DE102020124389A1

DE102020124389A1 - Dynamo-electric machine with adjusting device for changing a transmission ratio caused by flux modulators

Info

Publication number: DE102020124389A1
Application number: DE102020124389.8A
Authority: DE
Inventors: Chi Cuong Hoang; Marcel Philipp Mayer; Jannick Dominik Herbert Altherr
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2022-03-24

Abstract

Dynamoelektrische Maschine (1) aufweisend einen Rotor (2), einen zum Rotor (2) konzentrisch angeordneten und über einen Luftspalt (3) beabstandeten Stator (4) und im Luftspalt (3) angeordnete Flussmodulatoren (5), zur Erzeugung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen einer ersten Drehzahl eines ersten Magnetfeldes und einer zweiten Drehzahl eines zweiten Magnetfeldes, wobei das erste Magnetfeld zwischen Stator und Flussmodulatoren ausgeprägt ist, und das zweite Magnetfeld zwischen Flussmodulatoren und Rotor ausgeprägt ist, gekennzeichnet durch, eine Stelleinrichtung (6) zur Veränderung des durch die Flussmodulatoren bewirkten Übersetzungsverhältnisses.Dynamoelectric machine (1) having a rotor (2), a stator (4) arranged concentrically to the rotor (2) and spaced apart by an air gap (3) and flux modulators (5) arranged in the air gap (3), for generating a transmission ratio between a first speed of a first magnetic field and a second speed of a second magnetic field, the first magnetic field being pronounced between the stator and the flux modulators, and the second magnetic field being pronounced between the flux modulators and the rotor, characterized by an adjusting device (6) for changing that caused by the flux modulators gear ratio.

Description

Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine mit Flussmodulatoren zur Veränderung von Drehzahl und Drehmoment.The invention relates to a dynamo-electric machine with flux modulators for changing speed and torque.

Bei der Applikation elektrischer Maschinen beispielsweise in Antriebsystemen für automatisierte Flurförderfahrzeuge sind oftmals aufgrund von Randbedingungen wie Bauraum oder Drehmomentanforderung Zwischenelemente notwendig, die bei einer gegebenen elektrischen Maschine Drehzahl und Moment entsprechend der Anforderungen anpassen.When using electrical machines, for example in drive systems for automated industrial trucks, intermediate elements are often necessary due to boundary conditions such as installation space or torque requirements, which adapt the speed and torque to the requirements of a given electrical machine.

Häufig finden hier Getriebe, insbesondere mechanische Getriebe, Verwendung, die als separate Systeme zwischen elektrischer Maschine und beispielsweise Antriebsrad angeordnet sind. Eine Alternative zu mechanischen Getrieben bilden magnetische Getriebe, die bauartbedingt einen geringeren Verschleiß aufweisen. Für eine Übersicht zu magnetischen Getrieben sei auf die Literatur verwiesen, siehe bspw. Tlali et al. (2014). Im Folgenden ist insbesondere die Bauform konzentrischer magnetischer Getriebe von Interesse. Im Wesentlichen umfasst diese Getriebeform einen inneren Rotor, einen äußeren Rotor und dazwischen befindliche Flussmodulatoren aus ferromagnetischen Werkstoffen.
Das grundlegende Funktionsprinzip eines konzentrischen magnetischen Getriebes besteht darin, dass die Flussmodulatoren, die zwischen den inneren und äußeren mit Permanentmagneten besetzten Rotoren angeordnet sind, das magnetische Feld so modulieren, dass jeder Rotor eine seiner eigenen Polzahl entsprechenden Oberschwingung erfährt und somit ein Übersetzungsverhältnis von Drehzahl und Moment ermöglicht wird.Gears, in particular mechanical gears, are often used here, which are arranged as separate systems between the electric machine and, for example, the drive wheel. An alternative to mechanical gears are magnetic gears, which due to their design have less wear. For an overview of magnetic gears, please refer to the literature, see e.g. Tlali et al. (2014). In the following, the design of concentric magnetic gears is of particular interest. Essentially, this form of gearing comprises an inner rotor, an outer rotor and flux modulators made of ferromagnetic materials located between them.
The basic operating principle of a concentric magnetic gear is that the flux modulators, which are arranged between the inner and outer rotors fitted with permanent magnets, modulate the magnetic field in such a way that each rotor experiences a harmonic corresponding to its own number of poles and thus a transmission ratio of speed and moment is made possible.

