DE102006043383A1 - Permanenterregte Synchronmaschine mit bürstenloser Zusatzerregung für extrem großen Drehzahlbereich - Google Patents

Permanenterregte Synchronmaschine mit bürstenloser Zusatzerregung für extrem großen Drehzahlbereich Download PDF

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02Details
    • H02K21/04Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
    • H02K21/042Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with permanent magnets and field winding both rotating

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Abstract

Es wird eine Synchronmaschine mit variabler Erregung beschrieben. Erfindungsgemäß enthält die ferromagnetische Erregeranordnung (6) mindestens zwei Polreihen (4a, 4b) und bezüglich der Bewegungsrichtung eine periodische, Pollücken bildende Nutung. Beide Polreihen zueinander sind um eine Polteilung in Bewegungsrichtung versetzt. Zur Einstellung eines variablen Erregerfeldes ist eine in Bewegungsrichtung verlaufende Wicklung (3) zwischen den Polreihen (4a, 4b) der Erregeranordnung (6) angeordnet. Die induzierte Spannung je Wicklungsstrang (2a, b, c) einer Statoranordnung (1) wird aus einem variablen Erregerfeldanteil der Polreihen (4a, 4b) sowie einem konstanten Erregerfeldanteil der Pollücken gebildet, wobei in den Pollücken Permanentmagnete (5a, 5b) angeordnet sein können (Fig. 10).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Anwendungsgebiete
  • Elektrische Maschinen bieten sich für die vielfältigsten Antriebsaufgaben an und haben sich praktisch überall dort durchgesetzt, wo eine große Dynamik bezüglich der Drehzahl, Kraft (Moment) und Leistung gefordert wird. Darüber hinaus zeichnen sich solche Antriebe, auf Grund völliger Abgasfreiheit gegenüber Verbrennungsantrieben, durch eine große Umweltverträglichkeit am Ort der Antriebsaufgaben aus. Ähnliches gilt auch gegenüber Antrieben, die durch Entspannung von auf hohem Druckpotential befindenden Medien (Gase, Flüssigkeiten) Arbeit verrichten.
  • Mehrsträngige Synchronmaschinen werden als Bremsen, Motoren oder als Generatoren eingesetzt. Zur betriebsgerechten Energieversorgung solcher Maschinen ist bei variabler Drehzahl des Rotors ein Frequenzumrichter erforderlich. Dieser passt die elektrischen Spannungen der einzelnen Maschinenstränge und damit die Ströme bezüglich ihrer Amplitude Frequenz und Phasenlage an die jeweiligen Belastungen (Drehzahl und Drehmoment) an. Die maximale Drehzahl klassischer PM-erregter Maschinen ist durch die von der Erregung induzierten Spannungen begrenzt.
  • Stand der Technik für rotierende, mehrsträngige Bauformen
  • Die Ausbildung von rotierenden Synchronmaschinen in Mantelbauweise mit einem Anker- und einem Erregerfeld, welche vollkommen in einer zur Rotationsachse orthogonalen Ebene (radial und in Umfangsrichtung) in den Stator- und Rotorblechpaketen verläuft, ist Stand der Technik und allgemein bekannt. Dies wird durch zwei Konstruktionsmerkmale erreicht:
    • – Die Feldwirkungen der elektrischen bzw. permanentmagnetischen Erregersysteme liegen in dieser Ebene.
    • – Weiterhin verlaufen die Nuten des Statorpaketes, in denen die einzelnen Ankerstränge untergebracht sind, im Wesentlichen parallel zur Welle, so dass ebenfalls die Ankerfeldebene mit der des Erregerfeldes koinzidiert.
  • Aufgrund der räumlichen Verschiebung der einzelnen Stränge am Umfang und deren Speisung mit phasenversetzen Strömen wird eine rotierende Strombelags- und damit Induktionswelle erzeugt. Diese Strombelagswelle erzeugt zusammen mit dem Erregerfeld ein Drehmoment, welches motorisch antreibend oder generatorisch bzw. motorisch bremsend technisch angewendet werden kann. Als Generator arbeiten diese Energiewandler, falls die Klemmenspannungen nicht von außen die Energie in die Maschine treiben, sondern die vom Erregerfeld in die Statorwicklung induzierten Spannungen einen Energiefluss aus der Maschine heraus bewirken.
