DE4115887A1

DE4115887A1 - Permanent magnet rotor dynamoelectric machine - has rotor-coaxial stator coil with axial flux paths in rotor and stator

Info

Publication number: DE4115887A1
Application number: DE4115887A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Dr Te Auinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-05-28
Filing date: 1991-05-15
Publication date: 1991-12-05

Abstract

In the stator (13), coaxial to the rotor axis, at least one control coil (14) of circular form affects the magnetic flux of the opposite poles (N,S). For the differential flux passing through this control coil (14) flux paths are axially directed not only in the stator (13) but also in the rotor (11). At at least one ferromagnetic bearing housing (18) there is an external hook (17) at a small gap (16) from the rotor shaft, the control coil (22) being formed on the outer circumference of hook. Pref., there are hooks on each housing with corresp. control coils. ADVANTAGE - Useful flux altered simply to enable control or regulation for different loads or speeds.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine gemäß dem Ober begriff des Anspruches 1.The invention relates to an electrical machine according to the Ober Concept of claim 1.

Eine solche Maschine ist durch die Fig. 5 der DE-A-28 13 701 bekannt. Nachteilig bei solchen Maschinen ist der durch die Läuferbemessung festgelegte, praktisch konstante Magnetfluß, da hierdurch eine Anpassung an unterschiedliche Belastungs zustände und Betriebsdrehzahlen nicht ohne weiteres möglich ist. Sowohl als Bordnetzgeneratoren als auch in der Antriebs technik gewinnen Drehfeldmaschinen mit permanentmagneterregtem Läufer zunehmend an Bedeutung, da sie einige wesentliche Vor teile bieten. Der unbewickelte Läufer dieser Maschinen läßt sich gut für hohe Drehzahlen ausführen. Die heute verfügbaren Magnetwerkstoffe ermöglichen eine sehr hohe Maschinenaus nutzung. Da die Drehmomentbildung ohne Läuferströme erfolgt, entstehen mit Ausnahme parasitärer Zusatzverluste keine Läuferverluste. Damit wird eine Aufheizung des Läufers und der Lager vermieden. Außerdem besitzen diese Maschinen einen sehr guten Wirkungsgrad.Such a machine is known from FIG. 5 of DE-A-28 13 701. A disadvantage of such machines is the practically constant magnetic flux determined by the rotor design, since this means that adaptation to different loading conditions and operating speeds is not readily possible. Both as on-board electrical system generators and in drive technology, induction machines with a permanent magnet excited rotor are becoming increasingly important, as they offer some important advantages. The unwrapped rotor of these machines can be designed for high speeds. The magnetic materials available today enable very high machine utilization. Since the torque is generated without rotor currents, there are no rotor losses with the exception of additional parasitic losses. This prevents the rotor and the bearings from heating up. In addition, these machines are very efficient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß der die Ständerwick lung induzierende magnetische Nutzfluß auf einfache Weise verändert und damit eine entsprechende Steuerung bzw. Regelung für unterschiedliche Belastungen und/oder Betriebsdrehzahlen vorgenommen werden kann. The invention has for its object a machine Generic type so that the stator wick easy inducing magnetic flux changed and thus a corresponding control or regulation for different loads and / or operating speeds can be made.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die kennzeich nenden Merkmale des Anspruches 1. Durch die angegebenen Maßnah men gelingt es, mittels der Steuerspule den von den Permanent magneten herrührenden Nutzfluß und damit die Spannung, den Strom und/oder die Drehzahl der Maschine zu steuern.The problem is solved by the mark nenden features of claim 1. By the specified measure men succeeds, by means of the control coil, that of the permanent magnets originating useful flow and thus the tension Control the current and / or the speed of the machine.

Kleine Abmessungen und damit Materialeinsparungen für die Steuerspule lassen sich bei einer gemäß den Merkmalen des Anspruches 2 ausgestalteten Maschine erreichen.Small dimensions and thus material savings for the Control coil can be in accordance with the characteristics of the Claim 2 designed machine achieve.

Bei einer elektrischen Maschine, bei der der Läufer in minde stens zwei axial voneinander beabstandete Läuferabschnitte unterteilt ist und die unterschiedlich magnetisch bestückten ungleichnamigen Pole jedes Läuferabschnittes gegenüber dem benachbarten Läuferabschnitt geometrisch um eine Polteilung gegeneinander versetzt sind, wie dies aus der DE-A-14 88 733 (Fig. 2) bekannt ist, wird eine günstige Unterbringungsmög lichkeit für die Steuerspule dadurch geschaffen, daß auch der Ständer in eine der Anzahl der Läuferabschnitte entsprechende Anzahl von axial voneinander beabstandete Ständerabschnitte unterteilt ist und Steuerspulen in den zwischen den Ständer abschnitten bestehenden Zwischenräumen angeordnet sind.In an electrical machine in which the rotor is divided into at least two axially spaced rotor sections and the differently magnetically equipped non-identical poles of each rotor section are geometrically offset from one another by a pole pitch with respect to the adjacent rotor section, as is described in DE-A-14 88 733 ( Fig. 2) is known, a favorable Unterbringungsmög option for the control coil is created in that the stator is divided into a number of rotor sections corresponding to the number of axially spaced stator sections and control coils arranged in the gaps existing between the stator sections are.

