EP2499726A2 - Synchronous motor, in particular for battery operated vehicles - Google Patents

Synchronous motor, in particular for battery operated vehicles

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Publication number
EP2499726A2
EP2499726A2 EP10779476A EP10779476A EP2499726A2 EP 2499726 A2 EP2499726 A2 EP 2499726A2 EP 10779476 A EP10779476 A EP 10779476A EP 10779476 A EP10779476 A EP 10779476A EP 2499726 A2 EP2499726 A2 EP 2499726A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
yoke
synchronous motor
elements
permanent magnets
yoke element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10779476A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Onno Krah
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fachhochschule Koeln
Original Assignee
Fachhochschule Koeln
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fachhochschule Koeln filed Critical Fachhochschule Koeln
Publication of EP2499726A2 publication Critical patent/EP2499726A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
    • H02K21/022—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the relative position between field and armature, e.g. between rotor and stator
    • H02K21/025—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the relative position between field and armature, e.g. between rotor and stator by varying the thickness of the air gap between field and armature
    • H02K21/026—Axial air gap machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
    • H02K21/028—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the magnetic circuit within the field or the armature, e.g. by using shunts, by adjusting the magnets position, by vectorial combination of field or armature sections

Definitions

  • Synchronous motor in particular for battery-powered vehicles
  • the present invention relates to a synchronous motor, in particular for
  • battery-driven vehicles comprising a rotor with yoke elements, wherein the rotor comprises at least a first, permanent magnet bearing yoke member and a second, the first yoke member opposite, permanent magnets supporting yoke member, and with a stator which is arranged between the first and the second yoke member.
  • PMSM permanent-magnet synchronous motors
  • ASM asynchronous machine
  • Permanent magnets For synchronous motors, the magnetic flux is determined by the design. A high magnetic flux can be achieved by correspondingly strong permanent magnets, the efficiency at low
  • a special mode of operation in permanent magnetic synchronous machines is the so-called field weakening operation in which it can be operated with still acceptable losses.
  • the synchronous motor is designed with distributed windings and embedded magnets.
  • motors with concentrated windings, ie single-tooth windings, and surface magnets are easier to manufacture and, in addition, offer better efficiency due to the shorter winding ends.
  • the field weakening operation of the synchronous motor in comparison to the asynchronous machine is cumbersome. Above the nominal speed, the magnetic flux in the motor can be reduced with a negative magnetizing current (l d ). As a result, higher speeds are possible and the iron losses decrease. With the help of embedded magnets, this field-weakening current can indeed be reduced, however, remains a significant reactive current, which increases the construction output of the motor feeding the inverter and in the
  • Stator winding and the semiconductors of the inverter caused additional losses. These losses additionally reduce the efficiency of the overall system.
  • the magnetic flux is freely adjustable without the need for continuous power.
  • this can be used to set the magnetic flux, however, the motor has a very complex mechanical structure, since the rotor rotates at high speed. A possible mechanical structure is not specified in the patent.
  • the resulting magnetic flux is small depending on the orientation of the magnets, the iron leakage is high due to the stray magnetic field, so that the overall efficiency is again reduced.
  • a wheel hub drive is known from the manufacturer BionX under the Internet address www.bionx.ca, which has a arranged in the scar of the rear wheel permanently excited synchronous motor without gear and freewheel. This allows for energy recovery during braking but affects that
  • the basic idea of the present invention is to obtain the magnetic flux of a permanent-magnet synchronous motor absolute adjustable, so that depending on the speed and the operating state (eg freewheel), a certain magnetic flux can be adjusted without the need for continuous power has to be provided ,
  • the adjustability of the magnetic flux is achieved by a mechanical adjustment of at least one of the yoke elements relative to the or the other yoke element or
  • the yoke elements are part of the magnetic circuit, i. of the magnetic flux leading iron body of the synchronous motor and mechanically and magnetically connect the poles of the same.
