DE202021004167U1

DE202021004167U1 - Eine Steuerung für eine Axialflussmaschine

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Publication number: DE202021004167U1
Application number: DE202021004167.2U
Authority: DE
Original assignee: Yasa Ltd
Current assignee: Yasa Ltd
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2022-12-19
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: CN115699557A; GB202211262D0; JP2023527214A; GB2606670A; GB2595492A; GB2595492B; US20230223878A1; GB202007999D0; WO2021239849A1; EP4158771A1; DE112021003043T5; GB2606670B

Abstract

Steuergerät zum Steuern einer Axialflussmaschine, wobei die Axialflussmaschine einen Stator, der ein Statorgehäuse umfasst, das eine Vielzahl von Statorpolstücken umschließt, die in Umfangsrichtung in Abständen um eine Achse der Maschine angeordnet sind, wobei jedes der Statorpolstücke einen Satz von Spulen aufweist, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes um dasselbe gewickelt sind, und einen Rotor, der einen Satz von Permanentmagneten umfasst und zur Drehung um die Achse der Maschine angebracht ist, wobei der Rotor entlang der Achse der Maschine von dem Stator beabstandet ist, um einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu definieren, und in dem der Magnetfluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft, umfasst, wobei das Steuergerät Folgendes umfasst:
einen oder mehrere elektrische Eingänge zur Aufnahme eines oder mehrerer elektrischer Ströme,
einen oder mehrere elektrische Ausgänge zum Liefern eines oder mehrerer Wechselströme an die Spulen der Axialflussmaschine,
wobei das Steuergerät konfiguriert ist zum:
Steuern eines Wechselstroms, welcher der Vielzahl von Spulen zugeführt wird, um einen Kompensationsstrom zur Verringerung einer mechanischen Resonanzkomponente des Rotors einzuspeisen, wobei der Kompensationsstrom eingespeist wird, wenn sich der Rotor über einen oder mehrere Drehgeschwindigkeitsbereiche dreht, wobei jeder von dem einen oder den mehreren Drehgeschwindigkeitsbereichen des Rotors eine jeweilige ermittelte Drehgeschwindigkeit des Rotors einschließt,
wobei der Wechselstrom durch jede Spule als vektorisierte Gleichstromkomponenten dargestellt wird, die eine Gleichstrom- (I_d) - Komponente und eine Quadraturstrom- (I_q) -Komponente umfassen, die orthogonal zueinander sind,
wobei der Kompensationsstrom eine Wechselstromkomponente umfasst, die zu mindestens einer von der Quadraturstrom- (I_q) und der Gleichstrom- (I_d) - Komponente addiert wird, wobei die modulierte Stromkomponente eine elektrische Frequenz aufweist, die über einen Frequenzbereich zwischen einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors variiert, wobei der Frequenzbereich eine Frequenz, die im Wesentlichen dieselbe ist wie eine mechanische Grundresonanzfrequenz des Rotors, und eine Phase, die gegenüber der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors phasenverschoben ist, einschließt, und
wobei jeder der Drehgeschwindigkeitsbereiche des Rotors auf einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors für eine gegebene Resonanzanregungsordnung des Rotors beruht.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung für eine Axialflussmaschine und eine Axialflussmaschine. Insbesondere auf eine Steuerung und eine Maschine mit einer reduzierten mechanischen Resonanz.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Alle Strukturen haben natürliche Schwingungsfrequenzen, bei denen die anregenden Kräfte eine Verstärkung bewirken. Diese Verstärkung tritt auf, wenn die Erregerfrequenz mit der Eigenfrequenz zusammenfällt, was als Resonanz bezeichnet wird.
Rotierende Maschinen sind besonders anfällig für resonanzbedingte mechanische Schwingungen, die auftreten, wenn eine Eigenfrequenz bei oder nahe bei einer Erregerfrequenz liegt, z. B. bei der Rotordrehzahl. Bei Maschinen - wie Pumpen, Turbinen, Elektromotoren und Generatoren - kann Resonanz kleine Schwingungskräfte aus dem Maschinenbetrieb verstärken, was zu schweren, manchmal zerstörerischen Schwingungen führen kann.
Bei drehzahlvariablen Antrieben ändern sich die Erregerfrequenzen mit der Motordrehzahl und führen jedes Mal zu einer Resonanz, wenn die harmonischen Erregerfrequenzen eine natürliche Resonanzfrequenz überschreiten. Die Stärke der Resonanz variiert mit der Erregeramplitude und der Nähe zur Eigenfrequenz sowie mit der Dämpfung, Masse und Steifigkeit der mit der Eigenfrequenz verbundenen Maschinenkomponenten.
Die Eigenresonanzfrequenzen rotierender Maschinen sind ein wichtiger Bestandteil der Maschinenkonstruktion und können je nach den Materialeigenschaften und der Konstruktion der Hauptkomponenten, in der Regel Statoren, Rotoren und Gehäuse, angepasst, d. h. minimiert und möglicherweise in der Frequenz verschoben werden.
Trotz der Bemühungen, die Resonanz durch die Wahl der Materialien und die mechanische Konstruktion zu verlagern und zu minimieren, sind die Folgen von Lärm, Vibrationen und Rauheit (NVH) in fertigen Maschinen oft eine Herausforderung. Sobald die Konstruktion einer Maschine feststeht und damit die grundlegenden Resonanzen festgelegt sind, besteht die Möglichkeit, die Auswirkungen der Resonanz durch Änderung der Anregungsfrequenzen und -stärken weiter zu verringern.
Bei drehzahlvariablen Axialflussmaschinen sind es in der Regel die Rotoren, die aufgrund ihrer ebenen, scheibenförmigen Form das größte Risiko für störende Resonanzen darstellen und mehrere häufige Schwingungsmoden aufweisen.
Die Grundmode (0,1), f0, f01, manchmal auch als Nullmode bezeichnet, ist für die vorliegende Erfindung von vorrangigem Interesse, weil diese Mode leicht erregbar ist. Obwohl die Erfindung auch auf natürliche Resonanzmoden höherer Ordnung angewandt werden kann, liegt der Schwerpunkt der folgenden Beschreibungen auf der Beeinflussung der Grundmode der Resonanz. Es versteht sich, dass dieselben Techniken auch auf Moden höherer Ordnung angewandt werden können.
Die Grundform der Resonanz und Vibration ist für Axialflussmaschinen von zusätzlicher Bedeutung, da solche Maschinen häufig durch die Verwendung von Luftspalten von ca. 1 mm zwischen Stator und Rotor in Bezug auf Leistung und Drehmoment optimiert sind. Selbst bei geringeren Amplituden können die Geräusche der resonanzbedingten Schwingungen störend wirken.
Das Prinzip der Unterdrückung von Resonanzschwingungen und -geräuschen durch die Anwendung von Gegenströmen ist allgemein bekannt und wurde bei Dauermagnetmaschinen angewandt, um Schwingungen und Geräusche zu verringern, die durch die Wechselwirkung von Dauermagnetrotoren auf gegenüberliegenden Statorpolen entstehen, wobei die Rotorpositionen zwischen hohen und niedrigen Energiezuständen wechseln. Einige Beispiele sind AU2015396604 , die sich auf die Flussabschwächung bezieht, um die Rastkräfte zu reduzieren und dadurch die Anregung von Resonanzen zu verringern. US2005/0231143 lehrt die Reduzierung von Schwingungen in Statoren von Radialmaschinen. US2008315818 lehrt die Anwendung von Paaren harmonischer Ströme, deren Ordnung sich um zwei unterscheidet, auf die sinusförmige Grundwelle. US2015108938 lehrt das Anlegen eines Kompensationsstroms, um den durch Asymmetrien in der Maschine verursachten Schwingungen entgegenzuwirken.
Wir haben die Notwendigkeit einer verbesserten Unterdrückung von Planarresonanzen in Axialflussmotorrotoren erkannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt daher eine Steuerung für eine Axialflussmaschine und eine Axialflussmaschine gemäß den unabhängigen Ansprüchen im Anhang zur Verfügung. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den ebenfalls beigefügten abhängigen Ansprüchen vorgesehen.
Insbesondere wird ein Verfahren zur Steuerung einer Axialflussmaschine beschrieben, wobei die Axialflussmaschine einen Stator umfasst, der ein Statorgehäuse aufweist, das eine Vielzahl von Statorpolstücken umschließt, die in Umfangsrichtung in Abständen um eine Achse der Maschine herum angeordnet sind, wobei jedes der Statorpolstücke einen Satz von Spulen aufweist, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes darum gewickelt sind; und einen Rotor, der einen Satz von Permanentmagneten umfasst und zur Drehung um die Achse der Maschine angebracht ist, wobei der Rotor vom Stator entlang der Achse der Maschine beabstandet ist, um einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu definieren, und in dem der magnetische Fluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft, wobei das Verfahren umfasst: Steuern eines Wechselstroms, der der Vielzahl von Spulen zugeführt wird, um einen Kompensationsstrom zum Reduzieren einer mechanischen Resonanzkomponente des Rotors einzuspeisen, wobei der Kompensationsstrom eingespeist wird, wenn sich der Rotor über einen oder mehrere Drehzahlbereiche dreht, wobei jeder des einen oder der mehreren Drehzahlbereiche des Rotors eine jeweilige bestimmte Drehzahl des Rotors enthält, wobei der Wechselstrom durch jede Spule als vektorisierte Gleichstromkomponenten dargestellt wird, die eine Gleichstromkomponente (I_d) und eine Quadraturstromkomponente (I_q) umfassen, die orthogonal zueinander sind, und wobei der Kompensationsstrom eine modulierte Stromkomponente umfasst, die zu mindestens einer der Komponenten Quadraturstrom (I_q) und Gleichstrom (I_d) addiert wird, wobei die modulierte Stromkomponente eine elektrische Frequenz aufweist, die über einen Frequenzbereich zwischen einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors variiert, wobei der Frequenzbereich eine Frequenz einschließt, die im Wesentlichen dieselbe ist wie eine mechanische Grundresonanzfrequenz des Rotors; und eine Phase, die gegenüber der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors phasenverschoben ist.
Durch die Anwendung der obigen Methode wird eine Verringerung der Resonanz im Rotor beobachtet.
Die jeweils ermittelte(n) Drehzahl(en) des Rotors kann (können) von einer oder mehreren mechanischen Resonanzanregungsordnungen des Rotors abhängen, z. B. von einer oder mehreren der Anregungsordnungen 12^th, 18^th, 36^th und 72^nd. Diese Ordnungen sind für bestimmte Maschinentopologien von Interesse, z. B. für eine 18/12-Topologie. Andere Topologien können andere Erregungsordnungen haben, die von Interesse sind, z. B. für eine 12/8-Maschine können die Erregungsordnungen 8^th, 12^th, 24^th und 48^th sein. Für eine 24/16-Topologie können die Ordnungen 16^th, 24^th , 48^th und 96^th von Interesse sein.
Die eine oder mehrere ermittelte Rotordrehzahl(en) kann (können) durch die Beziehung definiert werden: $d e t e r m i n e d_r o t a t i o n a l_s p e e d = 60 * \frac{r o t o r_f u n d a m e n t a l_r e s o n a n t_f r e q u e n c y}{e x c i t a t i o n_o r d e r}$
Jeder der Drehzahlbereiche des Rotors kann auf einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors für eine gegebene Ordnung der mechanischen Resonanzanregung des Rotors beruhen. Die prozentuale Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors kann ±1 %, ±5 %, ±10 %, ±15 % oder ±20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors betragen.
In jedem der ein oder mehreren Drehzahlbereiche des Rotors kann eine Amplitude des Kompensationsstroms zwischen einer niedrigeren Amplitude und einer Spitzenamplitude über mindestens einen Teil des Drehzahlbereichs des Rotors rampenförmig verlaufen, wobei die Spitzenamplitude des Kompensationsstroms im Wesentlichen mit der jeweiligen ermittelten Drehzahl des Rotors übereinstimmt.
