DE102010021477B4

DE102010021477B4 - Permanent magnet synchronous machine with adjustable voltage and / or adjustable normal forces

Info

Publication number: DE102010021477B4
Application number: DE201010021477
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Ing. Dr.H.c. Weh Herbert; Hardo May
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: DE102010021477A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine für lineare und rotatorische Anwendung geeignete Magnetkreiskombination aus zwei permanentmagneterregten Maschinenteilen in Sammleranordnung und einem Maschinenteil mit Gleich- und Wechselstrom führenden Spulen, wobei Feldübergänge in Querrichtung die Erzeugung magnetischer Zusatzfelder durch die Gleichstromwicklung ermöglichen, ohne dass hierfür magnetische Widerstände der Permanentmagnete wirksam sind.The invention relates to a suitable for linear and rotary application magnetic circuit combination of two permanent magnet-excited machine parts in collector assembly and a machine part with DC and AC leading coils, transverse field transitions allow the generation of additional magnetic fields through the DC winding, without this magnetic resistances of the permanent magnets are effective ,

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 DE 10 2009 025 337 A1 gezeigt wird. Eine in der Stellwirkung zweiseitig agierende Technikvariante wird in DE 10 2009 025 342 A1 verfolgt, in der drehbare Zusatzmagnete die Rolle der den Zusatzfluss erzeugenden Quelle darstellen. Es wird dabei allerdings die Frage aufgeworfen, wie man bei vielpoligen magnetischen Kreisen die Vielzahl der beweglichen Stellelemente in zuverlässiger Weise winkelgenau zu den gewünschten Positionsänderungen zwingt. Im Falle geringer Polzahlen sind Lösungen dieses Problems eher denkbar Es erscheint für viele Anwendungen wünschenswert, die beweglichen Magnetkreisteile im Hinblick auf mechanische Komplexität und mit der Bewegung verbundenem Verschleiß ganz zu vermeiden. Die Stellbarkeit der Spannung mit Hilfe des magnetischen Kreises der Maschine vermittelt den Vorzug, dass die am Wicklungsausgang notwendigen elektronischen Stellglieder nur für moderate Leistungszuwächse zu bemessen sind. Würde versucht werden, die Spannungsregelung nur über die Leistungsstellglieder (Wechselrichter oder Gleichrichter) vorzunehmen, wäre deren Auslegungsbasis deutlich ungünstiger. Ein wichtiger Punkt für die hier angestrebte Lösung ist auch die Nebenbedingung, dass die Maschine mit Hilfe der Sammleranordnung der Magnete für hohe Kraftdichte ausgelegt werden kann. Für Anwendungen bei hochpoligen Synchronmaschinen mit Erregung durch Permanentmagnete in der Transport- oder Stromerzeugungstechnik besteht besonderer Bedarf, wenn es gelingt, den magnetischen Kreis trotz hoher Geschwindigkeit mit kleinem Spalt auszulegen. Hierzu bieten sich Verfahren, wie Spaltnachführeinrichtungen, an. Letztere lassen sich als eine Kombination von Erregerteil des Generators mit einem eigenstabilen Magnetlager konzipieren. Mit Hilfe eines zweiten magnetischen Kreises der z. B. ebenfalls durch Permanentmagnete erregt wird, lässt sich so eine stabile Rückstellwirkung mit ausreichender Steilheit der Kennlinie erreichen. Dies wurde z. B. in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2009 041 530 A1 beschrieben. Bei einem Axialfeldgenerator lässt sich das Verfahren auf segmentierte Rotorteile anwenden. Im Falle einer linearen Transportanwendung sind die Rotorteile im Fahrgestell integriert. Durch die Anwendung von zwei eigenständig erregten Magnetfeldern zur Erzeugung von Tangential- und Normalkräften entstehen allerdings höhere Massenanteile als bei ausschließlicher Erzeugung der Tangentialkraft in einem klassischen Magnetkreis. Darüber hinaus sind die aus mechanischer Sicht erforderlichen Zusatzmassen verhältnismäßig hoch zu veranschlagen.The application of permanent magnet synchronous machines is advantageous in terms of low losses and high power density particular