WO2017016724A1 - Rotor einer elektrischen Maschine - Google Patents

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Barlas Turgay
Harald Laue
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    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
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    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect

Definitions

  • the invention is based on a rotor of an electrical machine according to the preamble of the main claim.
  • Receiving openings provided, which are arranged in a V-shape to each other and in each of which a permanent magnet is arranged. Seen in the radial direction, a magnet holding portion of the rotor is formed between the two receiving openings of a magnetic pole and the outer circumference of the rotor, which includes the two
  • Main claim has the advantage that the flowing over the webs magnetic leakage flux is avoided by eliminating the webs and the resulting additional mechanical stress of the magnet-holding portions is evenly distributed over each magnet-holding section.
  • the filler is a thermoset, which completely fills the receiving openings each provided with two permanent magnets, in particular, the spaces between each of the magnet holding portion of the rotor and the permanent magnet.
  • the permanent magnets each act mechanically with a uniform surface load on the corresponding magnet-holding section.
  • a thermoplastic has a higher viscosity than a thermoset and would not completely fill the gap between each of the magnet-holding portion and the permanent magnet, so that in each case one
  • the rotor per magnetic pole has a receiving opening in which two permanent magnets are arranged, since comparatively small magnets can be used in this way, which in the
  • Receiving opening each V-shaped can be arranged.
  • the receiving openings are each designed in such a way that the permanent magnets arranged in the respective receiving opening are arranged in a V-shaped manner relative to each other. Due to the V-shaped arrangement of
  • Permanent magnets can achieve a concentration of the magnetic flux per magnetic pole. It is very advantageous if the receiving openings are each delimited by walls, of which in each case one wall, in particular the radially outer wall, has a section projecting into the corresponding receiving opening, on which at least one of the permanent magnets is supported at least in sections. This has the advantage that a predetermined gap between the magnet holding portion and the permanent magnet is set, which ensures a complete filling of the gap with thermoset. According to an advantageous embodiment, the projecting portion protrudes by a maximum of 0.1 millimeters into the receiving opening.
  • the projecting portion in each case parallel to the opposite wall of the corresponding receiving opening and / or parallel to a surface of one of the in the corresponding receiving opening
  • Permanent magnet in each case flat against the projecting portion and the projecting portion of the opposite wall of the receiving opening.
  • Receiving opening is formed in each case between two provided in the wall stages. Through the steps, a defined gap between the corresponding wall of the receiving opening and the permanent magnet is set, so that a complete filling of this gap is ensured with thermoset.
  • the receiving openings have means for fixing the position of the permanent magnets, since in this way the position of the magnets is defined in the receiving openings and the thermoset is evenly distributed between the walls of the respective receiving opening and the respective magnet.
  • Fig.l shows a partial view of the rotor according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a partial view of the rotor according to the invention after a second
  • FIG. 1 shows a partial view of the rotor according to the invention of an electric motor
  • the rotor 1 is rotatable about a rotor axis 2 and formed as a so-called laminated core, which consists of a stack of electrical sheets.
  • receiving openings 3 are provided near its periphery, in each of which two permanent magnets 4 are added.
  • the permanent magnets 3 are in the Receiving openings 2 held by a filler 5, which fills the spaces between walls of the receiving openings 3 and the permanent magnet 4.
  • the receiving openings 2 are closed as seen in the radial direction, wherein each of the receiving opening 2 spanning portion of the rotor 1 is referred to as a magnetic holding portion 10.
  • This magnet-holding portion 10 is subjected to strong bending during rotation of the rotor 1 in each case by the centrifugal forces of the permanent magnets 4 in the radial direction.
  • the filler 5 is a thermosetting plastic.
  • a BMC thermoset so a bulk molding compound thermoset, is used, which contains glass fibers.
  • the rotor 1 has a plurality of magnetic poles 8, wherein per magnetic pole 8 a
  • Receiving opening 3 is provided with two permanent magnets 4 received therein.
  • the receiving openings 3 are each formed such that the provided in the respective receiving opening 3 permanent magnets 4 are arranged at an angle less than 180 degrees, in particular V-shaped, to each other.
  • the receiving openings 3 are each bounded by walls 9, of which in each case a wall 9, in particular with respect to the rotor axis 2 radially outer
  • the at least one projecting wall section 10 projects, for example, by 0.05 to 0.2 millimeters, in particular by 0.1 millimeters, into the receiving opening 3.
  • the projecting wall section 10 of the receiving opening 3 can be formed in each case between two provided in the corresponding wall 9 stages 12. The area of each projecting wall portion 10 is smaller than that of the projecting one
  • a separate projecting wall portion 10 on the radially outer wall 9, which is part of the magnet-holding portion 10 is provided.
  • the projecting wall section 10 is in each case parallel to a projecting wall section 10
  • each receiving opening 3 On the at least one projecting wall 10 opposite side of each receiving opening 3, for example, means 11 for fixing the position of the two permanent magnets 4 are provided, each in the corresponding
  • Projecting opening 3 protrude and are designed, for example, paragraph-shaped or nose-shaped. 2 shows a partial view of the rotor according to the invention of an electric machine according to a second embodiment.
  • a single projecting wall portion 10 is formed, on which the two permanent magnets 4 are supported together.
  • the protruding wall portion 10 has two surfaces which are arranged at an angle smaller than 180 degrees in accordance with the arrangement of the permanent magnets 4 to each other.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine bekannt, mit Aufnahmeöffnungen und mit in den Aufnahmeöffnungen aufgenommenen Permanentmagneten, die in den Aufnahmeöffnungen mittels eines Kunstharzes gehalten sind, der im folgenden als Füllstoff bezeichnet wird und in den Zwischenräumen zwischen den Wandungen der Aufnahmeöffnungen und den Permanentmagneten vorgesehen ist. Bei dieser Ausführung sind pro Magnetpol zwei durch einen Steg voneinander getrennte Aufnahmeöffnungen vorgesehen, die V-förmig zueinander angeordnet sind und in denen jeweils ein Permanentmagnet angeordnet ist. In radialer Richtung gesehen ist zwischen den zwei Aufnahmeöffnungen eines Magnetpols und dem Außenumfang des Rotors ein Magnet-Halteabschnitt des Rotors gebildet, der die zwei Permanentmagnete abstützt und der durch den Steg mechanisch am übrigen Rotor befestigt ist. Über diesen Steg kann jedoch ein unerwünschter magnetischer Streufluss fließen, der nicht zur Drehmomenterzeugung beiträgt. Bei dem erfindungsgemäßen Rotor wird der über die Stege fließende magnetische Streufluss vermieden, indem die Stege entfallen und die dadurch entstehende zusätzliche mechanische Belastung der Magnet-Halteabschnitte gleichmäßig über jeden Magnet-Halteabschnitt verteilt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Füllstoff (5) ein Duroplast ist.

