CH719207A1

CH719207A1 - Eine Rotorstruktur für eine elektrische Reluktanzmaschine.

Info

Publication number: CH719207A1
Application number: CH070657/2021A
Authority: CH
Inventors: Augustyniak Ewa; Augustyniak Marcin
Original assignee: Rotosi Gmbh
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2023-06-15
Also published as: WO2023102669A1

Abstract

Ein Rotor für eine elektrische Reluktanzmaschine sollte einerseits für eine maximale Anisotropie der magnetischen Reluktanz für unterschiedliche Richtungen des Rotors und andererseits für ein maximales Maß an mechanischer Retention optimiert werden. Das Erfüllen dieser beiden widersprüchlichen Anforderungen wird durch Stapeln von mindestens zwei unterschiedlichen Typen von Blechen (1): A und B erreicht, wobei sich Magnetfluss-Leitstreifen (2) oder Magnetfluss-Sperrstreifen (3) bei der zwei Typen überlappen und dort starre Befestigungen (92), (93) verwendet werden können, um eine mechanische Halterung zu gewährleisten.

Description

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Struktur eines Rotors einer elektrischen Reluktanzmaschine und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur.

STAND DER TECHNIK

[0002] Wir beschäftigen uns mit elektrischen Rotationsmaschinen mit variabler Reluktanz und radialem Geometrie. Sie besteht aus einem Stator und einem Rotor. Der Stator umfasst einen Statorkern und Statorwicklungen. Die Funktion des Stators besteht darin, ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, wenn Wechselströme durch die Statorwicklungen fließen. Der Rotor kann sich innerhalb des Stators oder außerhalb des Stators drehen. Der Rotor hat ein hohes Maß an magnetischer Anisotropie: Er lässt den Magnetfluss eine leichte magnetische Richtung (Q) durch und blockiert den Magnetfluss in anderen schwierigen magnetischen Richtungen (D). Mit dieser Eigenschaft neigt der Rotor, wenn er einem vom Stator erzeugten Magnetfeld ausgesetzt wird, dazu, sich selbst so auszurichten, dass eine leichte magnetische Richtung (Q) des Rotors Durchgänge für Magnetfluss zwischen aktiven Magnetpolen des Stators bereitstellt. Dreht sich nun das Magnetfeld des Stators, dreht sich auch der Rotor und die Maschine kann im motorischen Betrieb ein mechanisches Drehmoment abgeben. Die Qualität der elektrischen Rotationsmaschine mit variabler Reluktanz: in Bezug auf Effizienz und Leistungsfaktor hängt vom Grad der Anisotropie zwischen leichter und schwieriger magnetischer Richtung ab.

[0003] Der Begriff: elektrische Reluktanzmaschine wird in dieser Offenbarung im weitesten Sinne verwendet: Er erstreckt sich auf jede elektrische Rotationsmaschine, bei der magnetische Anisotropie des Rotors verwendet wird. Beispielsweise gibt es Induktionsmaschinen oder Permanentmagnetmaschinen, bei denen das Drehmoment unter manchen Betriebsbedingungen zumindest teilweise von der variablen Reluktanz des Rotors herrührt. Zum Zwecke dieser Offenbarung kategorisieren wir all diese Maschinen als Reluktanzmaschinen. Sehr oft umfassen Rotoren von elektrischen Maschinen mit variabler Reluktanz einen Stapel von Blechen. Diese Bleche bestehen typischerweise aus einem magnetischen Material und haben eine kreisförmige Form. Das magnetische Material hat eine niedrige Koerzitivkraft, sodass es leicht magnetisiert werden kann. Die Bleche sind entlang der axialen Richtung des Motors gestapelt. Um die gewünschte Anisotropie der magnetischen Eigenschaften des Rotors zu erreichen, enthalten die Bleche ein Muster aus Magnetfluss-Leitstreifen und Magnetfluss-Spärstreifen. Die Magnetfluss-Spärstreifen sind Bereiche, in denen magnetisches Material in einem Stadium des Herstellungsprozesses entfernt wurde, beispielsweise durch Stanzen oder Schneiden. Weiter kann das Volumen der Magnetfluss-Spärstreifen entweder mit einem Material oder mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt sein, das das Innere der elektrischen Rotationsmaschine füllt, oder mit Vakuum, oder bei einigen Arten von elektrischen Maschinen werden dort Permanentmagnete eingesetzt. Effektiv sind die Magnetfluss-Spärstreifen entweder aus nichtmagnetischem Material oder aus einem Material, dessen effektive magnetische Permeabilität geringer ist als die von Magnetfluss-Leitstreifen. Magnetfluss-Leitstreifen und Magnetfluss-Spärrstreifen sind in einem alternierenden Muster angeordnet.

