DE10126730A1

DE10126730A1 - Rotierende oder lineare elektrische Maschine mit Permanentmagneterregung insbesondere mit vorgefertigten Permanentmagneten

Info

Publication number: DE10126730A1
Application number: DE2001126730
Authority: DE
Inventors: Joachim Sabinski; Hans Kus; Ilja Boguslawsky
Original assignee: VEM Sachsenwerk GmbH
Current assignee: VEM Sachsenwerk GmbH
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2003-01-02
Also published as: WO2002097949A1; DE10292379D2

Abstract

Die Erfindung betrifft sowohl rotierende als auch lineare elektrische Maschinen mit Permanentmagneterregung insbesondere mit vorgefertigten Permanentmagneten und deren Anordnung in Nuten bzw. Wölbungen eines Blechpaketes insbesondere eines Läuferblechpaketes. DOLLAR A Aufgabe ist es, die Verluste in rotierenden oder linearen elektrischen Maschinen mit Permanentmagneterregung zu minimieren und damit einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen. Dabei ist gleichzeitig eine neue Technologie zu schaffen, welche es ermöglicht, solcherart hochausgenutzte elektrische Maschinen und insbesondere die erforderlichen Magnetkörper hierfür ökonomisch sinnvoll herstellen zu können. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist bei rotierenden oder linearen elektrischen Maschinen mit Permanentmagneterregung die Oberfläche der Permanentmagnete und/oder die Oberfläche des Blechpaketes bzw. des massiven Eisenkreises auf der dem Luftspalt zugeordneten Seite hin strukturiert ausgebildet. Dabei sind die vorgefertigten Permanentmagnete in Nuten bzw. in Wölbungen eines Blechpaketes bzw. eines massiven Eisenkreises gegenüber der Oberfläche des Blechpaketes bzw. des massiven Eisenkreises zurückgesetzt angeordnet. DOLLAR A Die erfindungsgemäßen Strukturierungen der Permanentmagnete werden direkt in einem Preßwerkzeug beim Pressen der Permanentmagnete erzeugt. Dabei ist die Oberfläche im Inneren des Preßwerkzeuges mit einem Negativ der gewünschten Strukturierung versehen. Das heißt, bereits bei der Herstellung der Permanentmagnete wird die ...