  • Zur Erzeugung einer rotierenden Strombelagswelle sind mindestens zwei räumlich und zeitlich versetzte Ströme in einer in diesem Fall zweisträngigen Anordnung erforderlich. Üblich sind Anordnungen mit drei Strängen, die von einem symmetrischen Drehstromsystem (vom Netz oder von einem Frequenzumrichter) gespeist werden.
  • Nachteile des Standes der Technik von PM-erregten Synchronmaschinen
    • – Auf Grund einer, mit PM-Erregung inhärent verbundenen konstanten Erregung sind diese Maschinen nicht für größte Drehzahlbereiche geeignet. Mit den hohen Drehzahlen steigen die vom Wechselrichter bereitzustellenden Spannungen und damit die investiven Kosten des Speisewechselrichters.
    • – Zur Feldbeeinflussung im Sinne der Feldschwächung sind Konstruktionen bekannt, bei denen auf dem Rotor im feldfreien Raum zwischen den Polen Zusatzspulen integriert sind. Diese können über Schleifkontakte mit einer Gleichstromquelle in der ruhenden Umgebung verbunden werden. Hierdurch werden diese Maschinen aber sowohl wartungs- und eventuell EMV-intensiv und weiterhin ist ihr Drehzahlbereich schon auf Grund des Funktionsprinzips mit Schleifkontakten begrenzt. Eine fortschrittliche, transformatorisch auf den Rotor übertragene und dort gleichgerichtete Stromversorgung dieser Zusatzspulen ist auf Grund der Zusatzkosten aber nur für spezielle Aufgaben sinnvoll.
    • – Eine weitere Anhebung des möglichen Drehzahlbereiches gelingt durch eine transformatorische Unterstützung des Kommutierungsvorganges mit Hilfe benachbarter Stränge bzw. der Erregung. Hierzu werden die Stränge zeitlich vor ihrem natürlichen Kommutierungspunkt (Umkehr des Erregerfeldes) mit dem Wechselrichter elektrisch verbunden.
    • – Eine weitere Möglichkeit der Feldschwächung besteht darin, den Ankerstrombelag in seiner räumlichen Phasenlage gegenüber dem Erregerfeld so zu verschieben, dass eine Ankerfeldkomponente in der Erregerfeldachse entsteht (d-Komponente). Nachteilig hierbei ist, dass bei konstanter Ankerfeldamplitude die schubbildende Ankerfeldkomponente (q-Komponente) verringert wird und damit die Schubkraft bzw. das Drehmoment abnimmt. Wird diese Leistungsverminderung durch Erhöhung des Ankerfeldes wieder ausgeglichen, ist ein höherer Ankerstrom erforderlich, der einerseits zu höheren Ankerverlusten führt, andererseits die zuzuführende Gesamtleistung durch den erhöhten Blindleistungsbedarf erhöht.
    • – Allen diesen Lösungen ist der Nachteil gemeinsam, dass diese Zusatzerregerfelder die P-Magnete durchdringen müssen. Auf Grund ihrer niedrigen Permeabilitäten ist diese Art der Erregerfeldsteuerung mit großen Steuerströmen, d. h. großen Zusatzverlusten verbunden. Es ist weiterhin zu beachten, dass P-Magnete äußerst temperaturempfindlich sind, wenn sie mit abgesenkter Flussdichte betrieben werden.
    • – Eine Beeinflussung des Magnetisierungszustandes des Erregermagneten durch kurzfristig erregte Zusatzspulen ist seit langem hauptsächlich für Anordnungen mit AlNiCo-Magnete bekannt. Für hochenergetische Permanentmagnete muss aber eine sehr große Zusatzerregung z. B. durch eine Kondensatorentladung aufgebracht werde, so dass sie sich dieses Konzept bisher nicht durchgesetzt hat.
