DE3341733A1

DE3341733A1 - Anordnung zum steuern eines magnetflusses

Info

Publication number: DE3341733A1
Application number: DE19833341733
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. Wien Rosenberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-11-18
Filing date: 1983-11-18
Publication date: 1985-05-30
Also published as: JPS60134737A

Description

Anordnung zum Steuern eines Magnetflusses
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Steuern eines Magnetflusses, insbesondere eines permanentmagnetisch erregten Magnetflusses.
Durch die FR-PS 14 00 187 ist eine permanentmagneterregtc elektrische Maschine bekannt, bei der der Ständer mit einer zusätzlichen Ringwicklung versehen ist, durch die im Ständer eine veränderbare tangentiale Vormagnetisierung erzeugt werden kann. Durch diese Vormagnetisierung, die gegebenenfalls bis zur Sättigung des Ständermaterials getrieben werden kann, ist eine Schwächung des Nutzflusses in beliebigem Ausmaß möglich. Die zur Steuerung des magnetischen Flusses notwendige, den ganzen Ständer überdeckende Ringwicklung erfordert einen ziemlich hohen Materialaufwand. Außerdem ist eine hohe elektrische Leistung erforderlich, die in der Größenordnung der den magnetischen Nutzfluß erzeugenden Erregerleistung liegt.
Es ist auch schon eine permanentmagneterregte Gleichstrommaschine (DE-GM 71 41 809) bekannt, bei der das Rückschlußjoch des Ständers als verdrehbarer Ring ausgebildet ist, der aus abwechselnd aufeinanderfolgenden, aus magnetisch leitendem und amagnetischem Material bestehenden Segmenten zusammengesetzt ist. Zur Steuerung des magnetischen Nutzflusses wird der Ring verdreht, so daß zwischen den einzelnen Permanentmagneten über die aus magnetisch leitendem Material bestehenden Segmente des Ringes ein Nebenschluß hergestellt und dadurch der Nutzfluß entsprechend geschwächt wird. Eine solche mechanische Steueranordnung erfordert einen hohen konstruktiven Aufwand, hat einen großen Raumbedarf und ist darüber hinaus noch relativ störanfällig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Steuern eines Magnetflusses zu schaffen, die nur einen geringen Raumbedarf hat und mit der die Größe eines Magnetflusses, insbesondere eines permanentmagneterregten und daher nicht durch die ihn erzeugende magnetmotorische Kraft steuerbaren Magnetflusses in weitem Bereich ohne großen Leistungsaufwand verändert werden kann.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß im Weg des gesteuerten Flusses ein aus magnetisierbarem Werkstoff bestehender Abschnitt vorgesehen ist, in dem eine Überlagerung mit einem senkrecht zu ihm verlaufenden, durch elektrische Erregung beeinflußbaren steuernden Fluß erfolgt. Vorzugsweise wird der magnetische Kreis des steuernden Flusses so ausgebildet, daß zumindest dessen auch vom gesteuerten Fluß durchsetzter Abschnitt mit geringem Durchflutungsaufwand durch den steuernden Fluß sättigbar ist. Durch eine solche Sättigung ergibt sich für den gesteuerten Fluß ein bedeutender magnetischer Widerstand. Der restliche Teil des den steuernden Fluß führenden magnetischen Kreises wird fast ganz oder auch vollständig durch magnetisierbaren Werkstoff geschlossen, der durch entsprechende Querschnittsbemessung immer ungesättigt bleibt, oder ebenfalls eine niedrige Sättigungsfeldstärke aufweist.
Durch diese Maßnahmen bleibt die erforderliche Durchflutung der den steuernden Fluß beeinflussenden Wicklung stets klein und damit die Verluste und der Raumbedarf dieser Wicklung gering.
Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung die Uberlagerung des gesteuerten Flusses mit dem steuernden Fluß, Fig. 2 eine für ferromagnetische Werkstoffe mit extrem kleiner Sättigungsfeldstärke kennzeichnende rechteckige Hystereseschleife, Fig. 3 eine beispielsweise durch einen zusätzlichen Luftspalt gescherte Hystereseschleife, Fig. 4 bis 6 verschiedene Schnitte einer Anordnung, bei der ein den steuernden Fluß führender, mit entsprechenden Wicklungen zur Beeinflussung des steuernden Flusses versehener magnetischer Kreis zwischen Teilen angeordnet ist, die den gesteuerten Fluß zu-und abführen, Fig. 7 bis 9 verschiedene Schnitte einer Anordnung, bei der die den steuernden Fluß beeinflussende Wicklung auch vom gesteuerten Fluß durchsetzt ist, ohne mit diesem verkettet zu sein, Fig. 10 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt der Fig. 9, aus dem die Form der Wicklungsdrähte der den steuernden Fluß beeinflussenden Wicklung erkennbar ist Fig. 11 und 12 einen Quer- und Längsschnitt durch einen permanentmagneterregten Ständerpol einer elektrischen Maschine, welcher Pol mit einer erfindungsgemäßen Anordnung versehen ist, Fig. 13 und 14 einen Quer- und einen teilweisen Längsschnitt durch einen zweipoligen permanentmagneterregten Ständer einer elektrischen Maschine, an welchem Ständer eine erfindungsgemäße Anordnung vorgesehen ist, Fig. 15 einen Schnitt entlang der Linie XV-XV in Fig. 14, Fig. 16 und 17 einen Querschnitt und einen teilweisen Längsschnitt durch eine Synchronmaschine mit permanentmagneterregtem Läufer, dessen Polflüsse mittels einer erfindungsgemäßen Anordnung veränderbar sind, Fig. 18 und 19 einen Diagonal- und einen Querschnitt durch einen permanentmagneterregten Lasthebemagneten, der mit einer erfindungsgemäßen Anordnung versehen ist, Fig. 20 und 21 einen Quer- und einen Längsschnitt einer durch mitrotierende Permanentmagnete läufererregten Klauenpolmaschine, die mit einer erfindungsgemäßen Anordnung versehen ist und Fig. 22 in schematischer Darstellung einen teilweisen Längsschnitt durch den Läufer dieser Maschine, aus dem die Ausbildung der Permanentmagnete erkennbar ist.
Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Anordnung wird ein mit den Teilen 1 zu- und abgeführter gesteuerter Fluß in einem Abschnitt 2a eines ferromagnetischen Teiles 2 mit dem von diesem Teil geführten steuernden Fluß S rechtwinklig überlagert. Die den Abschnitt 2a, der das eigentliche Steuerteil der Anordnung darstellt, begrenzenden Konturen des gesteuerten Flusses G sind durch gestrichelte Linien angedeutet. Je nach dem von dem steuernden Fluß herbeigeführten Sättigungszustand des Abschnittes 2a ergibt sich für den gesteuerten Fluß G ein mehr oder weniger ausgeprägter magnetischer Widerstand. Die Teile 1 und 2 sind so bemessen, daß ohne steuernden Fluß S, also durch den gesteuerten Fluß G allein, keine diesen Fluß bremsende Sättigung entstehen kann.
Um den Durchflutungsaufwand für den steuernden Fluß klein zu halten, ist zumindest jener Abschnitt 2a seines magnetischen Kreises, der den gesteuerten Fluß G durch Sättigung zu steuern hat, aus einem Werkstoff mit niedriger Sättigungsfeldstärke zu bilden. Der restliche Teil dieses Kreises kann ebenfalls aus einem solchen Wrkstoff bestehen.
Da er jedoch nicht sättigbar sein muß, kann sein Durchflutungsanteil auch durch passende Querschnittsbemessung, die auch beim Größtwert des steuernden Flusses G keine Sättigung ergibt, kleingehalten werden.
Die ferromagnetischen Werkstoffe mit sogenannter rechteckiger Hystereseschleife weisen bekanntlich extrem kleine Sättigungsfeldstärken auf und sind daher für das Steuerteil (Abschnitt 2a), in dem die Überlagerung des gesteuerten und des steuernden Flusses G und S erfolgt, besonders geeignet.