[0004] In einem typischen Blechmuster gibt es Passagen: schmale Durchgänge aus magnetischem Material, deren Funktion darin besteht, alle Magnetfluss-Leitstreifen zusammenzuhalten und auf diese Weise eine mechanische Retention für die Rotorstruktur bereitzustellen. Dies ist besonders wichtig bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten, wo Zentrifugalkräfte dazu neigen, Magnetfluss-Leitstreifen auseinander zu ziehen. Die Breite den Passagen aus magnetischem Material im Rotormuster ist ein Kompromiss zwischen magnetischer Anisotropie und mechanischer Retention: Breite Passagen bieten eine verbesserte Retention auf Kosten einer geringeren Anisotropie, und schmale Passagen verbessern die Anisotropie, verschlechtern aber die Retention.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Rotor einer elektrischen Reluktanzmaschine bereitzustellen, der eine hohe Anisotropie des magnetischen Reluktanz in verschiedenen Richtungen aufweist, während gleichzeitig ein hohes Maß an mechanischer Retention garantiert.

[0006] Die Lösung besteht darin, mindestens zwei Typen von Blechen zu verwenden: A und B, wobei Magnetfluss-Leitstreifen oder Magnetfluss-Spärstreifen zwischen Blechmustern vom Typ A und Typ B sich überlappen. Die Trennung von Magnetfluss-Leitstreifen garantiert ein hohes Maß an magnetischer Anisotropie, während eine Überlappung oder indirekte Überlappung, für eine mechanische Retention sorgt.

AUFZÄHLUNG DER ZEICHNUNGEN

[0007] Ein weiteres Verständnis verschiedener Aspekte der Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, die unten kurz beschrieben sind, erhalten werden. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt ein typisches Blech nach dem Stand der Technik für einen Rotor einer elektrischen Reluktanzmaschine. Fig. 2 zeigt, wie Bleche zusammen gestapelt werden, um einen Rotor zu bilden. Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform von Blech des Typs A und B. Fig. 4 zeigt Blechen vom Typ A und B, die sich überlappen. Fig. 5 zeigt einen Blechstapel vom Typ A und B, der einen Rotor bildet. Fig. 6 zeigt ein Fragment eines Querschnitts durch Blechen, wo starre Befestigungen zwischen Blechen verwendet werden.

AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0008] Die wichtigsten in den Ansprüchen verwendeten Begriffe sind in der nachstehenden Beschreibung oder der Beschreibung des Standes der Technik definiert oder erklärt. Für andere beziehen wir uns auf die allgemeine Bedeutung, die von Fachleuten auf dem Gebiet der elektrischen Maschinen verwendet wird und in der offenen Literatur widerspiegelt ist.

[0009] Fig.1zeigt einem typischen Blech (1), das im Stand der Technik verwendet wird. Es umfasst mehrere Magnetfluss-Leitstreifen (2) und mehrere Magnetfluss-Sperrstreifen (3), die ein alternierendes Muster entlang einer radialen Richtung bilden. In diesem speziellen Beispiel hat der Rotor vier Magnetpole. Das Muster aus Magnetfluss-Leitstreifen (2) und Magnetfluss-Sperrstreifen (3) ist so ausgebildet, dass der magnetische Reluktanz entlang der Q-Achse deutlich anders ist als der magnetische Reluktanz entlang der D-Achse, was zu der gewünschten magnetischen Anisotropie des Rotors führt. Für die notwendige mechanische Retention, werden nach dem Stand der Technik Passagen (4) aus Blechmaterial verwendet. Die zentrale Struktur (8) ist eine Magnetfluss-Leitstruktur, die direkt an eine Öffnung für eine Welle (5) anschließt. Die zentrale Struktur (8) ist aus mechanischer Sicht relevant: um alle Teile des Rotors einschließlich der Welle mechanisch miteinander zu verbinden. Bei einem solchen Muster, lest die zentrale Struktur (8) der Magnetfluss durch.