Störende Unipolarflüsse und Wellenspannungen an den Lagerstel len lassen sich dadurch vermeiden, daß der Ständer und der Läu fer in eine ungerade Anzahl von Abschnitten unterteilt und die beiden äußeren Abschnitte jeweils halb so breit ausgebildet sind, wie der bzw. die zwischen ihnen liegenden Abschnitte und daß in jedem Zwischenraum zwischen den Ständerabschnitten eine Steuerspule angeordnet ist und die Steuerspulen abwechselnd gegensinnig durchflutet sind. Hierdurch ergibt sich ferner eine Reduzierung des axial über das Maschinengehäuse und die Läuferwelle zu führenden magnetischen Flusses, so daß deren Durchtrittsquerschnitte vermindert werden können. Die gleichen Vorteile werden auch erreicht, wenn an beiden Lagerschilden der Maschine symmetrisch zueinander angeordnete, gegensinnig durch flutete Steuerspulen vorgesehen sind. Disruptive unipolar flows and shaft voltages on the bearings len can be avoided that the stand and the Läu fer divided into an odd number of sections and the two outer sections each formed half as wide are like the section or sections between them that in each space between the stator sections Control coil is arranged and the control coils alternately are flooded in opposite directions. This also results a reduction in axially over the machine housing and the Rotor shaft leading magnetic flux, so that their Passage cross-sections can be reduced. The same Advantages are also achieved if the Machine arranged symmetrically to each other, in opposite directions flooded control coils are provided.

Die unterschiedliche Bestückung der ungleichnamigen Pole kann dadurch erreicht werden, daß nur einer der ungleichnamigen Pole mit Permanentmagneten bestückt und der andere als reiner Eisenpol ausgeführt ist. Es besteht auch die Möglichkeit die ungleichnamigen Pole mit Permanentmagneten unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften zu bestücken. Dabei sind die Permanentmagnete mit der geringeren magnetischen Stärke so gestaltet und angeordnet, daß der die Steuerspule durchsetzende Fluß eine Verstärkung dieser Magnete bewirkt.The different equipping of the poles of the same name can can be achieved in that only one of the poles of the same name equipped with permanent magnets and the other as pure Iron pole is executed. There is also the possibility of Poles of the same name with different permanent magnets magnetic properties. Here are the Permanent magnets with the lower magnetic strength like this designed and arranged that the passing through the control coil Flux strengthens these magnets.

Die gleiche Wirkung kann auch dadurch erreicht werden, daß zwischen den Läuferabschnitten und/oder den Ständerabschnitten axial magnetisierte Zusatzmagnete eingefügt sind oder auch dadurch, daß zwischen dem Außenumfang des Ständerblechpaketes und dem Gehäuse radial magnetisierte Zusatzmagnete angeordnet sind.The same effect can also be achieved in that between the rotor sections and / or the stand sections axially magnetized additional magnets are inserted or also characterized in that between the outer periphery of the stator core and the housing arranged radially magnetized additional magnets are.

Eine durch die Querkomponente der Ankerdurchflutung (Ankerrück wirkung) hervorgerufene Feldverzerrung läßt sich dadurch ver mindern, daß die Läuferpole in Querrichtung einen erhöhten ma gnetischen Widerstand aufweisen.One through the transverse component of the armature flooding (armature return effect) caused field distortion can be ver reduce that the rotor poles in the transverse direction an increased ma have magnetic resistance.

Die Erhöhung des magnetischen Widerstandes in Querrichtung läßt sich dadurch erreichen, daß die Läuferpole in Richtung des Haupt flusses verlaufende Schlitze aufweisen oder dadurch, daß die Läuferpole geblechte Läuferkerne aufweisen, bei denen zwischen den einzelnen Blechen amagnetische Schichten angeordnet sind. Solche Ausführungsformen des Läuferblechpaketes sind von Reluktanzmaschinen her bekannt.The increase in the transverse magnetic resistance leaves can be achieved by moving the rotor poles towards the head have flowing slots or in that the Rotor poles have laminated rotor cores, in which between the individual sheets are arranged in non-magnetic layers. Such embodiments of the rotor laminated core are from Reluctance machines known.

Die Wirkung eines Dämpferkäfigs läßt sich dadurch erzielen, daß die amagnetischen Schichten aus elektrisch gut leitendem Material bestehen.The effect of a damper cage can be achieved that the non-magnetic layers of good electrical conductivity Material.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie len wird die Erfindung nachfolgend erläutert.Based on exemplary embodiments shown in the drawing len, the invention is explained below.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Läufers mit gleicher Magnetbestückung aller Pole, Fig. 1 shows the basic structure of a rotor with the same magnetic poles of all the mounting,

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines Läufers mit unterschied licher Magnetbestückung der Pole, Fig. 2 shows the basic structure of a runner with different Licher magnet assembly of poles,

Fig. 3 einen Abschnitt einer zwei Ständer- und Läuferabschnitte aufweisenden vierpoligen elektrischen Maschine im Quer schnitt, Fig cut. 3 a section of a two stator and rotor sections having four-pole electric machine in the transverse,

