DE102009038262A1

DE102009038262A1 - Wandlerkomination für hohe Leistungsdichte und hohe Drehzahlen

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Publication number: DE102009038262A1
Application number: DE200910038262
Authority: DE
Inventors: Herbert Weh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-07-07

Abstract

Hohe Leistungsdichte für elektromagnetische Energiewandlung in Verbindung mit hohem Wirkungsgrad kann durch Kombination einer magnetischen Wandlerstufe mit einem hochtourigen elektromagnetischen Wandler erzielt werden. Beide Wandler stehen über einen gemeinsamen magnetischen Kreis in Verbindung, wobei die Erregung von rotierenden Permanentmagneten geleistet wird. Eine Entnahme von Blindleistung aus dem Netz entfällt. Die erzielbare leistungsbezogene aktive Masse liegt niedriger als im Falle elektrischer Maschinen; die Verlustleistung erweist sich als geringer. Auch bei hochtouriger Anwendung der elektromagnetischen Wandler kann deren Betriebsfrequenz niedrig gehalten werden, 1.

Description

Stand der Technik
Die Anwendung elektromagnetischer Wandler im hochtourigen Bereich, wie etwa bei der Fahrzeugtechnik, zeigt, dass die erwarteten betriebsbedingten Eigenschaften nur schwer mit den Kompaktheitsforderungen und der Massenbeschränkung in Einklang zu bringen sind. Permanentmagneterregte elektrische Maschinen kommen durch hohe Leistungsdichte und verbesserten Wirkungsgrad den gestellten Bedingungen am nächsten. Es besteht jedoch das Problem, dass bei den geforderten hohen Drehzahlen der Rotoraufbau nur schwer an die Festigkeitsforderungen anzupassen ist, und dass die magnetisch vorteilhafte kleine Polteilung und die durch sie bedingten hohen Frequenzen zu verhältnismäßig hohen Eisenverlusten führen. Vielfach wird auch beklagt, dass keine Lösung für den verlustarmen Leerlauf, der oft als Schlepplauf bezeichnet wird, vorliegt. Es handelt sich hier um die Frage einer Entregung möglichst ohne Inanspruchnahme von Strömen der Wechselstromwicklung. Dabei steht außer Frage, dass die bislang durch den sogenannten Direktantrieb gefundene Lösung zwar einer Anzahl von Forderungen gerecht wird, jedoch wichtige Punkte nicht abdeckt. Die durch Prototypen erzielten Ergebnisse zeigen deutlich, dass weitere Reduktionen der aktiven Masse, aber auch der Einbauabmessungen ebenso erforderlich sind wie der Verzicht auf hohe Betriebsfrequenzen. Es erweist sich bei Direktantrieben z. B. als außerordentlich nachteilig, dass Durchmesserbegrenzungen der Antriebsmaschine durch die geforderte Bodenfreiheit bestimmt werden, und so die optimale Magnetkreisform meist nicht verwirklicht werden kann. Dabei ist auch die Beschränkung der Maschinengeometrie auf die Kreisform ein grundsätzliches Hindernis. Es liegen bislang keine zielführenden Lösungen vor, die unter diesen Bedingungen Magnetkreise mit ausreichend hoher Kraftdichte und großen Polteilungen zulassen.
