DE102012211007A1

DE102012211007A1 - Rotor for electric motor, has winding that is equipped with winding regions arranged in circumferential direction such that electrical and magnetic properties of winding regions differ, and circumferential slot formed in winding

Info

Publication number: DE102012211007A1
Application number: DE201210211007
Authority: DE
Inventors: Eckart Nipp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-01-02

Abstract

The rotor (6) has a magnet which is arranged for producing transverse magnetic field. A winding (22) is provided for circumferentially surrounding the magnet, and is equipped with winding regions arranged in circumferential direction such that the electrical and magnetic properties of winding regions differ. A slot is formed in winding along circumferential direction. An independent claim is included for an electric motor.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die Erfindung betrifft allgemein Elektromotoren, insbesondere rotatorische Elektromotoren mit Rotoren, die einen Magneten zum Ausbilden eines magnetischen Querfeldes aufweisen. Weiterhin betrifft die Erfindung Bandagen für Rotoren eines Elektromotors, die beispielsweise zur Sicherstellung einer Drehzahlfestigkeit eines Rotors vorgesehen sein können.The invention relates generally to electric motors, in particular rotary electric motors with rotors having a magnet for forming a magnetic transverse field. Furthermore, the invention relates to bandages for rotors of an electric motor, which may be provided for example to ensure a rotational speed resistance of a rotor.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 197 37 391 A1 ist ein Rotor für einen Elektromotor bekannt, bei dem die Dauermagnete über eine Bandage gehalten werden. Diese Bandage erfüllt ausschließlich die mechanische Aufgabe, die Dauermagnete am Rotor zu halten.From the DE 197 37 391 A1 For example, a rotor for an electric motor is known in which the permanent magnets are held by a bandage. This bandage only fulfills the mechanical task of holding the permanent magnets on the rotor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß ist ein Rotor für einen Elektromotor gemäß Anspruch 1 sowie ein Elektromotor mit dem Rotor gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.According to the invention, a rotor for an electric motor according to claim 1 and an electric motor with the rotor according to the independent claims is provided.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Rotor für einen Elektromotor:

– einen ein magnetisches Querfeld ausbildenden Magneten und
– eine den Magneten umfänglich umgebende Bandage,
– wobei die Bandage in Umfangsrichtung wenigstens einen ersten Bereich und wenigstens einen zweiten Bereich aufweist, die sich in ihren elektrischen und/oder magnetischen Materialeigenschaften unterscheiden.

Preferred embodiments are specified in the dependent claims. According to a first aspect of the invention, a rotor for an electric motor comprises:

A magnetic transverse field forming magnet and
A bandage circumferentially surrounding the magnet,
- Wherein the bandage in the circumferential direction has at least a first region and at least a second region, which differ in their electrical and / or magnetic material properties.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass die Bandage des eingangs genannten Rotors ausschließlich die mechanische Aufgabe erfüllt, die Dauermagnete am Rotor zu halten. Die kann beispielsweise bei Hochdrehzahlrotoren notwendig sein, bei denen zur Sicherstellung der Drehzahlfestigkeit eine derartige Bandage verwendet werden könnte. The invention is based on the consideration that the bandage of the rotor mentioned above only fulfills the mechanical task of holding the permanent magnets on the rotor. This may be necessary, for example, in high-speed rotors in which such a bandage could be used to ensure the speed resistance.

Die Erfindung erkennt, dass die Bandage eine messtechnisch erfassbare elektrische und/oder magnetische Eigenschaft aufweist. Wird nun eine oder mehrere dieser elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften der Bandage wie bei einem Geberrade über den Umfang der Bandage variiert, so könnten diese eine oder mehrere elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften als Rotorpolausprägung genutzt werden, um die Lage des Rotors aus dem Stand des Elektromotors heraus sensorlos zu erfassen.The invention recognizes that the bandage has a metrologically detectable electrical and / or magnetic property. If one or more of these electrical and / or magnetic properties of the bandage is varied over the circumference of the bandage, as in the case of an encoder wheel, then these could be used as rotor pole characteristic for one or more electrical and / or magnetic properties in order to stabilize the position of the rotor of the electric motor sensorless to detect.

Der große Vorteil dieser Herangehensweise ist, dass sich die Lage des Rotors nun auch in Elektromotoren sensorlos erfassen lässt, die bei denen die Rotoren aus mechanischen Gründen magnetisch rund aufgebaut werden müssen, so dass die geometrische Ausgestaltung der Magnete keine Rotorpolausprägung zulässt.The big advantage of this approach is that the position of the rotor can now be detected sensorless even in electric motors, in which the rotors must be magnetically round for mechanical reasons, so that the geometric design of the magnets does not allow Rotorpolausprägung.