Fig. 4 einen Längsschnitt einer zwei Ständer- und Läuferab schnitte aufweisenden vierpoligen elektrischen Maschine, wobei jeweils eine Hälfte der beiden Abschnitte um 90° in die Zeichnungsebene gedreht dargestellt ist, Fig. 4 shows a longitudinal section of an upright and two Läuferab sections having four-pole electrical machine, with one half of the two portions is shown rotated 90 ° into the plane of the drawing,

Fig. 5 magnetische Kennlinien zu den Läuferausführungen der Fig. 1-4, Fig. 5 magnetic characteristics to the rotor design guides of Figs. 1-4,

Fig. 6 die Abhängigkeit der magnetischen Flüsse bei verschie denen Belastungszuständen der Maschine von der Erreger durchflutung der Steuerspulen, Fig. 6 shows the dependence of the magnetic fluxes at which various load conditions of the engine of the excitation ampere-turns of the control coil,

Fig. 7 eine elektrische Maschine mit einer am Lagerschild angeordneten Steuerspule, Fig. 7 is an electrical machine having disposed on the end shield control coil,

Fig. 8 eine elektrische Maschine mit einem in jeweils drei Abschnitte unterteilten Ständer und Läufer, Fig. 8 is an electrical machine with a divided in three sections the stator and rotor,

Fig. 9 eine elektrische Maschine, bei der die ungleichnamigen Pole mit Permanentmagneten unterschiedlicher Stärke be stückt sind,9 is an electrical machine in which the opposite poles with permanent magnets of different strength be FIGS. Tee t,

Fig. 10 eine elektrische Maschine, bei der zwischen zwei Läu ferabschnitten ein axial magnetisierter Zusatzmagnet angeordnet ist, Fig. 10 is an electric machine, is arranged in between two Läu ferabschnitten an axially magnetized auxiliary magnet,

Fig. 11 die Abhängigkeit des magnetischen Flusses von der Erregerdurchflutung für eine elektrische Maschine nach der Fig. 9 bzw. 10, Fig. 11 shows the dependence of the magnetic flux from the excitation flux to an electric machine of FIG. 9 or 10,

Fig. 12 einen zweipoligen Läufer mit einem geblechten Läufer kern, Figure 12 core. A two-pole rotor with a laminated rotor,

Fig. 13 den zweipoligen Läufer im Schnitt entlang der Linie XIII-XIII in Fig. 12, Fig. 13 shows the two-pole rotor in a section along the line XIII-XIII in Fig. 12,

Fig. 14 den zweipoligen Läufer im Schnitt entlang der Linie XIV-XIV in Fig. 12, Fig. 14 shows the two-pole rotor in a section along the line XIV-XIV in Fig. 12,

Fig. 15 den zweipoligen Läufer im Schnitt entlang der Linie XV-XV in Fig. 12, Fig. 15 shows the two-pole rotor in a section along the line XV-XV in Fig. 12,

Fig. 16 einen vierpoligen Läufer mit einem geblechten Läufer kern, Figure 16 core. A four-pole rotor with a laminated rotor,

Fig. 17 den vierpoligen Läufer im Schnitt entlang der Linie XVII-XVII in Fig. 16, Fig. 17 shows the four-pole rotor in a section along the line XVII-XVII in Fig. 16,

Fig. 18 den vierpoligen Läufer im Schnitt entlang der Linie XVIII-XVIII in Fig. 16. Fig. 18 shows the four-pole rotor in a section along the line XVIII-XVIII in Fig. 16.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten vierpoligen Läufer 11 sind am Umfang Permanentmagnete 12 angeordnet, wobei alle Pole N und S in konventionaler Weise Permanentmagnete 12 mit gleicher magnetischer Stärke und gleicher radialer Dicke aufweisen.In the four-pole rotor 11 shown in FIG. 1, permanent magnets 12 are arranged on the circumference, all poles N and S in a conventional manner having permanent magnets 12 with the same magnetic strength and the same radial thickness.

Bei dem vierpoligen Läufer 11 nach Fig. 2 ist dagegen nur an einem (Pol N) von jeweils zwei ungleichnamigen Polen N bzw. S ein Permanentmagnet 12 angeordnet. Der andere Pol S wirkt als reiner Eisenpol.In contrast, in the four-pole rotor 11 according to FIG. 2, a permanent magnet 12 is arranged only on one (pole N) of two poles N or S of the same name. The other pole S acts as a pure iron pole.