    • – Es ist nicht nur eine Feldabsenkung zur Erzielung höchster Drehzahlen von Antriebsmaschinen von Interesse. Eine Feldanhebung ist sowohl zur Verbesserung eines Antriebs-Teillastwirkungsgrades als auch zur Bereitstellung von induktiver Blindleistung im Generatorbetrieb besonders bei ihrem Einsatz in Windkraftanlagen von essentieller Bedeutung. Auch dieser Betriebszustand ist mit den oben erwähnten Maßnahmen möglich. Sie weisen aber die gleichen, bereits bei der Erregerfeldabschwächung erwähnten Schwierigkeiten auf.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Synchronmaschine so zu konzipieren, dass die bekannten Leistungspotentiale von Permanentmagneten erregten Synchronmaschinen nach dem Stand der Technik voll ausgenutzt werden können, darüber hinaus aber ein wesentlich erhöhter Drehzahlbereich ermöglicht wird. Weiterhin soll die Erfindung den Teillastwirkungsgrad bei sehr niedrigen Drehzahlen erhöhen und ggf. zur Bereitstellung induktiver Blindleistung im Generatorbetrieb beitragen. Das Erregersystem soll dabei bürstenlos und ohne Zusatzeinrichtungen gespeist werden.
  • Lösung der Aufgabe
  • Diese Aufgabe wird durch eine Synchronmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den nachfolgenden Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
  • Die Erfindung kann grundsätzlich für rotierende und sich linear bewegende Anordnungen gleichermaßen Anwendung finden. Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich auf die Beschreibung einer rotierenden Anordnung.
  • Die besonderen Potentiale der Erfindung werden durch die Ausbildung des Energiewandlers als mehrsträngige Drehfeldmaschine mit einer in Richtung der Bewegung ausgerichteten Ringspule ermöglicht, welche vorteilhaft auf dem feststehenden Stator zwischen auf dem Rotor homopolar ausgerichteten Polreihen angeordnet ist. Beidseitig dieser Ringspule sind um 180°elektrisch gegeneinander versetzt ggf. P-Magnete angeordnet und bezüglich der beiden Polreihen entgegengesetzt magnetisiert. Durch die räumlich feste Verbindung mit dem Stator kann vorteilhaft auf eine Stromzufüh rung mittels Bürsten verzichtet werde.
  • Auf beiden Seiten der Ringspule befinden sich in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete ferromagnetische Pole. Über diese Pole kann sich Zusatzerregerfluß ausbilden. Je nach Stromrichtung in der Ringspule kann das Erregerfeld der P-Magnete zur Erzielung großer Drehzahlbereiche geschwächt bzw. für große Drehmomente und induktive Blindleistungsabgabe verstärkt werden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung nutzt konsequent die Kraftdichtepotentiale aller Energiewandler mit PM-Erregung aus, vergrößert jedoch ihre Anwendungen insbesondere bezüglich des Drehzahlbereiches. Dieser ist auf Grund einer bürstenlosen elektrischen Zusatzerregung theoretisch unendlich. Die Drehzahl ist prinzipbedingt nur durch mechanische Festigkeiten des Aufbaus, aber nicht mehr den Magnetkreis bzw. durch elektromagnetische Gegebenheiten wie induzierte Spannung und Wechselrichterscheinleistung begrenzt.
  • Wird diese bürstenlose Zusatzerregung nicht zur Feldschwächung, sondern zur Erregerfelderhöhung benutzt, so erlaubt dieser Maschinentyp auch eine Momentenerhöhung in niedrigeren Drehzahlbereichen, ohne dass dazu der vom Wechselrichter zu liefernde Ankerstrom erhöht werden muss. Hierdurch erzielt man einen wesentlich besseren Wirkungsgrad als bei allen konventionellen PM-erregten Synchronmaschinen.