In einer Weiterbildung des angegebenen Rotors unterscheiden sich der wenigstens eine erste Bereich und der wenigstens eine zweite Bereich in ihren elektrischen Leitfähigkeiten. Dieser Weiterbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass elektrisch leitfähige Elemente in einem Elektromotor auf die elektromagnetischen Felder im Elektromotor dämpfend wirken. Eine Variation der elektrischen Leitfähigkeit der Bandage im angegebenen Rotor in Umfangsrichtung der Bandage und damit des Rotors führt damit zu von der Umfangsposition auf der Bandage abhängigen Dämpfungseigenschaften und damit einer Achsenausprägung der Dämpfung durch die Bandage. Diese Achsenausprägung beziehungsweise der daraus resultierende Achsenunterschied lässt sich nun durch eine statorfeste Spule ausmessen, für die beispielsweise die ohnehin vorhandene Statorwicklung verwendet werden könnte. Dazu können mit der Spule beispielsweise die Dämpfungsachsen bestimmt werden.In a further development of the specified rotor, the at least one first area and the at least one second area differ in their electrical conductivities. This development is based on the consideration that electrically conductive elements in an electric motor act to dampen the electromagnetic fields in the electric motor. A variation of the electrical conductivity of the bandage in the specified rotor in the circumferential direction of the bandage and thus of the rotor thus leads to the peripheral position on the bandage dependent damping properties and thus a axis expression of the damping by the bandage. This axis characteristic or the resulting difference in axes can now be measured by a stator fixed coil, for example, the already existing stator winding could be used. For this purpose, for example, the attenuation axes can be determined with the coil.

In einer zusätzlichen Weiterbildung des angegebenen Rotors sind die variierenden Materialeigenschaften durch wenigstens einen Schlitz in der Bandage gebildet. Ein derartiger Schlitz lässt sich durch einfache fertigungstechnische Verfahren wie Fräßen oder Sägen einbringen und bringt abhängig vom für die Bandage gewählten Material teils signifikante Variationen in den elektrischen und/oder magnetischen Materialeigenschaften in die Bandage ein. Soll als elektrische und/oder magnetische Materialeigenschaft beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit wie oben erwähnt variiert werden, könnte als Material für die Bandage ein elektrisch leitfähiges Material wie beispielsweise ein Metall gewählt, da die durch die Schlitze eingebrachte Luft elektrisch nicht leitfähig ist.In an additional development of the specified rotor, the varying material properties are formed by at least one slot in the bandage. Such a slot can be introduced by simple manufacturing techniques such as milling or sawing and brings depending on the material chosen for the bandage partly significant variations in the electrical and / or magnetic material properties in the bandage. If, for example, the electrical conductivity is to be varied as mentioned above as electrical and / or magnetic material property, an electrically conductive material such as a metal could be chosen as the material for the bandage, since the air introduced through the slots is electrically nonconductive.

In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Rotors verläuft der wenigstens eine Schlitz in Umfangsrichtung der Bandage. Die in Umfangsrichtung der Bandage verlaufenden Schlitze schwächen die Bandage hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit nur in geringem Umfang und sorgen so dafür, dass die Bandage ihre ursprüngliche Funktion, die Befestigung der Magnete am Rotor und der Schutz dieser Magnete gegen ein Bersten weiterhin beibehält.In a particular embodiment of the specified rotor, the at least one slot extends in the circumferential direction of the bandage. The running in the circumferential direction of the bandage slots weaken the bandage in terms of their mechanical strength only to a small extent, thus ensuring that the bandage still retains its original function, the attachment of the magnets on the rotor and the protection of these magnets against bursting.

In einer bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Rotors umschließt der in Umfangsrichtung der Bandage verlaufende wenigstens eine Schlitz den Umfang der Bandage teilweise, so dass sich die wenigstens zwei Bereiche ausbilden, wobei der erste Bereich mit den Schlitzen und der zweite Bereich ohne die Schlitze ausgebildet ist. In a preferred development of the specified rotor, the at least one slot running in the circumferential direction of the bandage partially encloses the circumference of the bandage, so that the at least two regions are formed, wherein the first region is formed with the slots and the second region without the slots.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Rotors verlaufen die Schlitze tangential durch die Bandage. Auf diese Weise wird die mechanische Schwächung der Bandage durch die Schlitze weiter reduziert, so dass eine ausreichende Festigkeit der Bandage dargestellt werden kann. Die tangential durch die Bandage verlaufenden Schlitze können beispielsweise durch eine Säge mit einem geraden Sägeblatt eingebracht werden.In a particularly preferred embodiment of the specified rotor, the slots extend tangentially through the bandage. In this way, the mechanical weakening of the bandage is further reduced by the slots, so that a sufficient strength of the bandage can be represented. The slots running tangentially through the bandage can be introduced, for example, by a saw with a straight saw blade.

In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Rotors sind die variierenden Materialeigenschaften durch wenigstens zwei in Umfangsrichtung der Bandage verlaufende Schlitze gebildet, die in axialer Richtung der Bandage gesehen eine Breite aufweisen, die kleiner ist, als ihr Abstand zueinander. Durch die Weiterbildung soll sichergestellt werden, dass die zwischen den Schlitzen verlaufenden Stege deutlich breiter sind, als die Schlitze selbst, um die mechanische Festigkeit der Bandage zu gewährleisten.In another development of the specified rotor, the varying material properties are formed by at least two slots extending in the circumferential direction of the bandage, which have seen in the axial direction of the bandage a width which is smaller than their distance from each other. The training is to ensure that the running between the slots webs are significantly wider than the slots themselves to ensure the mechanical strength of the bandage.

In einer zusätzlichen Weiterbildung des angegebenen Rotors entspricht die Anzahl der ersten und zweiten Bereiche einer Anzahl einer Polteilung des das magnetische Querfeld ausbildenden Magneten. Auf diese Weise können Einflüsse des das magnetische Querfeld ausbildenden Magneten auf die Messung mit der oben genannten Spule weitestgehend gering gehalten werden.In an additional development of the specified rotor, the number of first and second regions corresponds to a number of pole pitch of the magnetic transverse field forming magnet. In this way influences of the magnetic transverse field forming magnet can be kept as low as possible to the measurement with the above coil.

