DE102012111930A1

DE102012111930A1 - Permanentmagnetläufer und mit dem Läufer versehener Elektromotor

Info

Publication number: DE102012111930A1
Application number: DE102012111930A
Authority: DE
Inventors: Yue Li; Mao Xiong Jiang; Jian Zhao; Shi Xing HUANG; Ya Ming Zhang; Xiao Ning Zhu
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric SA
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2013-06-13
Also published as: JP2013123369A; CN103166345B; US20130147301A1; KR20130066528A; US9225209B2; CN103166345A

Abstract

Ein Permanentmagnetläufer enthält eine Welle, einen an der Welle befestigten Läuferkern und mehrere Magnetsätze. Der Läuferkern hat mehrere Nutsätze zum Aufnehmen der Magnetsätze. Jeder Nutsatz hat zwei durch einen ersten Abschnitt des Läuferkerns beabstandete Nuten. Der erste Abschnitt hat eine Breite, die sich von einem radial inneren Ende zu einem radial äußeren Ende allmählich verringert. Jede Nut hat eine Breite, die sich von einem radial inneren Ende zu einem radial äußeren Ende allmählich erhöht. Jeder Magnetsatz enthält zwei jeweils in den Nuten eines jeweiligen Nutsets aufgenommene Magnete. Die Magnete eines Magnetsatzes sind in derselben Richtung magnetisiert und jeweils zwei benachbarte Magnetsätze sind in Gegenrichtung magnetisiert, wobei sie mehrere Magnetpole bilden. Die Anzahl der magnetischen Pole ist gleich der Anzahl der Magnetsätze.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Permanentmagnetläufer und insbesondere einen Permanentmagnetläufer, der eine hohe Magnetfeldkonzentration aufweist, und einen Elektromotor, der den Permanentmagnetläufer hat.
Hintergrund der Erfindung
Bei einem Elektromotor mit einem gewickelten Ständer und mit einem Permanentmagnetläufer erzeugen die Ständerwicklungen, wenn sie elektrifiziert werden, ein drehendes Magnetfeld, das den Läufer zum Drehen bringt. Bei einem sogenannten IPM-Läufer (Interner Permanentmagnetläufer) ist eine Mehrzahl von Permanentmagneten in einen Läuferkern eingebettet. Die Permanentmagneten sind voneinander getrennt und jeder bildet einen Nordpol oder Südpol des Läufers, wobei die Nordpolmagneten und die Südpolmagneten in Umfangsrichtung des Läuferkerns abwechselnd angeordnet sind. Diese Art von Läufer hat jedoch eine niedrige Magnetfeldkonzentration, was zu einem Motor mit niedriger Leistungsdichte führt.
Es gibt daher einen Bedarf nach einem verbesserten Permanentmagnetläufer, der die oben genannten Nachteile überwindet.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Permanentmagnetläufer, umfassend: eine Welle; einen an der Welle fixierten Läuferkern; und eine Mehrzahl von in den Läuferkern eingebetteten Magnetsätzen, wobei jeder Magnetsatz zwei Magnete umfasst, wobei jeder Magnet eine in Umfangsrichtung des Läufers gemessene Breite aufweist, die sich von einem radial inneren Ende zu einem radial äußeren Ende allmählich vergrößert, wobei die beiden Magneten eines Magnetsatzes mit einem dazwischen angeordneten ersten Abschnitt des Läuferkerns beabstandet sind, wobei der erste Abschnitt des Läuferkerns eine in Umfangsrichtung des Läufers gemessene Breite aufweist, die sich von einem radial inneren Ende zu einem radial äußeren Ende allmählich verringert, wobei zwei benachbarte Magnetsätze mit einem dazwischen angeordneten zweiten Abschnitt des Läuferkerns beabstandet sind, wobei einander gegenüberliegende Flächen der an beiden Seiten des ersten Abschnitts des Läuferkerns angeordneten Magnete gegensätzliche Polarität haben, und wobei einander gegenüberliegende Flächen der an beiden Seiten des zweiten Abschnitts des Läuferkerns angeordneten Magnete dieselbe Polarität haben, so dass der Läufer eine Anzahl von Magnetpolen aufweist, die gleich der Anzahl der Magnetsätze ist.
Vorzugsweise definiert der Läuferkern eine Mehrzahl von Nutsätzen, wobei jeder Nutsatz zwei Nuten umfasst, die durch den ersten Abschnitt des Läuferkerns beabstandet sind, wobei jede Nut eine den Magneten entsprechende Form aufweist und wobei jeder Magnet eines Magnetsatzes in einer jeweiligen Nut eines entsprechenden Nutsatzes angeordnet ist.
