WO2020010377A1 - Electrical synchronous machine having holding spring for connecting the magnets of the rotor to the shaft - Google Patents

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WO2020010377A1
WO2020010377A1 PCT/AT2019/060227 AT2019060227W WO2020010377A1 WO 2020010377 A1 WO2020010377 A1 WO 2020010377A1 AT 2019060227 W AT2019060227 W AT 2019060227W WO 2020010377 A1 WO2020010377 A1 WO 2020010377A1
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magnet
rotor
synchronous machine
magnets
electrical synchronous
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PCT/AT2019/060227
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Vitaly Davydov
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Avl List Gmbh
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    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos

Definitions

  • the invention relates to an electrical synchronous machine with at least one rotor, the rotor having at least one shaft and at least one magnet packet, the magnet packet having magnets lined up along its circumference.
  • Synchronous machines of the type described are used in many areas of technology as electric motors and / or as generators, for example in vehicles.
  • a major problem is the thermal load on the permanent magnets of the rotor that occurs during operation, as well as the parts connected to them.
  • the magnet package can be located inside or outside the stator. The arrangement of the magnets in the circumferential direction reduces the occurrence of eddy currents and is therefore very advantageous.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved fastening for the magnets.
  • At least one magnet is connected to the shaft on at least one axial side surface via a retaining spring.
  • This axial fastening of the magnet is particularly advantageous since smaller movements in the event of temperature expansion are made possible. At the same time, the magnet is held firmly enough so that unwanted movements are prevented by the forces acting on it. In the case of thermal changes in size, the magnet can expand in the axial direction, the retaining spring being elastic is deformed. It can be advantageous if each magnet is assigned its own retaining spring in the circumferential direction.
  • the term shaft is understood to mean a rotatable component which can transmit the torque of the rotor to other components, for example to a transmission.
  • the shaft is a cylindrical component which is arranged in an axis of rotation and can therefore rotate about this axis.
  • it can also be a hollow shaft, which is arranged, for example, outside the magnets, or an annular or disk-shaped component.
  • the retaining spring can dissipate the heat of the magnet.
  • the thermal load on the holding springs is advantageously greatest in the area of contact with the magnet, while the mechanical tension of the holding springs is low in this area.
  • Holding spring is understood to be an elastically resilient element which can connect to the magnet and cushion it elastically in at least one direction. It therefore exerts a force on the magnet in the tensioned state and can preferably clamp it in.
  • the magnets are preferably cast permanent magnets.
  • they can be made from Alnico.
  • the radially outer and / or inner side surfaces can be rolled into a magnet package before assembly.
  • the finished magnet package can also be rolled after assembly.
  • the magnets can be provided with electrically non-conductive coatings or outer layers in order to avoid eddy currents.
  • the synchronous machine is preferably a hysteresis synchronous machine.
  • the magnet is clamped on its axial side surfaces between the holding spring and a holding surface of the rotor.
  • the holding surface does not have to be spring-loaded, since the holding spring can exert force on the magnet and thus fix it.
  • the retaining spring is thermally connected to at least one rotor yoke. As a result, the retaining spring can dissipate the heat of the magnet to the rotor yoke.
  • a rotor yoke in the sense of the invention is to be understood as a part of the rotor which is at least partially made of ferromagnetic material and which serves for the direct or indirect, that is to say by means of a further element, reception of magnets.
  • the rotor yoke is preferably arranged outside the magnet package, the magnet package being able to have further thermal couplings with the rotor yoke, for example over an outer peripheral surface.
  • the rotor yoke can be arranged directly on the outer circumferential surface of the magnet package, possibly separated by preferably electrically insulating layers.
  • the rotor yoke can be at least partially ferromagnetic and, in this embodiment, therefore contributes to the magnetic flux through the coils of the stator and the magnets of the rotor.
  • the retaining spring has a connection area for connection to the magnet and a main bending area for elastic deformation and that the main bending area is spaced from the connection area.
  • the main bending area means the area in which the mechanical bending load of the retaining spring is at its size.
  • the retaining spring presses on the magnet and thus fixes its position.
  • the resulting bending load on the retaining spring is distributed in it depending on the shape and material of the retaining spring.
  • the point of the highest bending load lies in the main bending area.
  • connection areas particularly robust and to produce the retaining spring from conventional spring steel, while the connection areas are additionally hardened
  • the retaining spring is connected radially outward from the magnet to the rotor, the heat of the magnet can be conducted away from the axis of rotation in the direction of the faster rotating regions of the rotor. Since these have higher peripheral speeds, more effective cooling is possible.
  • retaining springs are designed and at least some of the retaining springs are designed as part of at least one ring-shaped clamping device. This simplifies assembly, since the magnets can first be arranged in position as a magnet package and then the clamping device can be attached. In this way, a large number of magnets can be defined in one step. Furthermore, the relative position of the retaining springs to each other is fixed. It is particularly advantageous if the clamping device has two clamping plates, at least two holding springs which are adjacent in the circumferential direction being arranged on different clamping plates. As a result, the adjacent retaining springs can be arranged close to one another.
  • the distances between retaining springs, which are arranged on the same clamping plate, can nevertheless be chosen larger, since a retaining spring of the other clamping plate can be arranged in between. This simplifies the manufacture and the occurrence of notch effects can be prevented.
  • This effect can also be achieved with a plurality of clamping plates, with at least one first holding spring being assigned to a first clamping plate along the circumferential direction, one second holding spring adjacent to the first holding spring being assigned to a second clamping plate and one third holding spring adjacent to the second holding spring being connected to a third clamping plate - is organized, etc.
  • the magnets are arranged at a distance from one another. This can prevent stray magnetic flux.
  • At least one axial side surface of the magnet is inclined to a normal plane of the axis of rotation, the magnet can thus be better stabilized against radial forces.
  • the axial side surface is preferably positioned such that the forces acting on it through the retaining spring act obliquely radially outward. This allows a radial preload to be achieved, which stabilizes the magnets against forces in the radial and circumferential directions and fixes them better.
  • the axial side surface can also have indentations or indentations which form fit with the engaging retaining spring or another engaging part of the rotor in a form-fitting manner in order to reinforce the connection.
  • a side length of the magnet facing the rotor yoke is longer than a side length of the magnet facing the stator. It is particularly advantageous if a radially outer side length of the magnet is longer than a radially inner side length of the magnet.
  • the outer side length means the length of the radial side surface that is further away from the axis of rotation, while the inner side length means the length of the radial side surface of the magnet that is closer to the axis of rotation. If the rotor yoke is thus arranged radially outside the magnet package, the side length facing the rotor yoke is the radially outer side length and the side length facing the stator is the radially inner side length.
  • both axial side surfaces are preferably inclined toward the axis of rotation, particularly preferably at the same angle. If it is provided that at least one axial side surface has a connecting profile that can be positively connected to a holding profile of the holding spring, the connection is thus further stabilized.
  • the interlocking connection can be designed such that the magnet cannot be moved, or only very little, in the radial direction and / or in the circumferential direction in the clamped position. This allows the exact position of the magnet to be set better. This is particularly useful in the case of magnets spaced apart from one another in the circumferential direction, since the gap between the magnets is generally very small and the most accurate positioning possible is desirable.