Um Anforderungen hinsichtlich kompakterer Bauformen gerecht zu werden, ist die Kombination von derartigen Zwischenelementen mit elektrischen Maschinen derart vorangeschritten, dass von einer echten Integration gesprochen werden kann. So sind konzentrische magnetische Getriebesätze bekannt, die unmittelbar durch die im Rotor einer elektrischen Maschine befindlichen Magnete angetrieben werden. Eine vollständige Integration von magnetischem Getriebe und elektrischer Maschine wird bspw. in Tlali et al. (2014) beschrieben, sogenannte Magnetically geared machines (MGM). Unter diesen Begriff lassen sich auch sogenannte Vernier Maschinen fassen, die gemäß Wue et al. 2018 als sog. Single Mechanical Port MGMs klassiert sind.In order to meet requirements with regard to more compact designs, the combination of such intermediate elements with electrical machines has progressed to such an extent that one can speak of genuine integration. So concentric magnetic gear sets are known, which are driven directly by the magnets located in the rotor of an electrical machine. A complete integration of magnetic gear and electric machine is, for example, in Tlali et al. (2014), so-called magnetically geared machines (MGM). This term also includes so-called Vernier machines, which according to Wue et al. 2018 are classified as so-called Single Mechanical Port MGMs.

Aus der DE102016203616 A1 ist eine Vernier Maschine bestehend aus Rotor, Stator und Flussmodulatoren bekannt, bei der die Flussmodulatoren als Zähne in den Stator integriert sind. Der Rotor ist direkt als Antrieb für beispielsweise ein Kettengetriebe ausgebildet. Aus der KR101854723B ist MGM mit kontinuierlich variabler Drehzahl bekannt, welche durch die Verwendung zweier erreicht wird. Aus der CN105429407A ist eine MGM mit kontinuierlich variabler Drehzahl bekannt, welche durch die Verwendung eines magnetischen Rotors sowie eines Erregerrotors (realisiert wird.From the DE102016203616 A1 a Vernier machine consisting of rotor, stator and flux modulators is known, in which the flux modulators are integrated as teeth in the stator. The rotor is designed directly as a drive for a chain drive, for example. From the KR101854723B is known MGM with continuously variable speed, which is achieved by using two. From the CN105429407A An MGM with a continuously variable speed is known, which is realized by using a magnetic rotor and an exciter rotor (.

Eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 ist aus Wue et al. 2018 bekannt.An electric machine according to the preamble of claim 1 is known from Wue et al. known in 2018.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, in elektrischen Antriebsystemen eine flexible Anpassung an unterschiedliche Drehzahl- oder Drehmomentanforderungen einer Last zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch eine dynamoelektrische Maschine mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.The object of the invention is to enable flexible adaptation to different speed or torque requirements of a load in electric drive systems. This problem is solved by a dynamoelectric machine with the features according to patent claim 1 . Advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent patent claims.

Erfindungsgemäß weist die dynamoelektrische Maschine einen Rotor, sowie einen zum Rotor konzentrisch angeordneten und über einen Luftspalt beabstandeten Stator auf. In dem Luftspalt sind Flussmodulatoren angeordnet, zur Erzeugung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen einer ersten Drehzahl eines ersten Magnetfeldes und einer zweiten Drehzahl eines zweiten Magnetfeldes, wobei das erste Magnetfeld zwischen Stator und Flussmodulatoren ausgeprägt ist, und das zweite Magnetfeld zwischen Flussmodulatoren und Rotor ausgeprägt ist. Die Flussmodulatoren können so über Trägerelemente wirkverbunden sein, dass die räumliche Lage der Flussmodulatoren im Luftspalt durch die Trägerelemente definiert ist. Weiter beinhaltet die dynamoelektrische Maschine eine Stelleinrichtung, die auf die Trägerelemente so wirkt, dass eine Veränderung des durch die Flussmodulatoren bewirkten Übersetzungsverhältnisses, zur Beeinflussung von Drehzahl und Moment des Rotors resultiert. Durch die Stelleinrichtung ist es beispielsweise möglich, in einem elektrischen Antriebssystem das maximal bereitstellbare Drehmoment über die im Luftspalt befindlichen Flussmodulatoren zu variieren, ohne dass hierfür ein Austausch der Flussmodulatoren durchgeführt werden muss.According to the invention, the dynamoelectric machine has a rotor and a stator which is arranged concentrically to the rotor and is spaced apart by an air gap. Flux modulators are arranged in the air gap to generate a transmission ratio between a first speed of a first magnetic field and a second speed of a second magnetic field, the first magnetic field between the stator and flux modulators being pronounced, and the second magnetic field between the flux modulators and rotor being pronounced. The flux modulators can be operatively connected via carrier elements in such a way that the spatial position of the flux modulators in the air gap is defined by the carrier elements. The dynamoelectric machine also includes an actuating device that acts on the carrier elements in such a way that the transmission ratio caused by the flux modulators changes, resulting in influencing the rotational speed and torque of the rotor. The adjusting device makes it possible, for example, to vary the maximum torque that can be provided in an electric drive system via the flux modulators located in the air gap, without the flux modulators having to be exchanged for this purpose.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der dynamoelektrischen Maschine weist die Stelleinrichtung mehrere Trägerelemente mit Flussmodulatoren auf. Die Trägerelemente können dabei unabhängig voneinander durch die Stelleinrichtung im Luftspalt bewegt werden. Insbesondere erfolgt die Bewegung überwiegend in einer Ebene, die von der Rotationsachse der elektrischen Maschine senkrecht geschnitten wird.According to a first embodiment of the dynamoelectric machine, the adjusting device has a plurality of carrier elements with flux modulators. The carrier elements can be moved independently of one another by the adjusting device in the air gap. In particular, the movement occurs predominantly in a plane that is perpendicularly intersected by the axis of rotation of the electrical machine.