Das Verfahren kann auch Folgendes umfassen: Empfangen von Schwingungsdaten von einem Schwingungssensor, wobei der Schwingungssensor mechanische Schwingungen im Rotor erfasst; Identifizieren einer mechanischen Resonanzkomponente des Rotors anhand der Schwingungsdaten; und Einspeisen des Kompensationsstroms als Reaktion auf eine identifizierte mechanische Resonanzkomponente des Rotors. Bei einem solchen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren mit geschlossenem Regelkreis, bei dem der Kompensationsstrom als Reaktion auf Daten des Schwingungssensors eingespeist wird, die auf das Vorhandensein einer Resonanz hinweisen.
Bei diesem Verfahren mit geschlossenem Regelkreis kann der Kompensationsstrom nur dann eingespeist werden, wenn eine Amplitude der identifizierten mechanischen Resonanzkomponente über einem Schwellenwert liegt. Die Amplitude des Kompensationsstroms kann proportional zur Amplitude der identifizierten mechanischen Resonanzkomponente sein.
Bei der Methode mit geschlossenem Regelkreis kann der Schwingungssensor ein Beschleunigungsmesser sein.
In jedem der obigen Verfahren kann die modulierte Stromkomponente in jedem der ein oder mehreren Drehzahlbereiche des Rotors eine Frequenz bei der ersten Frequenz haben, wenn der Rotor mit einer Drehzahl rotiert, die einer niedrigsten Drehzahl innerhalb des jeweiligen Drehzahlbereichs des Rotors entspricht; und wobei die modulierte Stromkomponente eine Frequenz haben kann, die bei der zweiten Frequenz liegt, wenn der Rotor mit einer Drehzahl rotiert, die der höchsten Drehzahl innerhalb des jeweiligen Drehzahlbereichs des Rotors entspricht.
In jedem der ein oder mehreren Drehzahlbereiche des Rotors kann die modulierte Stromkomponente eine Frequenz haben, die im Wesentlichen der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors bei einer Drehzahl des Rotors entspricht, die der jeweiligen ermittelten Drehzahl entspricht.
Die erste Frequenz kann niedriger sein als die zweite Frequenz. Darüber hinaus kann der Frequenzbereich der modulierten Stromkomponente zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz auf einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors basieren, wobei die prozentuale Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors ±1 %, ±5 %, ±10 %, ±15 % oder ±20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors beträgt.
Der an die mehreren Spulen gelieferte Wechselstrom kann ein DreiphasenWechselstrom sein, wobei I_d und I_q vektorielle Gleichstromkomponenten der Kombination aller drei Phasen darstellen.
Die Axialflussmaschine kann ein Motor oder ein Generator sein.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Steuerung zum Steuern einer Axialflussmaschine bereit, wobei die Axialflussmaschine einen Stator umfasst, der ein Statorgehäuse umfasst, das eine Vielzahl von Statorpolstücken einschließt, die in Umfangsrichtung in Intervallen um eine Achse der Maschine herum angeordnet sind, wobei jedes der Statorpolstücke einen Satz von Spulen aufweist, die zum Erzeugen eines Magnetfeldes darum gewickelt sind; und einen Rotor, der einen Satz von Permanentmagneten umfasst und zur Drehung um die Achse der Maschine angebracht ist, wobei der Rotor vom Stator entlang der Achse der Maschine beabstandet ist, um einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu definieren, und in dem der magnetische Fluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft, wobei die Steuerung umfasst: einen oder mehrere elektrische Eingänge zum Empfangen eines oder mehrerer elektrischer Ströme; einen oder mehrere elektrische Ausgänge zum Zuführen eines oder mehrerer Wechselströme zu den Axialfluss-Maschinenspulen, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: Steuern eines Wechselstroms, der der Vielzahl von Spulen zugeführt wird, um einen Kompensationsstrom zum Reduzieren einer mechanischen Resonanzkomponente des Rotors einzuspeisen, wobei der Kompensationsstrom eingespeist wird, wenn sich der Rotor über einen oder mehrere Drehzahlbereiche dreht, wobei jeder des einen oder der mehreren Drehzahlbereiche des Rotors eine jeweilige bestimmte Drehzahl des Rotors enthält, wobei der Wechselstrom durch jede Spule als vektorisierte Gleichstromkomponenten dargestellt wird, die eine Gleichstromkomponente (I_d) und eine Quadraturstromkomponente (I_q) umfassen, die zueinander orthogonal sind, und wobei der Kompensationsstrom eine Wechselstromkomponente umfasst, die zu mindestens einer der Komponenten Quadraturstrom (I_q) und Gleichstrom (I_d) addiert wird, wobei die modulierte Stromkomponente eine elektrische Frequenz aufweist, die über einen Frequenzbereich zwischen einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors variiert, wobei der Frequenzbereich eine Frequenz, die im Wesentlichen die gleiche ist wie eine mechanische Grundresonanzfrequenz des Rotors, und eine Phase umfasst, die gegenüber der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors phasenverschoben ist.
Die jeweils ermittelte(n) Drehzahl(en) des Rotors kann (können) von einer oder mehreren mechanischen Resonanzanregungsordnungen des Rotors abhängen, z. B. von einer oder mehreren der Anregungsordnungen 12^th, 18^th, 36^th und 72^nd. Diese Ordnungen sind für bestimmte Maschinentopologien von Interesse, z. B. für eine 18/12-Topologie. Andere Topologien können andere Erregungsordnungen haben, die von Interesse sind, z. B. für eine 12/8-Maschine können die Erregungsordnungen 8^th, 12^th, 24^th und 48^th sein. Für eine 24/16-Topologie können die Ordnungen 16^th, 24^th , 48^th und 96^th von Interesse sein.
Die jeweils ermittelte(n) Drehzahl(en) des Rotors ist/sind durch die Beziehung definiert: $d e t e r m i n e d_r o t a t i o n a l_s p e e d = 60 * \frac{r o t o r_f u n d a m e n t a l_r e s o n a n t_f r e q u e n c y}{e x c i t a t i o n_o r d e r}$
Jeder der Drehzahlbereiche des Rotors kann auf einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors für eine bestimmte Reihenfolge der Resonanzanregung des Rotors beruhen, z. B. kann die prozentuale Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors ±1 %, ±5 %, ±10 %, ±15 % oder ±20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors betragen.
Der Regler kann so konfiguriert sein, dass er eine Amplitude des Kompensationsstroms zwischen einer niedrigeren Amplitude und einer Spitzenamplitude über mindestens einen Teil des Drehzahlbereichs des Rotors rampenförmig ansteigen lässt, wobei die Spitzenamplitude des Kompensationsstroms im Wesentlichen mit der jeweiligen ermittelten Drehzahl des Rotors übereinstimmt.
Das Steuergerät kann auch Folgendes umfassen: einen Schwingungssensoreingang zum Empfangen von Schwingungsdaten von einem Schwingungssensor, wobei der Schwingungssensor mechanische Schwingungen im Rotor erfasst, wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es: eine mechanische Resonanzkomponente des Rotors aus den Schwingungsdaten identifiziert; und den Kompensationsstrom in Reaktion auf eine identifizierte mechanische Resonanzkomponente des Rotors einspeist.
Das Steuergerät kann so konfiguriert werden, dass der Kompensationsstrom nur dann eingespeist wird, wenn eine Amplitude der identifizierten mechanischen Resonanzkomponente über einem Schwellenwert liegt. Die Amplitude des Kompensationsstroms kann proportional zu einer Amplitude der identifizierten mechanischen Resonanzkomponente sein.
Der Vibrationssensor kann ein Beschleunigungssensor sein.
In jedem der ein oder mehreren Drehzahlbereiche des Rotors kann die Steuerung die modulierte Stromkomponente so steuern, dass sie eine Frequenz bei der ersten Frequenz hat, wenn der Rotor mit einer Drehzahl rotiert, die einer niedrigsten Drehzahl innerhalb des jeweiligen Drehzahlbereichs des Rotors entspricht; und wobei die Steuerung die modulierte Stromkomponente so steuern kann, dass sie eine Frequenz hat, die bei der zweiten Frequenz liegt, wenn der Rotor mit einer Drehzahl rotiert, die der höchsten Drehzahl innerhalb des jeweiligen Drehzahlbereichs des Rotors entspricht.
In jedem der ein oder mehreren Drehzahlbereiche des Rotors kann der Regler die modulierte Stromkomponente so steuern, dass sie bei einer Drehzahl des Rotors, die der jeweiligen ermittelten Drehzahl entspricht, eine Frequenz aufweist, die im Wesentlichen der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors entspricht.
Die erste Frequenz kann niedriger als die zweite Frequenz sein. Der Frequenzbereich der modulierten Stromkomponente zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz kann auf einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors basieren, wobei die prozentuale Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors ±1 %, ±5 %, ±10 %, ±15 % oder ±20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors beträgt.
Bei dem einen oder den mehreren Wechselströmen, die der Vielzahl von Spulen zugeführt werden, kann es sich um einen dreiphasigen Wechselstrom handeln, wobei I_d und I_q vektorisierte Gleichstromkomponenten der Kombination aller drei Phasen darstellen.
Die Axialflussmaschine kann ein Motor oder ein Generator sein.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Axialflussmaschine bereit, die Folgendes umfasst: einen Stator mit einem Statorgehäuse, das eine Vielzahl von Statorpolstücken umschließt, die in Umfangsrichtung in Abständen um eine Achse der Maschine herum angeordnet sind, wobei jedes der Statorpolstücke einen Satz von Spulen aufweist, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes darum gewickelt sind; und einen Rotor, der einen Satz von Permanentmagneten umfasst und zur Drehung um die Achse der Maschine angebracht ist, wobei der Rotor entlang der Achse der Maschine vom Stator beabstandet ist, um einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu definieren, und in dem der magnetische Fluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft, wobei die Axialflussmaschine mit einer Steuerung, wie oben beschrieben, gekoppelt ist, wobei die Steuerung Wechselströme an die Vielzahl von Spulen liefert.
Die Axialflussmaschine kann einen Schwingungssensor enthalten, der an der Maschine angebracht ist, um die Schwingungen des Rotors zu erfassen. Bei dem Schwingungssensor kann es sich um einen Beschleunigungsmesser handeln.
Das Statorgehäuse kann eine ringförmige Form haben, die einen hohlen Bereich um die Achse der Maschine bildet, und wobei der Rotor aus einem Ring gebildet sein kann und einen hohlen zentralen Bereich um die Achse der Maschine aufweist.
Die Axialflussmaschine kann einen zweiten Rotor umfassen, der auf einer dem ersten Rotor gegenüberliegenden Seite des Stators angeordnet ist, wobei der zweite Rotor einen Satz von Permanentmagneten auf einer ersten, dem Stator zugewandten Seite des zweiten Rotors umfasst, wobei der zweite Rotor zur Drehung um die Achse der Maschine und relativ zum Stator montiert ist, wobei der zweite Rotor entlang der Achse der Maschine vom Stator beabstandet ist, um einen axialen Spalt zwischen dem Stator und dem zweiten Rotor zu definieren, und in dem der Magnetfluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft.