Bei Anwendung permanentmagneterregter Wechselstrommaschinen erweist sich der magnetisch optimale, für hohe Kraftdichten geeignete Rotoraufbau auch als mechanisch zu weich. Er besteht im aktiven Bereich aus einem geschichteten Blechkörper, der nur eine begrenzte Bindung aufweist. Die höchstmögliche Umfangsgeschwindigkeit wird durch Dehnungsfragen und die Rückhalteprobleme für die Permanentmagneten bestimmt, wobei die Größe des Luftspaltes zur Felddichtemaximierung klein gehalten wird. Der Einsatz kleiner Polteilungen verbindet sich so mit der Anwendung begrenzter Magnetbreiten und dem kleinen Spalt. Die Erlangung hoher Felddichten ist eine wichtige Voraussetzung für die Minimierung der aktiven Masse. Demgemäß ist die Anwendung von Bandagen für Rotorkonzepte dieser Art nicht in Betracht zu ziehen. Die zur Stabilisierung der Rotordehnung erforderliche Maßnahme bringt auch bei Einsatz hochfester Fasern einen wenn auch kleinen Durchmesserzuwachs zur Wirkung, der durch einen vergrößerten Spalt aufzunehmen wäre. Neue Ideen, die auf der Anwendung magnetischer Wandler, die als Getriebe dienen, basieren, sind für hochtourigen Betrieb nicht direkt umsetzbar. Bei früheren, nicht vorveröffentlichten Anmeldungen zu diesem Gegenstand z. B. in DE 10 2008 050 410.6 , DE 10 2008 059 843.7 , DE 10 2008 061 681.8 wurde dem Gesichtspunkt der Durchmesserbeschränkung keine Beachtung geschenkt. Bei der zusetzt genannten Anmeldung zeigt 1, dass die Bemessung der Erregermagnete M gegenüber den Magneten Mr des Reaktionsteils RT so erfolgt, dass die Durchflutung 2Θ_m2 nicht wesentlich größer als Θ_m1 gewählt ist. Eine Luftspaltanpassung zur Maximierung der relevanten Felddichte B_m ist ebenfalls nicht vorgesehen. Die Übertragung der Konzeptidee auf Magnetkreise mit einer geringen Zahl von Polteilungen führt auf der Grundlage der verhältnismäßig niedrig zu erwartenden Kraftdichte F_A1 auf große Werte des Durchmessers von RT. Folglich ist auch mit einer nicht ausreichend optimierten aktiven Masse zu rechnen. Die direkte Konzeptübertragung erweist sich als unzweckmäßig.
Die weitere Entwicklung schnelllaufender Antriebsmaschinen unter Beibehaltung der bisherigen Magnetkreiskonzepte steht vor Schwierigkeiten, die durch gleichzeitige Optimierungsbestrebungen in magnetischem, elektrischem und mechanischem Entwurfsbereich sich ergeben aber nicht gleichzeitig durchführbar erscheinen. Sie sind offensichtlich nur durch weitere Konzeptmodifikationen zu lösen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht somit darin, für schnelllaufende Antriebe eine Magnetkreisanordnung heranzuziehen, die durch Einsatz eines magnetischen Getriebes auf verhältnismäßig kleine Rotordurchmesser mit geringen Polzahlen führt, am Rotor des elektromagnetischen Wandlers deutlich höhere Geschwindigkeiten ermöglicht als am Abtriebsrotor und sowohl eine hohe Leistungsdichte als auch niedrige Verluste und damit hohen Wirkungsgrad ergibt. Weiter muss aus Gründen der Einfachheit angestrebt werden, die elektrische Maschine in einen für Maschine und Getriebe gemeinsamen Magnetkreis einzubeziehen, wobei zur Begrenzung der Wicklungsverluste die Option besteht, anstelle nur einer elektrischen Maschine auch zwei oder mehrere zur Anwendung zu bringen.
Die erfindungsgemäße Losung der Aufgabe wird durch einen ausführlichen Text und mehrere textbezogenen Bilder beschrieben.