  • the at least one axial side surface has an essentially convex connecting profile and the retaining spring has an essentially concave retaining profile that fits thereon in a form-fitting manner.
  • the connection area of the retaining spring preferably has the retaining profile. This enables a form-fitting, stable connection to be achieved.
  • the connection profile means a profile of the axial side surface that remains constant at least in sections in the radial direction. The torque transmission can also be improved in this way.
  • a longitudinal axis of the magnet lies in a tangential plane of a circumference of the rotor and is arranged obliquely with respect to the axis of rotation.
  • the magnet is no longer parallel to the axis of rotation, but has an inclined position while they are not inclined in its direction. In this way, high harmonic vibrations can be reduced or prevented, especially if the magnets are spaced apart in the circumferential direction.
  • the rotor yoke has at least two axially aligned yoke plates, negative effects of eddy currents, such as losses or delayed magnetization, can be reduced.
  • At least two adjacent yoke plates have yoke ribs on the radially outer side, the yoke ribs of one yoke plate being offset in the circumferential direction with respect to the yoke ribs of the adjacent yoke plate. This allows the heat to be dissipated particularly well.
  • the offset in the circumferential direction ensures that the yoke ribs are free in the axial direction and thus provide a particularly large surface area for heat dissipation.
  • the rotor yoke at least partially has an electrically non-conductive jacket layer.
  • the cladding layer can extend over the surfaces of each yoke plate. The electrical insulation of the yoke plates from one another thus achieved a reduced occurrence of eddy currents.
  • the cladding layer can also be formed only in those areas which come into contact with the magnets.
  • the magnet is anisotropic and the preferred direction is oriented essentially radially to the axis of rotation.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an electrical synchronous machine according to the invention in a section along an axis of rotation A;
  • Fig. La shows a detail of Figure 1 without stator 2.
  • FIG. 2 shows a section of the same embodiment normal to the axis of rotation A; 2a shows a detail from FIG. 2;
  • FIG. 4 is a perspective view of a magnet 7
  • Fig. 5 shows a detail of the rotor 1 in a perspective view.
  • the rotor 1 shows a hysteresis machine according to the invention which has a stator 2 arranged in a rotor 1 and is therefore constructed as an external rotor. Outside the stator 2, the rotor 1 has a magnet package 5 made up of magnets 7 lined up in the circumferential direction and a rotor yoke 16.
  • the rotor yoke 16 has a plurality of axially arranged, stacked yoke plates 30, which are of essentially annular design. They are connected to one another via axial welded connections 41 on the radially outer side. These welded joints 41 hold the yoke plates 30 together. The current flow between the plates is only possible on the radially outer side.
  • the yoke plates 30 have yoke ribs 17, these being arranged at regular intervals along the circumference, standing radially outwards, and being evenly distributed.
  • the yoke plates 30 are against each other in Twisted circumferential direction in such a way that the yoke ribs 17 of adjacent yoke plates 30 are offset from one another and do not touch, but are free-standing.
  • a connecting plate 18 connects the parts of the rotor 1 lying outside the stator 2, which has coils 3, to a shaft 19 lying in an axis of rotation A.
  • the rotor yoke 16 is connected to the connecting plate 18 via screw connections 21.
  • the magnet package 5 is held axially on one side by a holding surface 31 of the rotor yoke 16.
  • each magnet 7 of the magnet package 5 is axially clamped by a holding spring 20 of a clamping device 32 and pressed against the holding surface 31 of the rotor yoke 16.
  • the clamping device 32 has two clamping plates 33, 34, each first retaining spring 20 being arranged along the circumference on a first clamping plate 33 and every second retaining spring 20 on the second clamping plate 34.
  • FIG. 1 a shows an enlarged detail from FIG. 1 of the rotor 1 without the stator 2.
  • the clamping plates 33, 34 are fixed together with the screw connections 21, which also establishes the connection between the rotor yoke 16 and the connecting plate 18. They are lined up axially one behind the other, with the retaining springs 20 intermeshing.
  • the retaining springs 20, which are arranged on the first clamping plate 33, are bent somewhat more strongly than those of the second clamping plate 34, since they are further away from the magnets 7. This enables good heat transfer from the clamping plates 33, 34 to the rotor yoke 16.
  • Each retaining spring 20 has a connecting region 35 which is arranged on an axial side surface 36 of the magnet 7, which it fixes.
  • This connection area 35 has a holding profile 37 which has an essentially concave shape.
  • a convex connecting profile 38 of the axial side surface 36 fits into this in a form-fitting manner, as a result of which the magnet 7 is automatically centered during assembly and is fixed in a defined position.
  • each holding spring 20 Spaced from the connecting area 35, each holding spring 20 has a main bending area 39 radially outside the connecting area 35, which is designed in the form of a bend in the holding spring 20. Directly radially outside the main bending area 39, the holding spring 20 is connected to one of the clamping plates 33, 34.
  • field lines 43 are shown schematically, which exemplarily show the course of magnetic fields during operation.
  • the magnets 7 are anisotropic, the preferred direction 42 of the magnetization being radial to the axis of rotation A.
  • the magnets 7 are also radially magnetized, the directions of arrows 44 indicating the magnetization direction from north to south and the length arrows 44 indicate the field strength. This shows that the magnets 7 decrease sinusoidally along the circumference and - in reverse polarity - are again increasingly strong.
  • every twelfth magnet 7 has the greatest field strength, each of these magnets 7 having an opposite polarity to its closest magnet 7 with the strongest polarity.
  • Magnet groups 45 are thus lined up along the circumference, with all eleven magnets 7 of a magnet group 45 being magnetized either radially inwards or radially outwards and the adjacent magnet groups 45 being magnetized in the other direction.
  • the magnets 7 are magnetized the weakest at the edge of a magnet group 45, these being most magnetized in the middle.
  • a non-magnetized magnet 7 is arranged between the magnet groups 45.
  • Each magnet 7 has two axial side surfaces 37, which are not normal to the axis of rotation A, but are at an angle of 75 ° to it. They are inclined towards one another and incline in the direction of the axis of rotation A.
  • a radially outer side length which represents the side length La facing the rotor yoke 16
  • a radially inner side length which is the represents the side length Li facing the stator 2.
  • the holding surface 31 and the connecting regions 35 are accordingly likewise inclined, as a result of which they are thus turned away from the axis of rotation A.
  • FIG. 5 shows a detail of the embodiment, only the outer part of the rotor 1 being shown and five magnets 7 having been removed.
  • the holding surface 31 Similar to the connection area 35, the holding surface 31 has concave shapes and thus contributes to the positioning of the magnets 7. Such positioning enables the provision of very small air gaps in the circumferential direction between the magnets 7.
  • the clamping plates 33, 34 have arches 40, which contribute to the mechanical stabilization of the holding springs 20.
  • an alternative installation position 7a for the magnets 7 is shown schematically at one point. In this alternative installation position 7a, the magnets 7 would be inclined to the axis of rotation A, but would still be located in a tangential plane of a circumference of the axis of rotation A.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

The invention relates to an electrical synchronous machine having at least one rotor (1), wherein the rotor (1) has at least one shaft (19) and at least one magnet package (5), wherein the magnet package (5) has magnets (7) arranged in a row along the circumference thereof. The problem to be solved by the invention is that of providing an improved fastening for the magnets. Said problem is solved in that at least one magnet (7) is connected to the shaft (19) on at least one axial face (36) via a holding spring (20).

