechpakets, dessen Volumen einem Volumen des Halteteils (14) gleich ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine permanenterregte Synchronmaschine.

Description

Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine und permanenterregte Synchronmaschine
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine, mit wenigstens einem Blechpaket, welches eine Mehrzahl von in Richtung einer Drehachse des Rotors gestapelten Blechen umfasst. In dem Blechpaket ist eine Mehrzahl von Ausnehmungen ausgebildet, in welchen jeweilige Permanentmagnete aufgenommen sind. Die jeweilige Ausnehmung weist einen ersten Endbereich auf, welcher der Drehachse des Rotors näher ist als ein zweiter Endbereich der Ausnehmung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine permanenterregte Synchronmaschine mit einem solchen Rotor.
Ein Rotor der eingangs genannten Art ist beispielsweise in der DE 199 15664 A1 beschrieben. Hierbei sind einander benachbarte und einem jeweiligen magnetischen Pol des Rotors zugeordnete Ausnehmungen zur Aufnahme der Permanentmagnete V-förmig angeordnet. Die V-Formen der dem jeweiligen magnetischen Pol zugeordneten Ausnehmungen verbreitern sich in radialer Richtung. In Endbereichen, in welchen die Ausnehmungen einer jeweiligen V-Form aufeinander zulaufen, ist zwischen den Ausnehmungen ein schmaler Steg vorhanden, wobei der Steg aus den gestapelten Blechen des Blechpakets gebildet ist. In der DE 199 15 664 A1 wird dieser schmale Steg als Streusteg bezeichnet.
Bei der Konzeption eines Rotors oder Läufers für eine permanenterregte Synchronmaschine ist man bestrebt, eine Breite derartiger Stege, also eine Abmessung des jeweiligen Stegs in Umfangsrichtung des Rotors, möglichst gering zu halten. Denn im Bereich dieser Stege oder Streustege tritt ein unerwünschtes Schließen beziehungsweise Kurzschließen der Magnetfeldlinien der in den Ausnehmungen angeordneten Permanentmagnete auf, wobei dieses Schließen oder Kurzschließen der Magnetfeldlinien auch als Streuung bezeichnet wird. Diese unerwünschte elektromagnetische Streuung ist nachteilig, weil aufgrund der Streuung das Leistungspotential und das Drehmomentpotential der elektrischen Maschine verringert ist.
Je schmaler der Steg zwischen den benachbarten Ausnehmungen ist, welche die sich in radialer Richtung des Rotors öffnende V-Form bilden, desto geringer ist die magnetische Streuung, welche durch das Material der Bleche des Blechpakets bewirkt wird. Folglich ist es bei einer schmalen Ausgestaltung der Stege möglich, Permanentmagnete mit einer geringeren Masse einzusetzen, als dies zum Erreichen einer gleich großen Leistung beziehungsweise eines gleich großen Drehmoments bei breiteren Stegen erforderlich wäre.
Wenn jedoch der Steg oder Streusteg sehr schmal ist, so treten bei hohen Drehzahlen des Rotors in dem Bereich, in welchem die V-förmig angeordneten Ausnehmungen aufeinander zulaufen beziehungsweise sich annähern, und von diesem Bereich aus auch zu der Drehachse des Rotors hin Plastifizierungen auf. Ein derartiges lokales Plastifizieren der Bleche des Blechpakets, insbesondere im Bereich von Kerben, tritt somit vor allem bei dünnen beziehungsweise schmalen Geometrien der Stege und bei hohen Drehzahlen des Rotors auf. Diese Plastifizierungen führen wiederum zu einem Materialversagen der Bleche, einem unerwünschten Setzverhalten im gesamten Aufbau des Rotors oder gegebenenfalls zur Ausbildung von lokalen Anrissstellen. Es kann dann vorkommen, dass der Rotor an diesen gestellte Anforderungen im Hinblick auf die Drehzahl oder das Drehmoment nicht mehr erfüllen kann.
Des Weiteren wird durch schmale Streustege die mechanische Festigkeit des Blechpakets eingeschränkt, sodass es an den Streustegen bei höherer Drehzahl des Rotors zu einem Reißen des Blechpakets kommen könnte. Folglich kann nur eine entsprechend geringere Maximaldrehzahl erreicht werden. Mit breiteren Streustegen kann man eine höhere Drehzahlfestigkeit erreichen. Jedoch tritt dann mehr Streuung auf, und es wird mehr Magnetmasse für das gleiche Drehmoment benötigt. Dies ist nachteilig, weil das Magnetmaterial der Permanentmagnete teuer ist.
Ziel einer höheren Drehzahl des Rotors kann es sein, die Größe der permanenterregten Synchronmaschine zu verringern und damit auch die Magnetmasse. Eine hohe Drehzahlfestigkeit bei zugleich hoher Drehmomentfähigkeit der Synchronmaschine führt zu einer hohen Leistung. Ein Erhöhen der Drehzahlfestigkeit kann somit zur Leistungsdichtesteigerung genutzt werden.
Zwar wird die Maximalleistung der permanenterregten Synchronmaschine in der Regel nicht bei der Maximaldrehzahl erreicht. Dennoch kann eine aufgrund schmaler Streustege verringerte Drehzahlfestigkeit dazu führen, dass bei Einsatz eines mit einer Rotorwelle des Rotors Wirkverbundenen Getriebes, welches eine mechanische Übersetzung aufweist, entweder die Höchstdrehzahl oder das Maximaldrehmoment am Getriebeausgang verringert sind. Diese Nachteile können durch eine Vergrößerung der elektrischen Synchronmaschine oder eine Erhöhung der Magnetmasse wieder ausgeglichen werden. Bei einer Erhöhung der Magnetmasse sind wieder etwas breitere Streustege vorzusehen, um die gleiche Drehzahlfestigkeit zu erreichen wie bei einem Rotor mit geringerer Masse der Permanentmagnete und mit schmalen Streustegen.
Jedoch sinkt beim Vorsehen schmaler Stege oder Streustege wie bereits erwähnt die Drehzahlfestigkeit des Rotors, also die maximale Drehzahl, bis zu welcher Rotor betrieben werden kann, ohne dass eine Beschädigung des Rotors im Betrieb desselben auftritt. Dies liegt daran, dass die Bleche, welche zum Ausbilden des Blechpakets verwendet werden, zwar günstige elektromagnetische Eigenschaften aufweisen, welche aber mit vergleichsweise niedrigen Streckgrenzen und niedrigen Zugfestigkeiten einhergehen. Folglich sind schmale Stege nur begrenzt dazu in der Lage, die im Betrieb des Rotors, also bei dessen Rotation um die Drehachse, auftretenden Belastungen auszuhalten. Zudem ist auch die Dicke der in dem Blechpaket gestapelt angeordneten Bleche vergleichsweise gering.