Beschreibung
Hochtourige elektrische Antriebe, wie sie etwa in der Fahrzeug- und Bahntechnik eingesetzt werden, müssen im Betrieb einer Vielzahl von Forderungen, vor allem der Forderung nach Energieeffizienz und guter Stellbarkeit, entsprechen. Masse und Abmessungen sind in aller Regel durch mechanische Bedingungen, wie Laufverhalten und Einbaufähigkeit, limitiert und hängen wiederum mit der Systemfähigkeit zusammen. Die mit bislang verfolgten Maschinenkonzepten erreichten Leistungsdichten können den bestehenden Wünschen aus mehreren Gründen nicht gerecht werden. Selbst die mit Permanentmagneten ausgestatteten Magnetkreise erreichen kaum die Leistungsdichte von etwa 1 KW/kg. Der Betrieb bei hohen Drehzahlen, bei dem das magnetische Feld durch Wicklungsströme beeinflusst wird, verlangt eine beträchtliche Scheinleistung und führt auf großdimensionierte Wechselrichter. In Verbindung mit kleinen Polteilungen entstehen hohe Frequenzen, die zu problematischen Eisenverlusten führen und schwer beherrschbare Fragen, darunter auch die Begrenzung der Lebensdauer, aufwerfen. Durch den Übergang zu einer Getriebevariante mit Magnetfelderregung durch Permanentmagnete in zweipoliger Art wird zunächst die Loslösung von der Felddichte-Optimierung mit Hilfe kleiner Polteilungen erreicht. Selbst bei hohen Drehzahlen des Erregerrotors bleibt die Feld-Wechselfrequenz deutlich unter 500 Hz. Die Wirbelstromprobleme liegen somit im lösbaren Bereich.
1 zeigt eine Magnetkreisanordnung ET mit zwei Erregerrotoren RE und einem Antriebsrotor RA. Sie befinden sich in einem gemeinsamen Magnetkreis, der zwei Einschnürungsstellen für RE und vier Einschnürungsstellen für RA aufweist. Das magnetisch gut leitfähige Bauteil Lp schließt über die verhältnismäßig kleinen Luftspalte δ₁ und δ₂ an die beiden Rotoren an. RE und RA sind gegenüber dem Magnetkreisteil Lp reibungsarm gelagert. Die Rotorhalbmesser r₁ und r₂ wurden gleich groß angenommen. Der Rotor RA besitzt vier Pole und dreht halb so schnell wie der Rotor RE. Die gezeichnete Stellung der Rotoren entspricht der höchsten Felddichte, die an den Permanentmagneten M1 von RA jeweils gleich gerichtete Umfangskräfte erzeugt. Es ist festzustellen, dass die Magnetabmessung h_m1 von M1 kleiner ist als die entsprechende Abmessung 2r₂ des Erregermagneten M2. Dies bedeutet, dass die magnetische Rückwirkung von M1 auf die Erregerfelddichte gering ist. Allerdings soll der Weg für eine modifizierte Magnetanordnung von M1 in RA auch für die Anordnung von mehreren Magneten, wie z. B. in 3 gezeichnet, offen gehalten werden. Da bei Voraussetzung gleicher Remanenzinduktionen für das Magnetmaterial in RA und RE die Rotorabmessungen von M2 stärkere Magnetdurchflutungen in RE als in RA ergeben, ist durch das Rückwirkungsfeld auch in diesem Fall nur eine geringe Schwächung zu erwarten. Es ist weiter offensichtlich, dass durch die große Erregerdurchflutung und die gewählte Abmessungsrelation die hohe Felddichte auch bei verhältnismäßig großen Spalten erzeugbar ist.
In 3 ist eine linearisierte Ausschnittsdarstellung aus 1, insbesondere für das Bauteil RA gezeichnet. Der Ausschnitt betrifft zwei Polteilungen, wobei anstelle von einem Magnet M1 jeweils zwei Magneten gezeichnet sind. Mit dieser Maßnahme wird darauf hingewiesen, dass die Möglichkeit zur Kraftdichtesteigerung darin besteht, unter jedem Pol mehrere Magnetdurchflutungen Θ_m mit der von M2 erzeugten Felddichte zur Wechselwirkung zu bringen. In der gezeichneten Stellung von RA berechnet sich die gesamte Polkraft je Längeneinheit dann zu F_l= 2B_m·Θ_m oder -auf die Polteilung bezogen- die Kraftdichte als F_A2 = 2B_mΘ_m/τ. Die Felddichte B_m stellt sich