In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Rotors ist die Bandage durch mit Stegen verbundene Ringe gebildet. Die Bandage muss damit nicht zwangsläufig einstückig aus einer massiven Hülse gefertigt sein, in der die Schlitze nachträglich eingearbeitet werden, es ist auch möglich, die Schlitze durch zusammensetzen mehrerer Einzelkomponenten zu der Bandage zu bilden.In another embodiment of the specified rotor, the bandage is formed by webs connected with rings. The bandage must therefore not necessarily be made in one piece from a solid sleeve, in which the slots are subsequently incorporated, it is also possible to form the slots by assembling several individual components to the bandage.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Elektromotor:

– einen Stator, und
– einen drehbar im Stator gelagerten angegebenen Rotor
– wobei der Stator zum Ausbilden eines magnetischen Hauptfeldes vorgesehen ist, das zum Antreiben des Rotors geeignet ist mit dem magnetischen Querfeld des Rotors wechselzuwirken.

According to another aspect of the invention, an electric motor comprises:

- a stator, and
- A rotatably mounted in the stator specified rotor
- Wherein the stator is provided for forming a magnetic main field, which is suitable for driving the rotor to interact with the magnetic transverse field of the rotor.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine Strukturdarstellung eines Elektromotors; 1 a structural representation of an electric motor;

2 eine Strukturdarstellung des Elektromotors der 1 im Schnitt; 2 a structural representation of the electric motor of 1 on average;

3 eine Strukturdarstellung einer Bandage aus dem Elektromotor der 1 und 2; und 3 a structural representation of a bandage of the electric motor of 1 and 2 ; and

4 eine Strukturdarstellung einer Anordnung zur Bestimmung einer Lage des Rotors aus 2 in dem Elektromotor aus 1. 4 a structural representation of an arrangement for determining a position of the rotor 2 in the electric motor 1 ,

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

In den Figuren werden Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.In the figures, elements of identical or comparable function are provided with the same reference numerals and described only once.

Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine Strukturdarstellung eines Elektromotors 2 zeigt.It will open 1 Reference is made to a structural representation of an electric motor 2 shows.

Der Elektromotor 2 ist beispielhaft als permanentmagneterregte Synchronmaschine, kurz PMSM ausgebildet und soll nachstehend beispielhaft als diese behandelt werden. Als solche umfasst die PMSM 2 einen Stator 4, in dem drehbar ein Rotor 6 gelagert ist. Auf die mechanischen Details dieser Lagerung wurde der Kürze halber verzichtet.The electric motor 2 is exemplified as a permanent magnet synchronous machine, short PMSM trained and will be treated as an example below as this. As such, the PMSM includes 2 a stator 4 in which rotates a rotor 6 is stored. The mechanical details of this storage has been omitted for the sake of brevity.

Der Stator 4 umfasst ein Gehäuse 8, in dem eine Statorwicklung 10 aufgenommen ist, die zum Ausbilden eines magnetischen Hauptfeldes bestromt werden kann.The stator 4 includes a housing 8th in which a stator winding 10 is received, which can be energized to form a magnetic main field.

Der Rotor 6 umfasst eine Welle 12, auf der ein Rotorkern 14 drehfest gelagert ist. Der Rotorkern 14 kann beispielsweise ein dem Fachmann bekanntes aus Eisen gefertigtes Blechpacket sein. Auf dem Rotorkern 14 sind in 2 referenzierte Dauermagnete 16 radial aufgesetzt, die je einen Nordpol 18 und einen Südpol 20 besitzen. The rotor 6 includes a wave 12 on which a rotor core 14 is rotatably mounted. The rotor core 14 For example, it may be a sheet metal package made of iron known to those skilled in the art. On the rotor core 14 are in 2 referenced permanent magnets 16 placed radially, each having a north pole 18 and a south pole 20 have.

Die Dauermagnete 16 umschließt eine als Hülse ausgeführte Bandage 22. Die Bandage 22 hat die Aufgabe die mechanische Festigkeit bei hohen Drehzahlen der PMSM 2 zu gewährleisten und die Dauermagnete 16 gegen ein Bersten vom Rotor 6 zu stabilisieren, so dass eine hohe Drehzahlfestigkeit der PMSM 2 sichergestellt ist. Die höchste Drehzahlfestigkeit lässt sich dabei mit Kohlefaserbandagen erzielen. Da sich diese jedoch signifikant negativ auf Fertigung und Kosten der PMSM 2 auswirken, werden Bandagen 22 aus Metall bevorzugt. Um Kurzschlüsse des durch die Dauermagnete 16 aufgebauten magnetischen Querfeldes zu vermeiden, werden als Metall Werkstoffe mit niedriger magnetischer Permeabilität und hoher mechanischer Zugfestigkeit, wie beispielsweise Edelstahl oder Nickelbasislegierungen eingesetzt.The permanent magnets 16 encloses a bandage designed as a sleeve 22 , The bandage 22 The task is mechanical strength at high speeds of PMSM 2 to ensure and the permanent magnets 16 against a burst from the rotor 6 To stabilize, allowing a high speed resistance of the PMSM 2 is ensured. The highest speed stability can be achieved with carbon fiber belts. However, as these are significantly negative on manufacturing and cost of PMSM 2 will be bandages 22 of metal preferred. Around Short circuits caused by the permanent magnets 16 To avoid built-up magnetic transverse field, are used as metal materials with low magnetic permeability and high mechanical tensile strength, such as stainless steel or nickel-based alloys.

