DE102010021477A1 - Permanently-moved electric machine for e.g. linear vehicle application, has coil members producing direct current along longitudinal direction such that actuators adjust direct current based on operational conditions - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Anwendung permanentmagneterregter Synchronmaschinen ist vorteilhaft im Hinblick auf geringe Verluste und hohe Kraftdichte. Insbesondere Magnetanordnungen in Sammlerform, z. B. mit V-förmigen Magnetpaaren zeichnen sich durch deutlich höhere Kraftdichte als bei Flachmagnetanordnungen aus. Ihre aktive Masse bei gegebener Umfangskraft ist deutlich niedriger. Zu den oft angeführten Nachteilen permanentmagneterregter Maschinen gehört ihr verhältnismäßig hoher Aufwand zur Stellbarkeit der Spannung oder gar der Beeinflussung der Normalkräfte. Die dabei meist eingesetzte Wirkung einer elektrischen Zusatzwicklung im Erregerteil ist deshalb mit hohem Aufwand verbunden, weil große Stelldurchflutungen benötigt werden, und das magnetische Zusatzfeld über den magnetischen Widerstand der Permanentmagnete hinweg erzeugt werden muss. Darüber hinaus ist es auch deshalb für die elektronischen Stellglieder aufwendig, weil die zu stellenden Ströme in zwei Richtungen bei großer Stellleistung zu beherrschen sind. Auch in der Transporttechnik konnte sich so bislang der Tragmagnet mit Erregung durch Permanentmagnete und Zusatzwicklung nicht durchsetzen. Da es misslich ist, auf die Vorteile der Permanentmagnete zu verzichten, gibt es Lösungsansätze, die auf der Anwendung von Flusssperren mit Hilfe von Sättigungsstrecken innerhalb des Erregerkreises beruhen. Damit lässt sich mit kleinerem Magnetisierungs- und Strombedarf eine Feldbeeinflussung vornehmen. Es muss dabei jedoch darauf verzichtet werden, die Stellwirkung auch zur Flussvergrößerung ausüben zu können. Prinzipbedingt eignet sich das Verfahren somit zur Flussschwächung, wie zum Beispiel auch für die Anwendungsfälle der Patentanmeldung
Umgekehrt kann gefolgert werden, dass es sehr zweckmäßig sein wird, den magnetischen Kreis der Maschine so abzuwandeln, dass mit einem Magnetfeld beiden Funktionen, der Erzeugung von Tangential- und Normalkraft stellbarer Größe entsprochen werden kann. Bereits die Möglichkeit einer Stellbarkeit der Spannung mit Hilfe einer aufwandsarmen elektrischen Stelltechnik, über eine gleichstromführende Zusatzwicklung, müsste ein großer Fortschritt sein. Die Weiterentwicklung zur aufwandsarmen Beeinflussung der Normalkraft würde ermöglichen, dass eine schnellwirkende Spaltnachführung mit Hilfe magnetischer Kräfte verwirklichbar ist. Auch der Einsatz von Rotorelementen als Tragkrafterzeuger ist damit verwirklichbar.Conversely, it can be concluded that it will be very convenient to modify the magnetic circuit of the machine so that with a magnetic field of both functions, the generation of tangential and normal force adjustable size can be met. Already the possibility of a voltage adjustability by means of a low-effort electrical control technology, via a DC-carrying auxiliary winding, would have to be a major step forward. The further development of the low-effort influence on the normal force would enable fast-acting gap tracking with the aid of magnetic forces to be realized. The use of rotor elements as Tragkrafterzeuger is thus feasible.
Es besteht demnach die erfindungsgemäße Aufgabe darin, eine Magnetkreismodifikation in der Weise zu beschreiben, dass von einem hauptsächlich durch Permanentmagnete erzeugten Feld ausgehend und durch die Überlagerung eines zweiten, mit Hilfe von Gleichströmen erzeugten Zusatzfeldes mit der Tangentialkraft auch eine stellbare induzierte Spannung in den Spulen der Wechselstromwicklung wirksam ist, und eine stellbare Normalkraft im Luftspalt erzeugt werden kann. Zur Aufwandsbeschränkung der Stelltechnik erscheint wichtig, dass das magnetische Zusatzfeld als magnetischer Widerstand hauptsächlich nur durch den Luftspalt begrenzt wird und nicht zusätzlich durch den Widerstand der Permanentmagnete. Weiter soll zur Aufwandsbegrenzung davon Gebrauch gemacht werden, dass durch eine Doppelanordnung zwei entgegengesetzte stellbare Normalkraftkomponenten zum Einsatz kommen. Die Aufgabe wird durch einen ausführlichen Text mit einer Anzahl in den Text einbezogener Bilder beschrieben.It is therefore the object of the invention to describe a magnetic circuit modification in such a way that starting from a field mainly generated by permanent magnets and by the superposition of a second, generated by means of direct currents additional field with the tangential force and an adjustable induced voltage in the coils AC winding is effective, and an adjustable normal force in the air gap can be generated. To limit the effort of the control technology, it is important that the magnetic additional field as magnetic Resistance is mainly limited only by the air gap and not additionally by the resistance of the permanent magnets. Furthermore, use should be made of the effort limitation that two opposing adjustable normal force components are used by a double arrangement. The task is described by a detailed text with a number of pictures included in the text.
