WO2002041471A1 - Rotor für eine elektrische maschine - Google Patents

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Stefan Beyer
Markus Heidrich
Axel Jacob
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Definitions

  • a rotor for electrical machines which has a carrier body on which a plurality of magnets are arranged.
  • Such a structure of the rotor in connection with a grooved stator leads to a cogging torque and, depending on the size, e.g. in the area of a drive-by-wire system, cause interference.
  • the rotor according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the manufacture and / or the in a simple manner
  • rotor is made up of modules of one type, rotors of different axial lengths can be assembled. For the production of various
  • Rotors are only required modules of one type and no longer a number of different rotors.
  • the modules are rotated relative to one another by a certain angle of rotation in the circumferential direction.
  • the rotation angle of the rotation of the modules relative to one another depends on a number of poles, a tooth shape, a width of the magnets, an air gap length, a useful tooth geometry of the stator, etc.
  • Electrical sheet is advantageously used for a carrier body of the rotor.
  • FIG. 1 shows a rotor according to the invention
  • FIG. 2a shows another rotor according to the invention
  • Figure 2b shows a partial section of a rotor according to the invention according to Figure 2a in a radial cross section.
  • FIG. 1 shows a rotor 1 according to the invention, which among other things consists of a rotor shaft 5, a first module 7, a second module 8 and a third module 9. There may also be one module fewer or even more modules.
  • the modules 7, 8, 9 are close together here, but can also be spaced apart.
  • Each module 7, 8, 9 consists of a carrier body 12 and at least one magnet 15, for example a permanent magnet, which is arranged on a peripheral surface of the carrier body 12. Due to the modular design, different rotors 1 can be assembled with only one component, a module 7, 8, 9.
  • the carrier body 12 is firmly connected to the rotor shaft 5 and is preferably made of electrical sheet.
  • a rotor 1 can be used for a rotating electrical machine, i.e. an electric motor or an electric generator can be used.
  • Such an electrical machine also has a stator 18 with at least one stator tooth 22, on which at least one Coil 26 (Fig. 2b) is arranged.
  • the axial length of the stator tooth 22 corresponds approximately to the axial length of the modules 7, 8, 9 present.
  • FIG. 2a shows a further exemplary embodiment of a rotor 1 according to the invention.
  • the rotor 1 consists of several modules 7, 8, 9, which, however, are rotated relative to one another by a certain angle of rotation (FIG. 2b).
  • an intermediate space 24 which, for example, has no material or is filled with poorly or non-magnetically conductive material, so that a magnetic flux loss through the material surrounding the magnets 15 is minimized.
  • the magnets 15 are glued to the carrier body 12 or fastened by fastening means such as are known from the application DE 100 09 151.2-12. Another possibility for fixing the magnets 15 is by the use of a tube made of a magnetically non-conductive material which is arranged, for example by 'shrink fit or by means of a bayonet lock on the magnet 15 and this fixed on the carrier body 12th
  • Figure 2b shows a partial section of a rotor 1 according to the invention according to Figure 2a in radial cross section.
  • the rotor 1 has, for example, six magnets 15, which form six rotor poles 20, and the stator 18 has, for example, nine
  • Stator teeth 22 Any other combination of a number of rotor poles 20 and stator teeth 22 is possible.
  • the individual modules 7, 8, 9 are each shifted by an angle ⁇ in the circumferential direction.
  • the stator tooth 22 covers, for example, only the magnet 15 of a module 7 with its surface opposite the magnet 15.
  • the magnets 15 of the other modules 8, 9 are only partially covered by the stator tooth 22.
  • the area of the stator tooth 22, i.a. given by a width of the stator tooth 22, which lies opposite the magnet 15, can also be smaller or larger than an area or width of the magnet 15.

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

Abstract

Ein Rotor nach dem Stand der Technik muss jeweils individuell für eine elektrische Maschine hergestellt werden. Ein erfindungsgemässer Rotor (1) besteht aus Modulen (7, 8, 9) des gleichen Bauteiltyps, womit mit einem Bauteiltyp verschiedene Rotoren (1) hergestellt verden können.