Description

ELEKTRISCHE SYNCHRONMASCHINE MIT HALTERFEDER ZUM VERBINDEN DER MAGNETE DES  ELECTRIC SYNCHRONOUS MACHINE WITH SPRING TO CONNECT THE MAGNET OF THE
ROTORS MIT DER WELLE  ROTORS WITH THE SHAFT
Die Erfindung betrifft eine elektrische Synchronmaschine mit zumindest einem Ro- tor, wobei der Rotor zumindest eine Welle und zumindest ein Magnetpaket auf- weist, wobei das Magnetpaket entlang von dessen Umfang aufgereihte Magnete aufweist. The invention relates to an electrical synchronous machine with at least one rotor, the rotor having at least one shaft and at least one magnet packet, the magnet packet having magnets lined up along its circumference.
Synchronmaschinen der beschriebenen Art finden in vielen Bereichen der Technik als Elektromotoren und/oder als Generatoren Anwendung, beispielsweise in Fahr- zeugen. Ein wesentliches Problem ist dabei die während des Betriebs auftretende thermische Belastung der Permanentmagnete des Rotors, sowie die mit ihnen ver- bundenen Teile. Das Magnetpaket kann sich dabei innerhalb oder auch außerhalb des Stators befinden. Die Aufreihung der Magnete in Umfangsrichtung vermindert das Auftreten von Wirbelströmen und ist daher sehr vorteilhaft. Synchronous machines of the type described are used in many areas of technology as electric motors and / or as generators, for example in vehicles. A major problem is the thermal load on the permanent magnets of the rotor that occurs during operation, as well as the parts connected to them. The magnet package can be located inside or outside the stator. The arrangement of the magnets in the circumferential direction reduces the occurrence of eddy currents and is therefore very advantageous.
Die DE 10 2007 016 771 Al beschreibt eine Synchronmaschine mit Permanent- magneten, welche über eine Bandage elastisch mit dem Rotor verbunden sind. Dies ermöglicht das Ausdehnen der Magnete bei Erwärmung. Nachteilig ist jedoch die schlechte Ableitung der Wärme der Magnete, was zu einer Überhitzung der Magnete und damit zur Demagnetisierung führen kann. Bei höheren Drehzahlen wird darüber hinaus die Bandage genau in jenen Bereichen mechanisch stark be- ansprucht, an denen die thermische Belastung durch die Wärmableitung von den Magneten am größten ist. Dadurch werden diese Bereiche besonders stark be- lastet, was zu einer kurzen Lebensdauer der Bandage führt. Darüber hinaus sind derartige Befestigungsmethoden aufwendig in der Herstellung und damit kosten- intensiv. DE 10 2007 016 771 A1 describes a synchronous machine with permanent magnets which are elastically connected to the rotor via a bandage. This allows the magnets to expand when heated. A disadvantage, however, is the poor dissipation of the heat from the magnets, which can lead to overheating of the magnets and thus demagnetization. At higher speeds, the drum is also subjected to high mechanical stress in precisely those areas where the thermal stress due to the heat dissipation from the magnets is greatest. This places a particularly heavy load on these areas, which leads to a short lifespan for the bandage. In addition, such fastening methods are complex to manufacture and thus cost-intensive.
Aufgabe der Erfindung ist damit, eine verbesserte Befestigung für die Magnete bereitzustellen. The object of the invention is therefore to provide an improved fastening for the magnets.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Magnet an zumindest einer Axialseitenfläche über eine Haltefeder mit der Welle verbunden ist. This object is achieved in that at least one magnet is connected to the shaft on at least one axial side surface via a retaining spring.
Diese axiale Befestigung des Magnets ist besonders vorteilhaft, da kleinere Bewe- gungen bei Temperaturausdehnungen möglich gemacht werden. Gleichzeitig wird der Magnet fest genug gehalten, damit ungewollte Bewegungen durch die auf ihn wirkenden Kräfte verhindert werden. Bei thermisch bedingten Größenänderungen kann sich der Magnet in axialer Richtung ausdehnen, wobei die Haltefeder elastisch verformt wird. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn jedem Magneten in Umfangs- richtung eine eigene Haltefeder zugeordnet ist. This axial fastening of the magnet is particularly advantageous since smaller movements in the event of temperature expansion are made possible. At the same time, the magnet is held firmly enough so that unwanted movements are prevented by the forces acting on it. In the case of thermal changes in size, the magnet can expand in the axial direction, the retaining spring being elastic is deformed. It can be advantageous if each magnet is assigned its own retaining spring in the circumferential direction.
Unter Welle wird dabei ein drehbares Bauteil verstanden, welches das Drehmo- ment des Rotors an andere Bauteile, beispielsweise an ein Getriebe, übertragen kann. Dabei ist die Welle im einfachsten Fall ein zylinderförmiges Bauteil, das in einer Drehachse angeordnet ist und damit um diese Achse rotieren kann. Alterna- tiv kann es sich auch um eine Hohlwelle handeln, die beispielsweise außerhalb der Magnete angeordnet ist, oder um ein ringförmiges oder scheibenförmiges Bauteil. The term shaft is understood to mean a rotatable component which can transmit the torque of the rotor to other components, for example to a transmission. In the simplest case, the shaft is a cylindrical component which is arranged in an axis of rotation and can therefore rotate about this axis. Alternatively, it can also be a hollow shaft, which is arranged, for example, outside the magnets, or an annular or disk-shaped component.
Die Haltefeder kann die Wärme des Magnetes ableiten. Vorteilhafterweise ist dabei die Wärmebelastung der Haltefedern im Berührungsbereich mit dem Magneten am größten, während in diesem Bereich die mechanische Spannung der Haltefedern gering ist. Dabei wird unter Haltefeder ein elastisch federndes Element verstanden, das sich mit dem Magneten verbinden kann und diesen in zumindest eine Richtung elastisch abfedert. Es übt also im gespannten Zustand eine Kraft auf den Magneten aus und kann diesen vorzugsweise einspannen. The retaining spring can dissipate the heat of the magnet. The thermal load on the holding springs is advantageously greatest in the area of contact with the magnet, while the mechanical tension of the holding springs is low in this area. Holding spring is understood to be an elastically resilient element which can connect to the magnet and cushion it elastically in at least one direction. It therefore exerts a force on the magnet in the tensioned state and can preferably clamp it in.
Die Magnete sind vorzugsweise gegossene Permanentmagnete. Sie können bei- spielsweise aus Alnico gefertigt sein. Dabei können die radial äußeren und/oder inneren Seitenflächen vor dem Zusammenbau zum Magnetpaket gewalzt werden. Es kann auch das fertige Magnetpaket nach Zusammenbau gewalzt werden. Die Magnete können mit elektrisch nichtleitenden Überzügen oder Außenschichten versehen sein, um Wirbelströme zu vermeiden. The magnets are preferably cast permanent magnets. For example, they can be made from Alnico. The radially outer and / or inner side surfaces can be rolled into a magnet package before assembly. The finished magnet package can also be rolled after assembly. The magnets can be provided with electrically non-conductive coatings or outer layers in order to avoid eddy currents.
