DE10255027A1 - Magnetformung und Polkonzentrierung zum Reduzieren einer Drehmomentschwingung bei Permanentmagnetmotoren - Google Patents

Magnetformung und Polkonzentrierung zum Reduzieren einer Drehmomentschwingung bei Permanentmagnetmotoren

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DE10255027A1
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rotor yoke
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John R Suriano
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    • 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
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    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/2726—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of a single magnet or two or more axially juxtaposed single magnets
    • H02K1/2733—Annular magnets

Abstract

Ein Rotor für einen Permanentmagnetmotor mit einem Rotorjoch und einem Permanentmagnetring, welcher auf dem Rotorjoch montiert ist, wobei der Magnetring eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Polen aufweist. Eines der das Rotorjoch bzw. den Permanentmagnetring umfassenden Bauteile ist ein ringförmiges Element, welches vertiefte Abschnitte entlang einer peripheren Kante aufweist, die um einen Mittenpunkt zwischen jedem Pol herum angeordnet sind. Die vertieften Abschnitte sind so geformt, das der Motor eine sinusförmige Flussdichte erzeugt. Das jeweils andere der das Rotorjoch bzw. den Permanentmagnetring umfassenden Bauteile, ist ein kreisringförmiger Ring. Gemäß einem anderen Aspekt hat der Rotor ein Rotorjoch und einen auf dem Rotorjoch montierten Permanentmagnetring. Der Permanentmagnetring umfasst eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Polen. Eines der das Rotorjoch bzw. den Permanentmagnetring umfassenden Bauteile umfasst eine Vielzahl von Vertiefungen entlang einer äußeren peripheren Kante, die so geformt sind, dass der Motor eine sinusförmige Flussdichte beim Betrieb erzeugt. Jede aus der Vielzahl von Vertiefungen ist um einen Verbindungsbereich herum angeordnet, der durch zwei Pole definiert ist. Unter jedem Aspekt kann das Rotorjoch abgeschrägt sein, und der Magnetring kann verjüngt sein.

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft allgemein die Reduzierung einer Drehmomentschwingung (englisch: cogging torque) bei Permanentmagnetmotoren, und insbesondere bürstenlose Permanentmagnetmotoren.
    • Beschreibung des relevanten Standes der Technik
  • Permanentmagnetmotoren umfassen einen Statorkern, welcher typischerweise aus einem Stapel dünner, metallischer Schichtbleche hergestellt ist. Die Schichtbleche sind gewöhnlich rund, mit einer zentralen Öffnung. Der Statorkern ist demnach allgemein zylindrisch in seiner Form, wobei sich ein Hohlraum in Längsrichtung um seine zentrale Achse herum erstreckt. Bei bürstenlosen Permanentmagnetmotoren umfasst jedes Statorschichtblech sich von der zentralen Öffnung aus radial erstreckende Schlitzöffnungen oder Kerben, die zueinander ausgerichtet werden, wenn sie gestapelt werden, um Statorwicklungen oder Leiter aufzunehmen.
  • Der Statorkern umgibt einen Rotor, welcher typischerweise aus einer Rundstahlwelle mit einer Anzahl vor. um den Umfang der Welle herum befestigten Permanentmagneten besteht. Der Rotor kann auch einen Stapel aus Schichtblechen anstelle einer massiven Stahlwelle umfassen. Die Permanentmagneten sind magnetisiert und bilden eine Vielzahl von Magnetpolen.
  • Bei Permanentmagnetmotoren wird eine Drehmomentschwingung durch die Kombination von zwei Faktoren verursacht, nämlich der magnetomotorischen Kraft der Permanentmagneten und der Änderung der Luftspaltpermeanz zwischen dem Stator und dem Rotor. Eine Drehmomentschwingung wird durch die folgende Formel dargestellt:

    Tcog(θr) = -dW/dθr = -(S)(MMF)2(dλ/dθr), wobei

    Tcog die Magnetschwingung ist;
    W die Totalenergie des Feldes ist;
    θr der Rotorpositionswinkel ist;
    MMF die magnetische Erregung der Permanentmagneten ist; und
    λ die Luftspaltpermeanz ist.