  • the yoke elements can
  • This embodiment variant can be used in an axial flow motor in which the main magnetic field between the permanent magnets is parallel to the rotor axis.
  • the stator lying between the two yoke elements is also in this embodiment
  • the disc-shaped design of the yoke elements is particularly suitable for producing a Radnarbenmotors, since the axial extent of the synchronous motor can be chosen to be particularly small.
  • the yoke elements may be cylindrical, so that they form coaxial yoke cylinder.
  • the permanent magnets are located in this embodiment in the radial direction opposite, wherein between the permanent magnets rests a bell-shaped stator.
  • the synchronous motor according to the invention has at least two yoke elements, which lie opposite one another and respectively carry permanent magnets corresponding to the number of poles of the synchronous motor.
  • the number of poles may be any even number, for example, 4, 6, 8, 12, or 24.
  • the permanent magnets are evenly distributed along the circumference, i. arranged equidistantly.
  • Synchronous motor i. in the synchronous motor with disc-shaped yoke elements and with cylindrical yoke elements, two inventive
  • one of the yoke elements can be designed to be pivotable relative to the one or more other yoke elements with respect to the rotor axis by an angle, respectively to be pivoted.
  • pivoted or pivotable yoke element permanent magnets so causes the pivoting that the permanent magnets of the first and the second yoke element are no longer exactly opposite, but to the
  • the magnetic main flux between the permanent magnets then no longer runs axially parallel to the axis of rotation in the axial flux motor but at an angle to this. Accordingly, the main magnetic field between the opposing permanent magnets in the radial flux motor is not purely radial but partly on a secant of the cylindrical cross-section of the synchronous motor. In the two cases mentioned, the pivoting of the magnetic main field leads to an increase in the magnetic path length between the permanent magnets and to a
  • Verschwenkungswinkel ⁇ of 360 p is a compensation of the magnetic poles on the yoke elements, so that a flux minimum is achieved. For this reason, a pivoting angle ⁇ of 3607p is to be used preferably as maximum pivoting.
  • one of the yoke elements of the synchronous motor can be opposite to the one or the other
  • Yoke elements be linearly displaceable. This changes its distance from the other yoke elements. If a yoke element carrying permanent magnets is displaced linearly, the distance between the
  • Permanent magnets i. the magnetic gap changes. This leads to an enlargement or reduction of the magnetic path length. Since the air gap forms a magnetic resistance between the permanent magnets, also the linear displacement movement leads to a change of the magnetic
  • the linear displacement movement is particularly advantageous in the embodiment of the synchronous motor according to the invention with disc-shaped yoke elements, since the displacement movement can be realized here in a particularly simple way.
  • the movement takes place in this case parallel to the rotor axis.
  • the displacement movement can amount to at least one rotor length.
  • the synchronous motor according to the invention may comprise a third yoke element, relative to the other two yoke elements according to the first adjustment movement and / or the second
  • Adjustment movement is movable.
  • the first or the second yoke element is formed comparatively thin in cross section, so that the area between the permanent magnets can saturate.
  • the third yoke element can then be applied externally, for example, to this thin yoke element, wherein it increases in the applied state, the iron cross section of the thin yoke element and the magnetic flux at least partially takes over.
  • Flux minimum is then at the saturation limit of the thin yoke element.
  • This variant embodiment is advantageous due to the simple technical feasibility especially in the disc-shaped design of the yoke elements.
  • the third yoke element can be made pivotable relative to the other two yoke elements carrying permanent magnets.
  • the third yoke element bears against the thin yoke element and has recesses which reduce the yoke cross-section locally, so that the thickness of the third yoke element is reduced in the region of its recesses.
  • Recesses are the permanent magnet of the thin yoke element, i.