Es wird auf 2 Bezug genommen, die die PMSM 2 der 1 im Schnitt zeigt.It will open 2 Referred to the PMSM 2 of the 1 shows in section.

Der Stator 4 besitzt einen Außenring 24, von dem radial nach innen Zähne 26 abragen, auf die in einer dem Fachmann bekannten Weise die elektrischen Leitungen für die Statorwicklung 10 aufgewickelt werden können. Die Statorwicklung 10 kann dabei zweiphasig oder mehrphasig sein.The stator 4 has an outer ring 24 , from the radially inward teeth 26 protrude, in the manner known to those skilled in the electrical wires for the stator winding 10 can be wound up. The stator winding 10 can be two-phase or multi-phase.

Für den Betrieb der PMSM 2 ist es vorteilhaft, zu jeder Zeit die relative Lage des Rotors 6 zum Stator 4 zu kennen, um Synchronismus und einen korrekten Lastwinkel sicher zu stellen.For the operation of the PMSM 2 It is advantageous at any time the relative position of the rotor 6 to the stator 4 to know to ensure synchronism and a correct load angle.

Dazu könnten Winkelgeber wie Resolver, optische Geber, AMR-Sensoren oder ähnliches eingesetzt werden. Derartige Winkelgeber verursachen jedoch teils erhebliche Kosten, weshalb die Lage des Rotors 6 relativ zum Stator 4 winkelgeberlos erfasst werden sollte. For this purpose, angle encoders such as resolvers, optical encoders, AMR sensors or the like could be used. However, such angle encoder sometimes cause considerable costs, which is why the position of the rotor 6 relative to the stator 4 should be detected without encoder.

Zur winkelgeberlosen Erfassung der Lage des Rotors 6 relativ zum Stator 4 könnte die am PMSM 2 induzierte Spannung herangezogen werden. Im Stillstand der PMSM 2 ist diese induzierte Spannung jedoch gleich Null. Zwar könnte die PMSM 2 ungeregelt mit einer langsamen Frequenzrampe gefahren werden, bis die Drehzahl der PMSM 2 und damit die an der PMSM 2 induzierte Spannung hoch genug ist. Wenn eine hohe Last aus dem Stillstand der PMSM 2 heraus angetrieben werden, wenn die PMSM 2 mit niedrigen Drehzahlen sicher betrieben oder wenn für die PMSM 2 sehr kurze Hochlaufzeiten gefordert sind, ist jedoch die Kenntnis der Lage des Rotors 6 relativ zum Stator 4 erforderlich. For encoderless detection of the position of the rotor 6 relative to the stator 4 could be the one at PMSM 2 induced voltage can be used. At a standstill of the PMSM 2 however, this induced voltage is zero. Although the PMSM 2 be driven unregulated with a slow frequency ramp until the speed of the PMSM 2 and with it the PMSM 2 induced voltage is high enough. When a high load from the standstill of the PMSM 2 be driven out when the PMSM 2 operated safely at low speeds or when for the PMSM 2 However, very short run-up times are required, but the knowledge of the position of the rotor 6 relative to the stator 4 required.

Steht die durch die PMSM 2 induzierte Spannung zur Erfassung der Lage des Rotors 6 relativ zum Stator 4 nicht zur Verfügung, könnten eventuelle Unrundheiten des Rotors 6 mittels Messpulsen in der Statorwicklung 10 ausgemessen werden. Diese Unrundheiten des Rotors 6 führen zu einer sogenannten Achsausprägung im Rotor 6, bei der die Induktivität in der als d-Achse bekannten Magnetisierungsachse des Rotors 6 von der Induktivität in der als q-Achse bekannten Querachse des Rotors 6 verschieden ist. Dieser Unterschied der Induktivitäten, also der Reluktanzunterschied in den beiden Achsen des Rotors 6 könnte auch durch eine magnetische Polausprägung eingebracht werden, was jedoch nicht in allen Fällen möglich ist.Is that through the PMSM 2 induced voltage to detect the position of the rotor 6 relative to the stator 4 Not available, could be any roundness of the rotor 6 by means of measuring pulses in the stator winding 10 be measured. These roundnesses of the rotor 6 lead to a so-called Achsausprägung in the rotor 6 in which the inductance in the magnetization axis of the rotor known as the d-axis 6 from the inductance in the transverse axis of the rotor known as the q-axis 6 is different. This difference of the inductances, so the reluctance difference in the two axes of the rotor 6 could also be introduced by a magnetic Polausprägung, but this is not possible in all cases.

Die vorliegende Ausführung ermöglicht es, die die Lage des Rotors 6 relativ zum Stator 4 ohne magnetische Polausprägung aus dem Stand der PMSM 2 heraus zu erfassen, so dass die PMSM 4 beispielsweise aus dem Stand heraus sensorlos geregelt werden könnte. Die vorliegende Ausführung lässt sich besonders günstig an für hohe Drehzahlen ausgelegten PMSM 2 implementieren, die mit einem lnnenläufer ausgeführt sind, da diese Innenläufer aus mechanischen Gründen häufig magnetisch rund aufgebaut werden müssen und zudem über die in den 1 und 2 gezeigte Bandage 22 verfügen.The present embodiment allows the location of the rotor 6 relative to the stator 4 without magnetic pole marking from the state of the PMSM 2 to capture out, so that the PMSM 4 for example, could be controlled sensorless from the state out. The present embodiment can be particularly favorable at designed for high speeds PMSM 2 Implemented, which are designed with an internal rotor, since these internal rotor for mechanical reasons often magnetically must be built around and also on the in the 1 and 2 shown bandage 22 feature.