  • In der Konstruktion von Permanentmagnetmaschinen ist die Drehmomentschwingung von Belang, weil sie der Drehmoment- Winkel-Kurve unerwünschte harmonische Komponenten überlagert, was beim Betrieb der Maschine zu einem Drehmomentpulsieren führt. Obwohl die Netto-Drehmomentschwingung gleich Null ist, verursacht sie ein Geräusch, Leistungsverluste und Ungenauigkeiten, insbesondere bei Servo-Positionierantrieben. Es ist demnach eine Reduzierung der momentanen Drehmomentschwingung erwünscht.
  • Der Reduzierung einer Drehmomentschwingung kann man sich auf vielfältigen Wegen nähern. Einer besteht darin, die Änderungsrate der Luftspaltpermeanz zu reduzieren. Ein anderer besteht darin, die Pole so zu versetzen, dass die von einem Pol verursachte Drehmomentschwingung eine andere aufhebt. Da die magnetische Erregung der Permanentmagneten in der Formel im Quadrat vorkommt, reduziert schließlich auch eine Reduzierung des erzeugten magnetischen Flusses eine Drehmomentschwingung. Ein gemäß dem Stand der Technik offenbartes Mittel zum Reduzieren einer Drehmomentschwingung ist die Formgebung von Permanentpolen unter Verwendung eines verjüngten Bogens. Ein anderer besteht darin, den Schichtblechstapel des Stators abzuschrägen. In jedem Fall kann die Verwendung einzelner Magnete wegen Herstellungstoleranzen bei der Orientierung der Magnete auf der Rotoroberfläche zu einer exzessiven Drehmomentschwingung führen.
  • Um diese Probleme mit diskreten Magneten zu überwinden, ist es manchmal möglich, einen auf dem Kern montierten Ringmagneten zu verwenden; die Magnete des Ringes müssen jedoch in einigen Motoren perfekt ausgerichtet sein, oder die Drehmomentschwingung wird verstärkt. Beispielsweise wird in einem bürstenlosen Permanentmagnetmotor mit neun Schlitzen und acht Polen die Drehmomentschwingung durch die Aufhebungswirkungen von einem Magneten auf einen anderen reduziert. Wenn es eine Fehlausrichtung gibt, steigt die Drehmomentschwingung an. Es ist demnach erwünscht, eine Maschinenkonstruktion zu schaffen, welche eine Drehmomentschwingung durch eine Polausrichtung reduziert, und zwar ohne die Nachteile gegenwärtiger Verfahren.
    • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist ein Rotor für einen Permanentmagnetmotor, umfassend ein Rotorjoch und einen Permanentmagnetring, welcher auf dem Rotorjoch montiert ist, wobei der Permanentmagnetring eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Polen aufweist. Eines der das Rotorjoch bzw. den Permanentmagnetring umfassenden Bauteile ist ein ringförmiges Element, welches vertiefte Abschnitte entlang einer äußeren peripheren Kante aufweist, wobei jeder vertiefte Abschnitt um einen Mittenpunkt zwischen zwei Polen herum angeordnet ist. Die vertieften Abschnitte sind so geformt, dass der Motor eine sinusförmige Flussdichte erzeugt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das andere der das Rotorjoch bzw. den Permanentmagnetring umfassenden Bauteile ein kreisringförmiger Ring.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Rotorjoch abgeschrägt. Gemäß diesem Aspekt umfasst der Magnetring vorzugsweise die vertieften Abschnitte; gemäß einem anderen Aspekt jedoch sind die vertieften Abschnitte an dem Rotorjoch angeordnet.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist jeder aus der Vielzahl von Polen entlang eines jeden vertieften Abschnittes verjüngt ausgebildet. Gemäß diesem Aspekt umfasst der Magnetring vorzugsweise die vertieften Abschnitte.
  • Das Rotorjoch kann gemäß einem noch anderen Aspekt der Erfindung einen Stapel Schichtbleche umfassen.
  • Vorzugsweise ist der Permanentmagnetring ein gepresster Permanentmagnetring.
  • Die vertieften Abschnitte können eine Vielzahl von Formen bilden. Beispielsweise können die vertieften Abschnitte ungefähr trapezförmige oder eiförmige (englisch: ovoid) Vertiefungen bilden. Jeder der vertieften Abschnitte kann auch einen Scheitel eines Dreieckes bilden. Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist jeder der vertieften Abschnitte gleich in seiner Form.
  • Gemäß einem noch anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Magnetring sechs Pole.
  • Der Magnetring besteht aus einem der ein Seltene- Erden-Magnetmaterial bzw. ein Keramik-Magnetmaterial umfassenden Materialien.