  • Yoke element may be opposite the thin yoke element at an angle
  • the recesses function in this embodiment as magnetic switches. They cause the thickness of the iron to be locally reduced for guiding the magnetic flux. Be the recesses of the third yoke element by the pivoting between the permanent magnets of the thin
  • the third yoke element becomes so pivoted relative to the thin yoke element that the recesses facing the permanent magnets of the thin yoke element, that are arranged behind these permanent magnets, carries the full iron cross section of the third yoke element at the location between the permanent magnets to
  • the pivotal movement of the third yoke element can be used both in a radial flux motor and in an axial flow motor.
  • the maximum pivotal movement in the third yoke cylinder 360 is 2p, where p is the number of permanent magnets of the thin yoke cylinder, so that the recesses can be pivoted from a central orientation to the permanent magnets to a position between the permanent magnets.
  • the third, recesses having yoke element may be disc-shaped in the Axialbauweise the synchronous motor, the recesses may then be annular segment in cross section.
  • the third, recesses having yoke element may be disc-shaped in the Axialbauweise the synchronous motor, the recesses may then be annular segment in cross section.
  • Yoke element in the radial construction of the synchronous motor according to the invention be cylindrical, wherein the recesses may then extend at least partially in the axial length of the third yoke element.
  • Synchronous motor in the axial design as well as a synchronous motor in radial design each cause either a pivoting movement in the circumferential direction or a linear displacement movement in the axial direction of the axial flux or radial direction in the radial flux motor adjustment of the magnetic flux, wherein for all these cases one of the permanent magnets bearing
  • Yoke elements can be adjusted relative to the or the other yoke elements or a third yoke element relative to the permanent bearing
  • Jochelementen can be adjusted, wherein the third yoke element can be applied to one of the other two yoke elements in the linear displacement movement, or in the alternative embodiment with pivoting recesses and bears against one of the other yoke elements, and wherein the other yoke element in this case as a thin disc or thin cylinder is formed.
  • two or more yoke elements may be adjustable in order to obtain greater flexibility for the adjustability of the magnetic flux.
  • a fourth yoke element may be present in the synchronous motor, which is also designed to be movable.
  • the synchronous motor can have means for adjusting the at least one yoke element with respect to the or the other yoke elements.
  • these means may comprise a servomotor, by means of which an adjustment can be achieved in a particularly simple way.
  • the stator can be made ironless in a development of the synchronous motor according to the invention.
  • Yoke elements relative to the or the other yoke elements is adjusted depending on the speed.
  • the magnetic flux can thereby according to the prescribed adjustment movement, i. by the pivoting movement of the at least one yoke element in
  • Circumferential direction or by a linear displacement movement thereof can be set. For example, at low speeds, i. low
  • Motor speeds of the magnetic flux can be set particularly high by the permanent magnets of the yoke elements are aligned at a pivot angle of 0 ° to each other, that in the same direction magnetized permanent magnets are exactly opposite, and by the third Jochzylinders this rests on the thin yoke cylinder outside and , in the case of existing recesses in the third yoke cylinder these to the
  • Permanent magnets of the thin yoke cylinder are centered. As a result, a high torque with relatively low power is possible.
  • the magnetic flux can be adjusted so that the efficiency of the entire system is maximum. additionally can continue to operate at high speeds, the permanent-magnet synchronous motor in the field weakening range. This is achieved by pivoting the yoke elements against each other in such a way that magnets magnetized in the same direction are not exactly opposite each other, a gap is formed between the thin and the third yoke element or the recesses of the third yoke element are pivoted between the permanent magnets of the thin yoke element. This enables operation with constant power and thus optimally utilizes the semiconductors of the inverter.
  • the magnetic flux can be minimized. This is achieved by maximum pivoting or shifting. This also reduces eddy current and iron losses to a minimum.
  • Synchronous motor also requires no freewheel, so that a return of the braking energy is possible.
  • FIG. 1 shows the synchronous motor 1 according to the invention in a sectional view along an axial plane of the rotor shaft 10.