In der vorliegenden Ausführung sind dabei die ohnehin vorhandenen Teile der PMSM 2 so modifiziert, dass eine zu der oben genannten Achsausprägung der Induktivitäten des Rotors 6 alternative Achsenausprägung entsteht. Dazu wird in der vorliegenden Ausführung die vorhandene Bandage 22 des Rotors 6 mit in 3 gezeigten Schlitzen 28 ausgeführt, so dass die durch die über die Statorwicklung 10 und die Dauermagnete 16 in den PMSM 10 eingebrachten Felder in der d-Achse anders gedämpft werden, als in der q-Achse. Damit ergibt sich eine Achsausprägung der Dämpfung, die mittels Messpulsen in der Statorwicklung 10 detektiert werden kann.In the present embodiment are the already existing parts of the PMSM 2 modified so that one to the above-mentioned Achsausprägung the inductances of the rotor 6 alternative axis characteristic arises. For this purpose, in the present embodiment, the existing bandage 22 of the rotor 6 with in 3 shown slots 28 running, so that through the over the stator winding 10 and the permanent magnets 16 in the PMSM 10 introduced fields in the d-axis are damped differently than in the q-axis. This results in a Achsausprägung the attenuation by means of measuring pulses in the stator winding 10 can be detected.

Es wird auf 3 Bezug genommen, die Bandage 22 mit den Schlitzen 28 in einer aufgerollten Ansicht der Bandage 22 zeigt. In 3 sind der Übersichtlichkeit halber nur einige der Schlitze 28 mit einem Bezugszeichen versehen.It will open 3 Reference, the bandage 22 with the slots 28 in a rolled-up view of the bandage 22 shows. In 3 For the sake of clarity, these are just a few of the slots 28 provided with a reference numeral.

Die Bandage 22 weist einen Umfang 30 und eine axiale Länge 32 auf. Dabei sind die Schlitze 28 in zwei ersten Bereichen 34 der Bandage 22 ausgebildet, während zwei zweite Bereichen 36 der Bandage 22 schlitzfrei bleiben.The bandage 22 has a scope 30 and an axial length 32 on. Here are the slots 28 in two first areas 34 the bandage 22 formed while two second areas 36 the bandage 22 stay slot-free.

Wie bereits erläutert sind die Schlitze 28 in Umfangsrichtung der Bandage 22 und damit des Rotors 6 eingebracht. Wie in der 3 zu sehen umschließen die Schlitze 28 jedoch den Umfang 30 immer nur teilweise. As already explained, the slots 28 in the circumferential direction of the bandage 22 and thus the rotor 6 brought in. Like in the 3 to see the slits enclose 28 however the scope 30 only partially.

Die Schlitze 28 können in nicht weiter gezeigter Weise tangential an der Bandage 22 ausgebildet sein, die mechanische Festigkeit der Bandage 22 zu erhöhen. Zudem sollten die Schlitze 28 so schmal wie möglich ausgeführt sein, insbesondere deutlich schmaler als verbleibende Stege 38, die zwischen den Schlitzen 28 ausgebildet sind, um die mechanische Festigkeit der Bandage 22 nicht mehr als nötig zu reduzieren. Von den Stegen sind in 3 der Übersichtlichkeit halber nur einige mit einem Bezugszeichen versehen. Daher ist in der vorliegenden Ausführung eine axiale Breite 40 der Schlitze 28 kleiner ausgeführt, als eine axiale Breite 42 der Stege. Von den axialen Breiten sind in 3 der Übersichtlichkeit halber nur einige angedeutet.The slots 28 can in a manner not shown tangential to the bandage 22 be formed, the mechanical strength of the bandage 22 to increase. In addition, the slots should 28 be as narrow as possible, in particular significantly narrower than remaining webs 38 that between the slots 28 are designed to increase the mechanical strength of the bandage 22 not to reduce more than necessary. From the jetties are in 3 for clarity, only a few provided with a reference numeral. Therefore, in the present embodiment, an axial width 40 the slots 28 made smaller than an axial width 42 of the bridges. Of the axial widths are in 3 for the sake of clarity, only a few indicated.

Die Anzahl der Schlitze 28 sollte möglichst hoch sein, wobei die axiale Breite 40 der Schlitze 28 möglichst gering sein sollte. Um die mechanische Festigkeit der Bandage 22 mit den eingeformten Schlitzen 28 zu erhöhen kann eine in 3 nicht sichtbare radiale Dicke der Bandage 22 gegenüber einer Bandage ohne die Schlitze 28 erhöht werden. The number of slots 28 should be as high as possible, with the axial width 40 the slots 28 should be as low as possible. To the mechanical strength of the bandage 22 with the molded slots 28 can increase one in 3 invisible radial thickness of the bandage 22 opposite a bandage without the slots 28 increase.