Die Maschine kann ein Motor oder ein Generator sein.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

Die bis zeigen eine allgemeine Konfiguration einer Axialflussmaschine mit zwei Rotoren, Beispieltopologien für Axialfluss-Permanentmagnetmaschinen und eine schematische Seitenansicht einer yokeless and segmented armature (YASA)-Maschine;
zeigt eine perspektivische Ansicht der YASA-Maschine aus ;
zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Stators und eines Statorgehäuses für eine YASA-Maschine;
zeigt ein Beispiel eines Wasserfalldiagramms der elektrischen Frequenz in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl und der Resonanz des Rotors einer Axialflussmaschine;
zeigt eine Verringerung der Resonanzkräfte bei Anwendung einer modulierten Komponente auf die Gleichstromkomponente I_d; und
zeigt ein Diagramm der Geräuschamplitude (dB) in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl vor und nach der Umsetzung des offenbarten Verfahrens.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Kurz gesagt werden ein Verfahren und ein Regler zur Steuerung einer Axialflussmaschine beschrieben, bei der ein Wechselstrom, der an die mehreren Spulen geliefert wird, einen Kompensationsstrom einspeist, um eine mechanische Resonanzkomponente des Rotors zu reduzieren. Der Kompensationsstrom ist eine modulierte Stromkomponente, die zu mindestens einer der Komponenten Quadraturstrom (I_q) und Gleichstrom (I_d) addiert wird (wenn der Wechselstrom als vektorisierte Gleichstromkomponente dargestellt wird), wenn sich der Rotor über einen oder mehrere Drehzahlbereiche dreht. Die modulierte Stromkomponente hat eine elektrische Frequenz, die über einen Frequenzbereich zwischen einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors variiert, wobei der Frequenzbereich eine Frequenz einschließt, die im Wesentlichen dieselbe ist wie eine mechanische Grundresonanzfrequenz des Rotors. Die Phase der modulierten Stromkomponente ist gegenüber der Frequenz der mechanischen Grundresonanzkomponente des Rotors phasenverschoben. Wenn beispielsweise eine Axialflussmaschine einen Rotor mit einer mechanischen Grundresonanz von ~1kHz hat, wird eine modulierte Stromkomponente mit einem Bereich elektrischer Frequenzen größer und kleiner als ~1kHz zur Stromkomponente I_q und/oder I_d in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl hinzugefügt, um die mechanischen Schwingungen des Rotors während des Betriebs zu reduzieren.
Wir werden zunächst den Hintergrund der Anordnung von Axialflussmaschinen erörtern, die ein Anwendungsbeispiel für das Verfahren und die Steuerung der vorliegenden Erfindung ist. Unter Bezugnahme auf die 1c, 2 und 3, die unserer PCT-Anmeldung WO2012/022974 entnommen sind, zeigt 1c eine schematische Darstellung einer yoklosen und segmentierten Ankermaschine 10.
Die Maschine 10 besteht aus einem Stator 12 und zwei Rotoren 14a,b. Der Stator 12 ist eine Ansammlung von separaten Statorstäben (oder Polstücken) 16, die in Umfangsrichtung um eine Drehachse 20 der Rotoren 14a,b beabstandet sind. Jeder Stab 16 hat seine eigene Achse (nicht dargestellt), die vorzugsweise, aber nicht unbedingt, parallel zur Rotationsachse 20 angeordnet ist. Jedes Ende jedes Statorstabs ist mit einem Schuh 18a,b versehen, der dem physikalischen Zweck dient, einen Spulenstapel 22 einzuschließen, wobei der Stapel 22 vorzugsweise aus isoliertem Draht mit quadratischem/rechteckigem Querschnitt besteht, so dass ein hoher Füllfaktor erreicht werden kann. Die Spulen 22 sind an eine elektrische Schaltung (nicht dargestellt) angeschlossen, die im Falle eines Motors die Spulen erregt, so dass die Pole der resultierenden Magnetfelder, die durch den in den Spulen fließenden Strom erzeugt werden, einer benachbarten Statorspule 22 gegenüberliegen.
Die beiden Rotoren 14a,b tragen Dauermagnete 24a,b, die einander zugewandt sind, wobei die Statorspule 22 dazwischen liegt (wenn die Statorstäbe geneigt sind - nicht wie dargestellt -, sind es die Magnete ebenfalls). Zwei Luftspalte 26a,b sind zwischen den jeweiligen Schuh- und Magnetpaaren 18a/24a, 18b/24b angeordnet. Es gibt eine Anzahl von Spulen und Magneten, die um die Drehachse 20 herum beabstandet sind, und vorzugsweise gibt es eine unterschiedliche Anzahl von Spulen und Magneten, so dass die Spulen nicht alle zur gleichen Zeit und in der gleichen Drehposition des Rotors in Bezug auf den Stator in Deckung mit dem entsprechenden Magnetpaar kommen. Dies dient der Verringerung des Cogging. Die Rotoren sind häufig scheibenförmig und in der Nähe ihres Zentrums montiert, wobei der Umfangsrand frei und schwimmend um den Stator angeordnet ist (oder, falls die Rotoren ringförmige Scheiben mit einem Loch in der Mitte sind, sind sie relativ zum Stator außerhalb der zentralen Drehachse des Rotors montiert).
In einem Motor werden die Spulen 22 so erregt, dass ihre Polarität abwechselnd dazu dient, die Spulen zu verschiedenen Zeiten auf verschiedene Magnetpaare auszurichten, was dazu führt, dass ein Drehmoment zwischen dem Rotor und dem Stator angelegt wird. Die Rotoren 14a,b sind im Allgemeinen miteinander verbunden (z. B. durch eine Welle, nicht dargestellt) und drehen sich gemeinsam um die Achse 20 relativ zum Stator 12. Der magnetische Kreis 30 besteht aus zwei benachbarten Statorstäben 16 und zwei Magnetpaaren 24a,b sowie einem Gegeneisen 32a,b für jeden Rotor, das den Fluss zwischen der Rückseite jedes Magneten 24a,b von den jeweiligen Spulen 22 weg verbindet. Die Statorspulen 16 sind von einem Gehäuse umgeben, das sich durch den Luftspalt 26a, b erstreckt und eine Kammer definiert, die mit einem Kühlmedium versorgt werden kann.
In ist ein Stator 12a zu sehen, bei dem die Statorspulen zwischen Kunststoffschalen 42a, b angeordnet sind, die ein Statorgehäuse bilden. Diese Muschelschalen haben zylindrische Außenwände 44, zylindrische Innenwände 46 und ringförmige, radial angeordnete Wände 48. Im Beispiel des Stands der Technik in enthalten die radialen Wände 48 Innentaschen 50 zur Aufnahme der Schuhe 18a, b der Statorstäbe 16 und dienen zur Positionierung der Statorspulenbaugruppen 16, 22, 18a, b, wenn die beiden Zweischalengehäuse 42a, b des Stators 12a zusammengebaut werden. Das Statorgehäuse 42a, b definiert Räume 52 im Inneren der Spulen 22 und außen an 54 um die Außenseite der Spulen 22 herum und es gibt Räume 56 zwischen den Spulen. Die Räume 52, 54, 56 sind miteinander verbunden und bilden eine Kühlkammer. Obwohl in nicht dargestellt, ist das Statorgehäuse 42a,b im zusammengebauten Zustand mit Öffnungen versehen, die es ermöglichen, dass ein Kühlmedium wie Öl in die Räume 52, 54, 56 gepumpt wird, um um die Spulen herum zu zirkulieren und sie zu kühlen.
Obwohl wir eine Ausführung mit einem Stator und einem Doppelrotor beschrieben haben, ist es auch möglich, einen Anker mit axialem Fluss zu konstruieren, der eine Variante mit einem Stator und einem Einzelrotor umfasst. In einer solchen Anordnung ist im Allgemeinen ein Joch anstelle des entfernten Rotors erforderlich, um den magnetischen Rücklauf zu vervollständigen. Der übrige Aufbau bleibt jedoch derselbe wie bei der Doppelrotorvariante.
Axialflussmaschinen haben typischerweise eine kurze axiale Länge, die dadurch erreicht wird, dass sie kurze Statoren haben, die aus Ankern bestehen, die üblicherweise mit einer rechtsdrehenden Verteilung der ferromagnetischen Polstücke kombiniert sind, deren Magnetfeld im Allgemeinen in axialer Richtung verläuft, und Permanentmagnetrotoren mit einem im Allgemeinen scheibenförmigen Format, auf dem die im Uhrzeigersinn verteilten Magnete entlang der Achse angeordnet sind, die den elektroerzeugten Ankerfeldern entgegengesetzt ist. Kurze Statoren und Scheibenrotoren ermöglichen die Entwicklung von (axial) kurzen Maschinen mit hohem Drehmoment.
Wie bereits erwähnt, weisen alle festen Strukturen mechanische Resonanzen auf, die oft durch relativ kleine Störungen und bei scheibenförmigen Rotoren erregbar sind. Die genaue Art der durch Resonanz verursachten Verzerrung hängt von den Materialien und der physikalischen Struktur ab, z. B. Dicke, Rippen, Lamellen usw., und bestimmte Rotorkonstruktionen weisen mechanische Resonanzen bei bestimmten Frequenzen auf.
Bei Axialflussmotoren wird darauf geachtet, dass die Rotoren steif sind und einen hohen Biegemodul aufweisen, damit sie die erheblichen Biegekräfte überwinden, die durch die Anziehung zwischen den Permanentmagneten des Rotors und den gegenüberliegenden Statoren entstehen. Die Steifigkeit des Rotors ermöglicht einen kleinen Luftspalt zwischen Rotor und Stator. Ein kleinerer Luftspalt bedeutet ein höheres Drehmoment und eine bessere Ausnutzung der Magnetkräfte, birgt aber auch das Risiko, dass der Rotor während des Betriebs auf den Stator aufschlägt, was zu einem katastrophalen Ausfall führen kann.
Von besonderem Interesse für Axialflussmotoren sind die Resonanzmoden niedrigerer Ordnung, da diese Moden den Rotor über große Längen im Verhältnis zu den Rotorabmessungen biegen. Mit zunehmender Anzahl von Biegeknoten begrenzt die Steifigkeit eines Rotors tendenziell große Verzerrungen über kurze Strecken, so dass nachteilige mechanische Auswirkungen der Resonanz vermieden werden können. Akustisches Rauschen im hörbaren Spektrum kann bei Resonanzmoden niedriger und höherer Ordnung immer noch ein Problem darstellen.
Der nullte oder fundamentale Resonanzmodus (0,1) ist von besonderem Interesse, da dieser Modus die gesamte Rotorscheibe ohne trennende Biegeachse ausnutzt und es sich um eine Biegung handelt, die um den Umfang der Rotorscheibe herum schlägt, wobei davon ausgegangen wird, dass der Mittelpunkt der Scheibe fest ist. Der nullte Modus ist leicht erregbar und erzeugt störende Geräusche durch Vibrationen. Da dieser Modus den gesamten Rotor nutzt, besteht die größte Möglichkeit einer Biegeverformung und das Potenzial für eine große Luftbewegung, die wiederum zu Vibrationen am Motordeckel führt.
Der Resonanzmodus nullter Ordnung einer Rotorscheibe für eine Axialflussmaschine kann gemessen werden. Zu den interessierenden Parametern gehören die Grundresonanzfrequenz, die Anregungsamplitude und -kraft, die resultierende Resonanzamplitude des Rotors und die Temperatur des Rotors. Eine Möglichkeit der Anregung besteht in einer Axialflussmaschine, in der der Rotor eine Komponente bildet, durch Finite-Elemente-Modellierung, oder ein Rotor kann durch Klopfen angeregt werden, um die Grundmode und die Resonanzfrequenz zu ermitteln, ähnlich wie bei der Ermittlung der Resonanz eines Zimbels, einer Stimmgabel oder einer Glocke.