  • the rotor has a first,
  • the stator 4 is connected to a flange 12 via a cylindrical base.
  • the first yoke ring 2 is in contrast rotatably connected to the rotor shaft 10 so that it rotates with the shaft.
  • the windings of the stator 4 are disc-shaped and preferably iron-free. Due to the ironless structure, the losses in the run-flat operation are minimal.
  • the magnetic flux which runs in the direction of the machine axis, is adjustable by the relative rotation of the two yoke rings 2, 3.
  • a flux maximum results when the permanent magnets magnetize the field in phase.
  • a rotation of the second yoke ring 3 by 30 ° results in the illustrated 12-pole machine by compensation a flux minimum.
  • a cylindrical cover 1 adjoins the radial end of the first yoke ring 2 along the circumference.
  • the second yoke ring 3 may be movably guided by the inside of the cover 11.
  • FIG. 1 shows a sectional view through a radial plane of the synchronous motor 1 according to Figure 1, wherein the radial plane through the permanent magnets 5 of the first yoke ring 2 extends.
  • twelve permanent magnets 5 are arranged in the circumferential direction and alternately axially opposite magnetized.
  • the synchronous motor thus has twelve poles.
  • Permanent magnets 5 is substantially annular segment-shaped, in particular trapezoidal, so that they are arranged equidistant from each other.
  • the second yoke ring 3 has one of the magnet arrangement of the yoke ring 2 corresponding
  • Permanent magnet 5 now no longer runs axially parallel to the rotor axis, but intersects the projection of the main magnetic flux on the rotor axis with this at an angle.
  • FIG. 4 shows a further embodiment variant of the synchronous motor 1 according to the invention in an axial construction, ie with a rotor axis 10 parallel to it
  • Figure 4 shows a sectional view of this synchronous motor 1 along an axial plane of the rotor shaft 10.
  • the third yoke ring 3 is designed to be displaceable in this embodiment, wherein it can perform a linear displacement movement in the axial direction. This is through
  • the second yoke 3 may be movably guided by the inside of the cover 11. For example, the outer circumference of the second yoke ring 3 eino in a toothing with the inside of the cover 11.
  • Figures 5 to 7 show an alternative engine variant in radial construction, in which the yoke elements 2, 3, 6 are cylindrical. While the
  • Jochiata 2, 3 in the figures 1 to 4 coaxial yoke rings 2, 3 are formed in the radial design of the synchronous motor according to the invention according to Figures 5 to 7, two coaxial yoke cylinder, of which a first, outer Jochzylinder 2 forms an external rotor and a second , inner yoke cylinder 3 represents an internal rotor.
  • Both yoke cylinders 2, 3 carry permanent magnets which are distributed equidistantly along the circumference, wherein the first yoke cylinder 2 on its inside and the second yoke cylinder 3 on its outside
  • Permanent magnets 5 carries.
  • FIG. 5 shows a pivoting of the inner yoke cylinder 2 with respect to the outer yoke cylinder 3 by an angle ⁇ .
  • the Winkelverschwenkung is 15 °, so that the center of the extension of the outer permanent magnets 5 in
  • Figure 6 shows a cross section of the synchronous motor according to Figure 4 along an axial plane through the rotor shaft 10.
  • the stator 4 is bell-shaped and engages between the two yoke cylinders 2, 3.
  • the outer yoke cylinder 2 is rotatably connected via a disc 13 with the rotor shaft 10.
  • the inner yoke cylinder 3 is also non-rotatably connected via the disc 13 with the rotor shaft 10, but can be pivoted relative to the disc 13 as in Figure 5 by an angle ⁇ .
  • FIG. 7 shows a further alternative embodiment variant of the synchronous motor according to the invention. This has three Jochzylinder 2, 3, 6, which are each arranged coaxially to the motor axis. The outer yoke cylinder 2 is in this
  • Embodiment designed so thin in its radial thickness that occurs between the permanent magnet 5 in forming the magnetic field saturation.
