EP1938441A1 - Selbstanlaufender permanent-erregter synchronmotor - Google Patents

Selbstanlaufender permanent-erregter synchronmotor

Info

Publication number
EP1938441A1
EP1938441A1 EP06805778A EP06805778A EP1938441A1 EP 1938441 A1 EP1938441 A1 EP 1938441A1 EP 06805778 A EP06805778 A EP 06805778A EP 06805778 A EP06805778 A EP 06805778A EP 1938441 A1 EP1938441 A1 EP 1938441A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
cage
permanent magnet
hollow cylindrical
rotor according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06805778A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Heese
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wilo SE
Original Assignee
Wilo AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wilo AG filed Critical Wilo AG
Publication of EP1938441A1 publication Critical patent/EP1938441A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/46—Motors having additional short-circuited winding for starting as an asynchronous motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2726—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of a single magnet or two or more axially juxtaposed single magnets
    • H02K1/2733—Annular magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]

Definitions

  • the invention relates to a rotor of an electric motor, in particular a permanently excited synchronous motor with a rotor shaft, a conductive cage arranged coaxially to the rotor axis and at least one permanent magnet.
  • Synchronous drives are increasingly used for small drives in industrial applications. These machines are usually operated directly on the AC network without a converter. In nominal operation, they run synchronously with the mains frequency. In order to reach this operating point, the independent startup against the moment of inertia and the load must take place. This is generally not a problem for very small motors, since the moment of inertia is low, but the load torque must also be as low as possible for low speeds. This is the case with pumps and fans, since the load only increases with the speed. This is for ⁇ -that small, self-starting synchronous motors in these applications use will find the main reason.
  • Small heating pumps with an output of up to approx. 50 watts are, however, generally implemented today with asynchronous motors and an operating capacitor. These pumps are mainly wet-running machines that have a relatively large air gap, which results in low efficiency.
  • asynchronous motors is that the Pump drive on the AC network enables problem-free self-starting.
  • the synchronous motors require starting electronics, since the tightening torque compared to the moment of inertia and load is not sufficient for a safe self-start under all conditions (e.g. contamination). It should also be mentioned that the start electronics required for the start-up require significant additional costs for the product.
  • Such a rotor is known, for example, from German published patent application DE 102 54 967. It discloses a rotor of an electric motor with a stack of magnetically conductive sheets through which rods of a short-circuit cage are guided, which ends on both sides with short-circuit rings, into each of which four permanent magnets with a rectangular cross-section are inserted.
  • An electric motor with a rotor of this type runs asynchronously through feeders) of an AC voltage and finally runs at nominal speed in synchronism with the frequency of the AC voltage.
  • a disadvantage of the rotor of DE 102 54 967 is the extremely complex construction and a resultant result high manufacturing costs, combined with correspondingly high manufacturing costs.
  • a rotor of an electric motor which has a core made of ferromagnetic material, on the cylindrical outer surface of which thin, narrow permanent magnets are applied, which extend in the axial direction along the axis of rotation.
  • a thin metallic cylindrical sleeve encloses the permanent magnets and presses them against the ferromagnetic material.
  • the stator magnetic field which penetrates the rotor generates local eddy currents in the area in which the stator magnetic field penetrates the cylindrical sleeve , these induced currents in turn resulting in a magnetic field of the same frequency which interacts with the stator magnetic field and generates a torque which accelerates the rotor.
  • the object of the invention is to provide a rotor of a synchronous motor which combines a high starting torque and thus a reliable self-start with a high efficiency in rated operation with simple construction and manufacture and at the same time ensures low manufacturing costs and correspondingly low manufacturing costs.
  • a generic rotor can be significantly simplified by replacing the short-circuit cage with a solid, electrically conductive hollow cylinder.
  • this hollow cylinder can advantageously be made of brass, copper or stainless steel.
  • the resulting solid rotor has a significantly higher tightening torque, which can be used very well for starting up a synchronous motor, especially in the wet-rotor version, in which the rotor rotates in a liquid medium and has to overcome a high load torque when starting. It is advantageous here that the synchronous motor falls into synchronism with a small slip and continues to run with the high synchronous torque and good efficiency in rated operation.
  • the permanent magnet can be made of ferrite, a samarium-cobalt compound (SmCo) or a neodymium-iron-boron compound, for example (NdFeB) exist, whereby the permanent magnetic material can be sintered or plastic-bound.
  • SmCo samarium-cobalt compound
  • NdFeB neodymium-iron-boron compound
  • Both a synchronous machine stator with concentrated windings and an asynchronous machine stator with diameter windings can be used as the stator of the electric motor.
  • a particularly advantageous embodiment variant of the present invention results from the fact that the rotor of the permanently excited synchronous motor has a conductive cage arranged coaxially to the rotor axis and a permanent magnet, the cage being designed as a solid hollow cylinder and the permanent magnet being cylindrical in the form of a solid hollow cylinder is formed and extends coaxially along at least part of the cage.
  • the hollow cylindrical permanent magnet can be formed in one piece.
  • the hollow cylindrical permanent magnet can, however, also be composed of several, for example, two, three or four hollow cylindrical sectional parts, the hollow cylindrical sectional parts in this case being firmly connected to one another in such a way that, in their entirety, they form the solid hon (cylindrical permanent magnet of a rotor according to the invention simplified.
  • the axially parallel permanent magnets can also be combined with the hollow cylindrical permanent magnet.
  • two axially parallel permanent magnets which are diametrically opposed, are preferably suitable for the use of a two-pole motor, wherein according to the invention, when using 2p-pole electric motors, 2p permanent magnets are to be arranged accordingly within the rotor.