Der Rotor kann auch auf Resonanzformen in seiner üblichen Umgebung innerhalb einer Axialflussmaschine untersucht werden. Die Maschine wird von null Umdrehungen pro Minute (U/min) bis zum oberen Betriebsbereich der Maschine betrieben, und die Resonanzen werden mit einem geeigneten Sensor wie einem akustischen Sensor, einem Schwingungssensor oder einem Beschleunigungsmesser gemessen.
zeigt ein Beispiel für eine Wasserfalldarstellung der elektrischen Frequenz in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl und der Resonanz des Rotors einer Axialflussmaschine. zeigt eine elektrische Erregerfrequenz auf der Ordinate und die Rotordrehzahl auf der Abszisse. Die Resonanz wird mit einem akustischen Sensor gemessen, und diese Information wird in demselben Diagramm dargestellt.
Von einem Punkt auf der Ordinatenachse, der der Resonanzfrequenz nullter Ordnung (Grundschwingung) des Rotors entspricht, wird eine horizontale Linie gezogen, und vom Ursprung, d. h. (Null-Drehzahl, Null-Frequenz), werden Linien eingezeichnet, die den Oberschwingungen der Resonanzform nullter Ordnung entsprechen.
Dort, wo die Resonanzfrequenzlinie nullter Ordnung die harmonischen Linien höherer Ordnung der Resonanz nullter Ordnung kreuzt, können diese Kreuzungspunkte auch Erregungsbereichen entsprechen, die zu Resonanzschwingungen führen. Nicht alle Resonanzschwingungen verursachen NVH-Probleme (Noise Vibration & Harshness), und einige Resonanzschwingungen treten möglicherweise nicht bei Drehzahlen auf, die für den Einsatz der Maschine von Bedeutung sind. Wenn jedoch eine Übereinstimmung zwischen dem normalen Betriebsmodus einer Maschine und den Oberwellen des Resonanzmodus nullter Ordnung besteht, können problematische Resonanzen auftreten.
Bei den in gezeigten Beispielen treten Resonanzen nullter Ordnung von einiger Bedeutung auf, die 72^nd, 36^th, 18^th und 12^thOberschwingungen entsprechen, was in diesem Beispiel Drehzahlwerten im Bereich von 900 U/min, 1600 U/min, 3300 U/min bzw. 5000 U/min entspricht, die eindeutig innerhalb des Betriebsbereichs der Maschine liegen und von der Maschine angetroffen werden würden, wenn sie von null U/min auf ihre maximale Betriebsdrehzahl beschleunigt wird. Es sind diese Vibrationen, die die vorliegende Erfindung zu reduzieren beabsichtigt.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, die mechanische Resonanz im Rotor (und/oder anderen Teilen des Systems) zu verringern, indem eine zusätzliche elektrische Stromkomponente in die Versorgung der Spulen eingeführt wird. Wir werden dies im Folgenden näher erläutern.
Im Betrieb ist der Strom, der den Spulen zur Erzeugung des Magnetfelds zugeführt wird (oder der elektrische Strom, der von den Spulen erzeugt wird, wenn die Maschine als Generator betrieben wird), ein Wechselstrom, der von einem Steuergerät (z. B. einem Wechselrichter, der steuerbare Ausgangsströme hat) geliefert wird. Der Einfachheit halber beziehen wir uns auf die Maschine, die als Motor betrieben wird (d.h. der Strom wird den Spulen zugeführt, um das Magnetfeld zu erzeugen, und nicht der rotierende Rotor, der den Strom in den Spulen induziert), aber es wird für den erfahrenen Leser offensichtlich sein, dass die unten beschriebenen Methoden auch auf die Maschine anwendbar sind, die in einer Generator-Konfiguration betrieben wird.
Der Wechselstrom besteht aus einer oder mehreren Phasen, wobei die hier beschriebenen Maschinen in der Regel aus drei Phasen bestehen. Benachbarte Spulen werden mit einer anderen Phase versorgt, und die (annähernd) sinusförmige Form des Wechselstroms, der jeder der Spulen zugeführt wird, erzeugt wiederum ein rotierendes Magnetfeld, das mit den Permanentmagneten des/der Rotors/Rotoren in Wechselwirkung tritt und diese mit sich zieht.
Bei der Steuerung von Axialflussmaschinen ist es üblich, die ein- oder mehrphasigen Wechselströme, die in die Spulen eingespeist werden, als zwei vektorisierte Gleichstromkomponenten darzustellen, die orthogonal zueinander sind: in der Praxis bekannt als die Quadraturstromkomponente (I_q) und die Gleichstromkomponente (I_d). So werden die kombinierten dreiphasigen Eingangsströme U, V und W als ein einziger vektorisierter Gleichstrom dargestellt, der eine Gleichstrom-Quadraturkomponente I_q und eine orthogonale Gleichstromkomponente I_d aufweist. Dies wird durch bekannte Methoden wie die Park-Transformation erreicht. I_q stellt einen nützlichen drehmomenterzeugenden Strom dar, während I_d einen Strom darstellt, der mit dem von den Permanentmagneten induzierten Feld übereinstimmt.
Typischerweise liegen die Stromwerte für I_d bei normalem Betrieb der Maschine als Motor bei weniger als 10 % von I_q. In einigen Fällen ist beispielsweise I_q = 200 A, während I_d im Bereich von 10 A bis 25 A liegen kann.
Wie bereits erwähnt, eignen sich die nachstehend beschriebenen Methoden für Einzel- und Doppelrotorvarianten und sind auch auf Axialflussmaschinen anwendbar, die als Motor oder Generator konfiguriert sind, unabhängig davon, ob diese mit ein- oder mehrphasigen Wechselströmen betrieben werden (oder diese erzeugen).
Das Verfahren zur Reduzierung der mechanischen Schwingungen des Rotors und/oder der Maschine umfasst die Steuerung des Wechselstroms, der an die mehreren Spulen geliefert wird, um einen Kompensationsstrom zur Reduzierung einer mechanischen Resonanzkomponente des Rotors einzuspeisen.
Bei dem verwendeten Verfahren wird der Regler so gesteuert, dass er die Zufuhr der den Spulen zugeführten Wechselströme steuert, um eine modulierte Stromkomponente zu der Komponente I_q und/oder I_d hinzuzufügen. Der Controller steuert die Zufuhr von Wechselströmen, so dass die modulierte Stromkomponente, die zu I_q und/oder I_d hinzugefügt wird, einen Bereich von elektrischen Frequenzen hat, einschließlich einer elektrischen Frequenz, die im Wesentlichen die gleiche ist wie eine mechanische Grundresonanzfrequenz des Rotors, aber außer Phase mit der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors. Wie oben beschrieben, werden die modulierten Komponenten I_q und I_d so eingespeist, dass sie unterschiedliche Amplituden haben können. Während es möglich ist, den modulierten Strom zu den Stromkomponenten I_q und/oder I_d hinzuzufügen, wird bei dem bevorzugten Schema der vorliegenden Erfindung die modulierte Stromkomponente nur in die Stromkomponente I_d eingespeist, da dies die Möglichkeit verringert, dass die zu I_q hinzugefügte modulierte Stromkomponente als Welligkeit im Drehmomentausgang der Maschine auftritt. Im Folgenden wird nur die modulierte Stromkomponente besprochen, die zu I_d hinzugefügt wird, aber der Leser wird daran erinnert, dass dies als I_q und/oder I_d Stromkomponente gelesen werden kann.
Angenommen, die mechanische Grundresonanzfrequenz beträgt 1 kHz, dann hat der modulierte elektrische Strom, der der Gleichstromkomponente I_d hinzugefügt wird, einen elektrischen Frequenzbereich von etwa 1 kHz. Wenn die mechanische Grundfrequenz 2 kHz beträgt, wird der Gleichstromkomponente I_d ein elektrischer Frequenzbereich mit einer modulierten Stromkomponente von etwa 2 kHz hinzugefügt. In der Praxis haben die Rotoren der fraglichen Maschinen eine mechanische Resonanzfrequenz von ~877Hz, so dass eine elektrische modulierte Stromkomponente, die der Gleichstromkomponente I_d hinzugefügt wird, in der Praxis einen elektrischen Frequenzbereich von ~877Hz aufweisen würde. Der Einfachheit halber werden wir uns jedoch auf die mechanische Resonanzfrequenz des Rotors von 1 kHz beziehen, aber es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Frequenz beschränkt ist. Wir werden den elektrischen Frequenzbereich, welche Frequenz eingespeist wird, ist abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors, unten zu diskutieren.
zeigt eine Verringerung der Resonanzkräfte bei Anwendung einer modulierten Komponente auf die Gleichstromkomponente I_d gemäß der Erfindung. Der Wert von I_d ist zwischen t=0 und t=5 nominell Null (I_q= 200A), was anzeigt, dass kein Kompensationsstrom eingespeist wird. Während dieses Zeitraums weist die Axialkraft einen Spitzenwert von 42N auf, was auf eine mechanische Resonanzkomponente hinweist.
Bei t=5 wird eine modulierte Stromkomponente (mit einer elektrischen Frequenz, die der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors entspricht) zu der Gleichstromkomponente I_d hinzugefügt. Die Welligkeit der Axialkraft verringert sich auf ein akzeptableres Niveau von etwa 4N Spitze-Spitze, was auf eine massive Verringerung des Spitze-Spitze-Wertes der Resonanzkräfte hinweist.
zeigt ein Diagramm der Rauschamplitude (dB) in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl ohne Kompensationsstrom (dunklere Linie) und mit Kompensationsstrom (graue Linie).
Wie zu erkennen ist, umfasst die dunklere Linie Amplitudenspitzen, die mit den Resonanzmoden 72^nd, 36^th , 18^th und 12^th des Rotors zusammenfallen (Ordnung 12^th bei ~5000 U/min, Ordnung 18^th bei ~3400 U/min, Ordnung 36^th bei ~1800 U/min bzw. Ordnung 72^nd bei ~850 U/min). Dies ist eine Axialflussmaschine, die ohne die Umsetzung der vorliegenden Erfindung betrieben wird.
Die Anwendung des Kompensationsstroms führt zu der grauen Linie, die deutlich geringere Spitzen in der Geräuschamplitude bei den gleichen entsprechenden Resonanzmoden aufweist. Die vorliegende Erfindung bietet eine Axialflussmaschine, in der mechanische Resonanzen stark reduziert sind.
Die Methode könnte zwar über den gesamten vorgesehenen Drehzahlbereich der Maschine eingesetzt werden, d. h. der Kompensationsstrom wird bei allen Rotordrehzahlen in die Gleichstromkomponente I_d eingespeist, doch ist dies nicht praktikabel, da der Leistungsbedarf der Maschine über den gesamten Bereich erhöht wird. Wie oben gezeigt, macht sich die mechanische Resonanz bei bestimmten Rotordrehzahlen am stärksten bemerkbar, so dass der Kompensationsstrom nicht unbedingt über den gesamten Betriebsbereich des Rotors eingesetzt werden muss.
So kann der Regler so konfiguriert werden, dass der Kompensationsstrom angelegt wird, wenn sich der Rotor bei oder um eine oder mehrere bestimmte Drehzahlen des Rotors dreht. Ziel ist es hier, den Leistungsbedarf zu reduzieren, da ein zusätzlicher Strom in die Maschine den Leistungsbedarf der Maschine erhöht (ohne nennenswerten Leistungszuwachs, da der Strom auf die Gleichstromkomponente I_d und nicht auf die Quadraturstromkomponente I_q angewendet wird), aber dennoch den Vorteil der verringerten mechanischen Resonanzen im Rotor beizubehalten.
