CN107750418A - 带有磁通量削弱装置的电机 - Google Patents

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Abstract

描述了一种电机(1)，具有：相对壳体(20)被固定的定子(3)；带有用于产生磁通量的磁场产生设备(7)的转子(5)，其中，转子(5)相对于定子(3)同轴地可转动地布置且构造有在定子与转子之间的缝隙(15)；和磁通量变化装置(17)，其具有轴向地相对于转子(5)可调节的、轴向地布置在磁场产生设备(7)之外的主体(19)，以便于取决于主体(19)相对于转子(5)的轴向位置(a)改变在缝隙(15)内的磁通量，其中，磁通量变化装置(17)包括用于轴向调节主体相对于转子的轴向位置的调节设备(29,31)，其中，该调节设备具有：促动器(29)，其经由调节元件作用到主体(19)上且调节元件如此地作用在主体(19)处且/或在促动器处，即，主体(19)的转动运动可与调节元件(31)、与壳体(20)、与转子(5)且/或与促动器(29)解耦。

Description

带有磁通量削弱装置的电机
技术领域
本发明涉及一种带有磁通量变化装置(Flussänderungsvorrichtung)的电机，以便于限制所感应的电压。
背景技术
在常规的转速可变的电机(例如同步电机)的运行的情形中，对于供电(Speisung)可供使用的电压可通过逆变器上限电压(Umrichterdeckenspannung)限制。带有电动机的车辆例如大多数具有直流电压蓄能器和直流电压电网，从而使得在该情况中可在电机的端子处提供的最大电压被确定。逆变器上限电压和最大的相电流(Phasenstrom)可确定逆变器的结构元件以及其成本的选择。按照所要求的转矩特征/转速特征可设置有带有恒定的最大转矩以及带有恒定的最大功率的极限范围。如果实现驱动器由这样一个直流电压源的供电，则允许的最大直流电流同样可限定该直流电压源可提供的最大功率。带有该最大功率的驱动器在转速范围(Drehzahlspektrum)的较宽部分上的运行对于整个驱动系统的良好的充分利用而言是值得期望的。
在永磁激励的同步电机的情形中，随着逐渐增加的转速且在励磁通量(简化地，由转子作用到定子绕组上的磁通量)保持相同的情形中改变电机的感应电压，也就是说在定子的导体中所感应的电压。如果达到最大的定子电压，仅当影响所感应的电压的在转子与定子之间的缝隙中的磁通量被相应地减少时，转速在功率保持相同的情形中才可被进一步增大。
电机不是一种理想的能量转换器(Energieumwandler)。在定子的绕组或者导体中和在传导磁通量的材料中的损失可形成主损失路径(Hauptverlustpfade)。特别在带有电池供电的应用(电动车和混合动力车辆)的情形中，电机的高效率是重要的，因为不仅在车辆运行期间的能量利用(Energieeinsatz)被影响，而且带有蓄能器(电池)的驱动器的最大作用范围(Reichweite)和系统成本决定性地通过该效率影响。
在常规的永磁激励电机的情形中，定子电流的所谓的预整流(Vorkommutieren)是一种已知的方法，以便于反作用于在较高转速的情形中的所感应的电压。
公开文献DE 10 2010 049 178 A1公开了一种电机和一种用于控制励磁场的定子部分的磁场强度和/或磁通量密度的方法。在此，转子的部分区域构造成空隙(Aussparung，有时也称为凹口)，其中，推入元件(Einschubelement)可被移动、尤其可被推入到该空隙中。
公开文献DE 10 2005 015 657 A1公开了一种电机和一种用于在永久激励电机的情形中的磁场调节和电枢调节的方法，其中，相对于定子可转动的转子具有可彼此相对扭转的转子区段，在其中每个转子区段承载有带有交替地径向向外指示的极性的永磁体的布置。此外设置有用于转子区段彼此相对的扭转的调节设备，其中，转子区段在变化的转动偏移中可被彼此对齐。转子区段可刚性地与主轴相连接，另一区段相对主轴可被扭转。为了转子区段彼此相对的调节，此外设置有具有促动器的调节设备。
在现有技术中所执行的方法和电机具有不同缺点。因此，当必须达到带有该形式的磁场削弱(Feldschwächung)的运行点时，例如通过预整流的磁场削弱的方法产生额外的损失。因此，在该循环中的平均效率可被明显恶化。
通常尝试如下，即，通过逆变器和电动机的精确匹配的协调最小化这些缺点，然而这不在所有实现方案(Umsetzung)中引起令人满意的结果。通过马达的设计(尤其永磁体在转子中的位置)，一方面可驶向(anfahren)在转矩转速特征曲线中由较低转速至平均转速的区域，而不引起磁场削弱。另一方面，当转子固有的磁阻可被利用时，永久激励的同步马达的磁设计的合适选择可利用相对较小的额外的电流部分使得根据上述原理的磁场削弱成为可能。然而，略微更高的电流在该循环中同样可重复地产生明显更多损失。对此，原因在于占大多数的欧姆负载，其在电驱动器中主要确定效率且在其计算中电流平方地流入。