[0010] Fig.2zeigt, wie Bleche (1) zusammen gestapelt werden, um einen Rotor einer elektrischen Reluktanzmaschine zu bilden.

[0011] Fig.3zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Blech-Typs A (1A) und des Typs B (1 B). Beide bestehen aus Magnetfluss-Leitstreifen (2) und Magnetfluss-Sperrstreifen (3). In diesem Beispiel hat der Rotor vier Magnetpole, und obwohl der Vier-Pol-Rotor ein typischer Fall ist, ist diese Erfindung nicht auf diese bestimmte Anzahl von Magnetpolen beschränkt. Sie kann auch eine andere Anzahl enthalten: 2, 6, 8 usw. Das Muster aus Magnetfluss-Leitstreifen (2) und Magnetfluss-Sperrstreifen (3) ist so ausgebildet, dass der magnetische Reluktanz entlang der Q-Richtung deutlich anders ist als der magnetische Reluktanz entlang der D-Richtung, was zu der gewünschten magnetischen Anisotropie führt Rotor. Für beide Blechtypen A und B trennt jeder Magnetfluss-Sperrstreifen (3) den Blech (1A) oder (1B) in zwei verschiedene Teile. Nimmt man beispielsweise einen bestimmten Magnetfluss-Sperrstreifen (31), so ergeben sich nach dem Ausschneiden aus dem Blechmaterial zwei separate Magnetfluss-Leitstreifen (21) und (22), bei denen keine durchgehende Linie gezogen werden kann, die einen Punkt von (21) mit einem Punkt von (22) verbindet, ohne die Grenze des magnetischen Materials zu kreuzen. Im Allgemeinen werden zwei Magnetfluss-Leitstreifen (21) und (22) genau dann voneinander getrennt, wenn jede durchgehende Linie zwischen den beiden Magnetfluss-Leitstreifen die Materialgrenze kreuzt. In Fig. 1 ist jedes Paar von Magnetfluss-Leitstreifen nicht getrennt, während in Fig. 3 jedes Paar von Magnetfluss-Leitstreifen getrennt ist. Da alle Magnetfluss-Sperrstreifen (3) auf beiden Blech Typen A und B getrennt sind, sind keine Passagen (4) auf dem Blechen vorhanden.

[0012] Fig.4zeigt Blechen vom Typ A und Typ B, die sich überlappen, wenn beide Blech Typen zusammen gestapelt werden, um den Rotor der elektrischen Reluktanzmaschine zu bilden. Zwischen den Magnetfluss-Leitstreifen (2) vom Blech Typ A und den Magnetfluss-Leitstreifen (2) vom Blech Typ B besteht eine Überlappung der Magnetfluss-Leitstreifen (6). Viele Magnetfluss-Leitstreifen (2) vom Blechtyp A überlappen sich mit zwei unterschiedlichen Magnetfluss-Leitstreifen (2) aus Blech Typ B, z. B. Magnetfluss-Leitstreifen (22) überlappt sich mit Magnetfluss-Leitstreifen (23) und auch Magnetfluss-Leitstreifen (22) überlappt sich mit zentraler Struktur (8). In ähnlicher Weise überlappen sich viele Magnetfluss-Sperrstreifen (3) von Blech Typ A mit zwei unterschiedlichen Magnetfluss-Sperrstreifen (3) von Blech Typ B.