  • Weiterhin kann durch Erhöhung des Erregerflusses über den einer konventionellen PM-Erregung hinaus der Teillastwirkungsgrad bei keinen Drehzahlen wesentlich erhöht werden. Das ist besonders bei allen Anfahrvorgängen sowohl bei Automobilen als auch im technischen Antriebsbereich (Zentrifugen, Walzstraßen, Pumpen usw.) von Bedeutung.
  • Neben dem verbesserten Wirkungsgrad kann auch der maximale Wechselrichter-Strom verringert und können damit die Investitionskosten reduziert werden.
  • Auch im Generatorbetrieb ist eine Möglichkeit der Erregerfelderhöhung von größter Wichtigkeit, da dadurch z. B. Windkraftanlagen nicht nur zum kapazitiven, sondern auch zum induktiven Blindleistungsbedarf der angeschlossenen Netze beitragen können.
  • Da sich der Erregersteuerfluss vorteilhaft transversal zur Bewegungsrichtung über die Eisenpole mit ihren kleinen Luftspalten schließt, kann er, im Gegensatz zu den oben erwähnten klassischen Lösungen, bereits mit kleinen Strömen, d. h. reduzierten Leistungen erzeugt werden. Weiterhin ist die Spule fest mit dem stillstehenden Anker verbunden und kann daher bürstenlos und damit verschleißfrei über Klemmen aus einer Gleichstromquelle versorgt werden.
  • Die aufgeführten Vorteile lassen sich ohne Einschränkungen auf lineare Anordnungen anwenden. Hierbei wird statorseitig anstelle einer Drehfeldanordnung eine Wanderfeldanordnung eingesetzt. Anstelle des Rotors tritt ein Translator und anstelle einer Ringwicklung tritt eine in Bewegungsrichtung linear ausgedehnte Spule mit parallel zueinander angeordneten Spulenseiten.
  • Bevorzugte Anwendungsgebiete als rotierende Maschine sind daher drehzahlvariable Direktantriebe u. a. für Verkehrssysteme, Schiffsantriebe oder aber auch für Windkraftgeneratoren. Der kompakte Aufbau lässt – zusammen mit den baulich bedingt reduzierten Verlusten – diesen Maschinentyp auch in Form eines linearen Direktantriebs z.B. für Fahrstühle oder als Aktuatoren als besonders geeignet erscheinen.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und beschrieben.
  • Die 1 bis 8 zeigen lineare Ausführungsbeispiele der Erfindung. Diese Darstellungen können aber auch als Abwicklungen einer entsprechenden rotierenden Anordnung verstanden werden, wie sie in 9, 10 und 11 dargestellt sind.
  • In 1 ist die Gesamtdarstellung eines Ausführungsbeispieles angegeben. Das ferromagnetische Statorelement (1) weist Nuten auf, in die die Stränge 2a, 2b, 2c eines mehrsträngigen Wicklungssystems eingelegt sind. Die Stranganzahl "drei" entspricht einem üblichen Drehstromsystem, es können auch andere Strangzahlen ausgeführt werden. Im allgemeinen ruht das Statorelement, und die Stromzuführung erfolgt über feste elektrische Verbindungen zu den Strängen der Wicklung.
  • Das ferromagnetische Translator- bzw. Rotorelement 6 bildet den beweglichen Teil des Motors. Es trägt die ferromagnetischen Pole 4a, 4b, die z. B. durch Ausfräsungen gebildet werden können. Die Länge eines Poles zusammen mit der Länge einer Pollücke in Bewegungsrichtung entsprechen zwei Polteilungen. Es entstehen zwei Polreihen, zwischen denen die linear ausgedehnte elektrische Erregerwicklung 3 angeordnet ist. Beide Polreihen sind zueinander um eine Polteilung im Bewegungsrichtung verschoben. Bei rotierenden Ausführungsbeispielen ist diese Wicklung als Ringwicklung ausgeführt. Wird die Erregerwicklung 3 von einem Gleichstrom durchflossen, entsteht ein Erreger-Magnetfeld welches quer zur Bewegungsrichtung durch den Translator 6 und das Statorelement 1 verläuft. Alle Pole 4a der vorderen Polreihe bzw. Pole 4b der hinteren Polreihe weisen ein homopolares magnetisches Feld auf. Das magnetische Feld hat jedoch für die vordere Polreihe und für die hintere Polreihe unterschiedliche Richtung. Die Bildung der Vortriebskraft erfolgt durch Wechselwirkung des Erregermagnetfeldes an Pol 4a und der stromdurchflossenen Wicklungsstränge 2a, 2b, 2c bzw. entsprechend an Pol 4b mit der hier entgegen gesetzten Stromrichtung der Wicklungsstränge. Die Befestigung der Wicklung kann am Translator 6 oder aber vorteilhaft am Statorelement 1 erfolgen. Bei Befestigung am Statorelement 1 ist auch die Wicklung 3 fest, so dass die Zufuhr des Erregerstromes über eine feste elektrische Verbindung erfolgen kann und Bürsten nicht erforderlich sind.