In Umfangsrichtung des Rotors breite Stege sorgen zwar für eine höhere erreichbare Drehzahlfestigkeit des Rotors. Dies bringt jedoch den Nachteil einer höheren erforderlichen Magnetmasse mit sich, wenn mit der permanenterregten Synchronmaschine dasselbe maximale Drehmoment erreicht werden soll wie bei Verwendung eines Rotors mit schmaleren Stegen.
Umgekehrt ermöglichen schmalere Stege oder Streustege den Einsatz von Permanentmagneten mit einer geringeren jeweiligen Masse. Aber dann lässt sich auch nur ein geringeres Drehmoment der elektrischen Maschine beziehungsweise Synchronmaschine erreichen, welche den Rotor aufweist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Rotor der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich bei gegebenen Permanentmagneten eine vergrößerte Leistungsfähigkeit der permanenterregten Synchronmaschine erreichen lässt, und eine permanenterregte Synchronmaschine mit einem solchen Rotor anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine permanenterregte Synchronmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung. Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine weist wenigstens ein Blechpaket auf, welches eine Mehrzahl von in Richtung einer Drehachse des Rotors gestapelten Blechen umfasst. In dem Blechpaket ist eine Mehrzahl von Ausnehmungen ausgebildet, in welchen jeweilige Permanentmagnete aufgenommen sind. Die jeweilige Ausnehmung weist einen ersten Endbereich auf, welcher der Drehachse des Rotors näher ist als ein zweiter Endbereich der Ausnehmung. Hierbei sind in Ausnehmungen, welche in Umfangsrichtung des Rotors einander benachbart sind und deren erste Endbereiche in Umfangsrichtung des Rotors einander näher sind als die zweiten Endbereiche, die Permanentmagnete derart angeordnet, dass gleichnamige Pole der Permanentmagnete einander zugewandt sind. Zudem weist der Rotor wenigstens ein von dem Blechpaket separates Halteteil auf, mittels welchem ein erster an die benachbarten Ausnehmungen angrenzender Abschnitt des Blechpakets mit einem zweiten an die benachbarten Ausnehmungen angrenzenden Abschnitt des Blechpakets gekoppelt ist. Das wenigstens eine Halteteil weist eine geringere magnetische Leitfähigkeit auf als ein Teilbereich des Blechpakets, dessen Volumen einem Volumen des Halteteils gleich ist.
Das Vorsehen des Halteteils sorgt also dafür, dass in dem Bereich, in welchem das Halteteil die an die benachbarten Ausnehmungen angrenzenden Abschnitte des Blechpakets zusammenhält, eine verringerte unerwünschte magnetische Streuung in Form eines Schließens der Magnetfeldlinien der Permanentmagnete auftritt, als dies der Fall wäre, wenn statt des Halteteils ein Teilbereich in Form eines Stegs des Blechpakets für den Zusammenhalt der Abschnitte des Blechpakets sorgen würde. Dies liegt darin begründet, dass das wenigstens eine Halteteil die geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist als ein vom Volumen her gleich großer Teilbereich des Blechpakets, also ein Teilbereich, welcher das gleiche Volumen aufweist wie das Halteteil. Aufgrund der vergleichsweise niedrigen magnetischen Leitfähigkeit des wenigstens einen Halteteils kommt es nämlich in verringertem Ausmaß zu einem Schließen oder Kurzschließen der Magnetfeldlinien der Permanentmagnete, welche in den benachbarten Ausnehmungen angeordnet sind.
Dennoch sorgt das wenigstens eine Halteteil für den Zusammenhalt der jeweiligen Abschnitte des Blechpakets, welche insbesondere in radialer Richtung des Rotors voneinander beabstandet sind und vorzugsweise in dieser radialen Richtung von dem Halteteil zusammengehalten werden. Das Halteteil sorgt also zugleich für eine höhere Drehzahlfestigkeit des Rotors als dies ohne das Vorsehen des Halteteils der Fall wäre. Folglich lässt sich mittels des Rotors bei gegebenen, in den jeweilige Ausnehmungen aufgenommenen Permanentmagneten eine vergrößerte Leistungsfähigkeit der permanenterregten Synchronmaschine erreichen, welche den Rotor aufweist.
Da das wenigstens eine Halteteil eine Verringerung der Streuung der Magnetfeldlinien der Permanentmagnete bewirkt, welche in den einander benachbarten Ausnehmungen angeordnet sind, und deren gleichnamige magnetische Pole einander zugewandt sind, lässt sich bei einem gegebenen Außendurchmesser des Rotors eine Reduktion der Magnetmasse und in der Folge eine Verringerung der Herstellungskosten erreichen.
Alternativ kann bei nicht verringerter Magnetmasse oder bei allenfalls geringfügig verringerter Magnetmasse bei einem gegebenen Außendurchmesser des Rotors eine Steigerung der Leistungsfähigkeit der permanenterregten Synchronmaschine in Form einer Steigerung des maximalen Drehmoments und/oder der maximalen Leistung erreicht werden. Je nachdem, ob beziehungsweise wie weit die Masse der Permanentmagnete verringert wird, sind die jeweiligen Vorteile der Verringerung der Herstellungskosten beziehungsweise der Steigerung der Leistungsfähigkeit unterschiedlich stark ausgeprägt.
Aufgrund des Vorsehens des wenigstens einen Halteteils lassen sich zudem in Form der Halteteile besonders dünne beziehungsweise in Umfangsrichtung des Rotors besonders schmale Stege zwischen den ersten Endbereichen der einander benachbarten Ausnehmungen realisieren, ohne dass dies die Drehzahlfestigkeit des Rotors nachteilig beeinflusst. Folglich lassen sich Leichtbaupotentiale erschließen beziehungsweise lässt sich ein Rotor mit einem besonders geringen Gewicht realisieren.
Des Weiteren lässt sich durch das Vorsehen des Halteteils im Bereich der jeweiligen benachbarten Ausnehmungen eine besonders günstige Verteilung der mechanischen Spannungen in dem Blechpaket im Betrieb des Rotors erreichen, also bei dessen Rotation um die Drehachse. Denn es kann insbesondere sichergestellt werden, dass die mechanische Belastungsfähigkeit der Materialien nicht überschritten wird.
Dementsprechend lässt sich die mechanische Festigkeit des Rotors im Bereich der Halteteile steigern, was eine höhere Drehzahlfestigkeit mit sich bringt. Die Umfangsrichtung des Rotors entspricht der Drehrichtung des Rotors bei dessen Rotation um seine Drehachse. Vorteilhaft ist bei dem Rotor insbesondere, dass eine Entkopplung der Verringerung der Streuung des Magnetfelds im Bereich des Halteteils von der damit üblicherweise einhergehenden Verringerung der Drehzahlfestigkeit erreicht werden kann. Es kann somit der Rotor bei einer permanenterregten Synchronmaschine zum Einsatz kommen, welche zugleich eine hohe Drehzahlfestigkeit und eine niedrige Magnetmasse und zudem ein hohes maximales Drehmoment aufweist.