Fig. 2 zeigt den mit einem solchen Werkstoff erzielbaren Verlauf der Dichte BS des steuernden Flusses S im Abschnitt 2a über dem auf diesen Abschnitt entfallenden Durchflutungsanteil ES Der restliche Teil des magnetischen Kreises des steuernden Flusses wird dabei vollkommen eisengeschlossen und so ungesättigt vorausgesetzt, daß sein Durchflutungsanteil keine Rolle spielt. Wenn, vom Sättigungszustand des Abschnittes 2a ausgehend, der Durchflutungsanteil ES = Null gemacht wird, verbleibt eine Remanenzflußdichte BSO, die nahe dem Sättigungswert liegt und somit noch einen nennenswerten magnetischen Widerstand für den gesteuerten Fluß ergibt. Soll dieser Widerstand vermindert werden, also die Flußdichte BS kleiner als die Remanenzflußdichte B50 werden, so muß der Durchflutungsanteil e5 kleiner Null aufgebracht werden. Um die Flußdichte BS = Null zu erreichen, muß die Koerzitivdurchflutung flC aufgehoben, also ES = -e gemacht werden. Wird der Durchflutungsanteil ES allein von einer Wicklung erzeugt, so muß diese umgepolt werden, damit die Flußdichte BS kleiner als die Remanenzflußdichte B50 wird.
Um eine solche Umpolung zu vermeiden, kann die Koerzitivdurchflutung EC durch eine kleine permanentmagnetische Durchflutung im übrigen magnetischen Kreis des steuernden Flusses S aufgehoben oder überkompensiert werden. Eine solche Überkompensation kann steuerungstechnisch besonders vorteilhaft sein, da dann auch für die Flußdichte e5 = Null der Strom in der steuernden Wicklung nicht abgeschaltet werden muß. Die vorstehend erläuterte Beteiligung einer permanentmagnetischen Durchflutung an dem Durchflutungsanteil 65 bedeutet, daß die steuernde Wicklung den steuernden Fluß im allgemeinen nicht allein erregt, sondern nur beeinflußt.
Unter einer solchen Beeinflussung wird jedoch auch der Fall der Alleinerregung durch die Wicklung verstanden.
Da die Werkstoffe mit rechteckiger Hystereseschleife, die für die erfindungsgemäße Anordnung bevorzugt einzusetzen sind, im allgemeinen nur als Bleche zur Verfügung stehen, sind in den nachstehend gezeigten Ausführungsbeispielen jene Steuerteile, in denen die Überlagerung des gesteuerten und des steuernden Flusses G und S stattfindet, geblecht angegeben.
In den Fig. 4, 5 und 6 ist die Darstellung auf die bei der Flußsteuerung mitwirkenden Teile der Anordnung beschränkt.
Zwei das Steuerteil bildende Blechpakete 3 führen den steuernden Fluß S' dessen magnetischer Kreis durch zwei in allen Betriebszuständen ungesättigt bleibende Joche 4 geschlossen ist. Auf jedem Joch 4 ist eine Spule 5 einer den steuernden Fluß S beeinflussenden Wicklung angeordnet.
Um eine Scherung der Hystereseschleife (siehe Fig. 3) der Blechpakete 3 zu erreichen, ist zwischen diesen und dem einen Joch 4 ein kleiner Luftspalt 3a vorgesehen. Stattdessen oder auch zusätzlich können die beiden Joche 4 als schwache Permanentmagnete ausgebildet sein, um der Koerzitivdurchflutung der Blechpakete 3 entgegenzuwirken. Der gesteuerte Fluß G' dessen Herkunft und Zweck hier außer Betracht bleiben kann, durchsetzt die Blechpakete 3 rechtwinkelig zu dem steuernden Fluß S und wird mit den Teilen 6 zu- und abgeführt. Um zu vermeiden, daß ein Teil des steuernden Flusses S bei beginnender Sättigung in die Teile 6 ausweicht, was teilweise die Flußdichte BS des steuernden Flusses S und damit den Steuerungseffekt verringern würde, sind zwischen den Blechpaketen 3 und den Teilen 6 nichtmagnetisierbare Schichten 7 (z.B. Luftspalte) vorgesehen. Wegen den geringen in Richtung des steuernden Flusses S wirkenden Feldstärken genügen für diese magnetische Isolierung kleine Dicken der Schichten 7, die somit nur einen schwachen magnetischen Widerstand für den gesteuerten Fluß G bilden. Ein Ausweichen des steuernden Flusses S kann auch dadurch verhindert werden, daß bei geblechter Ausführung der Teile 6 der steuernde Fluß senkrecht zur Schichtungsrichtung der Bleche der Teile 6 geführt ist. Die Isolation zwischen den einzelnen Blechen stellt einen hohen magnetischen Widerstand für den steuernden Fluß S dar, so daß dieser nicht in die Teile 6 ausweicht.
