CN106489230A - 具有可移动的磁通量引导件的电动发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有机械的磁场削弱的电动发电机。在效率方面有利的构造通过下述机器得到，所述机器具有：定子(1)；与定子(1)经由气隙(8)间隔开的转子(2)；设置在转子(2)上的磁体凹部(3)中的永磁体(4)，所述永磁体用于在气隙(8)中产生励磁磁场；和可在径向伸展的槽(12)中引导的可移动的磁通量引导件(10)，经由所述磁通量引导件的径向位置，能够影响气隙(8)中的励磁磁场的密度，其中漏磁通量引导件(10)沿径向方向观察设置在永磁体(4)之下。

Description

具有可移动的磁通量引导件的电动发电机

技术领域

本发明涉及一种永久励磁的电动发电机，所述电动发电机能够在磁场削弱区域中运行。

背景技术

这种电机的示例是所谓的永久励磁的同步电机。永久励磁的同步电机用在需完成电驱动任务的多个领域中。在工业应用中，例如在机床或生产机器中，其用作为高动态的伺服电机。由于其与其他机器类型相比高的功率密度，所述永久励磁的同步电机优选也应用在电动交通的领域中，在那里，可用的结构空间通常大小有限。但是，永久励磁的同步电机通常也用作为发电机，例如在环境中再生的能量，例如风力。

与电励磁的同步电机相比，永久励磁的同步电机的特征在于提高的效率。由于永久励磁的同步电机能够放弃电励磁，节约了欧姆损耗。机器的励磁磁场通常由永磁体产生，所述永磁体设置在机器的转子中。在永久励磁的同步电机中，能够放弃滑环接触部，所述滑环接触部在电励磁的同步电机中是必需的，以便用电流供给设置在转子上的励磁线圈。由此，永久励磁的机器的维护耗费也相对于电励磁的机器降低。

然而，永久励磁的缺点在于，不能容易地改变励磁磁场。原则上，同步电机能够通过下述方式不在其额定转速上运行：控制所谓的磁场削弱区域。在所述区域中，机器以最大的额定功率运行，其中随着转速增大，由机器输出的转矩减小。电励磁的同步电机能够非常简单地通过下述方式在磁场削弱区域中运行：产生励磁电流。

虽然在永久励磁的机器中已知如下方案：经由机器的定子的适当的通电产生气隙磁场分量，所述气隙磁场分量与由永磁体产生的励磁磁场相反作用，进而削弱所述励磁磁场。然而，对机器的这种控制引起提高的损耗，使得机器在所述区域中仅能够以降低的效率运行。

为了能够使永久励磁的电动发电机在磁场削弱区域中运行，而在此机器的效率不明显变差，从现有技术中已知用于机械的磁场削弱的方法。因此，CN101783536A示出具有埋入的沿切向方向磁化的永磁体的永久励磁的同步电机，分别径向向外观察，可径向移动的短路块连接于所述永磁体。所述短路块经由弹簧预紧，使得所述短路块在转子转速低时处于转子的磁绝缘的区域中。随着转速增大，短路块克服弹簧拉力被向外压，在那里，所述短路块为磁通量形成短路路径。经由所述短路路径引导的漏磁通量减小机器的有效气隙通量，使得控制磁场削弱运行。

发明内容

本发明基于的目的是，能够实现相对于已知的现有技术改进的机械的磁场削弱。

所述目的通过具有根据权利要求1的特征的永久励磁的电动发电机来实现。

本发明的有利的实施方式可在从属权利要求中得出。

根据本发明的电动发电机包括定子和经由气隙与定子间隔开的转子。为了在机器的气隙中产生励磁磁场，在转子的磁体凹部中设置有永磁体。为了能够以机械的方式和方法引起磁场削弱，机器还包括在径向伸展的槽中引导的可移动的漏磁通量引导件。经由所述漏磁通量引导件的径向位置，能够影响气隙中的励磁磁场的密度。

现在，本发明基于下述知识，通过下述方式能够明显减少成本密集的磁体材料的使用：漏磁通量引导件沿径向方向观察设置在永磁体之下。因此，永磁体靠近机器的气隙，使得由永磁体产生的磁场在转子的铁中经受小的磁阻。在根据本发明的设置中可避免：如在CN101783536A中提出的永磁体被气隙间隔开，用于实现用于可运动的漏磁通量引导件的空间。

有利地，在此，永磁体基本上切向于转子的环周方向磁化。换言之，永磁体的磁化方向以正交于径向方向和转子的轴向对称轴线的方式构成。

在本发明的尤其有利的设计方案中，转子的特征在于，漏磁通量引导件的径向向外定向的移动引起励磁通量的密度的减小。以所述方式和方法，能够利用离心力来控制磁场削弱运行，所述离心力随着转子转速增大而升高。为了在转子转速低时提供完全由永磁体产生的通量，能够将漏磁通量引导件例如通过弹簧沿径向方向向内预紧。通过随着转子转速增大而升高的离心力，漏磁通量引导件克服弹簧拉力向外加速，进而提高机器的漏磁通量。

