DE102006036986A1

DE102006036986A1 - Elektromotor mit mechanischer Feldschwächeinrichtung

Info

Publication number: DE102006036986A1
Application number: DE200610036986
Authority: DE
Inventors: Bernd-Guido Dr. Schulze; Markus Dr. Henke; Sven Martin; Oliver Rauch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2008-02-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Synchronmotor (1) mit Feldschwächeinrichtung und ein Verfahren zu dessen Betrieb, umfassend mindestens einen Stator (5), welcher mindestens eine Wicklung (7) aufweist, und mindestens einen Rotor (10) zur Erzeugung eines magnetischen Erregerfeldes, wobei die Wicklung (7) zumindest teilweise im Erregerfeld angeordnet ist und bei Beaufschlagung der Wicklung (7) mit einem Wicklungsstrom ein Drehmoment im Rotor (10) erzeugbar ist, und der Stator (5) axial verschiebbar angeordnet ist, so dass die aktive Leiterlänge L_T der Wicklung (7), die sich im Erregerfeld des Rotors (109 befindet, veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Synchronmotor mit Feldschwächeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein zugehöriges Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Synchronmotors mit Feldschwächeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Geregelte Antriebe mit hohen geforderten Nenndrehzahlen werden üblicherweise mit Asynchronmaschinen und der damit verbundenen Möglichkeit einer komfortablen elektrischen Feldschwächung mittels einer geregelten Magnetisierungs-Stromkomponente realisiert. Hierdurch kann über einen weiten Drehzahlbereich eine konstante Leistung an der Motorwelle abgegeben werden. Bei elektrischen Synchronmotoren, welche zwar Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrades besitzen, aber je nach Bauart einen eher schmalen Drehzahlbereich. aufweisen, ist jedoch die Realisierung einer Feldschwächung zur Erschließung eines breiteren Drehzahlbereiches mit Wirkungsgradeinbußen verbunden, da dem in der Regel durch Permanentmagneten erregten Hauptfeld durch Erzeugung von Gegenfeldern, ggf. mittels einer Zusatzwicklung, elektrisch entgegengewirkt werden muss.
So sind beispielsweise aus der EP 0622266 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines umrichtergespeisten permanenterregten Synchronmotors im Grunddrehzahlbereich mit anschließender Umschaltung auf Feldschwächung zur Erhöhung des Drehzahlbereiches bekannt, wobei dessen Motorstrom im Grunddrehzahlbereich in Abhängigkeit eines vorbestimmten Motorstrom-Sollwertes und eines ermittelten Motorstrom-Istwertes und im Feldschwächbereich in Abhängigkeit eines ermittelten Vorsteuerwinkels geregelt wird.
Aus der DE 4408719 C1 ist eine Generator-Elektromotor-Kombination bekannt, die als elektromagnetischer Drehmoment-Wandler oder elektromagnetisches Getriebe mit großer Spreizung beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit Hybridantriebsstruktur verwendbar ist. Dabei weist die Generator-Elektromotor-Kombination einen an einer Eingangswelle befestigten hohlzylindrischen Generator-Rotor und einen an einer Ausgangswelle befestigten hohlzylindrischen Motor-Rotor auf, wobei die Rotoren axial hintereinander liegen und an ihrer Innenseite in Umfangsrichtung verteilt Permanent-Magnete mit wechselnder Polarität vorgesehen sind. Zudem ist ein axial verschiebbar angeordneter hohlzylindrischer Stator mit wenigstens einer Kurzschlusswicklung vorgesehen, die, abhängig von der Stellung der Permanent-Magnete der beiden Rotoren zueinander, geschaltet wird. Dabei handelt es sich jedoch nicht um einen elektrischen Synchronmotor im eigentlichen Sinne, sondern vielmehr um ein so genanntes elektrisches Getriebe, d.h. um einen elektromagnetischen Drehmomentwandler.