  • Ein anderer Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Rotorjoch und einen Permanentmagnetring, welcher auf dem Rotorjoch montiert ist, wobei der Permanentmagnetring eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Polen aufweist. Eines der das Rotorjoch bzw. den Permanentmagnetring umfassenden Bauteile umfasst eine Vielzahl von Vertiefungen entlang einer äußeren peripheren Kante. Jede aus der Vielzahl von Vertiefungen ist um einen Verbindungsbereich herum angeordnet, der durch zwei Pole gebildet wird, und die Vielzahl von Vertiefungen ist so geformt, dass der Motor während des Betriebes eine sinusförmige Flussdichte erzeugt.
  • Gemäß diesem Aspekt kann die äußere periphere Kante zwischen der Vielzahl von Vertiefungen ringförmig sein. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung hat das andere der das Rotorjoch bzw. den Permanentmagnetring umfassenden Bauteil eine ringförmige äußere periphere Kante.
  • Gemäß einem noch anderen Aspekt des Rotors ist das Rotorjoch abgeschrägt. Jeder aus der Vielzahl von Polen kann entlang einer jeden aus der Vielzahl von Vertiefungen verjüngt geformt sein.
  • Gemäß einem anderen Aspekt ist jede aus der Vielzahl von Vertiefungen gleich in ihrer Form.
  • Die vorliegende Erfindung verbessert die Orientierung von Magnetpolen mit Bezug aufeinander. Sie erlaubt die Verwendung von verjüngten Magnetpolen mit einem Ringmagneten und/oder eine Abschrägung des Rotorkerns.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die verschiedenen Merkmale, Vorteile und andere Verwendungen der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende, ins einzelne gehende Beschreibung und die Zeichnung offenbar, in der zeigen:
  • Fig. 1 eine Draufsicht einer vierpoligen Rotorkonstruktion gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei der Rotor von einer gezahnten Stator- Schichtblechanordnung umgeben ist;
  • Fig. 2A bis 2C drei Beispiele von möglichen Formen für die vertieften Abschnitte des Magnetringes der Rotorkonstruktion der Fig. 1 sowie das Rotorjoch der Rotorkonstruktion der Fig. 3;
  • Fig. 3 eine Draufsicht einer sechspoligen Rotorkonstruktion gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung; und
  • Fig. 4 ein Diagramm des Rotorwinkels in Abhängigkeit von der Magnetflussdichte eines Motors, welcher die Rotorkonstruktionen gemäß den Fig. 1 und 3 beinhaltet.
    • INS EINZELNE GEHENDE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung verfolgt die Absicht, eine Drehmomentschwingung bei Permanentmagnetmotoren zu reduzieren, indem man die Ausrichtung von Magnetpolen verbessert, wie in der Zeichnung, insbesondere in den Fig. 1 bis 3, gezeigt ist. Fig. 1 zeigt eine vierpolige Rotorkonstruktion gemäß einem Aspekt der Erfindung. Insbesondere zeigt die Fig. 1 einen Rotor 10, welcher von einem Statorkern 12 ohne Wicklungen umgeben ist. Der Statorkern 12 ist vorzugsweise ein Stapel von eisernen Stator-Schichtblechen. Hier ist der Statorkern 12 lediglich als Beispiel eine Zwölf-Zahn-Konstruktion. Der Rotor 10 ist auf einer drehbaren Welle 14 montiert. Das Joch 16 des Rotors 10 gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist ein ringförmiges Stahljoch 16, welches sich entsprechend einem vorgegebenen Radius R1 von dem Zentrum der Welle 14 aus erstreckt. Alternativ dazu umfasst das Joch 16 einen Stapel eiserner Schichtbleche. Mit dem Joch 16 gekoppelt ist ein Ringmagnet 18 mit einer peripheren Kante 20 bei einem maximalen Radius R2 von dem Zentrum der Welle 14 aus.