此外，在本发明的另一个有利的设计方案中，永久励磁的电动发电机包括用于故障信号的信号输入端以及用于将漏磁通量件径向向外主动移动的执行器。如果现在例如在电运行的交通工具中已知故障，那么借助于执行器，全部励磁通量能够经由漏磁通件与机器转速无关地短路。

机器的另一个有利的构成方案的特征在于，槽设置在具有第一导磁率的第一材料中，磁体凹部设置在具有第二导磁率的第二材料中，所述第二导磁率大于第一导磁率，其中槽与磁体凹部径向对齐地设置，使得漏磁通量引导件能够至少部分地从槽移动到磁体凹部中。只要漏磁通量引导件处于具有低导磁率的第一材料的区域中，那么所述漏磁通量引导件不对由永磁体产生的磁通量示出明显的漏磁通量路径。为了导入磁场削弱区域，将漏磁通量引导件分别从槽移动到磁体凹部中，使得所述漏磁通量引导件越来越接近具有较高的导磁率的第二材料。漏磁通量引导件进入到磁体凹部越深，那么越高导磁率的转子材料可用于漏磁通量。

在本发明的另一有利的设计方案中，用于转子的轮辐构造类型通过下述方式产生：转子具有中央的、基本上柱形的、由第一材料构成的基本体，其中构成有槽和横截面呈部分环形的、由第二材料构成的多个磁通量引导件，多个磁通量引导件在基本体的侧表面上设置成完整的环，其中各两个磁通量引导件通过磁体凹部沿环周方向彼此间隔开。磁通量引导件在此能够形状配合地与基本体连接。得到分区段的转子构造形式，所述转子构造在生产成本方面也具有显著的优点。例如能够考虑的是，柱形的基本体由第一低导磁的材料构成为实心体，并且磁通量引导件由高导磁的电工钢板构成，所述电工钢板在轴向方向上相互冲压封装。由于磁通量引导件具有呈部分环形的横截面，与全圆形的或全环形的元件相比，减少钢板边角料。

根据在之前描述的实施方式中的一个实施方式的电动发电机突出地适合应用在至少部分地电驱动的交通工具中，例如电池运行的电交通工具或混合动力交通工具。

附图说明

下面，本发明根据在附图中示出的示例性的实施方式详细描述。

具有相同功能的元件在此在全部附图中设有相同的附图标记。

附图示出：

图1示出永久励磁的电动发电机的从现有技术中已知的构造；

图2示出处于第一运行状态的根据本发明的转子的实施方式；以及

图3示出处于第二运行状态的根据图2的转子的实施方式。

具体实施方式

图1示出永久励磁的电动发电机的从现有技术中已知的构造。在以齿绕线圈技术制成的定子1中仅示出呈部分环形的局部。定子1同心地包围构成为内部旋转体的转子2，所述转子抗扭地与转子轴9连接。定子1和转子2沿径向方向经由气隙8彼此间隔开。为了产生径向地充满气隙8的励磁磁场，转子2具有埋入磁体凹部的永磁体4。所述永磁体4沿转子2的环周方向磁化，进而正交于转子的径向和轴向方向磁化。每个永磁体4沿环周方向在两侧与两个由高导磁材料构成的磁通量引导件6相邻，所述高导磁材料例如是冲压封装的电工钢板。在所述磁通量引导件6之内，首先沿环周方向离开永磁体4的磁通量朝向径向方向偏转，使得磁通线基本上径向地遍布气隙8。转子2除了永磁体4之外由两个其他主要元件构成：基本体5，所述基本体形成与转子轴9的抗扭的连接，并且设置在转子2的径向内部区域中；和与所述基本体5形状配合地连接的磁通量引导件6。在安装时，能够将磁通量引导件6轴向地推到基本体5的相应的形状配合元件7上。磁通量引导件6的环周侧的扩展在此选择成，使得在磁通量引导件之间的中间空间中留有用于容纳永磁体4的磁体凹部。

为了能够将这种永久励磁的电动发电机在磁场削弱区域中运行，必须将适当的电流分量注入到机器的定子电流中，所述电流分量与由永磁体4产生的励磁磁场反作用。然而，这种电的磁场削弱与机器之内的提高的损耗进而与伴随于此的其效率的降低相关联，该电的磁场削弱例如能够借助于已知的磁场导向控制实现。

现在，随后两个附图示例性地示出，能够如何基于本发明改进在图1中示出的电动发电机，以便能够实现具有高的电效率的磁场削弱运行。

图2示出处于第一运行状态的根据本发明的转子2的实施方式。出于清楚的原因，放弃示出定子1，因为本发明仅在转子2的构造方面表现。因此，在此也能够考虑由齿绕线圈缠绕的定子，如所述定子在图1中示出。