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, einen verbesserten elektrischen Synchronmotor und ein verbessertes Verfahren zu dessen Betrieb zu schaffen, wobei der elektrische Synchronmotor über einem möglichst breiten Drehzahlbereich mit möglichst geringen Verlusten arbeiten soll.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich erfindungsgemäß durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass das Grundprinzip eines elektromagnetischen Drehmomentwandlers auch auf einen elektrischen Synchronmotor übertragen werden kann. Im Zuge dessen tritt dabei der überraschende Effekt zu Tage, dass auch auf mechanischem Wege bedarfsweise eine Feldschwächung erzielt werden kann, die, anders als die bislang bekannten elektrischen Vorgehensweisen, besonders verlustarm ausführbar ist. Dies wird erfindungsgemäß gelöst, indem ein elektrischer Synchronmotor mit Feldschwächeinrichtung und ein Verfahren zu dessen Betrieb vorgeschlagen werden, umfassend mindestens einen Stator, welcher mindestens eine Wicklung aufweist, und mindestens einen Rotor zur Erzeugung eines magnetischen Erregerfeldes, wobei die Wicklung zumindest teilweise im Erregerfeld angeordnet ist und bei Beaufschlagung der Wicklung mit einem Wicklungsstrom ein Drehmoment im Rotor erzeugbar ist und der Stator axial verschiebbar angeordnet ist, so dass die aktive Leiterlänge L_T der Wicklung, die sich im Erregerfeld des Rotors befindet, veränderbar ist. Dabei kann es sich auch um eine Relativbewegung des Stators handeln, d.h., der Stator ist fest und der Rotor wird verschoben. Auf diese Weise lässt sich die Maschinengeometrie eines elektrischen Synchronmotors insbesondere im drehzahlgeregelten Betrieb mechanisch so verändern, dass dessen Wirkungsgradvorteile mit der Forderung nach verlustarmer Feldschwächung vereinigt werden können. Neben der aktiven Feldschwächung, welche bei gleicher Leistung eine höhere Drehzahl ermöglicht, wird durch das axiale Verschieben des Stators und somit das Verkürzen der aktiven Leiterlänge der Wicklung eine Reduzierung von Blechverlusten bei hohen Drehzahlen erreicht. Im drehzahlgeregelten Betrieb kann z.B. für Drehzahlen n > 0 eine axiale Verschiebung des Stators durchgeführt werden. Die Verschiebung führt zu einer variierenden aktiven Überdeckungsfläche von Permanentmagneten und Wicklung und bewirkt somit eine Schwächung des Maschinenfeldes, da der integral wirksame magnetische Fluss stetig in Abhängigkeit der Statorstellung verändert wird. Dadurch wird sowohl die Erzeugung des Drehmoments als auch die Spannungsbildung des Motors beeinflusst. Es ergibt sich eine Anpassung des Spannungsbedarfs des Elektromotors über den gesamten Betriebsbereich. Somit ist eine bestmögliche Ausnutzung der Stromversorgungseinheit bezüglich der zur Verfügung stehenden Ströme und Spannungen möglich. Des Weiteren wird beim „Herausziehen" des Stators aus dem Erregerfeld das mit Wirbelströmen durchsetzte Eisenvolumen reduziert. Da eine höhere Frequenz der magnetischen Flussänderung eine umso