Insbesondere wenn alle Magnete über Haltefedern gehalten werden, so können damit Ungleichgewichte im Magnetpaket verhindert werden. In particular, if all magnets are held by holding springs, this can prevent imbalances in the magnet package.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Synchronmaschine um eine Hysterese-Syn- chronmaschine. The synchronous machine is preferably a hysteresis synchronous machine.
Vorteilhaft ist weiters, wenn der Magnet an seinen Axialseitenflächen zwischen der Haltefeder und einer Haltefläche des Rotors eingespannt ist. Die Haltefläche muss nicht gefedert ausgeführt sein, da die Haltefeder Kraft auf den Magneten ausüben und diesen damit festlegen kann. It is also advantageous if the magnet is clamped on its axial side surfaces between the holding spring and a holding surface of the rotor. The holding surface does not have to be spring-loaded, since the holding spring can exert force on the magnet and thus fix it.
Weiters kann vorgesehen sein, wenn die Haltefeder thermisch mit zumindest einem Rotorjoch verbunden ist. Dadurch kann die Haltefeder die Wärme des Ma- gneten zum Rotorjoch ableiten. It can also be provided if the retaining spring is thermally connected to at least one rotor yoke. As a result, the retaining spring can dissipate the heat of the magnet to the rotor yoke.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Haltefläche an dem Rotorjoch angeordnet ist. Dadurch kann die Wärmeableitung auf dieser Seite des Magneten zum Rotorjoch erfolgen. Unter Rotorjoch im Sinne der Erfindung ist ein zumindest teilweise aus ferro- magnetischem Material ausgebildeter Teil des Rotors zu verstehen, der zur direk- ten oder indirekten, also mittels eines weiteren Elements, Aufnahme von Magneten dient. It is particularly advantageous if the holding surface is arranged on the rotor yoke. This allows heat to be dissipated on this side of the magnet to the rotor yoke. A rotor yoke in the sense of the invention is to be understood as a part of the rotor which is at least partially made of ferromagnetic material and which serves for the direct or indirect, that is to say by means of a further element, reception of magnets.
Das Rotorjoch ist dabei vorzugsweise außerhalb des Magnetpakets angeordnet, wobei das Magnetpaket weitere thermische Kopplungen mit dem Rotorjoch, bei- spielsweise über eine äußere Umfangsfläche aufweisen kann. Dazu kann das Ro- torjoch direkt an der äußeren Umfangsfläche des Magnetpakets, eventuell getrennt durch vorzugsweise elektrisch isolierende Schichten, angeordnet sein. Das Rotor- joch kann zumindest teilweise ferromagnetisch sein und trägt in dieser Ausführung daher zum magnetischen Fluss durch die Spulen des Stators, sowie die Magnete des Rotors bei. The rotor yoke is preferably arranged outside the magnet package, the magnet package being able to have further thermal couplings with the rotor yoke, for example over an outer peripheral surface. For this purpose, the rotor yoke can be arranged directly on the outer circumferential surface of the magnet package, possibly separated by preferably electrically insulating layers. The rotor yoke can be at least partially ferromagnetic and, in this embodiment, therefore contributes to the magnetic flux through the coils of the stator and the magnets of the rotor.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Haltefeder einen Verbindungsbereich zur Verbindung mit dem Magneten und einen Hauptbiegebe- reich zur elastischen Verformung aufweist und dass der Hauptbiegebereich vom Verbindungsbereich beabstandet ist. Dabei ist mit Hauptbiegebereich jener Bereich gemeint, in dem die mechanische Biegebelastung der Haltefeder am Größen ist. Die Haltefeder drückt auf den Magnet und legt damit seine Position fest. Die damit wirkende Biegebelastung der Haltefeder wird dabei abhängig von Form und Ma- terial der Haltefeder in ihr verteilt. Dabei liegt der Punkt der höchsten Biegebe- lastung im Hauptbiegebereich. Durch die Trennung der mechanisch und thermisch besonders beanspruchten Gebiete kann die insgesamte Stressbelastung einzelner Bereiche der Haltefeder verringert werden. Dies führt einerseits dazu, dass die Lebensdauer der Haltefeder erhöht wird und andererseits diese einfacher aufge- baut werden kann. Trotzdem kann es vorteilhaft sein, diese Verbindungsbereiche besonders robust auszuführen und die Haltefeder aus konventionellem Federstahl herzustellen, während die Verbindungsbereiche zusätzlich gehärtet werden In a preferred embodiment it is provided that the retaining spring has a connection area for connection to the magnet and a main bending area for elastic deformation and that the main bending area is spaced from the connection area. The main bending area means the area in which the mechanical bending load of the retaining spring is at its size. The retaining spring presses on the magnet and thus fixes its position. The resulting bending load on the retaining spring is distributed in it depending on the shape and material of the retaining spring. The point of the highest bending load lies in the main bending area. By separating the areas that are particularly mechanically and thermally stressed, the overall stress load on individual areas of the retaining spring can be reduced. On the one hand, this leads to an increase in the service life of the retaining spring and, on the other hand, it can be constructed more easily. Nevertheless, it can be advantageous to make these connection areas particularly robust and to produce the retaining spring from conventional spring steel, while the connection areas are additionally hardened
Wenn die Haltefeder vom Magneten radial nach Außen mit dem Rotor verbunden ist, so kann dadurch die Wärme des Magneten von der Drehachse weg in Richtung der schneller drehenden Bereiche des Rotors geleitet werden. Da diese größere Umfangsgeschwindigkeiten aufweisen, ist so eine effektivere Kühlung möglich. If the retaining spring is connected radially outward from the magnet to the rotor, the heat of the magnet can be conducted away from the axis of rotation in the direction of the faster rotating regions of the rotor. Since these have higher peripheral speeds, more effective cooling is possible.
Es kann vorgesehen sein, dass mehrere Haltefedern ausgeführt sind und zumin- dest ein Teil der Haltefedern als Teil zumindest einer ringförmigen Klemmvorrich- tung ausgeführt sind. Dies vereinfacht den Zusammenbau, da so die Magnete zu- erst in Position als Magnetpaket angeordnet werden können und danach die Klemmvorrichtung aufgesetzt werden kann. So kann mit einem Schritt eine Viel- zahl von Magneten festgelegt werden. Weiters wird so die relative Position der Haltefedern zueinander fixiert. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Klemmvorrichtung zwei Klemmplatten auf- weist, wobei zumindest zwei in Umfangrichtung benachbarte Haltefedern an un- terschiedlichen Klemmplatten angeordnet sind. Dadurch können die benachbarten Haltefedern eng aneinander angeordnet werden. Die Abstände zwischen Haltefe- dern, welche auf der gleichen Klemmplatte angeordnet sind, können trotzdem grö- ßer gewählt werden, da dazwischen eine Haltefeder der anderen Klemmplatte anordenbar ist. Dies vereinfacht die Herstellung und das Auftreten von Kerbwir- kungen kann verhindert werden. Diese Wirkung kann auch mit mehreren Klemm- platten erreicht werden, wobei entlang der Umfangrichtung zumindest eine erste Haltefeder einer ersten Klemmplatte zugeordnet ist, eine der ersten Haltefeder benachbarte zweite Haltefeder einer zweiten Klemmplatte zugeordnet ist, eine der zweiten Haltefeder benachbarte dritte Haltefeder einer dritten Klemmplatte zuge- ordnet ist, usw. It can be provided that several retaining springs are designed and at least some of the retaining springs are designed as part of at least one ring-shaped clamping device. This simplifies assembly, since the magnets can first be arranged in position as a magnet package and then the clamping device can be attached. In this way, a large number of magnets can be defined in one step. Furthermore, the relative position of the retaining springs to each other is fixed. It is particularly advantageous if the clamping device has two clamping plates, at least two holding springs which are adjacent in the circumferential direction being arranged on different clamping plates. As a result, the adjacent retaining springs can be arranged close to one another. The distances between retaining springs, which are arranged on the same clamping plate, can nevertheless be chosen larger, since a retaining spring of the other clamping plate can be arranged in between. This simplifies the manufacture and the occurrence of notch effects can be prevented. This effect can also be achieved with a plurality of clamping plates, with at least one first holding spring being assigned to a first clamping plate along the circumferential direction, one second holding spring adjacent to the first holding spring being assigned to a second clamping plate and one third holding spring adjacent to the second holding spring being connected to a third clamping plate - is organized, etc.
