DE3881865T2

DE3881865T2 - Rotoraufbau eines synchronmotors.

Info

Publication number: DE3881865T2
Application number: DE88907816T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Fanuc Dai- Vir Uchida
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1987-09-03
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1993-11-11
Anticipated expiration: 2008-09-03
Also published as: WO1989002183A1; US5010266A; DE3881865D1; JPS6464548A; EP0333869B1; KR890702323A; KR920000509B1; EP0333869A4; EP0333869A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufbau eines Rotors vom Typ eines radialen Synchronmotors, bei dem der Rotorkern zwischen Permanentmagneten gehalten wird, und speziell einen Rotoraufbau, bei dem die Schlitzwelligkeit verringert ist.

Stand der Technik

Drehmomentschwankungen, namlich eine Schlitzwelligkeit, treten bei der Drehung eines Rotors aufgrund des Vorhandenseins von Schlitzen in einem Stator in einem Synchronmotor auf, der mit einem Stator ausgestattet ist, welcher Schlitze für eine Wicklung aufweist, und mit einem Rotor, der Permanentmagnete aufweist. Dies ist die Folge einer Anderung eines Zwischenraums zischen dem Rotor und dem Stator in Übereinstimmung mit einer Winkelposition des Rotors wegen der Schlitze in dem Stator und einer daraus folgenden Änderung einer Dichte eines magnetischen Flusses. Es ergibt sich eine geringe Schwankung einer Antriebsgeschwindigkeit, wenn ein Elektromotor mit einer Schlitzwelligkeit, beispielsweise in einem Antriebsmechanismus einer Werkzeugmaschine, benutzt wird, und folglich ist die Endgenauigkeit eines Werkstücks gering.
Zur Lösung des obigen Problems hat die Anmelderin in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung JP-OS-63-178750 einen Rotoraufbau bzw. eine Rotorkonstruktion offenbart, bei der der Rotor in eine Anzahl von einheitlichen Rotorelementen unterteilt ist, die längs einer Achse angeordnet sind, und jedes einheitliche Rotorelement ist in einer ersten Winkelstellung oder einer zweiten Winkelstellung befestigt, die von der ersten Winkelstellung durch einen vorgeschriebenen Winkel getrennt ist.
Beispielsweise treten bei einer Umdrehung eines Rotors eines achtpoligen Synchronmotors mit 36 Schlitzen 72 Schlitzwellen auf, und in diesem Fall beträgt die Winkeldifferenz zwischen der oben erwähnten ersten Winkelstellung und der zweiten Winkelstellung 2,5 Grad. Bei der Herstellung und Montage des Motors kann jedoch ein Winkelfehler von bis zu 1 Grad auftreten. Bei dem oben erwähnten Rotor, welcher zwei Winkelstellungen hat, besitzt jede Schlitzwelle, welche durch eine relative Position zwischen den Statorschlitzen und jedem der einheitlichen Rotorelemente verursacht wird, die in der ersten oder in der zweiten Winkelstellung fixiert sind, bei einem Winkelfehler von 2,5 Grad dieselbe Phase und folglich tritt eine Schlitzwelligkeit auf, die der Schlitzwelligkeit bei einem Rotor gemäß dem Stande der Technik ähnlich ist, welcher keine Schrägstellungsstruktur hat, bei der jede Winkelposition verschoben ist. Obwohl der Fehler in dem Winkel zwischen den beiden Winkelpositionen in einem Schrägstellungsrotor nicht notwendigerweise exakt 2,5 Grad ist, geht der Effekt, welcher durch Anwendung der Schrägstellungsstruktur erhalten wird, im wesentlichen verloren, wenn ein Winkelfehler von bis zu 1 Grad auftritt.
Die DE-A-2621301 offenbart einen Rotoraufbau, bei dem am Umfang des Rotors, welcher auf der Oberfläche von Permanentmagneten von V-förmiger Gestalt ruht, eine Serie von alternierenden Polen vorgesehen ist.
Die EP-A-140981 offenbart einen Rotor, welcher zwei Joche hat, wobei beide Enden jedes Joches mit axialen Vorsprüngen versehen sind. Endplatten sind mit Eingriffsöffnungen versehen, in welche die axialen Vorsprünge eingreifen.
Die JP-A-5921267 besitzt Pole von Rotorelementen, die spiralförmig rings um einen Rotorkern angeordnet sind, während die EP-A-104830 die Verwendung von Endplatten mit Vertiefungen zur Aufnahme des Endes der Magnetpolanordnung offenbart.