magnet assemblies in collector form, z. B. with V-shaped magnet pairs are characterized by significantly higher power density than flat magnet arrangements. Their active mass at a given circumferential force is significantly lower. Among the often cited disadvantages of permanent magnet excited machines is their relatively high effort to adjust the voltage or even the influence of the normal forces. The most frequently used effect of an additional electrical winding in the excitation part is therefore associated with great expense, because large actuating passages are required, and the additional magnetic field has to be generated across the magnetic resistance of the permanent magnets. Moreover, it is therefore also expensive for the electronic actuators, because the currents to be set in two directions are to be mastered at high power. Even in transport technology so far could not enforce the support magnet with excitation by permanent magnets and auxiliary winding. Since it is unfortunate to dispense with the advantages of permanent magnets, there are approaches based on the application of flow barriers with the help of saturation paths within the exciter circuit. In this way, it is possible to influence the field with a smaller magnetization and power requirement. However, it must be avoided to be able to exert the actuating effect also for increasing the flux. Due to the principle, the method is thus suitable for flux weakening, as for example for the applications of the patent application DE 10 2009 025 337 A1 will be shown. A two-sided acting in the adjustment technique variant is in DE 10 2009 025 342 A1 followed, in the rotatable additional magnets represent the role of the additional flow generating source. However, it raises the question of how to force the multiplicity of movable control elements in a reliable manner angularly accurate to the desired position changes in multi-pole magnetic circuits. In the case of small numbers of poles, solutions to this problem are more feasible. For many applications, it would be desirable to avoid moving magnetic circuit parts altogether in terms of mechanical complexity and wear associated with movement. The ability to adjust the voltage with the aid of the magnetic circuit of the machine gives the advantage that the electronic actuators required at the winding output can only be dimensioned for moderate power increases. If an attempt was made to apply voltage regulation only via the power control elements (inverter or rectifier), their design basis would be significantly less favorable. An important point for the solution sought here is also the secondary condition that the machine can be designed with the help of the collector arrangement of the magnets for high power density. For applications in high-poled synchronous machines with excitation by permanent magnets in the transport or power generation technology, there is a particular need, if it manages to design the magnetic circuit despite high speed with a small gap. For this purpose, methods, such as Spaltnachführeinrichtungen offer. The latter can be designed as a combination of exciter part of the generator with an intrinsically stable magnetic bearing. With the help of a second magnetic circuit of z. B. is also energized by permanent magnets, so can achieve a stable reset effect with sufficient slope of the curve. This was z. B. in the non-prepublished patent application DE 10 2009 041 530 A1 described. In an axial field generator, the method can be applied to segmented rotor parts. In the case of a linear transport application, the rotor parts are integrated in the chassis. However, the application of two independently excited magnetic fields to generate tangential and normal forces produces higher mass fractions than the exclusive generation of the tangential force in a classical magnetic circuit. In addition, the additional masses required from a mechanical point of view are relatively high.