  • the third yoke cylinder 6 abuts the outside of the second yoke cylinder 2 directly, so that the effective cross section of the iron carrying the magnetic flux in the region between the outer permanent magnets is increased. The magnetic flux is thus partially guided in the outer yoke cylinder 2 and the third yoke cylinder 6.
  • the third yoke cylinder 6 also has
  • the recesses 7 extend at least partially in the axial direction of the third yoke cylinder 6 and are arranged equidistantly along the circumference of the yoke cylinder 6.
  • the third yoke cylinder 6 can be pivoted relative to the other two, permanent magnets 5 supporting yoke cylinders 2, 3 by an angle ⁇ .
  • the maximum radial thickness of the third Joch cylinder 6 stands for the magnetic return flow between circumferentially adjacent permanent magnets 5 for flux guidance, so that no premature saturation between the outer permanent magnets 5 occurs.
  • the third Joch cylinder 6 is pivoted by an angle of 15 ° relative to the outer, permanent magnets carrying yoke cylinder 2, the lie Recesses 7 just between the outer permanent magnet 5, so that only the minimum radial thickness of the third yoke cylinder 6 for the magnetic
  • the recesses 7 of the third yoke ring 6 thus represent a kind of magnetic switch, by means of which the magnetic flux can be influenced.

Abstract

The invention relates to a synchronous motor (1), in particular for battery operated vehicles, and a method for the operation thereof. The synchronous motor (1) according to the invention has a rotor having yoke elements (2, 3, 6), wherein the rotor comprises at least one first yoke element (2) carrying permanent magnets (5) and one second yoke element (3) which carries permanent magnets (5) and is opposite the first yoke element (2). According to the invention, a stator is (4) arranged between the first and second yoke elements (2, 3). At least one of the yoke elements (2, 3, 6) can be adjusted relative to the other yoke element(s) (2, 3, 6) such that the magnetic flux is altered. The adjustment is carried out in dependence of the rotational speed.

Description

Synchronmotor, insbesondere für batteriebetriebene Fahrzeuge  Synchronous motor, in particular for battery-powered vehicles
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Synchronmotor, insbesondere für The present invention relates to a synchronous motor, in particular for
batteriebetriebene Fahrzeuge, mit einem Rotor mit Jochelementen, wobei der Rotor zumindest ein erstes, Permanentmagnete tragendes Jochelement und ein zweites, dem ersten Jochelement gegenüberliegendes, Permanentmagnete tragendes Jochelement umfasst, und mit einem Stator, der zwischen dem ersten und dem zweiten Jochelement angeordnet ist. battery-driven vehicles, comprising a rotor with yoke elements, wherein the rotor comprises at least a first, permanent magnet bearing yoke member and a second, the first yoke member opposite, permanent magnets supporting yoke member, and with a stator which is arranged between the first and the second yoke member.
Für batteriebetriebene Fahrzeuge wie Elektrofahrräder, Rollstühle, Golfcarts oder auch elektrische Personenkraftwagen, werden elektrische Antriebe benötigt, die einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, so dass die batteriebetriebenen Fahrzeuge eine hohe Reichweite erreichen. Hierzu werden als Antriebe permanenterregte Synchronmotoren (PMSM), in der Regel elektronisch kommutierte Elektromotoren verwendet, die im Vergleich zur Asynchronmaschine (ASM) einen deutlich besseren Wirkungsgrad aufweisen, da weder ein Magnetisierungsstrom benötigt wird, noch ein Rotorschlupf auftritt. For battery-powered vehicles such as electric bicycles, wheelchairs, golf carts or electric passenger cars, electric drives are required, which have a high efficiency, so that the battery-powered vehicles reach a high range. For this purpose, permanent-magnet synchronous motors (PMSM), usually electronically commutated electric motors are used as drives, which in comparison to the asynchronous machine (ASM) have a significantly better efficiency, since neither a magnetizing current is needed, nor a rotor slip occurs.
