[go: up one dir, main page]

WO2016000697A1 - Elektrische maschine mit mechanischer feldschwächung - Google Patents

Elektrische maschine mit mechanischer feldschwächung Download PDF

Info

Publication number
WO2016000697A1
WO2016000697A1 PCT/DE2015/200262 DE2015200262W WO2016000697A1 WO 2016000697 A1 WO2016000697 A1 WO 2016000697A1 DE 2015200262 W DE2015200262 W DE 2015200262W WO 2016000697 A1 WO2016000697 A1 WO 2016000697A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
permanent magnets
rotor
dynamo
permanent
machine according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2015/200262
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Schencke
Thomas Pfund
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of WO2016000697A1 publication Critical patent/WO2016000697A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
    • H02K21/028—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the magnetic circuit within the field or the armature, e.g. by using shunts, by adjusting the magnets position, by vectorial combination of field or armature sections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • 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
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching

Definitions

  • the invention relates to a permanent magnet dynamoelectric machine with the ability to operate in the field weakening.
  • PSM permanent-magnet synchronous machine
  • PSMs are used in a variety of applications to perform electrical drive tasks. In industrial applications, for example, they are used as servomotors. Due to its high power density compared to other electric machines, the PSM is also considered the preferred drive unit in the field of electromobility. But even as a generator, for example in the field of renewable energy, especially wind power, the PSM is often used.
  • a disadvantage of permanently excited electrical machines compared to electrically excited dynamoelectric machines is that the excitation field in its height can not be changed easily.
  • a reduction of the magnetic excitation flux is desirable in order to operate a dynamoelectric machine in the so-called field weakening range.
  • the field weakening area identifies the area of the constant power at which increasing speed decreases the output from the machine torque.
  • the invention has for its object to provide a permanent-magnet dynamo electric machine with the ability to field weakening, which has a high electrical efficiency.
  • the dynamo-electric pernnan-excited machine comprises a stator and a rotor with magnetic pockets spaced apart from the stator via an air gap, as well as permanent magnets which can be displaced in the radial direction.
  • the special feature of this machine is that the permanent magnets according to the invention at least partially penetrate into the magnetic pockets and in this case the penetration depth of the permanent magnets depends on their radial position, wherein the density of the magnetic air gap flux generated by the permanent magnets in turn depends on the penetration depth.
  • the magnetic pockets guide the permanent magnets in the radial direction.
  • the permanent magnets are preferably magnetized substantially tangentially to the circumferential direction of the rotor.
  • the magnetic pockets preferably extend primarily in the radial and axial directions.
  • the air gap flow of the dynamoelectric machine changes.
  • the rotor is designed such that the density of the air gap flux decreases with decreasing penetration depth.
  • the field weakening operation is initiated by the fact that the permanent magnets are radi al out of the associated magnetic pockets out.
  • the rotor is designed such that a radially outward displacement of the permanent magnets causes a reduction in the penetration depth.
  • the reduction of the air gap flux when the permanent magnets are brought out of the magnetic pockets can now be realized, preferably, by arranging the magnetic pockets in a ferromagnetic material and, viewed radially outwards, a region of lower permeability to the magnetotapes. see connects. Now, if the permanent magnets are moved from radially inward to radially outward, then a part of the permanent magnets, which was previously surrounded by ferromagnetic material, enters a region of significantly lower magnetic conductivity, so that this latter part experiences a higher magnetic resistance. As a result, the total flux density in the air gap is reduced.
  • An embodiment of the dynamoelectric machine in which a radially outward displacement of the permanent magnets has a reduction of the penetration depth, allows in a further particularly advantageous embodiment of the invention, that causes the radially outward displacement of the permanent magnets by increasing centrifugal force with increasing rotor speed becomes. In this way, the field weakening operation can be automatically initiated when the engine is accelerated. An actuator that actively shifts the permanent magnets outwards is not necessary in this case.
  • the permanent magnets may be biased by a spring in the radial direction inwards.
  • This spring tension is dimensioned such that, starting from a rotational speed which represents the limit rotational speed of the engine at maximum engine torque, a further rotational speed increase can only be realized via the field weakening operation.
  • an embodiment of the machine which has a signal input for an error signal and an actuator for active displacement of the permanent magnets out of the magnetic pocket in the case of an applied error signal.