Auch die in der DE 10 2008 022 143 B3 beschriebene Magnetkreisvariante, die im bewickelten Maschinenteil mit einer unterteilbaren Wechselstromwicklung auskommt, weist demnach nur eine begrenzte Stellbarkeit bei zu hohem Stellaufwand auf.Also in the DE 10 2008 022 143 B3 described magnetic circuit variant, which manages in the wound machine part with a subdividable AC winding, thus has only a limited ability to adjust at too high a control effort.

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 adjusting the voltage by means of a low-cost 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 generated mainly by permanent magnets and by the superposition of a second, With the help of direct current generated additional field with the tangential force and an adjustable induced voltage in the coils of the AC winding is effective, and an adjustable normal force in the air gap can be generated. To limit the effort of the control technology is important that the magnetic additional field as a 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.

1 zeigt die wesentlichen Teile der Magnetkreisanordnung, die aus dem Statorteil ST und dem Erregerteil ET besteht. Die Verbindung Te im Erregerteil ET hat somit direkt vom Polmittelteil Pm auszugehen und zum Nachbarpol zu führen. Beide Teile sind jeweils zweiteilig und symmetrisch zur vertikalen Mittelebene. Die beiden Erregerteile Etl und Etr stehen sich in einem Abstand gegenüber, der etwa der Breite der im Stator in Längsrichtung verlaufenden Wicklung Wt entspricht. In Querrichtung stehen die durch die Permanentmagneten Mp gebildeten Pole sich mit ungleicher Polarität gegenüber. Die Magnetkreisteile des Stators bestehen aus gleichartig gestalteten Polreihen, links Spl und rechts (nicht gezeichnet) Spr. Die Polreihen weisen das Joch SJ zur Flussführung in Längsrichtung auf, das seinerseits mit der Querverbindung Ts zur Führung des Zusatzflusses verbunden ist. Mit den Querverbindungen Te im Erregerteil und Ts im Stator entsteht eine magnetisch gut leitfähige Brückenverbindung zur transversalen Flussführung. Auf diese Weise entsteht eine Magnetkreisanordnung hybrider Art für longitudinale (LF)- und transversale (TF)-Flussführung. Da die Verbindung Te nur zwischen jedem zweiten Pol wirksam ist, kann die Wirkung der Gleichströme sich nur auf eine Polreihe beziehen. Sie ist jedoch insofern sehr wirksam als mit geringer Wicklungsdurchflutung in Wt eine große Amplitudenbeeinflussung des magnetsichen Flusses erfolgt. 1 shows the essential parts of the magnetic circuit arrangement, which consists of the stator ST and the exciter part ET. The connection Te in the excitation part ET thus has to start directly from the pole middle part Pm and lead to the neighboring pole. Both parts are each in two parts and symmetrical to the vertical center plane. The two exciting parts Etl and Etr face each other at a distance which corresponds approximately to the width of the winding Wt extending in the longitudinal direction in the stator. In the transverse direction, the poles formed by the permanent magnets Mp face each other with unequal polarity. The magnetic circuit parts of the stator consist of identically designed pole rows, left Spl and right (not shown) Spr. The pole rows have the yoke SJ for flow guidance in the longitudinal direction, which in turn is connected to the cross-connection Ts to guide the additional flow. With the cross connections Te in the excitation part and Ts in the stator, a magnetically good conductive bridge connection is created for transversal flux conduction. In this way, a magnetic circuit arrangement of hybrid type for longitudinal (LF) and transversal (TF) flow guidance arises. Since the connection Te is effective only between every other pole, the effect of the direct currents can only refer to one row of poles. However, it is very effective in that there is a large amplitude influence of the magnetic flux with low winding flux in Wt.

2 zeigt im Querschnitt die vollständige Magnetkreisanordnung mit beiden Spulengruppen und beiden Polreihen Spl und Spr sowie den Spulenwicklungen Sw. Es soll angenommen werden, dass von den Permanentmagneten im Luftspalt der magnetische Fluss Φ₀ erzeugt wird Er schließt sich wie bei konventionellen LF-Magnetkreisen jeweils in Längsrichtung (longitudinal) zwischen den Polen Die in Längsrichtung ausgebreitete Verteilung der magnetsichen Felddichte B₀ ist, wie in 3 gezeichnet, annähernd trapezförmig. 2 shows in cross section the complete magnetic circuit arrangement with two coil groups and two pole rows Spl and Spr and the coil windings Sw. It is assumed that the magnetic flux Φ _{0 is} generated by the permanent magnets in the air gap. It closes in the longitudinal direction (longitudinal) between the poles as in conventional LF magnetic circuits. The longitudinal distribution of the magnetic field density B ₀ is as in FIG 3 drawn, almost trapezoidal.

Wird nun der Gleichstrom in der Wicklung Wt zugeschaltet, erfahren die betroffenen Pole den zusätzlichen Fluss Φ_e, der in der Querebene verläuft und das Luftspaltfeld verstärkt. Dies ist in 3 gezeichnet. Die Überlagerung von Φ_e und Φ₀ führt auf den vergrößerten Polfluss Φ_r. Da nur jede zweite Halbwelle verstärkt ist, wirkt sich dies auf die Amplitude des Wechselfeldes Φ_w nur etwa halb so stark aus wie auf den Polfluss Φ_r.If now the DC current in the winding Wt is switched on, the affected poles experience the additional flux Φ _e , which runs in the transverse plane and amplifies the air gap field. This is in 3 drawn. The superimposition of Φ _e and Φ ₀ leads to the increased pole flux Φ _r . Since only every other half-wave is amplified, this affects the amplitude of the alternating field Φ _w only about half as strong as the pole flux Φ _r .