als Mittelwert der senkrecht auf den Magnetrand h_m1 auftreffenden Felddichte dar. In 3a ist skizziert, wie dieser B_m-Wert über h_m1 verteilt ist. Da die auftreffenden Feldlinien einen längeren Weg in einer Zone geringer magnetischer Leitfähigkeit als die Nachbarfeldlinien erfahren, ergibt sich ein jeweils niedrigerer Wert für die Felddichte. Der Mittelwert B_m ist niedriger als der dem ungestörten Luftspalt δ_E entsprechende Felddichtewert B_c. Da jedoch der Längenunterschied umso kleiner wird, je größer δ_E gegenüber der Magnetbreite h_m1 wird, verschwindet mit größerem Verhältnis δ_E/h_m1 der Unterschied zwischen B_m und B_c. Man kann rechnerisch nachweisen, dass sich für δ_E/h_m1 = 1 das Felddichteverhältnis zu B_m/B_c = 0,72 ergibt, während für δ_E/h_m1 = 0,5 das Felddichteverhältnis 0,44 beträgt. Der vorgeschlagene magnetische Kreis mit einem durch die Bemessung von RE, also dessen Durchmesser festgelegtes Magnetisierungspotential, ermöglicht auch bei einer Spaltvergrößerung eine Felddichte B_c, die nahe an der Sättigungsgrenze, z. B. bei etwa 1,8 T liegt. Wählt man das Verhältnis δ_E/h_m1 = 1, so ergibt sich für B_m der Wert von 1,3 T. Mit h_m1/T = 0,2 entsprechend 3 und einer Remanenzinduktion von B_r = 1,4 T folgt daraus der Kraftdichtewert von 560 kN/m². Sein Mittelwert liegt bei Annahme einer Kraftdichteverteilung in der Form einer Sinuskuppe um den Faktor 2/π niedriger und führt auf den Zahlenwert 358 kN/m².
Dieser hohe Zahlenwert für die Kraftdichte am Antriebsrotor RA ermöglicht für die Bemessung von Durchmesser und axialer Länge im Vergleich zu einer Dimensionierung elektrischer Maschinen kleine Werte. Ein kleiner Durchmesser für RA bedeutet bei gegebener Drehzahl kleine Umfangsgeschwindigkeit und geringe Fliehkraftwirkungen. Die Aufteilung des Antriebes auf zwei Erregereinheiten RE gestattet andererseits eine verlustarme Bereitstellung der dort notwendigen Antriebsleistung. Hierzu trägt bei, dass dort als Folge der doppelten Drehzahl eine entsprechende Herabsetzung der Umfangskräfte auftritt.
Zur Vermeidung großer Kraftschwankungen werden zwei baulich identische, jedoch um τ/2 versetzte Anordnungen auf jeweils gleicher Welle für RE und RA eingesetzt
Die als Beispiel genannten Kraftdichtewerte für die am Rotor RA auftretende Kraftdichte setzten die in 1 und 2 angenommenen Winkelzuordnungen mit dem Erregerrotor und die erwartete hohe Felddichte B_m voraus. Letztere wird auch dadurch ermöglicht, dass zwei Erregeranordnungen RE einem Antriebsrotor RA zugeordnet sind.
Bei einem Winkelversatz gegenüber der gezeichneten Optimalstellung reduziert sich der Kraftwert, um bei einem Verschiebewinkel von π/2 für RE den Wert Null zu erreichen. Umgekehrt ist einer vom Kraftwert Null ausgehenden zunehmenden Momentenbelastung an RA eine sich dem erwähnten Optimalwert nähernde Winkelrelation zugeordnet. Die Überschreitung dieses Größtwertes hat die Entkopplung der magnetischen Verbindung der beiden Rotoren zur Folge. Die Herbeiführung der Kopplung setzt eine Synchronisation der Geschwindigkeiten voraus.
Als Alternative zu der Hintereinander-Anordnung mit zwei um π/2 versetzte Magnetkreisteile zeigt 2 die Möglichkeit einer Aufteilung des Erregerrahmens ET in die beiden Einheiten ET' und ET'' mit einer Polverschiebung um den Magnetfeldwinkel π/2 innerhalb der gleichen Magnetkreisebene. Es ist erkennbar, dass damit verbunden eine geringfügige Verkleinerung der Polbreite Von Lp einhergeht. Gegenüber der axialen Momentenaddition besteht nach 2 der Unterschied, dass sich zwar an RA die Polverschiebung zwischen Lp' und Lp'' momentenglättend auswirkt, hingegen in RE weiterhin pulsierende Momentenanteile bestehen.