  • In die Lücken der beiden Polreihen können Permanentmagnete 5a zur leistungslosen Bereitstellung eines Erregerfeldes eingebracht werden. Die Magnetisierungsrichtungen aller Permanentmagnete einer Polreihe sind gleich, beide Polreihen sind jedoch zueinander entgegengesetzt magnetisiert. In diesem Fall wirken auf die die Stränge der Statoranordnung jeweils das konstante Permanentmagneterrregerfeld und das variable Feld der Erregerwicklung. Beide Erregerfeldanteile sind räumlich zueinander versetzt. Bezüglich der in den Strängen der Statoranordnung induzierten Spannung wirken beide Feldanteile. Dies entspricht in der Gesamtwirkung einer Feldänderung (Stärkung oder Schwächung), beruht aber im Gegensatz zu bekannten Lösungen, auf räumlich getrennten Erregerfeldanteilen. Vorteilhaft kann durch diese Anordnung eine zerstörende Entregung der Permanentmagnete nicht auftreten.
  • Je nach Richtung des elektrischen Stromes in der Erregerwicklung 3 kann die induzierte Gesamtspannung erhöht oder reduziert werden. Vorteilhaft wird diese Eigenschaft genutzt, um bei niedrigen Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen die Schubkraft zu erhöhen bzw. hohe Drehzahlen bei entsprechender Feldschwächung möglich zu machen.
  • Die in 1 beschriebene Anordnung kann in weiteren Ausführungsbeispielen quer zur Bewegungsrichtung periodisch mehrfach angeordnet werden, um die Leistung der Gesamtanordnung zu steigern ohne die Bauhöhe zu vergrößern. Bei rotierenden Maschinen würde sich dadurch die axiale Baulänge vergrößern.
  • In 2 ist zum besseren Verständnis der Translator 6 zwei ferromagnetische Pole 4a, 4b, sowie die Erregerwicklung 3 dargestellt.
  • In 3 ist die Darstellung entsprechend 2 ergänzt worden um die Permanentmagnete 5a, 5b.
  • In 4 ist ein Ausführungsbeispiel des ferromagnetischen und genuteten Statorelementes 1a dargestellt. Zur Verringerung der Eisenverluste besteht das Statorelement aus aufeinander geschichteten Blechen 1f (6). Da zwischen den aufeinander geschichteten Blechen Luftspalte unvermeidbar sind, ist die Verteilung des Feldes quer zur Bewegungsrichtung inhomogen, sie verringert sich zu den Randbereichen des Statorelementes 1a.
  • In 5 ist ein Statorelement entsprechend 4 dargestellt, wobei das gesamte Statorelement geteilt ist und aus gleichartigen Statorteilelementen 1b besteht. Zwischen beiden Statorteilementen 1b ist ein Luftspalt 7 angeordnet. Dieser Luftspalt 7 führt zu einer Homogenisierung des quer zur Bewegungsrichtung verlaufenden Erregermagnetfeldes. Durch diese Homogenisierung des Magnetfeldes werden die Eisenverluste in den Statorteilelementen 1b verringert.