Die beschriebene Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Bewegung in einer Ebene besonders einfach beispielsweise mittels eines senkrecht zur Rotationsachse angeordneten Aktors umsetzbar ist.The embodiment described offers the advantage that the movement in one plane can be implemented particularly easily, for example by means of an actuator arranged perpendicular to the axis of rotation.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der dynamoelektrischen Maschine sind die Flussmodulatoren mittels Trägerelementen auf einer zur Rotationsachse konzentrischen Bahn im Luftspalt beweglich angeordnet. Mittels der Stelleinrichtung lassen sich somit mehrere jeweils benachbarte Flussmodulatoren kombinieren als auch wieder trennen.
Insbesondere kann die Bewegung auf der konzentrischen Bahn mittels eines selbsthemmenden Schneckengetriebes, welches direkt auf ein ringförmiges Verbindungselement der Trägerelemente wirkt realisiert werden.According to a further embodiment of the dynamoelectric machine, the flux modulators are movably arranged in the air gap by means of carrier elements on a path concentric to the axis of rotation. By means of the adjusting device, several adjacent flow modulators can thus be combined and also separated again.
In particular, the movement on the concentric path can be realized by means of a self-locking worm gear, which acts directly on an annular connecting element of the carrier elements.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der dynamoelektrischen Maschine ist zusätzlich zur Verschiebung im Luftspalt eine Rotation eines der Flussmodulatoren um eine zur Rotationsachse vorwiegend parallelen Achse im Luftspalt mittels der Stelleinrichtung über die Trägerelemente realisiert.
Vorteilhafterweise erfolgt die Verstellung mittels eines Antriebs auf ein Schneckengetriebe, welches einen als Hohlrad ausgebildeten Ring antreibt, der wiederum einzelne Zahnräder, die mit einzelnen Flussmodulatoren verbunden sind, antreibt. Die Funktionsweise ähnelt dabei einem Planetengetriebe mit feststehendem Planetenträger, wobei eine Vielzahl an Abtrieben über die Planeten realisiert wird.According to a further embodiment of the dynamoelectric machine, in addition to the displacement in the air gap, one of the flux modulators is rotated about an axis that is predominantly parallel to the axis of rotation in the air gap by means of the actuating device via the carrier elements.
Advantageously, the adjustment takes place by means of a drive on a worm gear, which drives a ring designed as a ring gear, which in turn drives individual gear wheels that are connected to individual flow modulators. The way it works is similar to a planetary gear with a fixed planet carrier, with a large number of outputs being realized via the planets.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der dynamoelektrischen Maschine ist die Stelleinrichtung alternativ dazu ausgebildet, Trägerelemente und somit die damit wirkverbundenen Flussmodulatoren im Luftspalt in vorwiegend axialer Richtung zu bewegen.
Die beschriebene Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Bewegung senkrecht zur Rotationsachse besonders einfach beispielsweise durch mit den Trägerelementen verbundene Linearaktuatoren wie Kugelgewindetriebe umzusetzen ist.According to a further embodiment of the dynamoelectric machine, the actuating device is alternatively designed to move carrier elements and thus the flux modulators operatively connected thereto in the air gap in a predominantly axial direction.
The embodiment described offers the advantage that the movement perpendicular to the axis of rotation can be implemented particularly easily, for example by means of linear actuators such as ball screw drives connected to the carrier elements.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der dynamoelektrischen Maschine sind die Flussmodulatoren im Querschnitt entlang einer zur Rotationsachse des Rotors parallelen Achse veränderlich ausgeprägt. Insbesondere kann dies als Verjüngung des Querschnitts ausgeführt sein. Die Flussmodulatoren können dabei eine axiale Erstreckung aufweisen, die über die axiale Erstreckung des Luftspalts hinausgeht. Gemäß einer Ausgestaltung ist die Stelleinrichtung dazu ausgebildet, die Trägerelemente mit den wirkverbundenen Flussmodulatoren im Luftspalt in axialer Richtung variabel zu positionieren.According to a further embodiment of the dynamoelectric machine, the flux modulators are variable in cross-section along an axis parallel to the axis of rotation of the rotor. In particular, this can be implemented as a narrowing of the cross section. The flux modulators can have an axial extent that goes beyond the axial extent of the air gap. According to one embodiment, the adjusting device is designed to variably position the carrier elements with the operatively connected flow modulators in the air gap in the axial direction.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die die Flussmodulatoren über die axiale Bewegung vollständig aus dem Luftspalt herausgezogen oder eingefügt. Dies bietet den Vorteil, dass somit möglichst einfach die Anzahl der Flussmodulatoren im Luftspalt veränderbar ist. Insbesondere lässt sich die axiale Bewegung senkrecht zur Rotationsachse beispielsweise durch mit den Trägerelementen verbundene Linearaktuatoren wie Kugelgewindetriebe umsetzen.According to a further embodiment, the flux modulators are completely pulled out of or inserted into the air gap via the axial movement. This offers the advantage that the number of flux modulators in the air gap can be changed as simply as possible. In particular, the axial movement perpendicular to the axis of rotation can be implemented, for example, by linear actuators such as ball screws connected to the carrier elements.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform einer dynamoelektrischen Maschine im Schnitt senkrecht zur Rotationsachse mit einer Stelleinrichtung zur rotativen Verstellung um die Rotationsachse in einer ersten Stellung,
2 die dynamoelektrische Maschine gemäß 1 in einer zweiten Stellung,
3 eine zweite Ausführungsform einer dynamoelektrischen Maschine im Schnitt durch die Rotationsachse mit Stelleinrichtung zur axialen Verstellung,
4 eine dritte Ausführungsform einer dynamoelektrischen Maschine im Schnitt senkrecht zur Rotationsachse mit Stelleinrichtung zur rotativen Verstellung parallel zur Rotationsachse,
5 Detaildarstellung der rotativen Verstellung parallel zur Rotationsachse der Ausführungsform gemäß 4 und
6 Detaildarstellung des Flussmodulators für die Stelleinrichtung zur axialen Verstellung ein vierten Ausführungsform einer dynamoelektrischen Maschine.