  • the hollow cylindrical permanent magnet at least partially abuts the inside of the cage. As a result, further fasteners or additional filler material can be avoided.
  • the rotor according to the invention is particularly suitable for use in a containment shell pump in which the rotor rotates within a liquid, since the permanent magnet is not directly exposed to the liquid.
  • the hollow cylindrical permanent magnet can also at least partially rest on the outside of the cage, but in this case additional measures are necessary when using a neodymium-iron-boron compound as permanent magnetic material in order to protect the permanent magnet against corrosion.
  • the hollow cylindrical permanent magnet has a radial or diametric magnetization and that the magnetization has magnetic poles which are distributed over the circumference of the permanent magnet.
  • the number of magnetic poles should be selected according to the number of poles of the stator.
  • any magnetization can be impressed on the permanent magnet, for example one over the circumference of the Permanent magnets considered sinusoidal magnetization. It is particularly advantageous here that, compared with the use of individual, spaced-apart permanent magnets, the hollow cylindrical permanent magnet receives a continuous magnetization through the stamping of a magnetization, which enables a steady polarization transition, in particular when changing from one magnetic pole to the next, with an optimal adaptation of the permanent magnet to the stator magnetic field is possible and the cogging torque is reduced, which is also accompanied by noise reduction.
  • the impressed magnetization can also be carried out in such a way that the poles are arranged circumferentially of the permanent magnet in such a way that there is a polarity which, in particular, changes abruptly over the circumference of the hollow cylindrical permanent magnet.
  • the cage which is designed in the form of a solid hollow cylinder, can, in an advantageous embodiment, be made in one piece from copper, brass or stainless steel, as a result of which particularly simple manufacture is possible.
  • the cage can preferably have an axial thickness which is between 5% and 30%, preferably between 10% and 20% of the total radius of the rotor, so that a solid cage is formed.
  • the hollow cylindrical permanent magnet can preferably have an axial thickness which is between 10% and 40%, in particular between 20% and 30% of the total radius of the rotor.
  • Permanent magnets together between 10% and 40%, in particular between 20% and 30% of the total radius of the rotor.
  • the generic rotor is particularly suitable for use within a liquid medium in which it can be rotatably supported, the medium being able to be conveyed by a pump driven by an electric motor, and the pump preferably has a can or a can for receiving the rotor.
  • the rotor 1 shows the cross section of a rotor 1 according to the invention.
  • the rotor 1 has a rotor shaft 5 and a conductive cage 2 which is arranged coaxially to the rotor axis 7 and which is designed as a solid hollow cylinder.
  • the rotor 1 has a permanent magnet 3, which is likewise designed in the form of a solid hollow cylinder and extends coaxially along at least part of the cage 2.
  • the hollow cylindrical permanent magnet has a thickness d2.
  • the permanent magnet 3 lies inside the cage 2 and on the inside of the cage 2.
  • the cage 2 has a thickness d1, which is preferably between 5% and 30%, in particular between 10% and 20% of the total radius of the rotor 1.
  • the permanent magnet 3, on the other hand, has an axial thickness d2 which is between 10% and 40% of the total radius of the rotor 1.
  • a hollow cylindrical permanent magnet made of a samarium-cobalt or a neodymium-iron-boron compound preferably has an axial thickness d2 between 10% and 25%
  • a hollow cylindrical permanent magnet made of a ferrite preferably has an axial thickness d2 between 20% and 40%.
  • the percentages refer to the total volume of all axially parallel permanent magnets.
  • a preferably ferromagnetic material 4, which conducts the magnetic flux well, can be located below the permanent magnet 3.
  • FIG. 2 shows a generic rotor with a solid short-circuit cage 2 in the form of a hollow cylinder, internal block magnets 6 being inserted instead of the hollow cylindrical permanent magnet 3.
  • the magnets 6 lie diametrically opposite one another and extend parallel to the rotor axis 7 of the rotor shaft 5.
  • the axially parallel permanent magnets 6 lie in the ferromagnetic material 4.
  • the hollow cylindrical cage 2 When an electric motor starts up with one of the rotors according to the invention, the hollow cylindrical cage 2 first has its effect, whereas the hollow cylindrical or axially parallel permanent magnets 3, 6 develop their effect in synchronous operation.
  • the stator magnetic field passes through the cage 2 and generates eddy currents within the cage 2 along its entire thickness d1, which in turn result in a magnetic field which interacts with the stator magnetic field in such a way that a torque is generated by which the rotor is accelerated. Eddy currents are generated as long as the speed of the rotor is below the synchronous speed.
  • the ferrite material 4 is first applied to the rotor shaft 5, the outer diameter of the ferrite material 4 just corresponding to the inner diameter of the hollow cylindrical permanent magnet 3.
  • the ferrite material 4 can also first be made in the shape of a hollow cylinder and then pushed over the rotor shaft 5.
  • the permanent magnet 3 is then pushed over the ferrite material 4 and finally the short-circuit cage 2 is pushed over the permanent magnet 3.
  • Such a rotor is particularly suitable for use within a can or a can of an electric motor-driven pump.
  • the manufacturing method described can essentially be transferred to the second embodiment variant of the rotor according to the invention, but here the permanent magnets 6 according to FIG. 2 are first introduced into the material 4 when producing the hollow cylinder from the ferromagnetic material 4.
  • the hollow cylinder thus produced, made of ferrite material 4 and permanent magnet 6, is pushed with its inner cavity onto the rotor shaft 5 and then the massive short-circuit ring 2 is pushed over the ferromagnetic material 4.
  • an end plate can be used on both sides of the rotor, which seals the rotor airtight and watertight, so that it is particularly suitable for use within an electromotive canned or canned pump.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) eines Elektromotors insbesondere eines permanent-erregten Synchronmotors mit einer Rotorwelle, einem koaxial zur Rotorachse angeordneten leitfähigen Käfig (2) und zumindest einem Permanentmagneten (3), wobei der zumindest eine Permanentmagnet vorzugsweise unterhalb des Käfigs (2) angeordnet ist und zur Erzeugung eines hohen Anlaufmoments des permanent-erregten Synchronmotors der Käfig (2) die Gestalt eines massiven Hohlzylinders aufweist.