  • Entlang der ringförmigen peripheren Kante 20 des Ringmagneten 18 liegt eine Vielzahl von Polprofilen 22, auf denen Pole zentriert sind, und zwar hier lediglich als Beispiel vier. An jedem Verbindungsbereich 24 zwischen zwei Polprofilen 22 bildet die periphere Kante 20 des Ringmagneten 18 einen vertieften Kantenabschnitt bzw. eine Vertiefung 26, die um den Verbindungsbereich 24 herum zwischen zwei Polprofilen 22 angeordnet ist, der sich vorzugsweise bei einem Mittenpunkt zwischen den Polen befindet, die auf den zwei Polprofilen 22 liegen. Der vertiefte Abschnitt 26 der peripheren Kante 20 in der Ausgestaltung der Fig. 1 erstreckt sich vom Radius R2 der peripheren Kante 20 bis zu einem minimalen Radius R3 und zurück zu der peripheren Kante 20 bei einem Radius R2, und er bildet, lediglich beispielhaft, eine flache konkave Auskehlung. Jeder vertiefte Abschnitt 26 kann jedes um einen Verbindungsbereich 24 herum angeordnete Profil haben. Vorzugsweise hat jeder vertiefte Abschnitt 26 das gleiche Profil und ist um den Verbindungsbereich 24 herum symmetrisch; diese Einheitlichkeit ist jedoch nicht notwendig.
  • Die Fig. 2A bis 2C zeigen drei Beispiele anderer Profile, das jeder vertiefte Abschnitt bzw. jede Vertiefung 26 annehmen kann. Der vertiefte Abschnitt 26 der Fig. 2A bildet einen Bogen, welcher annähernd eiförmig in seinem Profil ist. D. h., der vertiefte Abschritt 26 beginnt an der äußeren peripheren Kante 20 und nähert sich der Kante des Joches 16 in einem kontinuierlich gekrümmten Segment, und kehrt sodann zu der äußeren peripheren Kante 20 zurück. Gemäß dem in Fig. 2B gezeigten Aspekt bildet der vertiefte Abschnitt 26 den Scheitel eines flachen Dreieckes in der peripheren Kante 20 durch zwei Kantensegmente, deren jedes an der äußeren peripheren Kante 20 beginnt und die sich in einem Punkt 42 treffen, welcher näher an dem Joch 16 liegt. Fig. 2C zeigt den vertieften Abschnitt 26 als eine zackenförmige Vertiefung in der peripheren Kante 20. Die zackenförmige Vertiefung 26 ist aus zwei von mehreren konkaven Bögen 44 (nur zwei gezeigt) gebildet, die an der peripheren Kante 20 beginnen und sich in den Ringmagneten 18 hinein erstrecken. Jeder Satz von konkaven Bögen 24 trifft sich in einem kleineren konvexen Bogen 46. Der vertiefte Abschnitt 26 der peripheren Kante 20 kann auch eine ungefähr trapezförmige Form bilden, die mehr im einzelnen in dem in Fig. 3 gezeigten Aspekt diskutiert wird.
  • Die Tiefe und Breite des Profils wird aus einem iterativen Prozess abgeleitet, der beginnt, wenn ein Rotor 10 einschließlich der Anzahl von Polen und des Profils und der Abmessung der vertieften Abschnitte 26 ausgewählt wird. Sodann wird die numerische Modellausführung des Rotors 10 und des Stators, wie etwa eines den Statorkern 12 beinhaltenden Stators, hergestellt, um eine Drehmomentschwingung, ein Ausgangsdrehmoment, eine Magnetfeldstärke und andere Maschinenvariablen für die spezielle Elektromaschinenkonstruktion zu berechnen. Die Tiefe oder die Breite der vertieften Abschnitte 26 wird eingestellt, und die numerische Modellausführung wird nochmals gebildet, bis die Maschinenkonstruktion optimiert ist. Das Profil kann auch geändert werden. Die Maschinenkonstruktion ist optimiert, wenn das von den Magneten erzeugte magnetische Feld annähernd sinusförmig ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist, und wenn andere Maschinenvariablen optimiert sind. Beispielsweise maximiert eine optimierte Konstruktion das Ausgangsdrehmoment und minimiert eine Drehmomentschwingung. Natürlich muss die Maschine so ausgelegt sein, dass sie in dem linearen Bereich ihrer Flussdichtenkurve arbeitet. Andere Variablen der Maschinenkonstruktion, die den auf diesem Gebiet bewanderten Fachleuten bekannt sind, werden auch im Modell dargestellt und können in die Optimierung mit eingeschlossen werden.