Offenbarung der Erfindung

Zur Lösung des obigen Problems besteht ein Ziel der Erfindung darin, einen Rotoraufbau anzugeben, bei dem jedes einheitliche Rotorelement exakt in einer vorgegebenen ersten oder einer vorgegebenen zweiten Winkelposition fixiert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher ein Rotoraufbau eines Synchronmotors vorgesehen, welcher einen Rotorkern aufweist, der zwischen Permanentmagneten gehalten ist, wobei jedes von mehreren einheitlichen Rotorelementen, die den Rotor bilden, um eine zentrale Achse des Rotors herum in einer Winkelstellung oder einer anderen Winkelstellung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorelemente so angeordnet sind, daß sie sich in Übereinstimmung mit einer Periode einer Schlitzwelligkeit des Rotors befinden, daß eine Winkeldifferenz zwischen den beiden Winkelstellungen gleich einem Winkel ist, der einer Halbwelle der Schlitzwelligkeit entspricht, daß die Endbereiche der Permanentmagnetelemente und der Rotorkernelemente, die gemeinsam das einheitliche Rotorelement bilden, in jeder Winkelstellung in einer Richtung parallel zu der Mittelachse Vertiefungen und Vorsprünge bilden, und daß ein Endplattenelement in Eingriff mit den Vertiefungen und den Vorsprüngen steht, die von den Permanentmagnetelementen und den Rotorkernelementen gebildet werden.
Jede der beiden Gruppen von einheitlichen Rotorelementen in zwei Winkelstellungen, die einen Rotor bilden, wird durch das Endplattenelement, welches vorspringende Teile und zurückgesetzte Teile hat, die mit den Vertiefungen und Vorsprüngen in Eingriff stehen, die durch Endbereiche der Permanentmagnetelemente und der Rotorkernelemente der einheitlichen Rotorelemente gebildet werden, exakt in einer jeweiligen, vorgeschriebenen Winkelstellung gehalten, wodurch die Schlitzwelligkeit erheblich reduziert wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Rotor gemäaß der Erfindung;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Rotors längs der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Rotors längs der Linie III-III in Fig. 1; diese Figur zeigt die Rückseite eines Endplattenelementes;
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt des Endplattenelementes längs der Linie IV-IV in Fig. 3;
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Rotorelements des Rotors gemäß der Erfindung; und
Fig. 6a, 6b und 6c zeigen Ansichten zur Erläuterung einer Periode einer Schlitzwelligkeit.