Description

Selbstanlaufender permanent-erregter Synchronmotor
Die Erfindung betrifft einen Rotor eines Elektromotors, insbesondere eines permanent-erregten Synchronmotors mit einer Rotorwelle, einem koaxial zur Rotorachse angeordneten leitfähigen Käfig und zumindest einem Permanentmagneten.
Synchronmdtdren werden immer häufiger für Kleinantriebe in Industrieanweηdungen eingesetzt. Diese Maschinen werden meist ohne Umrichter direkt am Wechselspannungsnetz betrieben. Im Nennbetrieb laufen sie synchron zur Netzfrequenz. Um diesen Betriebspunkt zu erreichen, muss der selbstständige Hochlauf gegen das Trägheitsmoment und die Last erfolgen. Für sehr kleine Motoren ist dies in der Regel unproblematisch, da das eigene Trägheitsmoment gering ist, jedoch muss auch das Lastmoment für kleine Drehzahlen möglichst gering sein. Bei Pumpen und Lüftern ist dies der Fall, da die Belastung erst mit der Drehzahl zunimmt. Dies ist der wesentliche Grund dafürκ-dass kleine, selbstanlaufende Synchronmotoren in diesen Anwendungen Einsatz finden.
Kleine Heizüngspumpen bis ca. 50 Watt Abgabeleistung werden heute jedoch in der Regel mit Asynchronmotoren uhd einem Betriebskondensator ausgeführt. Bei diesen Pumpen handelt es sich überwiegend um Nassläufer, die über einen relativ großen Luftspalt verfügen, welcher einen geringen Wirkungsgrad zur Folge hat. Ein Vorteil von Asynchronmotoren ist darin zu sehen, dass der Pumpenantrieb am Wechselspannungsnetz einen problemlosen Selbstanlauf ermöglicht.
Urh den Wirkungsgrad von derartigen Heizungspumpen zu verbessern, werden neuerdings auch zweipolige permanönt-erregte Synchronmotoren mit einer Anlaufelektronik eingesetzt. Diese Synchronmotoren verfügen durch die Magneterregung im Nennbetrieb über einen besseren Wirkungsgrad, wobei der große Luftspalt, bedingt durch die Nassläufertechnik, sich deutlich weniger auswirkt als bei Asynchronmotoren, da die Magnete sich im magnetischen Kreis wie Luft verhalten und gegenüber dem mechanischen Spalt überwiegen.
Für Heizungspumpen dieser Leistung benötigen die Synchronmotoren allerdings eine Startelektronik, da das Anzugsmoment gegenüber dem Trägheits- und Lastmoment nicht unter allen Bedingungen (zum Beispiel Verschmutzung) für einen sicheren Selbstanlauf ausreicht. Hierbei ist weiterhin anzuführen, dass die für den Anlauf notwendige Startelektronik für das Produkt deutliche Mehrkosten erfordert.
Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades ist es bekannt, die Vorteile des Synchronmotors mit den Vorteilen des Asynchronmotors (Selbstanlauf) zu kombinieren. Dies geschieht derart, dass in den Kurzschlusskäfig eines Asynchronmotors Permanentmagnete eingebracht werden. Dies hat zur Folge, dass der Anlauf asynchron und der Nennbetrieb des Elektromotors synchron zur Netzfrequenz erfolgt.
Ein derartiger Rotor ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 54 967 bekannt. Sie offenbart einen Läufer eines Elektromotors mit einem Stapel magnetisch leitender Bleche, durch die Stäbe eines Kurzschlusskäfigs geführt sind, der beidseitig mit Kurzschlussringen abschließt, in welche jeweils vier Dauermagnete rechteckigen Querschnitts eingebracht sind. Ein Elektromotor mit einem Läufer dieser Art läuft durch Anleger) einer Wechselspannung asynchron ah und läuft bei Nenndrehzahl schließlich synchron mit der Frequenz der Wechselspannung. Nachteilig ist bei dem Läufer der DE 102 54 967 die äußerst aufwendige Konstruktion und ein daraus entsprechend resultierender hoher Herstellungsaufwand, verbunden mit entsprechend hohen Herstellungskosten. Ferner wirkt sich die Tatsache, dass die Permanentmagnete nur kopfseitig in die Kurzschlussringe eingelassen sind, negativ auf die Höhe des Anlaufmomentes aus. Außerdem führt eine derartige Kombination von Kurzschlusskäfig und Permanentmagneten zu dem Nachteil, dass das bei einem Asynchronmotor ohnehin vorhandene geringe Anzugsmoment bei Asynchronmotoren mit Betriebskondensator weiter reduziert wird. Dieser Nachteil könnte durch eine Veränderung der Stabform des Kurzschlusskäfigs oder durch die Verwendung eines Doppelkäfigs vermieden werden, jedoch ergibt sich hierbei nachteilig ein entsprechend höherer Fertigungs- und Materialaufwand.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 02/061918 ist ferner ein Rotor eines Elektromotors bekannt, der einen Kern aus ferromagnetischem Material aufweist, auf dessen zylindrischer Außenoberfläche dünne, schmale Permanentmagnete aufgebracht sind, die sich in axialer Richtung entlang der Rotationsachse erstrecken. Eine dünne metallische zylindrisch ausgebildete Hülse umschließt die Permanentmagnete und presst sie gegen das ferromagnetlsche Material. Nachteilig ist bei dieser Konstruktiqn, däss aufgrund der vielen einzelnen Magnete, die auf den zylindrischen Außenmantel des ferromagnetischen Materials aufgebracht werden müssen, ein hoher Fertigungsaufwand vorliegt, welcher wiederum hohe Herstellungskosten bedingt.
