DE102012100248A1

DE102012100248A1 - Elektrische Permanentmagnetmaschine mit integriertem Magnetflussgeber

Info

Publication number: DE102012100248A1
Application number: DE102012100248A
Authority: DE
Inventors: Bradley D. Chamberlin; David Fulton
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2012-07-19
Also published as: CN102594030A; BR102012000836A2; US20120181967A1

Abstract

Eine elektrische Permanentmagnetmaschine umfasst ein Gehäuse, einen Stator, der in dem Gehäuse angebracht ist, eine Rotoreinheit, mehrere Permanentmagnete, die in der Rotoreinheit angebracht sind, und einen Magnetflussgeber, der in dem Gehäuse angeordnet ist. Der Magnetflussgeber umfasst eine Aufnahmefläche, die eingerichtet und angeordnet ist, einen magnetischen Fluss zu erfassen, der aus der Rotoreinheit austritt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen betreffen elektrische Permanentmagnetmaschinen und insbesondere eine elektrische Permanentmagnetmaschine mit einem integrierten Magnetflussgeber.
Elektrische Maschinen erzeugen Arbeit aus elektrischer Energie, die durch einen Stator geleitet wird, um eine elektromotorische Kraft in einem Rotor zu erzeugen. Die elektromotorische Kraft erzeugt eine Rotationskraft an dem Rotor. Die Rotation des Rotors wird verwendet, um verschiedene externe Vorrichtungen anzutreiben. Selbstverständlich können elektrische Maschinen ebenso eingesetzt werden, Elektrizität aus einem Arbeitsaufwand zu erzeugen. In beiden Fällen erzeugen elektrische Maschinen derzeit größere Ausgangsleistungen bei höheren Drehzahlen und sie werden in kleineren Einheiten entworfen. Die höheren Leistungsdichten und Drehzahlen führen häufig zu rauen Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel hohe Innentemperaturen, Schwingungen und dergleichen. Die hohen Temperaturen könnten zu einem Ausfall der Magnete in einer elektrischen Permanentmagnetmaschine führen. Dementsprechend enthalten viele herkömmliche elektrische Maschinen Geber, die zum Beispiel die Statortemperatur, die Gehäusetemperatur und dergleichen überwachen. Typischerweise nehmen die Geber die Form von Temperaturgebern an, die an einem Gehäuse der elektrischen Maschine angebracht sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Offenbart ist eine elektrische Maschine, die ein Gehäuse, einen Stator, der in dem Gehäuse angebracht ist, eine Rotoreinheit, mehrere Permanentmagnete, die in der Rotoreinheit angebracht sind, und einen Magnetflussgeber umfasst, der in dem Gehäuse angeordnet ist. Der Magnetflussgeber umfasst eine Aufnahmefläche, die eingerichtet und angeordnet ist, einen magnetischen Fluss zu erfassen, der aus der Rotoreinheit austritt.
Ebenso ist ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Permanentmagnetmaschine offenbart, das ein Drehen einer Rotoreinheit relativ zu einem Stator, Aufnehmen eines magnetischen Flusses von der Rotoreinheit und Steuern eines Parameters der elektrischen Maschine basierend auf dem magnetischen Fluss, der aus der Rotoreinheit austritt, umfasst.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgende Beschreibung ist nicht einschränkend in irgendeiner Weise aufzufassen. Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen sind gleiche Elemente gleich nummeriert:
1 stellt eine elektrische Maschine dar, die einen integrierten Magnetflussgeber in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält; und
2 stellt eine elektrische Maschine dar, die einen integrierten Magnetflussgeber in Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der beispielhaften Ausführungsform enthält.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine ausführliche Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der offenbarten Vorrichtung und des Verfahrens ist hierin veranschaulichend und nicht einschränkend mit Bezug auf die Figuren dargelegt.