Besonders vorteilhaft ist auch, wenn die Magnete voneinander beabstandet ange- ordnet sind. Dadurch können magnetische Streuflüsse verhindert werden. It is also particularly advantageous if the magnets are arranged at a distance from one another. This can prevent stray magnetic flux.
Wenn vorgesehen ist, dass zumindest eine Axialseitenfläche des Magnetes zu einer Normalebene der Drehachse geneigt steht, kann der Magnet so besser gegen ra- diale Kräfte stabilisiert werden. Vorzugsweise ist die Axialseitenfläche so positio- niert, dass die auf sie durch die Haltefeder wirkenden Kräfte schräg nach radial außen wirken. Dadurch kann eine radiale Vorspannung erreicht werden, welche die Magnete gegen Kräfte in radialer Richtung und Umfangsrichtung stabilisiert und besser befestigt. Die Axialseitenfläche kann auch Ausbuchtungen oder Einker- bungen aufweisen, die formschlüssig mit der angreifenden Haltefeder oder einem anderen angreifenden Teil des Rotors formschlüssig zusammenpassen, um die Verbindung zu verstärken. If it is provided that at least one axial side surface of the magnet is inclined to a normal plane of the axis of rotation, the magnet can thus be better stabilized against radial forces. The axial side surface is preferably positioned such that the forces acting on it through the retaining spring act obliquely radially outward. This allows a radial preload to be achieved, which stabilizes the magnets against forces in the radial and circumferential directions and fixes them better. The axial side surface can also have indentations or indentations which form fit with the engaging retaining spring or another engaging part of the rotor in a form-fitting manner in order to reinforce the connection.
Vorteilhaft ist auch, wenn eine dem Rotorjoch zugewandte Seitenlänge des Ma- gneten länger ist als eine dem Stator zugewandte Seitenlänge des Magnetes. Be- sonders vorteilhaft ist dabei, wenn eine radial äußere Seitenlänge des Magnetes länger ist als eine radial innere Seitenlänge des Magnetes. Damit ist mit äußerer Seitenlänge die Länge der radialen Seitenfläche gemeint, die von der Drehachse weiter entfernt ist, während mit innerer Seitenlänge die Länge der radialen Sei- tenfläche des Magnets gemeint ist, die zur Drehachse näher angeordnet ist. Ist das Rotorjoch also radial außerhalb des Magnetpakets angeordnet, so ist die dem Rotorjoch zugewandte Seitenlänge die radial äußere Seitenlänge und die dem Sta- tor zugewandte Seitenlänge die radial innere Seitenlänge. Dadurch wirkt automa- tisch die vom Rotor über die Axialseitenflächen eingeleitete Kraft schräg nach außen, also von der Drehachse weg. Vorzugsweise sind dazu beide Axialseitenflä- chen zur Drehachse hingeneigt, besonders vorzugsweise im gleichen Winkel. Wenn vorgesehen ist, dass zumindest eine Axialseitenfläche ein Verbindungsprofil aufweist, das formschlüssig mit einem Halteprofil der Haltefeder verbindbar ist, so wird damit die Verbindung weiter stabilisiert. Die formschlüssige Verbindung kann dabei so ausgebildet sein, dass der Magnet in eingespannter Stellung nicht oder nur sehr wenig in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung bewegbar ist. Dadurch kann auch die genaue Position des Magneten besser eingestellt werden. Insbesondere bei voneinander in Umfangrichtung beabstandeten Magneten ist dies sinnvoll, da der Spalt zwischen den Magneten in der Regel sehr klein ist und eine möglichst genaue Positionierung wünschenswert ist. It is also advantageous if a side length of the magnet facing the rotor yoke is longer than a side length of the magnet facing the stator. It is particularly advantageous if a radially outer side length of the magnet is longer than a radially inner side length of the magnet. The outer side length means the length of the radial side surface that is further away from the axis of rotation, while the inner side length means the length of the radial side surface of the magnet that is closer to the axis of rotation. If the rotor yoke is thus arranged radially outside the magnet package, the side length facing the rotor yoke is the radially outer side length and the side length facing the stator is the radially inner side length. As a result, the force introduced by the rotor via the axial side surfaces automatically acts obliquely outwards, ie away from the axis of rotation. For this purpose, both axial side surfaces are preferably inclined toward the axis of rotation, particularly preferably at the same angle. If it is provided that at least one axial side surface has a connecting profile that can be positively connected to a holding profile of the holding spring, the connection is thus further stabilized. The interlocking connection can be designed such that the magnet cannot be moved, or only very little, in the radial direction and / or in the circumferential direction in the clamped position. This allows the exact position of the magnet to be set better. This is particularly useful in the case of magnets spaced apart from one another in the circumferential direction, since the gap between the magnets is generally very small and the most accurate positioning possible is desirable.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die zumindest eine Axialseitenfläche ein im We- sentlichen konvexes Verbindungsprofil aufweist und die Haltefeder ein darauf formschlüssig passendes, im Wesentlichen konkaves Halteprofil aufweist. Dabei weist vorzugsweise der Verbindungsbereich der Haltefeder das Halteprofil auf. Da- mit kann eine formschlüssige, stabile Verbindung erreicht werden. Dabei ist mit Verbindungsprofil ein zumindest abschnittsweise in radialer Richtung gleichblei- bendes Profil der Axialseitenfläche gemeint. So kann auch die Drehmomentüber- tragung verbessert werden. It is particularly advantageous if the at least one axial side surface has an essentially convex connecting profile and the retaining spring has an essentially concave retaining profile that fits thereon in a form-fitting manner. The connection area of the retaining spring preferably has the retaining profile. This enables a form-fitting, stable connection to be achieved. The connection profile means a profile of the axial side surface that remains constant at least in sections in the radial direction. The torque transmission can also be improved in this way.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Längsachse des Magnets in einer Tangentialebene eines Umfangs des Rotors liegt und in Bezug zur Drehachse schräg angeordnet ist. Dadurch liegt der Magnet nicht mehr parallel zur Drehachse, sondern weist eine Schräglage auf, während sie nicht in deren Richtung geneigt sind. Damit können hohe harmonische Schwingungen vermindert oder verhindert werden, insbesondere wenn die Magnete in Umfangsrichtung voneinan- der beabstandet sind. In a preferred embodiment it is provided that a longitudinal axis of the magnet lies in a tangential plane of a circumference of the rotor and is arranged obliquely with respect to the axis of rotation. As a result, the magnet is no longer parallel to the axis of rotation, but has an inclined position while they are not inclined in its direction. In this way, high harmonic vibrations can be reduced or prevented, especially if the magnets are spaced apart in the circumferential direction.