Eine andere Anordnung zum Steuern des magnetischen Flusses ist in den Fig. 7, 8, 9 dargestellt. Die Darstellung ist wiederum auf die wirksamen Teile beschränkt. Ein den steuernden Fluß S führendes Blechtpaket 8, welches wiederum das Steuerteil darstellt, ist an Joche 9 angeschlossen, die, als Winkelprofile ausgebildet und gemäß ihrem Querschnitt sättigungsfrei bleibend, das Blechpaket 8 rahmenartig umgeben. Der gesteuerte Fluß G durchsetzt ebenfalls rechtwinkelig zu dem steuernden Fluß $ das Blechtpaket 8 und wird über die Teile 11 zu- und abgeführt. Eine den steuernden Fluß beeinflussende Wicklung 10 ist gleichmäßig verteilt auf dem Blechpaket 8 angeordnet und bildet, wie aus den Fig. 7 und 9 hervorgeht, eine Schicht zwischen dem Blechpaket 8 und den Teilen 11, die in zweifacher Weise das Ausweichen von Teilen des steuernden Flusses S in die Teile 11 verhindert; einerseits indem die Wicklung zumindest teilweise aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff besteht; andererseits, weil die in den Teilen 11 verlaufenden Flußlinien des steuernden Flusses mit den von ihnen überbrückten Windungen der Wicklung 10 nicht mehr verkettet wären und damit die treibende Durchflutung dieser Wicklungsteile verlieren würden. Der gesteuerte Fluß G durchsetzt die Wicklung 10 rechtwinklig zu ihrer Achse und ist daher nicht mit ihr verkettet. Da die Wicklung 10 nur eine geringe Durchflutung aufzubringen hat und außerdem über die ganze Länge des Blechpaketes 8 verteilt ist, kann ihre von dem gesteuerten Fluß G zu überwindende Dicke so klein gehalten werden, daß sie nur einen kleinen Widerstand für diesen Fluß ergibt.
Die Fig. 10 zeigt in einem vergrößerten Abschnitt der Fig. 9 eine Sonderausführung der gemäß den Fig. 7, 8 und 9 angeordneten Wiclung 10. Die Wicklung 10 besteht aus isoliertem rechteckig profilierten Eisendraht 12. Da dieser Draht für den gesteuerten Fluß G magnetisch durchlässig ist, bildet nur die Isolation des Drahtes einen magnetischen Widerstand für den gesteuerten Fluß Die Fig. 11 und 12 zeigen einen permanentmagneterregten Ständerpol einer elektrischen Maschine, an dem eine erfindungsgemäße Anordnung zum Steuern des Magnetflusses vorgesehen ist. An das Ständerjoch 13 ist als Steuerteil ein geblechtes Teil 14, das den steuernden Fluß S in tangentialer Richtung führt, angeschlossen. An das Teil 14 ist das weichmagnetische Zwischenteil 15 angefügt, auf das ein weiteres, ebenfalls den steuernden Fluß S führendes geblechtes Teil 16 folgt. Der gesteuerte Fluß G in dem Ständerpol wird von einem Permanentmagneten 17 erzeugt und über einen Polschuh 18 zum Läufer der Maschine geleitet.
Der magnetische Kreis des steuernden Flusses S wird durch die geblechten Teile 14 und 16 verbindende Rückschlußteile 19, die die Spulen 20 einer steuernden Wicklung tragen, geschlossen. Zwischen den geblechten Teilen 14 und 16 einerseits und dem Ständerjoch 13 sowie dem Zwischenteil 15 andererseits sind dünne Schichten 21, 22 und 23 aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff angeordnet, die ein Ausweichen von Flußlinien des steuernden Flusses S in das Ständerjoch 13 und das Zwischenteil 15 verhindern. Zwischen dem weiteren geblechten Teil 16 und dem Permanentmagneten 17 ist eine solche amagnetische Schicht im allgemeinen nicht erforderlich, da die geringe Permeabilität der meisten Permanentmagnetwerkstoffe für Fremdfelder eine Streuung des steuernden Flusses ausreichend unterdrückt. Fallweise können zwischen den geblechten Teilen 14, 16 und den Rückschlußteilen 19 dünne, nichtmagnetisierbare Schichten (in der Zeichnung nicht dargestellt) vorgesehen und/oder diese Rückschlußteile 19 auch schwach permanentmagnetisch ausgebildet werden, um die anhand der Fig. 2 und 3 erläuterten Wirkungen zu erzielen.