  • the permanent magnets dip in a radially outward displacement in this low-permeability region.
  • a particularly advantageous application for a dynamoelectric machine according to one of the previously described embodiments can be seen in the field of electromobility.
  • the dynamoelectric machine can be designed as a permanent magnet synchronous machine, since this has significant advantages over competing machine types, especially in vehicle applications due to their high power density.
  • the inventive method of mechanical field weakening described here further increases the efficiency of such a machine, which is extremely advantageous, especially with regard to the desirable range extension in electric vehicles.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a rotor of the invention in a first operating state and FIG. 3 shows an embodiment of the rotor according to FIG. 2 in a second operating state.
  • Figure 1 shows a known from the prior art construction of an electrical machine. From a stator 1 with toothed coil technology, only a partial annular cutout is shown. The stator 1 concentrically surrounds a rotor 2 designed as an internal rotor, which is connected in a rotationally fixed manner to a rotor shaft 9. Stator 1 and rotor 2 are spaced apart by an air gap 8.
  • the machine is a permanent magnet synchronous machine.
  • the rotor 2 has permanent magnets 4 buried in magnetic pockets which are magnetized in the circumferential direction of the rotor 2.
  • Each permanent magnet 4 is adjacent in the circumferential direction on both sides of two Flussleit Swissen 6 of highly permeable material, such as stanzp faced electrical steel sheets.
  • the magnetic flux exiting initially from the permanent magnets 4 in the circumferential direction is deflected in a radial direction, so that the magnetic flux lines essentially pass through the air gap 8 in a radial direction.
  • the rotor 2 consists of two further essential elements: an inner rotor part 5 and the flux-conducting pieces 6 positively connected to the inner rotor part 5.
  • the flux-conducting pieces 6 can be pushed axially onto corresponding positive-locking elements 7 of the inner rotor part 5 , In the spaces between the flux guide 7, the corresponding pockets for receiving the permanent magnets 4 are formed.
  • FIG. 1 The two subsequent figures now show by way of example how, based on the invention, the dynamoelectric machine illustrated in FIG. 1 can be modified in order to enable a field weakening operation with a higher electrical efficiency.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a rotor 2 of the invention in a first operating state.
  • the magnetic pockets 3 provided for receiving the permanent magnets 4 are radially offset slightly inwards, so that the permanent magnets 4 are slightly further away from the air gap 8 of the machine in the operational situation illustrated in FIG ,
  • the peculiarity of the electrical machine illustrated in FIG. 2 consists in the fact that the permanent magnets 4 can be pushed out of the magnetic pockets 3 in the radial direction.
  • the permanent magnets 4 are in this case in each operating state at least partially performed by the magnetic pockets 3.
  • the maximum exciter flux of the machine is established.
  • the permanent magnets 4 shown here they penetrate maximally into the magnetic pockets 3.
  • the magnetic flux generated by the permanent magnets 4 thus opposes a minimum magnetic resistance.
  • the magnetic field lines, which emerge tangentially from the permanent magnets 4 substantially in the circumferential direction of the machine, are deflected in the radial direction within the flux guide pieces 6 and pass through the air gap 8 of the machine.
  • the permanent magnets 3 are biased against the groove bottom of the magnet pockets 3 by spring elements 1 1 shown schematically here. Up to a certain speed of the machine, the biasing force of these springs 1 1 is sufficient to hold the permanent magnets 4 against the centrifugal force in this position maximum penetration depth.
  • the outer side of the magnetic pockets 3 is adjoined by a region of lower permeability 10, which has a significantly lower magnetic conductance in comparison to the flux conducting pieces 6.
  • This may be, for example, air, but also a low-permeability solid, in particular plastic.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the rotor according to FIG. 2 in a second operating state in which a field weakening operation occurs.
  • the penetration depth of the permanent magnets 4 in the magnetic pockets 3 has decreased since the permanent magnets 4 have now moved piecemeal into the area of lower permeability 10.
  • the part of the permanent magnets 4, which is located in this region of lower permeability 10, now sees itself confronted with a significantly higher magnetic conductance than the part of the permanent magnets 4 which still lies in the magnetic pockets 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

Dynamoelektrische permanenterregte Maschine aufweisend einen Stator (1), einen vom Stator (1) über einen Luftspalt beabstandeten Rotor (2) mit Magnettaschen (3) und in radialer Richtung verschiebbare Permanentmagnete (4), wobei die Permanentmagnete (4) zumindest teilweise in die Magnettaschen (3) eindringen, wobei die Eindringtiefe der Permanentmagnete (4) von deren radialer Position abhängt und die Dichte des von den Permanentmagneten (4) erzeugten magnetischen Luftspaltflusses von der Eindringtiefe abhängt.