  • Der Ringmagnet 18 der Fig. 1 kann auf mehreren Wegen geschaffen werden. Der Ringmagnet 18 ist vorzugsweise aus einem Seltene-Erden-Magnetmaterial wie etwa Neodym-Eisen- Bor oder Samarium-Kobalt gebildet. Alternativ dazu kann ein Keramik(Ferrit)-Magnetmaterial verwendet werden. Der Ringmagnet 18 ist vorzugsweise durch Pressen von Magnetpulver in eine entsprechend gestaltete Form erzeugt, welches sodann gesintert wird, so dass es einen massiven, gepressten Ringmagneten 18 bildet. So kann eine Abschrägung hinzugefügt werden, um einen abgeschrägten Pol herzustellen. Alternativ dazu kann der Ringmagnet 18 als ein Ring mit Kreisquerschnitt ausgebildet sein, und die Form der peripheren Kante 20 wird unter Einsatz von Maschinenbearbeitungstechniken gebildet, um die Polprofile 22 auf die Verbindungsbereiche 24 zwischen diesen hin zu verjüngen und die vertieften Abschnitte 26 auszubilden. Es kann auch ein Extrusionsverfahren verwendet werden, um den Ringmagneten 18 zu bilden. In jedem Fall kann der Ringmagnet 18 einstückig sein und sich entlang der Längenausdehnung des Joches 16 erstrecken, oder er kann mehr als einen Ring umfassen, die axial aneinanderliegend entlang der Längenausdehnung des Joches 16 montiert sind. Der Ringmagnet 18 ist mit dem Joch 16 mit herkömmlichen Mitteln gekoppelt, und er kann entweder einer radialen oder einer parallelen Magnetisierung unterworfen werden, um seine Pole an den Polformen 22 zu bilden.
  • In dieser Konstruktion wird die Pol-zu-Pol- Orientierung infolge der Maschinenbearbeitungsgenauigkeit gegenüber einer herkömmlichen Einzelmagnetanordnung verbessert.
  • Fig. 3 zeigt eine Rotorkonstruktion gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung. Der Rotor 10 ist auf einer drehbaren Welle 14 montiert und umfasst ein Joch 30, welches von einem kreisringförmigen Ringmagneten 32 umgeben ist. Wie schon zuvor diskutiert wurde, ist der Ringmagnet 32 aus einem magnetischen Material gebildet, und zwar entweder einem Seltene-Erden-Magnetmaterial oder einem Keramikmagnetmaterial, und er kann durch Extrusion oder durch Pressen hergestellt sein. Der Ringmagnet 32 der Fig. 3 hat sechs Pole, die allgemein bei der Linie 34 zentriert sind. Die Pole des Ringmagneten 32 können dadurch gebildet werden, dass der Ringmagnet 32 entweder einer radialen oder einer parallelen Magnetisierung unterworfen wird.
  • Das Joch 30 des Rotors 10 umfasst einen Stapel eiserner Schichtbleche, die sich bis zu einem maximalen vorgegebenen Radius R4 von dem Zentrum der Welle 14 aus zu einer peripheren Kante 36 erstrecken. Das Joch 30 kann eine Abschrägung aufweisen. Gemäß einem anderen Aspekt ist das Joch 30 ein massives Stahljoch. Das Joch 30 ist ungefähr ringförmig, hat jedoch eine Vielzahl von vertieften Abschnitten bzw. Vertiefungen 38 entlang der peripheren Kante 36, wobei jeder vertiefte Abschnitt 38 um einen Verbindungsbereich 40 herum angeordnet und vorzugsweise zu diesem zentriert ist, der durch den Mittenpunkt zwischen zwei Polen 34 definiert ist. Der vertiefte Abschnitt 38 der peripheren Kante 36 in der Ausgestaltung der Fig. 3 erstreckt sich vom Radius R4 zu einem minimalen Radius R5 entlang einer radialen Strecke, folgt einer Umfangsstrecke entlang dem gleichen Radius und erstreckt sich sodann entlang einer anderen radialen Strecke zu der peripheren Kante 36, um eine flache, annähernd trapezförmige Form zu bilden.