Beste Art der Realisierung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der Ausführungsbeispiele, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, detaillierter beschrieben. Fig. 6a, 6b und 6c zeigen jeweils einen Viertelschnitt eines Synchronmotors mit einem achtpoligen Rotor 12, der einen laminierten Rotorkern 18 aufweist, der zwischen Permanentmagneten 16 gehalten ist, und mit einem Stator 14, welcher 36 Schlitze 20 besitzt. Das Positionieren des Rotorkerns 18 bezüglich der Schlitze 20 (bzw. der Seitenwandteile, die die Schlitze 20 bilden) des Stators 14 ändert sich von Fig. 6a nach Fig. 6b und dann nach Fig. 6c entsprechend einer Drehung des Rotors 12 in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung. Obwohl die Position des Rotorkerns 18 in Fig. 6c von der Position desselben in Fig. 6a verschieden zu sein scheint, zeigt eine nähere Betrachtung, daß die Position eines Rotorkerns 18' angrenzend an den Rotorkern 18 in Fig. 6c bezüglich der Schlitze 20 des Stators 14 dieselbe ist wie diejenige des Rotorkerns 18 in Fig. 6a. Dies bedeutet, daß die Positionierung des Rotors bezüglich der Schlitze 20 des Stators 14 in Fig. 6c dieselbe ist wie in Fig. 6a. Der Drehwinkel des Rotors 12 von der in Fig. 6a gezeigten Position in die in Fig. 6c gezeigte Position beträgt 5 Grad, und es tritt eine Schlitzwelligkeit auf, welche eine Periodendauer hat, die äquivalent zu der Zeit ist, während welcher der Rotor 12 um die vorstehend genannten 5 Grad gedreht wird.
Die Struktur, in der jede Gruppe von einheitlichen Rotorelementen in der einen oder anderen der zwei Winkelstellungen angeordnet ist, ist in der japanischen Offenlegungsschrift 63-178750 desselben Anmelders beschrieben, gemäß welcher das Konzept angewandt wird, den Rotor 12 in zwei Gruppen von einheitlichen Rotorelementen zu unterteilen, von denen jedes längs einer Mittelachse desselben angeordnet ist, um die Schlitzwelligkeit zu verringern. Die Winkeldifferenz zwischen diesen beiden Gruppen beträgt bei dem in Fig. 6a bis 6c gezeigten Beispiel 2,5 Grad, und ein Rotor, der die Struktur hat, bei der die Schlitzwellen einander aufgrund einer Verschiebung der Phasenlage jeder Schlitzwelle um eine halbe Periode auslöschen, wobei die Welligkeit dadurch verursacht wird, daß jede Gruppe von einheitlichen Rotorelementen relativ zu den Schlitzen des Stators positioniert wird, ist (in der genannten Druckschrift) offenbart.
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Einrichtung, durch die ein Rotor geschaffen wird, welcher eine Struktur hat, die eine exakte Winkeldifferenz zwischen den beiden Gruppen, beispielsweise 2,5 Grad, besitzt. Wie Fig. 1 und 2 zeigen, besteht eine Gruppe einheitlicher Rotorelemente aus einem einheitlichen Rotorelement 34a und die andere Gruppe von einheitlichen Rotorelementen besteht aus dem anderen einheitlichen Rotorelement 34b. Jedes der einheitlichen Rotorelemente 34a, 34b kann durch mehrere einheitliche Rotorelemente gebildet werden, und jedes einheitliche Rotorelement der beiden Gruppen kann alternierend angeordnet werden.
Jedes einheitliche Rotorelement 34a und 34b wird durch dasselbe einheitliche Rotorelement gebildet und das einheitliche Rotorelement 34a umfaßt ein permanentmagnetisches Element 38a, welches nachstehend als Permanentmagnet 38a bezeichnet wird, und ein laminiertes Rotorkernelement 36a, welches nachstehend als Rotorkern 36a bezeichnet und durch Permanentmagnete 38a gehalten wird. Die einheitlichen Rotorelemente 34a und 34b sind mit einer Winkeldifferenz von 2,5 Grad zwischen ihren Winkelpositionen angeordnet, indem Endplatten 42a und 42b und zentrale Endplatten 44a und 44b verwendet werden, die in dem Rotor 32 zentral angeordnet sind und nachstehend beschrieben werden, wobei jedes einheitliche Rotorelement derart festgelegt ist, daß es durch das Einsetzen von Verbindungsstangen längs einer zu einer zentra-Ien Achse des Rotors 32 parallelen Linie einen Rotor 32 bildet. Der Rotor 32, welcher in dieser Weise konstruiert ist, ist mittels einer bekannten Einrichtung an einer Abtriebswelle 30 befestigt.