The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the figures. Show it:

1 a first embodiment of a dynamoelectric machine in section perpendicular to the axis of rotation with an adjusting device for rotational adjustment about the axis of rotation in a first position,
2 according to the dynamo-electric machine 1 in a second position
3 a second embodiment of a dynamoelectric machine in section through the axis of rotation with an adjusting device for axial adjustment,
4 a third embodiment of a dynamoelectric machine in section perpendicular to the axis of rotation with an adjusting device for rotary adjustment parallel to the axis of rotation,
5 Detailed view of the rotary adjustment parallel to the axis of rotation according to the embodiment 4 and
6 Detailed representation of the flux modulator for the adjusting device for the axial adjustment of a fourth embodiment of a dynamoelectric machine.

1 zeigt eine dynamoelektrische Maschine im Schnitt senkrecht zur Rotationsachse gemäß einem Ausführungsbeispiel wobei Rotor 2 und Stator 4 als vereinfachte Darstellung vorliegen. Durch konzentrische Anordnung von Rotor 2 und Stator 4 wird ein Luftspalt 3 ausgebildet. In dem Luftspalt 3 sind mehrere Flussmodulatoren 5 angeordnet. Die Flussmodulatoren 5 sind im Ausführungsbeispiel mit Trägerelementen 7 so wirkverbunden, dass je Trägerelement 7 eine identische Anzahl von Flussmodulatoren 5 auf einer konzentrischen Kreisbahn gleichmäßig im Luftspalt 3 verteilt ist. Im Ausführungsbeispiel sind die Flussmodulatoren 5 auf zwei Trägerelemente 7 aufgeteilt, sodass benachbarte Flussmodulatoren 5 jeweils zu unterschiedlichen Trägerelementen 7 zugeordnet sind.
Im Ausführungsbeispiel wird eine Stelleinrichtung 6 aus mehreren Trägerelementen 7 mit jeweils wirkverbundenen Aktoren 9 gebildet, sodass die Trägerelemente relativ zueinander bewegt werden können. Die Bewegung der Trägerelemente 7 erfolgt dabei auf einer zur Rotationsachse konzentrischen Kreisbahn. Die jeweiligen Trägerelemente 7 mit ihren zugeordneten Flussmodulatoren 5 können je nach Erfordernis unabhängig voneinander bewegt werden. 1 shows a dynamoelectric machine in section perpendicular to the axis of rotation according to an exemplary embodiment, with rotor 2 and stator 4 being present as a simplified representation. An air gap 3 is formed by the concentric arrangement of rotor 2 and stator 4 . Several flux modulators 5 are arranged in the air gap 3 . In the exemplary embodiment, the flux modulators 5 are operatively connected to carrier elements 7 in such a way that an identical number of flux modulators 5 is distributed uniformly in the air gap 3 on a concentric circular path for each carrier element 7 . In the exemplary embodiment, the flux modulators 5 are divided between two carrier elements 7, so that adjacent flux modulators 5 are assigned to different carrier elements 7 in each case.