Beispielhafte Ausführungsformen sehen einen Magnetflussgeber vor, der direkt in eine elektrische Maschine integriert ist. Der Magnetflussgeber ist benachbart zu Magneten angeordnet, die in einem Rotor einer Permanentmagnetmaschine angebracht sind. Der Magnetflussgeber stellt eine Rückmeldung zur Verfügung, die sich auf einen Fluss bezieht, der aus dem Rotor austritt. Die Flussdichte könnte mit einer Temperatur der Magnete korreliert werden. Das Überwachen der Temperatur der Magnete erlaubt einer Steuereinrichtung, verschiedene Betriebsparameter der elektrischen Maschine anzupassen, um eine Ausgangsleistung zu verbessern und eine Maschinenzuverlässigkeit zu erhöhen, indem ein Hinweis für eine mögliche Ausfallart zur Verfügung gestellt wird. Das heißt, Betriebsparameter, wie zum Beispiel eine Drehzahl, eine Last, eine Motorgegen-EMK (gegenelektromotorische Kraft) bei Betrieb in einer Generatorbetriebsart und/oder eine Kühlmittelströmung durch die elektrische Maschine, können basierend auf der Magnettemperatur angepasst werden, um eine potentielle Entmagnetisierung zu verhindern, die zu einem Maschinenausfall führen könnte.
Eine elektrische Permanentmagnetmaschine in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform ist allgemein bei 2 in 1 angegeben. Die elektrische Maschine 2 umfasst ein Gehäuse 4 mit einer ersten und zweiten Seitenwand 6 und 7, die durch eine erste Endwand 8 und eine zweite Endwand oder Abdeckung 10 verbunden sind, um zusammen einen Innenbereich 12 zu definieren. Die erste Seitenwand 6 umfasst eine Innenfläche 16 und die zweite Seitenwand 7 umfasst eine Innenfläche 17. An dieser Stelle ist zu verstehen, dass das Gehäuse 4 ebenso derart aufgebaut sein könnte, dass es eine einzige Seitenwand mit einer durchgehenden Innenfläche umfasst. Die elektrische Maschine 2 ist ferner dargestellt, einen Stator 24 zu enthalten, der an den Innenflächen 16 und 17 der ersten und zweiten Seitenwände 6 und 7 angeordnet ist. Der Stator 24 umfasst einen Körper 28, der einen ersten Endteil 29 aufweist, der sich zu einem zweiten Endteil 30 erstreckt, der mehrere Wicklungen 36 trägt. Die Wicklungen 36 umfassen einen ersten Wicklungskopfteil 40 und einen zweiten Wicklungskopfteil 41.
Die elektrische Maschine 2 ist ebenfalls dargestellt, eine Welle 54 zu umfassen, die drehbar in dem Gehäuse 4 gehalten ist. Die Welle 54 umfasst ein erstes Ende 56, das sich durch einen Zwischenteil 59 zu einem zweiten Ende 57 erstreckt. Das erste Ende 56 ist drehbar relativ zu der zweiten Endwand 10 durch ein erstes Lager 63 gehalten und das zweite Ende 57 ist drehbar relativ zu der ersten Endwand 8 durch ein zweites Lager 64 gehalten. Die Welle 54 trägt eine Rotoreinheit 70, die drehbar in dem Gehäuse 4 angebracht ist. Die Rotoreinheit 70 umfasst eine Nabe 74, die relativ an dem Zwischenteil 59 befestigt ist, und ein Rotorblechpaket 79, Das Rotorblechpaket 79 umfasst mehrere Blechungen 84, die gestapelt und ausgerichtet sind, dass sie eine Außendurchmesserfläche 87 des Rotorblechpakets 79 definieren. Das Rotorblechpaket 79 umfasst ebenfalls eine Reihe von Permanentmagneten 90, die in die mehreren Blechungen 84 eingebettet sind.
Die elektrische Maschine 2 ist elektrisch mit einer Motorsteuerkonsole 97 durch ein Stromkabel 99 verbunden, das mehrere Stromleiter enthält, von denen einer bei 104 angegeben ist, die den Statur 24 elektrisch mit einer Stromquelle 108 verbinden, die in der Motorsteuerkonsole 97 angeordnete Anschlüsse (nicht dargestellt) aufweist. Die Motorsteuerkonsole 97 beherbergt ebenfalls eine Steuereinrichtung 114, die eingesetzt werden kann, den Motorstart, die Motordrehzahl und/oder das Motorabschalten sowie verschiedene andere Betriebsparameter zu steuern, wie nachstehend ausführlicher erörtert werden wird. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 114 mit einem Kühlmittelsystem 120 verbunden, das einen Kühlmittelstrom, Mischungen, die Öl oder Glykol enthalten, durch das Gehäuse 4 fördert. Unter „durch” ist zu verstehen, dass das Kühlmittelsystem 120 nicht nur eingerichtet sein kann, einen Kühlmittelstrom direkt in das Gehäuse 4 und/oder auf das erste und zweite Lager 63 und 64 zu leiten, sondern auch eingerichtet sein kann, einen Kühlmittelstrom auf die ersten und zweiten Wicklungskopfteile 40 und 41 des Stators 24 zu leiten oder indirekt durch das Gehäuse 4, wie zum Beispiel durch einen Wassermantel 125, wie er in 2 dargestellt ist, worin gleiche Bezugsziffern korrespondierende Teile in den jeweiligen Ansichten darstellen.