Description

Beschreibung Titel
Rotor einer elektrischen Maschine
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Rotor einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Maschine bekannt, mit Aufnahmeöffnungen und mit in den Aufnahmeöffnungen aufgenommenen Permanentmagneten, die in den Aufnahmeöffnungen mittels eines Kunstharzes gehalten sind, der im folgenden als Füllstoff bezeichnet wird und in den Zwischenräumen zwischen den Wandungen der Aufnahmeöffnungen und den Permanentmagneten vorgesehen ist. Bei dieser
Ausführung sind pro Magnetpol zwei durch einen Steg voneinander getrennte
Aufnahmeöffnungen vorgesehen, die V-förmig zueinander angeordnet sind und in denen jeweils ein Permanentmagnet angeordnet ist. In radialer Richtung gesehen ist zwischen den zwei Aufnahmeöffnungen eines Magnetpols und dem Außenumfang des Rotors ein Magnet-Halteabschnitt des Rotors gebildet, der die zwei
Permanentmagnete abstützt und der durch den Steg mechanisch am übrigen Rotor befestigt ist. Über diesen Steg kann jedoch ein unerwünschter magnetischer Streufluss fließen, der nicht zur Drehmomenterzeugung beiträgt.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der über die Stege fließende magnetische Streufluss vermieden wird, indem die Stege entfallen und die dadurch entstehende zusätzliche mechanische Belastung der Magnet-Halteabschnitte gleichmäßig über jeden Magnet-Halteabschnitt verteilt wird. Die gleichmäßige
Verteilung der zusätzlichen mechanischen Belastung der Magnet-Halteabschnitte ergibt sich dadurch, dass der Füllstoff ein Duroplast ist, der die jeweils mit zwei Permanentmagneten versehenen Aufnahmeöffnungen vollständig ausfüllt, insbesondere die Zwischenräume zwischen jeweils dem Magnet-Halteabschnitt des Rotors und dem Permanentmagneten. Auf diese Weise wirken die Permanentmagnete jeweils mit einer gleichförmigen Flächenlast mechanisch auf den entsprechenden Magnet-Halteabschnitt. Ein Thermoplast hat eine höhere Viskosität als ein Duroplast und würde den Zwischenraum jeweils zwischen dem Magnet-Halteabschnitt und dem Permanentmagneten nicht vollständig ausfüllen, so dass sich jeweils eine
ungleichförmige Flächenlast oder eine punktförmige Belastung auf den Magnet- Halteabschnitt ergeben würde. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Rotor pro Magnetpol eine Aufnahmeöffnung aufweist, in der zwei Permanentmagnete angeordnet sind, da auf diese Weise vergleichsweise kleine Magnete verwendet werden können, die in der
Aufnahmeöffnung jeweils V-förmig angeordnet werden können.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Aufnahmeöffnungen jeweils derart ausgebildet sind, dass die in der jeweiligen Aufnahmeöffnung angeordneten Permanentmagnete V- förmig zueinander angeordnet sind. Durch die V-förmige Anordnung der
Permanentmagnete lässt sich eine Konzentration des Magnetflusses pro Magnetpol erreichen. Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Aufnahmeöffnungen jeweils von Wandungen begrenzt sind, von denen jeweils eine Wandung, insbesondere die radial äußere Wandung, einen in die entsprechende Aufnahmeöffnung vorspringenden Abschnitt aufweist, an dem zumindest einer der Permanentmagnete zumindest abschnittsweise abgestützt ist. Dies hat den Vorteil, dass ein vorbestimmter Spalt zwischen dem Magnet- Halteabschnitt und dem Permanentmagneten eingestellt wird, der eine vollständige Befüllung des Spaltes mit Duroplast sicherstellt. Nach einer vorteilhaften Ausführung steht der vorspringende Abschnitt um maximal 0,1 Millimeter in die Aufnahmeöffnung vor.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn der vorspringende Abschnitt jeweils parallel zu gegenüberliegenden Wandung der entsprechenden Aufnahmeöffnung und/oder parallel zu einer Fläche eines der in der entsprechenden Aufnahmeöffnung
angeordneten Permanentmagnete ausgebildet ist. Auf diese Weise liegt der
Permanentmagnet jeweils flächig an dem vorspringenden Abschnitt und der dem vorspringenden Abschnitt gegenüberliegenden Wandung der Aufnahmeöffnung an.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn der vorspringende Wandabschnitt der
Aufnahmeöffnung jeweils zwischen zwei in der Wandung vorgesehenen Stufen gebildet ist. Durch die Stufen wird ein definierter Zwischenraum zwischen der entsprechenden Wandung der Aufnahmeöffnung und dem Permanentmagneten eingestellt, so dass eine vollständige Befüllung dieses Zwischenraums mit Duroplast gewährleistet ist.
