DE102006007917A1

DE102006007917A1 - Permanentmagneterregte Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102006007917A1
Application number: DE200610007917
Authority: DE
Inventors: Andreas Baral
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2007-08-30

Abstract

Die elektrische Maschine, umfassend einen Stator und einen Rotor, wobei der Rotor mit Nutzmagneten, Sättigungsmagneten und gegebenenfalls mit einem Dämpferkäfig ausgebildet ist und die Nutzmagnete so magnetisiert sind, dass sich der magnetische Fluss verstärkend überlagert, wobei die Sättigungsmagnete so angebracht sind, dass sie den Streufluss des Nutzmagneten reduziert und somit die magnetische Flussdichte im Luftspalt wesentlich erhöht, was zu einer höher ausgenutzten und einer verbesserten mechanischen Festigkeit der elektrischen Maschine führt.

Description

Die Erfindung betrifft eine permanentmagneterregte elektrische Maschine, insbesondere einen Rotor für einen solche Maschine. Permanentmagneterregte elektrische Maschinen, sei es als Generator oder als Motor, sind hinreichend bekannt.
Die Erfindung befasst sich insbesondere mit Synchronmotoren, bei welchen der Rotor, vorgesehen mit Permanentmagneten, angeordnet als Flusskonzentrator sowie einen Käfig analog demjenigen eines gewöhnlichen Asynchronmotors enthält, derart, dass er durch Induktionswirkung anlaufen kann, bis er eine ausreichende Drehzahl erreicht hat, um sich dann unter Wirkung der Permanentmagnete synchronisiert.
Ein Nachteil der bekannten permanentmagneteregten elektrischen Maschinen mit Flusskonzentrator sind der hohe Streuflussanteil.
Ein weiterer Nachteil der bekannten permanentmagneterregten elektrischen Maschinen ist, dass Sie über keine hinreichende Dämpfung verfügen. Durch diesen Umstand muss die permanentmagenterregte elektrische Maschine in Verbindung mit einer Regeleinrichtung betrieben werden, da sie sonst bei entsprechenden Laststößen pendelt und instabil wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die im Gegensatz zu elektrischen Maschinen aus dem Stand der Technik zum einen über einen Flusskonzentrator mit minimalem Streufluss und zum anderen über eine passive Anlauf- und Dämpfereinrichtung verfügt.

Eine derartige Maschine (1) zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Rotor (20) zum einen mit Permanentmagneten (22) (Nutzmagnete) in Flusskonzentrationsanordnung und zum anderen mit zusätzlichen Magneten (24) (Sättigungsmagnete) zur Flussverdrängung durch den Effekt der Sättigung ausgestattet ist. Die Permanentmagnete im Rotor (20) sind so angeordnet, dass sich der magnetische Fluss der Nutzmagnete bevorzugt über den Ständer (10) schließt.

Hierbei ist im einzelnen vorgesehen, dass der Stator Blechpakete aufweist, die dem Rotor zugerichtet sind und die mit dem auf dem Rotor angeordneten Polsystem zusammenwirken.

Nach einem besonderen Merkmal der Maschine werden die Permanentmagnetn (22) in Rotornuten so eingebracht, dass zwei oder mehrere gegenüberliegende Nutzmagnete so magnetisiert werden, dass sich ihr magnetischer Fluss verstärkend überlagern und durch einen Rotorzahn, den so genannten Polschuh geführt wird. Der Fluss durchquert die Polschuhe und schließt sich über den Stator (10), in dem er zweimal den Luftspalt (16) durchquert.

Da am Rotor-Nutgrund sich die Permanetmagnete über das Dynamoblech kurzschließen würden, sind erfindungsgemäß unterhalb der beiden Nutzmagnete weitere Sättigungsmagnete (24) vorgesehen, die so magnetisiert sind, dass sie dem Streufeld der Nutzmagnete entgegen wirken und das magnetisch leitfähige Material gesättigt wird.

Durch die vorgesehene Anordnung der Magnete können zwischen den Magneten größere Stege vorgesehen werden, die auf Grund der zusätzlichen Magnete magnetisch gesättigt sind. Hieraus ergibt sich eine wesentlich größere mechanische Festigkeit des Rotors.

Eine weitere Ausführung (3) sieht erfindungsgemäß vor, dass die Nutzmagneten (22) räumlich mit den Sättigungsmagneten (24) überlappt werden und somit zu einem höheren magnetischen Spannungsabfall im Stegbereich (26) und somit zu einer verbesserten Streufeldverdrängung der Magneten (22) führt.

Eine weitere Ausführung (5) sieht erfindungsgemäß vor die Rotorzähne außerdem zur Aufnahme des Dämpferkäfigs zu verwenden. Der Dämpferkäfig besteht aus elektrisch leitenden Dämpferstäben und einem Dämpferring, wie er von fremderregten Synchronmaschinen oder Asynchronmaschinen bekannt ist.

Die elektrischen Maschine zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Rotor (20) zum einen mit Permanentmagneten und zum anderen mit einem Dämpfungskäfig (28) ausgestattet ist. Die Permanentmagnete und der Dämpferkäfig (28) sind so angeordnet, dass die Permanentmagnete nicht zu einem vergrößerten Luftspalt (16) für den Dämpferkäfig führen, so dass der Dämpferkäfig in seiner Wirkung nicht nachteilig beeinflusst wird.

Eine weitere Ausführungsform (6) sieht erfindungsgemäß vor Sättigungsmagnete (24) zu teilen so, dass sich ein magnetischer Fluss, wie durch die magnetische Feldlinie (30) dargestellt – verursacht durch die Ströme im Kurzschlusskäfig – ausbilden kann.