In the exemplary embodiment, an actuating device 6 is formed from a plurality of carrier elements 7, each with operatively connected actuators 9, so that the carrier elements can be moved relative to one another. The movement of the carrier elements 7 takes place on a circular path concentric to the axis of rotation. The respective carrier elements 7 with their associated flow modulators 5 can be moved independently of one another as required.

2 zeigt die dynamoelektrische Maschine gemäß 1 in einer weiteren Stellung, wobei des innere Trägerelement 7 durch den zugehörigen Aktor 9 so verdreht wurde, dass sich durch Kombination von vormals zwei Flussmodulatoren 5 letztlich ein einzelner Flussmodulator ergibt, was die Anzahl der Flussmodulatoren im Luftspalt 3 halbiert. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird somit nur eines der Trägerelemente 7 im Luftspalt bewegt. In einer anderen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass beide Trägerelemente 7 bewegt werden. 2 shows the dynamo-electric machine according to FIG 1 in a further position, with the inner support element 7 being twisted by the associated actuator 9 in such a way that the combination of previously two flux modulators 5 ultimately results in a single flux modulator, which halves the number of flux modulators in the air gap 3 . In this preferred embodiment, therefore, only one of the carrier elements 7 is moved in the air gap. In another embodiment it is provided that both carrier elements 7 are moved.

Unabhängig davon ist eine Trennung hin zum Ausgangszustand sowie zu entsprechenden Zwischenzuständen beabsichtigt und dementsprechend durch die Stelleinrichtungen 6 realisierbar.Irrespective of this, a separation to the initial state and to corresponding intermediate states is intended and can accordingly be implemented by the actuating devices 6 .

In der Literatur (Atallah und Howe 2001) ist der Zusammenhang bekannt, p_m,k = |mp + kn_s|, wobei p_m,k die Anzahl der Permanentmagnetpaare am Rotor, n_s die Anzahl der Fluxmodulatoren und p die Anzahl der magnetischen Polpaare am Stator ist. Die Variablen m und k können dabei Werte gemäß m = 1, 3, 5, ...., ∞ und k = 0, ± 1, ± 2, ± 3 annehmen.
Wählt man p_m,k = 6 sowie p = 2 so ergibt sich n_s = 8 mit m = 1 und k = -1. Das Übersetzungsverhältnis der Drehzahlen liegt dabei bei $G_{r} = \frac{Ω_{m, k}}{Ω_{p}} = \frac{1}{| m p + k n_{s} |} = \frac{1}{3},$

wobei Ω_m,k die Drehzahl des Rotors ist und Ω_p die Drehzahl des Magnetfelds am Stator. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann dies durch mehrere Trägerelemente realisiert sein, wobei in einer ersten Position jeweils drei benachbarte Flussmodulatoren so kombiniert sind, dass sie zu 8 Flussmodulatoren kombiniert sind. Verändert man nun die Lage der Flussmodulatoren im Luftspalt derart, dass je zwei benachbarte Flussmodlulatoren so kombiniert sind, dass sich 12 Flussmodlulatoren ergeben, ergibt sich mit p_m,k = 6, p = 2 sowie n_s = 12, m = 3 und k = -1 das Übersetzungsverhältnis zu