Vorzugsweise sind zwei benachbarte Nutsätze mit einem dazwischen angeordneten zweiten Abschnitt des Läuferkerns beabstandet, wobei der zweite Abschnitt eine in Umfangsrichtung des Läuferkerns gemessene Breite hat, die sich von einem radial inneren Ende zu einem radial äußeren Ende allmählich vergrößert.
Vorzugsweise hat der zweite Abschnitt des Läuferkerns eine minimale Breite von nicht mehr als 1 mm.
Vorzugsweise hat der erste Abschnitt des Läuferkerns eine minimale Breite von nicht mehr als 1 mm.
Vorzugsweise ist die Anzahl der Magnetsätze acht und die Magnetsätze bilden acht Läuferpole.
Gemäß einem anderen Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Elektromotor, umfassend: einen Ständer und einen voranstehend beschriebenen Läufer.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft mit Bezug auf die Figuren und beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Figuren werden identische Vorrichtungen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur auftauchen, in allen Figuren, in denen sie auftauchen, mit demselben Bezugszeichen bezeichnet. Abmessungen von Elementen und besondere Merkmale, die in den Figuren gezeigt sind, wurden im Allgemeinen wegen der Einfachheit und Klarheit der Darstellung gewählt und sind nicht zwingend maßstäblich gezeigt. Die Figuren sind unten aufgelistet.
1 ist eine Isometrieansicht eines Elektromotors entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Explosionsansicht des Motors aus 1;
3 ist eine Explosionsansicht des Motors aus 1 von unten;
4 ist eine Draufsicht eines Läufers des Elektromotors aus 1, mit entfernten Ausgleichsplatten des Läufers; und
5 ist eine Draufsicht des Läuferkerns des Läufers aus 4.
Genaue Beschreibung der Ausführungsformen
Die 1 bis 3, auf die zunächst Bezug genommen wird, zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Elektromotors 10 entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motor kann in Waschmaschinen oder Wäschetrocknern verwendet werden. Der Motor 10 umfasst einen Ständer 30, einen Läufer 40 und zwei Endkappen 21, 22. Der Läufer 40 ist drehbar in dem Ständer 30 angeordnet und die Endkappen 21, 22 sind an den jeweils axialen Enden des Ständers 30 angeordnet und stützen durch Lager 12 den Läufer 40. Der Läufer 40 umfasst eine Welle 41, deren axiale Enden durch in den Endkappen 21, 22 montierte Lager 12 gestützt ist, so dass sich der Läufer gegenüber dem Ständer drehen kann.
Der Ständer 30 umfasst einen Ständerkern 31 und auf den Ständerkern 31 gewickelte Wicklungen 34. Der Ständerkern 31 umfasst ein Joch 32 und eine Mehrzahl von sich von dem Joch nach innen erstreckenden Zähne 33. Die Wicklungen 34 werden von einer Mehrzahl um die Zähne gewickelten Spulen gebildet. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Ständer 30 zwölf Zähne 33 und zwölf jeweils auf die Zähne 33 gewickelte Spulen, die zwölf Ständerpole bilden. Die Wicklungen dieser Bauart sind gemeinhin als konzentrierte Wicklungen mit einer Spule pro Zahn und einem Zahn pro Spule bekannt.
Gemäß den 4 und 5, auf die ebenso Bezug genommen wird, umfasst der Läufer 40 auch einen an der Welle 41, vorzugsweise durch eine Presspassung, montierten Läuferkern 42. Eine Mehrzahl von Permanentmagnetsätzen 45 ist in den Läuferkern 42 eingebettet. Zwei Ausgleichsplatten 43 sind an der Welle 41 montiert und an jeweiligen axialen Enden des Läuferkerns 42 angeordnet.
Der Läuferkern 42 wird bei dieser Ausführungsform durch Stanzen und Stapeln einer Mehrzahl von Kernblechen gebildet, die durch geeignete Mittel, wie etwa Arretieren oder Schweißen, zusammengehalten werden. Der Läuferkern 42 ist im Wesentlichen zylindrisch mit einem in einer mittleren Fläche definierten Befestigungsloch 46 und dazu ausgelegt, mit der Welle 41 in Presspassung zu sein. Der Läuferkern 42 definiert weiter eine Mehrzahl von Nutsätzen 47 um das Befestigungsloch 46 zum Aufnehmen der Magnetsätze 45. Die Nutsätze 47 sind im Wesentlichen äquidistant in einer Umfangsrichtung des Läuferkerns 42 beabstandet. Jeder Nutsatz 47 umfasst zwei nebeneinander angeordnete getrennte Nuten 48. Jede Nut 48 ist ein Loch, das sich axial durch den Läuferkern 42 erstreckt und in einem Querschnitt des Läuferkerns 42 im Wesentlichen trapezförmig ist, wobei eine in der Umfangsrichtung des Läuferkerns 42 gemessene Breite sich von einem radial inneren Ende 49 zu einem radial äußeren Ende 50 allmählich erhöht. Das radial innere Ende 49 der Nut 48 ist von dem Befestigungsloch 46 beabstandet und das radial äußere Ende 50 der Nut 48 ist von einer radial äußeren Fläche des Läuferkerns 42 beabstandet. Daher hat die Nut 48 eine eingeschlossene Kante im Querschnitt des Läuferkerns 42.