Beschreibungdescription
Für die mit obiger Zielsetzung verbundene Aufgabe bietet sich eine Modifikation des Magnetkreises gegenüber der bisher bekannten Sammler-Erregungsform der Permanentmagnete in Synchronmaschinen an. Es erscheint im Hinblick auf hohe zu erzielende Kraftdichte erforderlich, zwar an der Sammleranordnung mit V-förmig stehenden Magneten festzuhalten, jedoch für eine durch Gleichstrom vollzogene elektrische Zusatzerregung besondere Voraussetzungen zur Flussführung zu schaffen. Sie bestehen darin, dass die Zusatzwicklung in Längsrichtung zwischen zwei Magnetkreisteilen eingesetzt wird. Die magnetische Leitfähigkeit für den Fluss in der Querebene entsteht dann durch die Hinzunahme von entsprechenden Brückenteilen. Hierbei ist darauf zu achten, dass der Zusatzfluss nicht über die Permanentmagnete hinweg geführt wird.For the object associated with the above object, a modification of the magnetic circuit with respect to the previously known collector excitation form of the permanent magnets in synchronous machines offers. It seems necessary in view of high power density to be achieved, while retaining the collector assembly with V-shaped magnets, but to create special conditions for flow management for a completed by DC electrical auxiliary excitation. They consist in that the additional winding is used in the longitudinal direction between two magnetic circuit parts. The magnetic conductivity for the flow in the transverse plane then arises through the addition of corresponding bridge parts. It must be ensured that the additional flow is not passed over the permanent magnets.
Die
Es soll erwähnt werden, dass die in den
Die beschriebene Amplitudenbeeinflussung des Wechselfeldes erscheint für zahlreiche Anwendungsfälle ein wichtiger Schritt für eine bessere Prozessanpassung.The described amplitude influencing of the alternating field appears to be an important step for a better process adaptation for numerous applications.
Ebenso wichtig erscheint die Möglichkeit, die beschriebene Feldänderung zur Beeinflussung der Normalkräfte heranziehen zu können.Equally important is the possibility of being able to use the described field change to influence the normal forces.
Betrachtet man z. B. die in
Betrachtet man
Die Bilder nach
Die mit Hilfe der Feldlinien gegebenen Hinweise auf eine Feldverdichtung, bzw. Feldschwächung in den Spalten δ1 und δ2 ist auch in
Analog zu der Beschreibung der einseitig wirkenden Normalkraft durch die
Wie sich zeigt und wie zu erwarten ist, kann bei gleichzeitiger Anwendung einer zweiseitigen Feldverstärkung Be die Steilheit verstärkt und umgekehrt bei gleichzeitiger zweiseitiger Schwächung auch reduziert werden.As it turns out and as can be expected, with the simultaneous application of a two-sided field enhancement B e, the steepness can be increased and conversely also reduced with simultaneous two-sided weakening.
Es bleibt zu betonen, dass die Aussteuerung von Br durch eine von der Wechselstromwicklung unabhängige, Gleichstrom führende Wicklung vorgenommen wird, und somit der Wechselstromkreis der Maschine zur Regelung nicht herangezogen werden muss. Die Aussteuerung erfolgt auch wegen der vom Erregerkreis der Permanentmagnete entkoppelten Querfelderregung dynamisch günstig und kann mit sehr begrenztem Aufwand an Leistungselektronik realisiert werden. Der magnetische Kreis der Anordnung erscheint gegenüber einer konventionell mit Permanentmagneten erregten Synchronmaschine zwar mehr gegliedert, zeigt aber den Vorteil begrenzter Zusatzmasse. Dies ergibt sich besonders im Vergleich mit der Anwendung einer Kombination aus Synchronmaschine und Magnetlager.It should be emphasized that the control of B r is performed by a direct current independent of the AC winding, winding, and thus the AC circuit of the machine for control does not have to be used. The modulation is also dynamic because of the decoupled from the exciter circuit of the permanent magnets transverse field excitation and can be realized with very limited effort on power electronics. Although the magnetic circuit of the arrangement appears more articulated compared to a synchronous machine conventionally excited by permanent magnets, it has the advantage of limited additional mass. This results especially in comparison with the use of a combination of synchronous machine and magnetic bearing.
Es soll weiter erwähnt werden, dass die in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009025337 [0001] DE 102009025337 [0001]
- DE 102009025342 [0001] DE 102009025342 [0001]
- DE 102009041530 [0001] DE 102009041530 [0001]
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DE102009041530A1 (en) | 2009-09-15 | 2011-04-07 | Weh, Herbert, Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. | Combination of electromagnetic axial field transducer and axially stable magnetic bearing for transformation of energy in e.g. hydraulic power application, has yoke elements whose reciprocal effect is overlapped with normal force effect |
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- 2010-05-25 DE DE201010021477 patent/DE102010021477B4/en not_active Expired - Fee Related
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DE102009041530A1 (en) | 2009-09-15 | 2011-04-07 | Weh, Herbert, Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. | Combination of electromagnetic axial field transducer and axially stable magnetic bearing for transformation of energy in e.g. hydraulic power application, has yoke elements whose reciprocal effect is overlapped with normal force effect |
Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20121207 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20141202 |