Description

Elektrische Maschine mit mechanischer Feldschwächung
Die Erfindung betrifft eine permanenterregte dynamoelektrische Maschine mit der Fähigkeit, im Feldschwächbereich betrieben werden zu können.
Als Beispiel für eine derartige dynamoelektrische permanenterregte Maschine sei an dieser Stelle die permanenterregte Synchronmaschine (PSM) genannt. PSM kommen in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz, um elektrische Antriebsaufgaben zu verrichten. In industriellen Anwendungen werden sie beispielsweise als Servomotoren eingesetzt. Aufgrund ihrer, im Vergleich zu anderen elektrischen Maschinen, hohen Leistungsdichte gilt die PSM auch als die bevorzugte Antriebsmaschine im Bereich der Elektromobil ität. Aber auch als Generator, beispielsweise im Umfeld regenerativer Energien, insbesondere Windkraft, wird die PSM häufig eingesetzt.
Ein Grund für die weite Verbreitung permanenterregter Synchronmaschinen ist ihr hoher Wirkungsgrad, der darauf zurückzuführen ist, dass auf eine elektri- sehe Erregung verzichtet werden kann. Das Erregerfeld wird durch die in der Regel im Rotor angeordneten Permanentmagnete verursacht. Neben dem erhöhten Wirkungsgrad hat die permanente Erregung gegenüber einer elektrischen Erregung auch noch den Vorteil, dass auf verschleißbehaftete Schleifringkontakte zur Versorgung einer rotierenden Erregerspule verzichtet werden kann.
Ein Nachteil permanenterregter elektrischer Maschinen gegenüber elektrisch erregter dynamoelektrischer Maschinen besteht jedoch darin, dass das Erregerfeld in seiner Höhe nicht ohne Weiteres verändert werden kann. So ist bei- spielsweise eine Reduktion des magnetischen Erregerflusses wünschenswert, um eine dynamoelektrische Maschine im sogenannten Feldschwächbereich zu betreiben. Der Feldschwächbereich kennzeichnet im Kennlinienfeld einer dynamoelektrischen Maschine den Bereich der konstanten Leistung, bei dem mit zunehmender Drehzahl das von der Maschine abgegebene Drehmoment abnimmt. Durch Ansteuerung der Maschine im Feldschwächbereich ist es möglich, die dynamoelektrische Maschine über ihre Nenndrehzahl hinaus zu betreiben.
Bei einer elektrisch erregten dynamoelektrischen Maschine kann dieser Kennlinienbereich sehr einfach durch Reduktion des Erregerstroms angesteuert werden. Zwar sind auch bei permanenterregten Maschinen Möglichkeiten bekannt, über eine geeignete Bestromung des Ständers der Maschine eine Luft- spaltfeldkomponente hervorzurufen, die den von dem Permanentmagneten erzeugten Erregerfeld entgegenwirken und dieses somit schwächt. Jedoch ist eine solche Ansteuerung der Maschine mit deutlich erhöhten Verlusten und einer damit einhergehenden Reduktion des Wirkungsgrades verbunden. Um permanenterregte dynamoelektrische Maschinen im Feldschwächbereich betreiben zu können, ohne hierbei den Wirkungsgrad nennenswert zu verschlechtern, sind aus dem Stand der Technik Verfahren zur mechanischen Feldschwächung bekannt. So zeigt die US20060091752A1 eine dynamoelektrische permanenterregte Maschine mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 . In diese Schrift ist ein Außenläufermotor offenbart, bei dem die Feldschwächung durch eine Vergrößerung des effektiven Luftspaltes zwischen dem Rotor und dem Stator der Maschine bewirkt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine permanenterregte dynamo- elektrische Maschine mit der Möglichkeit zum Feldschwächbetrieb anzugeben, die einen hohen elektrischen Wirkungsgrad aufweist.
Die Aufgabe wird durch eine dynamoelektrische permanenterregte Maschine mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind den anhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. Die erfindungsgemäße dynamoelektrische pernnanenterregte Maschine umfasst einen Stator und einen vom Stator über einen Luftspalt beabstandeten Rotor mit Magnettaschen sowie in radialer Richtung verschiebbare Permanentmagnete.