G_{r} = \frac{1}{| m p + k n_{s} |} = 1.

The relationship is known in the literature (Atallah and Howe 2001), p _m,k = |mp + kn _s |, where p _m,k is the number of pairs of permanent magnets on the rotor, n _s is the number of flux modulators and p is the number of magnetic ones pairs of poles on the stator. The variables m and k can assume values according to m = 1, 3, 5, ...., ∞ and k = 0, ±1, ±2, ±3.
Choosing p _m,k = 6 and p = 2 results in n _s = 8 with m = 1 and k = -1. The transmission ratio of the speeds is included

G_{right} = \frac{Ω_{m, k}}{Ω_{p}} = \frac{1}{| m p + k n_{s} |} = \frac{1}{3},

where Ω _m,k is the speed of the rotor and Ω _p is the speed of the magnetic field at the stator. In an advantageous embodiment, this can be realized by a plurality of carrier elements, three adjacent flow modulators being combined in a first position in such a way that they are combined to form 8 flow modulators. Changing the position of the flux modulators in the air gap in such a way that two adjacent flux modulators are combined in such a way that 12 flux modulators result, with p _m,k = 6, p = 2 and n _s = 12, m = 3 and k = -1 the gear ratio too

G_{right} = \frac{1}{| m p + k n_{s} |} = 1.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer dynamoelektrischen Maschine im Schnitt durch die Rotationsachse mit Stelleinrichtung zur axialen Verstellung. Durch konzentrische Anordnung von Rotor 2 und Stator 4 wird ein Luftspalt 3 ausgebildet. In dem Luftspalt 3 sind mehrere Flussmodulatoren 5 angeordnet. Die Flussmodulatoren 5 sind im Ausführungsbeispiel mit Trägerelementen 7 so wirkverbunden, dass je Trägerelement eine beliebige Anzahl von Flussmodulatoren 5 auf einer konzentrischen Kreisbahn gleichmäßig im Luftspalt 3 verteilt ist. Im Ausführungsbeispiel ist zur grafischen Vereinfachung nur eine Stelleinrichtung 6 umfassend ein Trägerelement 7 mit einem wirkverbundenen Aktor 9 dargestellt, welches die damit wirkverbundenen Flussmodulatoren relativ zu anderen im Luftspalt befindlichen Flussmodulatoren bewegt. Die Bewegung des Trägerelements 7 erfolgt dabei im Wesentlichen axial und damit parallel zur Rotationsachse. Die Stelleinrichtung 6 ist dabei so ausgebildet, dass die Flussmodulatoren 5 vollständig aus dem Luftspalt entfernt werden können. Vorteilhafterweise ist das vollständige Wiedereinbringen der Flussmodulatoren hin zur Ausgangsposition sowie zu entsprechenden Zwischenzuständen durch die Stelleinrichtungen 6 realisierbar. 3 shows a second embodiment of a dynamoelectric machine in section through the axis of rotation with an adjusting device for axial adjustment. An air gap 3 is formed by the concentric arrangement of rotor 2 and stator 4 . Several flux modulators 5 are arranged in the air gap 3 . In the exemplary embodiment, the flux modulators 5 are operatively connected to carrier elements 7 in such a way that any number of flux modulators 5 is distributed uniformly in the air gap 3 on a concentric circular path for each carrier element. In the exemplary embodiment, for graphical simplification, only one adjusting device 6 comprising a carrier element 7 with an operatively connected actuator 9 is shown, which moves the operatively connected flux modulators relative to other flux modulators located in the air gap. The movement of the carrier element 7 takes place essentially axially and thus parallel to the axis of rotation. The adjusting device 6 is designed in such a way that the flux modulators 5 can be completely removed from the air gap. Advantageously, the complete reintroduction of the flow modulators to the starting position and to corresponding intermediate states can be implemented by the actuating devices 6 .