[0013] Lassen wir uns nun den Begriff der indirekten Überlappung einführen: Wir sagen, dass sich zwei Magnetfluss-Leitstreifen (21) und (22) genau dann indirekt überlappen, wenn sie sich überlappen, oder es einen dritten Magnetfluss-Leitstreifen (23) gibt, so dass der erste Magnetfluss-Leitstreifen Streifen (21) überlappt mit dem dritten (23) und der dritte (23) überlappt sich indirekt mit dem zweiten (22). Dies ist eine rekursive Definition. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass sich zwei Magnetfluss-Leitstreifen (21) und (22) indirekt überlappen, wenn sie sich überlappen oder wenn es einen geordneten Satz von Magnetfluss-Leitstreifen (23), (24), ... gibt, sodass (21) überlappt sich mit (23) und (23) überlappt sich mit (24) und so weiter, bis das letzte Element der Satz mit (22) überlappt. Die Überlappungsbereiche zwischen (21) und (23) können woanders sein als die Überlappungsbereiche zwischen (23) und (22). Der Begriff der indirekten Überlappung ist für die mechanische Retention relevant: Falls Magnetfluss-Sperrstreifen mit Luft gefüllt sind und zumindest einige Magnetfluss-Leitstreifen von der zentralen Struktur (8) getrennt sind, nach der Bildung des Blechstapels, müssen alle Magnetfluss-Leitstreifen, die von der zentralen Struktur (8) getrennt sind, sich indirekt mit der zentralen Struktur (8) überlappen, um den mechanischen Halt den gesamten Rotor zu gewährleisten.

[0014] Fig.5zeigt, wie Bleche vom Typ A und B zusammen gestapelt werden, um den Rotor der elektrischen Reluktanzmaschine zu bilden. In dieser Ausführungsform ist die bestimmte Reihenfolge: ABAB..., aber diese Erfindung deckt alle Möglichkeiten ab, da es anderen Reihenfolgen des Blechstapels geben könnte, zum Beispiel: AABBAABB, AABAAB, .... Es könnte auch mehr als zwei Blechtypen geben, z.B.: A, B, und C und verschiedene Permutationen oder Variationen können auch in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet werden, z. B. AABCCAABCC usw.

[0015] Fig.6zeigt ein Fragment eines Querschnitts durch Blechen, wo starre Befestigungen zwischen den Blechen verwendet werden. An der Stelle der Überlappung der Magnetfluss-Leitstreifen (6), oder Überlappung der Magnetfluss-Sperrstreifen (7) kann eine starre Befestigung (92) oder (93) verwendet werden, um die beiden sich überlappenden Teile gegeneinander zu fixieren. In dieser Ausführungsform ist die starre Befestigung ein Zwischenschicht-Klebematerial, das bewirkt, dass überlappende Strukturen aneinander haften. Im Allgemeinen kann die starre Befestigung zwischen Magnetfluss-Leitstreifen (92) oder Magnetfluss-Sperrstreifen (93) von unterschiedlicher Form sein: Es könnte ein zusätzliches Loch sein mit einem Bolzen oder einer Nut, es könnte Schweißstelle, oder es könnte eine Erhebung sein, oder irgendeine andere mechanische Lösung, die garantiert, dass sich die durch die starre Befestigung verbundenen Teile nicht gegeneinander bewegen.

LISTE DER REFERENZNUMMERN

[0016] 1 Rotor Blech 1A Rotor Blech vom Typ A 1B Rotor Blech vom Typ B 2 Magnetfluss-Leitstreifen 21 Ein bestimmter Magnetfluss-Leitstreifen auf Rotor Blech vom Typ A 22 Ein bestimmter Magnetfluss-Leitstreifen auf Rotor Blech vom Typ A 23 Ein bestimmter Magnetfluss-Leitstreifen auf Rotor Blech vom Typ B 3 Magnetfluss-Sperrstreifen 31 Ein besonderer Magnetfluss-Sperrstreifen auf Rotor Blech vom Typ A 4 Passage 5 Öffnung für eine Welle 6 Überlappung der Magnetfluss-Leitstreifen 7 Überlappung der Magnetfluss-Sperrstreifen 8 Zentrale Struktur 92 Starre Befestigung zwischen Magnetfluss-Leitstreifen 93 Starre Befestigung zwischen Magnetfluss-Sperrstreifen Q Leichte magnetische Richtung D Schwierige magnetische Richtung