Vorteilhaft ist, wenn die Aufnahmeöffnungen Mittel zum Festlegen der Lage der Permanentmagnete aufweisen, da auf diese Weise die Position der Magnete in den Aufnahmeöffnungen definiert ist und der Duroplast jeweils gleichmäßig zwischen den Wandungen der jeweiligen Aufnahmeöffnung und dem jeweiligen Magnet verteilt wird.
Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Fig.l zeigt eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Rotors nach einem ersten Ausführungsbeispiel und
Fig.2 eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Rotors nach einem zweiten
Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Fig.l zeigt eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Rotors einer elektrischen
Maschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
Der Rotor 1 ist um eine Rotorachse 2 drehbar und als ein sogenanntes Blechpaket ausgebildet, das aus einem Stapel von Elektroblechen besteht. An dem Rotor 1 sind nahe seinem Umfang Aufnahmeöffnungen 3 vorgesehen, in denen jeweils zwei Permanentmagnete 4 aufgenommen sind. Die Permanentmagnete 3 sind in den Aufnahmeöffnungen 2 mittels eines Füllstoffs 5 gehalten, der die Zwischenräume zwischen Wandungen der Aufnahmeöffnungen 3 und den Permanentmagneten 4 ausfüllt. Die Aufnahmeöffnungen 2 sind in radialer Richtung gesehen geschlossen, wobei jeweils der die Aufnahmeöffnung 2 überspannende Abschnitt des Rotors 1 als Magnet-Halteabschnitt 10 bezeichnet wird. Dieser Magnet-Halteabschnitt 10 wird bei Rotation des Rotors 1 jeweils durch die Fliehkräfte der Permanentmagnete 4 in radialer Richtung stark auf Biegung beansprucht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Füllstoff 5 ein Duroplast ist. Beispielsweise wird ein BMC-Duroplast, also ein Bulk Molding Compound-Duroplast, verwendet, der Glasfasern enthält.
Der Rotor 1 weist mehrere Magnetpole 8 auf, wobei pro Magnetpol 8 eine
Aufnahmeöffnung 3 mit jeweils zwei darin aufgenommenen Permanentmagneten 4 vorgesehen ist. Die Aufnahmeöffnungen 3 sind jeweils derart ausgebildet, dass die in der jeweiligen Aufnahmeöffnung 3 vorgesehenen Permanentmagnete 4 unter einem Winkel kleiner als 180 Grad, insbesondere V-förmig, zueinander angeordnet sind.
Die Aufnahmeöffnungen 3 sind jeweils von Wandungen 9 begrenzt, von denen jeweils eine Wandung 9, insbesondere die bezüglich der Rotorachse 2 radial äußere
Wandung, zumindest einen in die entsprechende Aufnahmeöffnung 3 vorspringenden Wandabschnitt 10 aufweist, an dem zumindest einer der Permanentmagnete 4 der Aufnahmeöffnung 3 zumindest abschnittsweise abgestützt ist. Der zumindest eine vorspringende Wandabschnitt 10 steht beispielsweise um 0,05 bis 0,2 Millimeter, insbesondere um 0,1 Millimeter, in die Aufnahmeöffnung 3 vor. Der vorspringende Wandabschnitt 10 der Aufnahmeöffnung 3 kann jeweils zwischen zwei in der entsprechenden Wandung 9 vorgesehene Stufen 12 gebildet sein. Die Fläche jedes vorspringenden Wandabschnitts 10 ist kleiner als die dem vorspringenden
Wandabschnitt 10 zugewandte Fläche des zugehörigen Permanentmagneten 4. Nach dem ersten Ausführungsbeispiel in Fig.l ist für jeden Permanentmagneten 4 ein eigener vorspringender Wandabschnitt 10 an der radial äußeren Wandung 9, die Teil des Magnet-Halteabschnitts 10 ist, vorgesehen. Der vorspringende Wandabschnitt 10 ist jeweils parallel zu einer dem vorspringenden Wandabschnitt 10
gegenüberliegenden Wandung 9 der entsprechenden Aufnahmeöffnung 3 und/oder parallel zu einer dem Wandabschnitt 10 zugewandten Fläche des Permanentmagneten 4 ausgebildet. Dadurch liegen die Permanentmagnete 4 flächig an ihrem vorspringenden Wandabschnitt 10 an.
Auf der der zumindest einen vorspringenden Wandung 10 gegenüberliegenden Seite jeder Aufnahmeöffnung 3 sind beispielsweise Mittel 11 zum Festlegen der Lage der zwei Permanentmagnete 4 vorgesehen, die jeweils in die entsprechende
Aufnahmeöffnung 3 hineinragen und beispielsweise absatzförmig oder nasenförmig ausgeführt sind. Fig.2 zeigt eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Rotors einer elektrischen Maschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Bei dem Rotor nach Fig.2 sind die gegenüber dem Rotor nach Fig.l gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten
Ausführungsbeispiel nach Fig.l lediglich darin, dass pro Aufnahmeöffnung 3 ein einziger vorspringender Wandabschnitt 10 gebildet ist, an dem sich die zwei Permanentmagnete 4 gemeinsam abstützen. Dadurch weist der vorspringende Wandabschnitt 10 zwei Flächen auf, die unter einem Winkel kleiner als 180 Grad entsprechend der Anordnung der Permanentmagnete 4 zueinander angeordnet sind.