höhere Bildung von Wirbelströmen nach sich zieht, kann insbesondere bei hohen Drehzahlen durch das Verringern des aktiven Eisenvolumens mittels Verschiebens des Stators eine Minderung der Blechverluste und damit eine verlustärmere Feldschwächung erzielt werden. Zusammengefasst bietet der erfindungsgemäße elektrische Synchronmotor mit mechanischer Feldschwächeinrichtung eine Mehrzahl von Vorteilen. So kann bei voll in das Erregerfeld eingetauchtem Stator ein vergleichsweise hohes Drehmoment, z.B. zum Anfahren des Motors, erzielt werden, während im Feldschwächbetrieb – d.h. bei mechanisch aus dem Erregerfeld herausgezogenem Stator – bei gleicher Leistung eine vergleichsweise hohe (Nenn-)Drehzahl erzielbar ist, welche über der Nenndrehzahl des Synchronmotors bei voll eingetauchtem Stator liegt. Des Weiteren können durch die mechanische Statorverschiebung bei hohen Drehzahlen die Eisenverluste aufgrund von Wirbelströmen verringert werden, so dass sich in einem weiten Betriebsbereich ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Außerdem ist mittels der mechanischen Statorverschiebung eine aktive Leistungsanpassung des Synchronmotors an die Stromversorgungseinrichtung möglich, ohne auf die herkömmliche Ansteuertechnik mit verlustbehafteter elektrischer, Feldschwächung oder Polumschaltungen zurückgreifen zu müssen. Die Ansteuerung des Synchronmotors kann dabei über herkömmliche Stromversorgungseinrichtungen erfolgen. Der erfindungsgemäße elektrische Synchronmotor mit mechanischer Feldschwächeinrichtung kann vorzugsweise in sämtlichen Bereichen Anwendung finden, in denen sowohl ein hohes Anfahrmoment als auch gleichzeitig eine hohe Nenndrehzahl gefordert wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der elektrische Synchronmotor als permanenterregter bürstenloser Gleichstrommotor („brushless DC-Motor”) ausgebildet. Damit ist ein kommutatorloser Antrieb mit dem Betriebsverhalten einer Gleichstrommaschine gemeint, wobei es sich um eine mit Permanentmagneten erregte Synchronmaschine handelt, welche z.B. mit blockförmigen Strömen angesteuert wird. Diese sind insbesondere in vorteilhafter Weise als Elektroantrieb in Hybrid-Fahrzeugen oder z.B. als Servomotoren einsetzbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Rotor als Innenläufer oder als Außenläufer ausgebildet. Der elektrische Synchronmotor umfasst dann eine Vorrichtung zur axialen Verschiebung des im Innen- oder Außenteil des Synchronmotors befindlichen Stators aus dem Erregerfeld des Rotors heraus. Dabei sind sowohl Rotor als auch Stator vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebildet. Grundsätzlich ist in gleicher Weise vorstellbar, dass anstatt des Stators der Rotor mindestens eine Wicklung aufweist und umgekehrt der Stator Permanentmagnete zur Erzeugung eines magnetischen Erregerfeldes aufweist. Ebenso ist grundsätzlich vorstellbar, dass anstatt des Stators auch der Rotor (oder auch beide) axial verschiebbar ausgebildet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine zusätzliche Windungsumschaltung vorgesehen. Auf diese Weise können die Möglichkeiten einer verbesserten Anpassung an eine Stromversorgungseinrichtung noch erweitert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in einem Hochdrehmomentbetrieb bei einer Drehzahl n, die zwischen 0 und einer Nenndrehzahl n₁ liegt, und einem Nennmoment