Die 4 und 5 zeigen die Flussüberlagerung im Sinne einer Feldschwächung Hierzu ist erforderlich, in der Wicklung Wt die Stromrichtung zu ändern. Die Flussschwächung erfolgt ähnlich wie die Verstärkung in jedem zweiten Pol. Ihre Anwendung wird im Gegensatz zur Verstärkung nicht durch den Sättigungseffekt behindert. Feldänderungen bis auf den Wert Null sind bezüglich der Grundwelle durchführbar.The 4 and 5 show the flux superposition in terms of field weakening For this purpose, it is necessary to change the current direction in the winding Wt. The flux relaxation is similar to the gain in every other pole. Their application, unlike amplification, is not hindered by the saturation effect. Field changes to the value zero can be carried out with respect to the fundamental.

Es soll erwähnt werden, dass die in den 1, 2 und 4 angegebene Position von Wt im wicklungstragenden Teil gegen eine Position im Erregerteil zwischen Etl und Etr in Luftspaltnähe vertauscht werden darf. Die jeweilig zu bevorzugende Lösung ergibt sich aus den Einsatzfällen. Für lineare Fahrzeuganwendung kann z. B. die Erregerteil basierte Zusatzwicklung Wt günstiger sein, während bei rotatorischer Bauweise die Anordnung von Wt im Bauteil St Vorzüge aufweist.It should be mentioned that in the 1 . 2 and 4 specified position of Wt in the winding-carrying part against a position in the excitation part between Etl and Etr may be reversed in air gap proximity. The respective preferred solution results from the applications. For linear vehicle application z. B. the exciter part based additional winding Wt be cheaper, while in rotary design, the arrangement of Wt in the component St has advantages.

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 könnenEqually important is the possibility of being able to use the described field change to influence the normal forces

Betrachtet man z. B. die in 3 und 5 dargestellten Feldänderungsmöglichkeiten als Grundlage zur Normalkraftstellung, so ist hierfür die im Spalt wirkende resultierende Felddichte im Quadrat, also B_r ² von Bedeutung. In der Magnetanordnung nach 1 lässt sich z. B. das Erregerteil ET durch die anziehende Normalkraft mit Hilfe einer schnellen Regelung des Stromes in der Wicklung Wt im Schwebezustand halten. Da die Normalkraft F_n verhältnismäßig groß ist, kann darüber hinaus auch zugestanden werden, dass das Erregerteil ET mit einer zusätzlichen Last verbunden ist. Eine entsprechende Anwendung in der Transporttechnik oder als magnetisches Lagers bei Maschinen großen Durchmessers können Einsatzziele sein.Looking at z. B. the in 3 and 5 shown field change possibilities as a basis for the normal force position, so this is the force acting in the gap resulting field density in square, so B _r ² of importance. In the magnet arrangement according to 1 can be z. B. hold the exciter part ET by the attractive normal force by means of a rapid control of the current in the winding Wt in limbo. In addition, since the normal force F _{n is} relatively large, it can also be conceded that the excitation part ET is connected to an additional load. A corresponding application in transport technology or as a magnetic bearing for large diameter machines can be application targets.