Die eine oder mehrere ermittelte Rotationsgeschwindigkeit(en) des Rotors kann/können von einer oder mehreren Erregungsordnungen des Rotors abhängen, zum Beispiel von einer oder mehreren der Erregungsordnungen 12^th, 18^th, 36^th und 72^nd Natürlich ist es für den Fachmann offensichtlich, dass auch andere Erregerordnungen des Rotors möglich sind. In der vorliegenden Anwendung hat sich gezeigt, dass diese Erregungsordnungen während des Betriebs der Maschine am häufigsten auftreten.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Drehzahl (in U/min) anhand der folgenden Gleichung bestimmt werden kann: $d e t e r m i n e d_r o t a t i o n a l_s p e e d = 60 * \frac{r o t o r_f u n d a m e n t a l_r e s o n a n t_f r e q u e n c y}{e x c i t a t i o n_o r d e r}$
Nimmt man zum Beispiel die oben erwähnte mechanische Grundresonanzfrequenz von 1 kHz für den Rotor an, so ist die ermittelte Drehzahl (bei der der Kompensationsstrom anzusetzen ist) gleich 60.000 geteilt durch die Erregungsordnung. Daher wären die ermittelten Drehzahlen für die Erregungsordnungen 72^nd, 36^th , 18^th und 12^th (jeweils) 833 U/min, 1.666 U/min, 3.333 U/min und 5000 U/min.
Wenn der Rotor eine oder mehrere dieser Drehzahlen erreicht (die physikalisch über Sensoren am Rotor oder am Ausgang des Rotors oder elektrisch über die Frequenz der zugeführten Ströme in einer Maschine mit variabler Frequenz gemessen werden können), kann der Kompensationsstrom angelegt werden, um die mechanischen Resonanzkomponenten des Rotors zu reduzieren.
Darüber hinaus kann der Kompensationsstrom für jede der oben beschriebenen ermittelten Drehzahlen des Rotors über einen Bereich von Rotationsgeschwindigkeiten des Rotors eingespeist werden, der um die jeweilige ermittelte Rotationsgeschwindigkeit des Rotors zentriert ist. Dahinter steht die Überlegung, dass mechanische Resonanzen keine schmale Spitze haben, die genau auf die erwartete Drehgeschwindigkeit zentriert ist. Die Amplitude der mechanischen Resonanzkomponente steigt über einen Bereich von Rotordrehzahlen bis zu einer Spitze an, die mit einer Rotordrehzahl zusammenfällt, die der erwarteten Resonanzordnung entspricht, und fällt dann ab, wenn sich die Rotordrehzahl von der Resonanzspitze entfernt.
Eine Möglichkeit, einen geeigneten Bereich für die Anwendung des Kompensationsstroms zu bestimmen, besteht darin, die Drehzahlbereiche des Rotors auf der Grundlage einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors bei einer bestimmten Erregungsordnung des Rotors zu betrachten.
Aus Gleichung (1) geht hervor, dass die ermittelte Drehzahl proportional zur Grundresonanzfrequenz des Rotors geteilt durch die Erregerordnung ist. Wenn wir davon ausgehen, dass die mechanische Grundresonanzfrequenz einen Bereich um die Resonanzspitze herum hat, können wir einen gewünschten Drehzahlbereich des Rotors bestimmen, indem wir den Resonanzbereich verwenden, über den wir den Kompensationsstrom für eine bestimmte Erregerordnung anwenden möchten.
Die prozentuale Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors kann z. B. ±1 %, ±5 %, ±10 %, ±15 % oder ±20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors betragen, oder sie kann größer sein als dieser Wert oder zwischen diesen Bereichen liegen. In der Praxis bietet ein Wert von ±10 % einen geeigneten Bereich von Rotordrehzahlen, in dem der Kompensationsstrom angewendet werden kann. Das heißt, die ermittelten Rotordrehzahlen werden zwischen (±10% von 1kHz =) 900Hz und 1,1kHz berechnet.

Unter Verwendung der oben beschriebenen Zahlen und der Gleichung (1) ergeben sich die folgenden Bereiche für die Rotordrehzahlen (U/min):

Resonante Ordnung	Unterer Rotor Geschwindigkeit	Spitzenwert der Resonanz Rotordrehzahl	Oberer Rotor Geschwindigkeit
12^th	4,500	5,000	5,500
18^th	3,000	3,333	3,666
36^th	1,500	1,666	1,833
72^nd	750	833	916

Während wir die Anwendung des Kompensationsstroms über mehrere relativ enge Drehzahlbereiche des Rotors beschrieben haben, ist es möglich, die Kompensationsströme über einen oder mehrere unterschiedliche Bereiche anzuwenden.
So könnte man beispielsweise eine Resonanzordnung (die für die Reduzierung der NVH für die Topologie der Maschine am interessantesten ist) auswählen und sich auf diese konzentrieren. Bei dieser einen Resonanzordnung kann ein Kompensationsstrom über einen relativ engen Drehzahlbereich des Rotors hinzugefügt werden (wie oben, aber z. B. nur mit Fokus auf die Ordnung 36^th). Alternativ kann der Kompensationsstrom über einen sehr breiten Drehzahlbereich des Rotors zugeführt werden, beispielsweise zwischen 0 U/min und der maximalen Drehzahl des Rotors.
Ein weiteres Beispiel ist, dass der Kompensationsstrom über mehrere breitere Bereiche (als oben beschrieben) angelegt werden kann. Das heißt, jeder Bereich um jede der einen oder mehreren Resonanzordnungen kann größer sein als die oben beschriebenen ±20 %.
Wie bereits erwähnt, wird die Frequenz der modulierten Stromkomponente, die der Gleichstromkomponente I_d hinzugefügt wird, in jedem der Drehzahlbereiche variiert. Dies bedeutet, dass entsprechend der niedrigsten Rotordrehzahl jedes Bereichs eine erste elektrische Frequenz gewählt wird. Für die höchste Rotordrehzahl in jedem der Bereiche wird eine zweite elektrische Frequenz gewählt. Für die zu erwartende Spitzenresonanzdrehzahl des Rotors wird die elektrische Frequenz so gewählt, dass sie im Wesentlichen mit der mechanischen Resonanzfrequenz des Rotors übereinstimmt. Die erste und die zweite elektrische Frequenz stellen die untere bzw. obere Frequenz innerhalb eines Frequenzbereichs dar.
Dieser Frequenzbereich kann z. B. ±1 %, ±5 %, ±10 %, ±15 % oder ±20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors betragen, er kann aber auch größer sein oder zwischen diesen Bereichen liegen. In der Praxis bietet ein Wert von ±10 % einen geeigneten Bereich für elektrische Frequenzen. Das heißt, je nach Drehzahl des Rotors und ausgehend von einer mechanischen Grundresonanzkomponente von 1kHz kann der elektrische Frequenzbereich zwischen (±10% von 1kHz =) 900Hz und 1,1kHz liegen.
Ausgehend von der obigen Beispieltabelle bzw. den Drehzahlen hat die modulierte Stromkomponente daher eine Frequenz von 900 Hz bei den niedrigsten Drehzahlen in jedem der Drehzahlbereiche, 1,1 kHz bei den höchsten Drehzahlen in jedem der Drehzahlbereiche und 1 kHz bei der erwarteten Resonanzspitzendrehzahl. Die Frequenz wird innerhalb dieses Bereichs von 900Hz bis 1,1kHz in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors in jedem der Bereiche variiert.
Neben der Anwendung des Kompensationsstroms über einen Drehzahlbereich des Rotors kann in diesem Bereich auch die Amplitude des modulierten Stroms, der zur Gleichstromkomponente I_d hinzugefügt wird, über den Drehzahlbereich variiert werden. Sie kann über mindestens einen Teil des Drehzahlbereichs des Rotors zwischen einer niedrigeren Amplitude und einer Spitzenamplitude rampenförmig verlaufen.
Vorzugsweise sollte die Amplitude der Amplitude der Resonanz über den gesamten Bereich folgen, d. h. von einem niedrigeren Wert bei der niedrigeren Drehzahl auf einen Spitzenwert ansteigen, der mit der Resonanzspitze zusammenfällt, und dann wieder auf einen niedrigeren Wert abfallen, wenn die Drehzahl das obere Ende des Rotordrehzahlbereichs erreicht.
In einem offenen Regelkreis, in dem die oben genannten Rotordrehzahlwerte gespeichert sind und auf die sich der Regler bezieht, ist ein einfaches Schema möglich, bei dem die Amplitude des Kompensationsstroms von einem niedrigeren Wert bei der niedrigeren Rotordrehzahl ansteigt, eine Spitzenamplitude des Kompensationsstroms bei der Resonanzrotordrehzahl erreicht und dann die Amplitude des Kompensationsstroms verringert wird, bis die obere Rotordrehzahl erreicht ist. Die Amplitude kann linear ansteigen und abfallen, oder sie kann entsprechend geformt werden. Darüber hinaus ist die modulierte Stromkomponente vorzugsweise außer Phase mit der mechanischen Resonanzkomponente des Rotors (um zu verhindern, dass das Regelungsschema die Resonanz verstärkt, anstatt sie zu verringern). Vorzugsweise sollte die modulierte Komponente vollständig gegenphasig zur mechanischen Resonanzkomponente des Rotors sein, doch funktioniert das Steuerungssystem, solange die modulierte Komponente zumindest teilweise außer Phase mit der mechanischen Resonanzkomponente des Rotors ist.
Bei einem offenen Regelkreis wird das Phasenmaß während der Herstellung bestimmt und der Wert im Speicher abgelegt, damit der Regler die richtige Modulation auf den Gleichstrom I_d anwenden kann. Es ist zwar vorzuziehen, dass die modulierte Stromkomponente so eingespeist wird, dass sie völlig gegenphasig zur mechanischen Resonanzkomponente des Rotors ist (um eine maximale Reduzierung der Resonanz des Rotors zu erreichen), aber es ist klar, dass dies bei einem Steuerungssystem mit offenem Regelkreis während der Lebensdauer der Maschine nicht möglich ist. Im Laufe der Zeit können sich die mechanischen Eigenschaften der Bauteile ändern, was zu einer Drift in den Phaseneigenschaften der Resonanz führt. Solange die eingespeiste modulierte Stromkomponente zumindest teilweise außer Phase mit der mechanischen Resonanzkomponente des Rotors ist, wird eine gewisse Verringerung der Resonanz des Rotors auftreten, wenn die modulierte Stromkomponente eingespeist wird.
In einem offenen Regelkreis kann der Regler die geeigneten Rotordrehzahlen berechnen, bei denen der Kompensationsstrom auf der Grundlage der vom Hersteller vorgegebenen Werte wie der mechanischen Grundresonanzfrequenzkomponente (die auf einer Charakterisierung der Maschine zum Zeitpunkt der Herstellung beruht) und der gewünschten Erregungsarten angewendet werden soll. Sie können während des Betriebs der Maschine berechnet werden. Alternativ können diese Rotationswerte zum Zeitpunkt der Herstellung als Nachschlagetabelle zur Verfügung gestellt werden, auf die sich das Steuergerät während des Betriebs des Regelsystems bezieht.
Eine Alternative zum offenen Regelkreis ist die Verwendung eines geschlossenen Regelkreises. In einem solchen Schema ist die Maschine mit einem Schwingungssensor, z. B. einem Beschleunigungsmesser, ausgestattet. Der Schwingungssensor ist vorzugsweise mechanisch relativ zum Rotor montiert (z. B. auf einer Abdeckung in der Nähe des Rotors oder in der Nähe des Rotors oder auf einem anderen mechanischen Bauteil in der Nähe des Rotors oder in der Nähe des Rotors), so dass er in der Lage ist, mechanische Schwingungen des Rotors, insbesondere Resonanzschwingungen, im Rotor zu erfassen.