M_n des Synchronmotors der Stator mit der maximalen aktiven Leiterlänge L_{T_max} der Wicklung in das Erregerfeld des Rotors eingetaucht. Der Synchronmotor wird also im Drehzahlbereich zwischen 0 und n₁ vorzugsweise bei komplett in den Rotor eingetauchtem Stator betrieben. Hier wirkt die maximale Flussverkettung Φ_Nenn, und der Spannungsbedarf des Synchronmotors steigt näherungsweise linear mit der Motordrehzahl n. Bei Motornennstrom entwickelt der Motor sein Nennmoment M_n. Auf diese Weise lässt sich im drehzahlgeregelten Betrieb eine (Teil-)Betriebsstrategie für den Hochdrehmomentbetrieb, z.B. zum Anfahren, realisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in einem Hochdrehzahlbetrieb bei einer Drehzahl n, die zwischen der Nenndrehzahl n₁ und einer maximalen Drehzahl n₂ liegt, und einem Drehmoment M ~ 1/n die aktive Leiterlänge L_T der Wicklung durch axiales Verschieben des Stators aus dem Erregerfeld heraus verkürzt. D.h., im Drehzahlbereich zwischen n₁ und n₂ wird der Stator axial aus dem Rotor „herausgezogen" und die Eintauchtiefe L_T wird somit reduziert. Die Flussverkettung Φ sinkt in der Art, dass die Motorspannung U_KL konstant bleibt. Damit fällt (bei Nennstrom) das Motormoment mit 1/n, wobei die Leistung konstant bleibt, da Nennspannung U_Nenn und Nennstrom anliegen. Auf diese Weise lässt sich im drehzahlgeregelten Betrieb eine (Teil-)Betriebsstrategie für den Hochdrehzahlbetrieb realisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die axiale Verschiebung des Stators über eine Aktorik lagegeregelt, wobei die Aktorik vorzugsweise elektrisch oder hydraulisch ausgebildet ist. Es ist aber auch denkbar, dass jegliche andere Formen von Aktoren zur Anwendung kommen, z.B. pneumatische Aktoren oder Kombinationen der vorgenannten. Weiter vorzugsweise ist ein Lagesollwert L_{T_soll} des Stators in Abhängigkeit des momentanen Betriebszustands des Motors ermittelbar. Es ist aber auch weiter vorzugsweise denkbar, dass der Lagesollwert L_{T_soll} des Stators zudem in Abhängigkeit des aktuellen Stroms und/oder der aktuellen Spannung der Stromversorgungseinrichtung ermittelbar ist. Somit kann im drehzahlgeregelten Betrieb mittels der Aktorik jeweils diejenige Statorposition, die dem erwünschten Betriebszustand des Synchronmotors und/oder der Stromversorgungseinrichtung und/oder des Gesamtsystems, in welchem der Synchronmotor als Antriebsaggregat agiert, hinsichtlich Drehzahl, Drehmoment, Leistung, Motorspannung, Motorstrom oder Wirkungsgrad bestmöglich entspricht, eingestellt werden. Die Speisung des Synchronmotors kann dabei vorzugsweise über bekannte selbstgeführte Stromrichter erfolgen. Die Ansteuerung des Stromrichters kann dann weiter vorzugsweise durch eine übergeordnete Strom-, Drehzahl- und Lageregelung vorgenommen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. in den zugehörigen Zeichnungen zeigen
1 eine schematische Darstellung der Anordnung eines Stators und eines Rotors eines erfindungsgemäßen elektrischen Synchronmotors mit mechanischer Feldschwächung,
2a, b, c eine schematische Darstellung des Vorgangs der aktiven mechanischen Feldschwächung durch Statorverschiebung und
3a, b den Arbeitsbereich des erfindungsgemäßen elektrischen Synchronmotors mit mechanischer Feldschwächung hinsichtlich Flussverkettung, Drehzahl, Eintauchtiefe, Motorspannung und Drehmoment.
