DD133879B1 - PERMANENT ROLLED ELECTRIC MACHINE - Google Patents

Description

Läufer für eine permanenterregte elektrische InnenpolmaschineRotor for a permanent-magnet electric internal pole machine

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Läufer für permänenterregte elektrische Innenpolmaschinen synchroner Bauart, die vorzugsweise in drehzahlgeregelten Drehstromantrieben verwendet werden.The invention relates to a rotor for permanent-magnet electric Innenpolmaschinen synchronous type, which are preferably used in variable-speed three-phase drives.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt, daß die Verwendung der preisgünstigen und hochkoerzitiven keramischen Magnete (z. B. Bariumferrit) zum Aufbau eines Erregerfeldes in elektrischen Maschinen, infolge der geringen Remanenzinduktion dieser Magnete, besondere Maßnahmen zur Erreichung eines möglichst großen, auf eine Polteilung bezogenen Magnetquerschnittes erforderlich machen. Die Notwendigkeit resultiert aus dem internationalen Trend nach Steigerung der Ausnutzung des elektromagnetisch aktiven Teils der elektrischen Maschine, die in entscheidendem Maße von der Größe der-Luftspaltinduktion bestimmt wird. Magnetanordnungen, die den Forderungen nach einem großen Polfluß und auch einer Begrenzung der entmagnetisierenden Beanspruchungen genügen, sind dadurch gekennzeichnet, daß Magnetblöcke zwischen Blechsegmenten, aus denen das Blechpaket besteht, angeordnet werden. Von den Magneten sind jeweils wenigstens zwei Magnetblöcke parallel geschaltet. Characteristic of the Known Technical Solutions It is known that the use of low-cost and high-coercive ceramic magnets (eg barium ferrite) to build up a field in electrical machines, due to the low remanence of these magnets, special measures to achieve the largest possible on a Polteil required magnetic cross section required. The need results from the international trend towards increasing the utilization of the electromagnetically active part of the electric machine, which is determined to a large extent by the size of the air gap induction. Magnet assemblies that meet the requirements for a large Polfluß and also a limitation of the demagnetizing stresses are characterized in that magnetic blocks between sheet metal segments, of which the laminated core consists are arranged. Of the magnets in each case at least two magnetic blocks are connected in parallel.

Die Magnete sind entweder sternförmig oder tangential zur Läuferachse angeordnet, wobei die Normalen der Flußaustrittsflächen der Magnete senkrecht zu diesen Richtungen stehen. Durch Trennfugen zwischen den einzelnen Blechsegmenten wird ein definierter Streufluß erreicht.The magnets are arranged either star-shaped or tangential to the rotor axis, wherein the normal of the flux exit surfaces of the magnets are perpendicular to these directions. By separating joints between the individual sheet segments a defined leakage flux is achieved.

Bei der tangentialen Anordnung der Magnetblöcke (DT-AS 1 173 178) in einen Läufer besitzen die Blechsegmente eine relativ komplizierte Form. Diese resultiert auch aus der Notwendigkeit der Beherrschung der Fliehkraftbeanspruchungen. Um ein Auseinanderfallen des Lauferkörpers zu verhindern, sind außerdem besondere Zusammenbauelemente und ein Dämpferkäfig erforderlich.In the tangential arrangement of the magnetic blocks (DT-AS 1 173 178) in a rotor, the sheet metal segments have a relatively complicated shape. This also results from the need to master the centrifugal stresses. In order to prevent falling apart of the rotor body, also special assembly elements and a damper cage are required.

Die Läuferwelle muß aus teurem, unmagnetischem Stahl bestehen.The rotor shaft must be made of expensive, non-magnetic steel.

Zur Erregung von Innenpolmaschinen mit im Läufer sternförmig angeordneten Magnetblöcken sind zwei Lösungen bekannt (DE-OS 2 412 307, DE-OS 1 763 876). Bei der Anordnung nach DE-OS 2 412 307 (s. auch Siemenszeitschrift 49 (1975) 6, S, 368-374) ist ebenfalls eine unmagnetische Welle, zumindest eine unmagnetische Hülse notwendig. Diese Welle bzw. Hülse besitzt ein kompliziertes Außenprofil. Die einzelnen Blechsegmente, zwischen denen die Magnetblöcke angeordnet sind, müssen abstehenden Profilteilen des Wellenstücks hintergreifen.For excitation of Innenpolmaschinen in the rotor star-shaped magnetic blocks two solutions are known (DE-OS 2,412,307, DE-OS 1 763 876). In the arrangement according to DE-OS 2,412,307 (see also Siemens magazine 49 (1975) 6, S, 368-374) is also a non-magnetic shaft, at least one non-magnetic sleeve necessary. This shaft or sleeve has a complicated outer profile. The individual sheet metal segments, between which the magnetic blocks are arranged, must engage behind projecting profile parts of the shaft piece.