Vorzugsweise weist das wenigstens eine Halteteil eine höhere Streckgrenze und/oder eine höhere Zugfestigkeit auf als ein dem Volumen des Halteteils gleicher Teilbereich des Blechpakets. Wenn ein derartiges Halteteil im Bereich der jeweiligen benachbarten Ausnehmungen zum Einsatz kommt, und zwar dort, wo die ersten Endbereiche der benachbarten Ausnehmungen einander nahe sind, so lässt sich eine besonders hohe Festigkeit des Rotors insbesondere in dem Bereich erreichen, in welchem der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Blechpakets durch das jeweilige Halteteil miteinander gekoppelt beziehungsweise verbunden sind.
Wenn das wenigstens eine Halteteil die höhere Streckgrenze und/oder die höhere Zugfestigkeit aufweist, so lässt sich durch das wenigstens eine Halteteil ein besonders dünner Steg an dieser jeweiligen Stelle des Rotors bereitstellen, an welcher das wenigstens eine Halteteil für den Zusammenhalt der beiden Abschnitte des Blechpakets sorgt. Dadurch sind Leichtbaumöglichkeiten gegeben beziehungsweise lässt sich der Rotor besonders leicht auslegen. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu einem Rotor, bei welchem zum Erreichen derselben Festigkeit im Bereich derartiger Stege das Blechmaterial der gestapelten Bleche des Blechpakets zum Einsatz kommt.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Halteteil aus einem Werkstoff gebildet, welcher eine geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist als ein Werkstoff, aus welchem die Bleche des Blechpakets gebildet sind. So lässt sich sehr einfach und aufwandsarm die besonders geringe magnetische Leitfähigkeit des wenigstens einen Halteteils realisieren.
Als Werkstoff für das Halteteil kommen eine Reihe von Materialien in Frage, beispielsweise ein Stahl, Aluminium, ein faserverstärkter, insbesondere glasfaserverstärkter, Kunststoff, Keramik oder dergleichen. Alle dieser Materialien bringen es sich mit sich, dass ein aus einem derartigen Material gefertigtes Halteteil die geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist als dies für einen Teilbereich des Blechpakets der Fall wäre, dessen Volumen dem Volumen des Halteteils gleich ist. Jedoch sind aus fertigungstechnischer Hinsicht und zudem im Hinblick auf eine wünschenswert hohe Festigkeit des Halteteils bestimmte Werkstoffe besonders geeignet zum Bereitstellen des Halteteils.
Vorzugsweise ist daher das wenigstens eine Halteteil aus einem rostfreien Stahl gebildet. Durch Verwendung eines derartigen Werkstoffs zum Ausbilden des Halteteils kann ein besonders guter Zusammenhalt der Abschnitte des Blechpakets erreicht werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn der rostfreie Stahl oder Edelstahl eine Kaltverfestigung und/oder ein Härten auf andere Art und Weise zulässt.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Halteteil aus einem rostfreien Stahl mit austenitischem Gefüge gebildet. Insbesondere bei einem rostfreien Stahl oder Edelstahl mit austenitischem Gefüge ist nämlich die magnetische Leitfähigkeit besonders gering. Zudem lässt sich ein derartiger rostfreier Stahl sehr gut kaltverfestigen und somit eine besonders hohe Materialfestigkeit erreichen.
Darüber hinaus ist die Verwendung von rostfreiem Stahl mit austenitischem Gefüge zum Bereitstellen des Halteteils im Hinblick auf die damit einhergehende Duktilität des Halteteils vorteilhaft. Denn dann weist das Halteteil eine besonders hohe Bruchdehnung auf. Mit anderen Worten bricht das Halteteil im Anschluss an eine zunächst elastische und nach dem Erreichen der Streckgrenze plastische Verformung deutlich später als dies bei einer Verwendung eines Werkstoffs für das Halteteil der Fall wäre, aus welchem die Bleche des Blechpakets gebildet sind.
Eine vorteilhaft hohe Duktilität des Halteteils bei zugleich hoher Streckgrenze und hoher Zugfestigkeit ist insbesondere dann gegeben, wenn das Halteteil aus einem kaltverfestigten rostfreien Stahl mit austenitischem Gefüge gebildet ist.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Halteteil formschlüssig mit den Abschnitten des Blechpakets verbunden. Dadurch ist ein besonders belastbarer Zusammenhalt der Abschnitte des Blechpakets durch das wenigstens eine Halteteil erreicht. Dies ist im Hinblick auf die Drehzahlfestigkeit des Rotors vorteilhaft.
Des Weiteren lässt sich insbesondere bei Verwendung eines rostfreien Stahls mit austenitischem Gefüge zum Bereitstellen des wenigstens einen Halteteils eine formschlüssige Verbindung mit den Abschnitten des Blechpakets prozesstechnisch sehr einfach und gut realisieren, insbesondere durch ein thermisches Fügeverfahren. Vorzugsweise weist das wenigstens eine Halteteil einen Steg auf, welcher jeweilige Enden des Halteteils miteinander verbindet. Hierbei ist ein erstes Ende des Halteteils mit dem ersten Abschnitt des Blechpakets gekoppelt, und ein zweites Ende des Halteteils ist mit dem zweiten Abschnitt des Blechpakets gekoppelt. Durch eine derartige Gestalt des Halteteils lässt sich zum einen ein besonders dünner Steg zwischen den miteinander verbundenen Abschnitten realisieren. Und zum anderen lässt sich eine gute Kopplung des Halteteils mit den Abschnitten des Blechpakets erreichen. Denn die Enden des Halteteils können von ihrer Formgebung her sehr gut auf den Bereich des jeweiligen Abschnitts des Blechpakets abgestimmt werden, in welchem die Kopplung beziehungsweise Verbindung zwischen dem Blechpaket und den Enden des Halteteils ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist der Steg des Halteteils zwischen den ersten Endbereichen der benachbarten Ausnehmungen angeordnet. So kann das Halteteil in besonders wirksamer Weise für den Zusammenhalt der Abschnitte des Blechpakets sorgen.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die benachbarten Ausnehmungen in ihren ersten Endbereichen durch den Steg des Halteteils begrenzt sind. Denn dann ist in dem Bereich des Rotors, in welchem die ersten Endbereiche der benachbarten Ausnehmungen besonders nahe beieinander liegen, gar kein Material des Blechpakets vorhanden, welches zu einer unerwünschten Streuung beziehungsweise zu einem unerwünschten Schließen der Magnetfeldlinien der Permanentmagnete führen würde, welche in den benachbarten Ausnehmungen angeordnet sind.