Betrachtet man 3 und 5 als Darstellung der Felddichte B_r, die den Aussteuerungsanteil ΔB_r enthält, so findet man für einseitige Anwendung entsprechend 1 für die im Spalt erzeugte Zusatzkraft ΔF_n/F_no, die in 9 in Abhängigkeit von ΔB_r/B_s dargestellte Kennlinie. In der Tabelle von 9a ist gezeigt, dass eine Halbwelle des Felddichteverlaufs ihren Wert B_o behält, während die andere Halbwelle um den Betrag ΔB_r ausgesteuert wird. Die Normalkraft ändert sich damit vom Betrag F_no auf den Wert F_no + ΔF_n. Für kleine Aussteuerungen zeigt sich, dass die Kraft proportional zu ε = ΔB_r/B_s verläuft.If you look at 3 and 5 as a representation of the field density B _r , which contains the modulation proportion ΔB _r , one finds for one-sided application accordingly 1 for the additional force ΔF _n / F _no generated in the gap, which in 9 as a function of ΔB _r / B _s characteristic shown. In the table of 9a It is shown that one half-wave of the field density course keeps its value B _o , while the other half-wave is controlled by the amount ΔB _r . The normal force thus changes from the amount F _no to the value F _no + ΔF _n . For small modulation it can be seen that the force is proportional to ε = ΔB _r / B _s .

Die Bilder nach 6, 7 und 8 sind der Beschreibung einer zweiseitig wirkenden Magnetkreisanordnung gewidmet. Mit ihr ist es möglich, das in 6 gezeichnete Erregerteil ET durch zwei entgegengesetzt gerichtete Normalkraftkomponenten gegenüber vertikal wirkenden äußeren Kräften in stabiler Lage, bei annähernd konstantem Spalt zu halten. Gleiches gilt auch bei feststehendem Erregerteil und beweglichem Wicklungsteil ST1 und ST2 Die beiden Spalten δ₁ und δ₂ der zweiseitig symmetrischen Anordnung nach 6 lassen sich durch die in 7 dargestellte Gesamtanordnung mit zwei Steuerwicklungen Sw1 und Sw2, die eine getrennte Stromversorgung über die Stromsteller St1 und St2 sowie eine zugehörige spaltbezogene Regelung durch R1 und R2 besitzen, konstant halten Hierbei sind nicht notwendigerweise beide Spalten auf gleiche Größe zu regeln. Wie der in 8 gezeichnete Verlauf der Feldlinien B_r1 und B_r2 zeigt, wird dabei in δ₁ eine Feldverstärkung und in δ₂ eine Feldschwächung durch die jeweils gewählte Stromrichtung in der zugehörigen Wicklung Sw erzielt.The pictures after 6 . 7 and 8th are devoted to the description of a two-way magnetic circuit arrangement. With her it is possible to do that in 6 drawn exciter part ET by two oppositely directed normal force components against vertically acting external forces in a stable position to keep at an approximately constant gap. The same applies even with fixed excitation part and movable winding part ST1 and ST2. The two columns δ ₁ and δ _{2 of} the two-sided symmetrical arrangement according to FIG 6 let through the in 7 shown overall arrangement with two control windings Sw1 and Sw2, which have a separate power supply via the current controller St1 and St2 and an associated gap-related control by R1 and R2, keep constant Here are not necessarily both columns to the same size to regulate. In again 8th drawn course of the field lines B _r1 and B _r2 , it is achieved in δ ₁ a field gain and in δ ₂ a field weakening by the respectively selected current direction in the associated winding Sw.

8 zeigt für beide Spalten die Überlagerung der Felddichte. Mit Hilfe der Regler R1 und R2 lässt sich die Aussteuerungsgröße ΔB_r variabel einstellen, so dass gegen die Störung die Rückstellkraft ΔF_n entwickelt wird. 8th shows for both columns the superposition of the field density. With the aid of the regulators R1 and R2, the modulation quantity ΔB _{r can be set} variably so that the restoring force ΔF _{n is} developed against the disturbance.

Die mit Hilfe der Feldlinien gegebenen Hinweise auf eine Feldverdichtung, bzw. Feldschwächung in den Spalten δ₁ und δ₂ ist auch in 6 dargestellt. Dort wird auch ersichtlich, dass die den Verbindungen Te1 und Te2 entsprechenden Feldlinien innerhalb der angedeuteten dreieckigen Querschnitte, d. h. in der Querebene verlaufen. Es liegt nahe, die Querverbindung mit den Bauteilen Te dadurch zu realisieren, dass die magnetisch leitfähigen Teile Etl und Etr mit Te zusammen eine Einheit bilden.The indications given by means of the field lines for a field compression or field weakening in the columns δ ₁ and δ ₂ are also given in FIG 6 shown. It is also evident there that the field lines corresponding to the connections Te1 and Te2 run within the indicated triangular cross sections, ie in the transverse plane. It makes sense to realize the cross-connection with the components Te in that the magnetically conductive parts Etl and Etr together with Te form a unit.