Die Magnetblöcke müssen durch unmagnetische Verschlußkeile, die in jeweils zwei gegenüberliegenden Blechpaketsegraenten eingelassen sind, gehalten werden. Da auch bei dieser Anordnung der Läufer keinen zusammenhängenden Blechpaketgrundkörper besitzt, müssen zur Beherrschung der mechanischen Beanspruchungen zusätzlich Sicherungsmaßnahmen getroffen werden. Die Fertigung derartiger Läufer ist aufwendig.The magnetic blocks must be held by non-magnetic sealing wedges, which are embedded in two opposite Blechpaketsegraenten. Since even in this arrangement, the rotor has no contiguous laminated core package body, additional security measures must be taken to control the mechanical stresses. The production of such runners is expensive.

In der zweiten bekannten Anordnung (DE-OS 1 763 876) wird der Läufergrundkörper durch die Nabe und die halbe Anzahl Pole gebildet. Die dazwischen liegenden Pole, die auch die Magnetblöcke halten, sind durch Schraubverbindungen einzeln am Läuferkörper befestigt, wobei zwischen den Polen und der Nabe eine ausreichend breite Trennfuge bestehen muß. Bei dieser Anordnung besteht der Läuferkörper ebenfalls aus mehreren Einzelteilen. Weiterhin ist festzustellen, daß sich die relativ großen fertigungsbedingten (Toleranzen in den Abmessungen der Magnetblöcke bei dieser Anordnung besonders nachteilig auswirken. Die Einzelpole, die die Magnete mit einem bestimmten Druck vollflächig auf den Läufergrundkörper pressen müssen, sind einzeln anzupassen. Der Läuferkörper muß nach der Montage in federn Fall überdreht werden.In the second known arrangement (DE-OS 1 763 876), the rotor base body is formed by the hub and half the number of poles. The intermediate poles, which also hold the magnetic blocks are fastened by screw individually on the rotor body, with a sufficiently wide parting line must exist between the poles and the hub. In this arrangement, the rotor body also consists of several individual parts. Furthermore, it should be noted that the relatively large manufacturing tolerances (tolerances in the dimensions of the magnetic blocks in this arrangement have a particularly disadvantageous effect.) The individual poles, which must press the magnets over the entire area onto the rotor body at a certain pressure, must be individually adjusted Assembly in spring case to be over-tightened.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, einen einfachen, mechanisch stabilen Läufer zu schaffen, der die Verwendung einer einfachen Welle aus magnetischem Material ermöglicht und dessen Herstellung auf Grundlage von bewährten Technologien erfolgt, die bei der Asynchronmaschinenfertigung allgemein angewandt werden.The aim of the invention is to provide a simple, mechanically stable rotor which allows the use of a simple shaft of magnetic material and whose manufacture is based on proven technologies commonly used in asynchronous machine production.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

"Aufgabe der Erfindung ist es, den Läuferkörper und die Anordnung der Magnete so zu gestalten, daß das Ziel der Erfindung erreicht wird."Object of the invention is to make the rotor body and the arrangement of the magnets so that the object of the invention is achieved.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die jeweils auf beiden Seiten eines modifizierten Polschafts liegenden Magnetblöcke magnetisch in Reihe liegen, so daß allein die Pollückensegmente die Funktion der magnetischen Pole übernehmen.According to the invention, this object is achieved in that the respective lying on both sides of a modified Polschafts magnetic blocks are magnetically in series, so that only the pole gap segments take over the function of the magnetic poles.

Zwischen dem Grund des Läuferkörpers und den Unterseiten jeweils von zwei Magnetblöcken benachbarter'modifizierter Pole, deren Kanten an dieser Stelle zusammenstoßen, befinden sieh trennfugenbildende Einlagen aus unmagnetischem Material. Die Welle besteht aus magnetischem Maberial. Zwischen den Unterseiten der modifizierten Polschuhe und den Oberseiten von jeweils zwei Magnetblöcken sind überstehende unmagnetische Keile untergebracht.Between the base of the rotor body and the undersides of each of two magnetic blocks of adjacent modified poles, the edges of which collide at this point, there are separating joints forming layers of non-magnetic material. The wave is made of magnetic material. Between the lower sides of the modified pole pieces and the upper sides of each two magnetic blocks, protruding non-magnetic wedges are accommodated.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen;The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show;

Fig. 1: den Läufer einer zwölfpoligen Synchronmaschine im QuerschnittFig. 1: the rotor of a twelve-pole synchronous machine in cross section

Fig. 2: einen Längsschnitt durch einen Läufer2 shows a longitudinal section through a rotor

Fig. 3: den Ausschnitt eines Läufers dessen Hohlräume mit unmagnetischem Material ausgegossen sind.Fig. 3: the section of a rotor whose cavities are filled with non-magnetic material.