Vorzugsweise sind die in den benachbarten Ausnehmungen aufgenommenen Permanentmagnete von dem Steg des Halteteils beabstandet. Bei einer derartigen Ausgestaltung dient somit der nicht von anderweitigem Material eingenommene beziehungsweise luftgefüllte Bereich in der Nachbarschaft des Stegs des Halteteils als Magnetflussbremse. Dies ist für ein Verringern der unerwünschten Streuung der Magnetfeldlinien besonders vorteilhaft.
Vorzugsweise weisen die Enden des Halteteils in Umfangsrichtung des Rotors größere Abmessungen auf als der Steg des Halteteils. Auf diese Weise lässt sich sehr einfach eine Verankerung der Enden des Halteteils an den jeweiligen Abschnitten des Blechpakets erreichen.
Vorzugsweise sind die Enden des Halteteils unter Ausbildung eines jeweiligen
Formschlusses in korrespondierenden Aufnahmen angeordnet, wobei die Aufnahmen in den mittels des Halteteils miteinander gekoppelten Abschnitten des Blechpakets ausgebildet sind. Eine derartige Formschlussverbindung des Halteteils mit den Abschnitten des Blechpakets sorgt dafür, dass von dem Halteteil besonders gut Zugbelastungen aufgenommen werden können, welche im Betrieb des Rotors auftreten, also beim Rotieren des Rotors um die Drehachse.
Insbesondere wenn für das Einbringen des wenigstens einen Halteteils in das Blechpaket ein thermisches Fügeverfahren oder temperaturindiziertes Fügeverfahren zum Einsatz kommt, lässt sich von dem formschlüssig mit den Abschnitten des Blechpakets verbundenen Halteteil eine hohe Zugbelastung aufnehmen. Hierbei kann ein Fügepartner, insbesondere das Halteteil, erwärmt und im erwärmten Zustand in den anderen Fügepartner eingebracht werden. Das anschließende Abkühlen des zuvor erwärmten Fügepartners führt dann dazu, dass das Halteteil die Abschnitte des Blechpakets mit einer Zugspannung beaufschlagt. Ein solches Aufschrumpfen eines der Fügepartner auf den anderen kann auch erreicht werden, wenn es sich bei dem erwärmten Fügepartner um das Blechpaket handelt, während das Halteteil in diesem Fügeprozess kalt bleibt beziehungsweise nicht erwärmt wird.
Vorzugsweise entspricht eine Außenkontur des jeweiligen Endes des Halteteils einer Innenkontur der korrespondierenden Aufnahme. Auf diese Weise lassen sich bei der Fertigung des Rotors die Enden des Halteteils gut in die korrespondierenden Aufnahmen einbringen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das jeweilige Ende des Halteteils im Wesentlichen spielfrei in der korrespondierenden Aufnahme aufgenommen ist. Dann ist eine besonders gute Verteilung der bei der Rotation des Rotors um seine Drehachse auftretenden Zugbelastungen auf das Material des Blechpakets erreichbar, welches in dem Bereich der jeweiligen Aufnahme das jeweilige Ende des Halteteils umgibt.
Der letztgenannte Vorteil ist in besonderem Maße gegeben, wenn die Außenkontur des jeweiligen Endes des Halteteils im Querschnitt rund ausgebildet ist. Wenn also das Halteteil im Querschnitt runde Enden oder Kopfbereiche aufweist, welche zudem zumindest weitgehend spielfrei in den korrespondierend Aufnahmen aufgenommen sind, so lassen sich punktuelle Belastungen im Bereich der Abschnitte des Blechpakets besonders weitgehend vermeiden, welche beim Rotieren des Rotors um seine Drehachse auftreten können. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwischen einer Außenkontur des jeweiligen Endes des Halteteils und einer Innenkontur der korrespondierenden Aufnahme wenigstens ein Freiraum ausgebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere im Hinblick auf die Montage, also auf das Einbringen des wenigstens einen Halteteils in das Blechpaket im Bereich der jeweils miteinander zu koppelnden Abschnitte vorteilhaft. Zudem lassen sich Toleranzen, insbesondere Fertigungstoleranzen, des Halteteils und/oder der mit den Enden des Halteteils korrespondierenden Aufnahmen besonders gut kompensieren, wenn zwischen der Außenkontur des jeweiligen Endes des Halteteils und der Innenkontur der korrespondierenden Aufnahme der wenigstens eine Freiraum vorhanden ist.
Insbesondere kann die Außenkontur des jeweiligen Endes des Halteteils im Querschnitt pilzkopfförmig sein, also im Querschnitt dem Querschnitt eines Pilzkopfs entsprechen. Eine derartige Ausgestaltung eines Endes oder beider Enden des Halteteils ermöglicht insbesondere eine gute Abstützung einer jeweiligen Unterseite der Pilzkopfform an einer korrespondierenden Stützfläche, welche auf Seiten der Aufnahme bereitgestellt ist. Dies ist im Hinblick auf die Aufnahme von Zugbelastungen durch das Halteteil vorteilhaft.
Es kann vorgesehen sein, dass das jeweilige Ende des Halteteils mit einer geraden Anlagefläche an einer korrespondierenden Anlagefläche der Aufnahme anliegt. Das Bereitstellen derartiger gerader Anlageflächen ist herstellungstechnisch mit einem geringeren Aufwand verbunden als dies bei gekrümmten, insbesondere runden Anlageflächen der Fall ist. Zudem lässt sich so eine gute Verteilung der Belastung auf das jeweilige Ende des Halteteils erreichen.
Im Hinblick auf die im Betrieb des Rotors, also bei dessen Rotation um seine Drehachse, auftretenden Belastungen hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die geraden Anlageflächen an den Enden des Halteteils im Wesentlichen senkrecht zu einer radialen Richtung des Rotors orientiert sind.
Eine erfindungsgemäße permanenterregte Synchronmaschine weist einen erfindungsgemäßen Rotor auf. Die permanenterregte Synchronmaschine umfasst weiter einen Stator, welche eine Ständerwicklung zum Bereitstellen eines magnetischen Drehfelds aufweist. Mittels des Drehfelds ist ein Rotieren des Rotors um seine Drehachse bewirkbar. Die für den erfindungsgemäßen Rotor beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten in analoger Weise für die erfindungsgemäße permanenterregte
Synchronmaschine.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer und perspektivischer Darstellung einen Rotor für eine permanenterregte Synchronmaschine, welcher eine Mehrzahl von Blechpaketen aufweist;
Fig. 2 in einer schematischen und perspektivischen Draufsicht in Richtung einer Drehachse des Rotors eines der gestapelten Bleche, welche ein jeweiliges Blechpaket des Rotors bilden;
Fig. 3 schematisch einen Ausschnitt des Rotors, wobei in radialer Richtung voneinander beabstandete Abschnitte des Blechpakets durch ein Halteteil gemäß einer ersten Variante zusammengehalten sind;
Fig. 4 schematisch einen Ausschnitt des Rotors, wobei die in radialer Richtung voneinander beabstandeten Abschnitte des Blechpakets durch ein Halteteil gemäß einer zweiten Variante zusammengehalten sind; und
Fig. 5 stark schematisiert und ausschnittsweise in einer Schnittdarstellung eine permanenterregte Synchronmaschine, mit dem die Halteteile aufweisenden Rotor gemäß Fig. 1.