Der geschlossene Regelkreis nutzt die vom Schwingungssensor gelieferten Daten, um mechanische Resonanzspitzen des Rotors zu erkennen, wenn die Drehzahl des Rotors variiert wird. Der Regler speist den Kompensationsstrom als Reaktion auf eine erkannte mechanische Resonanzkomponente des Rotors ein. Da der Regler im geschlossenen Regelkreis weiß, wann eine Resonanz auftritt, verfügt er auch über ein Maß für die Phase der Resonanz. Daher kann eine geeignete modulierte Stromkomponente in die Gleichstromkomponente I_d eingespeist werden, die eine geeignete Frequenz und Phase hat, die nicht in Phase (vorzugsweise gegenphasig) mit der mechanischen Resonanzkomponente ist. Obwohl, wie oben in Bezug auf das offene Regelkreisschema erörtert, solange die Phase zumindest teilweise außer Phase mit der mechanischen Resonanzkomponente des Rotors ist, wird eine gewisse Verringerung der Resonanz auftreten. Wie oben beschrieben, wird die Frequenz der modulierten Stromkomponente über einen Frequenzbereich variiert, der die mechanische Grundresonanzfrequenz des Rotors umfasst und von der Drehzahl des Rotors abhängt.
Der Kompensationsstrom kann nur dann eingespeist werden, wenn eine Amplitude der identifizierten mechanischen Resonanzkomponente über einem Schwellenwert liegt. Auch dies verbessert den Leistungsbedarf der Maschine, da der Kompensationsstrom nur dann eingespeist wird, wenn eine Kompensation der mechanischen Resonanzkomponenten erforderlich ist.
Da die im Rotor bei verschiedenen Drehzahlen auftretende Resonanz direkt gemessen wird, kann der Regler den Kompensationsstrom mit einer Amplitude des Kompensationsstroms anlegen, die proportional zu einer Amplitude der identifizierten mechanischen Resonanzkomponente ist.
Die Verwendung eines geschlossenen Regelkreises ist von Vorteil, da sich die Leistung einer Maschine im Laufe ihrer Lebensdauer ändern kann. So können sich die Resonanzspitzen mit der Alterung der Komponenten verschieben. Dies geht jedoch mit zusätzlichen Kosten für zusätzliche Komponenten (den Schwingungssensor) und die zusätzliche Rechenleistung einher, die für die Überwachung der Schwingungssensordaten, die Bestimmung der Resonanzspitzen und die Anwendung des entsprechenden Kompensationsstroms erforderlich ist.
Die obigen Ausführungen beziehen sich auf einen Motor mit einer 18/12-Topologie (18 Polschuhe und 12 Pole), bei der die Erregungsordnungen 12^th, 18^th, 36^th und 72^ndvon größtem Interesse sind. Zum Beispiel eine 12/8-Topologie (12 Polschuhe und 8 Pole), bei der die Ordnungen 8^th, 12^th, 24^th und 48^th von größtem Interesse sind, und eine 24/16-Topologie (24 Polschuhe und 16 Pole), bei der die Ordnungen 16^th, 24^th, 48^th und 96^th von größtem Interesse sind. Andere Topologien können dem Fachmann bekannt sein. Mit den oben beschriebenen Techniken können mechanische Resonanzen im Rotor von Maschinen mit diesen alternativen Topologien reduziert werden.
Dem Fachmann werden zweifellos viele andere wirksame Alternativen einfallen. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und Modifikationen umfasst, die für den Fachmann offensichtlich sind und in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

AU 2015396604 [0010]
US 20050231143 [0010]
US 2008315818 [0010]
US 2015108938 [0010]
WO 2012022974 [0047]

Claims

Steuergerät zum Steuern einer Axialflussmaschine, wobei die Axialflussmaschine einen Stator, der ein Statorgehäuse umfasst, das eine Vielzahl von Statorpolstücken umschließt, die in Umfangsrichtung in Abständen um eine Achse der Maschine angeordnet sind, wobei jedes der Statorpolstücke einen Satz von Spulen aufweist, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes um dasselbe gewickelt sind, und einen Rotor, der einen Satz von Permanentmagneten umfasst und zur Drehung um die Achse der Maschine angebracht ist, wobei der Rotor entlang der Achse der Maschine von dem Stator beabstandet ist, um einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu definieren, und in dem der Magnetfluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft, umfasst, wobei das Steuergerät Folgendes umfasst: einen oder mehrere elektrische Eingänge zur Aufnahme eines oder mehrerer elektrischer Ströme, einen oder mehrere elektrische Ausgänge zum Liefern eines oder mehrerer Wechselströme an die Spulen der Axialflussmaschine, wobei das Steuergerät konfiguriert ist zum: Steuern eines Wechselstroms, welcher der Vielzahl von Spulen zugeführt wird, um einen Kompensationsstrom zur Verringerung einer mechanischen Resonanzkomponente des Rotors einzuspeisen, wobei der Kompensationsstrom eingespeist wird, wenn sich der Rotor über einen oder mehrere Drehgeschwindigkeitsbereiche dreht, wobei jeder von dem einen oder den mehreren Drehgeschwindigkeitsbereichen des Rotors eine jeweilige ermittelte Drehgeschwindigkeit des Rotors einschließt, wobei der Wechselstrom durch jede Spule als vektorisierte Gleichstromkomponenten dargestellt wird, die eine Gleichstrom- (I_d) - Komponente und eine Quadraturstrom- (I_q) -Komponente umfassen, die orthogonal zueinander sind, wobei der Kompensationsstrom eine Wechselstromkomponente umfasst, die zu mindestens einer von der Quadraturstrom- (I_q) und der Gleichstrom- (I_d) - Komponente addiert wird, wobei die modulierte Stromkomponente eine elektrische Frequenz aufweist, die über einen Frequenzbereich zwischen einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors variiert, wobei der Frequenzbereich eine Frequenz, die im Wesentlichen dieselbe ist wie eine mechanische Grundresonanzfrequenz des Rotors, und eine Phase, die gegenüber der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors phasenverschoben ist, einschließt, und wobei jeder der Drehgeschwindigkeitsbereiche des Rotors auf einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors für eine gegebene Resonanzanregungsordnung des Rotors beruht.
Steuergerät nach Anspruch 1, wobei die prozentuale Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors ± 1 %, ± 5 %, ± 10 %, ± 15 % oder ± 20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors beträgt.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Steuergerät dafür konfiguriert ist, eine Amplitude des Kompensationsstroms zwischen einer niedrigeren Amplitude und einer Spitzenamplitude über mindestens einen Teil des Drehgeschwindigkeitsbereichs des Rotors linear ansteigen zu lassen, und wobei die Spitzenamplitude des Kompensationsstroms im Wesentlichen mit der jeweiligen ermittelten Drehgeschwindigkeit des Rotors übereinstimmt.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, in jedem von dem einen oder den mehreren Drehgeschwindigkeitsbereichen des Rotors, das Steuergerät die modulierte Stromkomponente so steuert, dass sie eine Frequenz bei der ersten Frequenz aufweist, wenn sich der Rotor mit einer Drehgeschwindigkeit dreht, die einer niedrigsten Drehgeschwindigkeit innerhalb des jeweiligen Drehgeschwindigkeitsbereichs des Rotors entspricht, und wobei das Steuergerät die modulierte Stromkomponente so steuert, dass sie eine Frequenz aufweist, die bei der zweiten Frequenz liegt, wenn sich der Rotor mit einer Drehgeschwindigkeit dreht, die der höchsten Drehgeschwindigkeit innerhalb des jeweiligen Drehgeschwindigkeitsbereichs des Rotors entspricht.
Steuergerät nach Anspruch 4, wobei der Frequenzbereich der modulierten Stromkomponente zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz auf einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors beruht und wobei die prozentuale Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors ± 1 %, ± 5 %, ± 10 %, ± 15 % oder ± 20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors beträgt.
Steuergerät zum Steuern einer Axialflussmaschine, wobei die Axialflussmaschine einen Stator, der ein Statorgehäuse umfasst, das eine Vielzahl von Statorpolstücken umschließt, die in Umfangsrichtung in Abständen um eine Achse der Maschine angeordnet sind, wobei jedes der Statorpolstücke einen Satz von Spulen aufweist, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes um dasselbe gewickelt sind, und einen Rotor, der einen Satz von Permanentmagneten umfasst und zur Drehung um die Achse der Maschine angebracht ist, wobei der Rotor entlang der Achse der Maschine von dem Stator beabstandet ist, um einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu definieren, und in dem der Magnetfluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft, umfasst, wobei das Steuergerät Folgendes umfasst: einen oder mehrere elektrische Eingänge zur Aufnahme eines oder mehrerer elektrischer Ströme, einen oder mehrere elektrische Ausgänge zum Liefern eines oder mehrerer Wechselströme an die Spulen der Axialflussmaschine, wobei das Steuergerät konfiguriert ist zum: Steuern eines Wechselstroms, welcher der Vielzahl von Spulen zugeführt wird, um einen Kompensationsstrom zur Verringerung einer mechanischen Resonanzkomponente des Rotors einzuspeisen, wobei der Kompensationsstrom eingespeist wird, wenn sich der Rotor über einen oder mehrere Drehgeschwindigkeitsbereiche dreht, wobei jeder von dem einen oder den mehreren Drehgeschwindigkeitsbereichen des Rotors eine jeweilige ermittelte Drehgeschwindigkeit des Rotors einschließt, wobei der Wechselstrom durch jede Spule als vektorisierte Gleichstromkomponenten dargestellt wird, die eine Gleichstrom- (I_d) - Komponente und eine Quadraturstrom- (I_q) -Komponente umfassen, die orthogonal zueinander sind, wobei der Kompensationsstrom eine Wechselstromkomponente umfasst, die zu mindestens einer von der Quadraturstrom- (I_q) und der Gleichstrom- (I_d) - Komponente addiert wird, wobei die modulierte Stromkomponente eine elektrische Frequenz aufweist, die über einen Frequenzbereich zwischen einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors variiert, wobei der Frequenzbereich eine Frequenz, die im Wesentlichen dieselbe ist wie eine mechanische Grundresonanzfrequenz des Rotors, und eine Phase, die gegenüber der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors phasenverschoben ist, einschließt, und wobei das Steuergerät dafür konfiguriert ist, eine Amplitude des Kompensationsstroms zwischen einer niedrigeren Amplitude und einer Spitzenamplitude über mindestens einen Teil des Drehgeschwindigkeitsbereichs des Rotors linear ansteigen zu lassen, und wobei die Spitzenamplitude des Kompensationsstroms im Wesentlichen mit der jeweiligen ermittelten Drehgeschwindigkeit des Rotors übereinstimmt.