Wie aus Fig. 5 deutlich wird, welche eine perspektivische Teilansicht des einheitlichen Rotorelements 34a in Fig. 1 zeigt, steht eine Stirnfläche 54 des Rotorkerns 36a relativ zu einer Stirnfläche 56 des Permanentmagneten 38a vor, und folglich wird das einheitliche Rotorelement 34a durch die Endplatte 42a in seiner Position gehalten, welche vertiefte Teile und vorstehende Teile hat, die dem Vorsprung bzw. der Vertiefung entsprechen, die durch die Stirnflächen 54 bzw. 56 des Rotorkerns 36a bzw. des Permanentmagneten 38a gebildet werden. Wie aus Fig. 3 und 4 deutlich wird, besitzt die Endplatte 42a einen vertieften Teil 48, der dem vorstehenden Teil 54 des Rotorkerns 36a entspricht, und einen vorspringenden Teil 46, der dem vertieften bzw. zurückgesetzten Teil 56 des Permanentmagneten 38a entspricht, wobei die Teile alternierend auf einem Kreis angeordnet sind. Ferner wird in dem vertieften Teil 48 eine Öffnung 50 geformt, in welche die oben erwähnte Verbindungsstange 40 (Fig. 1) gepreßt wird, und ein ringförmiger Teil 52, welcher eine Öffnung bildet, in die die Abtriebswelle 30 eingesetzt wird, wird in dem mittleren Teil der Endplatte 42a ausgebildet. Die Abtriebswelle 30 kann in den ringförmigen Teil 52 des Rotors 32 gepreßt werden oder in bekannter Weise mit dem Rotor 32 verbunden werden.
Die Endplatte 42b auf der anderen Seite des Rotors 32 kann ebenso ausgebildet sein wie die vorstehend erwähnte Endplatte 42a, und ein Endbereich des einheitlichen Rotorelements 34b kann ebenfalls so ausgebildet werden, daß sich die in Fig. 5 gezeigten Vorsprünge und Vertiefungen bzw. zurückgesetzten Teile ergeben. Obwohl die Stirnfläche 54 des oben beschriebenen Rotorkerns 36a vorsteht, kann umgekehrt auch die Stirnfläche 56 des Permanentmagneten 38a vorstehen. Der vorstehend erwähnte, ringförmige Teil 52 der Endplatte wird unnötig, und die Endplatte 52a kann eine Struktur haben, bei der lediglich eine Öffnung für das Einsetzen der Abtriebswelle 30 in dem mittleren Teil derselben ausgebildet ist.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind ringförmige Endplatten 44a, 44b, von denen jede zurückgesetzte Teile und vorstehende Teile hat, ähnlich wie dies oben beschrieben wurde, auch am anderen Ende jedes einheitlichen Rotorelements 34a oder 34b vorgesehen, nämlich in der Mitte des Rotors 32. Die Stirnflächen des einheitlichen Rotorelements 34a oder 34b in der Mitte des Rotors bilden den Vorsprung und die Vertiefung, die dem zurückgesetzten Teil und dem vorspringenden Teil der ringförmigen Endplatte 44a oder 44b entsprechen. Derartige Endplatten, die in der Mitte des Rotors angeordnet sind, sind nützlich, wenn jedes einheitliche Rotorelement im Falle eines langen Rotors längs der Mittelachse desselben exakt positioniert werden soll, und die beiden ringförmigen Endplatten 44a und 44b können mit derselben Form ausgebildet werden.
Das Vorsehen der Endplatten ermöglicht eine Verhinderung der Drehung des Rotorkerns 36a um die Verbindungsstange 40, eine Bewegung des Permanentmagneten 38a und des Rotorkerns 36a in radialer Richtung aufgrund von Abmessungsfehlern, die während der Fertigung aufgetreten sind, insbesondere von Fehlern in dem Permanentmagneten 38a,und die Deformation der Anordnung aller Gruppen von Permanentmagneten 38a und dem Rotorkern 36a in Drehrichtung usw. Die Endplatten können durch mechanisches Pressen einer Metallplatte hergestellt werden und werden leicht mit hoher Genauigkeit gefertigt. Daher kann jedes einheitliche Rotorelement 34a und 34b unter Verwendung einer solchen durch Preßformen hergestellten Endplatte exakt positioniert werden. Vorzugsweise wird als Material für die Endplatte ein rostfreier Stahl verwendet, welcher gegenüber einem Magnetfeld isolierende Eigenschaften hat, um einen magnetischen Leckfluß parallel zur Mittelachse des Rotors 32 zu verhindern. Die Endplatte kann auch durch Gießen bzw. Spritzen eines Kunstharzmaterials hergestellt werden.
Auch bei einem Synchronmotor des Typs, bei dem Permanentmagnete an der Oberfläche des Rotorkerns des Motors angebracht werden, können die Permanentmagnete durch eine Endplatte gehalten werden, die der oben beschriebenen Endplatte ähnlich ist, obwohl bei dem oben beschriebenen Synchronmotor der Rotorkern zwischen Permanent magneten gehalten wird.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, kann gemäß der Erfindung ein Rotoraufbau eines Synchronmotors geschaffen werden, bei dem jede der zwei Gruppen einheitlicher Rotorelemente durch Endplatten, die mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden, relativ positioniert werden, um dazwischen einen exakten Winkelunterschied aufrechtzuerhalten, und daher kann die Schlitzwelligkeit reduziert werden.