Die Fig. 13 und 14 zeigen eine an sich bekannte Ausführung eines zweipoligen permanentmagneterregten Ständers einer elektrischen Maschine, die zusätzlich mit einer Anordnung zum Steuern des Magnetflusses gemäß der Erfindung versehen ist. An der Innenseite des aus zwei Winkelprofilen 24 und 25 gebildeten Joches sind plattenförmige Permanentmagnete 26 und 27 gegenpolig angeordnet. Sie erzeugen den Nutzfluß der über geblechte Polschuhe 28 dem Läufer zu- bzw. von ihm abgeführt wird. Ein Großteil dieses Nutzflusses N durchsetzt je Pol zwei in die Polschuhe 28 als Steuerteile eingefügte Blechpakete 29 und bildet somit den gesteuerten Fluß G Die beiden Blechpakete 29 eines jeden Poles sind an beiden Stirnseiten durch Joche 31, die die steuernden Wicklungsspulen 32 tragen, zu einem geschlossenen magnetischen Kreis verbunden. Die Ausbildung und Anordnung eines Joches 31 mit der Wicklungsspule 32 geht aus den Fig. 14 und 15 hervor. Die Blechpakete 29 führen je Pol den steuernden Fluß S axial und somit senkrecht zu dem gesteuerten Fluß G, wobei jedes Blechpaket 29 mit einem Anteil G/2 des gesteuerten Flusses G beaufschlagt ist.
Die Blechpakete 29 sind von dünnen, nichtmagnetisierbaren Schichten 30 umgeben, die einen Übertritt von Flußlinien des steuernden Flusses S in die Polschuhe 28 verhindern.
Obwohl der gesteuerte Fluß G nur einen Teil des Nutzflusses N bildet, ist die Steuerung trotzdem für den Gesamtfluß dadurch sehr wirksam, daß für den Restteil des Flusses (N ~ G) nur die neben den Blechpaketen 29 bleibenden schmalen Querschnitte der Polschuhe 28 zur Verfügung stehen, wodurch dieser Flußanteil sättigungsbegrenzt bleibt.
Die Fig. 16 und 17 zeigen eine Synchronmaschine mit einem permanentmagneterregten Läufer, deren Nutzfluß mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Anordnung steuerbar ist. In einem magnetisch leitfähigen Gehäuse 33 ist ein Ständerblechpaket34 mit einer Ständerwicklung 35 angeordnet. Der Läufer besteht aus geblechten, auf einer amagnetischen Welle 36 angeordneten Einzelpolen 37, die durch Bolzen 38 und gemeinsame amagnetischen Stirnplatten 39 zusammengehalten werden. Zwischen den Einzelpolen 37 befinden sich tangential wirkende, plattenförmige Permanentmagnete 40, von denen je zwei einen die Ständerwicklung 35 induzierenden Nutzfluß N sowie einen im Nebenschluß zu dem Nutzfluß N verlaufenden gesteuerten Fluß G führen. Die gesteuerten Flüsse G durchsetzen tangential die zwischen den Einzelpolen 37 als Steuerteile angeordneten Blechpakete 41, in denen sie mit den axial gerichteten steuernden Flüssen S überlagert werden. Die Blechpakete 41 sind durch dünne, nichtmagnetisierbare Schichten 42 von den Einzelpolen 37 getrennt und zusammen mit den Permanentmagneten 40 mittels der Keile 43 im Läufer befestigt. An jedem der magnetisch leitfähigen Lagerschilde45 ist ein Ringbandkern 44 konzentrisch zur Welle angeordnet.
Zumindest einer der Ringbandkerne 44 trägt eine die steuernden Flüsse S gemeinsam beeinflussende Wicklungsspule 45.
Die steuernden Flüsse S treten stirnseitig aus den Blechpaketen 41 über einen kleinen Luftspalt in den einen ruhenden Ringbandkern 44 ein, der sie gleichmäßig über seinen Umfang verteilt an den angrenzenden Lagerschild 45 leitet.