Steuergerät zum Steuern einer Axialflussmaschine, wobei die Axialflussmaschine einen Stator, der ein Statorgehäuse umfasst, das eine Vielzahl von Statorpolstücken umschließt, die in Umfangsrichtung in Abständen um eine Achse der Maschine angeordnet sind, wobei jedes der Statorpolstücke einen Satz von Spulen aufweist, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes um dasselbe gewickelt sind, und einen Rotor, der einen Satz von Permanentmagneten umfasst und zur Drehung um die Achse der Maschine angebracht ist, wobei der Rotor entlang der Achse der Maschine von dem Stator beabstandet ist, um einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu definieren, und in dem der Magnetfluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft, umfasst, wobei das Steuergerät Folgendes umfasst: einen oder mehrere elektrische Eingänge zur Aufnahme eines oder mehrerer elektrischer Ströme, einen oder mehrere elektrische Ausgänge zum Liefern eines oder mehrerer Wechselströme an die Spulen der Axialflussmaschine, wobei das Steuergerät konfiguriert ist zum: Steuern eines Wechselstroms, welcher der Vielzahl von Spulen zugeführt wird, um einen Kompensationsstrom zur Verringerung einer mechanischen Resonanzkomponente des Rotors einzuspeisen, wobei der Kompensationsstrom eingespeist wird, wenn sich der Rotor über einen oder mehrere Drehgeschwindigkeitsbereiche dreht, wobei jeder von dem einen oder den mehreren Drehgeschwindigkeitsbereichen des Rotors eine jeweilige ermittelte Drehgeschwindigkeit des Rotors einschließt, wobei der Wechselstrom durch jede Spule als vektorisierte Gleichstromkomponenten dargestellt wird, die eine Gleichstrom- (I_d) - Komponente und eine Quadraturstrom- (I_q) -Komponente umfassen, die orthogonal zueinander sind, wobei der Kompensationsstrom eine Wechselstromkomponente umfasst, die zu mindestens einer von der Quadraturstrom- (I_q) und der Gleichstrom- (I_d) - Komponente addiert wird, wobei die modulierte Stromkomponente eine elektrische Frequenz aufweist, die über einen Frequenzbereich zwischen einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors variiert, wobei der Frequenzbereich eine Frequenz, die im Wesentlichen dieselbe ist wie eine mechanische Grundresonanzfrequenz des Rotors, und eine Phase, die gegenüber der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors phasenverschoben ist, einschließt, und wobei, in jedem von dem einen oder den mehreren Drehgeschwindigkeitsbereichen des Rotors, das Steuergerät die modulierte Stromkomponente so steuert, dass sie eine Frequenz bei der ersten Frequenz aufweist, wenn sich der Rotor mit einer Drehgeschwindigkeit dreht, die einer niedrigsten Drehgeschwindigkeit innerhalb des jeweiligen Drehgeschwindigkeitsbereichs des Rotors entspricht, und wobei das Steuergerät die modulierte Stromkomponente so steuert, dass sie eine Frequenz aufweist, die bei der zweiten Frequenz liegt, wenn sich der Rotor mit einer Drehgeschwindigkeit dreht, die der höchsten Drehgeschwindigkeit innerhalb des jeweiligen Drehgeschwindigkeitsbereichs des Rotors entspricht.
Steuergerät nach Anspruch 7, wobei der Frequenzbereich der modulierten Stromkomponente zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz auf einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors beruht und wobei die prozentuale Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors ± 1 %, ± 5 %, ± 10 %, ± 15 % oder ± 20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors beträgt.
Axialflussmaschine, die Folgendes umfasst: einen Stator, der ein Statorgehäuse umfasst, das eine Vielzahl von Statorpolstücken umschließt, die in Umfangsrichtung in Abständen um eine Achse der Maschine angeordnet sind, wobei jedes der Statorpolstücke einen Satz von Spulen aufweist, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes um dasselbe gewickelt sind, und einen Rotor, der einen Satz von Permanentmagneten umfasst und zur Drehung um die Achse der Maschine angebracht ist, wobei der Rotor entlang der Achse der Maschine von dem Stator beabstandet ist, um einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu definieren, und in dem der Magnetfluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft, wobei die Axialflussmaschine mit einem Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gekoppelt ist, wobei das Steuergerät Wechselströme an die Vielzahl von Spulen liefert.
Axialflussmaschine nach Anspruch 9, die einen an der Maschine angebrachten Schwingungssensor zum Erfassen von Schwingungen in dem Rotor umfasst.
Axialflussmaschine nach Anspruch 10, wobei der Schwingungssensor ein Beschleunigungsmesser ist.
Axialflussmaschine nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei das Statorgehäuse eine Ringform aufweist, die einen hohlen Bereich um die Achse der Maschine bildet, und wobei der Rotor aus einem Ring gebildet ist und einen hohlen zentralen Bereich um die Achse der Maschine aufweist.
Axialflussmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Maschine ein Motor oder ein Generator ist.
Steuergerät zum Steuern einer Axialflussmaschine, wobei die Axialflussmaschine einen Stator, der ein Statorgehäuse umfasst, das eine Vielzahl von Statorpolstücken umschließt, die in Umfangsrichtung in Abständen um eine Achse der Maschine angeordnet sind, wobei jedes der Statorpolstücke einen Satz von Spulen aufweist, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes um dasselbe gewickelt sind, und einen Rotor, der einen Satz von Permanentmagneten umfasst und zur Drehung um die Achse der Maschine angebracht ist, wobei der Rotor entlang der Achse der Maschine von dem Stator beabstandet ist, um einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu definieren, und in dem der Magnetfluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft, umfasst, wobei das Steuergerät Folgendes umfasst: einen oder mehrere elektrische Eingänge zur Aufnahme eines oder mehrerer elektrischer Ströme, einen oder mehrere elektrische Ausgänge zum Liefern eines oder mehrerer Wechselströme an die Spulen der Axialflussmaschine, wobei das Steuergerät konfiguriert ist zum: Steuern eines Wechselstroms, welcher der Vielzahl von Spulen zugeführt wird, um einen Kompensationsstrom zur Verringerung einer mechanischen Resonanzkomponente des Rotors einzuspeisen, wobei der Kompensationsstrom eingespeist wird, wenn sich der Rotor über einen oder mehrere Drehgeschwindigkeitsbereiche dreht, wobei jeder von dem einen oder den mehreren Drehgeschwindigkeitsbereichen des Rotors eine jeweilige ermittelte Drehgeschwindigkeit des Rotors einschließt, wobei der Wechselstrom durch jede Spule als vektorisierte Gleichstromkomponenten dargestellt wird, die eine Gleichstrom- (I_d) - Komponente und eine Quadraturstrom- (I_q) -Komponente umfassen, die orthogonal zueinander sind, und wobei der Kompensationsstrom eine Wechselstromkomponente umfasst, die zu mindestens einer von der Quadraturstrom- (I_q) und der Gleichstrom- (I_d) - Komponente addiert wird, wobei die modulierte Stromkomponente eine elektrische Frequenz aufweist, die über einen Frequenzbereich zwischen einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors variiert, wobei der Frequenzbereich eine Frequenz, die im Wesentlichen dieselbe ist wie eine mechanische Grundresonanzfrequenz des Rotors, und eine Phase, die gegenüber der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors phasenverschoben ist, einschließt.
Steuergerät nach Anspruch 14, wobei die eine oder die mehreren jeweiligen ermittelten Drehgeschwindigkeiten des Rotors von einer oder mehreren jeweiligen mechanischen Resonanzanregungsordnungen des Rotors abhängen.
Steuergerät nach Anspruch 15, wobei die eine oder die mehreren jeweiligen mechanischen Resonanzanregungsordnungen eine oder mehrere von der 12., 18., 36. und 72. Anregungsordnung sind.
Steuergerät nach Anspruch 15 oder 16, wobei die eine oder die mehreren jeweiligen ermittelten Drehgeschwindigkeiten des Rotors durch die folgende Beziehung definiert sind: $E r m i t t e l t e D r e h g e s c h w i n d i g k e i t = 60 □ \frac{G r u n d r e s o n a n z f r e q u e n z d e s R o t o r s}{A n r e g u n g s o r d n u n g} .$
Steuergerät nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei jeder der Drehgeschwindigkeitsbereiche des Rotors auf einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors für eine gegebene Resonanzanregungsordnung des Rotors beruht.
Steuergerät nach Anspruch 18, wobei die prozentuale Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors ± 1 %, ± 5 %, ± 10 %, ± 15 % oder ± 20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors beträgt.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei das Steuergerät dafür konfiguriert ist, eine Amplitude des Kompensationsstroms zwischen einer niedrigeren Amplitude und einer Spitzenamplitude über mindestens einen Teil des Drehgeschwindigkeitsbereichs des Rotors linear ansteigen zu lassen, und wobei die Spitzenamplitude des Kompensationsstroms im Wesentlichen mit der jeweiligen ermittelten Drehgeschwindigkeit des Rotors übereinstimmt.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 14 bis 20, das Folgendes umfasst: einen Schwingungssensoreingang zum Empfangen von Schwingungsdaten von einem Schwingungssensor, wobei der Schwingungssensor mechanische Schwingungen in dem Rotor erfasst, wobei das Steuergerät konfiguriert ist zum: Identifizieren einer mechanischen Resonanzkomponente des Rotors aus den Schwingungsdaten, und Einspeisen des Kompensationsstroms als Reaktion auf eine identifizierte mechanische Resonanzkomponente des Rotors.
Steuergerät nach Anspruch 21, wobei das Steuergerät dafür konfiguriert ist, den Kompensationsstrom nur dann einzuspeisen, wenn eine Amplitude der identifizierten mechanischen Resonanzkomponente über einem Schwellenwert liegt.
Steuergerät nach Anspruch 21 oder 22, wobei eine Amplitude des Kompensationsstroms proportional zu einer Amplitude der identifizierten mechanischen Resonanzkomponente ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei der Schwingungssensor ein Beschleunigungsmesser ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 14 bis 24, wobei, in jedem von dem einen oder den mehreren Drehgeschwindigkeitsbereichen des Rotors, das Steuergerät die modulierte Stromkomponente so steuert, dass sie eine Frequenz bei der ersten Frequenz aufweist, wenn sich der Rotor mit einer Drehgeschwindigkeit dreht, die einer niedrigsten Drehgeschwindigkeit innerhalb des jeweiligen Drehgeschwindigkeitsbereichs des Rotors entspricht, und wobei das Steuergerät die modulierte Stromkomponente so steuert, dass sie eine Frequenz aufweist, die bei der zweiten Frequenz liegt, wenn sich der Rotor mit einer Drehgeschwindigkeit dreht, die der höchsten Drehgeschwindigkeit innerhalb des jeweiligen Drehgeschwindigkeitsbereichs des Rotors entspricht.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 14 bis 25, wobei, in jedem von dem einen oder den mehreren Drehgeschwindigkeitsbereichen des Rotors, das Steuergerät die modulierte Stromkomponente so steuert, dass sie eine Frequenz aufweist, die im Wesentlichen dieselbe ist wie die mechanische Grundresonanzfrequenz des Rotors bei einer Drehgeschwindigkeit des Rotors, die der jeweiligen ermittelten Drehgeschwindigkeit entspricht.
Steuergerät nach Anspruch 25 oder 26, wobei die erste Frequenz niedriger ist als die zweite Frequenz.
Steuergerät nach Anspruch 25, 26 oder 27, wobei der Frequenzbereich der modulierten Stromkomponente zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz auf einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors beruht und wobei die prozentuale Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors ± 1 %, ± 5 %, ± 10 %, ± 15 % oder ± 20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors beträgt.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 14 bis 28, wobei der eine oder die mehreren Wechselströme, die der Vielzahl von Spulen zugeführt werden, ein Dreiphasenwechselstrom sind und wobei I_d und I_q vektorisierte Gleichstromkomponenten der Kombination aller drei Phasen darstellen.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Axialflussmaschine ein Motor oder ein Generator ist.
Axialflussmaschine, die Folgendes umfasst: einen Stator, der ein Statorgehäuse umfasst, das eine Vielzahl von Statorpolstücken umschließt, die in Umfangsrichtung in Abständen um eine Achse der Maschine angeordnet sind, wobei jedes der Statorpolstücke einen Satz von Spulen aufweist, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes um dasselbe gewickelt sind, und einen Rotor, der einen Satz von Permanentmagneten umfasst und zur Drehung um die Achse der Maschine angebracht ist, wobei der Rotor entlang der Achse der Maschine von dem Stator beabstandet ist, um einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu definieren, und in dem der Magnetfluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft, wobei die Axialflussmaschine mit einem Steuergerät nach einem der Ansprüche 14 bis 29 gekoppelt ist, wobei das Steuergerät Wechselströme an die Vielzahl von Spulen liefert.
Axialflussmaschine nach Anspruch 31, die einen an der Maschine angebrachten Schwingungssensor zum Erfassen von Schwingungen in dem Rotor umfasst.
Axialflussmaschine nach Anspruch 32, wobei der Schwingungssensor ein Beschleunigungsmesser ist.
Axialflussmaschine nach Anspruch 31, 32 oder 33, wobei das Statorgehäuse eine Ringform aufweist, die einen hohlen Bereich um die Achse der Maschine bildet, und wobei der Rotor aus einem Ring gebildet ist und einen hohlen zentralen Bereich um die Achse der Maschine aufweist.
