DE10100718A1

DE10100718A1 - Permanent magnet rotor with reduced eddy current loss has holding elements in form of bolts joined only to cover plates and ending before cover plates on opposite side from joint

Info

Publication number: DE10100718A1
Application number: DE2001100718
Authority: DE
Inventors: Rolf Kurth; Guenter Mayer; Peter Rode
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2002-07-18

Abstract

The device has magnets arranged about a shaft (2) with intermediate flux conducting pieces (6) of essentially circular segment cross-section held between cover plates (31,32) attached to the shaft and fixed by rod-shaped holding elements in the form of bolts (6) joined only to the cover plates and ending before the cover plates on the opposite side from the joint.

Description

Die Erfindung betrifft einen Permanentmagnet-Rotor für eine elektrische Maschine, bei dem strahlenförmig um eine Welle angeordnete Magnete und dazwischen angeordnete Fluss leitstücke mit im wesentlichen kreissegmentförmigem Querschnitt zwischen zwei mit der Welle verbundenen Deckscheiben gehalten und mittels stabförmiger Halteelemente fixiert werden, die durch Aussparungen in den Flussleitstücken geführt und mit den Deckplatten verbunden sind.The invention relates to a permanent magnet rotor for an electrical machine, in which magnets arranged radially around a shaft and flux arranged between them Conductors with a substantially circular cross-section between two with the shaft connected cover plates are held and fixed by means of rod-shaped holding elements that are guided through recesses in the flow guide pieces and are connected to the cover plates.

Ein Permanentmagnet-Rotor dieser Bauart ist beispielsweise aus der DE 35 17 883 A1 bekannt. Dabei werden wegen der einfachen Geometrie Ferritmagnete mit rechteckigem Querschnitt strahlenförmig um eine Welle herum angeordnet. Zur Erhöhung des magnetischen Flusses werden zwischen den Magneten Flussleitstücke aus geschichteten Blechsegmenten eingesetzt, die durch Vorsprünge gleichzeitig zur Halterung der Magnete in radialer Richtung dienen. Um einen magnetischen Rückschluss über die Welle zu vermeiden, muss diese aus nichtmagnetischem Material gefertigt sein, was sehr teuer ist. Alternativ können an der Welle zwei Deckscheiben aus magnetisch nichtleitendem Material befestigt werden, zwischen denen Segmente und Magnete koaxial und mit Abstand zur Welle befestigt werden. Da bei hohen Drehzahlen starke Fliehkräfte auf die Segmente und auf die Magnete wirken, erfolgt die Befestigung zwischen den Deckscheiben durch Bolzen oder andere stangenförmige Halte elemente, die durch Öffnungen in den Segmenten hindurchgeführt und mit den Deckscheiben verbunden sind (bei der DE 35 17 883 A1 werden in Nuten geführte Keile verwendet).A permanent magnet rotor of this type is for example from DE 35 17 883 A1 known. Because of the simple geometry, ferrite magnets with a rectangular shape are used Cross section arranged radially around a shaft. To increase the magnetic Between the magnets, flux guides are made of layered sheet metal segments used by projections simultaneously to hold the magnets in the radial direction serve. In order to avoid magnetic inference via the shaft, it must be off be made of non-magnetic material, which is very expensive. Alternatively, on the shaft two cover plates made of magnetically non-conductive material are fixed between them Segments and magnets can be fastened coaxially and at a distance from the shaft. Because at high Rotational speeds strong centrifugal forces act on the segments and on the magnets Fastening between the cover plates by bolts or other rod-shaped brackets elements that pass through openings in the segments and with the cover plates are connected (wedges used in grooves are used in DE 35 17 883 A1).