Von dort verlaufen die steuernden Flüsse S über das Gehäuse 33 und den zweiten Lagerschild zum anderen Ringbandkern, der sie stirnseitig an die vorbeirotierenden Blechpakete 41 abgibt. Es sei erwähnt, daß die Ringbandkerne zur Vermeidung von Wirbelströmen geblecht sind. Die Steuerung des Nutzflusses N beruht darauf, daß durch eine Veränderung des magnetischen Widerstandes in den Blechpaketen 41, die für den von den Permanentmagneten 40 erzeugten Magnetfluß einen Nebenschluß bilden, die Größe des über diesen Nebenschluß fließenden Flusses beeinflußt wird. Somit werden durch die erfindungsgemäße unmittelbare Steuerung des in dem Nebenschluß fließenden gesteuerten Flusses G auch die Nutzflüsse N mittelbar gesteuert. Werden beispielsweise die steuernden Flüsse G durch entsprechende Erregung der Wiclv1tlngen 46 tim Verschwinden gebracht, so bilden die BIehpakete 41 Last eilen magnet ischen Kurzschluß der Einzelpole 37. Die gesteuerten Flüsse G erreichen dadurch ein Maximum und die Nutzflüsse N gemäß der nunmehr sehr geringen magnetmotorischen Kraft der Permanentmagnete 40 einen Kleinstwert. Umgekehrt steigen die Nutzflüsse N auf einen Höchstwert, wenn die Blechpakete 41 durch die steuernden Flüsse voll gesättigt und damit die gesteuerten Flüsse G in dem Nebenschluß unterdrückt werden.
Die Fig. 18 und 19 zeigen eine erfindungsgemäße Anordnung zum Steuern eines Magnetflusses in Kombination mit einem permanentmagneterregten Lasthebemagneten. Zwischen einem rotationssymmetrischen Joch 47 und einem ringförmigen Polschuh 50 sind halbkreisförmige Schnittbandkerne 51 und 52 angeordnet, die eine gleichmäßig verteilte und daher nur wenig auftragende steuernde Ringwicklung 53 tragen. Die Schnittbandkerne 51 und 52 führen, über den Umfang geschlossen, den steuernden Fluß S und werden axial vom gesteuerten Fluß G' welcher den Nutzfluß darstellt, durchsetzt. Dieser Nutzfluß schließt sich über das Joch 47, den zentral angeordneten Permanentmagneten 49, den inneren Polschuh 48 und die magnetisierbare Last 55 zum äußeren Polschuh 50. Die Ringwicklung 53 wird zweckmäßig mit isolierten eisernen Profildrähten (siehe Fig. 10) ausgeführt, um den durch sie für den gesteuerten Fluß G gebildeten magnetischen Widerstand auf ein Mindestmaß zu beschränken. Wird durch entsprechende Erregung der Ringwicklung 53 der steuernde Fluß ausreichend verringert oder ganz zum Verschwinden gebracht, so bilden die Schnittbandkerne 51 und 52 keinen nennenswerten magnetischen Widerstand für den gesteuerten Fluß G und dieser erreicht damit die zum Anheben und Festhalten der Last erforderliche Größe. Werden hingegen die Schnittbandkerne 51 und 52 mittels der steuernden Ringwicklung 53 durch den steuernden Fluß S voll gesättigt, so wird der gesteuerte Fluß G auf einen sehr kleinen Restwert gedrosselt und die Last 55 somit freigegeben. Zwischen den Schnittbandkernen 51 und 52 sind kleine Luftspalte 54 vorgesehen, um, wie anhand von Fig. 3 erläutert, den Remanenzwert des steuernden Flusses asz bei stromloser Ringwicklung 53 auf ein solches Maß zu beschränken, daß keine Umpolung der Ringwicklung 53 erforderlich ist. Wird auf diese Luftspalte 54 verzichtet, so kann anstelle der beiden Schnittbandkerne 51 und 52 ein geschlossener Ringbandkern treten.
Bei einer achtpoligen Klauenpolmaschine nach den Fig. 20 und 21 ist in einem magnetisch leitfähigen Gehäuse 56 ein Ständerblechpaket 57 mit einer Ständerwicklung 58 untergebracht.
Der Läufer besteht aus zwei eisernen Klauenträgern 60 und 62 mit vier Klauen 61 und 63. Die Klauenträger 60 und 62 und ihre Klauen 61 und 63 sitzen auf einer amagnetischen Welle 59.