Die Besonderheit dieser Maschine besteht darin, dass die Permanentmagnete erfindungsgemäß zumindest teilweise in die Magnettaschen eindringen und hierbei die Eindringtiefe der Permanentmagnete von deren radialer Position abhängt, wobei die Dichte des von den Permanentmagneten erzeugten magne- tischen Luftspaltflusses wiederum von der Eindringtiefe abhängt. Die Magnettaschen führen die Permanentmagnete in radialer Richtung. Die Permanentmagnete sind vorzugsweise im Wesentlichen tangential zur Umfangsrichtung des Rotors magnetisiert. Die Magnettaschen erstrecken sich vorzugsweise primär in radialer und axialer Richtung. Je nach Eindringtiefe der Permanent- magnete in die zur Führung dienenden Magnettaschen ändert sich der Luft- spaltfluss der dynamoelektrischen Maschine. Somit kann durch eine geeignete radiale Positionierung der Permanentmagnete innerhalb der Magnettaschen zwischen einem Normalbetrieb der dynamoelektrischen Maschine mit hohem Luftspaltfluss und einem Feldschwächbetrieb der dynamoelektrischen Maschi- ne mit reduziertem Luftspaltfluss variiert werden.
Vorzugsweise ist hierbei der Rotor derart gestaltet, dass die Dichte des Luftspaltflusses mit abnehmender Eindringtiefe abnimmt. Mit anderen Worten wird der Feldschwächbetrieb dadurch eingeleitet, dass die Permanentmagnete radi- al aus den zugeordneten Magnettaschen heraus verschoben werden.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei der Rotor derart gestaltet, dass eine radial nach außen gerichtete Verschiebung der Permanentmagnete eine Reduktion der Eindringtiefe verursacht. Die Reduktion des Luftspaltflusses beim Herausführen der Permanentmagnete aus den Magnettaschen lässt sich nun vorzugsweise dadurch realisieren, dass die Magnettaschen in einem ferromagnetischen Material angeordnet sind und sich nach radial außen betrachtet ein Bereich geringerer Permeabilität an die Magnetta- sehen anschließt. Werden nun die Permanentmagnete von radial innen nach radial außen verschoben, so tritt ein Teil der Permanentmagnete, der zuvor von ferromagnetischem Material umgeben war, in einen Bereich deutlich geringerer magnetischer Leitfähigkeit ein, sodass dieser letztgenannte Teil einen höheren magnetischen Widerstand erfährt. Hierdurch wird insgesamt die Flussdichte im Luftspalt reduziert.
Eine Ausgestaltung der dynamoelektrischen Maschine, bei der eine radial nach außen gerichtete Verschiebung der Permanentmagnete einer Reduktion der Eindringtiefe zur Folge hat, erlaubt in weiterer besonders vorteilhafter Ausbildung der Erfindung, dass die nach radial außen gerichtete Verschiebung der Permanentmagnete durch eine mit zunehmender Rotordrehzahl zunehmende Fliehkraft bewirkt wird. Auf diese Art und Weise kann der Feldschwächbetrieb beim Beschleunigen der Maschine automatisch eingeleitet werden. Ein Aktor, der die Permanentmagnete aktiv nach außen verschiebt, ist hierbei nicht notwendig.
Beispielsweise können die Permanentmagnete durch eine Feder in radialer Richtung nach innen vorgespannt sein. Dieser Federspannung ist derart be- messen, dass ab einer Drehzahl, die die Grenzdrehzahl der Maschine bei maximalem Motormoment darstellt, eine weitere Drehzahlerhöhung nur noch übre den Feldschwächbetrieb realisierbar ist.
In vielen Anwendungen ist es jedoch auch wünschenswert, dass die Erregung der dynamoelektrischen Maschine aktiv reduziert bzw. vollständig eliminiert werden kann. Dies ist beispielsweise in einem Fehlerfall der Maschine oder eines mit der Maschine betriebenen Systems häufig der Fall. Für einen solchen Anwendungsfall ist eine Ausführungsform der Maschine vorteilhaft, die einen Signaleingang für ein Fehlersignal und einen Aktor zum aktiven Verschieben der Permanentmagnete aus der Magnettasche heraus im Falle eines anliegenden Fehlersignals aufweist. Durch eine bevorzugte Verwendung tangential zur Umfangsrichtung magneti- sierter Pernnanentnnagnete ist es möglich, die dynamoelekthschen Maschine als Innenläufermaschine auszubilden, bei der eine radial nach außen gerichtete Verschiebung der Pernnanentnnagnete eine Feldschwächung zur Folge hat. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Magnettaschen in radialer Richtung nach außen betrachtet an einen Bereich geringerer Permeabilität und somit höherem magnetischen Widerstand anschließen. Bei einer derartigen Ausführungsform tauchen die Permanentmagnete bei einer Verschiebung radial nach außen in diesen niederpermeablen Bereich ein.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung für eine dynamoelektrische Maschine nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist im Bereich der Elektromobilität zu sehen. Beispielsweise kann hierbei die dynamoelektrischen Maschine als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet sein, da diese insbesondere in Fahrzeuganwendungen aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte deutliche Vorteile gegenüber konkurrierenden Maschinentypen aufweist. Durch die hier beschriebene erfindungsgemäße Möglichkeit der mechanischen Feldschwächung wird der Wirkungsgrad einer solchen Maschine weiter erhöht, was insbesondere im Hinblick auf die wünschenswerte Reichweitenverlängerung bei Elektrofahrzeugen äußerst vorteilhaft ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen näher beschrieben. Elementen mit gleicher Funktion ist hierbei in allen Figuren das gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
Es zeigen:
Figur 1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau einer elekt- rischen Maschine,
Figur 2 eine Ausführungsform eines Rotors der Erfindung in einem ersten Betriebszustand und Figur 3 eine Ausführung des Rotors nach Figur 2 in einem zweiten Betriebszustand. Figur 1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau einer elektrischen Maschine. Von einem Stator 1 mit Zahnspulentechnik ist nur ein teilringförmiger Ausschnitt dargestellt. Der Stator 1 umgibt konzentrisch einen als Innenläufer ausgebildeten Rotor 2, der drehfest mit einer Rotorwelle 9 verbunden ist. Stator 1 und Rotor 2 sind über einen Luftspalt 8 voneinander beabstandet.
Bei der Maschine handelt es sich eine permanenterregte Synchronmaschine. Zur Erzeugung des Erregerfeldes weist der Rotor 2 in Magnettaschen vergrabene Permanentmagnete 4 auf, die in Umfangsrichtung des Rotors 2 magneti- siert sind. Jeder Permanentmagnet 4 ist in Umfangsrichtung beidseitig von zwei Flussleitstücken 6 aus hochpermeablem Material, beispielsweise stanzpaketierten Elektroblechen, benachbart. Innerhalb dieser Flussleitstücke 6 wird der zunächst in Umfangsrichtung aus den Permanentmagneten 4 austretende magnetische Fluss in eine Radialrichtung umgelenkt, sodass die magnetischen Flusslinien den Luftspalt 8 im Wesentlich radial durchsetzen.
Der Rotor 2 besteht neben den Permanentmagneten 4 aus zwei wesentlichen weiteren Elementen: einem inneren Rotorteil 5 und die mit dem inneren Rotorteil 5 formschlüssig verbundenen Flussleitstücke 6. Bei der Montage können die Flussleitstücke 6 axial auf entsprechende Formschlusselemente 7 des in- neren Rotorteils 5 aufgeschoben werden. In den Zwischenräumen zwischen den Flussleitelementen 7 bilden sich die entsprechenden Taschen zur Aufnahme der Permanentmagnete 4 aus.
Um eine solche permanenterregte dynamoelektrische Maschine im Feld- Schwächbereich betreiben zu können, muss in den Statorstrom eine geeignete Stromkomponente eingeprägt werden, die dem von den Permanentmagneten erzeugten Erregerfeld entgegenwirkt. Eine derartige elektrische Feldschwächung, die sich beispielsweise mithilfe der bekannten feldorientierten Regelung realisieren lässt, ist mit erhöhten Verlusten innerhalb der Maschine und einer damit einhergehenden Reduktion ihres Wirkungsgrades verbunden.