Der integrierte elektromagnetische Wandler
Es wurde bereits beschrieben, dass die Felderregung wegen der mit großer magnetischer Durchflutung dimensionierten Magneten M2 durch das Rückwirkungsfeld von M1 nur wenig geschwächt werden kann. Damit besteht die Möglichkeit, das Erregerfeld auch zur Erzeugung der Antriebskraft mit Hilfe einer am Umfang von M2 angeordneten Wicklung W2 zu erzeugen. 4 zeigt die Wicklungsanordnung für einen magnetischen Kreis entsprechend 1. Die Wicklung W2 besteht aus durchmesserartig angeordneten Spulen, deren Spulenseiten Sp' und Sp'' sich diametral gegenüberstehen. Zur Erzeugung der Umfangskraft wird eine Stromverteilung herangezogen, die sich überwiegend dem Verlauf des Erregerfeldes und damit der Winkelstellung des Magneten M2 anpasst. Diese Position wird über den Lagesensor Se einem Regler R mitgeteilt, der die Aussteuerung des Frequenzumrichters FU bewirkt. Die den Strom bestimmende Spannung wird damit nach Größe und Polarität der Winkellage nachgestellt und ergibt über die Größe der Spulenströme und die Erregerfelddichte die Umfangskraft F2. In 4 ist auf einer Seite des Bildes schematisch die Stromspeisung der Wicklung W2 angedeutet. Für den Rotor RA wurde je Polteilung die Anordnung von 3 Magneten M1 gewählt um darauf hinzuweisen, dass die Auflösung der Magneten in mehrere schmale Einheiten der Kraftdichtemaximierung dient.
Mit der Tabelle 5 werden die für die Wandlerkombination wichtigen Merkmale formelartig zusammengestellt:
Unter 1 wird das Drehzahlverhältnis zwischen den Bauteilen RE und RA aufgeführt, das sich umgekehrt wie die verwendeten Polpaarzahlen verhält. Dabei wurde für RE die Polpaarzahl p₂ = 1 angesetzt. Unter 2 wird das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten aufgeführt.
Die zwischen RE und RA ausgetauschte Leistung, als Produkt von Umfangskraft und Geschwindigkeit, ist unter 3 beschrieben. Mit Berücksichtigung der Größe der Wirkflächen q₁ und q₂ lassen sich die Kraftdichten F_A1 und F_A2 definieren und Kraftdichterelationen unter 4 angeben.
Die bei integrierter elektrischer Maschine auftretende Kraftdichte F_A2 wird unter 5 als Produkt zwischen Strombelag A₂ und mittlerer Felddichte B₂ beschrieben. Im vorliegenden Beispiel ergibt sich das Verhältnis der Kraftdichten F_A1/F_A2 > 1. Mit diesem Ergebnis kann erwartet werden, dass mit begrenzter Wicklungsabmessung für W2 und begrenzter Stromdichte ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann. Mit der Annahme einer ähnlichen Wicklungsgeometrie wird die Abhängigkeit der Stromdichte unter 6 auf das Quadrat des Strombelags und den Radius r₂ ^–1 zurückgeführt. Der Geometriefaktor v basiert auf dem Produkt von Füllfaktor f_c mit Relationen einzelner Größen von Rotor- und Nutabmessungen. Mit einer mittleren Felddichte B₂ = 0,9 T verbunden erscheint eine etwa hälftige Aufteilung der Polteilung auf Nutbreite b_n am Innenrand und Zahnbreite b_z gegeben. Mit dem aus 4 bekannten Wert für die Kraftdichte F_A2 kann somit der Strombelag A₂ aus 5 ermittelt werden. Mit der Festlegung der Nuthöhe h_n und dem Nutfüllwert f_c, der z. B. zwischen 0,5 und 0,6 liegt, kann die Stromdichte G entsprechend 6 ermittelt werden.