由文件JP2006-246662A已知一种如此构造的电机，即，在较高转速的情形中不产生不允许地高的感应电压。为了影响磁通量设置有在端侧相对转子可被调节的控制盘(Steuerscheibe)。在此说明了如下实施方案，在其中该控制盘抗扭地与壳体或与转子相联接。
另外的用于影响(在转子与定子之间的缝隙中)主磁通量的装置由文件US 2007/0018524 A1和文件US 2007/0241628 A1已知。在文件US 2007/0018524 A1中为此设置有抗扭地相对定子布置的联接轭(Kopplungsjoch)，其在端侧搭接定子端面和转子端面且轴向地相对其可被调节。由US 2007/0241628 A1已知一种在其中主磁通量可通过转子圆柱体(Rotorzylinder)到定子罐(Statortopf)中的侵入深度被改变的装置。
常规的方法和装置在制造上是不灵活的、昂贵的且复杂的且引起显著的成本。尤其地，用于构造转子的特别的预防措施(Vorkehrung)是必要的。
发明内容
因此，本发明的任务是提出一种降低上述问题中的至少一些的电机。尤其地，如下是本发明的任务，即，提出一种尤其在较高转速范围中能够以可靠且安全的方式被运行且其以简单的方式使得在较高转速范围中引起通量削弱(Flussschwächung)成为可能的电机。
该任务通过根据独立权利要求的电机来解决。
根据本发明的一个方面提供了一种电机，其具有：
相对壳体被固定的定子；
带有用于产生磁通量的磁场产生设备的转子，其中，转子相对于定子同轴地可转动地布置，且其中构造有在定子与转子之间的缝隙；和
磁通量变化装置，其具有轴向地相对于转子可调节的、轴向地布置在磁场产生设备之外的主体，以便于取决于主体相对于转子的轴向位置改变在缝隙内的磁通量。在此，磁通量变化装置包括用于轴向调节主体相对于转子的轴向位置的调节设备。在此，该调节设备可具有促动器，其经由调节元件、尤其连杆(Gestänge)作用到主体上，其中，调节元件如此地作用在主体处且/或在促动器处，尤其借助于转动轴承，即，主体的转动运动可与调节元件、与壳体、与转子且/或与促动器解耦。
该电机构造用于执行一种用于在电机的确定的运行状态期间削弱磁通量的方法。该电机可尤其是同步电机。
定子可单件式或多件式地以环形形状构造且包括铁磁材料，例如彼此相对电气绝缘的定子板(Statorblech)的略薄的层。定子同样可由其它材料制造，例如通过压制的磁性粉末材料。因此在下面同样提及定子组。围绕定子可放置导体，其中，可设置有多组导体。在此，在每组中的导体的数量可与期望的电气相位的数量相符。定子的另一实施方案可由空心线圈(Luftspule)构成。在该情况中，定子的背部(轭)仅由铁磁材料构成或不使用铁磁材料、而是使用反磁材料或顺磁材料或甚至气体或空气。
转子可相对于定子可转动地被支承且围绕轴向方向可转动地实施。磁场产生设备可例如包括一个或多个永磁体和/或一个或多个电磁体。磁场产生设备可例如具有多个永磁体，其在周缘方向上间隔地并排地或同样地呈星形地布置且在其北极-南极定向上交替地布置。在定子与转子之间的缝隙中的磁通量可大致在径向上指向。
该磁通量变化装置可包括多个部分，其中至少一个是完全轴向布置在磁场产生设备之外的主体。因此，在转子的设置用于保持磁场产生设备的区段中不需要进行构造上的更改。因此可使用用于磁场产生设备的保持的常规构造。然而，该转子相比常规的转子可被轴向缩短。
主体可尤其为轴向可移位的或者可移动的且因此可取决于其轴向位置偏转磁通量的部分、尤其引导穿过主体、尤其引入且又引出。因此，磁通量同样可在转子与定子之间的缝隙内被改变，尤其被削弱，当主体朝向转子的端面被移动或者靠近地被定位在转子的端面处、尤其大致贴靠在其处时。
连杆可例如(至少在区段中)被引导穿过转子的空心轴。在其它的实施方式中，调节元件可围绕转子轴线的部分抓住。因此，主体的轴向调节以简单的方式被实现。
另一实施方式可包含在转子上的调节设备(例如牢固地与转子相连接，从而使得其与转子同步地一起移动)，其然后不再具有转动运动的解耦。
促动器可包括电气促动器和/或液压促动器。
主体然而同样可具有与壳体或者定子的牢固的(扭转止动的)联接。在这样一种实施方案的情形中，主体的轴向调节可被用于磁通量的削弱。然而，通过在转子与主体之间的转速差在该主体中感应出涡流电流，意味着在利用磁场削弱设备的情形中的对于机器的损失。在比较不带有或者带有该形式的实施方案的电机的情形中，两点是重要的：该损失平衡(Verlustbilanz)使带有机械的磁场削弱设备的机器的利益失效，因为通过转子的磁通量到定子和主体上的分配减少了材料的特殊的磁负载且主体的材料相对涡流电流的形成可被最优化。常见的为此的方法例如是通过主体的板或区段的分段以及粉末材料的使用。
另一实施例包含磁通量变化装置，其主体完全不具有相对转子和定子的牢固联接(主体因此相对转子和定子(壳体)被自由转动地支承)。为此，调节设备可经由轴承与主体解耦。这意味着在电机内的可自由扭转的主体，该电机使得转子与定子之间的不同的转速差成为可能。这些转速差通过外部的边界条件来调整。主体被越靠近地移近到转子处，(漏)磁通量被越多地侵入到其中。如果转速差应不等于零地存在，涡流电流在主体中出现，其如此地加速该主体，即，该转速差被降低。最终出现转速差，其调整一方面由于损失(轴承损失和通气损失以及涡流电流损失)以及通过涡流损失反作用到产生的磁场上的力的加速功率的平衡。