Die beiden darauffolgenden Figuren zeigen nunmehr beispielhaft, wie auf Grundlage der Erfindung die in Figur 1 dargestellte dynamoelektrische Maschine modifiziert werden kann, um einen Feldschwächbetrieb mit höherem elektrischen Wirkungsgrad zu ermöglichen.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform eines Rotors 2 der Erfindung in einem ers- ten Betriebszustand. Im Vergleich zu der in Figur 1 dargestellten elektrischen Maschine sind hier die zur Aufnahme der Permanentmagnete 4 vorgesehenen Magnettaschen 3 radial ein Stück nach innen versetzt, sodass sich die Permanentmagnete 4 in der in Figur 2 dargestellten betrieblichen Situation etwas weiter vom Luftspalt 8 der Maschine entfernt befinden.
Die Besonderheit der in Figur 2 dargestellten elektrischen Maschine besteht nun darin, dass sich die Permanentmagnete 4 in radialer Richtung aus den Magnettaschen 3 herausschieben lassen. Die Permanentmagnete 4 sind hierbei in jedem Betriebszustand zumindest stückweise von den Magnettaschen 3 geführt.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Betriebszustand stellt sich der maximale Erre- gerfluss der Maschine ein. In der hier dargestellten radial betrachtet inneren Position der Permanentmagnete 4 dringen diese maximal in die Magnettaschen 3 ein. Auf diese Art und Weise ist ein maximaler Anteil des Magnetmaterials in unmittelbarer Nachbarschaft zu den hochpermeablen Flussleitstücken 6 angeordnet. Der von den Permanentmagneten 4 erzeugte magnetische Fluss sieht sich somit einem minimalen magnetischen Widerstand entgegen. Die magnetischen Feldlinien, die aus den Permanentmagneten 4 im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Maschine tangential austreten, werden innerhalb der Flussleitstücke 6 in radiale Richtung umgelenkt und durchsetzen den Luftspalt 8 der Maschine. Die Permanentmagnete 3 sind gegen den Nutgrund der Magnettaschen 3 durch hier schematisch dargestellte Federelemente 1 1 vorgespannt. Bis zu einer gewissen Drehzahl der Maschine reicht die Vorspannkraft dieser Federn 1 1 , um die Permanentmagnete 4 entgegen der Fliehkraft in dieser Position maximaler Eindringtiefe zu halten.
Bei zunehmender Drehzahl hingegen bewirkt die Fliehkraft, dass sich die Permanentmagnete 4 radial betrachtet gegen die Vorspannkraft der Federn 1 1 nach außen bewegen und somit die Eindringtiefe der Permanentmagnete 4 in den Magnettaschen 3 abnimmt.
In radialer Richtung betrachtet, schließt sich nach außen hin an die Magnettaschen 3 ein Bereich geringerer Permeabilität 10 an, der im Vergleich zu den Flussleitstücken 6 einen deutlich geringeren magnetischen Leitwert aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um Luft handeln, aber auch um einen nie- derpermeablen Feststoff, insbesondere Kunststoff. Wenn nun die Permanentmagnete bei zunehmender Drehzahl und mithin zunehmender Fliehkraft aus den Magnettaschen 3 heraus bewegt werden, treten sie in diesen Bereich geringerer Permeabilität 10 ein und es stellt sich der in Figur 3 dargestellte Be- triebszustand ein.
So zeigt Figur 3 eine Ausführung des Rotors nach Figur 2 in einem zweiten Betriebszustand, bei dem sich ein Feldschwächbetrieb einstellt. Die Eindringtiefe der Permanentmagneten 4 in den Magnettaschen 3 hat abgenommen, da sich die Permanentmagnete 4 nun stückweise in den Bereich geringerer Permeabilität 10 bewegt haben. Der Teil der Permanentmagnete 4, der sich in diesem Bereich geringerer Permeabilität 10 befindet, sieht sich nunmehr einem deutlich höheren magnetischen Leitwert gegenübergestellt als der Teil der Permanentmagnete 4, der noch in den Magnettaschen 3 liegt.
Durch diese Erhöhung des magnetischen Widerstandes wird schließlich der Luftspaltfluss gegenüber der Situation nach Figur 2 reduziert und die Maschine kann einen Drehzahlbereich anfahren, der oberhalb ihres Nenndrehzahlbereiches liegt.
Bezugszahlenliste
1 Stator
2 Rotor
3 Magnettaschen
4 Pernnanentnnagnete
5 inneres Rotorteil
6 Flussleitstücke
7 Formschlusselemente
8 Luftspalt
9 Rotorwelle
10 Bereich geringerer Permeabilität
1 1 Feder