Mit den bereits beschriebenen Größen lässt sich nach 7 das Verhältnis von Wicklungsverlusten P_vw zur übertragenen Leistung P₂ darstellen. Hier geht proportional der Strombelag A₂ und das Verhältnis von halber Spulenlänge l_s zur Länge des Eisenpakets l ein. Der Nenner zeigt, dass die leistungsbezogenen Verluste umgekehrt proportional r₂v₂ sind. Die durch p₁ und die Abmessungen gegenüber v₁ gesteigerte Geschwindigkeit v₂ wirkt sich hier sehr günstig aus. Dies ist als Bestätigung des oben beschriebenen Entwurfskonzepts zu sehen.
Schließlich wird mit 8 eine Gleichung für das Verhältnis von Bandagendicke d₂ zu Radius r₂ angegeben. Sie kann unter der Voraussetzung einer festigkeitsfreien Masse M2 und verschwindend kleiner Bandagenmasse gegenüber der Masse RE mit deren spezifischen Wert γ_m hergeleitet werden. σ_B ist dabei die für den Bandagenquerschnitt gemittelte zulässige Zugspannung. Setzt man z. B. für hochfeste dicht gewickelte Fasern diesen Wert auf 0,6·10⁹ N/m² und für die spezifische Masse γ_m = 72·10⁶ kg/m³, SO gibt die Gleichung für v_2max = 100 m/s den Wert d₂/r₂ = 0,04. Dies ist ein zusätzlicher Betrag der zu einer Festlegung des Luftspaltes δ₂ heranzuziehen ist. Angesichts der bereits erwähnten Magnetdimensionierung von M2, d. h. bei bestehenden Größenverhältnissen 2r₂ >> δ₂; 2r₂ > δ₁ + δ₂ wird eine Dimensionierung mit hoher Felddichte ermöglicht.
Wie sich zeigt, führen die Annahmen p₁ = 2, p₂ = 1 sowie z₂ > 1 und r₂ ≈ r₁ mit der Relation h_n/r₂ = 0,4 bereits zu sehr günstigen Werten für die bezogenen Wicklungsverluste. Ihre Zahl liegt unter dem vielfach als Grenzwert herangezogenen Wert von 0,05. Zusätzlich sind die auftretenden Feld-Wechselfrequenzen, die für die Eisenverluste bestimmend sind, wesentlich niedriger als für vergleichbare konventionelle Elektroantriebe.
Das beschriebene Wandlerkonzept führt auf verhältnismäßig kleine Massen der aktiven Teile. Berechnungen zeigen, dass bei einem Wirkungsgrad von mehr als 95% die aktive Masse unter 0,5 kg/kW liegt. Die Tabelle 6 stellt die wichtigsten Entwurfsziele und Konzeptmerkmale der Wandlerkombination mit integrierter Antriebswicklung in Kurzform zusammen.
Wie den Magnetkreisdarstellungen der 1,2 und 4 zu entnehmen ist, unterscheidet sich deren äußere Form nun deutlich von derjenigen einer konventionellen elektrischen Maschine in Kreisform. Mit der Annahme von zwei Erregereinheiten tendiert die Umrissform zu einem Rechteck. Dies ist bei Anwendungen in der Fahrzeug- und Bahntechnik als recht günstig zu bezeichnen. Es ermöglicht größeren Spielraum für Bodenfreiheit und Nutzraumgestaltung.
Mit 7 soll gezeigt werden, dass den grundlegenden Zielen und Konzeptmerkmalen auch durch weitere Modifizierungen der geometrischen Anordnung entsprochen werden kann. Hier sind nun drei Erregereinheiten ET' , ET'' und ET''' zur Wechselwirkung mit dem Antriebsrotor RA vorgesehen. Letzterer weist 8 Pole entsprechend p₁ = 4 auf. Die Erregereinheiten sind wiederum zweipolig ausgeführt. Es zeigt sich, dass hier die Forderung nach einem Wirkflächenverhältnis q₂/q₁ > 1 erfüllt wird, wobei die Relation r₂/r₁ < 1 besteht. Damit kann die Anordnung nach 7 mit etwas geänderter Außenform zu ähnlichen Eigenschaften entwickelt werden, wie sie für die Kombination nach 1 bestehen. Ein wichtiger Unterschied besteht nun darin, dass bei 7 der Drehzahlunterschied entsprechend dem Polzahlverhältnis geich 4 ist. Die langsamer drehende Antriebswelle kann damit vorteilhaft für zahlreiche Anwendungen dem Einsatzmodell entsprechen.