Die räumliche Periodizität der Bereiche 34 mit den Schlitzen 28 und der Bereiche 36 ohne die Schlitze 28 sollte dabei der Polteilung des Rotors 6 entsprechen. Das heißt, dass die Anzahl an Bereichen 34 mit Schlitzen 28 genauso groß sein sollte wie die Anzahl an Magnetpolen 18, 20. The spatial periodicity of the areas 34 with the slots 28 and the areas 36 without the slots 28 should be the pole pitch of the rotor 6 correspond. That is, the number of areas 34 with slits 28 should be as large as the number of magnetic poles 18 . 20 ,

Die Positionierung der Bereiche 34 mit den Schlitzen 28 zu den Magnetpolen 18, 20 ist hingegen nicht vordefiniert. Auch müssen die Längen der der Bereiche 34 mit den Schlitzen 28 in Umfangsrichtung nicht notwendigerweise gleich zu den Längen der Bereiche 36 ohne die Schlitze 28 sein. Ebenso müssen innerhalb eines Bereiches 34 mit den Schlitzen 28 weder die axialen Abstände 42 zwischen den Schlitzen 28, noch die Längen der Schlitze 28 in Umfangsrichtung der Bandage 22 konstant sein.The positioning of the areas 34 with the slots 28 to the magnetic poles 18 . 20 is not predefined. Also, the lengths of the areas need to be 34 with the slots 28 not necessarily equal to the lengths of the regions in the circumferential direction 36 without the slots 28 be. Likewise, within an area 34 with the slots 28 neither the axial distances 42 between the slots 28 , nor the lengths of the slots 28 in the circumferential direction of the bandage 22 be constant.

Die Bandage 22 kann beispielsweise aus der eingangs genannten Hülse gefertigt werden, in die die Schlitze 28 fertigungstechnisch beispielsweise durch Sägen eingebracht werden. Alternativ lässt sich die Bandage aber auch aus Ringen fertigen, die anschließend axial miteinander verbunden werden.The bandage 22 can be made for example from the aforementioned sleeve, in which the slots 28 manufacturing technology, for example, be introduced by sawing. Alternatively, the bandage can also be made from rings, which are then connected axially together.

Die Bandage 22 ist besonders bevorzugt aus Metall hergestellt und wirkt so aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit ähnlich einer Dämpferwicklung in einer klassischen Synchronmaschine mit Feldwicklung dämpfend. Durch die in die Bandage 22 eingebrachten Bereiche 34 mit den Schlitzen 28 ergeben sich nun unterschiedliche Dämpfungseigenschaften für elektromagnetische Felder, die die Bereiche 34 mit den Schlitzen 28 durchsetzen als für elektromagnetische Felder, die die massiven Bereiche 36 ohne die Schlitze 28 durchsetzen. The bandage 22 is particularly preferably made of metal and thus acts due to their electrical conductivity similar to a damper winding in a classical synchronous machine with field winding damping. Through the in the bandage 22 introduced areas 34 with the slots 28 result now different damping properties for electromagnetic fields, the areas 34 with the slots 28 prevail as for electromagnetic fields affecting the massive areas 36 without the slots 28 push through.

Es ergibt sich damit die oben erwähnte gewünschte Achsenausprägung der Dämpfung, beziehungsweise erscheint es so, als wären in der d-Achse und in der q-Achse unterschiedliche Dämpferwicklungen eingebaut.It thus results in the above-mentioned desired axial expression of the damping, or it appears as if different damper windings were installed in the d-axis and in the q-axis.

Dieser Achsenunterschied lässt sich nun durch Messpulse an der Statorwicklung ausmessen, was anhand 4 näher erläutert werden soll, die eine Anordnung 44 zur Bestimmung einer Lage des Rotors 6 aus 2 in der PMSM 2 aus 1 zeigt. This axis difference can now be measured by measuring pulses on the stator winding, which is based on 4 to be explained in more detail, the one arrangement 44 for determining a position of the rotor 6 out 2 in the PMSM 2 out 1 shows.

Die Anordnung 44 umfasst einen Stromrichter 46, der basierend aus einem oder mehreren Steuersignalen 48 aus einer Steuervorrichtung 50 an die PMSM 2 eine nicht weiter referenzierte mehrphasige Wechselspannung anlegt so dass die in diesem Fall dreiphasige Statorwicklung 10 der PMSM 2 bestromt wird. Ein Strommessgerät 52 erfasst den durch die dreiphasige Statorwicklung 10 fließenden dreiphasigen Strom 54 und gibt ihn an die Steuervorrichtung 50 aus. The order 44 includes a power converter 46 which is based on one or more control signals 48 from a control device 50 to the PMSM 2 a not further referenced multiphase AC voltage applies so that in this case three-phase stator winding 10 the PMSM 2 is energized. An electricity meter 52 detects the through the three-phase stator winding 10 flowing three-phase current 54 and give it to the controller 50 out.

Zur Bestromung der PMSM 2 für ihren Antrieb empfängt die Steuervorrichtung 50 in der vorliegenden Ausführung ein entsprechendes Antriebssignal 56, auf dessen Grundlage die Steuervorrichtung 50 mit dem Stromrichter 46 entsprechend die dreiphasige Wechselspannung zum Antrieb der PMSM 2 erzeugt. Hingegen empfängt die Steuervorrichtung in der vorliegenden Ausführung ein Messsignal 58 wenn die Lage des Rotors 6 gegenüber dem Stator 4 im Stillstand der PMSM 2 oder bei geringen Drehzahlen erfasst werden soll, woraufhin die Steuervorrichtung 70 dann entsprechend die dreiphasige Wechselspannung mit dem Stromrichter 46 erzeugt. In der Anordnung 44 in der vorliegenden Ausführung sind der übersichtlichen Darstellung halber das Antriebssignal 56 und das Messsignal 58 voneinander getrennt und als außerhalb der Steuervorrichtung 50 erzeugt dargestellt. Gewöhnlich werden diese beiden Referenzsignale 56, 58 jedoch in derselben Steuervorrichtung und gemeinsam erzeugt, da sich beide Signale überlagern lassen.For energizing the PMSM 2 for its drive, the control device receives 50 in the present embodiment, a corresponding drive signal 56 , on the basis of which the control device 50 with the power converter 46 Accordingly, the three-phase AC voltage to drive the PMSM 2 generated. On the other hand, in the present embodiment, the control device receives a measurement signal 58 if the location of the rotor 6 opposite the stator 4 at standstill of the PMSM 2 or should be detected at low speeds, whereupon the control device 70 then according to the three-phase AC voltage with the power converter 46 generated. In the arrangement 44 In the present embodiment, the sake of clarity, the drive signal 56 and the measurement signal 58 separated and as outside the control device 50 generated shown. Usually, these two reference signals 56 . 58 however, in the same control device and generated together, since both signals can be superimposed.