In Fig. 1 ist in einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein Rotor 1 oder Läufer für eine permanenterregte Synchronmaschine 2 (vergleiche Fig. 5) gezeigt. Bei der beispielhaft in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung des Rotors 1 ist der Rotor 1 als Innenläufer ausgebildet. Jedoch kann die nachstehend beschriebene konstruktive Ausgestaltung des Rotors 1 auch bei einem als Außenläufer ausgebildeten Rotor zum Einsatz kommen.
Im Betrieb der permanenterregten Synchronmaschine 2 (vergleiche Fig. 5) rotiert der Rotor 1 um eine Drehachse 3, welche vorliegend im Zentrum einer Rotorwelle 4 des Rotors 1 angeordnet ist. In an sich bekannter Weise weist der Rotor 1 eine Mehrzahl von Blechpaketen 5 auf, von welchen in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Jedes einzelne der Blechpakete 5 weist eine große Anzahl an einzelnen Blechen 6 geringerer Blechdicke auf, von denen eines schematisch und in einer Draufsicht in Richtung der Drehachse 3 in Fig. 2 dargestellt ist.
Die Bleche 6 sind in dem jeweiligen Blechpaket 5 in Richtung der Drehachse 3 gestapelt und miteinander verbunden, beispielsweise durch Schweißen. Insbesondere können in einem jeweiligen Blechpaket 5 etwa 100 oder auch mehr als 100 Bleche 6 in Richtung der Drehachse 3 gestapelt angeordnet sein. Die einzelnen Bleche 6 können aus großen Walzblechen herausgeschnitten werden, etwa mittels eines Laserwerkzeugs oder eines Stanzwerkzeugs, wobei Ausnehmungen 7, 8 in die jeweiligen Bleche 6 eingebracht werden können.
Vorliegend weist jedes einzelne Blech 6 für den Rotor 1 der permanenterregten Synchronmaschine 2 eine Mehrzahl von Ausnehmungen 7, 8 auf, von welchen in Fig. 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich einige mit einem jeweiligen Bezugszeichen versehen sind. In den in Richtung der Drehachse 3 aufeinander gestapelten Blechen 6 des Blechpakets 5 fluchten die Ausnehmungen 7, 8 miteinander, so dass auch das jeweilige Blechpaket 5 entsprechende Ausnehmungen 7, 8 aufweist.
In den Ausnehmungen 7, 8 sind bei dem Rotor 1 der permanenterregten Synchronmaschine 2 jeweilige Permanentmagnete 9, 10 aufgenommen (vergleiche Fig. 3 und Fig. 4), welche aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 2 nicht dargestellt sind.
Vorliegend sind die Permanentmagnete 9, 10 in einander benachbarten Ausnehmungen 7, 8 jeweils derart angeordnet, dass gleichnamige magnetische Pole, also etwa die magnetischen Nordpole N beziehungsweise die magnetischen Südpole S der in den einander benachbarten Ausnehmungen 7, 8 aufgenommenen Permanentmagnete 9, 10 einander zugewandt sind. Beispielsweise sind in den beiden in Fig. 2 oben dargestellten benachbarten Ausnehmungen 7, 8 die Permanentmagnete 9, 10 derart angeordnet, dass die magnetischen Nordpole N einander zugewandt sind. Bei den diesen Ausnehmungen 7, 8 in radialer Richtung gegenüberliegenden Ausnehmungen 7, 8 sind demgegenüber weitere (in Fig. 2 nicht gezeigte) Permanentmagnete 9, 10 so angeordnet, dass hier die magnetischen Südpole S der Permanentmagnete 9, 10 einander zugewandt sind.
Dasselbe ist bei den jeweils benachbarten Ausnehmungen 7, 8 der Fall, welche in Umfangsrichtung des Rotors 1 , also in Richtung der Rotation um die Drehachse 3, an die in Fig. 2 oben gezeigten Ausnehmungen 7, 8 angrenzen. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung des Rotors 1 wechseln somit in Umfangsrichtung immer jeweils zwei Permanentmagnete 9, 10 in benachbarten Ausnehmungen 7, 8 ab, deren magnetische Nordpole N einander zugewandt sind, und deren magnetische Südpole S einander zugewandt sind.
Darüber hinaus sind bei dem Rotor 1 , dessen Blech 6 in Fig. 2 gezeigt ist, die einander benachbarten Ausnehmungen 7, 8 mit den einander zugewandten gleichnamigen Polen der Permanentmagnete 9, 10 derart angeordnet, dass die benachbarten Ausnehmungen 7, 8 eine V-Form bilden. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung der Bleche 6 schneiden sich die Schenkel der V-Form nicht im Bereich der Drehachse 3, sondern in radialer Richtung des Rotors 1 von der Drehachse 3 beabstandet und zwar im Bereich des Blechpakets 5.
Die nachstehend gemachten Ausführungen sind jedoch auch für einen Rotor 1 gültig, bei welchem sich die Ausnehmungen 7, 8 streng in radialer Richtung erstrecken, so dass die Schenkel der V-Form sich im Bereich der Drehachse 3 schneiden. Bei dieser Ausgestaltung des Rotors 1 sind jedoch, anders als in Fig. 2 gezeigt, in allen in Umfangsrichtung des Rotors 1 einander benachbarten Ausnehmungen 7, 8 die Permanentmagnete 9, 10 so angeordnet, dass die gleichnamigen magnetischen Pole N, S der jeweils benachbarten Permanentmagnete 9, 10 einander zugewandt sind. Es alternieren bei dieser Ausgestaltung somit in den in Umfangsrichtung des Rotors 1 einander benachbarten Ausnehmungen 7, 8 die jeweiligen Orientierungen der in den Ausnehmungen 7, 8 aufgenommenen Permanentmagnete 9, 10.
Im Folgenden soll jedoch zur veranschaulichenden Erläuterung des den Rotor 1 betreffenden Sachverhalts speziell auf die in Fig. 2 gezeigte V-förmige Anordnung der Ausnehmungen 7, 8 und auf die in Fig. 2 durch die Angabe der magnetischen Pole N, S verdeutlichte Anordnung der Permanentmagnete 9, 10 eingegangen werden. Bei dieser Ausgestaltung des Rotors 1 weisen jeweils zwei V-förmig angeordnete Ausnehmungen 7, 8, welche in Umfangsrichtung des Rotors 1 einander benachbart sind, und in denen die Permanentmagnete 9, 10 derart angeordnet sind, dass die gleichnamigen Pole N, S der Permanentmagnete 9, 10 einander zugewandt sind, jeweilige erste Endbereiche 11 und jeweilige zweite Endbereiche 12 auf (vergleiche auch Fig. 3).