另一可能的实施方式组合了自由转动的主体与用于联接到转子处的可行性方案。磁场削弱装置(即主体)在该情况中如此紧密地驶向转子处，即，经由摩擦配合的元件(例如同步环或摩擦离合器)或形状配合的元件(例如爪式离合器)进行转子和磁场削弱装置(即主体)的转速的硬联接。该联接可被有意地开动且同样可被再次解开。
因此，位置(在其中主体被紧密地驶向转子处，且在该位置中于是同样可与该转子抗扭地相联接)可设计成在无电流的状态中或在系统或者驱动器的故障状态的情形中被占据的优选位置(Vorzugslage)。在该位置中实现主磁通量(经由增强的漏磁通量)的最大的磁场削弱。这使得故障自动保险功能(Fail-Safe-Funktion)成为可能，其在故障情况中可为特别重要的。在较高转速和通过在定子中的电流的磁场削弱(预整流)的情形中，在定子电流失效的情形中产生通过马达的绕组的较高电压。这可引起非期望的且在最差情况中不受控制的由电机到待供电的网络中(例如用于机动车的车载网络中)的电流和能量流。只要马达以较高转速运转，这可能导致运行损伤(Betriebsschaden)或甚至导致人员危险。通过上面所说明的优选位置(主体与转子的机械联接和磁联接)，感应电压突然通过漏磁通量的增大和主磁通量的与此相联系的减少来降低且因此避免可能的危险。优选位置(故障自动保险状态)可利用由不取决于网络或者电流的蓄能器来供给的促动器来调整，例如机械弹簧、流体弹簧或类似物。
相反的操控是同样可能的，即以如下方式，即，在确定的极限运行状态中(例如在基本供电失效的情形中)使得电能网络的紧急供给(Notspeisung)成为可能。在这样一种情况中，也可设想如下，即，尽可能远离转子地调节且必要时在转动方向上确定主体。在这样一种情况中，电机可被用作发电机，而所感应的电流和电压不通过磁通量变化装置降低。
因此使得一种带有简单的机构的用于促使在缝隙内的磁通量削弱的简单的构造可供使用。尤其在这样的处在阈值上方的转速的情形中。因此，电机可在高于阈值的转速的情形中被可靠地运行，而在定子中(尤其在定子的导体中)不感应出在极限电压之上的电压且不冒电机的部件的损伤的风险。
主体可朝向转子的轴向端侧被调节且可尤其被如此远地轴向移动或者调节，直至其大致贴靠在转子的端侧处。在该位置中可实现最大的磁通量削弱。在该状态中，转子的磁通量部件(其尤其横向于径向伸延)的至少一部分从转子的轴向端侧的磁短路(磁通线在主体内的引入)可被促使。因此可实现磁场削弱。漏磁通量部件可至少部分地防止与定子部件相互影响，以便于因此减少漏磁损失(Streuverlust)。
主体可具有带有低于空气的磁阻的材料，以便于实现磁通量线的有效偏转。在朝向转子的轴向端侧调节主体的情形中，主体的材料可至少在主体的部分区域中被饱和地磁化。因此，主体的材料(以及同样地几何形状以及在主体内的材料分布)可被协调于个别的转子、尤其由磁场产生设备所产生的磁通量的个别的分布，以便于实现较高的、尤其最大可实现的以及可精确配定的磁通量削弱和/或漏磁损失减少。
主体可具有在朝向转子面对的端侧上的结构(轮廓成型、不同于平面的表面拓扑结构、空隙、突起等等)且/或具有材料分布(尤其在径向平面内)，其被协调于转子的磁场产生设备的分布或者配置(例如各个永磁体的布置和/或定向和/或分布)或者与其相符。尤其地，转子的结构和/或材料分布可取决于由磁场产生设备所产生的磁通量在转子的轴向端侧上构造。磁通量变化装置的主体的几何形状和材料组成或者分布可被协调于通过转子的磁场产生设备所产生的磁通量的几何形状、布置或者配置和强度。因此可实现有针对性的且改善的磁场削弱或者通量削弱且漏磁损失此外可被降低。
主体的外部径向伸展(例如处在外部最远的(最大的)径向位置)可大致等于转子的外部径向伸展，然而同样可小于和大于。此外，主体可与转子的磁场产生设备的径向伸展区域径向重叠。磁场产生设备的径向伸展区域可例如被理解为在磁场产生设备的最小径向位置与最大径向位置之间的径向区域。通过径向重叠可在磁场产生设备的整个(径向)区域上促使由磁场产生设备所产生的磁通量线的影响。因此，磁通量削弱或者影响可被有针对性地控制。
主体可具有铁磁材料，其可例如均匀分布或同样可在主体的伸展区域上不同压缩地分布。主体同样可具有凹槽、缺口和/或隆起。主体可在确定的实施方式中至少部分形成为平坦的板或薄片，其可容易制造。该主体可由不同材料组合而成，或主体的部分可通过相应的处理(激光、点状热输入...)在其特性上尽管必要时统一的材料具有不同的磁性特性。
在另一实施方案中，调节元件构造成相对于壳体抗扭地但是轴向可移动地且同中心于转子轴线布置的轴承套筒，其可转动地容纳主体。该解决方案使得主体的稳定的且可整齐地定中心的容纳成为可能，在其中不仅轴向的可调节性而且在轴承套筒上的自由的可转动性可被确保。为了减少在轴承套筒与主体之间的摩擦，主体可经由例如滚动轴承布置在轴承套筒上，从而使得自由的可转动性可被确保。在其它实施方案中同样可实现相应合适的滑动衬套或其它的滑动轴承。