Neben der herstellungsbedingten Verwendung der zylindrischen Hülse hat sie zur Folge, dass bei Einsatz des Rotors innerhalb der Bohrung eines Elektromotors das Statormagnetfeld, welches den Rotor durchdringt, in jenem Bereich, in dem das Statormagnetfeld die zylindrische Hülse durchsetzt, lokale Wirbelströme innerhalb der Hülse erzeugt werden, wobei diese induzierten Ströme wiederum ein magnetisches Feld gleicher Frequenz zur Folge haben, das mit dem Statormagnetfeld interagiert und ein Drehmoment erzeugt, welches den Rotor beschleunigt. Da diese Wirbelströme aufgrund der Ausführung der zylindrischen Hülse als dünnes Blech in radialer Richtung zur Achse der Hülse lokal beschränkt und dadurch sehr klein sind, ergibt sich hieraus ein geringes und unzureichendes Anlaufmoment, was den Einsatz einer derartigen Rotorkonstruktion für eine Spalttopfpumpe ungeeignet macht. Dieses sehr geringe Anlaufmoment wird in der WO 02/061918 erkannt und vorgeschlagen, zwischen den Permanentmagneten Stäbe einzulegen, die beiderends mit Kurzschlussringen, verbunden sind, wobei diese Konstruktion entweder alternativ oder zusätzlich zu der zylindrischen Hülse vorgeschlagen wird. Des bedingt wiederum einen erheblichen Herstellungsaufwand, der Hohe Fertigungskosten zur Folge hat und die Verwendung eines derartigen Rotor für Pumpen kleiner Leistung ungeeignet macht.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rotor eines Synchronmotors bereit zu stellen, der ein hohes Anlaufmoment und damit einen sicheren Selbstanlauf mit einem hohen Wirkungsgrad im Nennbetrieb bei einfacher Konstruktion und Herstellung verbindet und gleichzeitig einen geringen Fertigungsaufwand und entsprechend geringe Fertigungskosten gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Die Fertigung eines gattungsgemäßen Rotors lässt sich deutlich dadurch vereinfachen, dass der Kurzschlusskäfig durch einen massiven elektrisch leitfähigen Hohlzylinder ersetzt wird. Dieser Hohlzylinder lässt sich bei Nassläufern vorteilhaft in Messing, Kupfer oder rostfreiem Stahl ausführen. Der dadurch entstehende Massivläufer verfügt über ein deutlich höheres Anzugsmoment, was sehr gut für den Hochlauf eines Synchronmotors insbesondere in Nassläuferausführung, bei der der Rotor in einem flüssigen Medium dreht und bei Anlauf ein hohes Lastmoment zu überwinden hat, benutzt werden kann. Vorteilhaft ist hierbei, dass bei kleinem Schlupf der Synchronmotor in den Synchronismus fällt, und mit dem hohen synchronen Drehmoment und einem guten Wirkungsgrad im Nennbetrieb weiter läuft.
Eine optimale Ausführung des Rotors wird dadurch erreicht, dass der massive Hohlzylinder mit einem Permanentmagneten kombiniert wird, wobei der Permanentmagnet unter dem massiven Hohlzylinder angeordnet ist. Der Permanentmagnet kann beispielsweise aus Ferrit, einer Samarium-Kobalt Verbindung (SmCo) oder auch aus einer Neodym-Eisen-Bor Verbindung (NdFeB) bestehen, wobei das permanentmagnetische Material gesintert oder kunststoffgebunden sein kann. Als Stator des Elektromotors kann sowohl ein Synchronmaschinen-Stator mit konzentrierten Wicklungen als auch Asynchronmaschinen-Stator mit Durchmesserwicklungen eingesetzt werden.
Eine besonders Vorteilhafte Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ergibt sich dadurch, dass der Rotor des permanent-erregten Syπchronmotors einen koaxial zur Rotorachse angeordneten leitfähigen Käfig und einen Permanentmagneten aufweist, wobei der Käfig als ein massiver Hohlzylinder ausgebildet ist, und der Permanentmagnet zylinderförmig in Form eines massiven Hohlzylinders ausgebildet ist und sich koaxial entlang zumindest einen Teil des Käfigs erstreckt.
Durch die Verwendung eines massiven Hohlzylinders als Käfig anstelle eines konventionellen Kurzschlusskäfigs ergibt sich zum einen ein erheblich reduzierter Herstellungsaufwand und zum anderen ein größtmögliches Anlaufmoment für den Synchronmotor.
In einer ersten Ausführungsvariante kann der hohlzylinderförmige Permanentmagnet einstückig ausgebildet sein. Alternativ kann der hohlzylinderförmige Permanentmagnet jedoch auch aus mehreren beispielsweise zwei, drei oder vier hohlzylindersektionalen Teilen zusammengesetzt sein, wobei die hohlzylindersektionalen Teile in diesem Fall derart miteinander fest verbunden sind, dass sie in ihrer Gesamtheit den massiven hon (zylinderförmigen Permanentmagneten bilden. Hierdurch wird die Herstellung eines erfindungsgemäßen Rotors vereinfacht.