Die ersten Endbereiche 11 der jeweils einander zugeordneten Ausnehmungen 7, 8 sind der Drehachse 3 des Rotors 1 näher als die zweiten Endbereiche 12 dieser Ausnehmungen 7, 8. Dort, wo die ersten Endbereiche 11 der Ausnehmungen 7, 8 mit den in diesen aufgenommenen und einander zugewandten gleichnamigen Polen der Permanentmagnete 9, 10 einander sehr nahe sind, sind in dem Blechpaket 5 üblicherweise Stege oder Materialbrücken 13 vorhanden, von welchen in Fig. 2 aus Gründen der Veranschaulichung lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen sind.
Tatsächlich sind jedoch bei dem in Fig. 1 gezeigten Rotor 1 anstelle dieser Materialbrücken 13, welche üblicherweise aus dem Material der Bleche 6 des Blechpakets 5 gebildet sind, jeweilige Halteteile 14 vorhanden. In Fig. 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eines dieser Halteteile 14 dargestellt, von welchen jeweilige Varianten in Fig. 3 und in Fig. 4 vergrößert gezeigt sind. Tatsächlich sind jedoch in dem Blechpaket 5 auch überall dort derartige Halteteile 14 vorhanden, wo in Fig. 2 die aus dem Material der Bleche 6 gebildeten Materialbrücken 13 dargestellt sind.
Die Halteteile 14 befinden sich also an denjenigen Stellen des Blechpakets 5, an welchen in den benachbarten Ausnehmungen 7, 8, deren erste Endbereiche 11 in Umfangsrichtung des Rotors 1 einander näher sind als die zweiten Endbereiche 12, die Permanentmagnete 9, 10 derart angeordnet sind, dass die gleichnamigen Pole N, S der Permanentmagnete 9, 10 einander zugewandt sind. Die Halteteile 14 ersetzen somit bei dem Rotor 1 in dem Blechpaket 5 die üblicherweise aus dem Material der jeweiligen Bleche 6 gebildeten Materialbrücken 13.
Vorliegend sind die Halteteile 14 aus einem Werkstoff gebildet, welcher eine besonders geringe magnetische Leitfähigkeit aufweist. Hierbei ist die magnetische Leitfähigkeit des jeweiligen Halteteils 14 geringer als dies dann der Fall wäre, wenn das von dem Halteteil 14 eingenommene Volumen durch einen Teilbereich des Blechpakets 5 gebildet würde, welcher dasselbe Volumen aufweist wie das Halteteil 14. Die geringe magnetische Leitfähigkeit des Halteteils 14 sorgt dafür, dass im Bereich des jeweiligen Halteteils 14 keine beziehungsweise eine besonders geringe und unerwünschte elektromagnetische Streuung, also ein unerwünschtes Schließen der Magnetfeldlinien des jeweiligen Permanentmagneten 9, 10 stattfindet. Ein derartiges Schließen der Magnetfeldlinien findet demgegenüber statt, wenn bei dem Rotor 1 ein magnetisch leitfähiges Material wie die Materialbrücke 13 anstelle der Halteteile 14 vorhanden ist. Denn das magnetisch gut leitfähige Material der Materialbrücken 13 sorgt für ein Kurzschließen der Magnetfeldlinien des jeweiligen Permanentmagneten 9, 10.
Bei einem üblichen Rotor ist man daher bestrebt, die Breite der Materialbrücken 13 des jeweiligen Blechpakets 5, welche aufgrund der durch diese bewirkten elektromagnetischen Streuung auch als Streustege bezeichnet werden, möglichst gering zu halten. Jedoch sorgen in Umfangsrichtung des Rotors dünne oder schmale Materialbrücken 13 beziehungsweise Streustege dafür, dass der Rotor eine geringe Drehzahlfestigkeit aufweist.
Beide Probleme sind in vorteilhafter Weise bei dem vorliegend beschriebenen Rotor 1 vermieden. Der Streusteg beziehungsweise die Materialbrücke 13 zwischen den einander benachbarten Ausnehmungen 7, 8 ist nämlich vorliegend durch das jeweilige Halteteil 14 ersetzt, welches aus einem magnetisch nicht-leitfähigen beziehungsweise eine besonders geringe magnetische Leitfähigkeit aufweisenden Material gebildet ist.
Beispielsweise kann zu diesem Zweck das jeweilige Halteteil 14 aus einem nicht rostenden oder rostfreien Stahl mit austenitischem Gefüge gebildet sein. Mit anderen Worten kann durch das Halteteil 14 ein Streusteg gebildet sein, welcher aus rostfreiem Stahl beziehungsweise Edelstahl, insbesondere aus rostfreiem Stahl mit austenitischem Gefüge, gebildet ist, und welcher die unerwünschte Streuung beziehungsweise das unerwünschte Schließen der Magnetfeldlinien der Permanentmagnete 9, 10 besonders weitgehend reduziert.
Hierbei sorgt das Halteteil 14 zugleich für eine hohe Drehzahlfestigkeit des Rotors 1. Denn das jeweilige Halteteil 14 koppelt einen ersten an die einander benachbarten beziehungsweise einander zugeordneten Ausnehmungen 7, 8 angrenzenden Abschnitt 15 des Blechpakets 5 mit einem zweiten an die einander benachbarten Ausnehmungen 7, 8 angrenzenden Abschnitt 16 des Blechpakets 5 (vergleiche Fig. 3). Hierbei ist vorliegend der erste Abschnitt 15 des Blechpakets 5 von der Drehachse 3 des Rotors 1 weiter entfernt als der zweite Abschnitt 16 des Blechpakets 5. Dementsprechend ist das Halteteil 14 besonders gut dazu geeignet, bei einer Rotation des Rotor 1 um seine Drehachse 3 auftretende Zugbelastungen aufzunehmen. Mit anderen Worten übernimmt das Halteteil 14 den mechanischen Zusammenhalt der Abschnitte 15, 16, insbesondere in dem Bereich zwischen den V-förmig angeordneten, einander benachbarten Ausnehmungen 7,8, in welchen die Permanentmagnete 9, 10 mit den einander zugewandten gleichnamigen Polen N angeordnet sind (vergleiche Fig. 3).
Bei der Fertigung des Rotors 1 kann zum Festlegen des Halteteils 14 an dem oder in dem Blechpaket 5 und somit zum Koppeln des Halteteils 14 mit den Abschnitten 15, 16 insbesondere ein thermisches Fügeverfahren zum Einsatz kommen. Beispielsweise können die Halteteile 14 mit den jeweiligen Abschnitten 15, 16 durch Schweißen verbunden sein.