该主体可与可转动的转子或与壳体(选择性地但是同样交替地)在周缘方向上形状配合地且/或摩擦配合地为可联接的。
为了联接可尤其相应使用(例如互补的)导向型材，其彼此抓住。例如，转子或主体可具有导向凹槽且主体或者转子可具有导向突起，其中，导向凹槽和导向突起(必要时作为互补的型材)可彼此接合，以便于促使转子与主体的转动运动的联接。
在其它的实施方案中，作为互补的导向型材的替代但是同样可设置有特有的、连接主体与转子或者与壳体的联接件。为此可例如设置有定心销，其连接充当磁场削弱元件的主体与转子构件，其中，该销钉在转子区域中被牢固地锚定且主体可移动地被一个或多个销钉带动。
作为导向型材或上面所描述的定心销的替代同样可设置有摩擦副(Reibpaarung)，转子和主体的彼此面对的端面可经由其被彼此联接。摩擦副的优点在于，可能存在的转速差在主体驶向到转子端面处的情形中通过出现的摩擦被逐渐降低且最终可被完全卸除。如其在形状配合的元件的耦合的情形中可能形成的那样的撞击负载或敲击负载被避免。
此外，电机可具有用于转子的另一(相对而置的)轴向端侧(其与转子的端侧轴向间隔)的另一磁通量变化装置。因此可实现进一步的磁通量削弱或者磁通量变化。因此，电机可在可能更高转速的情形中被运行，如其以仅一个磁通量变化装置可实现的那样。
定子电流的预整流可反作用于在较高转速的情形中在定子的导体中所感应的电压。在该预整流的情形中，对于在q轴线中(在转子固定的d-q坐标系中)的(定子)电流而言可额外地调整在负d轴线的方向上的电流。合成的电流指针(Stromzeiger)(在分量d和q中)因此在运动方向上被摆动且对于q轴线而言前移(voreilen)。通过电流的d分量在物理上产生合成磁场或者磁通量的削弱。该方法不仅可被使用在电气牵引机器(电动车和混合动力车辆)的情形中而且可被使用在汽车中的较小的辅助驱动器(例如风扇、泵等等)的情形中。
电机的定子可具有导体(一组导体或多组导体，其中，每组具有与期望的电气相位的数量相符的导体数量)，其被放置(或者缠绕)在定子槽中，其中，电机此外可具有定子控制装置，其构造用于如此地控制通过导体的电流，即，在缝隙内的磁通量的削弱被实现。因此可额外地进行定子电流的预整流，以便于例如额外地在机器的转子固定的坐标系的负d轴线的方向上调整电流。
为了削弱在定子与转子之间的磁通量，可组合用于在轴向上调节主体的方法与用于电流的预整流的方法，以便于此外实现有效的磁通量削弱。
附图说明
本发明的实施方式此时参照附图进行说明。本发明不被限制于经图解说明的或所描述的实施方式。未精确示出的例如是定子-转子布置，在其中在定子与转子之间的缝隙不径向于转动轴线而是对此轴向地实施。在这些电机的情形中，调节设备的主体同样在轴向上可移动地被安装，然而作用到转子的内周面和外周面上。这些系统地等价于带有径向缝隙的机器的端侧。主体然后经由径向地由转子流出的磁通量使得转子侧的磁场的削弱成为可能。
图1以示意性的图示形式图解说明了根据本发明的一种实施方式的电机的横截面视图；
图2以示意性的图示形式图解说明了一种根据现有技术的电机；
图3以示意性的轴视图形式图解说明了根据本发明的一种实施方式的电机的部分；
图4以示意性的图示形式图解说明了根据本发明的另一实施方式的电机的横截面视图，且
图5显示了根据图4的调节机构的透视性的部分截面图示。
具体实施方式
本发明的实施方式允许电机的励磁通量通过磁阻(尤其在漏磁通量的空间区域中的磁阻)的影响的降低。在此，漏磁通量可描述电机的磁通量的部分，其在机器的部分上延伸，其通过相互作用不直接形成力或者转矩地起作用。与之相反，磁性的励磁通量(Erregerfluss)可描述通过洛仑兹力直接有助于电机的力矩或者转矩的磁通量部分。
在图1中在纵截面视图中图解说明的电机1具有定子3，其具体地包括未图解说明的导体，其被围绕定子3放置，尤其被放置在定子3的齿之间的槽中。尤其实施成同步电机的电机1此外具有转子5，其包括磁场产生设备7，该磁场产生设备具有转子组8和多个永磁体9。转子组可类似于定子组由(例如铁磁)板或其它材料(例如压制的磁性粉末材料)来实施。转子组牢固地与转子轴相连接。转子5围绕在轴向方向11上伸延的旋转轴线13相对于定子可转动，其中，构造有在定子3与转子5、尤其磁场产生设备7之间的缝隙15。转子5可通过示出的轴承40被支承。此外设置有壳体20以及冷却套22。
此外，电机1具有磁通量变化装置17，其由多个部件形成且具有与转子5抗扭地相联接的且轴向地相对于转子可调节的、轴向地布置在磁场产生设备7之外的主体19，以便于取决于主体(通过箭头21指示)相对于转子5的轴向位置改变在缝隙15内的磁通量。主体19的轴向位置可例如通过主体的朝向转子5指向的表面25的轴向位置a来定义。磁通量变化装置的另一实施方案是可设想的，在其中该磁通量变化装置不与转子而是与定子牢固地相连接且同样轴向地相对于转子可调节地、轴向地处在磁场产生设备7之外。
磁场产生设备7的轴向伸展由轴向位置a1达到直至轴向位置a2。主体19在轴向区域a2至a3中可移动，其中，a2至a3的轴向区域处在a1与a2之间的轴向区域之外，其被磁场产生设备7占据。因此，主体19在所有调节位置中轴向地处在磁场产生设备布置在其中的区域之外。