Alternativ ist es auch möglich, anstelle des hohlzylinderförmigen Permanentmagneten zwei Permanentmagnete in den Rotor einzubringen, die sich diametral gegenüberliegen und achsparallel über zumindest einen Teil des Käfigs erstrecken. Hiermit kanη auf die Herstellung eines hohlzylinderförmigen Permanentmagneten verzichtet werden, wodurch sich die Fertigung des Rotors noch weiter vereinfacht. Die Kombination der achsparallelen Permanentmagnete mit dem massiven Hohlzylinder als Käfig erzeugt hierbei aufgrund des geringeren magnetischen Luftspalts ein ebenfalls hohes Anlaufmoment wie bei Verwendung eines hohlzylinderförmigen Permanentmagneten, da durch das Fehlen des hohlzylinderförmigen Permanentmagneten, welcher für den magnetischen Fluss wie Luft wirkt, der effektive magnetische Widerstand für den magnetischen Fluss verringert wird. Alternativ können die achsparallelen Magnete auch mit dem hohlzylinderförmigen Permaπentmagnöten kombiniert werden.
Es sei angemerkt, dass sich zwei achsparallele Permanentmagnete, die sich diametral gegenüberliegen, vorzugsweise für die Verwendung eines zweipoligen Motors eignen, wobei erfindungsgemäß bei Verwendung von 2p-poligen Elektromotoren entsprechend 2p-Permanentmagnete innerhalb des Rotors anzuordnen sind.
Herstellungstechnisch ist es besonders vorteilhaft, wenn der hohlzylinderförmige Permanentmagnet am Käfig innen zumindest teilweise anliegt. Hierdurch können weitere Befestigungsmittel oder weiteres Füllmaterial vermieden werden. Durch die Anordnung des hohlzylinderförmigen Permanentmagneten unterhalb des Käfigs, eignet sich der erfind uhgsgemäße Rotor insbesondere zur Verwendung bei einer Spalttopfpu mpe, bei der sich der Rotor innerhalb einer Flüssigkeit dreht, da der Permanentmagnet nicht unmittelbar der Flüssigkeit ausgesetzt ist. Alternativ kann der hohlzylinderförmige Permanentmagnet auch außen am Käfig zumindest teilweise anliegen, jedoch sind in diesem Fall bei der Verwendung einer Neodym-Eisen-Bor- Verbindung als permanentmagnetisches Material zusätzliche Maßnahmen notwendig, um den Permanentmagneten vor Korrosion zu schützen.
Für eine optimale Flussführung ist es vorteilhaft, dass der hohlzylinderförmige Permanentmagnet eine radiale oder diametrale Magnetisierung aufweist und dass die Magnetisierung magnetische Pole aufweist, die über den Umfang des Permanentmagneten verteilt sind. Die Anzahl der magnetischen Pole ist entsprechend der Anzahl der Pole des Stators zu wählen.
Alternativ kann auch eine beliebige Magnetisierung dem Permanentmagneten aufgeprägt werden, beispielsweise eine über dem Umfang des Permanentmagneten betrachtete sinusförmige Magnetisierung. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass gegenüber der Verwendung einzelner beabstandeter Permanentmagnete durch die Aufprägung einer Magnetisierung, der hohlzylinderförmige Permanentmagnet eine kontinuierliche Magnetisierung erhält, die insbesondere beim Übergang von einem magnetischen Pol zum Nächsten einen stetigen Polarisationsübergang ermöglicht, wobei eine optimale Anpassung des Permanentmagneten an das Statormagnetfeld möglich ist und das Rastmoment reduziert wird, womit eine Geräuschreduktion ebenfalls einhergeht.
Alternativ kann die aufgeprägte Magnetisierung auch derart ausgeführt sein, dass die Pole umfänglich des Permanentmagneten derart angeordnet sind, dass eine über den Umfang des hohlzylinderförmigen Permanentmagneten sektional insbesondere abrupt wechselnde Polarität vorliegt.
Bei der Verwendung von sich diametral gegenüberliegenden und achsparallelen Permanentmagneten ist es herstellungsgemäß von Vorteil, diese mit einem rechteckigen Querschnitt auszuführen, wobei jedoch auch ein zylindersektionaler Querschnitt oder ein Querschnitt in Form einer Sektion eines Hohlzylinders denkbar ist, der ebenfalls radial polarisiert sein kann.
Der in Form eines massiven Hohlzylinders ausgebildete Käfig kann in einer vorteilhaften Ausführungsvariante einstückig aus Kupfer, Messing oder rostfreiem Stahl hergestellt sein, wodurch eine besonders einfache Fertigung möglich ist.
Vorzugsweise kann der Käfig eine axiale Dicke aufweisen, die zwischen 5% und 30% vorzugsweise zwischen 10% und 20% des Gesamtradius des Rotors beträgt, so dass ein massiver Käfig gebildet wird.
Vorzugsweise kann der hohlzylinderförmige Permanentmagnet eine axiale Dicke aufweisen, die zwischen 10% und 40% insbesondere zwischen 20% und 30% des Gesamtradius des Rotors beträgt. Alternativ kann bei der Verwendung Von achsparallelen Permanentmagneten das Volumen der achsparallelen - Q -
Permanentmagnete zusammen zwischen 10% und 40% insbesondere zwischen 20% und 30% des Gesamtradius des Rotors betragen.
Der gattungsgemäße Rotor eignet sich insbesondere zur Anwendung innerhalb eines flüssigen Mediums, in dem er drehbar gelagert sein kann, wobei das Medium von einer von einem Elektromotor angetriebenen Pumpe gefördert werden kann, und die Pumpe vorzugsweise ein Spaltrohr oder einen Spalttopf zur Aufnahme des Rotors aufweist.
Es zeigen
Fig. 1 : Querschnitt des Rotors mit hohlzylinderförmigen Käfig und hohlzyiinderförmigen Permanentmagneten,
Fig. 2: Querschnitt des Rotors mit hohlzylinderförmigen Käfig und achsparallelen Permanentmagneten,
Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Rotors 1. Der Rotor 1 weist eine Rotorwelle 5 auf und einen koaxial zur Rotorachse 7 angeordneten leitfähigen Käfig 2, der als ein massiver Hohlzylinder ausgebildet ist. Ferner weist der Rotor 1 einen Permanentmagneten 3 auf, der ebenfalls in Form eines massiven Hohlzylinders ausgebildet ist und sich koaxial entlang zumindest eines Teils des Käfigs 2 erstreckt. Der hohlzylinderförmige Permanentmagnet hat eine Dicke d2.
Der Permanentmagnet 3 liegt innerhalb des Käfigs 2 und an der Innenseite des Käfigs 2 an. Der Käfig 2 weist eine Dicke d1 auf, die vorzugsweise zwischen 5% und 30 % insbesondere zwischen 10 % und 20 % des Gesamtradius des Rotors 1 liegt. Der Permanentmagnet 3 weist dagegen eine axiale Dicke d2 auf, die zwischen 10% und 40 % des Gesamtradius des Rotors 1 liegt. Hierbei weist ein aus einer Samarium-Cobalt- oder einer Neodym-Eisen-Bor-Verbindung hergestellter hohlzylinderförmiger Permanentmagnet vorzugsweise eine axiale Dicke d2 zwischen 10 % und 25 % und ein aus einem Ferrit hergestellter hohlzylinderförmiger Permanentmagnet vorzugsweise eine axiale Dicke d2 zwischen 20 % und 40 % auf. Bei der Verwendung von achsparallelen Permanentmagneten beziehen sich die Prozentangaben auf das Gesamtvolumen aller achsparallelen Permanentmagnete. Unterhalb des Permanentmagneten 3 kann sich ein vorzugsweise ferromagnetisches Material 4 befinden, das den magnetischen Fluss gut leitet.
Fig. 2 zeigt einen gattungsgemäßen Rotor mit massivem Kurzschlusskäfig 2 in Form eines Hohlzylinders, wobei innenliegende Blockmagnete 6 anstelle des hohlzylinderförmigen Permanentmagneten 3 eingebracht sind. Die Magnete 6 liegen sich diametral gegenüber und erstrecken sich parallel zur Rotorachse 7 der Rotorwelle 5. Die achsparallelen Permanentmagnete 6 liegen in dem ferromagnetischeh Material 4, ein.
Beim Anlaufen eines Elektromotors mit einem der erfindungsgemäßen Rotoren entfaltet zunächst der hohlzylinderförmige Käfig 2 seine Wirkung, wohingegen der hohlzylinderförmige bzw. die achsparallelen Dauermagnete 3, 6 beim synchronen Betrieb ihre Wirkung entfalten. Im Stillstand des Rotors 1 durchsetzt das Statormagnetfeld den Käfig 2 und erzeugt innerhalb des Käfigs 2 entlang seiner gesamten Dicke d1 Wirbelströme, welche wiederum ein magnetisches Feld zur Folge haben, das mit dem Statormagnetfeld derart interagiert, dass ein Drehmoment erzeugt wird, durch welches der Rotor beschleunigt wird. Es werden hierbei so lange Wirbelströme erzeugt, wie die Drehzahl des Rotor unterhalb der Synchrondrehzahl liegt.
Der Vorteil eines hofien Anlaufmomentes wird hierbei insbesondere durch eine kontinuierliche Magnetisierung des hohlzylinderförmigen Permanentmagneten 3 anstelle diskreter Magnetpole, die durch einzelne Permanentmagnete gebildet sind, verstärkt, da hierdurch das Rastmoment reduziert wird, d.h. das Verlangen des Rotors, sich mit einem Pol des Permanentmagneten zu einem Statorpol hin auszurichten, wobei hierdurch ebenfalls eine Geräuschreduktion beim Lauf des Rotors erzielt wird.
Aufgrund der Vierteiligkeit des Rotors 1 in der Ausführungsvariante mit hohlzylinderförmigem Permanentmagneten 3 und der Koaxialität der Komponenten ist eine besonders einfache und schnelle Fertigung insbesondere eine kostengünstige Herstellung des Rotors möglich. Hierbei wird zunächst auf die Rotorwelle 5 das Ferritmaterial 4 aufgebracht, wobei der Außendurchmesser des Ferritmaterials 4 gerade dem Innendurchmesser des hohlzylinderförmigen Permanentmagneten 3 entspricht. Alternativ kann das Ferritmaterial 4 auch zunächst hohlzylinderförmig hergestellt werden, und anschließend über die Rotorwelle 5 geschoben werden.
Anschließend wird der Permanentmagnet 3 über das Ferritmaterial 4 geschoben und schließlich der Kurzschlusskäfig 2 über den Permanentmagneten 3 geschoben. Beiderends des Rotors kann ferner jeweils eine Endplatte vorhanden sein, die den Rotor vorder- und rückseitig abschließt, so dass der Permanentmagnet 3 luft- und wasserdicht abgeschlossen und unterhalb des Käfigs 2 eingebracht ist. Ein derartiger Rotor eignet sich besonders zur Verwendung innerhalb eines Spalttopfes oder eines Spaltrohres einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe.
Das beschriebene Herstellungsverfahren kann im wesentlichen auf die zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Rotors übertragen werden, wobei hier jedoch bei Herstellung des Hόhlzylinders aus dem ferromagnetischen Material 4 zunächst die Permanentmagnete 6 gemäß Fig. 2 in das Material 4 eingebracht werden. Der so hergestellte Hohlzylinder aus Ferritmaterial 4 und Permanentmagneten 6 wird mit seiner inneren Aushöhlung auf die Rotorwelle 5 geschoben und anschließend der massive Kurzschlussring 2 über das ferromagnetische Material 4 geschoben. Auch hier kann beidseitig des Rotors jeweils eine Endplatte verwendet werden, die den Rotor luft- und wasserdicht abschließt, sodass er sich insbesondere für die Verwendung innerhalb einer elektromotorisch betriebenen Spaltrohr- oder Spalttopfpumpe eignet.