1 zeigt schematisch einen elektrischen Synchronmotor 1 mit mechanischer Feldschwächung. Der elektrische Synchronmotor 1 ist als permanenterregter bürstenloser Gleichstrommotor („brushless DC-Motor”) ausgebildet und umfasst einen Stator 5, welcher eine Wicklung 7 aufweist, und einen Rotor 10 zur Erzeugung eines mittels Permanentmagneten 12 erregten magnetischen Erregerfeldes. Der Rotor 10 ist z.B. als Außenläufer ausgebildet, d.h., sowohl Rotor 10 als auch Stator 5 sind hohlzylindrisch ausgebildet, wobei der Rotor 10 einen größeren Durchmesser als der Stator 5 aufweist und konzentrisch zu diesem auf einer Achse 14 angeordnet ist. Die Wicklung 7 ist im Betriebszustand des Synchronmotors 1 zumindest teilweise im Erregerfeld des Rotors 10 angeordnet und bei Beaufschlagung der Wicklung 7 mit einem Wicklungsstrom ist ein Drehmoment im Rotor 10 erzeugbar, so dass sich der Rotor 10 um die Achse 14, auf der er angeordnet ist, drehen kann, was in den 1, 2a, 2b und 2c durch einen Pfeil 15 angedeutet ist. Der elektrische Synchronmotor 1 umfasst eine Vorrichtung zur axialen Verschiebung des z.B. im Innenteil des Synchronmotors 1 befindlichen Stators 5 aus dem Erregerfeld des Rotors 10 heraus, wobei der Stator 5 derart axial verschiebbar angeordnet ist, dass er in Verschiebungsrichtung 8 verschoben werden kann. Dadurch ist eine aktive Leiterlänge L_T der Wicklung 7, die sich im Erregerfeld des Rotors 10 befindet, veränderbar und hängt somit direkt von der Eintauchtiefe des Stators 5 in das Erregerfeld des Rotors 10 ab. Die axiale Verschiebung des Stators 5 ist vorzugsweise über eine Aktorik (nicht dargestellt) lagegeregelt, wobei die Aktorik z.B. elektrisch oder hydraulisch ausgebildet sein kann. Die Ansteuerung des Synchronmotors 1 kann dabei über herkömmliche Stromversorgungseinrichtungen erfolgen, z.B. vorzugsweise über bekannte selbstgeführte Stromrichter (nicht dargestellt). Die Ansteuerung des Stromrichters kann dann weiter vorzugsweise durch eine übergeordnete Strom-, Drehzahl- und Lageregelung vorgenommen werden (ebenfalls nicht dargestellt).
2a, 2b und 2c zeigen schematisch den Vorgang der aktiven mechanischen Feldschwächung durch Statorverschiebung. Dabei zeigt 2a den Stator 5 in einem voll in das Erregerfeld des Rotors 10 eingetauchten Zustand, 2b den Stator 5 in einem etwa zur Hälfte aus dem Erregerfeld des Rotors 10 herausgezogenen Zustand, d.h. mit leichter Feldschwächung, und 2c den Stator 5 in einem nahezu ganz aus dem Erregerfeld des Rotors 10 herausgezogenen Zustand, d.h. mit starker Feldschwächung. Wird beispielsweise im drehzahlgeregelten Betrieb z.B. für Drehzahlen n > 0 eine axiale Verschiebung des Stators 5 in Verschiebungsrichtung 8 durchgeführt, so führt die Verschiebung zu einer geringeren aktiven Überdeckungsfläche von Permanentmagneten 12 und Wicklung 7 und bewirkt somit eine Schwächung des Maschinenfeldes des Synchronmotors 1. Dadurch wird sowohl die Erzeugung des Drehmoments als auch die Spannungsbildung des Synchronmotors 1 beeinflusst. Es ergibt sich eine Anpassung des Spannungsbedarfs des Synchronmotors 1 über den gesamten Betriebsbereich. Somit ist auch eine bestmögliche Ausnutzung der Stromversorgungseinheit bezüglich der zur Verfügung stehenden Ströme und Spannungen möglich. Neben der aktiven Feldschwächung, welche bei gleicher Leistung eine höhere Drehzahl und niedrigerem Drehmoment ermöglicht, wird durch das axiale Verschieben des Stators 5 und somit das Verkürzen der aktiven Leiterlänge L_T der Wicklung eine Reduzierung von Blechverlusten bei hohen Drehzahlen erreicht. Beim Herausziehen des Stators 5 aus dem Erregerfeld wird das mit Wirbelströmen durchsetzte Eisenvolumen reduziert. Da eine höhere Frequenz der magnetischen Flussänderung eine umso höhere Bildung von Wirbelströmen nach sich zieht, kann insbesondere bei hohen Drehzahlen durch das Verringern des aktiven Eisenvolumens mittels Verschiebens des Stators 5 eine Minderung der Blechverluste und damit eine verlustärmere Feldschwächung erzielt werden.