主体19可朝向转子5的轴向端侧或者端表面23尤其如此远地平移或者移动，即，主体19的朝向轴向端侧23面对的端侧或者端表面25贴靠在转子5的轴向端侧23处。在此，不仅转子或者磁场产生设备7的轴向端侧23和主体19的轴向端侧25可相应地是平坦的面。
在其它实施方式中，主体19可在至少其端侧的表面25处被结构化，尤其具有突起和/或下沉(Absenkung)。这些结构可相应于磁通量线或者永磁体的分布来设置，其由磁场产生设备7产生或者被包括在磁场产生设备7中。同样地，转子的端侧的表面的类似形式的结构也是可想象的。
径向的方向通过带有附图标记27的箭头来显示。主体19的外部径向伸展r1大致等于转子5的外部径向伸展r1。在磁场产生设备7的r1与r2之间的径向伸展区域与在主体19的r3与r1之间的径向伸展区域重叠。当主体朝向转子5的端侧23被移动时，因此可实现有效的磁通量削弱。
主体19朝向转子5的端侧23的移动可尤其在电机1的运行中在阈值上方的转速的情形中被执行。为了调节主体19的端侧的表面25的轴向位置a，磁通量变化装置17包括促动器29，其例如可构造成液压促动器或电气促动器。在图解说明的实施方式中，促动器29包括连杆31，其在区段中被引导穿过转子5的空心轴33。连杆31的端部与相对于定子3位置固定的促动器29相连接且另一端部与解耦元件35(例如滑动轴承或滚动轴承)相联接，其将主体19的转动运动与促动器29或者连杆31解耦。
槽37设置用于连杆31的径向元件在定子3的内部区域中的引导穿过。为了引导尤其可构造成由铁磁材料构成的板或者薄片的主体19(借助于转子5)，可设置有导向型材39。尤其地，板19或者连杆31可径向地、然而轴向地可移动地与转子5的元件啮合。在运行中，主体19与转子5同步旋转。
本发明的实施方式按照主体19的轴向位置引起由永磁体9所产生的磁通量到电机的不再与励磁路径(Erregerpfad)相符的部分中的偏转。因此可降低转矩，然而同样地在定子3的导体中被感应的感应电压可(在相同转速的情形中)被降低。因此，该转矩可在较大的转速范围上被达到。由此可在某些实施方式中取消带有由现有技术已知的缺点的电流的预整流。
在其它实施方式中，主体19在轴向方向上的移动可与定子3的导体的电流的预整流组合。
在转子5中的永磁体9的通量的偏转可(例如在主体19内)通过漏磁通量的空气路径以具有较低磁阻(例如铁磁体)、尤其小于空气的磁阻的磁阻的材料的填充实现。
板19或者主体19和连杆31可通过不同的构造且以不同的几何形状形成。根据一种实施方式，主体19的移动或者调节可能需要调节功率，然而不可不带有调节操作(Verstelltätigkeit)的运行。因此，相对带有预整流的方法对于相同的运行点可实现电机的显著更好的效率。
如上面已提及的那样，板19的调节、尤其轴向的移动或者运动可与定子电流的已知的预整流叠加或者组合。这可尤其在要求驱动器的较高动力的情形中是有利的或当主通量的变化仅应罕见地或分级实现时。因此可提供带有励磁的双重调节可能性("double setof excitation-DSE")的电机。
本发明的实施方式可被用于任意形式的需要较高效率的电气驱动器。尤其地，该电机可被用于电动车和混合动力车辆的驱动，因为系统成本可被明显最小化。尤其地，较小的电池可通过电机的增加的效率使得相同的作用范围成为可能。电机由于磁通量变化装置17的额外成本可通过运行成本、尤其电池成本的节省被过度补偿。
如其例如在图1中示出的那样的实施方式可要求或者需要仅在励磁场或者励磁通量的变化的情形中要求的能量需求。能量需求可例如对于主体19借助于促动器29的调节而言是必要的。在励磁通量通过主体19的合适定位的所实现的调整之后，然而可无功率地实现磁场削弱或者磁通量削弱。与“电流的预整流”的常规方法的组合可在无额外耗费的情形中实现。电机1要求较少的用于实现的结构成本。此外可提供驱动器的较高的效率。
图2以示意性的纵截面视图形式图解说明了根据现有技术的电机1a。类似的或相同的元件在图1和2中以相同的附图标记来表示，其中，对于相应的附图标记在图2中附加字母“a”。相比在图2中示意性图解说明的根据现有技术的电机1a，带有根据本发明的一种实施方式的在图1中被图解说明的转子1的磁体7,9的转子组被缩短且可移动的板19被集成到因此获得的结构空间中。通过该板19或者该主体19的轴向运动，转子5的漏磁通量可经由空气填充的空间被影响，尤其在转子5的端侧的表面23的那侧。如果板19被驶向到转子5处或者尤其到其端侧的表面23处，则通过永磁体9所产生的通量的部分经由板被闭合且不再可供用于电机的励磁。作为结果，励磁场被削弱。
板19可经由导向槽39径向地与转子5如此地相连接，即，轴向运动以板的导向在界限中被使得成为可能，尤其在轴向方向上在a2与a3之间的界限中，相对于转子5的径向运动但是被避免。通过板19与转子5一起的转动运动，涡流电流在很大程度上可被避免，因为在板与带有磁体7,9的转子组之间不形成相对速度。板19或者主体19因此与转子5同步地旋转。
本发明的一种简化的实施方案同样可设置有板的一种固定在壳体处的实施方案。该解决方案然而意味着较差的效率，该较差的效率但是可通过使用合适的材料(例如软磁复合材料)被克服。