  • Die Form des vertieften Abschnittes 38 der peripheren Kante 36 des Rotorjoches 30 ist nur beispielhaft als eine ungefähre Trapezform gezeigt. Jeder vertiefte Abschnitt 38 kann jedes beliebige, um den Verbindungsbereich 40 herum angeordnete Profil aufweisen. Vorzugsweise hat jeder vertiefte Abschnitt 38 das gleiche Profil, und jedes ist symmetrisch zu dem Verbindungsbereich 40; diese Einheitlichkeit ist jedoch nicht notwendig. Die Fig. 2A bis 2C zeigen drei Beispiele von anderen Profilen, die die vertieften Abschnitte 38 annehmen können. Der vertiefte Abschnitt 38 der Fig. 2A bildet einen Bogen, welcher annähernd eiförmig in seinem Profil ist, d. h. der vertiefte Abschnitt 38 beginnt an der äußeren peripheren Kante 36 und nähert sich der Kante der drehbaren Welle 14 in einem kontinuierlich gekrümmten Segment, und kehrt sodann zu der äußeren peripheren Kante 36 zurück. Gemäß dem in Fig. 2B gezeigten Aspekt bildet der vertiefte Abschnitt 38 den Scheitel eines flachen Dreieckes in der peripheren Kante 36 durch zwei Kantensegmente, deren jedes an der äußeren peripheren Kante 36 beginnt und die sich in einem Punkt 42 treffen, welcher näher an der drehbaren Welle 14 liegt. Fig. 2C schließlich zeigt den vertieften Abschnitt 38 als eine zackenförmige Vertiefung in der peripheren Kante 36. Die zackenförmige Vertiefung 38 ist aus zwei oder mehr konkaven Bögen 44 (von denen nur zwei gezeigt sind) gebildet, die an der peripheren Kante 36 beginnen und sich in den Ringmagneten 18 hinein erstrecken. Jeder Satz von konkaven Bögen 44 trifft sich bei einem kleineren konvexen Bogen 46. Der vertiefte Abschnitt 38 kann auch die flache, konkave Auskehlungsform des vertieften Abschnittes 26 des in Fig. 1 gezeigten Ringmagneten 18 annehmen.
  • Die Tiefe und Breite des Profils, wie es zuvor beschrieben wurde, wird aus einem iterativen Prozess abgeleitet, welcher beginnt, wenn ein Rotor 10 einschließlich der Anzahl der Pole und der Form und Abmessung der vertieften Abschnitte 38 ausgewählt werden. Sodann wird eine numerische Modelldarstellung durchgeführt, um die spezielle Maschinenkonstruktion durch Ändern der Abmessung, d. h. der Tiefe oder Breite des Profils zu optimieren. Unter bestimmten Umständen muss das Profil selbst während des iterativen Prozesses geändert werden. Die Tiefe oder die Breite der vertieften Abschnitte 38 werden eingestellt, und die numerische Modelldarstellung wird nochmals durchgeführt, bis die Maschinenkonstruktion optimiert ist. In Übereinstimmung mit der früheren Diskussion wird bei der Konstruktion gewünscht, dass das durch die Magneten erzeugte magnetische Feld annähernd sinusförmig ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist, und dass andere Maschinenvariablen optimiert sind.
  • Wie erwähnt wurde, umfasst das Joch 30 des Rotors 10 vorzugsweise einen Stapel eiserner Schichtbleche. Die Schichtbleche werden aus dünnen gepressten oder gestanzten Metallblechen gebildet und sodann mit herkömmlichen Mitteln zusammengefügt, um das Joch 30 zu bilden, welches abgeschrägt sein kann. Das Joch 30 kann auch durch Pressen von pulverförmigem Metall in eine entsprechend gestaltete Form hergestellt werden, welches sodann gesintert wird, so dass es ein massives metallisches Joch bildet. Alternativ dazu kann die Form des Joches 30, ob dieses Joch 30 ein massives Metalljoch oder ein Stapel aus Schichtblechen ist, zuerst durch Schaffung einer ringförmigen peripheren Kante 36 und sodann Ausbildung der vertieften Abschnitte 38 mittels Maschinenbearbeitungstechniken geformt werden. Das Joch wird auf der Welle 14 mittels herkömmlicher Mittel montiert.
  • In der Konstruktion der Fig. 3 erlaubt der Stahl eine genaue Polausrichtung durch Ausrichtung der Magnetisierung und durch Konzentrierung des Feldes an den Polorten.
  • Die vorliegende Erfindung verbessert demnach die Anordnungsfähigkeit der Magnetpole auf einem Rotor durch die Verwendung eines Ringmagneten mit einem Rotorjoch. Jeder Aspekt erlaubt eine genauere Magnetisierung des Ringmagneten durch Formen entweder des Rotorjoches oder des Ringmagneten. Wenn auch vierpolige und sechspolige Ringmagneten gezeigt sind, so ist doch jede Anzahl von Polen möglich. Beispielsweise sind auch Konstruktionen mit achtzehn oder zwanzig Polen möglich.

