DE102009025342A1 - Permanent magnet excited arrangement with adjustable additional magnets in energy converters - Google Patents
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Abstract
Durch veränderbare Feldanteile, die zwischen den Polen von drehbar angeordneten Permanentmagneten erzeugt werden, kann Einfluss auf die Felddichte im Nutzspalt von Erregeranordnungen genommen werden. Mit minimalem Leistungsaufwand wird eine verbesserte Anpassung an unterschiedliche Betriebszustände bei rotierenden und linearen Synchronmaschinen sowie bei Tragmagneten erzielt. Der oft notwendige, weitgehende Entregungszustand bei Extremfällen des Betriebes wird berücksichtigt, Fign. 1a, 1b.By changeable field components, which are generated between the poles of rotatably arranged permanent magnets, influence can be made on the field density in the useful gap of exciter arrangements. With minimal effort an improved adaptation to different operating conditions is achieved with rotating and linear synchronous machines as well as with supporting magnets. The often necessary, extensive de-excitation state in extreme cases of the operation is taken into account, Figs. 1a, 1b.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Bedeutung von permanenterregten Magnetkreisen konnte durch zahlreiche Anwendungen z. B. in der Antriebstechnik unter Beweis gestellt werden. Sowohl höhere Kraftdichten auch ein verlustärmerer Betrieb konnten durch die Konzepte der permanentmagneterregten Maschinen in linearer und rotierender Anwendung bestätigt werden.The Importance of permanent magnet circuits could be achieved by numerous Applications z. B. be proven in the drive technology. Both higher power densities and a lower loss Operation was possible thanks to the concepts of permanent magnet-excited machines be confirmed in linear and rotary application.
Zu den noch nicht überzeugend gelösten Fragen gehört die Stellbarkeit durch geringen Aufwand und darin eingeschlossen auch die Frage der Abschaltung der Erregung in Extremsituationen. Bei Fahrzeugantrieben wird daneben auch erwartet, dass bei hohen Drehzahlen ein verlustfreier Leerlauf ermöglicht werden soll Dies setzt eine deutliche Schwächung des magnetischen Flusses ohne Strombeeinflussung voraus und ist bei den bislang bekannt gewordenen Lösungen nicht in gewünschter Weise darstellbar. Soll von einer durch stromführende Wicklung ausgelösten Wirkung abgesehen werden, kann nur ein mechanischer Eingriff in den Magnetkreis als zielführend angesehen werden. Hierbei weisen die sogenannten passiven Eingriffe, also jene, die auf eine durch Teilverschiebung hervorgebrachte Änderung des magnetischen Widerstandes abzielen, den Nachteil auf, dass sie nur zu einer Schwächung des Magnetflusses geeignet sind. Allerdings ist auch ihre Verwirklichung an die Voraussetzung eines Verschiebemechanismus gebunden und damit aufwendig realisierbar.To heard the not yet convincingly solved questions the adjustability by little effort and included also the question of switching off the arousal in extreme situations. For vehicle drives is also expected that at high Speeds a lossless idle be enabled This is supposed to significantly weaken the magnetic River without power influence ahead and is known in the so far become solutions in the desired manner represented. Should from a current-carrying winding Apart from being triggered effect can only be a mechanical one Intervention in the magnetic circuit can be considered as effective. Here are the so-called passive interventions, ie those who to a change brought about by a partial shift of the magnetic resistance, the disadvantage that they are only suitable for weakening the magnetic flux. However, their realization is also a prerequisite Shifting mechanism bound and thus consuming feasible.
Dies
gilt z. B. für die in
Beim
Patent
Es besteht demnach die erfindungsgemäße Aufgabe darin, für durch Permanentmagnete erregte magnetische Kreise bei rotierender und linearer Anordnung eine durch Permanentmagnete dargestellte Zusatzerregung zu beschreiben, die auf der Grundlage der Felddichtekonzentration im Arbeitsspalt die Erzeugung von Felddichten ermöglicht, die höher als die Remanenzinduktion sind und dabei durch einfache mechanische Beeinflussung sowohl Feldverstärkung als auch Schwächung in weitem Bereich zulassen.It is therefore the object of the invention is to for magnetic circuits excited by permanent magnets rotating and linear arrangement of an additional excitation represented by permanent magnets to describe based on the field density concentration allows the generation of field densities in the working gap, which are higher than the remanence induction and thereby simple mechanical influencing both field amplification as well as weakening in a wide range.
Die Lösung der Aufgabe wird durch einen ausführlichen Text und mit mehreren Bilddarstellungen erläutert.The Solution of the task is through a detailed Text and explained with several image representations.