Die Nuten 48 jedes Nutsatzes 47 sind mit einem dazwischen angeordneten ersten Abschnitt 51 des Läuferkerns 42 beabstandet. Jeder erste Abschnitt 51 hat eine in Umfangsrichtung des Läuferkerns gemessene Breite, die sich von einem radial inneren Ende entsprechend den radial inneren Enden 49 der Nuten 48 zu einem radial äußeren Ende entsprechend den radial äußeren Enden 50 der Nuten 48 allmählich verringert. Der erste Abschnitt 51 hat eine maximale Breite an dem radial inneren Ende, was die mechanische Stärke des Läuferkerns 42 erhöht, wobei davon ausgegangen wird, dass dies wenig negative Auswirkungen auf den Magnetflussverlust des Läufers 40 hat. Der erste Abschnitt 51 hat eine minimale Breite an dem radial äußeren Ende, was erheblich den Magnetflussverlust des Läufers 40 reduziert. Vorzugsweise ist die minimale Breite des ersten Abschnitts 51 nicht mehr als 1 mm, wobei sie in dieser Ausführungsform 0,6 mm ist.
Die Nutsätze 47 sind mit einem zwischen zwei benachbarten Nutsätzen 47 angeordneten zweiten Abschnitt 52 des Läuferkerns 42 beabstandet. Jeder zweite Abschnitt 52 hat eine in Umfangsrichtung des Läufers 42 gemessene Breite, die sich von einem radial inneren Ende entsprechend dem radial inneren Ende 49 der Nuten 48 zu einem radial äußeren Ende entsprechend dem radial äußeren Ende 50 der Nuten 48 allmählich erhöht. Deshalb hat der zweite Abschnitt 52 eine minimale Breite an dem radial inneren Ende. Vorzugsweise ist die minimale Breite des zweiten Abschnitts 52 nicht mehr als 1 mm, wobei sie bei dieser Ausführungsform 0,7 mm ist.
Jeder Magnetsatz 45 enthält zwei jeweils in den beiden Nuten 48 eines entsprechenden Nutsatzes 47 aufgenommene Magnete 44. Jeder Magnet 44 hat eine Form und Größe, die zu einer jeweiligen Nut 48 passt, so dass jeder Magnet 44 in einem Querschnitt des Läufers 40 trapezförmig ist. Jeder Magnet 44 hat eine in Umfangsrichtung des Läufers 40 gemessene Dicke, die sich von einem radial inneren Ende zu einem radial äußeren Ende allmählich erhöht. Bei dieser Ausführungsform enthält der Läufer 40 entsprechend acht Magnetsätze 45 und acht Nutsätze 47 zum Aufnehmen der Magnetsätze 45.
Jeder Magnet 44 ist in Richtung der Dicke, d. h. in die Umfangsrichtung des Läufers 40 magnetisiert. Die Magnetisierungsrichtung der beiden Magnete 44 eines Magnetesatzes 45 ist dieselbe, also haben einander gegenüberliegende Flächen der beiden Magnete 44, d. h. die an den beiden Seiten des ersten Abschnitts 51 des Läuferkerns 42 angeordneten Flächen der Magnete 44, gegensätzliche Polarität. Die Magnetisierungsrichtung zweier benachbarter Magnetsätze 45 ist gegensätzlich zueinander, also haben die an beiden Seiten des zweiten Abschnitts 52 des Läuferkerns 42 angeordneten Flächen der Magnete 44 dieselbe Polarität, wie in 4 gezeigt, d. h. sie können alle Nordpole, wie mit N bezeichnet, zum Bilden eines Nordpols des Läufers 40 oder alle Südpole, bezeichnet mit S, zum Bilden eines Südpols des Läufers 40 sein. Daher hat der Läufer 40 acht magnetische Pole, vier Nordpole und vier Südpole, die in Umfangsrichtung des Läufers 40 im Wechsel angeordnet sind.
Da jeder Magnetsatz 45 zwei getrennte Magnete 44 mit derselben Magnetisierungsrichtung enthält, hat der Läufer eine erhöhte Magnetkonzentration und reduzierten Magnetflussverlust.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte von den Fachleuten zur Kenntnis genommen werden, dass verschiedene Modifikationen möglich sind. Daher wird der Rahmen der Erfindung durch den Bezug auf die folgenden Patentansprüche bestimmt.
Verben wie „umfassen”, „aufweisen”, „enthalten” und „haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.