In Fig. 1 istder Lauf ergrundkorper I_- aus einem Teil. Er ist entweder geblecht oder massiv.In Fig. 1, the barrel is basic body I _- one piece. He is either braided or massive.

Die Maschinenwelle 2 ist aus magnetischem Stahl. Die Magnetblöcke 3» 4 liegen unter dem modifizierten Polschuh 5· Die Magnetblöcke 3» 4 und die modifizierten Pollückensegmente 6 werden durch die unmagnetischen Einlagen 7 am Polgrund und Keile 8 am modifizierten Polschuh 5 fest eingeklemmt. Die Oberfläche der Pollückensegmente 6 ist so gestaltet, daß sich eine etwa sinusförmige Erregerfeldkurve ergibt. In Fig. 1 sind weiterhin charakteristische Feldlinien des Nutzflusses §L und des durch die unmagnetischen Einlagen 7 und Keile 8 gehenden Streuflusses βς/ eingetragen.The machine shaft 2 is made of magnetic steel. The magnet blocks 3 4 lie under the modified pole shoe 5. The magnet blocks 3 4 and the modified pole gap segments 6 are firmly clamped by the non-magnetic inserts 7 on the base of the pole and wedges 8 on the modified pole shoe 5. The surface of the pole gap segments 6 is designed so that an approximately sinusoidal exciter field curve results. In Fig. 1 further characteristic field lines of the useful flux §L and of the non-magnetic deposits 7 and wedges 8 going stray flux βς / are entered.

Dadurch, daß die funktionellen Aufgaben der Pole eines derartigen Läuferkörpers nur noch auf die Beherrschung der mechanischen Beanspruchungen reduziert werden (modifizierte Pole), können diese extrem schlank ausgeführt und damit Magnetblöcke mit einer großen Flußaustrittsflä.che eingesetzt werden. Die Funktion der magnetischen Pole übernehmen die sich in den modifizierten Pollücken befindlichen massiven oder geblechten Pollückensegmente.The fact that the functional tasks of the poles of such a rotor body are reduced only to the control of the mechanical stresses (modified poles), they can be made extremely slim and thus magnetic blocks are used with a large Flußaustrittsflä.che. The function of the magnetic poles is taken over by the massive or lathed pole-back segments located in the modified pole gaps.

In Fig. 2 ist ein Läufer dargestellt, dessen Dauermagnetblöcke in axialer Richtung aus jeweils zwei Teilblöcken bestehen. Der Läufergrundkörper und die modifizierten Pollückensegmente sind geblecht. Der axiale Zusammenhalt des Blechpaketes samt Dauermagnetblöcke erfolgt wie bei normalen zylindrischen Läufertypen. Die Stirnplatten 9 müssen allerdings aus unmagnetischem Material gefertigt werden. Es ist nicht notwendig, das gesamte Läuferpaket in bekannter Weise aus mehreren Einzelpaketen aufzubauen, die voneinander durch unmagnetische Scheiben getrennt werden müssen. Einen sicheren Halt der Blechsegmente an den Stoßstellen der Magnete erhält man durch Verwendung von zwei in der Länge sich unterscheidender Magnetblocktypen, die abwechselnd in axialer Richtung und am Umfang angeordnet werden.In Fig. 2, a rotor is shown, whose permanent magnet blocks in the axial direction consist of two sub-blocks. The runner body and the modified pole gap segments are laminated. The axial cohesion of the laminated core together with permanent magnet blocks takes place as in normal cylindrical rotor types. However, the end plates 9 must be made of non-magnetic material. It is not necessary to construct the entire rotor package in a known manner from several individual packages, which must be separated from each other by non-magnetic discs. A secure hold of the sheet metal segments at the joints of the magnets is obtained by using two different in length magnet block types, which are arranged alternately in the axial direction and the circumference.

In Fig. 3 ist der Ausschnitt eines Läufers gezeigt, bei dem der Läuferkörper aus Blechen zusammengesetzt ist.In Fig. 3, the section of a rotor is shown, in which the rotor body is composed of sheets.