  • In 6 ist das Statorelement entsprechend 4 mit einem zusätzlichen massiven ferromagnetischen Rückschluß 1e dargestellt. Durch diese Maßnahme wird eine Homogenisierung des Erregerflusses in der Querachse zur Bewegungsrichtung erreicht.
  • In 7 ist das Statorelement entsprechend 6 dargestellt, wobei der massive ferromagnetische Rückschluß 1c aus zwei Teilen besteht, zwischen denen ein Luftspalt 7a angeordnet ist. Diese Maßnahme führt ebenfalls zu einer Homogenisierung des Querflusses.
  • 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Statorelementes 1d aus gebundenem Eisenpulver. Diese Maßnahme führt zu einer Verringerung der Eisenverluste.
  • Nachfolgend wird die Erfindung, die sich auf eine Synchronmaschine mit variabel einstellbarer Erregung bezieht, am Anwendungsbeispiel einer rotierenden Synchronmaschine beschrieben. Hierzu findet eine bekannte Statoranordnung mit einer mehrsträngigen Wicklung Anwendung. Der Rotor ist im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen in bezüglich der Axialrichtung nebeneinander liegende Polreihen unterteilt. Beide Polreihen sind gegeneinander in Umfangsrichtung um eine Polteilung verschoben. Weiterhin befindet sich im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen zwischen beiden Rotor-Polreihen eine Ringwicklung. Diese Ringwicklung wird von einem einstellbaren Gleichstrom gespeist und führt zu einer variablen homopolaren Erregung der Polreihen. Da magnetische Wirkung der Ringwicklung bezüglich der Rotationsrichtung räumlich konstant ist, muss die Ringwicklung nicht zwangsläufig rotieren. Durch dieses Merkmal ist es möglich die Ringwicklung fest mit der ruhenden Statoranordnung zu verbinden. Somit kann die Stromzuführung an die Ringwicklung über feste elektrische Anschlüsse erfolgen, Bürsten zur Stromübertragung auf rotierende Wicklungen sind nicht erforderlich.
  • Zusätzliche können Permanentmagnete mit je Polreihe jeweils gleicher Magnetisierungsrichtung in den Pollücken der rotierenden Polreihen angeordnet werden. Die Magnetisierungsrichtung beider Polreihen ist entgegengesetzt zu wählen. Beide Polreihen werden somit ebenfalls homopolar aber entgegengesetzt erregt. Hierdurch wird das Gesamterregerfeld aus zwei Anteilen generiert, einem invariablem Permanentmagnet-Anteil, einem variablem elektrischen Anteil. In diesem Fall wirken auf die die Stränge der Statoranordnung jeweils das konstante Permanentmagneterrregerfeld und das variable Feld der Erregerwicklung. Beide Erregerfeldanteile sind räumlich zueinander versetzt. Bezüglich der in den Strängen der Statoranordnung induzierten Spannung wirken beide Feldanteile. Dies entspricht in der Gesamtwirkung einer Feldänderung (Stärkung oder Schwächung), beruht aber im Gegensatz zu bekannten Lösungen, auf räumlich getrennten Erregerfeldanteilen. Vorteilhaft kann durch diese Anordnung eine zerstörende Entregung der Permanentmagnete nicht auftreten.
  • Somit sind bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung einer bürstenlosen Synchronmaschine ohne weitere Zusatzeinrichtungen eine Feldverstärkung im Anlaufbereich (hohes Drehmoment) und eine Feldschwächung im hohen Drehzahlbereich erzielbar. Die für die Drehfeldspeisung zugeführten elektrischen Größen Spannung und Strom können im gesamten Betriebsbereich optimal genutzt werden.