Bezugszeichenliste

12 Rotor
14 Stator
16 Permanentmagnet
18 Rotorkern
20 Schlitz
30 Abtriebswelle
32 Rotor
34a Rotorelement in erster Winkelstellung
34b Rotorelement in zweiter Winkelstellung
36a Rotorkern
38a Permanentmagnet
40 Verbindungsstange
42a, 42b Endplatte
44a, 44b EndPlatte in zentraler Position
46 vorspringender Teil
48 zurückgesetzter Teil
50 Öffnung für Verbindungsstange
54 durch Ende des Rotorkerns 36a gebildeter Vorsprung
56 durch Ende des Permanentmagneten 38a gebildeter Vorsprung

Claims

1. Rotoraufbau (32) eines Synchronmotors mit einem Rotorkern (36a), der zwischen Permanentmagneten (38a) gehalten ist, wobei jedes von mehreren einheitlichen Rotorelementen (34a, 34b), die den Rotor (32) bilden, um eine zentrale Achse des Rotors (32) herum in einer Winkelstellung oder einer anderen Winkelstellung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorelemente so angeordnet sind, daß sie sich in Übereinstimmung mit einer Periode einer Schlitzwelligkeit des Rotors befinden, daß eine Winkeldifferenz zwischen den beiden Winkelstellungen gleich einem Winkel ist, der einer Halbwelle der Schlitzwelligkeit entspricht, daß die Endbereiche der Permanentmagnetelemente (38a) und der Rotorkernelemente (36a), die gemeinsam das einheitliche Rotorelement (34a, 34b) bilden, in jeder Winkelstellung in einer Richtung parallel zu der Mittelachse Vertiefungen (56) und Vorsprünge (54) bilden, und daß ein Endplattenelement (42a) in Eingriff mit den Vertiefungen (56) und den Vorsprüngen steht, die von den Permanentmagnetelementen (38a) und den Rotorkernelementen (36a) gebildet werden.

2. Rotoraufbau eines Synchronmotors nach Anspruch 1, bei dem die Formen der Aussparungen (56) und der Vorsprünge (54) der beiden Enden des Rotors (32) gleich sind, und bei dem jedes der Endplattenelemente (42a, 42b), die an beiden Enden angeordnet sind, dieselbe Form hat wie das andere.

3. Rotoraufbau eines Synchronmotors nach Anspruch 1, bei dem das Endplattenelement (42a, 42b, 44a, 44b) nicht nur an beiden Enden des Rotors (32), sondern auch zwischen den einheitlichen Rotorelementen (34a, 34b) angeordnet ist.

4. Rotoraufbau eines Synchronmotors nach Anspruch 1, bei dem der Rotor (32) acht Pole hat, und bei dem das Endplattenelement (42a) acht zurückgesetzte Bereiche (48) und acht vorspringende Bereiche (46) aufweist, die alternierend angeordnet sind.

5. Rotoraufbau eines Synchronmotors nach Anspruch 3, bei dem der Rotor acht Pole hat, und bei dem das Endplattenelement (42a, 42b, 44a, 44b) acht zurückgesetzte Bereiche (48) und acht vorspringende Bereiche (46) aufweist, die alternierend angeordnet sind.

6. Rotoraufbau eines Synchronmotors nach Anspruch 1, bei dem das Endplattenelement (42a, 42b) eine Einrichtung umfaßt, welche die Verbindung mit einer Abtriebswelle (30) des Synchronmotors ermöglicht.

7. Rotoraufbau eines Synchronmotors nach Anspruch 3, bei dem Endplattenelemente (42a, 42b), die an beiden Enden des Rotors (32) angeordnet sind, Einrichtungen umfassen, welche die Verbindung mit einer Abtriebswelle (30) des Synchronmotors ermöglichen.