主体19或者板19的轴向调节经由促动器29实现，其例如可实施成电气或液压的线性驱动器。尤其地，该调节可经由连杆31实现。该连杆31应经由解耦元件35实现转子5的转动运动相对固定的促动器29的解耦。
主体19的几何形状可具有特别的外形或者造型。作为平坦的面，漏磁通量紧邻在板19提供到转子5处之前才剧烈上升(通量在可变的气隙长度上的非线性伸延)。同样地简单的勾画轮廓(Konturierung)无需在所有情况中足够，因为通量经由其侵入到板中的单纯的面积大小无须具有在板的理想的磁性特性(较高磁渗透性)的情形中的影响。
根据本发明的一种实施方式，板或者主体19的成型部(Ausprägung)和转子反面的成型部(也就是说主体19的端侧的表面25的成型部或者转子的端侧的表面23的成型部)如此地设计，以至于可变的漏磁通量经由其流动的材料部分在驶向板的情形中引导该通量的较大部分且因此饱和。因此，在主体19内的材料分布或者原料分布因此被匹配于通过永磁体9来产生的磁通量。这样的设计方案的优点可处于在主体19(其可例如实施成板)的调节的情形中漏磁通量的更好的控制中。该控制可例如几乎成正比例于板19的调节距离(Verstellweg)且在尽可能远的区域上实现。这可降低鉴于机械调节结构的精度的必要成本且可允许在调节系统中的更大公差。
图3在朝向横截面图示的轴向视图中图解说明了根据本发明的一种实施方式的电机的部分。例如，在图1中图解说明的电机可如部分在图3中图解说明的那样来实施。定子3包括定子组2以及在定子组2的齿之间的定子槽4。在这些槽中放置有导体6，在其中在运行期间、也就是说转子5相对于定子的旋转期间感应出电压。转子5包括转子组8以及用于永磁体9的空腔10，其中，空腔10的部分被永磁体9填充。在此，转子5如此地设计，使得其包括径向外部位置的磁体9和径向内部位置的磁体9。附图标记12表示励磁场方向，其由转子5(径向)指向。
附图标记14表示磁体的上面的极的(由图纸平面出来、也就是说轴向指向)的漏磁场方向，附图标记16表示磁体的下面的极的(进到图纸平面中、也就是说轴向指向)的漏磁场方向。附图标记18表示(径向)指向到转子中的励磁场方向。漏磁场14因此由平面出来地指向且漏磁场16进到图纸平面中地指向。在主体19靠近到转子的在图3中图解说明的端侧处的情形中，这些漏磁场线14,16可经由主体19被闭合，以便于因此促使(至少部分的)磁短路。
在图3中示意性图解说明的作为朝向定子组和转子组的轴向俯视图的部分中显示了用于定子绕组6的定子槽4和用于永磁体9的集成的在转子组中的空腔10。待影响的励磁场12,18大致在径向27上指向到缝隙15中。对此必要的磁通量通过两层磁体9来产生，其中，外层直接布置在转子周面的附近而内层较深地布置在转子的内部中。通过主体19或者板19的轴向驶入，由上面的极出发经由缝隙15被引导的磁通量此时部分地由图纸平面引出(附图标记14)，经由板19被引导(在图3中不可见)，以便于然后再次进入到下面的极16中且闭合通量路径。
图4在纵截面图示中显示了电机1，在其中在壳体20中布置有定子3(与壳体20抗扭地相连接)。在壳体20中，转子轴33进一步经由滚动轴承40被装入。在转子轴33上，在壳体的内部中在定子3的区域中布置有带有永磁体9的转子组8，其与转子轴33共同形成围绕旋转轴线13可转动的转子5。磁通量变化装置17(参见图5)包括呈环形的促动器29，其与壳体20相连接。该促动器与充当调节元件的轴承套筒41相连接且被如此地联接，即，其同中心于旋转轴线13伸延且经由促动器29轴向地可在方向21上被调节。轴承套筒41包括轴承座42，主体19经由滚动轴承43被可自由转动地支撑在其上。
轴承套筒41经由被布置在壳体20中的套筒45容纳的导向销44被定中心且被引导。在图4和图5的图示中设置有可选的定心销46，主体19以其抗扭地与转子5相联接。该主体然而在被牢固地锚定在转子中的定心销46上可线性移动地被容纳，从而使得其在操纵促动器的情形中可在方向21上被往复移动。
在另一实施方案中未设置有定心销46，从而使得主体19可自由转动，即相对转子、相对壳体或相对定子的联接未布置在转子的端区域中的轴承套筒41或者滚动轴承43上。
在另一实施方案中，转子5或者转子组8在其端面处且主体19在其面对的端面47处具有摩擦面，其在主体19在转子5的方向上的相应的轴向移动的情形中在触碰中达到接合，从而使得在主体19与转子5之间的速度差被卸除且主体以与转子相同的转速移动。
在另一实施方案中，备选的或补充的摩擦面48同样可设置在主体19的相对而置的端侧处，其然后在由转子5离开的方向21上的轴向调节的情形中与在壳体处或者在定子组合件处的相应的摩擦面达到接合且将转动的主体19必要时制动直至停止。
激励器(Aktor)或促动器29此处示出为线性马达。在其它实施方案中，这样的线性元件但是同样可利用正齿轮传动装置、蜗轮传动装置或行星齿轮传动装置来实施。促动器29的操纵此处应主要电气地实现。其它驱动器(例如液压、气动、压电级联(piezokaskaden)等等)同样是可能的。