Axialflussmaschine nach einem der Ansprüche 31 bis 34, die einen zweiten Rotor umfasst, der auf einer dem ersten Rotor gegenüberliegenden Seite des Stators angeordnet ist, wobei der zweite Rotor einen Satz von Permanentmagneten auf einer ersten, dem Stator zugewandten, Seite des zweiten Rotors umfasst, wobei der zweite Rotor zur Drehung um die Achse der Maschine und im Verhältnis zu dem Stator angebracht ist, wobei der zweite Rotor entlang der Achse der Maschine von dem Stator beabstandet ist, um einen axialen Spalt zwischen dem Stator und dem zweiten Rotor zu definieren, und wobei der Magnetfluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft.
Axialflussmaschine nach einem der Ansprüche 31 bis 35, wobei die Maschine ein Motor oder ein Generator ist.
Steuergerät zum Steuern einer Axialflussmaschine, wobei die Axialflussmaschine einen Stator, der ein Statorgehäuse umfasst, das eine Vielzahl von Statorpolstücken umschließt, die in Umfangsrichtung in Abständen um eine Achse der Maschine angeordnet sind, wobei jedes der Statorpolstücke einen Satz von Spulen aufweist, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes um dasselbe gewickelt sind, und einen Rotor, der einen Satz von Permanentmagneten umfasst und zur Drehung um die Achse der Maschine angebracht ist, wobei der Rotor entlang der Achse der Maschine von dem Stator beabstandet ist, um einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu definieren, und in dem der Magnetfluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft, umfasst, wobei das Steuergerät Folgendes umfasst: einen oder mehrere elektrische Eingänge zur Aufnahme eines oder mehrerer elektrischer Ströme, einen oder mehrere elektrische Ausgänge zum Liefern eines oder mehrerer Wechselströme an die Spulen der Axialflussmaschine, wobei das Steuergerät konfiguriert ist zum: Steuern eines Wechselstroms, welcher der Vielzahl von Spulen zugeführt wird, um einen Kompensationsstrom zur Verringerung einer mechanischen Resonanzkomponente eines Teils der Axialflussmaschine einzuspeisen, wobei der Kompensationsstrom eingespeist wird, wenn sich der Rotor über einen oder mehrere Drehgeschwindigkeitsbereiche dreht, wobei jeder von dem einen oder den mehreren Drehgeschwindigkeitsbereichen des Rotors eine jeweilige ermittelte Drehgeschwindigkeit des Rotors einschließt, wobei der Wechselstrom durch jede Spule als vektorisierte Gleichstromkomponenten dargestellt wird, die eine Gleichstrom- (I_d) - Komponente und eine Quadraturstrom- (I_q) -Komponente umfassen, die orthogonal zueinander sind, und wobei der Kompensationsstrom eine Wechselstromkomponente umfasst, die zu mindestens einer von der Quadraturstrom- (I_q) und der Gleichstrom- (I_d) - Komponente addiert wird, wobei die modulierte Stromkomponente eine elektrische Frequenz aufweist, die über einen Frequenzbereich zwischen einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors variiert, wobei der Frequenzbereich eine Frequenz, die im Wesentlichen dieselbe ist wie eine mechanische Grundresonanzfrequenz des Teils, und eine Phase, die gegenüber der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Teils phasenverschoben ist, einschließt.
Steuergerät nach Anspruch 37, wobei das Teil den Stator umfasst.
Steuergerät nach Anspruch 37 oder 38, wobei die Axialflussmaschine einen einzigen Rotor und ein Joch, um eine magnetische Rückschlussbahn bereitzustellen, umfasst.
Steuergerät nach Anspruch 37, 38 oder 39, wobei die eine oder die mehreren jeweiligen ermittelten Drehgeschwindigkeiten des Rotors von einer oder mehreren jeweiligen mechanischen Resonanzanregungsordnungen des Teils abhängen.
Steuergerät nach Anspruch 40, wobei die eine oder die mehreren jeweiligen mechanischen Resonanzanregungsordnungen eine oder mehrere von der 12., 18., 36. und 72. Anregungsordnung sind.
Steuergerät nach Anspruch 40 oder 41, wobei die eine oder die mehreren jeweiligen ermittelten Drehgeschwindigkeiten des Rotors durch die folgende Beziehung definiert sind: $E r m i t t e l t e D r e h g e s c h w i n d i g k e i t = 60 □ \frac{G r u n d r e s o n a n z f r e q u e n z d e s R o t o r s}{A n r e g u n g s o r d n u n g} .$
Steuergerät nach einem der Ansprüche 37 bis 42, wobei jeder der Drehgeschwindigkeitsbereiche des Rotors auf einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Teils für eine gegebene Resonanzanregungsordnung des Teils beruht.
Steuergerät nach Anspruch 43, wobei die prozentuale Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Teils ± 1 %, ± 5 %, ± 10 %, ± 15 % oder ± 20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Teils beträgt.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 37 bis 44, wobei das Steuergerät dafür konfiguriert ist, eine Amplitude des Kompensationsstroms zwischen einer niedrigeren Amplitude und einer Spitzenamplitude über mindestens einen Teil des Drehgeschwindigkeitsbereichs des Rotors linear ansteigen zu lassen, und wobei die Spitzenamplitude des Kompensationsstroms im Wesentlichen mit der jeweiligen ermittelten Drehgeschwindigkeit des Rotors übereinstimmt.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 37 bis 45, das Folgendes umfasst: einen Schwingungssensoreingang zum Empfangen von Schwingungsdaten von einem Schwingungssensor, wobei der Schwingungssensor mechanische Schwingungen in dem Teil erfasst, wobei das Steuergerät konfiguriert ist zum: Identifizieren einer mechanischen Resonanzkomponente des Teils aus den Schwingungsdaten und Einspeisen des Kompensationsstroms als Reaktion auf eine identifizierte mechanische Resonanzkomponente des Teils.
Steuergerät nach Anspruch 46, wobei das Steuergerät dafür konfiguriert ist, den Kompensationsstrom nur dann einzuspeisen, wenn eine Amplitude der identifizierten mechanischen Resonanzkomponente über einem Schwellenwert liegt.
Steuergerät nach Anspruch 46 oder 47, wobei eine Amplitude des Kompensationsstroms proportional zu einer Amplitude der identifizierten mechanischen Resonanzkomponente ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 46 bis 48, wobei der Schwingungssensor ein Beschleunigungsmesser ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 37 bis 49, wobei, in jedem von dem einen oder den mehreren Drehgeschwindigkeitsbereichen des Rotors, das Steuergerät die modulierte Stromkomponente so steuert, dass sie eine Frequenz bei der ersten Frequenz aufweist, wenn sich der Rotor mit einer Drehgeschwindigkeit dreht, die einer niedrigsten Drehgeschwindigkeit innerhalb des jeweiligen Drehgeschwindigkeitsbereichs des Rotors entspricht, und wobei das Steuergerät die modulierte Stromkomponente so steuert, dass sie eine Frequenz aufweist, die bei der zweiten Frequenz liegt, wenn sich der Rotor mit einer Drehgeschwindigkeit dreht, die der höchsten Drehgeschwindigkeit innerhalb des jeweiligen Drehgeschwindigkeitsbereichs des Rotors entspricht.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 37 bis 50, wobei, in jedem von dem einen oder den mehreren Drehgeschwindigkeitsbereichen des Rotors, das Steuergerät die modulierte Stromkomponente so steuert, dass sie eine Frequenz aufweist, die im Wesentlichen dieselbe ist wie die mechanische Grundresonanzfrequenz des Teils bei einer Drehgeschwindigkeit des Rotors, die der jeweiligen ermittelten Drehgeschwindigkeit entspricht.
Steuergerät nach Anspruch 50 oder 51, wobei die erste Frequenz niedriger ist als die zweite Frequenz.
Steuergerät nach Anspruch 50, 51 oder 52, wobei der Frequenzbereich der modulierten Stromkomponente zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz auf einer prozentualen Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Teils beruht und wobei die prozentuale Änderung der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Teils ± 1 %, ± 5 %, ± 10 %, ± 15 % oder ± 20 % der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Rotors beträgt.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 37 bis 53, wobei der eine oder die mehreren Wechselströme, die der Vielzahl von Spulen zugeführt werden, ein Dreiphasenwechselstrom sind und wobei I_d und I_q vektorisierte Gleichstromkomponenten der Kombination aller drei Phasen darstellen.
Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Axialflussmaschine ein Motor oder ein Generator ist.
Axialflussmaschine, die Folgendes umfasst: einen Stator, der ein Statorgehäuse umfasst, das eine Vielzahl von Statorpolstücken umschließt, die in Umfangsrichtung in Abständen um eine Achse der Maschine angeordnet sind, wobei jedes der Statorpolstücke einen Satz von Spulen aufweist, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes um dasselbe gewickelt sind, und einen Rotor, der einen Satz von Permanentmagneten umfasst und zur Drehung um die Achse der Maschine angebracht ist, wobei der Rotor entlang der Achse der Maschine von dem Stator beabstandet ist, um einen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu definieren, und in dem der Magnetfluss in der Maschine im Allgemeinen in einer axialen Richtung verläuft, wobei die Axialflussmaschine mit einem Steuergerät nach einem der Ansprüche 37 bis 54 gekoppelt ist, wobei das Steuergerät Wechselströme an die Vielzahl von Spulen liefert.
Axialflussmaschine nach Anspruch 56, wobei die Axialflussmaschine einen einzigen Rotor und ein Joch, um eine magnetische Rückschlussbahn bereitzustellen, umfasst.
Axialflussmaschine nach Anspruch 56 oder 57, die einen an der Maschine angebrachten Schwingungssensor zum Erfassen von Schwingungen in dem Teil umfasst.
Axialflussmaschine nach Anspruch 58, wobei der Schwingungssensor ein Beschleunigungsmesser ist.
Axialflussmaschine nach einem der Ansprüche 56 bis 59, wobei das Statorgehäuse eine Ringform aufweist, die einen hohlen Bereich um die Achse der Maschine bildet, und wobei der Rotor aus einem Ring gebildet ist und einen hohlen zentralen Bereich um die Achse der Maschine aufweist.
Axialflussmaschine nach einem der Ansprüche 56 bis 60, wobei die Maschine ein Motor oder ein Generator ist.
Steuergerät zum Steuern einer Axialflussmaschine, wobei die Axialflussmaschine einen Stator, der Spulen umfasst, die zur Erzeugung eines Magnetfeldes um jeweilige Polstücke gewickelt sind, und einen Rotor umfasst, wobei das Steuergerät konfiguriert ist zum: Steuern eines Wechselstroms, der den Spulen zugeführt wird, um einen Kompensationsstrom zur Verringerung einer mechanischen Resonanzkomponente des Stators der Axialflussmaschine einzuspeisen, wobei der Wechselstrom durch jede Spule als vektorisierte Gleichstromkomponenten dargestellt wird, die eine Gleichstrom- (I_d) - Komponente und eine Quadraturstrom- (I_q) -Komponente umfassen, die orthogonal zueinander sind, und wobei der Kompensationsstrom eine Wechselstromkomponente umfasst, die zu mindestens einer von der Quadraturstrom- (I_q) und der Gleichstrom- (I_d) - Komponente addiert wird, wobei die Wechselstromkomponente eine elektrische Frequenz aufweist, die über einen Frequenzbereich zwischen einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors variiert.
Steuergerät nach Anspruch 62, wobei der Frequenzbereich eine Frequenz, die im Wesentlichen dieselbe ist wie eine mechanische Grundresonanzfrequenz des Stators, und eine Phase, die gegenüber der mechanischen Grundresonanzfrequenz des Stators phasenverschoben ist, einschließt.