Wie etwa aus Fig. 3 ersichtlich ist, bildet vorzugsweise ein Steg 17 des Halteteils 14 eine jeweilige Begrenzung der einander benachbarten Ausnehmungen 7, 8. Mit anderen Worten können die benachbarten Ausnehmungen 7, 8 in ihren ersten Endbereichen 11 durch den Steg 17 des Halteteils 14 begrenzt sein.
Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die in den benachbarten Ausnehmungen 7, 8 aufgenommenen Permanentmagnete 9, 10 von dem Steg 17 des Halteteils 14 beabstandet sind. Mit anderen Worten ist vorzugsweise in dem Bereich des Blechpakets 5, in welchem die einander nahen Endbereiche 11 der benachbarten Ausnehmungen 7, 8 beziehungsweise einander zugeordneten Ausnehmungen 7, 8 aufeinander zulaufen, gar kein durch das jeweilige Blech 6 des Blechpakets 5 gebildetes Material vorhanden, sondern lediglich der Steg 17 des Halteteils 14.
In analoger Weise sind vorliegend die Permanentmagnete 9, 10 von einem in radialer Richtung äußeren Rand der jeweiligen Ausnehmung 7, 8 beabstandet. Dementsprechend sind vorzugsweise auch durch die zweiten Endbereiche 12 der Ausnehmungen 7, 8 Magnetflusssperren beziehungsweise Magnetflussbremsen bereitgestellt, weil auch in diesen zweiten Endbereichen 12 kein durch die Bleche 6 des Blechpakets 5 gebildetes Material vorhanden ist.
Aufgrund der Aussparung im Bereich der üblicherweise vorgesehenen Materialbrücken 13 (vergleiche Fig. 3) beziehungsweise aufgrund dieses Nichtvorhandenseins von Material des jeweiligen Blechs 6 in diesem Bereich führt die elektromagnetische Auslegung des Rotors 1 zu einem besonders hohen Drehmomentpotential und Leistungspotential der permanenterregten Synchronmaschine 2 bei einem gegebenen Außendurchmesser des Rotors 1.
Alternativ können kleinere und somit eine geringere Masse aufweisende Permanentmagnete 9, 10 verwendet werden, um eine gleiche Leistungsfähigkeit der permanenterregten Synchronmaschine 2 zu erhalten, wie dies bei Vorsehen der Materialbrücke 13 anstelle des Stegs 17 des Halteteils 14 der Fall wäre. Es kann also in der Anschaffung teure Magnetmasse eingespart werden und/oder die Leistungsfähigkeit der permanenterregten Synchronmaschine 2 erhöht werden.
Insbesondere, wenn das Halteteil 14 aus einem rostfreien Stahl mit austenitischem Gefüge gebildet ist, welcher ein gutes Kaltverfestigungspotential aufweist und dementsprechend kaltverfestigt ist, lassen sich besonders hohe Materialfestigkeiten des Blechpakets 5 dort erreichen, wo das Halteteil 14 die Abschnitte 15, 16 zusammenhält. Dadurch sind besonders dünne Geometrien des jeweiligen Halteteils 14 möglich. Dies eröffnet Leichtbaumöglichkeiten beim Auslegen des Rotors 1 im Vergleich zu einem standardmäßigen oder üblichen Rotor, bei welchem die Materialbrücken 13 (vergleiche Fig. 2) vorhanden sind, welche aus dem Material der Bleche 6 gebildet sind.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Variante des Halteteils 14 sind jeweilige Enden 18, 19 des Halteteils 14 mit einer im Querschnitt runden Außenkontur ausgebildet. Diese Außenkontur entspricht hierbei einer Innenkontur einer jeweiligen Aufnahme 20, 21, welche im Bereich des jeweiligen Abschnitts 15, 16 ausgebildet ist. Dabei weist die Aufnahme 20 für das Ende 19 des Halteteils 14 eine im Querschnitt runde Innenkontur auf, und die Aufnahme 21 für das Ende 18 des Halteteils 14 weist ebenfalls eine im Querschnitt runde Innenkontur auf.
Bei dieser Ausgestaltung des Halteteils 14 kann ein Reißen des Blechpakets 5 im Bereich des Halteteils 14 besonders weitgehend vermieden werden. Dies liegt darin, dass sich wegen der runden Außenkontur der jeweiligen Enden 18, 19 ein Auftreten von mechanischen Spannungsspitzen in den jeweiligen Abschnitten 15, 16 des Blechpakets 5 im Betrieb des Rotors 1 besonders weitgehend vermeiden lässt.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Variante ist das Halteteil 14 geringfügig anders ausgestaltet als bei der in Fig. 3 gezeigten Variante. Es weisen nämlich gemäß Fig. 4 die Enden 18, 19 andere Formen auf als dies bei dem in Fig. 3 gezeigten Halteteil 14 der Fall ist. Hierbei ist eine Außenkontur des jeweiligen Endes 18, 19 im Querschnitt nach Art eines Pilzkopfs ausgebildet beziehungsweise dem Querschnitt eines Pilzkopfs entsprechend ausgebildet.
Zudem sind zwischen der Außenkontur des jeweiligen Endes 18, 19 und der Innenkontur der korrespondierenden Aufnahmen 20, 21 Freiräume 30 ausgebildet. Das Vorsehen dieser Freiräume 30 erleichtert das Einbringen des Halteteils 14 in seine Einbauposition in dem Blechpaket 5, da sich die Enden 18, 19 besonders gut in die jeweiligen Aufnahmen 20, 21 einführen lassen.
Darüber hinaus weist das jeweilige Ende 18, 19 eine gerade Anlagefläche 22 auf, welche an einer korrespondierenden Anlagefläche 23 der korrespondierenden Aufnahme 20, 21 anliegt. Derartige gerade Anlageflächen 22 beziehungsweise korrespondierende Anlageflächen 23 lassen sich fertigungstechnisch besonders einfach bereitstellen. Zudem ist eine gute Abstützung des pilzkopfförmigen Endes 18, 19 an diesen auf Seiten der Abschnitte 15, 16 vorgesehenen Anlageflächen 23 erreichbar.
In Fig. 4 ist außerdem ein Teil der Rotorwelle 4 des Rotors 1 gezeigt, welche in Fig. 3 nicht dargestellt ist.
In Fig. 5 ist in einer stark schematisierten Schnittansicht ausschnittsweise die permanenterregte Synchronmaschine 2 mit dem Rotor 1 dargestellt. Die permanenterregte Synchronmaschine 2 weist in an sich bekannter Weise einen Stator 24 mit einer vorliegend lediglich schematisch angedeuteten Ständerwicklung 25 auf. Zwischen dem Stator 24 und dem Rotor 1 ist ein Luftspalt 26 ausgebildet. Mittels der Ständerwicklung 25 lässt sich ein magnetisches Drehfeld bereitstellen, mittels welchem ein Rotieren des Rotors 1 um seine Drehachse 3 im Betrieb der permanenterregten Synchronmaschine 2 bewirkt werden kann.