4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer dynamoelektrischen Maschine im Schnitt senkrecht zur Rotationsachse mit Stelleinrichtung zur rotativen Verstellung parallel zur Rotationsachse wobei Rotor 2 und Stator 4 als vereinfachte Darstellung vorliegen. Durch konzentrische Anordnung von Rotor 2 und Stator 4 wird ein Luftspalt 3 ausgebildet. In dem Luftspalt 3 sind mehrere Flussmodulatoren 5 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist nur eine vereinfachte Stelleinrichtung 6 dargestellt. Die Flussmodulatoren 5 sind mit Trägerelementen 7 wirkverbunden, sodass eine gerade Anzahl von Flussmodulatoren 5 auf einer konzentrischen Kreisbahn gleichmäßig im Luftspalt 3 verteilt ist. Im Ausführungsbeispiel wird eine Stelleinrichtung 6 aus jeweils einem Trägerelement 7 mit einem wirkverbundenen Aktor 9 gebildet, sodass die mit den Trägerelementen wirkverbundenen Flussmodulatoren 5 um eine zur Rotationsachse parallel liegende Achse bewegt werden können. Die Bewegung der einzelnen Trägerelemente 7 erfolgt dabei so, dass die Flussmodulatoren im Luftspalt rotiert werden. Im Ausführungsbeispiel verstellt eine Stelleinrichtung 6 durch einen Aktor 9 mittels Trägerelementen 7 mehrere Flussmodulatoren 5 gleichzeitig.
In einer weiteren Ausführungsform kann je Flussmodulator 5 eine Stelleinrichtung 6 vorgesehen sein. 4 shows a third embodiment of a dynamoelectric machine in a section perpendicular to the axis of rotation with an adjusting device for rotary adjustment parallel to the axis of rotation, with rotor 2 and stator 4 being present as a simplified representation. An air gap 3 is formed by the concentric arrangement of rotor 2 and stator 4 . Several flux modulators 5 are arranged in the air gap 3 . In the embodiment, only a simplified control device 6 is shown. The flux modulators 5 are operatively connected to carrier elements 7, so that an even number of flux modulators 5 is evenly distributed in the air gap 3 on a concentric circular path. In the exemplary embodiment, an actuating device 6 is formed from a respective carrier element 7 with an operatively connected actuator 9, so that the flux modulators 5 operatively connected to the carrier elements can be moved about an axis lying parallel to the axis of rotation. The movement of the individual carrier elements 7 takes place in such a way that the flux modulators are rotated in the air gap. In the exemplary embodiment, an actuating device 6 adjusts a plurality of flow modulators 5 at the same time by means of an actuator 9 by means of carrier elements 7 .
In a further embodiment, one adjusting device 6 can be provided for each flow modulator 5 .

5 zeigt eine Detaildarstellung der rotativen Verstellung parallel zur Rotationsachse der Ausführungsform gemäß 4, wobei die Rotationsbewegung am Beispiel eines Flussmodulators 5 von einer bevorzugten Position a zu einer weiteren bevorzugten Position e verdeutlicht wird. 5 shows a detailed representation of the rotary adjustment parallel to the axis of rotation according to the embodiment 4 , wherein the rotational movement is illustrated using the example of a flow modulator 5 from a preferred position a to a further preferred position e.

6 zeigt Detaildarstellung des Flussmodulators für die Stelleinrichtung zur axialen Verstellung ein vierten Ausführungsform einer dynamoelektrischen Maschine. Der wesentliche Unterschied zu der zuvor in 3 dargestellten Ausführungsform besteht in der Ausgestaltung des Flussmodulators. Zur grafischen Vereinfachung ist daher nur einer der Flussmodulatoren 5 nebst Rotor 2 und Stelleinrichtung 6 dargestellt. Der Flussmodulator weist einen variablen Querschnitt entlang der Rotationsachse so auf, dass durch die mittels der Stelleinrichtung 6 axial veränderlichen Position des Flussmodulators eine variable Anpassung von Moment/Drehzahl ermöglicht wird. Im Ausführungsbeispiel ist der Flussmodulator als im Wesentlichen trapezförmiger Körper in radialer Projektionsrichtung sowie als im Wesentlichen kreisringsegmentförmiger Körper in axialer Projektionsrichtung ausgebildet. 6 shows a detailed representation of the flux modulator for the adjusting device for the axial adjustment of a fourth embodiment of a dynamoelectric machine. The main difference to the previous in 3 illustrated embodiment consists in the design of the flow modulator. For graphical simplicity, therefore, is only one the flux modulators 5 together with the rotor 2 and the actuating device 6 are shown. The flux modulator has a variable cross-section along the axis of rotation in such a way that the position of the flux modulator, which can be changed axially by means of the adjusting device 6, enables a variable adjustment of torque/speed. In the exemplary embodiment, the flow modulator is designed as an essentially trapezoidal body in the radial projection direction and as an essentially annular segment-shaped body in the axial projection direction.