除了促动器29到主体19上的直接传递之外，相应的线性运动同样可经由促动器的转动运动(必要时以传动比)被转移到相应的线性运动中，或者经由调节杆或者经由合适的主轴驱动器。在该图示中，促动器此处与壳体相联接，在其它实施方案中合适的促动器同样可与转子5或者转子轴相联接，其中，然后在方向21上的线性运动必要时可经由螺纹实现。
备选地，主体19与转子5或者与壳体20的必要联接同样可经由上面所描述的形状配合的联接元件实现。
主体19在轴承套筒41或者轴承座42上经由滚动轴承43的可扭转的支承备选地同样可经由其它合适的轴承、尤其滑动轴承组件实现。
在其它实施方式中，可在转子5中设置有永磁体的其它配置/布置/定向。转子的一系列另外的实施方案是可设想的。然而足够的材料应(轴向地)在磁体之上和之下被提供，以便于以此轴向地实现足够大的通量引导。
对于近似线性的磁场削弱特性而言可设置有磁场削弱板或者主体19与转子组8的轴向啮合。作为可选的实施例，铁磁材料和非铁磁材料的组合同样是可设想的(例如钢和铝)。以该方式可在啮合中有针对性地饱和地产生在很大程度上线性的特性。该构建可在于如下，即，在轴向啮合的区域中倾斜地铣出“由钢构成的轴向凸鼻”且使用用于获得机械强度的铝件。
对于带有相对较大的轴向长度的电机而言，主体19(如其在图1中示出的那样)可设置在转子的两个端侧上。因此可确保如下，即，磁通量的非常大的部分经由轴向的距离可由转子组的相应的端侧流出，且被引导穿过相应的削弱板，以便于有效地进一步削弱励磁场。
此外，电机的驱动器或者控制装置可鉴于调节被匹配，在用于可供使用的永久磁通量的调节参数的匹配和偏移角度的跟踪(特别在单侧的磁场削弱的情形中)的情形下。
根据另一实施方式可实现带有一个或多个竖立的板(不带有相对定子的相对速度)的较简单的实施方式。该实施方案在较高转速的情形中然而引起在板中的涡流电流，其意味着板的可观的磁滞损耗(Ummagnetisierungsverlust)和显著的加热，假如不使用带有较少损失的合适材料。
在另一实施变型方案中，传动元件(例如齿轮、离合器片、轴承或分解器转子(Resolverrotor))作为带有较低磁阻的板的利用是可设想的。同样地，位于转子附近的其它元件可被用于该功能或被认证。该元件作为单独的板的替代的利用可以是对于结构空间的充分利用、成本的避免和较少重量的功能集成。
同样存在带有如下特征的实施方式，其相应地可单独或以任意组合实现：
(1) 电机(1)，具有：
定子(3)；
带有用于产生磁通量的磁场产生设备(7)的转子(5)，其中，转子(5)相对于定子(3)同轴地可转动地布置，且其中构造有在定子与转子之间的缝隙(15)；和
磁通量变化装置(17)，其具有抗扭地与转子(5)相联接的且轴向地相对于转子(5)可调节的、轴向地布置在磁场产生设备(7)之外的主体(19)，以便于取决于主体(19)相对于转子(5)的轴向位置(a)改变在缝隙(15)内的磁通量。
(2) 电机，其中，主体(5)朝向转子(5)的轴向端侧(23)可被调节，以便于促使转子(5)的漏磁通量分量(14,16)的至少一部分在转子的轴向端侧(23)处的磁短路。
(3) 电机，其中，主体(19)具有带有低于空气的磁阻的材料，其中，在主体(19)朝向转子(5)的轴向端侧(23)的调节的情形中主体的材料至少在主体的部分区域中被饱和磁化。
(4) 电机，其中，主体具有在相对转子(5)转向的端侧(25)的结构和/或材料分布，其中，该结构和/或材料分布取决于由磁场产生设备(7)所产生的磁通量(14,16)在转子(5)的轴向端侧(23)上构造，
其中，主体尤其由不同的材料组合而成，或主体的部分通过相应的处理在其特性上尽管必要时统一的材料具有不同的磁性特性。
(5) 电机，其中，主体(19)的外部径向伸展(r1)大致等于转子组(5)的外部径向伸展(r1)，其中，该主体与转子组(5)的磁场产生设备(7)的径向伸展区域(r1,r2)径向重叠。
(6) 电机，其中，主体(19)具有铁磁材料或其它的可引导磁通量的材料。
(7) 电机，其中，转子(5)和主体(19)在周缘方向上形状配合地彼此相联接，尤其具有相应互补的彼此交错的导向型材(39)。
(8) 电机，其中，磁通量变化装置(17)包括用于轴向调节主体相对于转子的轴向位置的调节设备(29,31)，其中，该调节设备具有：
促动器(29)，其经由调节元件、尤其连杆(31)作用到主体上，其中，调节元件如此地作用在主体处且/或在促动器处，尤其借助于转动轴承(35)，即，主体(19)的转动运动与调节元件(31)且/或与促动器(29)解耦。
(9) 电机，此外具有：
另一用于转子(5)的另一轴向端侧的磁通量变化装置。
(10) 电机，其中，定子(3)具有导体(6)，其围绕定子被放置，其中，电机此外具有定子控制装置，其构造用于如此地控制通过导体(6)的电流，即，实现在缝隙(15)内的磁通量的削弱。
总的来说，本发明的实施方式可提供一种使在较大的或者整个转速范围上的以已知技术不可实现的较高效率成为可能的电机。特别在带有受限制的电气作用范围的牵引应用(Traktionsanwendung)中存在通过驱动器的较高效率实现通过电池缩小的系统成本的可能性。