Wenn vorgesehen ist, dass das Rotorjoch zumindest zwei axial aneinandergereihte Jochplatten aufweist, können so negative Effekte von Wirbelströmen wie zum Bei- spiel Verluste oder verzögerter Magnetisierung vermindert werden. If it is provided that the rotor yoke has at least two axially aligned yoke plates, negative effects of eddy currents, such as losses or delayed magnetization, can be reduced.
Auch vorteilhaft ist, wenn zumindest zwei benachbarte Jochplatten an der radial äußeren Seite Jochrippen aufweisen, wobei die Jochrippen einer Jochplatte in Be- zug zu den Jochrippen der benachbarten Jochplatte in Umfangrichtung versetzt sind. Dadurch kann die Wärme besonders gut abgeleitet werden. Dabei wird mit der Versetzung in Umfangsrichtung erreicht, dass die Jochrippen in Axialrichtung frei stehen und so besonders viel Oberfläche zur Wärmeableitung bereitstellen. It is also advantageous if at least two adjacent yoke plates have yoke ribs on the radially outer side, the yoke ribs of one yoke plate being offset in the circumferential direction with respect to the yoke ribs of the adjacent yoke plate. This allows the heat to be dissipated particularly well. The offset in the circumferential direction ensures that the yoke ribs are free in the axial direction and thus provide a particularly large surface area for heat dissipation.
Um Wirbelströme weiter zu verhindern kann vorgesehen sein, dass das Rotorjoch zumindest teilweise eine elektrisch nichtleitende Mantelschicht aufweist. Ist das Rotorjoch mehrteilig aufgebaut, wie beispielsweise mit mehreren Jochplatten, so kann sich die Mantelschicht über die Oberflächen jeder Jochplatte erstrecken. Die damit erreichte elektrische Isolierung der Jochplatten voneinander bedingt ein ver- mindertes Auftreten von Wirbelströmen. Alternativ kann die Mantelschicht auch nur in jenen Bereichen ausgebildet sein, welche mit den Magneten in Berührung kommen. In order to further prevent eddy currents, it can be provided that the rotor yoke at least partially has an electrically non-conductive jacket layer. If the rotor yoke is constructed in several parts, for example with several yoke plates, the cladding layer can extend over the surfaces of each yoke plate. The electrical insulation of the yoke plates from one another thus achieved a reduced occurrence of eddy currents. Alternatively, the cladding layer can also be formed only in those areas which come into contact with the magnets.
Um eine gute Magnetisierung in radialer Richtung zu ermöglichen kann vorgesehen sein, dass der Magnet anisotrop ist und die Vorzugsrichtung im Wesentlichen radial zur Drehachse ausgerichtet ist. In order to enable good magnetization in the radial direction it can be provided that the magnet is anisotropic and the preferred direction is oriented essentially radially to the axis of rotation.
In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand einer in den Figuren darge- stellten nicht einschränkenden Ausführungsvariante näher erläutert. Es zeigen : The present invention is explained in more detail below on the basis of a non-restrictive embodiment variant shown in the figures. Show it :
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Syn- chronmaschine in einem Schnitt entlang einer Drehachse A; 1 shows an embodiment of an electrical synchronous machine according to the invention in a section along an axis of rotation A;
Fig. la ein Detail aus Fig. 1 ohne Stator 2; Fig. La shows a detail of Figure 1 without stator 2.
Fig. 2 einen Schnitt der gleichen Ausführungsform normal zur Drehachse A; Fig. 2a ein Detail aus Fig. 2; 2 shows a section of the same embodiment normal to the axis of rotation A; 2a shows a detail from FIG. 2;
Fig. 3 eine perspektivische Seitenansicht der Ausführungsform; 3 is a side perspective view of the embodiment;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Magnets 7; 4 is a perspective view of a magnet 7;
Fig. 5 ein Detail des Rotors 1 in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 5 shows a detail of the rotor 1 in a perspective view.
In Fig. 1. wird eine erfindungsgemäße Hysteresemaschine gezeigt, welche einen in einem Rotor 1 angeordneten Stator 2 aufweist und damit als Außenläufer auf- gebaut ist. Außerhalb des Stators 2 weist der Rotor 1 ein Magnetpaket 5 aus in Umfangrichtung aufgereihten Magneten 7 sowie ein Rotorjoch 16 auf. 1 shows a hysteresis machine according to the invention which has a stator 2 arranged in a rotor 1 and is therefore constructed as an external rotor. Outside the stator 2, the rotor 1 has a magnet package 5 made up of magnets 7 lined up in the circumferential direction and a rotor yoke 16.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass das Rotorjoch 16 mehrere axial angeordnete, ge- stapelte Jochplatten 30 aufweist, welche im Wesentlichen ringförmig ausgeführt sind. Sie sind über axiale Schweißverbindungen 41 an der radial äußeren Seite miteinander verbunden. Diese Schweißverbindungen 41 halten die Jochplatten 30 zusammen. So wird der Stromfluss zwischen den Platten nur an der radial äußeren Seite möglich. It can be seen from FIG. 2 that the rotor yoke 16 has a plurality of axially arranged, stacked yoke plates 30, which are of essentially annular design. They are connected to one another via axial welded connections 41 on the radially outer side. These welded joints 41 hold the yoke plates 30 together. The current flow between the plates is only possible on the radially outer side.
Fig. 3 zeigt, dass die Jochplatten 30 Jochrippen 17 aufweisen, wobei diese in re- gelmäßigen Abständen entlang des Umfangs radial nach außen stehend angeord- net und gleichmäßig verteilt sind. Dabei sind die Jochplatten 30 gegeneinander in Umfangrichtung derart verdreht, dass die Jochrippen 17 von benachbarten Joch- platten 30 gegeneinander versetzt sind und sich nicht berühren, sondern frei ste- hen. 3 shows that the yoke plates 30 have yoke ribs 17, these being arranged at regular intervals along the circumference, standing radially outwards, and being evenly distributed. The yoke plates 30 are against each other in Twisted circumferential direction in such a way that the yoke ribs 17 of adjacent yoke plates 30 are offset from one another and do not touch, but are free-standing.