Claims

Ansprüche
1. Rotor (1 ) eines Elektromotors, insbesondere eines permanent-erregten Synchronmotors mit einer Rotorwelle (5), einem koaxial zur Rotorachse angeordneten elektrisch leitfähigen Käfig (2) und zumindest einem Permanentmagneten (3, 6), dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (2) die Gestalt eines massiven einstückigen Hohlzylinders aufweist und der Permanentmagnet (3) zylinderförmig in Form eines massiven Hohlzylinders ausgebildet ist und sich koaxial entlang zumindest einen Teils des Käfigs (2) erstreckt und/ oder der Rotor (1) zumindest zwei Permanentmagnete (6) aufweist, die sich diametral gegenüberliegen und achsparallel über zumindest einen Teil des Käfigs (2) erstrecken.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylinderförmige Permanentmagnet einstückig ausgebildet ist.
3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylinderförmige Permanentmagnet aus zumindest zwei hohlzylindersektionalen Teilen besteht.
4. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylinderförmige Permanentmagnet (3) am Käfig (2) innen und/ oder außen zumindest teilweise anliegt.
5. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylinderförmige Permanentmagnet (3) eine radiale oder diametrale Magnetisierung aufweist.
6. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole umfänglich derart angeordnet sind, dass eine über den Umfang des hohlzylinderförmigen Permanentmagneten sektional wechselnde Polarität vorliegt.
7. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere ein- oder mehrteilige hohlzylinderförmige Permanentmagnete axial hintereinander angeordnet sind.
8. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die achsparallelen Permanentmagnete (6) einen rechteckigen oder einen zylinder- oder hohlzylindersektionalen Querschnitt aufweisen.
9. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylinderförmige oder die achsparallelen Permanentmagnete (3, 6) innerhalb des Käfigs (2) angeordnet ist/ sind.
10. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (2) aus Kupfer, Messing oder rostfreiem Stahl besteht.
11. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er innerhalb eines flüssigen Mediums drehbar ist, das von einer vom Elektromotor angetriebenen Pumpe gefördert wird, wobei der Elektromotor ein Spaltrohr oder Spalttopf zur Aufnahme des Rotors aufweist.
12. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (2) eine axiale Dicke (d1) aufweist, die zwischen 5% und 30% vorzugsweise zwischen 10% und 20% des Gesamtradius des Rotors (1) beträgt.
13. Rotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylinderförmige Permanentmagnet (3) eine axiale Dicke (d2) aufweist, die zwischen 10% und 40% vorzugsweise zwischen 20% und 30% des Gesamtradius des Rotors 1 beträgt und/ oder dass das Volumen der achsparallelen Permanentmagnete (6) zusammen zwischen 10% und 40% vorzugsweise zwischen 20% und 30% des Gesamtradius des Rotors 1 beträgt.
EP06805778A 2005-10-20 2006-09-20 Selbstanlaufender permanent-erregter synchronmotor Withdrawn EP1938441A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510050643 DE102005050643A1 (de) 2005-10-20 2005-10-20 Selbstanlaufender permanent-erregter Synchronmotor
PCT/EP2006/009142 WO2007045319A1 (de) 2005-10-20 2006-09-20 Selbstanlaufender permanent-erregter synchronmotor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1938441A1 true EP1938441A1 (de) 2008-07-02

Family

ID=37459558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP06805778A Withdrawn EP1938441A1 (de) 2005-10-20 2006-09-20 Selbstanlaufender permanent-erregter synchronmotor