Beschreibungdescription
In
den
Während
in
Wie ersichtlich, sind die P-Magnete Mp so bemessen, dass ihre Länge etwa dem doppelten Wert der halben Polbreite entspricht und der Durchmesser 2r von Re, der etwa die Länge der Magneten Mj bestimmt, ungefähr die gleiche Länge aufweist wie die Magneten Mp. Die Summe beider Magnetdicken sollte etwa den zweifachen Betrag der Luftspaltlänge aufweisen, wobei angenommen ist, dass δa > δb, gilt. Durch diese Bemessungsregel kann sichergestellt werden, dass die Felddichte im Arbeitsspalt höher ist als die Remanenzinduktion von Br. Dies ist ein wichtiges Merkmal im Hinblick auf hohe Kraftdichte.As can be seen, the P magnets Mp are dimensioned so that their length corresponds to about twice the half pole width and the diameter 2r of Re, which determines the length of the magnet Mj, approximately the same length as the magnet Mp. Die The sum of both magnet thicknesses should be approximately twice the air gap length, assuming that δ a > δ b . This design rule ensures that the field density in the working gap is higher than the remanence induction of B r . This is an important feature in terms of high power density.
Durch die Aufteilung der Magnete in zwei Gruppen, deren eine dem Verbindungsteil zwischen den Polen zugeordnet ist, lässt sich die Gruppe der im Pol fest eingesetzten Magnete schlanker dimensionieren, wodurch ein Beitrag zur Verbreiterung der Pole entsteht. Der zweite Beitrag kommt dadurch zustande, dass die Breite bp der Pollücke nur mit Rücksicht auf den interpolaren Streufluss, also verhältnismäßig schmal gewählt werden kann. Durch das nun ehr große Verhältnis bp/τ wird die Voraussetzung zur Erzielung einer hohen Kraftdichte verbessert.By dividing the magnets into two groups, one of which is assigned to the connecting part between the poles, the group of magnets firmly inserted in the pole can be made slimmer, thereby contributing to the broadening of the poles. The second contribution is due to the fact that the width b p of the pole gap can be selected only with regard to the interpolar leakage flux, ie relatively narrow. By now ehr large ratio b p / τ the condition for achieving a high power density is improved.
Mit
Die Anwendung im Bereich rotierender elektrischer Maschinen kommt der Auslegung der elektronischen Stellorgane im Sinne der Aufwandsbeschränkung entgegen. Ohne Magnetkreiseingriff wird normalerweise der Wechselstromwicklung die Rolle des Stellorgans übertragen. Dies führt dazu, dass deren Wechselrichter stark überdimensioniert werden muss.The Application in the field of rotating electrical machines comes the Design of the electronic actuators in terms of effort limitation opposite. Without magnetic circuit intervention is usually the AC winding transferred the role of the actuator. this leads to that their inverters are oversized must become.
Für lineare Anwendung kann davon ausgegangen werden, dass die beschriebene Stelltechnik der Feldbeeinflussung, bei entsprechender Auslegung ihres Antriebs, schnell genug ist, um auch eine Tragkraftstabilisierung zu ermöglichen. Dies gilt zumindest für kleine und mittlere Betriebsgeschwindigkeiten der Fahrzeuge.For linear application can be assumed to be that described Positioning technique of the field influence, with appropriate design their drive is fast enough to also have a load capacity stabilization to enable. This is true at least for small and average operating speeds of the vehicles.
Beispiel für Tragmagnet-AnwendungExample of carrying magnet application
Für
die Anwendung als stellbarer Tragmagnet zeigen die Darstellungen
von
Der vorgesehenen Magnetdimensionierung entsprechend erfolgt für die großen Spalte eine Anhebung der Tragkraft auf etwa 4 FA0, während für kleine Spalte die Tragkraft gegen Null geht. Gemäß dem trägheitsbehafteten Rotorkörper wird der Einstellvorgang mit geringer Verzögerung erfolgen, was durch eine gestrichelte Linie der Funktion FAp (δ) angedeutet ist.The proposed magnetic dimensioning is carried out for the large column an increase in the carrying capacity to about 4 F A0 , while for small column, the carrying capacity approaches zero. According to the inertia-bearing rotor body, the adjustment process will take place with a slight delay, which is indicated by a dashed line of the function F Ap (δ).
Wie
aus
Verstellung von Re durch integrierten StellmotorAdjustment of Re by integrated servomotor
Der mit geringer Leistung stellbare Antrieb von Re lässt sich auch für mehrere Re-Elemente zusammenfassen, indem mehrere Elemente mechanisch gekoppelt werden oder als Gruppe gemeinsam angesteuert werden.Of the With low power adjustable drive from Re can be also summarize for several re-elements by adding several Elements are mechanically coupled or controlled jointly as a group become.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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