Claims

Permanentmagnetläufer (40), umfassend: eine Welle (41); und einen an der Welle fixierten Läuferkern (42); gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von in den Läuferkern (42) eingebetteten Magnetsätzen (45), wobei jeder Magnetsatz (45) zwei Magnete (44) umfasst, wobei jeder Magnet eine in Umfangsrichtung des Läufers gemessene Breite aufweist, die sich von einem radial inneren Ende zu einem radial äußeren Ende allmählich vergrößert, wobei die beiden Magneten (44) eines Magnetsatzes (45) mit einem dazwischen angeordneten ersten Abschnitt (51) des Läuferkerns beabstandet sind, wobei der erste Abschnitt des Läuferkerns eine in Umfangsrichtung des Läufers gemessene Breite aufweist, die sich von einem radial inneren Ende zu einem radial äußeren Ende allmählich verringert, wobei zwei benachbarte Magnetsätze (45) mit einem dazwischen angeordneten zweiten Abschnitt (52) des Läuferkerns beabstandet sind, wobei einander gegenüberliegende Flächen der an beiden Seiten des ersten Abschnitts (51) des Läuferkerns angeordneten Magnete (44) gegensätzliche Polarität haben, und wobei einander gegenüberliegende Flächen der an beiden Seiten des zweiten Abschnitts (52) des Läuferkerns angeordneten Magnete (44) dieselbe Polarität haben, so dass der Läufer eine Anzahl von Magnetpolen aufweist, die gleich der Anzahl der Magnetsätze (45) ist.
Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Läuferkern (42) eine Mehrzahl von Nutsätzen (47) definiert, wobei jeder Nutsatz zwei Nuten (48) umfasst, die durch den ersten Abschnitt (51) des Läuferkerns beabstandet sind, wobei jede Nut (48) eine den Magneten (44) entsprechende Form aufweist und wobei jeder Magnet eines Magnetsatzes (45) in einer jeweiligen Nut eines entsprechenden Nutsatzes angeordnet ist.
Läufer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Nutsätze (47) mit einem dazwischen angeordneten zweiten Abschnitt (52) des Läuferkerns (42) beabstandet sind, wobei der zweite Abschnitt eine in Umfangsrichtung des Läuferkerns gemessene Breite hat, die sich von einem radial inneren Ende zu einem radial äußeren Ende allmählich vergrößert.
Läufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (52) des Läuferkerns eine minimale Breite von nicht mehr als 1 mm hat.
Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (51) des Läuferkerns eine minimale Breite von nicht mehr als 1 mm hat.
Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Magnetsätze (45) acht ist und die Magnetsätze acht Läuferpole bilden.
Elektromotor (10), umfassend: einen Ständer (30); und einen Läufer (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.