Bei dieser Ausführungsform weisen die Permanentmagnete 12 die doppelte radiale Dicke auf, wie sie bei gleichmäßiger Bestückung aller Pole N und S gemäß Fig. 1 zur Erzeugung eines bestimmten magnetischen Flusses erforderlich wäre. Bei den Läuferausfüh rungen nach Fig. 1 und 2 liegt somit der gleiche Einsatz von Magnetmaterial vor.In this embodiment, the permanent magnets 12 have twice the radial thickness as would be required to generate a specific magnetic flux if all the poles N and S were evenly fitted as shown in FIG. 1. In the Läuferausfüh alloys in Fig. 1 and 2 is thus of the same before use of magnetic material.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine vierpolige elektrische Maschine, bei der sowohl der Ständer 13 als auch der Läufer 11 in jeweils zwei Ständerabschnitte 13a und 13b sowie Läuferabschnitte 11a und 11b unterteilt ist. Die beiden Läuferabschnitte 11a und 11b sind geometrisch um eine Polteilung, somit um 90°, gegeneinan der versetzt angeordnet, wobei im ersten Läuferabschnitt 11a die N-Pole und im zweiten Läuferabschnitt 11b die S-Pole mit Permanentmagneten 12 bestückt sind. In Fig. 4 ist in der rechten Figurenhälfte der obere mit einem Permanentmagneten 12 bestückte S-Pol des zweiten Läuferabschnittes 11b um 90° in die Zeich nungsebene gedreht. In der linken Figurenhälfte ist dagegen der untere unbestückte Eisenpol 14 des ersten Läuferabschnittes 11a um 90° in die Zeichnungsebene gedreht. Diese Darstellung wurde gewählt, um in einfacher Weise die gegenseitige Abhän gigkeit des die Permanentmagnete 12 durchsetzenden Flusses Φ₁, des die Eisenpole 14 durchsetzendes Φ₂ und des daraus resul tierenden Gehäuseflusses Φ_G proportional Φ₁-Φ₂, welcher eine zwischen den Ständerabschnitten 13a und 13b angeordnete Steuer spule 22 durchsetzt, zeigen zu können. In den eingezeichneten magnetischen Ersatzschaltbildern bedeuten R den auf den Luft spaltbereich konzentrierten magnetischen Widerstand je Pol, VE die magnetische Spannung der Steuerspule bezogen auf eine Maschinenhälfte. VA die magnetische Spannung der Längskompo nente der Ankerdurchflutung und VM die magnetische Spannung im Permanentmagneten. FIGS. 3 and 4 show a four-pole electric machine, in which both the stator 13 and the rotor 11 in each of two post sections 13 a and 13 b and the rotor sections 11 a and 11 b is divided. The two rotor sections 11 a and 11 b are geometrically offset by a pole pitch, thus 90 °, against each other, the N-poles in the first rotor section 11 a and the S-poles in the second rotor section 11 b being equipped with permanent magnets 12 . In Fig. 4 in the right half of the figure, the upper with a permanent magnet 12 equipped S-pole of the second rotor section 11 b is rotated by 90 ° in the drawing plane. In the left half of the figure, however, the lower bare iron pole 14 is rotated the first rotor section 11 a by 90 ° in the plane of the drawing. This representation has been chosen in a simple manner the mutual depen dependence of the permanent magnets 12 passes through flow Φ _1, the iron poles 14 by releasing Φ ₂ and the animal end housing flow resul therefrom Φ _G proportional Φ ₁ -Φ _2, which is a between the stator portions 13 a and 13 b arranged control coil 22 interspersed to show. In the magnetic equivalent circuit diagrams shown, R means the magnetic resistance per pole concentrated on the air gap area, VE the magnetic voltage of the control coil in relation to one machine half. VA the magnetic voltage of the longitudinal component of the armature flow and VM the magnetic voltage in the permanent magnet.

Anhand der in Fig. 5 dargestellten Magnetkennlinien soll die Wirkungsweise der Maschine erklärt werden. Der Übersichtlich keit halber werden dabei folgende Idealisierungen vorgenommen:The operation of the machine is to be explained on the basis of the magnetic characteristics shown in FIG . For the sake of clarity, the following idealizations are carried out:

1. Neglected leakage flux in the permanent magnets,
2. Unsaturated iron paths,
3. Straight magnetic characteristics and
4. same air gap resistances R for the magnet and Iron poland.

Zunächst wird eine Maschinenausführung ohne Flußsteuerung betrachtet. Die mit a bezeichnete Magnetkennlinie gilt für eine Maschine mit einer Magnetanordnung nach Fig. 1 und die mit b bezeichnete Magnetkennlinie für eine Magnetanordnung nach Fig. 2. Wegen der doppelten radialen Dicke der Permanentmagnete 12 weist die Magnetkennlinie b nur die halbe Steigung gegen über der Magnetkennlinie a auf. Mit Φ_R ist der Permanenzfluß, mit V_C die Koerzitivdurchflutung und mit Φ · R und Φ · 2R sind Luftspaltkennlinien bezeichnet, wobei die Kennlinie Φ · R für eine Maschine nach Fig. 1 und die Kennlinie Φ · 2R für eine Maschine nach Fig. 2 gilt. Die Schnittpunkte mit den Magnet kennlinien a und b ergeben die Arbeitspunkte 1 und 2, welche auf gleicher Ordinatenhöhe liegen. Die Magnetanordnungen nach Fig. 1 und 2 sind somit gleichwertig. Alle Pole werden dabei von einem gleichgroßen Fluß Φ₁=Φ₂ durchsetzt und für den Nutzfluß gilt Φ_N=Φ₁+Φ₂=2 Φ₁.First, a machine version without flow control is considered. The magnetic characteristic curve designated a applies to a machine with a magnet arrangement according to FIG. 1 and the magnetic characteristic curve designated b for a magnet arrangement according to FIG. 2. Because of the double radial thickness of the permanent magnets 12 , the magnetic characteristic curve b has only half the slope with respect to the magnetic characteristic curve a on. With Φ _R the permanent flux, with V _C the coercive flow and with Φ · R and Φ · 2R are air gap characteristics, whereby the characteristic Φ · R for a machine according to Fig. 1 and the characteristic Φ · 2R for a machine according to Fig. 2 applies. The intersections with the magnetic characteristics a and b result in the working points 1 and 2 , which are at the same ordinate height. The magnet arrangements according to FIGS. 1 and 2 are therefore equivalent. All poles are penetrated by an equally large flow Φ ₁ = Φ ₂ and for the useful flow gilt _N = Φ ₁ + Φ ₂ = 2 Φ ₁ .