在示出的运行状态下，机器以小于或等于机器额定转速的转速运行。在这种运行状态下，提供最大可能的励磁通量。在图中示出的转子2也包括基本上柱形构成的基本体5，沿径向方向高导磁的磁通量引导件6沿环周方向彼此相邻地连接于所述基本体。为了将磁通量引导件6与基本体5连接，在此也设有形状配合元件7。基本上柱形的基本体5由第一材料制成，磁通量引导件6由所述第二材料制成，其中所述第一材料的导磁率明显小于第二材料的导磁率。理想地，基本体5的第一材料是近似磁绝缘的。

在基本体5中加工槽12，在所述槽中径向地引导漏磁通量引导件。槽12在径向方向上与磁体凹部3对齐，所述磁体凹部将磁通量引导件6沿环周方向彼此隔开并且容纳用于产生励磁通量的永磁体4。通过槽12和磁体凹部3的所述对齐的设置，能够实现漏磁通量引导件10的径向定向的移动。漏磁通量引导件10因此能够径向地向外定向，即朝向气隙8的方向离开槽12移动到磁体凹部3中。在图2中示出的位置中，漏磁引导件10位于槽12的处于径向内部的底部上。所述位置在示出的运行状态下通过示意地示出的弹簧11迫拉，所述弹簧将漏磁通量引导件12径向地预紧到所述槽底部上。

在该示出的位置中，漏磁通量引导件10由基本体5的低导磁的材料在环周方向上包围。在所述位置中，漏磁通量引导件10几乎不对机器的气隙8中的有效磁通量产生影响。

相反地，图3示出处于第二运行状态的根据图2的转子2的实施方式。在所述运行状态中，转子2具有明显高于额定转速的转速。伴随于此的离心力将磁通量引导件10克服弹簧11的预紧力沿径向方向从槽12移动到磁体凹部3中。高导磁的漏磁通量引导件10现在沿环周方向与同样高导磁的磁通量引导件6相邻。这引起，由永磁体4产生的磁通量的大部分现在经由漏磁通量引导件10闭合。所述通量部分因此不再可用于在气隙8中产生励磁通量。因此，在磁场削弱运行中运行机器。

附图标记列表：

1 定子

2 转子

3 磁体凹部

4 永磁体

5 基本体

6 磁通量引导件

7 形状配合元件

8 气隙

9 转子轴

10 漏磁通量引导件

11 弹簧

12 槽

Claims (10)

1.一种永久励磁的电动发电机，具有：

·定子(1)；

·转子(2)，所述转子与所述定子(1)经由气隙(8)间隔开；

·永磁体(4)，所述永磁体用于在所述气隙(8)中产生励磁磁场，所述永磁体设置在所述转子(2)上的磁体凹部(3)中；和

·能移动的漏磁通量引导件(10)，所述漏磁通量引导件在径向伸展的槽(12)中引导，经由所述漏磁通量引导件的径向位置能够影响所述气隙(8)中的所述励磁磁场的密度，

其特征在于，

所述漏磁通量引导件(10)沿径向方向观察设置在所述永磁体(4)下方。

2.根据权利要求1所述的永久励磁的电动发电机，其中所述永磁体(4)基本上切向于所述转子(2)的环周方向磁化。

3.根据权利要求1或2所述的永久励磁的电动发电机，其中所述转子(2)构造成，使得所述漏磁通量引导件(10)的径向向外定向的移动引起所述励磁通量的密度减小。

4.根据权利要求3所述的永久励磁的电动发电机，其中所述转子(2)构造成，使得所述漏磁通量引导件(10)的径向向外定向的移动通过离心力引起，所述离心力随着转子转速增大而增大。

5.根据权利要求4所述的永久励磁的电动发电机，其中所述漏磁通量引导件通过弹簧(11)沿径向方向向内预紧。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的永久励磁的电动发电机，具有用于故障信号的信号输入端和用于将所述漏磁通量引导件(10)径向向外地主动移动的执行器。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的电动发电机，其中

·所述槽(12)设置在具有第一导磁率的第一材料中；

·所述磁体凹部(3)设置在具有第二导磁率的第二材料中，所述第二导磁率大于所述第一导磁率；

·其中所述槽(12)与所述磁体凹部(3)径向对齐地设置，使得所述漏磁通量引导件(10)能够至少部分地从槽(12)移动到磁体凹部(3)中。

8.根据权利要求7所述的永久励磁的电动发电机，其中所述转子(2)

·具有中央的、基本上圆柱形的由所述第一材料构成的基本体(5)，在所述基本体中构成有所述槽(12)，并且

·具有多个由第二材料构成的磁通量引导件(6)，所述磁通量引导件具有呈部分环形的横截面，所述磁通量引导件在所述基本体(5)的侧表面上设置成完整的环，

·其中各两个磁通量引导件(6)通过磁体凹部(3)沿环周方向彼此间隔开。

9.根据权利要求8所述的永久励磁的电动发电机，其中所述磁通量引导件(6)形状配合地与所述基本体(5)连接。

10.一种至少部分电驱动的交通工具，所述交通工具具有根据上述权利要求中任一项所述的电动发电机。