Description

Die Erfindung betrifft sowohl rotierende als auch lineare elektrische Maschinen mit Permanentmagneterregung insbesondere mit vorgefertigten Permanentmagneten und deren Anordnung in Nuten bzw. Wölbungen eines Blechpaketes insbesondere eines Läuferblechpaketes.
Es ist bekannt Permanentmagnete zu schlitzen. Dabei werden die nach verschiedenen Verfahren hergestellten Permanentmagnete mechanisch bearbeitet und Schlitze eingefräst. In der Regel wird das Ausgangsmaterial gepreßt dann gesintert, anschließend mittels Diamant- oder Hartmetallspezialwerkzeugen geschlitzt und danach fertig aufmagnetisiert. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es sehr arbeitszeit und kostenintensiv ist, und solcherart Permanentmagnete damit insgesamt sehr teuer sind.
Weiterhin ist es bekannt lange Permanentmagnete aus einer Vielzahl von einzelnen Permanentmagnetblättchen oder Permanentmagnetstücken unterschiedlicher Abmessungen zusammenzusetzen. Diese zusammengesetzten geteilten Permanentmagnete sind sehr aufwendig in der Herstellung und kostenintensiv.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Verluste in rotierenden oder linearen elektrischen Maschinen mit Permanentmagneterregung insbesondere bei Ausführungen mit vorgefertigten Permanentmagneten zu minimieren und damit einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen und deren Anordnung in Nuten bzw. Wölbungen eines Blechpaketes insbesondere eines Läuferblechpaketes zu ermöglichen, sowie gleichzeitig eine Technologie zu schaffen, welche es ermöglicht solcherart hochausgenutzte elektrische Maschinen und insbesondere die erforderlichen Magnetkörper hierfür, ökonomisch sinnvoll herstellen zu können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der ersten beiden Patentansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß ist bei rotierenden oder linearen elektrischen Maschinen mit Permanentmagneterregung die Oberfläche der Permanentmagnete und/oder die Oberfläche des Blechpaketes bzw. des massiven Eisenkreises auf der dem Luftspalt zugeordneten Seite hin strukturiert ausgebildet. Dabei sind die vorgefertigten Permanentmagnete in Nuten (Tiefe der Nut ist größer als Breite der Nut) bzw. in Wölbungen (Breite der Wölbung ist größer als Tiefe der Wölbung) eines Blechpaketes bzw. eines massiven Eisenkreises gegenüber der Oberfläche des Blechpaketes bzw. des massiven Eisenkreises zurückgesetzt angeordnet. Dabei handelt es sich bei dem Blechpaket insbesondere um ein Läuferblechpaket und beidem massiven Eisenkreis um einen massiv aus Eisen bestehenden Läuferkörper.
Durch die erfindungsgemäße Strukturierung wird die Oberfläche sowohl der Permanentmagnete als auch bei Bedarf die Oberfläche des Blechpaketes bzw. massiven Eisenkreises beträchtlich vergrößert. Das Luftspaltfeld solcherart elektrischer Maschinen beinhaltet konstruktionsbedingt sowie belastungsabhängig neben der für die Energiewandlung erforderlichen Grundwelle des magnetischen Luftspaltfeldes eine Reihe zusätzlicher unerwünschter feldharmonischer Oberwellen. Diese feldharmonischen Oberwellen rufen in Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Magnetmaterials Wirbelströme im Magnetmaterial hervor. Diese Wirbelströme haben infolge der meist hohen Frequenz nur eine geringen Eindringtiefe. Sie können aber erhebliche Verluste an der Magnetoberfläche hervorrufen. Durch die erfindungsgemäße Oberflächenvergrößerung wird die Bahn für die an der Oberfläche verlaufenden Wirbelströme gegenüber den bisher bekannten Ausführungen solcherart elektrischer Maschinen verlängert. Die Verlängerung der Wirbelstrombahn erhöht den wirksamen elektrischen Widerstand und führt dadurch zur Verkleinerung der Wirbelströme und damit zur Verringerung der Oberflächenverluste.
Durch die erfindungsgemäße Strukturierung der Oberflächen von Permanentmagnet und/oder Blechpaket bzw. massiven Eisenkreis zum Luftspalt hin, und die dadurch bedingte Oberflächenvergrößerung wird des weiteren eine verbesserte Kühlung der gesamten elektrischen Maschine erreicht, da die Wärmeabgabe durch die vergrößerte Oberfläche pro Zeiteinheit an das Kühlmedium deutlich verbessert wird.
Die Strukturierungen der Permanentmagnete lassen sich direkt in Preßwerkzeug beim Pressen der Permanentmagnete erzeugen. Dabei ist die Oberfläche im Inneren des Preßwerkzeuges mit einem Negativ der gewünschten Strukturierung versehen. Das heißt, bereits bei der Herstellung der Permanentmagneten wird die einbaufertige Strukturierung der Oberfläche erreicht.
Der Vorteil dieses Herstellungsverfahrens liegt nicht nur in der Einsparung der arbeitszeitintensiven Schlitztechnologie, sondern auch in der Einsparung des Rohstoffeinsatzes der Ausgangsmaterialien für die Permanentmagnete. Diese Ausgangsmaterialien sind bekannterweise sehr teuer.
Da die Wirbelströme sich aber auch entlang der Oberfläche, bedingt durch fertigungstechnische Einflüsse, des Blechpaketes bzw. des massiven Eisenkreises ausbilden, ist es sinnvoll auch diese Oberfläche mittels eines geeigneten Werkzeuges zu vergrößern. Als Verfahren sind Stanzen, Ausfräßen, Ausschleifen oder Elektroerodieren anwendbar. Auf dieser so vergrößerten Oberfläche erhöht sich damit gleichzeitig Wärmeübergang vom Blechpaket bzw. massiven Eisenkreis auf das Kühlmedium, wobei die Temperatur im gesamten Läufer gegenüber bisherigen Ausführungen im Läufer dauerhaft abgesenkt wird.
Vorteilhafterweise sind in der Oberfläche der Permanentmagnete und/oder der Oberfläche des Blechpaketes bzw. des massiven Eisenkreises quer zur axialen Anordnung in Nuten bzw. Wölbungen (in Richtung der Polarität der Permanentmagnete), in radialer Richtung des Blechpakets der elektrischen Maschine ein oder mehrere Rillen angeordnet sind.
Insbesondere sind die Oberflächen der Permanentmagnete und/oder die Oberflächen des Blechpaketes bzw. des massiven Eisenkreises nockenartig oder einbuchtungsartig strukturiert ausgebildet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Wellenform liegt vor, wenn man den Querschnitt durch de Permanentmagnetes und/oder die Oberflächen des Blechpaketes bzw. des massiven Eisenkreises betrachtet, wenn die Oberfläche die dem Luftspalt zugewandt ist, in der Art einer Sinusschwingung oder Rechteckschwingung mit abgerundeten Kanten oder trapezförmig mit abgerundeten Kanten ausgebildet ist.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles und der Fig. 1 und 2 näher erläutert werden.
Die Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Permanentmagneten 1 mit einer vorteilhafte trapezförmigen Ausführung der Strukturierung 2.
Fig. 2 zeigt den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Permanentmagneten 1 mit einer vorteilhafte sinusförmigen Ausführung der Strukturierung 3.
Dieser Permanentmagnet 1 ist in einer Nut eines Läuferblechpaketes einer rotierenden elektrischen Maschine angeordnet und mit einem speziellen durchbrochenen Nutkeil in der Nut befestigt. Der vorgefertigte Permanentmagnet 1 ist mit wellenförmigen Rillen in Richtung der Polarität des Permanentmagnetes 1, also quer in Richtung seiner axialen Anordnung in der Nut, versehen und ist in der Nut des Läuferblechpaketes gegenüber der Oberfläche des Läuferblechpaketes zurückgesetzt angeordnet. Durch diese Zurücksetzung wird sowohl die Wirkung der feldharmonischen Oberwellen (durch den größeren Abstand zum Luftspalt und die dämpfende Wirkung der vorstehenden Eisenteile) verringert als auch die Eindringtiefe der feldharmonischen Oberwellen weiter reduziert und die dadurch bedingten Verluste beträchtlich verringert.
Die Formgebung der erfindungsgemäßen Permanentmagnete 1, daß heißt die Strukturierung 2 oder 3 wird bereits während des Preßvorganges direkt im Preßwerkzeug erzeugt. Dabei ist im Inneren des Preßwerkzeuges die entsprechende Oberfläche als ein Negativ der gewünschten erfindungsgemäßen Strukturierung 2 oder 3 ausgebildet. Wird das Ausgangsmaterial in Pulverform in das spezielle Preßwerkzeug eingebracht und gepreßt, wird sofort die erfindungsgemäße Oberflächenausbildung in der entsprechend geforderten Dichte und Oberflächengüte erzeugt, das heißt, bereits bei der Herstellung der Permanentmagneten wird die einbaufertige Strukturierung 2 oder 3 der Oberfläche erreicht.
Um die Ausbildung der Wirbelströme im Läuferblechpaket entlang der Oberfläche, bedingt durch fertigungstechnische Einflüsse bei der Herstellung des Blechpaketes zu vermeiden ist es sinnvoll auch diese Oberfläche mittels eines geeigneten Werkzeuges analog oder auch mit einer geringeren Anzahl von Strukturierungen wie der Permanentmagnet 1, also quer zu den Axial verlaufenden Nuten des Läuferblechpaketes zu versehen.
Die Strukturierung des Läuferblechpaketes ist nicht gezeichnet, da sie analog der Strukturierung 2 oder 3 des Permanentmagneten 1 ausgebildet sind. Als Verfahren sind Stanzen, Ausfräßen, Ausschleifen oder Elektroerodieren anwendbar.
Auf dieser so vergrößerten Oberfläche erhöht sich damit gleichzeitig der Wärmeübergang an das Kühlmedium und die Temperatur im gesamten Läufer gegenüber bisherigen Ausführungen wird dauerhaft abgesenkt.
Die erfindungsgemäße Strukturierung ist auch bei linearen elektrischen Maschinen mit Permanentmagneterregung einsetzbar.