Description

Rotor für eine elektrische Maschine
Stand der Technik
Es ist bekannt, für elektrische Maschinen einen Rotor zu verwenden, der einen Trägerkörper aufweist, auf dem mehrere Magnete angeordnet sind. Durch einen solchen Aufbau des Rotors kommt es in Verbindung mit einem genuteten Stator zu einem Rastmoment und kann je nach Grosse, z.B. im Bereich eines drive-by-wire-system, Störungen hervorrufen.
Aus der US-PS 5,365,137 ist bekannt, einen Rotor aus drei Modulen aufzubauen. Der Rotor weist jedoch keinen Magnet auf und der Rotor ist nicht innerhalb eines Stators angeordnet.
Die US-PS 5,936,325 und die US-PS 5,481,147 zeigen einen elektrischen Motor, bei dem der Rotor aus Modulen aufgebaut ist und die Module auf der Rotorwelle gegeneinander um einen bestimmten Winkel verdreht sind. Die Rotoren weisen keine Magnete auf. Die Verdrehung der Module ist dabei aufgrund der Funktionsweise der Reluktanzmaschine notwendig, nicht aber um ein Nutrastmoment zu verringern. Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise die Herstellung und/oder die
Verringerung des Rastmoments einer elektrischen Maschine mit dem Rotor verbessert sind.
Wenn der Rotor aus Modulen eines Typs aufgebaut ist, lassen sich damit Rotoren verschiedener axialer Baulängen zusammenbauen. Für die Herstellung von verschiedenen
Rotoren werden nur noch Module eines Typs benötigt und nicht mehr eine Anzahl von verschiedenen Rotoren.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen des im Anspruch 1 genannten Rotors möglich.
Für die Reduzierung eines Nutrastmoments ist es vorteilhaft, wenn die Module um einen bestimmten Drehwinkel in Umfangsrichtung gegeneinander verdreht sind.
Für eine optimale Reduzierung des Nutrastmoments ist es vorteilhaft, wenn der Drehwinkel der Verdrehung der Module gegeneinander abhängig ist von einer Polzahl, einer Zahnform, einer Breite der Magneten, einer Luftspaltlänge, einer Nutzahngeometrie des Stators usw..
Für einen Trägerkörper des Rotors verwendet man vorteilhafter Weise Elektroblech.
Es ist vorteilhaft, wenn zwischen den Magneten auf der Umfangsflache des Trägerkörpers kein oder magnetisch nicht bzw. schlecht leitfähiges Material vorhanden ist. Zeichnung
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Rotor, Figur 2a einen weiteren erfindungsgemäßen Rotor, und
Figur 2b einen Teilausschnitt eines erfindungsgemässen Rotors gemäss Figur 2a in einem radialen Querschnitt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor 1, der unter anderem aus einer Rotorwelle 5, einem ersten Modul 7, einem zweiten Modul 8 und einem dritten Modul 9 besteht. Es kann auch ein Modul weniger oder noch mehr Module vorhanden sein. Die Module 7, 8, 9 liegen hier dicht aneinander, können aber auch beabstandet voneinander sein.
Jedes Modul 7, 8 ,9 besteht aus einem Trägerkörper 12 und zumindest einem Magneten 15, bspw. ein Permanentmagnet, der auf einer Umfangsflache des Trägerkörpers 12 angeordnet ist. Durch die modulare Bauweise können mit nur einem Bauteil, einem Modul 7, 8, 9 verschiedene Rotoren 1 zusammengebaut werden.
Der Trägerkörper 12 ist mit der Rotorwelle 5 fest verbunden und besteht vorzugsweise aus Elektroblech. Ein solcher Rotor 1 kann für eine sich drehende elektrische Maschine, d.h. einen elektrischen Motor oder einen elektrischen Generator, verwendet werden.
Eine solche elektrische Maschine hat auch einen Stator 18 mit zumindest einem Statorzahn 22, auf dem zumindest eine Spule 26 (Fig. 2b) angeordnet ist. Die axiale Länge des Statorzahns 22 entspricht ungefähr der axialen Länge der vorhandenen Module 7, 8, 9. Sie kann aber auch axial über- oder unterstehen.
Figur 2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors 1. Auch hier besteht der Rotor 1 aus mehreren Modulen 7, 8, 9, die jedoch um einen bestimmten Drehwinkel (Fig. 2b) gegeneinander verdreht sind.
Durch die Verdrehung der Module 7, 8, 9 untereinander wird ein Nutrastmoment einer elektrischen Maschine, bestehend aus dem Stator 18 und dem erfindungsgemäßen Rotor 1, verringert. Die bisher praktizierten Maßnahmen, wie z.B. der Einsatz von geschrägten Magneten, schräg aufmagnetisierten Ringmagneten, Statoren mit gegeneinander verdrehten Blechlamellen sind in der Herstellung aufwendig, teuer und zudem fehleranfällig. Weiterhin besteht der Vorteil dieser modularen Bauweise des erfindungsgemäßen Rotors 1 darin, daß Rotoren 1 mit großen Baulängen fertigungstechnisch leichter herzustellen sind.
Dies führt auch zu einer Reduzierung der Herstellungskosten. Zwischen den Magneten 15 ist ein Zwischenraum 24 vorhanden, der bspw. kein Material aufweist oder mit schlecht bzw. nicht magnetisch leitenden Material aufgefüllt ist, so dass ein magnetischer Flussverlust durch die Magneten 15 umgebendes Material minimiert ist.
Die Magnete 15 sind auf dem Trägerkörper 12 aufgeklebt oder durch Befestigungsmittel, wie sie aus der Anmeldung DE 100 09 151.2-12 bekannt sind, befestigt. Eine weitere Möglichkeit zur Befestigung der Magnete 15 besteht durch die Verwendung eines Rohrs aus einem magnetisch nicht leitenden Material, das beispielsweise durch 'Schrumpfpassung oder mittels einem Bajonettverschluß auf den Magneten 15 angeordnet ist und diese auf dem Trägerkörper 12 befestigt. Figur 2b zeigt einen Teilausschnitt eines erfindungsgemäßen Rotors 1 gemäß Figur 2a im radialen Querschnitt. Der Rotor 1 hat beispielsweise sechs Magnete 15, die sechs Rotorpole 20 bilden, und der Stator 18 hat beispielsweise neun
Statorzähne 22. Jede andere Kombination von einer Anzahl von Rotorpolen 20 und Statorzähnen 22 ist möglich. Die einzelnen Module 7, 8, 9 sind jeweils um einen Winkel α in Umfangsrichtung verschoben. Der Statorzahn 22 deckt bspw. mit seiner dem Magneten 15 gegenüberliegenden Fläche nur den Magneten 15 eines Moduls 7 ab. Die Magneten 15 der anderen Module 8, 9 werden dabei nur zum Teil von dem Statorzahn 22 abgedeckt.
Die Fläche des Statorzahns 22, u.a. gegeben durch eine Breite des Statorzahns 22, die den Magneten 15 gegenüberliegt, kann auch kleiner oder grösser als eine Fläche oder Breite des Magneten 15.