Claims

1. Rotor für eine elektrische Reluktanzmaschine, worin der Rotor einen Stapel aus mehreren Blechen (1) umfasst; jedes Blech (1) mehrere Magnetfluss-Leitstreifen (2) aus magnetischem Material und mehrere Magnetfluss-Sperrstreifen (3) umfasst, in denen Magnetfluss-Leitstreifen (2) und Magnetfluss-Sperrstreifen (3) ein alternierendes Muster entlang des Radius des Blechs bilden, dadurch gekennzeichnet, dass: es mindestens zwei Typen von Blechen gibt: A und B; Blechen des Typs A und Typ B in bestimmter Reihenfolge gestapelt sind; und mindestens ein Magnetfluss-Leitstreifen (2) aus Blech des Typs A mit mindestens zwei unterschiedlichen Magnetfluss-Leitstreifen (2) aus Blech des Typs B überlappt (6) wenn Blechen des Typs A und des Typs B im Rotor zusammen gestapelt werden.

2. Rotor für eine elektrische Reluktanzmaschine, worin der Rotor einen Stapel aus mehreren Blechen (1) umfasst; jedes Blech (1) mehrere Magnetfluss-Leitstreifen (2) aus magnetischem Material und mehrere Magnetfluss-Sperrstreifen (3) umfasst, in denen Magnetfluss-Leitstreifen (2) und Magnetfluss-Sperrstreifen (3) ein alternierendes Muster entlang des Radius des Blechs bilden, dadurch gekennzeichnet, dass: es mindestens zwei Typen von Blechen gibt: A und B; Blechen des Typs A und Typ B in bestimmter Reihenfolge gestapelt sind; und mindestens ein Magnetfluss-Sperrstreifen (3) aus Blech des Typs A mit mindestens zwei unterschiedlichen Magnetfluss-Sperrstreifen (3) aus Blech des Typs B überlappt (7) wenn Blechen des Typs A und des Typs B im Rotor zusammen gestapelt werden.

3. Rotor für eine elektrische Reluktanzmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, für den Blech-Typ A oder den Blech-Typ B mindestens ein Magnetfluss-Sperrstreifen (31) vorhanden ist, der zwei Magnetfluss-Leitstreifen (21) und (22) trennt, sodass es nicht möglich ist, zwischen diesen Magnetfluss-Leitstreifen (21), (22) eine durchgehende Linie zu ziehen, ohne die Grenze des Magnetmaterials zu kreuzen.

4. Rotor für eine elektrische Reluktanzmaschine gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf einigen Blechen alle Magnetfluss-Leitstreifen (2) voneinander getrennt sind.

5. Rotor für eine elektrische Reluktanzmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Blech vom Typ A oder Typ B eine zentrale Struktur (8) umfasst; und jeder Magnetfluss-Leitstreifen (2) von einem beliebigen Blech, der von der zentralen Struktur (8) getrennt ist, mit der zentralen Struktur (8) entweder überlappt oder indirekt überlappt.

6. Rotor für eine elektrische Reluktanzmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mehrere starre Befestigungen (92) umfasst; und die starren Befestigungen (92) sind zwischen Magnetfluss-Leitstreifen (2) aus Blechen des Typs A und Magnetfluss-Leitstreifen (2) aus Blechen aus Typ B dort platziert, wo sich die Magnetfluss-Leitstreifen von Typ A und B überlappen (6).

7. Rotor für eine elektrische Reluktanzmaschine gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mehrere starre Befestigungen (93) umfasst; und die starren Befestigungen (93) sind zwischen Magnetfluss-Sperrstreifen (3) aus Blechen des Typs A und Magnetfluss-Sperrstreifen (3) aus Blechen aus Typ B dort platziert, wo sich die Magnetfluss-Sperrstreifen von Typ A und B überlappen (7).

8. Rotor für eine elektrische Reluktanzmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Magnetfluss-Sperrstreifen (3) mit Vakuum oder Luft, oder einer anderen Art von Gas gefüllt sind.

9. Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Reluktanzmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erstellung des Stapels von Blechen (1), die Magnetfluss-Sperrstreifen (3), die vorher mit Vakuum oder Luft, oder einem anderen Gas gefüllt worden sing, werden später mit einem Magnetfluss-Sperrstreifen -Füllmaterial gefüllt, das sich im Endprodukt verfestigt.

10. Rotor für eine elektrische Reluktanzmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Rotor Permanentmagnete umfasst.