In einer weiteren Ausführung (7) sind die Sättigungsmagnete durch Spulen (32) ersetzt. Mit Hilfe der Sättigungsspulen (32) lässt sich die Sättigung im Stegbereich (26) zwischen Nutzmagnet und Sättigungsspule steuern. Durch diesen Steuerungseingriff kann der Nutzflussanteil über die Änderung des Steuerstroms durch die Sättigungsspule beeinflusst werden (Feldschwächung)

Eine weitere Ausführungsform (8) sieht erfindungsgemäß vor, die Sättigungsmagneten zwischen zwei Nutzmagnete zu setzen, wobei die beiden Nutzmagnete in dieselbe Richtung magnetisiert sind, zusammen einen Pol ausbilden und der Sättigungsmagnet dazwischen entgegen magnetisiert ist.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert:
1 zeigt die elektrische Maschine im Querschnitt:
Gemäß 1 besteht die elektrische Maschine aus insgesamt mit (10) bezeichneten Stator und einem insgesamt mit (20) bezeichneten Rotor. Im Stator (10) befinden sich die Statornuten (12) und die Wicklung (14). Im Rotor (20) befinden sich die Nutzmagnete (22), die so magnetisiert sind, dass sich der magnetische Fluss im Rotorzahn superpositioniert (Flusskonzentration) und der magnetische Fluss sich zweimal über den Luftspalt (16) wieder schließt. Die Sättigungsmagnete (24) sind so angeordnet und magnetisiert, dass sie dem magnetischen Streufluss der Nutzmagnete (22) entgegenwirken und zu einer hohen magnetischen Sättigung im Bereich (26) zwischen den Permanentmagneten (22) und (24) führen.
Durch die hohe magnetische Sättigung im Bereich (26) kann dieser breiter ausgeführt werden, was zu einer wesentlich höheren mechanischen Stabilität führt und einem Rotorblech aus einem Stück.
2 zeigt eine magnetische Feldberechnung zu 1:
3 zeigt die elektrische Maschine im Querschnitt mit trapezförmigen Permanentmagneten:
3 zeigt eine weitere Ausführung des Rotors (20) mit den Nutzmagneten (22), die erfindungsgemäß durch ihre räumliche Überlappung mit den Magneten (24) zu einem höheren magnetischen Spannungsabfall im Stegbereich (26) führt und somit zu einer verbesserten Streufeldverdrängung der Magnete (22) führt.
4 zeigt eine magnetische Feldberechnung zu 3:
5 zeigt die elektrische Maschine im Querschnitt mit einem integrierten Dämpferkäfig:
Eine Ausführungsform des Rotors zeigt 5. Der Rotor (20) weist einen geschlossenen Kurzschlusskäfig auf. In den Nuten (28) befinden sich die Stäbe des Kurzschlusskäfigs. An der Stirnseite des Rotors werden die Stäbe wie üblich mit einem Kurzschlussring verbunden. Der Kurzschlusskäfig dient zum Selbstanlauf als Anlaufkäfig und zur Dämpfung bei Lastschwankungen.
6 zeigt die elektrische Maschine mit geteilten Sättigungsmagneten:
Eine weitere Ausführungsform des Rotors zeigt 6. Der Rotor (20) weist geteilte Magnete (24) auf, so dass sich ein magnetischer Fluss, wie durch die magnetische Feldlinie (30) dargestellt – verursacht durch die Ströme im Kurzschlusskäfig – ausbilden kann.
7 zeigt die elektrische Maschine mit Sättigungsspulen:
Eine weitere Ausführungsform des Rotors zeigt 7. Der Rotor (20) weist anstelle der Magnete (24) Spulen (32) auf.
8 zeigt die elektrische Maschine mit Sättigungsmagneten zwischen den Nutzmagneten:
Eine weitere Ausführungsform des Rotors zeigt 8. Der Rotor (20) weist zwischen den in dieselbe Richtung magnetisierten Nutzmagneten (22) einen entgegengerichtet magnetisierten Sättigungsmagneten (24) auf.

Claims

Elektrische Maschine umfassend einen Stator und einen Rotor, wobei der Rotor aus einer Permanentrmagnetanordnung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüber liegenden Magnete (22) in Rotornuten so angeordnet sind, dass der gemeinsame magnetische Fluss sich superpositioniert und als Nutzfluss sich über den Stator schließt, um eine Reihe alternierender Pole auf dem Umfang des Rotors zu bilden, dass weitere Magnete (24) angeordnet sind die vorrangig zur magnetischen Sättigung des Steges (26) beitragen und einen magnetischen Kurzschluss der Magnete (22) behindern, das Rotorblechpaket aus einem Stück besteht.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (22) und die Magnete (24) so ausgebildet sind, dass im Sättigungsbereich (26) sich die Magnete (24) und die Magnete (22) sich überlappen und zu einem erhöhten magnetischen Spannungsabfall im Stegbereich (26) führen und somit das Streufeld der Magneten (22) reduzieren
Elektrische Maschine nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (22) durch elektrische Wicklungen (32) ersetzt werden und der Nutzfluss indirekt durch Steuerung oder Regelung des Spulenstromes die Sättigung des Steges (26) beeinflusst werden kann.
Elektrische Maschine nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den gleich magnetisierten Magneten (22) der entgegengesetzt magnetisierte Magnet (24) angeordnet ist, um den Steg (26) magnetisch zu sättigen.
Elektrische Maschine nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor einen Kurzschlusskäfig aufweist und dessen Kurzschlussstäbe im Polschuh des Rotors untergebracht sind.
Elektrische Maschine nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (24) geteilt sind und so angeordnet sind, dass der magnetische Fluss des Kurzschlusskäfigs sich im Rotor schließen kann, ohne sich über den Magnet schließen zu müssen.