Claims

Patentansprüche
1 . Dynamoelektrische permanenterregte Maschine aufweisend
• einen Stator (1 ),
• einen vom Stator (1 ) über einen Luftspalt beabstandeten Rotor (2) mit Magnettaschen (3) und
· in radialer Richtung verschiebbare Permanentmagnete (4),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Permanentmagnete (4) zumindest teilweise in die Magnettaschen (3) eindringen, wobei die Eindringtiefe der Permanentmagnete (4) von deren radialer Position abhängt und die Dichte des von den Permanentmagneten (4) erzeug- ten magnetischen Luftspaltflusses von der Eindringtiefe abhängt.
2. Dynamoelektrische permanenterregte Maschine nach Anspruch 1 , wobei der Rotor (2) derart gestaltet ist, dass die Dichte des Luftspaltflusses mit abnehmender Eindringtiefe abnimmt.
3. Dynamoelektrische permanenterregte Maschine nach Anspruch 2, wobei der Rotor (2) derart gestaltet ist, dass eine radial nach außen gerichtete Verschiebung der Permanentmagnete (4) eine Reduktion der Eindringtiefe verursacht.
4. Dynamoelektrische permanenterregte Maschine nach Anspruch 3, wobei die Magnettaschen (3) in einem ferromagnetischen Material angeordnet sind und sich nach radial außen betrachtet ein Bereich geringerer Permeabilität an die Magnettaschen (3) anschließt.
5. Dynamoelektrische permanenterregte Maschine nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Rotor (2) derart ausgebildet ist, dass die nach radial außen gerichtete Verschiebung der Permanentmagnete (4) durch eine mit zunehmender Rotordrehzahl zunehmende Fliehkraft bewirkt wird.
6. Dynamoelektrische pernnanenterregte Maschine nach Anspruch 5, wobei die Pernnanentnnagnete (4) durch eine Feder in radialer Richtung nach innen vorgespannt sind.
7. Dynamoelektrische permanenterregte Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6 mit einem Signaleingang für ein Fehlersignal und einem Aktor zum aktiven Verschieben der Permanentmagnete (4) aus der Magnettasche (3) heraus im Falle eines anliegenden Fehlersignals.
8. Dynamoelektrische permanenterregte Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Permanentmagnete (4) im Wesentlichen tangential zur Umfangsrichtung des Rotors (2) magnetisiert sind.
9. Dynamoelektrische permanenterregte Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor (2) als Innenläufer ausgebildet ist.
10. Zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer dynamoelektrischen Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
PCT/DE2015/200262 2014-07-03 2015-04-16 Elektrische maschine mit mechanischer feldschwächung Ceased WO2016000697A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014212871.4 2014-07-03
DE102014212871.4A DE102014212871A1 (de) 2014-07-03 2014-07-03 Elektrische Maschine mit mechanischer Feldschwächung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016000697A1 true WO2016000697A1 (de) 2016-01-07

Family

ID=53276691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2015/200262 Ceased WO2016000697A1 (de) 2014-07-03 2015-04-16 Elektrische maschine mit mechanischer feldschwächung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102014212871A1 (de)
WO (1) WO2016000697A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023112743A1 (de) 2023-05-15 2024-11-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur regelung mechanisch feldgeschwächter elektrischer maschinen
US12166389B1 (en) * 2023-06-06 2024-12-10 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Centrifugal magnetic flux adjuster electrical motor
US12466410B2 (en) 2021-05-12 2025-11-11 Volvo Truck Corporation Electric machine with a variable stator geometry configured for adjustable power loss