Claims (20)

1. Rotor für einen Permanentmagnetmotor, umfassend:
ein Rotorjoch; und
einen Permanentmagnetring, welcher auf dem Rotorjoch montiert ist, wobei der Permanentmagnetring eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Polen aufweist;
wobei eines der das Rotorjoch bzw. den Permanentmagnetring umfassenden Bauteile ein ringförmiges Element ist, welches vertiefte Abschnitte entlang einer äußeren peripheren Kante aufweist, wobei jeder vertiefte Abschnitt um einen Mittenpunkt zwischen zwei Polen herum angeordnet ist; und
wobei die vertieften Abschnitte so geformt sind, dass der Motor während des Betriebes eine sinusförmige Flussdichte erzeugt.
2. Rotor nach Anspruch 1, bei welchem das jeweils andere der das Rotorjoch bzw. den Permanentmagnetring umfassenden Bauteile ein Ring mit Kreisquerschnitt ist.
3. Rotor nach Anspruch 1, bei welchem das Rotorjoch abgeschrägt ist.
4. Rotor nach Anspruch 3, bei welchem das Rotorjoch die vertieften Abschnitte aufweist.
5. Rotor nach Anspruch 3, bei welchem der Magnetring die vertieften Abschnitte aufweist.
6. Rotor nach Anspruch 1, bei welchem jeder aus der Vielzahl von Polen entlang eines jeweiligen vertieften Abschnittes verjüngt ist.
7. Rotor nach Anspruch 6, bei welchem der Magnetring die vertieften Abschnitte aufweist.
8. Rotor nach Anspruch 1, bei welchem das Rotorjoch einen Stapel Schichtbleche umfasst.
9. Rotor nach Anspruch 1, bei welchem der Permanentmagnetring ein gepresster Permanentmagnetring ist.
10. Rotor nach Anspruch 1, bei welchem die vertieften Abschnitte entweder annähernd trapezförmige oder eiförmige Vertiefungen bilden.
11. Rotor nach Anspruch 1, bei welchem der Magnetring sechs Pole umfasst.
12. Rotor nach Anspruch 1, bei welchem jeder der vertieften Abschnitte einen Scheitel eines Dreieckes bildet.
13. Rotor nach Anspruch 1, bei welchem der Magnetring aus einem der Seltene-Erden-Magnetmaterial oder ein Keramikmagnetmaterial umfassenden Materialien besteht.
14. Rotor nach Anspruch 1, bei welchem jeder der vertieften Abschnitte im Profil gleich ist.
15. Rotor für einen Permanentmagnetmotor, umfassend:
ein Rotorjoch; und
einen Permanentmagnetring, welcher auf dem Rotorjoch montiert ist, wobei der Permanentmagnetring eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Polen aufweist;
wobei eines der das Rotorjoch und den Permanentmagnetring umfassenden Bauteile eine Vielzahl von Vertiefungen entlang einer äußeren peripheren Kante aufweist;
wobei jede aus der Vielzahl von Vertiefungen um einen Verbindungsbereich herum angeordnet ist, der durch zwei Pole definiert wird; und
wobei die Vielzahl von Vertiefungen so geformt ist, dass der Motor beim Betrieb eine sinusförmige Flussdichte erzeugt.
16. Rotor nach Anspruch 15, bei welchem die äußere periphere Kante zwischen der Vielzahl von Vertiefungen ringförmig ist.
17. Rotor nach Anspruch 15, bei welchem das jeweils andere der das Rotorjoch bzw. den Permanentmagnetring umfassenden Bauteil eine ringförmige äußere periphere Kante hat.
18. Rotor nach Anspruch 15, bei welchem das Rotorjoch abgeschrägt ist.
19. Rotor nach Anspruch 15, bei welchem jeder aus der Vielzahl von Polen entlang einer jeden aus der Vielzahl von Vertiefungen verjüngt ausgebildet ist.
20. Rotor nach Anspruch 15, bei welchem jede aus der Vielzahl von Vertiefungen in ihrem Profil gleich ist.
DE10255027A 2001-11-19 2002-11-18 Magnetformung und Polkonzentrierung zum Reduzieren einer Drehmomentschwingung bei Permanentmagnetmotoren Withdrawn DE10255027A1 (de)

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