Entregung
Da für mehrere Anwendungen im Not- oder Schleppfall die Entregung des magnetischen Kreises gefordert wird, sind hierzu Maßnahmen, wie die Öffnung des magnetischen Kreises, durch mechanischen Eingriff in Erwägung zu ziehen. Entsprechende Lösungen sind an anderer Stelle beschrieben worden und lassen sich grundsätzlich auch auf die vorliegende Magnetkreisgeometrie anwenden.
Als Beispiel ist in 1 eine Magnetkreisöffnung dadurch herbeizuführen, dass -wie gestrichelt gezeichnet- das Teil Po' vom Rest von Lp von der Mittellinie abgerückt wird. Die dadurch für den gesamten Magnetkreis entstehende Erhöhung des magnetischen Widerstandes reicht aus, um die Felddichte auf etwa 10% ihres Nominalwertes zu verringern. Die durch die Felddichte bestimmten Eisenverluste gehen hierdurch auf minimale Werte zurück. Auch wenn -wie im Falle der integrierten elektromagnetischen Funktion- an eine Entschärfung des Notfalls „Windungsschluss” gedacht ist, kann von dieser Entregungsmaßnahme Gebrauch gemacht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008050410 [0002]
DE 102008059843 [0002]
DE 102008061681 [0002]

Claims

Magnetischer Kreis in longitudinaler Feldführung bestehend aus der Erregeranordnung, die durch rotierende Erregereinheiten dargestellt wird, die über Luftspalte an magnetisch gut leitfähiges Material zur Polbildung anschließen und in Wechselwirkung mit einem durch Magneten bestückten Antriebsrotor stehen, wobei mindestens zwei Erregereinheiten magnetisch mit dem Antriebsrotor gekoppelt sind, die zweipoligen Erregermagneten einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und ihr Antrieb durch Energiewandler auf gleicher Achse erfolgt, der Durchmesser der Erregereinheiten mindestens so groß wie eine Polteilung des Antriebsrotors ist, und der Antriebsrotor eine höhere Polzahl als die Erregermagneten aufweist.
Magnetischer Kreis zur Darstellung einer Wandlerkombination nach obigem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt des Antriebsrotors mindestens das 0,5-fache der Dicke der an den Luftspalt grenzenden Permanentmagnete des Antriebsrotors beträgt.
Magnetischer Kreis zur Darstellung einer Wandlerkombination nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromagnetischer Energiewandler in Form einer den Umfang der Erregereinheiten umgebenden Wicklung in den Magnetkreis einbezogen ist, und die Stromführung der Wicklung durch die Winkellage der Erregereinheiten und einen Frequenzumrichter zur Speisung aus einem Energie liefernden Netz bestimmt wird.
Magnetischer Kreis zur Darstellung einer Wandlerkombination nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinheiten an hohe Umfangsgeschwindigkeiten mechanisch dadurch angepasst werden, dass ihre geringe Eigenfestigkeit durch die Anwendung hochfester Faserbandagen ergänzt wird, und diese im Luftspalt angeordnet werden.
Magnetischer Kreis zur Darstellung einer Wandlerkombination nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung der Kraftdichte des elektromagnetischen Wandlers zusätzlich zur Polzahlerhöhung am Antriebsrotor das Wirkflächenverhältnis zwischen elektromagnetischem Wandler und Antriebsrotor durch die Wahl der Rotordurchmesser und durch Erhöhung der Zahl der Erregereinheiten beeinflusst wird.
Magnetischer Kreis zur Darstellung einer Wandlerkombination nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herabsetzung der magnetischen Leitfähigkeit innerhalb der Magnetstruktur eine Öffnung durch Verschiebung eines Teils der Struktur vorgenommen wird.