Eine Verbindungsplatte 18 verbindet die außerhalb des - Spulen 3 aufweisenden - Stators 2 liegenden Teile des Rotors 1 mit einer in einer Drehachse A liegenden Welle 19. Dazu ist das Rotorjoch 16 mit der Verbindungsplatte 18 über Verschrau- bungen 21 verbunden. Das Magnetpaket 5 wird auf der einen Seite axial durch eine Haltefläche 31 des Rotorjochs 16 gehalten. Auf der gegenüberliegenden Seite wird jeder Magnet 7 des Magnetpakets 5 durch je eine Haltefeder 20 einer Klemm- vorrichtung 32 axial eingespannt und gegen die Haltefläche 31 des Rotorjochs 16 gedrückt. Die Klemmvorrichtung 32 weist zwei Klemmplatten 33, 34 auf, wobei entlang des Umfangs jede erste Haltefeder 20 auf einer ersten Klemmplatte 33 und jede zweite Haltefeder 20 auf der zweiten Klemmplatte 34 angeordnet ist. A connecting plate 18 connects the parts of the rotor 1 lying outside the stator 2, which has coils 3, to a shaft 19 lying in an axis of rotation A. For this purpose, the rotor yoke 16 is connected to the connecting plate 18 via screw connections 21. The magnet package 5 is held axially on one side by a holding surface 31 of the rotor yoke 16. On the opposite side, each magnet 7 of the magnet package 5 is axially clamped by a holding spring 20 of a clamping device 32 and pressed against the holding surface 31 of the rotor yoke 16. The clamping device 32 has two clamping plates 33, 34, each first retaining spring 20 being arranged along the circumference on a first clamping plate 33 and every second retaining spring 20 on the second clamping plate 34.
In Fig. la wird ein vergrößertes Detail aus Fig. 1 des Rotors 1 ohne Stator 2 dar- gestellt. Die Klemmplatten 33, 34 werden zusammen mit den Verschraubungen 21, die auch die Verbindung zwischen Rotorjoch 16 und Verbindungsplatte 18 her- stellt, festgelegt. Dabei sind sie axial hintereinander gereiht, wobei die Haltefedern 20 ineinandergreifen. Die Haltefedern 20, die auf der ersten Klemmplatte 33 an- geordnet sind, sind etwas stärker gebogen als jene der zweiten Klemmplatte 34, da sie von den Magneten 7 weiter entfernt sind. Dadurch wird ein guter Wärme- Übergang von den Klemmplatten 33, 34 zu dem Rotorjoch 16 ermöglicht. FIG. 1 a shows an enlarged detail from FIG. 1 of the rotor 1 without the stator 2. The clamping plates 33, 34 are fixed together with the screw connections 21, which also establishes the connection between the rotor yoke 16 and the connecting plate 18. They are lined up axially one behind the other, with the retaining springs 20 intermeshing. The retaining springs 20, which are arranged on the first clamping plate 33, are bent somewhat more strongly than those of the second clamping plate 34, since they are further away from the magnets 7. This enables good heat transfer from the clamping plates 33, 34 to the rotor yoke 16.
Jede Haltefeder 20 weist einen Verbindungsbereich 35 auf, der an einer Axialsei- tenfläche 36 des Magneten 7, den sie festlegt, angeordnet ist. Dieser Verbindungs- bereich 35 weist ein Halteprofil 37 auf, das eine im Wesentlichen konkave Form aufweist. In dieses passt formschlüssig ein konvexes Verbindungsprofil 38 der Axi- alseitenfläche 36, wodurch der Magnet 7 beim Zusammenbau automatisch zen- triert wird und in einer definierten Stellung festgelegt wird. Each retaining spring 20 has a connecting region 35 which is arranged on an axial side surface 36 of the magnet 7, which it fixes. This connection area 35 has a holding profile 37 which has an essentially concave shape. A convex connecting profile 38 of the axial side surface 36 fits into this in a form-fitting manner, as a result of which the magnet 7 is automatically centered during assembly and is fixed in a defined position.
Beabstandet vom Verbindungsbereich 35 weist jede Haltefeder 20 radial außerhalb des Verbindungsbereichs 35 einen Hauptbiegebereich 39 auf, welcher in Form einer Biegung in der Haltefeder 20 ausgeführt ist. Direkt radial außerhalb des Hauptbiegebereichs 39 ist die Haltefeder 20 mit einer der Klemmplatten 33, 34 verbunden. Spaced from the connecting area 35, each holding spring 20 has a main bending area 39 radially outside the connecting area 35, which is designed in the form of a bend in the holding spring 20. Directly radially outside the main bending area 39, the holding spring 20 is connected to one of the clamping plates 33, 34.
In Fig. 2a sind schematisch Feldlinien 43 eingezeichnet, die exemplarisch den Ver- lauf von Magnetfeldern während des Betriebs anzeigen. Die Magnete 7 sind aniso- tropisch, wobei die Vorzugsrichtung 42 der Magnetisierung radial zur Drehachse A liegt. Dabei sind die Magnete 7 auch radial magnetisiert, wobei die Richtungen von Pfeilen 44 die Magnetisierungsrichtung von Nord nach Süd anzeigen und die Länge der Pfeile 44 die Feldstärke anzeigt. Dadurch ist ersichtlich, dass die Magnete 7 entlang des Umfangs sinusartig abnehmend und - in umgekehrter Polung- wieder zunehmend stark ausgeführt sind. Jeder zwölfte Magnet 7 weist in dieser Ausfüh- rungsform die größte Feldstärke auf, wobei jeder dieser Magnete 7 eine entgegen- gesetzte Polung zu seinem am nähesten angeordneten Magneten 7 mit stärkster Polung aufweist. Es sind also Magnetgruppen 45 entlang des Umfangs aufgereiht, wobei alle elf Magnete 7 einer Magnetgruppe 45 entweder radial nach innen oder radial nach außen magnetisiert sind und die benachbarten Magnetgruppen 45 in die jeweils andere Richtung magnetisiert sind. Dabei sind die Magnete 7 am Rand einer Magnetgruppe 45 am schwächsten magnetisiert, wobei diese in der Mitte am stärksten magnetisiert sind. Zwischen den Magnetgruppen 45 sind jeweils ein nicht magnetisierter Magnet 7 angeordnet. Dies führt dazu, dass bei entsprechender Versorgung einer Spule 3 des Stators 2 ein Magnetfeld durch diese, durch zwei benachbarte Magnetgruppen 45 - die direkt radial außerhalb der Spule 3 angeord- net sind - und durch den über den Magnetgruppen 45 angeordneten Teil des Ro- torjochs verläuft. 2a, field lines 43 are shown schematically, which exemplarily show the course of magnetic fields during operation. The magnets 7 are anisotropic, the preferred direction 42 of the magnetization being radial to the axis of rotation A. The magnets 7 are also radially magnetized, the directions of arrows 44 indicating the magnetization direction from north to south and the length arrows 44 indicate the field strength. This shows that the magnets 7 decrease sinusoidally along the circumference and - in reverse polarity - are again increasingly strong. In this embodiment, every twelfth magnet 7 has the greatest field strength, each of these magnets 7 having an opposite polarity to its closest magnet 7 with the strongest polarity. Magnet groups 45 are thus lined up along the circumference, with all eleven magnets 7 of a magnet group 45 being magnetized either radially inwards or radially outwards and the adjacent magnet groups 45 being magnetized in the other direction. The magnets 7 are magnetized the weakest at the edge of a magnet group 45, these being most magnetized in the middle. A non-magnetized magnet 7 is arranged between the magnet groups 45. As a result, when a coil 3 of the stator 2 is appropriately supplied, a magnetic field is generated by it, by two adjacent magnet groups 45 - which are arranged directly radially outside the coil 3 - and by the part of the rotor yoke arranged above the magnet groups 45 runs.