Claims

1. Rotierende oder lineare elektrische Maschine mit Permanentmagneterregung insbesondere mit vorgefertigten Permanentmagneten und deren Anordnung in Nuten bzw. Wölbungen eines Blechpaketes insbesondere eines Läuferblechpaketes, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Luftspalt zugeordneten Seite, die Oberfläche der Permanentmagneten und/oder die Oberfläche des Blechpaketes bzw. des massiven Eisenkreises strukturiert ausgebildet ist.

2. Verfahren zur Herstellung einer rotierenden oder linearen elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung in der Oberfläche von aus Pulver gepreßten Permanentmagneten bereits während des Preßvorganges von Pulver zum Permanentmagneten über eine strukturierte Oberfläche im Inneren des Preßwerkzeuges hergestellt wird und die Strukturierung der Oberfläche des Blechpaketes bzw. des massiven Eisenkreises vor der Montage der Permanentmagnete mittels Stanzen, Ausfräßen, Ausschleifen oder Elektroerodieren hergestellt wird und anschließend die Montage und Festsetzung der Permanentmagnete erfolgt.

3. Rotierende oder lineare elektrische Maschine mit Permanentmagneterregung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in die Oberfläche der Permanentmagnete und/oder die Oberfläche des Blechpaketes bzw. eines massiven Eisenkreises quer zur axialen Anordnung der Permanentmagnete, wobei die Permanentmagnete in Nuten bzw. Wölbungen angeordnet sind, in radialer Richtung des Blechpakets der elektrischen Maschine ein oder mehrere Rillen angeordnet sind.

4. Rotierende oder lineare elektrische Maschine mit Permanentmagneterregung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Permanentmagnete und/oder die Oberfläche des Blechpaketes bzw. des massiven Eisenkreises die dem Luftspalt zugewandt ist, nockenartig oder einbuchtungsartig strukturiert ausgebildet ist.

5. Rotierende oder lineare elektrische Maschine mit Permanentmagneterregung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Permanentmagnete und/oder die Oberfläche des Blechpaketes bzw. des massiven Eisenkreises die dem Luftspalt zugewandt ist, wellenartig, als Querschnitt betrachtet in der Art einer Sinusschwingung oder nahezu Rechteckschwingung mit abgerundeten Kanten oder trapezförmig mit abgerundeten Kanten ausgebildet ist.