Der klassische Einsatz eines solchen Permanentmagnet-Rotors mit Flusskonzentration erfolgt in elektrischen Maschinen, die Statoren mit eingezogener Wicklung besitzen. Bei Antrieben, bei denen eine große Drehzahlspreizung erforderlich ist, beispielsweise für Waschmaschinen, besteht der Wunsch, anstelle der eingezogenen Wicklung eine Einzelpolwicklung zu ver wenden. Hierdurch entsteht folgendes Problem:
In der Einzelpolwicklung wird zusätzlich zur sinusförmigen Speisespannung eine Spannung mit doppelter Frequenz induziert. Bei einer elektrischen Verbindung zwischen den Bolzen und den Deckplatten wirkt der vorbeschriebene Aufbau des Rotors aus Deckplatten und Bolzen wie ein Käfigläufer, in dem Ströme induziert werden. Dies führt zu Oberwellen und Leistungsverlusten. Zur Vermeidung dieses Phänomens könnte eine Isolation im Verbindungsbereich zwischen Bolzen und Deckplatten verwendet werden. Hierdurch entsteht ein in der Fertigung aufwendiger Aufbau, da viele Einzelteile verwendet werden.The classic use of such a permanent magnet rotor with flux concentration takes place in electrical machines that have stators with drawn windings. In drives where a large speed spread is required, for example for washing machines, there is a desire to use a single-pole winding instead of the retracted winding. This creates the following problem:
In addition to the sinusoidal supply voltage, a voltage with double frequency is induced in the single-pole winding. In the case of an electrical connection between the bolts and the cover plates, the above-described construction of the rotor from the cover plates and bolts acts like a squirrel-cage rotor in which currents are induced. This leads to harmonics and loss of power. To avoid this phenomenon, insulation in the connection area between the bolt and the cover plates could be used. This creates a complex structure in production, since many individual parts are used.

Der Erfindung stellt sich somit das Problem, einen Motor der eingangs genannten Art auf ein fache und preiswerte Weise gegen Wirbelstromverluste zu schützen. The invention thus presents the problem of an engine of the type mentioned at the outset simple and inexpensive way to protect against eddy current losses.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch einen Permanentmagnet-Rotor für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this problem is solved by a permanent magnet rotor for a electrical machine with the features of claim 1 solved.

Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen in einer einfachen Möglichkeit zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten ohne die Verwendung von separaten Isolations elementen.The advantages achievable with the invention consist in a simple possibility for Avoid eddy current losses without the use of separate insulation elements.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown purely schematically in the drawings and is described in more detail below. It shows

Fig. 1 einen erfindungsgemäß aufgebauten Permanentmagnet-Rotor (1) in perspektivischer Darstellung;1 shows a built-up according to the invention permanent magnet rotor (1) in a perspective view.

Fig. 2 einen Querschnitt (B/B) durch den Rotor (1) gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a cross section (B / B) through the rotor ( 1 ) according to FIG. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt (A/A) durch den Rotor (1); Fig. 3 is a longitudinal section (A / A) through the rotor (1);

Fig. 4 ein Rotorblech in der Draufsicht; Fig. 4 is a rotor plate in plan view;

Fig. 5 die perspektivische Ansicht des Rotorblechpakets. Fig. 5 is a perspective view of the rotor core.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Rotor (1) einer elektrischen Maschine besitzt eine Welle (2) aus magnetischem Stahl. Zwischen zwei Deckplatten (3) sind strahlenförmig um die Welle Ferritmagnete (4) mit rechteckigem Querschnitt angeordnet. Diese werden von Fluss leitstücken (5) mit kreissegmentförmigem Querschnitt gehalten, die hierzu an den nach innen und außen gerichteten Umfangsseiten Vorsprünge (51) aufweisen, die die Magnete (4) hintergreifen. Die Flussleitstücke (5) sind aus geschichteten Blechen (s. Fig. 4) gefertigt.The rotor ( 1 ) of an electrical machine shown in FIGS. 1 to 3 has a shaft ( 2 ) made of magnetic steel. Ferrite magnets ( 4 ) with a rectangular cross section are arranged radially around the shaft between two cover plates ( 3 ). These are held by flux guide pieces ( 5 ) with a cross section in the form of a segment of a circle, which for this purpose have projections ( 51 ) on the inward and outward circumferential sides which engage behind the magnets ( 4 ). The flow guide pieces ( 5 ) are made of layered sheets (see FIG. 4).