In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die elektrische Maschine 2 einen Magnetflussgeber 130, der in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform an der Endwand 8 angebracht ist und in Richtung der Permanentmagnete 90 der Rotoreinheit 70 gerichtet ist. Insbesondere umfasst der Magnetflussgeber 130 eine berührungslose Aufnahmefläche 135, die auf die Permanentmagnete 90 der Rotoreinheit 70 ausgerichtet ist. In Übereinstimmung mit einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsform nimmt der Magnetflussgeber 130 die Form eines Halleffekt-Gebers an, es ist jedoch zu verstehen, dass andere Formen von Magnetflussgebervorrichtungen, wie zum Beispiel Suchspulen, eingesetzt werden könnten. Ungeachtet der Form erfasst der Magnetflussgeber 130 eine Menge oder eine Größe einer magnetischen Flussstreuung, die aus der Rotoreinheit 70 austritt. Der Geber 130 kann Flusslinien von Permanentmagneten 90 oder von mehreren Blechungen 84 abhängig von einer relativen Drehstellung des Gebers 130 zu der Rotoreinheit 70 aufnehmen. Der Magnetflussgeber 130 sendet ein Signal zu der Steuereinrichtung 114 durch eine Messleitung 137, das eine Menge des magnetischen Flusses angibt, der aus der Rotoreinheit 70 austritt.
Die Steuereinrichtung 114 wertet das Signal aus und ermittelt basierend auf der Menge des magnetischen Flusses eine Temperatur der Permanentmagnete 90. Auf diese Weise steuert die Steuereinrichtung 114 dann einen Parameter der elektrischen Maschine 2. Zum Beispiel steuert die Steuereinrichtung 114 die Förderung des Kühlmittels in die elektrische Maschine 2 basierend auf der Magnettemperatur um sicherzustellen, dass die Permanentmagnete 90 nicht ausfallen. Zusätzlich zur Steuerung der Kühlmittelströmung könnte die Steuereinrichtung 114 ebenso die Drehzahl, die Ausgangsleistung, das Ausgangsdrehmoment der elektrischen Maschine anpassen und/oder eine Menge eines Stroms, der in den Stator fließt, verringern, um den Wärmeverlust zu senken. Durch das Anpassen der Kühlmittelströmung, um der Magnettemperatur Rechnung zu tragen, könnte die Steuereinrichtung 114 ebenso eine Menge der Last oder Arbeit verringern, die von extern angetriebenen Komponenten, wie zum Beispiel Pumpen/Lüftern und dergleichen, benötigt wird, die zum Kühlen der elektrischen Maschine 2 verwendet werden. Das Anpassen der Kühlmittelströmung für den von den Magneten benötigten Kühlbedarf, wenn die elektrische Maschine 2 sowohl in einer Motorbetriebsart oder einer Generatorbetriebsart betrieben wird, führt zu einer längeren Betriebslebensdauer der elektrischen Maschine. Zusätzlich zur Verbesserung der Betriebslebensdauer führt das Verringern der Last, die anderweitig zum Betreiben der Hilfskühlkomponenten verwendet wird, zu einem höheren Betriebswirkungsgrad.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform oder Ausführungsformen beschrieben wurde, ist von den Fachleuten zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Äquivalente durch Elemente hiervon ersetzt werden können, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Außerdem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Geltungsbereich hiervon zu verlassen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt ist, die als die beste erachtete Art zur Ausführung dieser Erfindung offenbart ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen einschließt, die in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen.