Obgleich die vorliegende Erfindung vorhergehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Ausgestaltungen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.Although the present invention has been described above by means of several exemplary embodiments, it is to be understood that various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims.

Verwendete Nicht-Patent LiteraturNon-patent literature used

Atallah und Howe (2001): „A Novel High-Performance Magnetic Gear“, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 37, No.4, July 2001
https://ieeexplore.ieee.org/document/951324
Tlali et al. (2014): „Magnetic gear technologies: A review,“ 2014 International Conference on Electrical Machines (ICEM), Berlin, 2014, pp. 544-550 https://www.researchgate.net/publication/275580214 Magnetic gear technologi es A review
Wue et al. (2018): „Permanent Magnet Vernier Machines: A Review,“ 2018 XIII International Conference on Electrical Machines (ICEM), Alexandroupoli, 2018, pp. 372-378
https://ieeexplore.ieee.org/document/8507194Atallah and Howe (2001): "A Novel High-Performance Magnetic Gear", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 37, No.4, July 2001
https://ieeexplore.ieee.org/document/951324
Tlali et al. (2014): "Magnetic gear technologies: A review," 2014 International Conference on Electrical Machines (ICEM), Berlin, 2014, pp. 544-550 https://www.researchgate.net/publication/275580214 Magnetic gear technologies A review
Wue et al. (2018): "Permanent Magnet Vernier Machines: A Review," 2018 XIII International Conference on Electrical Machines (ICEM), Alexandroupoli, 2018, pp. 372-378
https://ieeexplore.ieee.org/document/8507194

BezugszeichenlisteReference List

11: Dynamoelektrische Maschinedynamo-electric machine
22: Rotorrotor
33: Luftspaltair gap
44: Statorstator
55: Flussmodulatorflow modulator
66: Stelleinrichtungadjusting device
77: Trägerelementecarrier elements
88th: Spulenelementcoil element
99: Aktuatoractuator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102016203616 A1 [0005]
KR 101854723 B [0005]
CN 105429407A [0005]

Claims

Dynamoelectric machine (1) comprising • a rotor (2), • a rotor (2) arranged concentrically and an air gap (3) spaced stator (4) and • in the air gap (3) arranged flux modulators (5), for generating a Transmission ratio between a first speed of a first magnetic field and a second speed of a second magnetic field, • the first magnetic field between the stator (4) and flux modulators (5) is pronounced, • and the second magnetic field between flux modulators (5) and rotor (2) is pronounced is characterized by an adjusting device (6) for changing the transmission ratio brought about by the flow modulators.

Dynamoelectric machine (1) according to claim 1 wherein the adjusting device (6) comprises a plurality of carrier elements (7) with the flow modulators (5) and is suitable for moving the carrier elements (7) in a plane perpendicular to the axis of rotation.

Dynamoelectric machine (1) according to claim 2 wherein the adjusting device (6) is suitable for combining or separating adjacent flux modulators (5) in the air gap (3) on a circular path concentric to the rotor (2).

Dynamoelectric machine (1) according to claim 2 or claim 3 wherein the adjusting device (6) is suitable for rotating the flux modulators (5) about an axis lying parallel to the axis of rotation of the rotor (2).

Dynamoelectric machine after claim 1 wherein the adjusting device (6) comprises a plurality of carrier elements (7) with the flow modulators (5) and is suitable for moving the carrier elements (7) in the axial direction.

Dynamoelectric machine (1) according to claim 5 wherein the adjusting device (6) is suitable for positioning the carrier elements (7) with the flux modulators (5) in the air gap (3) and the flux modulators (5) have variable cross sections along the axis of rotation.

Dynamoelectric machine (1) according to claim 5 and claim 6 wherein the adjusting device (6) is suitable for introducing the carrier elements (7) with the flow modulators (5) into or out of the air gap (3).