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1938441A1 (de)
CN (1) CN101292409A (de)
DE (1) DE102005050643A1 (de)
WO (1) WO2007045319A1 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009042214A1 (de) 2008-10-22 2010-04-29 Ksb Aktiengesellschaft Rotor eines selbstanlaufenden Elektromotors
CN102055262B (zh) * 2009-10-28 2013-09-25 珠海格力电器股份有限公司 自启动永磁同步电机、该电机所用转子及其生产方法
RU2444106C2 (ru) * 2009-11-30 2012-02-27 ЗАО "Сев-Евродрайф" Ротор синхронной электрической машины и синхронная электрическая машина, содержащая такой ротор
WO2013054301A2 (en) * 2011-10-14 2013-04-18 Itt Manufacturing Enterprises Inc A pump for pumping waste water
CN102545432A (zh) * 2011-12-31 2012-07-04 浙江大学 采用导电套的自起动永磁同步电机转子
DE102012007603A1 (de) * 2012-04-16 2013-10-17 Otto Stemme Permanentmagnet für einen Elektroantrieb und/oder Dynamo
CN103607146B (zh) * 2013-11-12 2016-03-30 福州大学 基于多机组合式结构的大容量永磁同步电动机起动方法
CN110138114A (zh) * 2018-02-09 2019-08-16 建准电机工业股份有限公司 磁性件防锈转子及使用其的马达结构
JP2024053402A (ja) * 2022-10-03 2024-04-15 株式会社東芝 回転電機、モータ、ロータ、及び永久磁石モータ

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1856189U (de) * 1962-05-25 1962-08-09 Magnetfabrik Gewerkschaft Wind Rotormagnet fuer klein-generatoren.
US3858308A (en) * 1973-06-22 1975-01-07 Bendix Corp Process for making a rotor assembly
DE3513174A1 (de) * 1985-04-12 1986-10-16 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Dauermagneterregter laeufer fuer eine elektrische maschine
DE4111466A1 (de) * 1991-04-09 1992-10-15 Speck Pumpenfabrik Walter Spec Kreiselpumpe mit spaltrohrmotor
DE4111411B4 (de) * 1991-04-09 2006-09-14 Papst Licensing Gmbh & Co. Kg Rotor mit einem Schutzmantel
FR2685567B1 (fr) * 1991-12-20 1997-06-06 Valeo Systemes Dessuyage Rotor de machine magneto-dynamique presentant au moins une zone aimantee et machine magneto-dynamique, comme un moteur sans collecteur, ainsi equipee.
GB9211124D0 (en) * 1992-05-26 1992-07-08 Univ Cardiff Permanent magnet motor
US5345130A (en) * 1993-04-28 1994-09-06 General Electric Company Modable permanent magnet rotor for optimized field shaping
IT1280796B1 (it) * 1995-01-20 1998-02-11 Electro Parts Spa Magnete permanente, in particolare rotore per motori elettrici.
DE29804246U1 (de) * 1998-03-10 1998-05-28 Quick Rotan Elektromotoren GmbH, 67655 Kaiserslautern Rotorelement
DE10036555A1 (de) * 2000-07-27 2002-02-07 Wilo Gmbh Korrosionsgeschützter Rotor für eine elektrische Maschine
US20020084710A1 (en) * 2000-12-28 2002-07-04 Andrew Worley Line start permanent magnet motor
DE10254967A1 (de) * 2002-11-26 2004-06-09 Danfoss Compressors Gmbh Läufer eines Elektromotors
DE10322463A1 (de) * 2003-05-16 2004-12-16 Ksb Aktiengesellschaft Spaltrohrmotorpumpe mit einem permanentmagnetisch erregten Synchronmotor
ITMI20032241A1 (it) * 2003-11-18 2005-05-19 Sisme Immobiliare S P A Rotore a magneti permanenti per motore elettrico di rapido assemblaggio e metodo per il suo ottenimento
JP2006086319A (ja) * 2004-09-16 2006-03-30 Mitsubishi Electric Corp リング型焼結磁石

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007045319A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007045319A1 (de) 2007-04-26
CN101292409A (zh) 2008-10-22
DE102005050643A1 (de) 2007-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2517340B1 (de) Rotor mit kurzschlusskäfig
EP2044671B1 (de) Rotor für eine elektrische maschine, sowie herstellungsverfahren eines solchen
DE102019107398A1 (de) Axialflussrotor und elektrische axialflussmaschine
DE3329887A1 (de) Selbstanlaufender gleichstrommotor mit permanentmagnet
EP3288161B1 (de) Elektronisch kommutierter motor mit zwei verschiedenen rotorkernen
DE102008020779A1 (de) Rotor mit einzelnen Teilsegmenten und elektrische Maschine
EP2393186A2 (de) Elektromotor
EP1938441A1 (de) Selbstanlaufender permanent-erregter synchronmotor
DE202004016534U1 (de) Elektromotor
DE102007013738B4 (de) Elektrische Maschine mit Klauenpolstator
EP1812714B1 (de) Anordnung mit einem luefter und einer pumpe
EP2104976B1 (de) Elektrische maschine
EP2834909A2 (de) Elektromotor
DE102019132650A1 (de) Elektrische Hybrid-Synchronmaschine sowie Kraftfahrzeug
DE19940457A1 (de) Axialflußmotor
EP2102972B1 (de) Nasslaeuferpumpe mit einer einphasigen permanent-erregten synchronmaschine
EP2345138B1 (de) Rotor eines selbstanlaufenden elektromotors
DE102008010909B4 (de) Elektromotor
DE2055516A1 (de) Kreiselpumpe mit Magnetkupplung
DE1923586B2 (de) Kleinsynchronmotor mit Dauermagnetläufer
DE4345599B4 (de) Elektromotor
EP2209191A2 (de) Einphasiger Synchronmotor mit Hilfsmagnet
EP0844723A2 (de) Elektromotorisch angetriebene Pumpe
CH695717A5 (de) Permanenterregte Synchronmaschine.
EP1530281B1 (de) Elektromotor

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20080301

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20130704

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20140115