Bei einer Unterteilung der elektrischen Maschine in mehrere Ständer- und Läuferabschnitte 13a und 13b bzw. 11a und 11b sowie dem entsprechenden Versatz der Läuferabschnitte 11a und 11b um eine Polteilung, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, ergibt sich eine andere Wirkungsweise der Maschine, die zur Fluß steuerung mittels der Steuerspule 22 genutzt werden kann.When the electrical machine is subdivided into a plurality of stator and rotor sections 13 a and 13 b or 11 a and 11 b and the corresponding offset of the rotor sections 11 a and 11 b by a pole pitch, as shown in FIGS. 3 and 4, results another mode of operation of the machine, which can be used for flow control by means of the control coil 22 .

Bei axialen Flußpfaden im Ständer und Läufer hat die Unter teilung des Läufers 11 in zwei Läuferabschnitte 11a und 11b zur Folge, daß ohne eine Zusatzerregung (VE=0) der Fluß nur über die mit Permanentmagneten 12 bestückten Pole verläuft, da er hier den geringsten magnetischen Widerstand vorfindet. Die Eisenpole 14 bleiben damit feldfrei. Für die Maschine nach Fig. 3 und 4 ergibt sich gemäß Fig. 5 bei stromloser Erregerspule 14, d. h. Zusatzerregung VE=0, durch den Schnittpunkt der Luftspaltkennlinie ΦR mit der Magnetkenn linie b der Arbeitspunkt 3 und damit ein Fluß Φ_i, der nur geringfügig größer ist als der Fluß Φ₁ für die Magnetanordnun gen gemäß den Fig. 1 und 2 in den Arbeitspunkten 1 und 2. Da die Eisenpole 14, wie bereits erläutert, feldfrei sind, ergibt sich für diese der Arbeitspunkt 4, d. h. Φ₂=0. Der Nutzfluß Φ_N =Φ₁+Φ₂ ist damit gleich dem Fluß Φ_i und somit nur etwa halb so groß wie der Fluß bei den Anordnungen nach den Fig. 1 und 2 ohne axiale Flußpfade. With axial flow paths in the stator and rotor, the subdivision of the rotor 11 into two rotor sections 11 a and 11 b has the consequence that without additional excitation (VE = 0) the flow only over the poles equipped with permanent magnets 12 , since he here the lowest magnetic resistance. The iron poles 14 thus remain field-free. For the machine according to FIGS. 3 and 4, according to FIG. 5, when the excitation coil 14 is de-energized, ie additional excitation VE = 0, through the intersection of the air gap characteristic curve ΦR with the magnetic characteristic line b the operating point 3 and thus a flux Φ _i , which is only slightly is greater than the flux Φ ₁ for the Magnetanordnun conditions according to FIGS. 1 and 2 in working points 1 and 2 . Since the iron poles 14 , as already explained, are field-free, the operating point 4 results for them, ie Φ ₂ = 0. The useful flux Φ _N = Φ ₁ + Φ ₂ is thus equal to the flux Φ _i and thus only about half as large as the flow in the arrangements of FIGS. 1 and 2 without axial flow paths.

Um auch in den Eisenpolen 12b die gleiche Flußführung wie in den mit Permanentmagneten 12 bestückten Polen zu erreichen, muß durch die Steuerspule 14 eine der der magnetischen Spannung VM der Permanentmagnete 12 entsprechende magnetische Spannung VE aufgebracht werden, so daß wieder der Arbeitspunkt 2 auf der Magnetkennlinie b erreicht wird. Damit ist der Fluß Φ₂ in den Eisenpolen 14 gleich dem Fluß Φ₁ durch die mit den Permanent magneten 12 bestückten Pole und somit der Nutzfluß Φ_N=Φ₁+Φ₂=2Φ₁. Der Gehäusefluß Φ_G der der Differenz der Flüsse Φ₁-Φ₂ proportional ist, wird in diesem Falle zu Null.In the iron poles 12 to b the same flux guide to reach as in the fitted with permanent magnet 12 poles, has one of the magnetic voltage VM of the permanent magnets 12 corresponding magnetic voltage VE to be applied by the control coil 14, so that again the operating point 2 on the Magnetic characteristic b is reached. So that the flow Φ ₂ in the iron poles 14 is equal to the flow Φ ₁ through the poles equipped with the permanent magnets 12 and thus the useful flow Φ _N = Φ ₁ + Φ ₂ = 2Φ ₁ . The case flux Φ _G, which is proportional to the difference between the fluxes Φ ₁ -Φ ₂ , becomes zero in this case.