原则上，本发明的实施方式对于整个电机结构而言可被传递到需要在较大转速范围上的较高效率或带有较少损失热量的驱动器的应用中。
附图标记列表
1,1a 电机
2 定子组
3,3a 定子
4 定子槽
5 转子
6 绕组
7,7a 磁场产生设备
8 转子组
9 永磁体
10 转子腔
11 轴向方向
12,18 励磁场方向
13,13a 旋转轴线
14,16 漏磁场方向
15 缝隙
17 磁通量变化装置
19 主体
20,20a 壳体
21 调节方向
22,22a 冷却套
23 转子的端侧的表面
25 主体的端侧的表面
27 径向方向
29 促动器
31 连杆
33,33a 转子轴
35 解耦装置
37 槽
39 用于主体的导向装置
40,40a 轴承
a1,a2 转子组的轴向边界
a2,a3 主体的调节可能性的轴向边界
a 主体在轴向上的当前位置
r1 主体或者转子的外部径向伸展
r1,r2 转子的径向伸展区域
r1,r3 主体的径向伸展区域
41 轴承套筒
42 轴承座
43 滚动轴承
44 导向销
45 套筒
46 定心销
47 摩擦面
48 摩擦面。

Claims (10)

1.一种电机(1)，具有：
相对壳体(20)被固定的定子(3)；
带有用于产生磁通量的磁场产生设备(7)的转子(5)，其中，所述转子(5)相对于所述定子(3)同轴地可转动地布置且构造有在定子与转子之间的缝隙(15)；和
磁通量变化装置(17)，其具有轴向地相对于所述转子(5)可调节的、轴向地布置在所述磁场产生设备(7)之外的主体(19)，以便于取决于所述主体(19)相对于所述转子(5)的轴向位置(a)改变在所述缝隙(15)内的磁通量，其中，所述磁通量变化装置(17)包括用于轴向调节所述主体相对于所述转子的轴向位置的调节设备(29,31)，其中，所述调节设备具有：
促动器(29)，其经由调节元件作用到所述主体(19)上且所述调节元件如此地作用在所述主体(19)处且/或在所述促动器处，使得所述主体(19)的转动运动可与所述调节元件(31)、与所述壳体(20)、与所述转子(5)且/或与所述促动器(29)解耦。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述主体(19)朝向所述转子(5)的轴向端侧(23)可调节，以便于引起所述转子(5)的漏磁通量分量(14,16)的至少一部分在所述转子的轴向端侧(23)处的磁短路。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述主体(19)具有带有小于空气的磁阻的材料，其中，在所述主体(19)朝向所述转子(5)的轴向端侧(23)的调节的情形中所述主体的材料至少在所述主体的部分区域中被饱和磁化。
4.根据前述权利要求2或3中任一项所述的电机，其特征在于，所述主体具有在相对所述转子(5)转向的端侧(25)上的结构和/或材料分布，其中，所述结构和/或所述材料分布取决于由所述磁场产生设备(7)所产生的磁通量(14,16)在所述转子(5)的轴向端侧(23)上构造，
其中，所述主体尤其由不同材料组合而成，或所述主体的部分通过相应的处理在其特性上尽管必要时统一的材料具有不同的磁性特性。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述主体(19)的外部径向伸展(r1)大致等于所述转子组(5)的外部径向伸展(r1)，其中，所述主体与所述转子组(5)的磁场产生设备(7)的径向伸展区域(r1,r2)径向重叠。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述调节元件构造成相对于所述壳体(20)抗扭地轴向地可移动的且同中心于转子轴线(13)布置的轴承套筒(41)，其可转动地容纳所述主体(19)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述主体(19)与所述转子(5)且/或与所述壳体(20)可在周缘方向上形状配合地且/或摩擦配合地相联接。
8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述主体(19)与所述转子(5)和/或所述壳体(20)的联接经由下列联接元件中的至少一个实现：互补的导向型材、连接所述主体(19)与所述转子(5)和/或所述壳体(20)的联接件(46)、互补的摩擦面/附着面(47,49)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电机，此外具有：
另一用于所述转子(5)的另一轴向端侧的磁通量变化装置(17)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述定子(3)具有围绕所述定子放置的导体(6)，其中，所述电机此外具有定子控制装置，其构造用于如此地控制通过所述导体(6)的电流，使得实现在所述缝隙(15)内的磁通量的削弱。
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