Analog zu der Beschreibung der einseitig wirkenden Normalkraft durch die 9 und 9a zeigen die 10 und 10a die bei symmetrischen Spalten erzielbare bezogene Normalkraftzunahme ΔF_n/F_no in Abhängigkeit von der Aussteuerung ΔB_r/B_s. Die Steilheit der Kennlinie ist gegenüber 9 deshalb größer, weil hierbei zwei Feldaussteuerungen unterschiedlicher Richtung zur Wirkung kommen.Analogous to the description of the unilaterally acting normal force by the 9 and 9a show the 10 and 10a the relative normal force increase ΔF _n / F _no obtainable with symmetrical columns as a function of the modulation ΔB _r / B _s . The slope of the characteristic is opposite 9 therefore larger because this two field controls come from different directions to effect.

Wie sich zeigt und wie zu erwarten ist, kann bei gleichzeitiger Anwendung einer zweiseitigen Feldverstärkung B_e 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 B_r 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 1 vorgesehene Wicklungsanordnung zur Aufnahme der Wechselströme einer abschnittsweise einsträngigen Wicklung entspricht. Es kann davon ausgegangen werden, dass bei vielpoligen Maschinen mehrere symmetrisch angeordnete und versetzte einstrangige Abschnitte sich zu einer mehrsträngigen Wicklungsanordnung ergänzen. Neben dieser besonders zweckmäßigen Wicklungsvariante sind auch andere Wicklungsformen anwendbar.It should be further mentioned that the in 1 provided winding arrangement for receiving the alternating currents of a partially single-stranded winding corresponds. It can be assumed that in multipole machines several symmetrically arranged and offset single-stranded sections complement each other to form a multi-stranded winding arrangement. In addition to this particularly useful winding variant, other forms of winding are applicable.

Claims

Permanent magnet excited electric machine for linear and rotary application, - whose permanent magnets (Mp) in the exciter part in collector form V-shaped within the magnetically conductive to the air gap Poles are formed, whereby poles are formed towards the air gap, and - the winding-carrying part (ST) consists of yokes (SJ) with a succession of individual teeth or pole groups which are guided by a repeating grid of alternating current-carrying coils (Sw) are surrounded whose currents in stationary operation in their alternating frequency with that of the movement caused by the movement in the winding part field change, - the magnetic circuit both in the excitation part (ET) and in the winding-carrying part (ST) transversely to the direction of movement in two halves of opposite polarity is divided and • in the excitation part (ET) each second pole (Pm) has a magnetically conductive connection (Te) to the transverse opposite pole and • in the winding-carrying part (ST) between the yokes (SJ) is a magnetic cross connection (Ts) and in Longitudinally direct current-carrying coil parts (Wt) lie whose electricity by means of electronic adjustable actuators is adjusted to the operating conditions.

Permanent magnet-excited electric machine according to claim 1, characterized in that in the excitation part ET, the magnetically conductive connection (Te) is produced directly between the laterally adjacent pole center parts (Pm) of the poles.

Permanent magnet excited electric machine according to claim 1 or 2, characterized in that the field influencing takes place by the DC leading coil parts (Wt) for voltage adjustment with minimal design performance of the electronic actuators.

Permanent magnet-excited electric machine according to one of claims 1-3, characterized in that the magnetic circuit arrangement is symmetrical to the horizontal center plane of the exciter part (ET), the magnetic field at two air gaps for interaction with the current-carrying coil (Sw) comes, there two oppositely directed Act normal forces acting on two in the winding bearing part (ST) lying, in the longitudinal direction DC currents leading coils (Wt) experience an adjustable size.

Permanent magnet excited electrical machine according to one of claims 1-4, characterized in that the force acting on the exciter part (ET) or the winding part (ST) acting normal forces for gap stabilization serve, and thereby the respective movable part in conjunction with other moving parts stands, between which additional forces are transferred.