Durch die bei Belastung der Maschine hinzukommende Ankerrück wirkung (VA=0) wird sowohl der Fluß Φ₁ durch die mit den Permanentmagneten 12 bestückten Magnetpole als auch der Fluß Φ₂ durch die Eisenpole 12b gemindert. Die Fig. 6 zeigt in der oberen Bildhälfte die prinzipielle Abhängigkeit der Flüsse Φ₁ und Φ₂ von der Erregerdurchflutung VE bei zunehmender Längs komponente VA der Ankerrückwirkung. Dabei gelten die mit 0 gekennzeichneten Kennlinien für den Leerlauf der Maschine und die mit 1 bis 4 gekennzeichneten Kennlinien für zunehmende Belastung der Maschine. In der unteren Bildhälfte der Fig. 6 sind die zugehörigen Verläufe für den Nutzfluß Φ_N=Φ₁+Φ₂ und der Gehäusefluß Φ_G proportional Φ₁-Φ₂ dargestellt. Wie er sichtlich, ändert sich der Nutzfluß Φ_N proportional mit der Erregerdurchflutung VE. Damit kann durch die von der Steuer spule 14 aufgebrachte Erregerdurchflutung VE der Nutzfluß Φ_N in einem weiten Bereich gesteuert werden. Der Gehäusefluß Φ_G hat jeweils bei Φ₁=Φ₂ den Wert Null. Bei verminderter Erregung durch die Steuerspule 14 verläuft er in positiver, bei erhöhter Erregung in negativer Zählrichtung.Due to the added armature reaction when the machine is loaded (VA = 0), both the flux Φ ₁ through the magnetic poles equipped with the permanent magnets 12 and the flux Φ ₂ through the iron poles 12 b are reduced. 6 shows in the upper half of the figure the basic dependency of the flows Φ ₁ and Φ ₂ on the excitation flow VE with increasing longitudinal component VA of the anchor reaction. The characteristic curves marked with 0 apply to the idling of the machine and the characteristic curves marked with 1 to 4 apply to the increasing load on the machine. In the lower half of FIG. 6, the associated curves for the useful flow Φ _N = Φ ₁ + Φ ₂ and the housing flow Φ _{G are shown} proportionally Φ ₁ -Φ ₂ . As he can see, the useful flow Φ _{N changes} proportionally with the excitation flow VE. This can be controlled by the control coil 14 applied exciter flow VE the useful flow Φ _N in a wide range. The case flow Φ _G has the value zero at Φ ₁ = Φ ₂ . With reduced excitation by the control coil 14 , it runs in the positive, with increased excitation in the negative counting direction.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer elektri schen Maschine mit erfindungsgemäßer Flußsteuerung. Die Steuer spule 22 ist bei dieser Maschine am Außenumfang eines die Läuferwelle 15 mit geringem radialen Abstand 16 umgebenden Innenkragens 17 seitlich am Lagerschild 18 angeordnet. Hierbei muß allerdings ein vergrößerter magnetischer Widerstand für den Gehäusefluß Φ_G Φ₁-Φ₂ in Kauf genommen werden. Es können auch, wie gestrichelt angedeutet, auf beiden Stirnseiten gegen sinnig zueinander durchflutete Steuerspulen 22 angeordnet werden, welche jeweils nur vom halben Gehäusefluß Φ_G durch setzt werden. Fig. 7 shows a further embodiment of an electrical machine's flow control according to the invention. The control coil 22 is in this machine on the outer circumference of a rotor shaft 15 with a small radial distance 16 surrounding inner collar 17 arranged laterally on the bearing plate 18 . However, an increased magnetic resistance for the housing flux Φ _G Φ ₁ -Φ ₂ must be accepted. It can also, as indicated by dashed lines, be arranged on both end faces against control coils 22 which are flooded with each other and which are each only penetrated by half the housing flux Φ _G.

Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschine ist in Fig. 8 dargestellt. Bei dieser Maschine sind der Stän der 13 und der Läufer 11 in jeweils drei Ständerabschnitte 13a, 13b, 13c und drei Läuferabschnitte 11a, 11b, 11c unterteilt. Die beiden äußeren Abschnitte 11a und 11c bzw. 13a und 13c sind dabei jeweils nur halb so breit ausgeführt, wie der jeweils mittlere Abschnitt 11b bzw. 13b. Im Ständer sind zwei gegensinnig durchflutete Steuerspulen 22 zwischen den entspre chenden Ständerabschnitten 13a und 13b bzw. 13b und 13c ange ordnet.Another embodiment of a machine according to the invention is shown in FIG. 8. In this machine, the stan 13 and the runner 11 are each divided into three stand sections 13 a, 13 b, 13 c and three runner sections 11 a, 11 b, 11 c. The two outer sections 11 a and 11 c or 13 a and 13 c are each only half as wide as the middle section 11 b or 13 b. In the stator, two oppositely flooded control coils 22 are arranged between the corresponding stator sections 13 a and 13 b or 13 b and 13 c.