Die modifizierten Polschuhe 5 einschließlich die unmagnetischen Keile 8 sind in Formstücken 14 vereint, die z. B. aus Aluminium bestehen. An den Stirnseiten befinden'sich StirnringeThe modified pole pieces 5 including the non-magnetic wedges 8 are united in fittings 14, the z. B. made of aluminum. At the end faces are Stirnringe

Erfordern die Betriebsbedingungen den Einbau einer, vollständigen Dämpferkäfigs, können die Pollückensegmente mit Nuten 13 zur Aufnahme des Käfigs versehen werden· Das aus Aluminium bestehende Formstück 14, die in den Läufernuten 13 befindlichen Stäbe und die Stirnringe 12 bilden einen vollständigen Dämpferkäfig, der im Druckgußverfahren hergestellt werden kann.If the operating conditions require the installation of a complete damper cage, the pole gap segments may be provided with grooves 13 for receiving the cage. The aluminum fitting 14, the rods located in the rotor grooves 13 and the end rings 12 form a complete damper cage made by die casting can be.

Der bei der Herstellung der Läuferbleche zur Verbindung des Läufergrundkörpers 1 mit den modifizierten Pollückensegmenten б zunächst stehen gelassene luftspaltseitige Steg (gestrichelte Linie in Fig« 3) wird nach dem Zusammenbau und dem Vergießen des Läufers durch Überdrehen entfernt, wodurch der Läuferkörper auf sein endgültiges Maß gebracht wird.The air gap-side web (dashed line in FIG. 3) initially left in the manufacture of the rotor laminations for connecting the rotor base body 1 to the modified pole back segments 1b is removed after overrunning by assembly and casting of the rotor, thereby bringing the rotor body to its final dimension becomes.

Claims (4)

Erfindungsanspruchinvention claim 1. Läufer für eine permanenterregte elektrische Innenpolmaschine synchroner Bauart, bestehend aus einem nach Art eines Schenkelpolläufers aufgebauten Läufergrundkörpers, gebildet aus Nabe, modifizierten Polschäften und modifizierten Polschuhen, wobei die Magnetblöcke, deren Normalen der Flußaustrittsflächen parallel zu Tangenten der Maschinenwelle liegen, alternierend durch jeweils einen modifizierten Polschaft und ein Pollückensegment voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils auf beiden Seiten eines modifizierten Polschafts liegenden Magnetblöcke magnetisch in Reihe liegen, so daß allein die Pollückensegmente die Funktion der magnetischen Pole übernehmen.1. rotor for a permanent magnet electric Innenpolmaschine synchronous type, consisting of a constructed in the manner of a Schenkelpolläufers rotor main body formed of hub, modified Polschäften and modified pole pieces, wherein the magnetic blocks, the normal of the Flußaustrittsflächen are parallel to tangents of the machine shaft, alternately by one modified Polschaft and a pole gap segment are separated from each other, characterized in that the lying respectively on both sides of a modified Polschafts magnetic blocks are in series in a magnet, so that only the pole gap segments take over the function of the magnetic poles. 2. Läufer für eine permanenterregte elektrische Innenpolmaschine nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die modifizierten Pollücken mit massiven oder geblechten magnetischen modifizierten Pollückensegmenten (6) mit einer luftspaltgestaltenden Oberfläche ausgefüllt- sind. Second runner for a permanent magnet electric Innenpolmaschine according to item 1, characterized in that the modified pole gaps are filled with solid or laminated magnetic modified pole gap segments (6) having an air gap forming surface. 3. Läufer für eine permanenterregte elektrische Innenpolmaschine nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Grund des Läufergrundkörpers (I_-) und den Unterseiten jeweils zv/eier benachbarter Magnetblöcke, deren Kanten an dieser Stelle zusammenstoßen, trennfugenbildende Einlagen (7) aus unmagnetischem Material sich befinden und daß die Welle aus magnetischem Material besteht.3. rotor for a permanent-magnet electric Innenpolmaschine according to item 1, characterized in that between the base of the rotor base body (I _- ) and the lower sides of each zv / eggs adjacent magnetic blocks whose edges collide at this point, separating joints forming deposits (7) made of non-magnetic material are located and that the shaft is made of magnetic material. 4. Läufer für eine permanenterregte elektrische Innenpolmaschine nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß"unmagnetische Keile (8) oder die unmagnetischen Formstücke (14), in denen die modifizierten Polschuhe (5) einschließlich die unmagnetischen Keile (8) vereint sind, mit den Stirnringen (12) einen Dämpferkäfig bilden.4. rotor for a permanent-magnet electric Innenpolmaschine according to item 1, characterized in that "non-magnetic wedges (8) or the non-magnetic fittings (14) in which the modified pole pieces (5) including the non-magnetic wedges (8) are united with the End rings (12) form a damper cage. Hierzu JL-Sesien ZeichnungenFor this JL-Sesien drawings