Claims

Ansprüche
Rotor (1) einer elektrischen Maschine mit Aufnahmeöffnungen (3) und mit in den Aufnahmeöffnungen (3) aufgenommenen Permanentmagneten (4), die in den Aufnahmeöffnungen (3) mittels eines Füllstoffs (5) gehalten sind, der in den Zwischenräumen zwischen den Wandungen der Aufnahmeöffnungen (3) und den Permanentmagneten (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (5) ein Duroplast ist.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) pro
Magnetpol (8) eine Aufnahmeöffnung (3) aufweist, in der zwei Permanentmagnete (4) angeordnet sind.
Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnungen (3) jeweils derart ausgebildet sind, dass die in der jeweiligen Aufnahmeöffnung (3) angeordneten Permanentmagnete (4) V-förmig zueinander angeordnet sind. 4. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnungen (3) jeweils von Wandungen (9) begrenzt sind, von denen jeweils eine Wandung (9), insbesondere die radial äußere Wandung (9), zumindest einen in die entsprechende Aufnahmeöffnung (3) vorspringenden Wandabschnitt (10) aufweist, an dem zumindest einer der Permanentmagnete (4) zumindest abschnittsweise abgestützt ist.
Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorspringende Wandabschnitt (10) um maximal 0,1 Millimeter in die Aufnahmeöffnung (3) vorsteht.
Rotor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorspringende Wandabschnitt (10) jeweils parallel zu einer gegenüberliegenden Wandung der entsprechenden Aufnahmeöffnung (3) und/oder parallel zu einer Fläche eines der in der entsprechenden Aufnahmeöffnung (3) angeordneten Permanentmagnete (4) ausgebildet ist. Rotor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorspringende Wandabschnitt (10) der Aufnahmeöffnung (3) jeweils zwischen zwei in der Wandung (9) vorgesehenen Stufen (12) gebildet ist.
Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnungen (3) Mittel (11) zum Festlegen der Lage der
Permanentmagnete (4) aufweisen.
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