Claims

Elektrische Permanentmagnetmaschine, aufweisend: ein Gehäuse; einen Stator, der in dem Gehäuse angebracht ist; eine Rotoreinheit, die drehbar in dem Gehäuse relativ zu dem Stator angebracht ist; mehrere Permanentmagnete, die in der Rotoreinheit angebracht sind; und einen Magnetflussgeber, der in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Magnetflussgeber eine Aufnahmefläche umfasst, die eingerichtet und angeordnet ist, einen Magnetfluss zu erfassen, der aus der Rotoreinheit austritt.
Elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 1, wobei der Magnetflussgeber ein berührungsloser Temperaturgeber ist.
Elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 2, wobei der berührungslose Temperaturgeber ein Halleffekt-Geber ist.
Elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 2, wobei der berührungslose Temperaturgeber eine Suchspule ist.
Elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 1, wobei der Magnetflussgeber auf die mehreren Permanentmagnete ausgerichtet ist.
Elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Kühlmittelsystem, das eingerichtet und angeordnet ist, einen Kühlmittelstrom zu der elektrischen Maschine zu leiten.
Elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 6, ferner aufweisend: einen Wassermantel, der sich um das Gehäuse erstreckt.
Elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 6, wobei das Kühlmittelsystem den Kühlmittelstrom durch den Wassermantel leitet.
Elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 6, ferner aufweisend: eine Steuereinrichtung, die eingerichtet und angeordnet ist, den Kühlmittelstrom basierend auf einem magnetischen Fluss, der durch den Magnetflussgeber aufgenommen ist, durch das Gehäuse zu fördern.
Elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet und angeordnet ist, eine Temperatur der mehreren Permanentmagnete basierend auf dem magnetischen Fluss zu ermitteln, der durch den Magnetflussgeber aufgenommen ist.
Elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 1, wobei die Rotoreinheit mehrere Blechungen umfasst, wobei der Magnetflussgeber eingerichtet und angeordnet ist, einen magnetischen Fluss zu erfassen, der aus den mehreren Blechungen austritt.
Elektrische Permanentmagnetmaschine nach Anspruch 1, wobei der Magnetflussgeber eingerichtet und angeordnet ist, einen magnetischen Fluss zu erfassen, der aus den mehreren Permanentmagneten austritt.
Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Permanentmagnetmaschine, wobei das Verfahren aufweist: Drehen einer Rotoreinheit relativ zu einem Stator; Aufnehmen eines magnetischen Flusses, der aus der Rotoreinheit austritt; und Steuern eines Parameters der elektrischen Maschine basierend auf dem magnetischen Fluss, der aus der Rotoreinheit austritt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Steuern des Parameters der elektrischen Maschine ein Steuern eines Kühlmittelstroms durch die elektrische Maschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Steuern des Parameters der elektrischen Maschine ein Steuern einer Ausgangsleistung der elektrischen Maschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Steuern des Parameters der elektrischen Maschine ein Steuern einer Drehzahl der elektrischen Maschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Steuern des Parameters der elektrischen Maschine ein Steuern eines Ausgangsdrehmoments der elektrischen Maschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Aufnehmen des magnetischen Flusses, der aus der Rotoreinheit austritt, ein Aufnehmen eines magnetischen Flusses umfasst, der aus mehreren Blechungen der Rotoreinheit austritt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Aufnehmen des magnetischen Flusses, der aus der Rotoreinheit austritt, ein Aufnehmen eines magnetischen Flusses umfasst, der aus Permanentmagneten der Rotoreinheit austritt.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner aufweisend: Ermitteln einer Temperatur eines oder mehrerer Permanentmagnete in der Rotoreinheit basierend auf dem magnetischen Fluss.