Claims

Ansprüche
1. Rotor für eine elektrische Maschine, zumindest bestehend aus einer Rotorwelle, und zumindest einem Trägerkörper, wobei auf dem zumindest einen Trägerkörper zumindest ein Magnet angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Rotor (1) aus zumindest zwei Modulen aufgebaut ist, wobei jedes Modul (7, 8, 9) zumindest aus einem
Trägerkörper (12) und zumindest einem Magneten (15) besteht.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Module (7, 8, 9) um die Rotorwelle (5) um einen Drehwinkel (α) gegeneinander verdreht sind.
3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Drehwinkel (α) abhängig ist von einer Nutzahngeometrie des Stators (18) .
4. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Trägerkörper (12) aus Elektroblech besteht.
5. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den Magneten (15) ein Zwischenraum (24) vorhanden ist, der aus magnetisch nicht oder schlecht leitendem Material besteht.
6. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rotor (1) sechs Rotorpole (20) und der Stator neun Statorzähne (22) aufweist.
7. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Statorzahn (22) nur einen Magneten (15) eines Moduls (7, 8, 9) in ümfangsrichtung vollständig überdecken kann.
8. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Trägerkörper (12) aus massiven Eisen besteht.
9. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine axiale Länge eines Statorzahns (22) ungefähr einer axialen Länge der vorhandenen Module (7, 8, 9) entspricht.
10. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Magnet (15) ein Permanentmagnet ist.
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