3a und 3b zeigt die erfindungsgemäße Arbeitsweise des elektrischen Synchronmotors 1 (vgl. 1, 2a, 2b, 2c) mit mechanischer Feldschwächung. Sättigungseinflüsse sowie Spannungsabfälle an Wicklungen u.ä. sind dabei nicht berücksichtigt. Im Hochdrehmomentbetrieb, d.h. beispielsweise beim Anfahren des Synchronmotors 1, ist der Stator 5 bei einer Drehzahl n, die zwischen 0 und einer Nenndrehzahl (ohne Feldschwächung) n₁ liegt, und einem Nennmoment (ohne Feldschwachung) M_n des Synchronmotors 1 mit der maximalen aktiven Leiterlänge L_{T_max} der Wicklung 7 in das Erregerfeld des Rotors 10 eingetaucht (vgl. 2a). Der Synchronmotor 1 wird also im Drehzahlbereich zwischen 0 und n₁ vorzugsweise bei komplett in das Erregerfeld des Rotors 10 eingetauchtem Stator 5 betrieben. Hier wirkt eine maximale Flussverkettung, nämlich die Nennflussverkettung Φ_Nenn (vgl. 3a), und der Spannungsbedarf des Synchronmotors 1, d.h. die Motorspannung U_KL, steigt näherungsweise linear mit der Motordrehzahl n. Bei Motornennstrom entwickelt der Motor dann sein Nennmoment M_n (vgl. 3b). Ein Hochdrehzahlbetrieb kann dann durch axiales Verschieben des Stators 5 aus dem Erregerfeld des Rotors 10 heraus (vgl. 2b und 2c) erzielt werden. Bei einer Drehzahl n, die zwischen der Nenndrehzahl (ohne Feldschwächung) n₁ und einer maximalen Drehzahl (= Nenndrehzahl mit Feldschwächung) n₂ liegt, und einem Drehmoment M ~ 1/n wird die aktive Leiterlänge L- der Wicklung durch Statorverschiebung verkürzt. D.h. im Drehzahlbereich zwischen n₁ und n₂ wird der Stator 5 in Verschiebungsrichtung 8 axial aus dem Erregerfeld des Rotors 10 herausgezogen (2b und 2c) und die Eintauchtiefe bzw. die aktive Leiterlänge L_T wird somit reduziert (3a). Die Flussverkettung Φ sinkt dabei in der Art, dass die Motorspannung U_KL konstant bleibt. Damit fällt das Motormoment M (bei Nennstrom) mit 1/n, wobei die Leistung konstant bleibt, da Nennspannung U_Nenn und Nennstrom anliegen (3b). So kann bei voll in das Erregerfeld eingetauchtem Stator 5 ein vergleichsweise hohes Drehmoment, z.B. zum Anfahren des Motors, erzielt werden, während im Feldschwächbetrieb – d.h. bei mechanisch aus dem Erregerfeld herausgezogenem Stator 5 – bei gleicher Leistung eine vergleichsweise hohe (Nenn-)Drehzahl n erzielbar ist, welche über der Nenndrehzahl n₁ des Synchronmotors 1 bei voll eingetauchtem Stator 5 liegt. Zur Regelung des Hochdrehmoment- bzw. Hochdrehzahlbetriebs des Synchronmotors 1 kann z.B. ein Lagesollwert L_{T_soll} (nicht dargestellt) des Stators 5 in Abhängigkeit des momentanen Betriebszustands des Synchronmotors 1 und/oder in Abhängigkeit des aktuellen Stroms und/oder der aktuellen Spannung der Stromversorgungseinrichtung (nicht dargestellt) ermittelt und zu Regelungszwecken herangezogen werden.