Von dem in einer solchen permanenterregten Synchronmaschine 2 angeordneten Rotor 1 sind in Fig. 1 darüber hinaus noch Spannscheiben 27, 28 beziehungsweise Deckscheiben gezeigt, zwischen welchen die Blechpakete 5 gegeneinander gepresst angeordnet sind.
In diese Spannscheiben 27, 28 können an einer Mehrzahl von Stellen 29 Bohrungen eingebracht werden, wobei in Fig. 1 lediglich einige dieser Stellen 29 mit einem Bezugszeichen versehen sind. Durch Vorsehen entsprechender Bohrungen an einer oder mehreren dieser Stellen 29 kann der Rotor 1 ausgewuchtet werden beziehungsweise können Unwuchten bei der Rotation des Rotors 1 beseitigt werden. Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch das Vorsehen eines beispielsweise aus Edelstahl gebildeten Streustegs in Form der Halteteile 14 des Rotors 1 der permanenterregten Synchronmaschine 2 eine hohe Drehzahlfestigkeit des Rotors 1 bei zugleich hoher Leistungsfähigkeit der permanenterregten Synchronmaschine 2 erreicht werden kann.
Bezugszeichenhste
Rotor Synchronmaschine Drehachse Rotorwelle Blechpaket
Blech
Ausnehmung Ausnehmung Permanentmagnet Permanentmagnet Endbereich Endbereich Materialbrücke Halteteil
Abschnitt Abschnitt Steg Ende Ende
Aufnahme Aufnahme Anlagefläche Anlagefläche Stator Ständerwicklung Luftspalt
Spannscheibe Spannscheibe Stelle
Freiraum

Claims

Patentansprüche Rotor (1) für eine permanenterregte Synchronmaschine (2), mit wenigstens einem Blechpaket (5), welches eine Mehrzahl von in Richtung einer Drehachse (3) des Rotors (1) gestapelten Blechen (6) umfasst, wobei in dem Blechpaket (5) eine Mehrzahl von Ausnehmungen (7, 8) ausgebildet sind, in welchen jeweilige Permanentmagnete (9, 10) aufgenommen sind, und wobei die jeweilige Ausnehmung (7, 8) einen ersten Endbereich (11) aufweist, welcher der Drehachse (3) des Rotors (1) näher ist als ein zweiter Endbereich (12) der Ausnehmung (7, 8), dadurch gekennzeichnet, dass in Ausnehmungen (7, 8), welche in Umfangsrichtung des Rotors (1) einander benachbart sind und deren erste Endbereiche (11) in Umfangsrichtung des Rotors (1) einander näher sind als die zweiten Endbereiche (12), die Permanentmagnete (9, 10) derart angeordnet sind, dass gleichnamige Pole (N) der Permanentmagnete (9, 10) einander zugewandt sind, wobei der Rotor (1) wenigstens ein von dem Blechpaket (5) separates Halteteil (14) aufweist, mittels welchem ein erster an die benachbarten Ausnehmungen (7, 8) angrenzender Abschnitt (15) des Blechpakets (5) mit einem zweiten an die benachbarten Ausnehmungen (7, 8) angrenzenden Abschnitt (16) des Blechpakets (5) gekoppelt ist, und wobei das wenigstens eine Halteteil (14) eine geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist als ein Teilbereich des Blechpakets (5), dessen Volumen einem Volumen des Halteteils (14) gleich ist. Rotor (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Halteteil (14) eine höhere Streckgrenze und/oder eine höhere Zugfestigkeit aufweist als ein dem Volumen des Halteteils (14) gleicher Teilbereich des Blechpakets (5). Rotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Halteteil (14) aus einem Werkstoff gebildet ist, welcher eine geringere magnetische Leitfähigkeit aufweist als ein Werkstoff, aus welchem die Bleche (6) des Blechpakets (5) gebildet sind. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Halteteil (14) aus einem rostfreien Stahl, insbesondere aus einem rostfreien Stahl mit austenitischem Gefüge, gebildet ist. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine, insbesondere formschlüssig mit den Abschnitten (15, 16) des Blechpakets (5) verbundene, Halteteil (14) einen Steg (17) aufweist, welcher jeweilige Enden (18, 19) des Halteteils (14) miteinander verbindet, wobei ein erstes Ende (18) des Halteteils (14) mit dem ersten Abschnitt (15) des Blechpakets (5) gekoppelt ist und ein zweites Ende (19) des Halteteils (14) mit dem zweiten Abschnitt (16) des Blechpakets (5) gekoppelt ist. Rotor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (17) des Halteteils (14) zwischen den ersten Endbereichen (11) der benachbarten Ausnehmungen (7, 8) angeordnet ist, insbesondere die benachbarten Ausnehmungen (7, 8) in ihren ersten Endbereichen (11) durch den Steg (17) des Halteteils (14) begrenzt sind. Rotor (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in den benachbarten Ausnehmungen (7, 8) aufgenommenen Permanentmagnete (9, 10) von dem Steg (17) des Halteteils (14) beabstandet sind. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (18, 19) des Halteteils (14) in Umfangsrichtung des Rotors (1) größere Abmessungen aufweisen als der Steg (17) des Halteteils (14). Rotor (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (18, 19) des Halteteils (14) unter Ausbildung eines jeweiligen Formschlusses in korrespondierenden Aufnahmen (20, 21) angeordnet sind, welche in den mittels des Halteteils (14) miteinander gekoppelten Abschnitten (15, 16) des Blechpakets (5) ausgebildet sind. Rotor (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine, insbesondere im Querschnitt runde, Außenkontur des jeweiligen Endes (18, 19) des Halteteils (14) einer Innenkontur der korrespondierenden Aufnahme (20, 21) entspricht, insbesondere das jeweilige Ende (18, 19) des Halteteils (14) im Wesentlichen spielfrei in der korrespondierenden Aufnahme (20, 21) aufgenommen ist. Rotor (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer, insbesondere im Querschnitt pilzkopfförmigen, Außenkontur des jeweiligen Endes (18, 19) des Halteteils (14) und einer Innenkontur der korrespondierenden Aufnahme (20, 21) wenigstens ein Freiraum (30) ausgebildet ist. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Ende (18, 19) des Halteteils (14) mit einer geraden, insbesondere senkrecht zu einer radialen Richtung des Rotors (1) orientierten, Anlagefläche (22) an einer korrespondierenden Anlagefläche (23) der Aufnahme (20, 21) anliegt. Permanenterregte Synchronmaschine (2) mit einem Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und mit einem Stator (24), welcher eine Ständerwicklung (25) zum Bereitstellen eines magnetischen Drehfelds aufweist, mittels welchem ein Rotieren des Rotors (1) um seine Drehachse (3) bewirkbar ist.
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