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017106828A1 (de) * 2017-03-30 2018-10-04 Schaeffler Technologies AG & Co. KG E-Motor mit Umschaltelementen im Magnetkreis
DE102020102457B4 (de) 2020-01-31 2024-01-25 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektrische Maschine mit durch Klemmen fixierter Rotormagnete; sowie Verfahren zur Montage eines Rotors
DE102020115286A1 (de) 2020-06-09 2021-12-09 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektromotor mit Aufnahmetaschen zur Aufnahme von Magneten

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07288940A (ja) * 1994-04-13 1995-10-31 Meidensha Corp 永久磁石回転電機
JPH0965591A (ja) * 1995-08-24 1997-03-07 Toyota Motor Corp 永久磁石モータ
US20060091752A1 (en) 2004-11-04 2006-05-04 Taku Adaniya Electric motor and electric compressor
US20090026864A1 (en) * 2007-07-26 2009-01-29 Kura Laboratory Corporation Field controllable rotating electric machine system with flux shunt control
DE102012201347A1 (de) * 2012-01-31 2013-08-01 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektromaschine, insbesondere Elektromotor für ein Kraftfahrzeug

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07288940A (ja) * 1994-04-13 1995-10-31 Meidensha Corp 永久磁石回転電機
JPH0965591A (ja) * 1995-08-24 1997-03-07 Toyota Motor Corp 永久磁石モータ
US20060091752A1 (en) 2004-11-04 2006-05-04 Taku Adaniya Electric motor and electric compressor
US20090026864A1 (en) * 2007-07-26 2009-01-29 Kura Laboratory Corporation Field controllable rotating electric machine system with flux shunt control
DE102012201347A1 (de) * 2012-01-31 2013-08-01 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektromaschine, insbesondere Elektromotor für ein Kraftfahrzeug

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12466410B2 (en) 2021-05-12 2025-11-11 Volvo Truck Corporation Electric machine with a variable stator geometry configured for adjustable power loss
DE102023112743A1 (de) 2023-05-15 2024-11-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur regelung mechanisch feldgeschwächter elektrischer maschinen
WO2024235388A1 (de) 2023-05-15 2024-11-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur regelung mechanisch feldgeschwächter elektrischer maschinen
US12166389B1 (en) * 2023-06-06 2024-12-10 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Centrifugal magnetic flux adjuster electrical motor
US20240413723A1 (en) * 2023-06-06 2024-12-12 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Centrifugal magnetic flux adjuster electrical motor

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014212871A1 (de) 2016-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014212872A1 (de) Elektrische Maschine mit mechanischer Feldschwächung und Fail-Safe-Aktuatorik
WO2016000698A1 (de) Dynamoelektrische maschine mit verschiebbaren flussleitstücken
WO2016000697A1 (de) Elektrische maschine mit mechanischer feldschwächung
DE102009038928A1 (de) Elektromotor
DE102015111480A1 (de) Rotor und elektrische Maschine
DE102008019734A1 (de) Elektrische Maschine und Rotor für dieselbe
WO2003030332A2 (de) Elektromotor, insbesondere elektronisch kommutierter gleichstrommotor
DE102017220941A1 (de) Elektrische Maschine mit erhöhter Betriebssicherheit
EP1564868B1 (de) Elektrische Maschine
EP2770616A1 (de) Elektrische Maschine mit geteiltem Stator
DE102010061784A1 (de) Optimierter Speichenrotor
DE102011101730A1 (de) Elektromotor
WO2021164815A1 (de) Elektromotor mit feldverstärkung
DE102010043970A1 (de) Elektrische Maschine für einen Lenkantrieb
EP2876789B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Rotors
EP2996222A1 (de) Rotor für eine elektrische Maschine
DE102008044187A1 (de) Elektrische Maschine, insbesondere Klauenpolgenerator
EP3447299B1 (de) Einstellring
WO2020207861A1 (de) Statorzahn mit asymmetrischer zahngeometrie
EP2584682B1 (de) Elektrische Maschine sowie Verwendung einer elektrischen Maschine
DE102004014986A1 (de) Elektromotor
WO2011151138A2 (de) Elektrische maschine mit reduzierter geräuschentwicklung
DE102011008076A1 (de) Maschinenbauteil in Form eines Rotors oder Stators für eine elektrische Maschine und elektrische Maschine
DE102022116139A1 (de) Rotor für eine elektrische Maschine und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102014212870A1 (de) Dynamoelektrische Maschine mit mechanischer Feldschwächung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15726528

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15726528

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1