Zu ihrer Befestigung an den Deckplatten (3) sind die Flussleitstücke (5) mit Aussparungen (52) versehen, die einen keilförmigen Querschnitt besitzen und sich parallel zur Wellenachse erstrecken. Durch die Aussparungen (52) sind stabförmige Halteelemente (31) geführt, die mit den Deckplatten (3) dadurch verbunden sind, dass Deckplatte (3) und Halteelemente (31) einstückig in einem Spritzgussverfahren aus Aluminiumdruckguss hergestellt worden sind.To fix them to the cover plates ( 3 ), the flow guide pieces ( 5 ) are provided with recesses ( 52 ) which have a wedge-shaped cross section and extend parallel to the shaft axis. Rod-shaped holding elements ( 31 ) are guided through the cutouts ( 52 ) and are connected to the cover plates ( 3 ) in that the cover plate ( 3 ) and holding elements ( 31 ) have been produced in one piece from aluminum die casting in an injection molding process.

Zur Vereinfachung der Fertigung sind die Flussleitstücke (5) zunächst durch einen umlaufenden Rand (53) verbunden und werden als einstückige Ausfallteile (Bleche 54, s. Fig. 4) aus der Ständerbohrung (nicht dargestellt) gestanzt. Der Durchmesser der Bleche (54) ist derart bemessen, dass der umlaufende Rand (53) über die Deckscheiben hinausragt. Einzelne Bleche (54) werden durch Stanzpaketieren zu einem in Fig. 5 dargestellten Rotorpaket (11) verbunden. In dieses Rotorpaket (11) werden die Magnete (4) eingelegt, anschließend werden die Welle (2), die Magnete (3) und die Flussleitstücke (5) in ein Werkzeug (nicht dargestellt) eingelegt und mit Aluminiumdruckguss umspritzt. To simplify production, the flux guide pieces ( 5 ) are first connected by a peripheral edge ( 53 ) and are punched out of the stator bore (not shown) as one-piece failure parts (sheets 54 , see FIG. 4). The diameter of the sheets ( 54 ) is dimensioned such that the peripheral edge ( 53 ) protrudes beyond the cover disks. Individual sheets ( 54 ) are connected by punching to a rotor assembly ( 11 ) shown in FIG. 5. The magnets ( 4 ) are inserted into this rotor package ( 11 ), then the shaft ( 2 ), the magnets ( 3 ) and the flux guide pieces ( 5 ) are inserted into a tool (not shown) and overmolded with die-cast aluminum.

Der so entstandene Rotorgrundkörper (12) wird bis auf den Durchmesser der Deckplatten (3) abgedreht und so der umlaufende Rand (53) zwischen den Flussleitstücken (5) entfernt. Hierdurch liegen die Flussleitstücke (5) frei, vor den Magneten (4) steht ein dünnwandiger Steg aus Aluminiumdruckguss. Auf den Rotorgrundkörper (12) kann eine magnetisch nichtleitende Hülse (nicht dargestellt) aus Edelstahl aufgeschrumpft werden.The resulting rotor base body ( 12 ) is turned down to the diameter of the cover plates ( 3 ) and the peripheral edge ( 53 ) between the flow guide pieces ( 5 ) is thus removed. As a result, the flux guide pieces ( 5 ) are exposed, in front of the magnets ( 4 ) there is a thin-walled web made of die-cast aluminum. A magnetically non-conductive sleeve (not shown) made of stainless steel can be shrunk onto the rotor base body ( 12 ).

Claims

Permanent magnet rotor ( 1 ) for an electrical machine, in which magnetic blocks ( 4 ) arranged in a beam around a shaft ( 2 ) and flux guide pieces ( 5 ) arranged therebetween with an essentially circular segment cross section between two cover disks ( 3 ) connected to the shaft ( 2 ) are held and fixed by means of rod-shaped holding elements ( 31 ) which are guided through recesses ( 52 ) in the flow guide pieces ( 5 ) and are connected to the cover plates ( 3 ), characterized in that the rod-shaped holding elements ( 31 ) and the cover plates ( 3 ) are formed as a one-piece component in an injection molding process.