Zur Bestimmung der Lage des Rotors 6 gegenüber dem Stator 4 bestimmt die Steuervorrichtung 50 den Unterschied zwischen der bereits erwähnten Dämpfung der elektromagnetischen Felder in der d-Achse und der Dämpfung der elektromagnetischen Felder in der q-Achse. Dabei sollte die Zeit- und Amplitudenauflösung des Trägersignals für den dreiphasigen Strom 54 an die zu erwartenden Unterschiede zwischen den beiden Achsen angepasst werden. Gegenüber alternativen Verfahren zur Bestimmung der Lage des Rotors 6 gegenüber dem Stator 4 im Stillstand der PMSM 2 ist die vorgeschlagene Lösung der vorliegenden Ausführung bei magnetisch runden Rotoren 6 günstiger und zuverlässiger. Je mehr Schlitze 28 in die Bandage 22 eingebracht werden können, desto größer wird die zu detektierende Achsenausprägung der Dämpfung zwischen den Achsen.To determine the position of the rotor 6 opposite the stator 4 determines the control device 50 the difference between the already mentioned damping of the electromagnetic fields in the d-axis and the attenuation of the electromagnetic fields in the q-axis. The time and amplitude resolution of the carrier signal for the three-phase current should be 54 adapted to the expected differences between the two axes. Compared with alternative methods for determining the position of the rotor 6 opposite the stator 4 at standstill of the PMSM 2 is the proposed solution of the present embodiment in magnetic round rotors 6 cheaper and more reliable. The more slots 28 in the bandage 22 can be introduced, the greater becomes the axis characteristic of the damping between the axes to be detected.

Die Bereiche 34 mit den Schlitzen 28 können auf über den Magnetpolen 18, 20 der Dauermagnete 16, zwischen den Magnetpolen 18, 20 der Dauermagnete 16 oder auch an anderen Positionen angebracht werden. Welche Anordnung günstiger ist, hängt von den Rahmenbedingungen für die PMSM 2 ab. Beispielsweise können die Schlitze 28 so angeordnet werden, dass die Dämpfung der elektromagnetischen Felder entlang der d-Achse minimal wird. Auf diese Weise werden größere Feldtransienten erreicht, wenn beispielsweise nach Bestimmung der Lage der d-Achse noch deren Orientierung (also wo auf der d-Achse der Nordpol 18 und wo der Südpol 20 liegt) mittels eines vergleichsweise starken Messsignals 58 anhand einer zu erwartenden Sättigung ermittelt werden soll.The areas 34 with the slots 28 can on over the magnetic poles 18 . 20 the permanent magnets 16 , between the magnetic poles 18 . 20 the permanent magnets 16 or at other positions. Which arrangement is more favorable depends on the framework conditions for the PMSM 2 from. For example, the slots 28 be arranged so that the attenuation of the electromagnetic fields along the d-axis is minimal. In this way, larger field transients are achieved, for example, after determining the Location of the d-axis nor their orientation (ie where on the d-axis of the North Pole 18 and where the South Pole 20 is) by means of a comparatively strong measurement signal 58 is to be determined on the basis of an expected saturation.

Andererseits kann die Position der Magnetpole 18, 20 auch so gewählt werden, dass die Schlitze 28 im Betrieb der PMSM 2 durch Oberwellen verursachten Verluste in der PMSM 2 reduzieren. Dies kommt vor allem bei Einrichtungsbetrieb infrage, wie er zum Beispiel bei Antrieben von Turbomaschinen vorliegt. Nach der Bestimmung der d-Achse und der q-Achse basierend auf der Dämpfung der elektromagnetischen Felder durch die Bandage 22 wird dann für den Betrieb der PMSM 2 ein bekannter Winkelunterschied zur d-Achse berücksichtigt. Sollte der Winkelunterschied zum Beispiel aus fertigungstechnischen Gründen nicht bekannt sein, könnte alternativ ein Einlernverfahren angewendet werden, das entweder am Ende der Produktion der PMSM 2 oder nach Einschalten der elektrischen Energieversorgung für die PMSM 2 durchgeführt wird. Im Rahmen dieses Einlernverfahrens der Rotor 6 beispielsweise mittels Gleichstrom ausgerichtet werden.On the other hand, the position of the magnetic poles 18 . 20 also be chosen so that the slots 28 in the operation of the PMSM 2 Harmonic losses in the PMSM 2 to reduce. This is especially the case in furnishing operation, as is the case, for example, with drives of turbomachinery. After determining the d-axis and the q-axis based on the attenuation of the electromagnetic fields by the bandage 22 will then be responsible for the operation of the PMSM 2 taken into account a known angle difference to the d-axis. If, for example, the angular difference is not known for manufacturing reasons, a teach-in procedure could be used alternatively, either at the end of the production of the PMSM 2 or after switching on the electrical power supply for the PMSM 2 is carried out. In the context of this learning procedure the rotor 6 be aligned for example by means of direct current.