In Fig. 4 ist ein Magnet 7 der im Wesentlichen gleich ausgeführten Magnete 7 dar- gestellt. Jeder Magnet 7 weist zwei Axialseitenflächen 37 auf, welche nicht normal zur Drehachse A stehen, sondern in einem Winkel von 75° zu ihr stehen. Dabei sind sie einander zugeneigt und neigen sich in Richtung der Drehachse A. Damit ist eine radial äußere Seitenlänge, die die dem Rotorjoch 16 zugewandte Seiten- länge La darstellt, entlang einer Längsachse M des Magnets 7 länger ausgeführt als eine radial innere Seitenlänge, welche die dem Stator 2 zugewandte Seiten- länge Li darstellt. Die Haltefläche 31 und die Verbindungsbereiche 35 sind dem- entsprechend ebenso geneigt, wodurch diese damit von der Drehachse A abge- wandt sind. 4 shows a magnet 7 of the essentially identical magnets 7. Each magnet 7 has two axial side surfaces 37, which are not normal to the axis of rotation A, but are at an angle of 75 ° to it. They are inclined towards one another and incline in the direction of the axis of rotation A. Thus, a radially outer side length, which represents the side length La facing the rotor yoke 16, is longer along a longitudinal axis M of the magnet 7 than a radially inner side length, which is the represents the side length Li facing the stator 2. The holding surface 31 and the connecting regions 35 are accordingly likewise inclined, as a result of which they are thus turned away from the axis of rotation A.
In Fig. 5 wird ein Detail der Ausführungsform gezeigt, wobei nur der äußere Teil des Rotors 1 dargestellt ist und fünf Magnete 7 entfernt wurden. Die Haltefläche 31 weist ähnlich wie der Verbindungsbereich 35 konkave Formen auf und trägt damit zur Positionierung der Magnete 7 bei. Eine derartige Positionierung ermög- licht das Vorsehen von sehr kleinen Luftspalten in Umfangsrichtung zwischen den Magneten 7. Zwischen den Haltefedern 20 weisen die Klemmplatten 33, 34 Bögen 40 auf, die zur mechanischen Stabilisierung der Haltefedern 20 beitragen. Darüber hinaus ist schematisch eine alternative Einbaustellung 7a für die Magnete 7 an einer Stelle eingezeichnet. In dieser alternativen Einbaustellung 7a wären die Ma- gnete 7 zur Drehachse A geneigt, würden sich jedoch noch immer in einer Tan- gentialebene eines Umfangs der Drehachse A befinden. 5 shows a detail of the embodiment, only the outer part of the rotor 1 being shown and five magnets 7 having been removed. Similar to the connection area 35, the holding surface 31 has concave shapes and thus contributes to the positioning of the magnets 7. Such positioning enables the provision of very small air gaps in the circumferential direction between the magnets 7. Between the holding springs 20, the clamping plates 33, 34 have arches 40, which contribute to the mechanical stabilization of the holding springs 20. In addition, an alternative installation position 7a for the magnets 7 is shown schematically at one point. In this alternative installation position 7a, the magnets 7 would be inclined to the axis of rotation A, but would still be located in a tangential plane of a circumference of the axis of rotation A.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. Elektrische Synchronmaschine mit zumindest einem Rotor (1), wobei der Ro- tor (1) zumindest eine Welle (19) und zumindest ein Magnetpaket (5) auf- weist, wobei das Magnetpaket (5) entlang von dessen Umfang aufgereihte Magnete (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ma- gnet (7) an zumindest einer Axialseitenfläche (36) über eine Haltefeder (20) mit der Welle (19) verbunden ist. 1. Electrical synchronous machine with at least one rotor (1), wherein the rotor (1) has at least one shaft (19) and at least one magnet package (5), the magnet package (5) having magnets () lined up along its circumference ( 7), characterized in that at least one magnet (7) is connected to the shaft (19) on at least one axial side surface (36) via a retaining spring (20).
2. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (7) an seinen Axialseitenflächen (36) zwischen der Haltefe- der (20) und einer Haltefläche (31) des Rotors (1) eingespannt ist. 2. Electrical synchronous machine according to claim 1, characterized in that the magnet (7) is clamped on its axial side surfaces (36) between the holding spring (20) and a holding surface (31) of the rotor (1).
3. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefeder (20) thermisch mit zumindest einem Rotorjoch (16) verbunden ist. 3. Electrical synchronous machine according to claim 1 or 2, characterized in that the retaining spring (20) is thermally connected to at least one rotor yoke (16).
4. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefläche (31) an dem Rotorjoch (16) angeordnet ist. 4. Electrical synchronous machine according to claim 3, characterized in that the holding surface (31) is arranged on the rotor yoke (16).
5. Elektrische Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefeder (20) einen Verbindungsbereich (35) zur Verbindung mit dem Magneten (7) und einen Hauptbiegebereich (39) zur elastischen Verformung aufweist und dass der Hauptbiegebereich (39) vom Verbindungsbereich (35) beabstandet ist. 5. Electrical synchronous machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the holding spring (20) has a connecting area (35) for connection to the magnet (7) and a main bending area (39) for elastic deformation and that the main bending area (39 ) is spaced from the connection area (35).
6. Elektrische Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Haltefedern (20) ausgeführt sind und zu- mindest ein Teil der Haltefedern (20) als Teil zumindest einer ringförmigen Klemmvorrichtung (32) ausgeführt sind. 6. Electrical synchronous machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that a plurality of retaining springs (20) are designed and at least a part of the retaining springs (20) are designed as part of at least one annular clamping device (32).
7. Elektrische Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Axialseitenfläche (36) des Magnetes (7) zu einer Normalebene einer Drehachse (A) geneigt steht. 7. Electrical synchronous machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one axial side surface (36) of the magnet (7) is inclined to a normal plane of an axis of rotation (A).
8. Elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Rotorjoch (16) zugewandte Seitenlänge (La) des Magnetes (7) länger ist als eine dem Stator (2) zugewandte Seitenlänge (Li) des Magnetes (7). 8. Electrical synchronous machine according to claim 7, characterized in that a side length (La) of the magnet (7) facing the rotor yoke (16) is longer than a side length (Li) of the magnet (7) facing the stator (2).
9. Elektrische Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Axialseitenfläche (36) ein Verbin- dungsprofil (38) aufweist, das formschlüssig mit einem Halteprofil (37) der Haltefeder (20) verbindbar ist. 9. Electrical synchronous machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one axial side surface (36) has a connecting profile (38) which can be positively connected to a holding profile (37) of the holding spring (20).
10. Elektrische Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse (M) des Magnets (7) in einer Tan- gentialebene eines Umfangs des Rotors (2) liegt und in Bezug zur Drehachse (A) schräg angeordnet ist. 10. Electrical synchronous machine according to one of claims 1 to 9, characterized in that a longitudinal axis (M) of the magnet (7) lies in a tangential plane of a circumference of the rotor (2) and is arranged obliquely with respect to the axis of rotation (A) ,
2019 07 09 2019 07 09
MT MT
PCT/AT2019/060227 2018-07-09 2019-07-09 Electrical synchronous machine having holding spring for connecting the magnets of the rotor to the shaft WO2020010377A1 (en)

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