1: Synchronmotor
5: Stator
7: Wicklung
8: Verschiebungsrichtung
10: Rotor
12: Permanentmagnet
14: Achse
15: Pfeil
Φ: Flussverkettung
Φ_Nenn: Nennflussverkettung
L_T: aktive Leiterlänge
L_{T_max}: maximale aktive Leiterlänge
M: Motormoment (bei Nennstrom)
M_n: Nennmoment (ohne Feldschwächung)
n: Motordrehzahl
n₁: Nenndrehzahl (ohne Feldschwächung)
n₂: maximale Drehzahl (Nenndrehzahl mit Feldschwächung)
U_KL: Motorspannung
U_Nenn: Nennspannung

Claims

Elektrischer Synchronmotor (1) mit Feldschwächeinrichtung, umfassend mindestens einen Stator (5), welcher mindestens eine Wicklung (7) aufweist, und mindestens einen Rotor (10) zur Erzeugung eines magnetischen Erregerfeldes, wobei die Wicklung (7) zumindest teilweise im Erregerfeld angeordnet ist und bei Beaufschlagung der Wicklung (7) mit einem Wicklungsstrom ein Drehmoment im Rotor (10) erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) axial verschiebbar angeordnet ist, so dass die aktive Leiterlänge L_T der Wicklung (7), die sich im Erregerfeld des Rotors (10) befindet, veränderbar ist.
Elektrischer Synchronmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Synchronmotor (1) als permanenterregter bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist.
Elektrischer Synchronmotor (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) als Innenläufer oder als Außenläufer ausgebildet ist.
Elektrischer Synchronmotor (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Windungsumschaltung vorgesehen ist.
Elektrischer Synchronmotor (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Hochdrehmomentbetrieb bei einer Drehzahl n, die zwischen 0 und einer Nenndrehzahl n₁ liegt, und einem Nennmoment M_n des Synchronmotors (1) der Stator (5) mit der maximalen aktiven Leiterlänge L_{T_max} der Wicklung (7) in das Erregerfeld des Rotors (10) eingetaucht ist.
Elektrischer Synchronmotor (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Hochdrehzahlbetrieb bei einer Drehzahl n, die zwischen der Nenndrehzahl n₁ und einer maximalen Drehzahl n₂ liegt, und einem Drehmoment M ~ 1/n die aktive Leiterlänge L_T der Wicklung (7) durch axiales Verschieben des Stators (5) aus dem Erregerfeld heraus verkürzt ist.
Elektrischer Synchronmotor (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Verschiebung des Stators (5) über eine Aktorik lagegeregelt ist.
Elektrischer Synchronmotor (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorik elektrisch oder hydraulisch ausgebildet ist.
Elektrischer Synchronmotor (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagesollwert L_{T_soll} des Stators (5) in Abhängigkeit des momentanen Betriebszustands des Motors ermittelbar ist.
Elektrischer Synchronmotor (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagesollwert L_{T_soll} des Stators (5) in Abhängigkeit des aktuellen Stroms und/oder der aktuellen Spannung der Stromversorgungseinrichtung ermittelbar ist.
Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Synchronmotors (1) mit Feldschwächeinrichtung, umfassend mindestens einen Stator (5), welcher mindestens eine Wicklung (7) aufweist, und mindestens einen Rotor (10) zur Erzeugung eines magnetischen Erregerfeldes, wobei die Wicklung (7) zumindest teilweise im Erregerfeld angeordnet ist und bei Beaufschlagung der Wicklung (7) mit einem Wicklungsstrom ein Drehmoment im Rotor (10) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) zur Veränderung der aktiven Leiterlänge L_T der Wicklung (7), die sich im Erregerfeld des Rotors (10) befindet, axial verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung eines Hochdrehmomentbetriebs bei einer Drehzahl n, die zwischen 0 und einer Nenndrehzahl n₁ liegt, und einem Nennmoment M_n des Synchronmotors (1) der Stator (5) mit der maximalen aktiven Leiterlänge L_{T_max} der Wicklung (7) in dem Erregerfeld des Rotors (10) positioniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung eines Hochdrehzahlbetriebs bei einer Drehzahl n, die zwischen der Nenndrehzahl n₁ und einer maximalen Drehzahl n₂ liegt, und einem Drehmoment M ~ 1/n die aktive Leiterlänge L_T der Wicklung (7) durch axiales Verschieben des Stators (5) aus dem Erregerfeld heraus verkürzt wird.