Zwar funktioniert das zuvor beschriebene Verfahren zur Ermittlung der Lage des Rotors 6 gegenüber dem Stator 4 auch, wenn sich der Rotor 6 gegenüber dem Stator 4 dreht, vorzugsweise wird jedoch im Betrieb der PMSM 2 dazu auf ein anderes sensorloses Verfahren umgeschaltet, vorzugsweise eins, das auf der bereits erwähnten induzierten Polradspannung beruht.Although the previously described method for determining the position of the rotor works 6 opposite the stator 4 also, if the rotor 6 opposite the stator 4 rotates, but preferably in operation the PMSM 2 switched to another sensorless method, preferably one, which is based on the already mentioned induced Polradspannung.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19737391 A1 [0002] DE 19737391 A1 [0002]

Claims

Rotor (6) für einen Elektromotor (2) umfassend: – einen ein magnetisches Querfeld ausbildenden Magneten (16), und – eine den Magneten (16) umfänglich umgebende Bandage (22), – wobei die Bandage (22) in Umfangsrichtung wenigstens einen ersten Bereich (34) und wenigstens einen zweiten Bereich (36) aufweist, die sich in ihren elektrischen und/oder magnetischen Materialeigenschaften unterscheiden.Rotor ( 6 ) for an electric motor ( 2 ) comprising: - a magnet forming a transverse magnetic field ( 16 ), and - a magnet ( 16 ) circumferentially surrounding bandage ( 22 ), - whereby the bandage ( 22 ) in the circumferential direction at least a first area ( 34 ) and at least one second area ( 36 ), which differ in their electrical and / or magnetic material properties.

Rotor (6) nach Anspruch 1, wobei sich der wenigstens eine erste Bereich (34) und der wenigstens eine zweite Bereich (36) in ihren elektrischen Leitfähigkeiten unterscheidet.Rotor ( 6 ) according to claim 1, wherein the at least one first region ( 34 ) and the at least one second area ( 36 ) differs in their electrical conductivities.

Rotor (6) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die variierenden Materialeigenschaften durch wenigstens einen Schlitz (28) in der Bandage (22) gebildet sind.Rotor ( 6 ) according to claim 1 or 2, wherein the varying material properties by at least one slot ( 28 ) in the bandage ( 22 ) are formed.

Rotor (6) nach Anspruch 3, wobei der wenigstens eine Schlitz (28) in Umfangsrichtung der Bandage (22) verläuft.Rotor ( 6 ) according to claim 3, wherein the at least one slot ( 28 ) in the circumferential direction of the bandage ( 22 ) runs.

Rotor (6) nach Anspruch 4, wobei der in Umfangsrichtung der Bandage (22) verlaufende wenigstens eine Schlitz (28) den Umfang (30) der Bandage (22) teilweise umschließt.Rotor ( 6 ) according to claim 4, wherein the circumferential direction of the bandage ( 22 ) extending at least one slot ( 28 ) the scope ( 30 ) of the bandage ( 22 ) partially encloses.

Rotor (6) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Schlitze (28) tangential durch die Bandage (22) verlaufen.Rotor ( 6 ) according to one of claims 3 to 5, wherein the slots ( 28 ) tangentially through the bandage ( 22 ).

Rotor (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die variierenden Materialeigenschaften durch wenigstens zwei in Umfangsrichtung der Bandage (22) verlaufende Schlitze (28) gebildet sind, die in axialer Richtung der Bandage (22) gesehen eine Breite (40) aufweisen, die kleiner ist, als ihr Abstand (42) zueinander. Rotor ( 6 ) according to any one of the preceding claims, wherein the varying material properties by at least two in the circumferential direction of the bandage ( 22 ) running slots ( 28 ) are formed in the axial direction of the bandage ( 22 ) seen a width ( 40 ), which is smaller than their distance ( 42 ) to each other.

Rotor (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der ersten und zweiten Bereiche (34, 36) einer Anzahl einer Polteilung des das magnetische Querfeld ausbildenden Magneten (16) entspricht.Rotor ( 6 ) according to one of the preceding claims, wherein the number of the first and second regions ( 34 . 36 ) a number of pole pitch of the magnetic transverse field forming magnet ( 16 ) corresponds.

Rotor (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bandage (22) durch mit Stegen verbundene Ringe gebildet ist.Rotor ( 6 ) according to any one of the preceding claims, wherein the bandage ( 22 ) is formed by web-connected rings.

Elektromotor (2) umfassend: – einen Stator (4); und – einen drehbar im Stator (4) gelagerten Rotor (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche; – wobei der Stator (4) zum Ausbilden eines magnetischen Hauptfeldes vorgesehen ist, das zum Antreiben des Rotors (6) geeignet ist, mit dem magnetischen Querfeld des Rotors (6) wechselzuwirken.Electric motor ( 2 ) comprising: a stator ( 4 ); and - one rotatable in the stator ( 4 ) mounted rotor ( 6 ) according to any one of the preceding claims; - where the stator ( 4 ) is provided for forming a magnetic main field, which is used for driving the rotor ( 6 ) is suitable, with the magnetic transverse field of the rotor ( 6 ) interact.