Durch eine doppelseitige gegensinnige Erregung werden störende Unipolarflüsse und Wellenspannungen an den Lagerstellen ver mieden sowie der über das Ständergehäuse und die Läuferwelle 15 zu führende Fluß Φ_G halbiert. Damit sind entsprechend verrin gerte Durchtrittsquerschnitte bei den axialen Flußpfaden im Ständer und Läufer möglich.By means of double-sided excitation in the opposite direction, disruptive unipolar fluxes and shaft voltages at the bearing points are avoided and the flux Φ _{G to be} guided through the stator housing and the rotor shaft 15 is halved. Correspondingly reduced passage cross sections are possible with the axial flow paths in the stator and rotor.

Neben den bereits erläuterten Anordnungen mit jeweils nur einem einzelnen bzw. einer Gruppe von magnetisch parallel geschalteten Block- oder Schalenmagneten pro Polpaar sind auch Anordnungen möglich, die für die ungleichnamigen Pole jeweils unterschied liche Magnetkennlinien aufweisen. Dies trifft für die in Fig. 9 und 10 dargestellten Ausführungsformen von Läufern 11 zu. Bei der Läuferausführung nach Fig. 9 sind beispielsweise die die Nordpole N des Läufers 11 bildenden Permanentmagnete 12 in ihrer radialen Richtung wesentlich dicker, z. B. ca. 3 bis 4 mal so dick, wie die die Südpole S bildenden Permanentmagnete 19 ausgeführt. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Magnetkenn linien. Es können auch unterschiedliche Magnetwerkstoffe oder Magnete mit unterschiedlichen Eigenschaften eingesetzt werden. Die gleiche Wirkung ergibt sich, wenn zwischen den Läuferab schnitten 11a und 11b magnetisierte Zusatzmagnete 20 eingefügt werden.In addition to the arrangements already explained, each with only a single or a group of magnetically connected block or shell magnets per pole pair, arrangements are also possible which each have different magnetic characteristics for the poles of the same name. This applies to the embodiments of runners 11 shown in FIGS. 9 and 10. In the rotor embodiment shown in FIG. 9, the north poles N are for example of the rotor 11 forming the permanent magnets 12 in the radial direction thereof substantially thicker, for example. B. about 3 to 4 times as thick as the permanent magnets 19 forming the south poles S executed. This results in different magnetic characteristics. Different magnetic materials or magnets with different properties can also be used. The same effect results if sections 11 a and 11 b of magnetized additional magnets 20 are inserted between the rotor sections.

In Fig. 11 ist die Abhängigkeit der magnetischen Flüsse von der Erregerdurchflutung VE für die in den Fig. 9 und 10 dargestellten Magnetanordnungen aufgetragen. Φ₁ gibt den Fluß verlauf durch die Permanentmagnete 12 und Φ₂ den Flußverlauf durch die schwächeren Permanentmagnete 19 bzw. den oder die Zu satzmagnete 20 in Abhängigkeit von der Erregerdurchflutung VE bei Leerlauf der Maschine wieder. Φ_N ist wiederum der Nutzfluß, der der Summe von Φ₁+Φ₂ entspricht. Mit steigender Erreger durchflutung VE werden die stärkeren Permanentmagnete 12 zunehmend abmagnetisiert, die schwächeren Magnete 19, 20 dagegen aufmagnetisiert.In Fig. 11, the dependence of the magnetic fluxes from the excitation flux VE for the magnet arrangements shown in FIGS. 9 and 10 is plotted. Φ ₁ gives the flow through the permanent magnets 12 and Φ ₂ the flow through the weaker permanent magnets 19 and the one or more magnets 20 depending on the excitation flux VE when the machine is idling again. Φ _N is again the useful flow, which corresponds to the sum of Φ ₁ + Φ ₂ . With increasing excitation flow VE, the stronger permanent magnets 12 are increasingly demagnetized, while the weaker magnets 19 , 20 are magnetized.

Anstelle axial magnetisierter Zusatzmagnete 20 im Läufer 11 oder auch zusätzlich zu diesen, können entsprechende Magnete auch in axialer Richtung zwischen den Ständerabschnitten 13a und 13b oder auch radial am Außenumfang der Ständerblechpakete zwischen diesen und dem Ständergehäuse angeordnet werden.Instead of axially magnetized additional magnets 20 in the rotor 11 or in addition to these, corresponding magnets can also be arranged in the axial direction between the stator sections 13 a and 13 b or also radially on the outer circumference of the stator core assemblies between them and the stator housing.

Eine Verminderung der Feldverzerrung durch die Querkomponente der Ankerdurchflutung läßt sich durch entsprechende Gestaltung des Polsystems mit in Querrichtung erhöhtem magnetischem Wider stand erreichen. Eine solche Erhöhung des magnetischen Wider standes in Querrichtung ist durch in Richtung des Hauptflusses verlaufende Schlitze 21 bzw. eine entsprechende Blechung des Läuferkernes möglich. Besonders einfach realisierbar sind dabei parallel geblechte Läuferkerne für zwei oder vierpolige Maschinen. A reduction in the field distortion due to the transverse component of the armature flooding can be achieved by appropriate design of the pole system with increased magnetic resistance in the transverse direction. Such an increase in the magnetic resistance in the transverse direction is possible through slots 21 extending in the direction of the main flow or a corresponding laminating of the rotor core. Rotor cores laminated in parallel for two or four-pole machines are particularly easy to implement.

Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 12 bis 15 für eine zweipolige Maschine mit einem in zwei Läuferabschnitte 11a und 11b unterteilten Läufer dargestellt.A corresponding embodiment is shown in FIGS. 12 to 15 for a two-pole machine with a rotor divided into two rotor sections 11 a and 11 b.

Die Fig. 16 bis 18 zeigen ein entsprechendes Ausführungs beispiel für eine vierpolige Maschine. Hier ist die Blechung der beiden Läuferabschnitte 11a und 11b um 90° versetzt, wobei zwischen den beiden Läuferabschnitten 11a und 11b noch ein axial magnetisierter Zusatzmagnet 20 eingefügt ist. Wie sich aus den eingezeichneten Flußpfaden Φ erkennen läßt, verläuft der Hauptfluß bei einer derart modifizierten vierpoligen Maschine teilweise quer zu den Schlitzebenen. Figs. 16 to 18 show a corresponding execution example for a four pole machine. Here, the lamination of the two rotor sections 11 a and 11 b offset by 90 °, wherein between the two rotor sections 11 a and 11 b have an axially magnetized auxiliary magnet 20 is inserted. As can be seen from the flow paths Φ drawn in, the main flow in a four-pole machine modified in this way runs partly across the slot planes.

Die Schlitze 21 können mit elektrisch gut leitendem Material ausgefüllt werden, um die Wirkung eines Dämpferkäfigs zu er zielen. Desgleichen können die Eisenbleche des Läuferkernes auch mit Aluminium oder Kupfer beschichtet werden.The slots 21 can be filled with electrically highly conductive material in order to achieve the effect of a damper cage. The iron sheets of the rotor core can also be coated with aluminum or copper.

Claims

1. Electrical machine with a stand and a permanent magnet-equipped rotor, the poles of the same name (N, S) have different mounting with permanent magnets ( 12 ), characterized in that in the stand ( 13 ) coaxial to the rotor axis at least one of the magnetic fluxes (Φ ₁ or Φ ₂ ) of the poles of the same name (N, S) influencing the annular control coil ( 14 ) is arranged and for the differential flow (Φ ₁ -Φ ₂ ) penetrating this control coil ( 14 ) both in the stator ( 13 ) and in Runner ( 11 ) axially directed flow paths are provided.

2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that on at least one of the end plates made of ferromagnetic material ( 18 ) of the machine extend axially into the interior of the machine, the inner collar ( 17 ) at a small radial distance ( 16 ) to the shaft the rotor ( 11 ) is provided and the control coil ( 14 ) is arranged on the outer circumference of the inner collar ( 17 ).

3. Electrical machine according to claim 2, characterized in that control coils ( 22 ) which are arranged symmetrically to one another and are flooded in opposite directions are provided on both end shields.

4. Electrical machine according to claim 1, in which the rotor ( 11 ) is divided into at least two axially spaced rotor sections ( 11 a, 11 b) and which has a different equation with permanent magnets ( 12 ) having opposite poles (N, S ) each rotor section ( 11 a and 11 b) are geometrically offset from one another by a pole pitch with respect to the adjacent rotor section, as characterized in that the stator ( 13 ) has a number of axially corresponding to the number of rotor sections ( 11 a and 11 b) spaced apart stand sections ( 13 a and 13 b) is divided and control coils ( 14 ) are arranged in the spaces between the stand sections ( 13 a and 13 b).

5. Electrical machine according to claim 4, characterized in that the stator ( 13 ) and the rotor ( 11 ) divided into an odd number of sections ( 11 a to 11 c or 13 a to 13 c) and the two outer sections ( 11 a, 11 c and 13 a, 13 c) are each half as wide as the section or sections between them ( 11 b and 13 b) and that in each space between the stator sections ( 13 a to 13 c) a control coil ( 14 ) is arranged and the control coils ( 14 ) are alternately flooded in opposite directions.

6. Electrical machine according to one or more of the preceding claims 1 to 5, characterized in that each of the poles of the same name (N or S) is only equipped with permanent magnets ( 12 ).

7. Electrical machine according to one or more of the preceding claims 1 to 5, characterized in that poles of the same name (N or S) with permanent magnets ( 12 or 19 ) are equipped with different magnetic properties.

8. Electrical machine according to claim 4 or 5, characterized in that between the rotor sections ten ( 11 a, 11 b) and / or the stator sections ( 13 a, 13 b) axially magnetized additional magnets ( 20 ) is inserted.

9. Electrical machine according to one or more of the above going claims 1 to 8, characterized records that between the outer circumference of the stand laminated core and the stator housing radially magnetized Additional magnets are arranged.

10. Electrical machine according to one or more of the above going claims 1 to 9, characterized records that the rotor poles in the transverse direction have increased magnetic resistance.

11. Electrical machine according to claim 10, characterized in that the rotor poles have slots ( 21 ) extending in the direction of the main flow.

12. Electrical machine according to claim 10, characterized characterized that the rotor poles laminated Have rotor cores in which between the individual sheets non-magnetic layers are arranged.

13. Electrical machine according to claim 12, characterized characterized in that the non-magnetic layers consist of electrically good conductive material.