  • 9 zeigt die erfindungsgemäße Ausbildung einer rotierenden Anordnung der Syn chronmaschine. Sie besteht aus dem nicht rotierenden Statorelement 1, in dessen Nuten die Drehfeldwicklung angeordnet wird. Der Läufer besteht aus dem Rotor 6, welcher zwei in axialer Richtung hintereinander liegende Polreihen 4a, 4b, (10) aufweist. Die Längen von Pol und Nut betragen in Umfangsrichtung jeweils etwa eine Polteilung. Der Abstand zweier aufeinander folgender Pole in Umfangsrichtung beträgt eine Polteilung. In den Nuten zwischen den jeweiligen Polreihen sind Permanentmagnete 5a, 5b angeordnet, welche je Polreihe gleichsinnig magnetisiert sind. Die Magnetisierung erfolgt bezüglich der beiden Polreihen jedoch entgegengesetzt. In der perspektivischen Ansicht der 9 ist nur die vordere Polreihe sichtbar. Die zwischen beiden Polreihen angeordnete Erreger-Ringwicklung 3 ist in 9 nicht sichtbar.
  • 10 zeigt die Rotoranordnung entsprechend 9 ausführlicher. Die beiden Polreihen 4a, 4b sind in Umfangsrichtung relativ zueinander um eine Polteilung versetzt. Zwischen beiden Polreihen 4a, 4b ist die Erreger-Ringwicklung 3 erkennbar.
  • 11 zeigt eine anschauliche weitere Vereinfachung entsprechend 10. Es sind lediglich der Rotor 6, die Polreihen 4a, 4b sowie die Ringwicklung 3 dargestellt.

Claims (9)

  1. Synchronmaschine mit variabler Erregung, dadurch gekennzeichnet, dass die ferromagnetische Erregeranordnung (6) mindestens zwei Polreihen (4a), (4b) enthält und bezüglich der Bewegungsrichtung eine periodische, Pollücken bildende Nutung aufweist, dass beide Polreihen zueinander um eine Polteilung in Bewegungsrichtung versetzt sind, dass zur Einstellung eines variablen Erregerfeldes eine in Bewegungsrichtung verlaufende Wicklung (3) zwischen den Polreihen (4a, 4b) der Erregeranordnung (6) angeordnet ist und dass die induzierte Spannung je Wicklungsstrang (2a, b, c) einer Statoranordnung (1) aus einem variablen Erregerfeldanteil der Polreihen (4a, 4b) sowie einem konstanten Erregerfeldanteil der Pollücken gebildet wird.
  2. Synchronmaschine mit variabler Erregung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Bewegungsrichtung verlaufende Wicklung (3) zur Einstellung des Erregerfeldes räumlich fest mit der Statoranordnung (1) verbunden ist.
  3. Synchronmaschine entsprechend den Merkmalen des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Pollücken der Erregeranordnung (6) Permanentmagnete (5a), (5b) angeordnet sind.
  4. Synchronmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine geblechte Statoranordnung (1) vorgesehen ist und dass auf einer von der Erregeranordnung (6) abgewandten Seite der Statoranordnung (1) ein massiver ferromagnetischer Eisenrückschluss (1e) angeordnet ist.
  5. Synchronmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statoranordnung (1) einen in Bewegungsrichtung ausgedehnten Luftspalt (7) aufweist.
  6. Synchronmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die ferromagnetischen Teile der Statoranordnung (1) aus einem formgebundenen, ferromagnetischen Pulver (1d) bestehen.
  7. Synchronmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Bewegungsrichtung verlaufende, feststehende Wicklung (3) zur Einstellung des Erregerfeldes auch zur Stabilisierung des Schwebezustandes eines magnetischen Schwebesystems genutzt wird.
  8. Synchronmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass quer zur Bewegungsrichtung mehrere Polreihen (4a, 4b, 5a, 5b) und in Bewegungsrichtung verlaufende Wicklungen (3) zur Einstellung des Erregerfeldes angeordnet sind.
  9. Synchronmaschine für eine Magnetschwebeeinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in Bewegungsrichtung verlaufende Wicklung (3) zur Einstellung des Erregerfeldes aus mehreren Teilwicklungen besteht und diese gleich oder gegensinnig elektrisch erregt werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112013000314B4 (de) 2012-02-29 2019-02-14 Aisin Aw Co., Ltd. Drehende Elektromaschine mit Hybriderregung

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