Zwischen je zwei benachbarten Klauen 61 und 63, die Gegenpole bilden, sind plattenförmige Permanentmagnete 64 angeordnet und durch Keile 65 festgehalten. Die Fig. 22 zeigt einen solchen Permanentmagneten 64 im Längsschnitt. Die an den Flanken einer Klaue anliegenden tangential wirkenden beiden Permanentmagnete 64 erzeugen zusammen den die Ständerwicklung 58 induzierenden Nutzfluß N des betreffenden Poles 61 und den im Nebenschluß zu dem Nutzfluß N verlaufenden gesteuerten Fluß G Dieser vereinigt sich im Klauenträger60 mit den gleichartigen gesteuerten Flüssen der drei übrigen Klauen 61, tritt dann stirnseitig aus diesem Klauenträger 60 aus und über einen kleinen Luftspalt in den am Lagerschild 68 angeordneten ruhenden Ringbandkern 66 ein, wird von diesem an den magnetisch leitfähigen Lagerschild 68 abgegeben, von dem er über das Gehäuse 56 und den anderen Lagerschild 69 mit dem an diesem vorgesehenen Ringbandkern 70 zum anderen Klauenträger 62 verläuft. Die beiden von den gesteuerten Flüssen G axial durchsetzten Ringbandkerne 66 und 70tragen gleichmäßig verteilte Ringwicklungen 67 bzw. 71, die jeweil den tangential gerichteten steuernden Fluß S beeinflussen. Mit Veränderung der auf diese Weise unmittelbar gesteuerten Flüsse G verändern sich gegensinnig auch die im magnetischen Nebenschluß verlaufenden Nutzflüsse N' die damit mittelbar gesteuert werden, wie bereits früher erläutert wurde. Fallsweise kann die Steuerung auch mit nur ei ncm ki ngbandkern, beispielsweise mit dem Ringbandkern 66 und dessen Ringwicklung 67 erfolgen. Der zweite Ringbandkern 70 bleibt dann unbewickelt und dient zur Leitung der gesteuerten Flüsse G Da die gesteuerten Flüsse G in dem Ringbandkern gleichmäßig verteilt sind, also keine Wirbelstromverluste verursachen können, kann dann der Ringbandkern 70 auch durch einen eisernen Massivring ersetzt und mit dem Lagerschild 69 vereinigt werden.
20 Patentansprüche 22 Figuren

Claims

Patentansprüche G Anordnung zum Steuern eines Magnetflusses, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Weg des gesteuerten Flusses (G) ein aus magnetisierbarem Werkstoff bestehendes Steuerteil (Abschnitt 2a) vorgesehen ist, in dem eine Überlagerung mit einem senkrecht zu ihm verlaufenden, durch elektrische Erregung beeinflußbaren steuernden Fluß ($) erfolgt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Teil des steuernden Flusses (S) von einer permanentmagnetischen Durchflutung seines Kreises hervorgerufen wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h -n e t durch eine derartige Ausbildung des den steuernden Fluß (S) führenden magnetischen Kreises, daß zumindest dessen auch vom gesteuerten Fluß (G) durchsetzter Steuerteil (Abschnitt 2a) mit geringem Durchflutungsaufwand in Richtung des steuernden Flusses (S) magnetisch sättigbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zumindest das auch vom gesteuerten Fluß (G) durchsetzte Steuerteil (Abschnitt 2a) des den steuernden Fluß (S) führenden magnetischen Kreises aus einem in Richtung dieses Flusses mit niedriger magnetischer Feldstärke sättigbaren Werkstoff besteht.
5. Anordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zumindest das auch vom gesteuerten Fluß (G) durchsetzte Steuerteil (Abschnitt 2a) des den steuernden Fluß (S) führenden magnetischen Kreises aus einem Werkstoff besteht, der in Richtung dieses Flusses eine möglichst rechteckige Hystereseschleife aufweist.
6. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der den steuernden Fluß (S) führende magnetische Kreis ganz durch magnetisierbaren Werkstoff geschlossen ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im magnetischen Kreis des steuernden Flusses (S) zumindest eine von diesem Fluß durchsetzte nichtmagnetisierbare Schicht (3a) vorgesehen ist.
8. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß zwischen dem oder den Steuerteilen (3) und den den gesteuerten Fluß (G) zu- und abführenden Teilen (6) nichtmagnetisierbare Schichten (7) angeordnet sind.
9. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Steuerteile geblecht sind.
10. Anordnung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Steuerteile aus vom steuernden Fluß () in ihrer Umfangsrichtung durchsetzten Ring- oder Schnittbandkernen bestehen.
11. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß den steuernden Fluß (S) beeinflussende Wicklungen (5, 20, 32, 46) außerhalb der Steuerteile (3, 14, 16, 29, 41) angeordnet sind.
12. Anordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß den steuernden Fluß (S) beeinflussende Wicklungen (10, 12, 53, 67, 71) zwischen den Steuerteilen (8, 51, 66, 70) und den den gesteuerten Fluß zu- und abführenden Teilen (11, 47, 48, 60, 68, 62, 69) verteilt angeordnet sind.
13. Anordnung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Wicklungen (12) aus einem aus magnetisierbarem Werkstoff bestehenden, vorzugsweise rechteckig profilierten Draht gebildet sind.
14. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß ein durch Uberlagerung mit einem steuernden Fluß (S) gesteuerter Fluß (G) nur als Teil eines Nutzflusses geführt ist.
15. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein durch Uberlagerung mit einem steuernden Fluß (S) gesteuerter Fluß (G) im magnetischen Nebenschluß zu einem Nutzfluß (N) geführt ist.
16. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche in einem mit einem Permanentmagneten (17) erregten Ständerpol einer elektrischen Maschine, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der den gesteuerten Fluß bildende Polfluß in im Polquerschnitt angeordneten Steuerteilen (14, 16) dem in diesen Steuerteilen (14, 16) in tangentialer Richtung geführten steuernden Fluß (S) überlagert ist.
17. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche im Ständer einer elektrischen Maschine, bei welchem Ständer zwischen den Pol schuhen (28) und dem Rückschlußjoch (24, 25) Permanentmagnete (26, 27) eingefügt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Steuerteile Blechpakete (29) vorgesehen sind, die von einem den gesteuerten Fluß (G) bildenden Teil des Nutzflusses (0N) durchsetzt sind und in axialer Richtung den steuernden Fluß (S) führen.
18. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche bei einer durch Permanentmagnete (40) läufererregten elektrischen Maschine, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zwischen benachbarten Einzelpolen (37) als Steuerteile Blechpakete (41) angeordnet sind, in denen je ein tangential im magnetischen Nebenschluß zum Nutzfluß der der Einzelpole (37) verlaufender gesteuerter Fluß mit einem axial gerichteten steuernden Fluß (S) überlagert ist und an jedem der beiden Lagerschilde (45) ein Ringbandkern (44) angebracht ist, durch den die steuernden Flüsse (S) aller Blechpakete (41) zusammengefaßt und an die mit dem Gehäuse (33) ihren magnetischen Kreis schließenden Lagerschilde (45) weitergeleitet sind und zumindest ein Ringbandkern (44) von einer die steuernden Flüsse (S) beeinflussenden konzentrischen Wicklung (46) umfaßt ist.
19. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche bei einer durch einen Permanentmagneten (49) erregten glockenförmigen Lasthebevorrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem Joch (47) und dem ringförmigen Polschuh (50) mit einer verteilten Ringwicklung (51) versehene und den von ihr beeinflußten steuernden Fluß (S) in Umfangsrichtung führende Schnittbandkerne (52, 53) als Steuerteile angeordnet sind, die auch von dem durch den zweiten Polschuh (48) und die jeweilige Last (55) verlaufenden gesteuerten Fluß (0G) durchsetzt sind.
20. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche bei einer durch mitrotierende Permanentmagnete (64) läufererregten Klauenpolmaschine, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß an den Lagerschilden (68, 69) je ein Ringbandkern (66, 70) als Steuerteil angebracht ist, von denen zumindest einer eine Ringwicklung (67) aufweist und in Umfangsrichtung den von ihr beeinflußten steuernden Fluß (S) führt und daß die die gegenpoligen Klauen (61 und 63) tragenden, auf einer amagnetischen Welle (59) sitzenden Klauenträger (60 und 62) stirnseitig den Stirnseiten der Ringbandkerne (66 und 67) so gegenüberliegen, daß sich ein zu den Nutzflüssen (N) der Pole im magnetischen Nebenschluß liegender gesteuerter Fluß (G) ausbilden kann, der aus der Stirnseite eines Klauenträgers (60) austretend und den zugeordneten Ringbandkern (66) axial durchsetzend, über den einen Lagerschild (68), das Gehäuse (56), den anderen Lagerschild (69) und den anderen Ringbandkern (70) in den anderen Klauenträger (62) stirnseitig eintritt.