Der Wirkungsgrad permanenterregter Synchronmotoren ist im Wesentlichen abhängig vom konstruktiven Aufbau des Motors und der Wahl der The efficiency of permanent magnet synchronous motors is essentially dependent on the structural design of the engine and the choice of
Permanentmagnete. Bei Synchronmotoren ist der magnetische Fluss durch die Konstruktion festgelegt. Ein hoher magnetischer Fluss kann durch entsprechend starke Dauermagnete erreicht werden, wobei der Wirkungsgrad bei niedrigen Permanent magnets. For synchronous motors, the magnetic flux is determined by the design. A high magnetic flux can be achieved by correspondingly strong permanent magnets, the efficiency at low
Drehzahlen steigt, da weniger drehmomentbildender (lq) Strom benötigt wird. Werden Speeds increase because less torque-forming (l q ) current is needed. Become
BESTÄTIGUNGSKOPIE dagegen schwächere Dauermagnete gewählt, verringert sich der magnetische Fluss, so dass die Eisenverluste bei höheren Drehzahlen geringer werden. Ferner lässt sich bei einer PMSM der magnetische Fluss auch mit einem feldbildenden Strom (ld) beeinflussen. Dies benötigt jedoch durch den bei PMSM typischen, relativ großen Luftspalt ständig nennenswert Strom und vermindert dadurch den Wirkungsgrad erheblich. CONFIRMATION COPY while weaker permanent magnets are chosen, the magnetic flux decreases, so that the iron losses are lower at higher speeds. Further, the magnetic flux can be influenced at a PMSM with a field-producing current (l d). However, due to the relatively large air gap typical of PMSM, this constantly requires a considerable amount of power and thus significantly reduces the efficiency.
Eine besondere Betriebsart ist bei permanentmagnetischen Synchronmaschinen der so genannte Feldschwächbetrieb, in dem sie mit noch vertretbaren Verlusten betrieben werden kann. Dies setzt voraus, dass der Synchronmotor mit verteilten Wicklungen und eingebetteten Magneten ausgeführt ist. Motoren mit konzentrierten Wicklungen, d.h. Einzelzahnwicklungen, und Oberflächenmagneten sind jedoch einfacher zu fertigen und bieten zusätzlich durch die kürzeren Wickelenden einen besseren Wirkungsgrad. Weiterhin ist der Feldschwächbetrieb beim Synchronmotor im Vergleich zur Asynchronmaschine umständlich. Oberhalb der Nenndrehzahl kann mit einem negativen Magnetisierungsstrom (ld) der magnetische Fluss im Motor verringert werden. Dadurch sind höhere Drehzahlen möglich und die Eisenverluste sinken. Mit Hilfe von eingebetteten Magneten kann dieser feldschwächende Strom zwar verringert werden, jedoch verbleibt ein nennenswerter Blindstrom, der die Bauleistung des den Motor speisenden Umrichters vergrößert und in der A special mode of operation in permanent magnetic synchronous machines is the so-called field weakening operation in which it can be operated with still acceptable losses. This assumes that the synchronous motor is designed with distributed windings and embedded magnets. However, motors with concentrated windings, ie single-tooth windings, and surface magnets are easier to manufacture and, in addition, offer better efficiency due to the shorter winding ends. Furthermore, the field weakening operation of the synchronous motor in comparison to the asynchronous machine is cumbersome. Above the nominal speed, the magnetic flux in the motor can be reduced with a negative magnetizing current (l d ). As a result, higher speeds are possible and the iron losses decrease. With the help of embedded magnets, this field-weakening current can indeed be reduced, however, remains a significant reactive current, which increases the construction output of the motor feeding the inverter and in the
Ständerwicklung und den Halbleitern des Umrichters zusätzliche Verluste verursacht. Diese Verluste vermindern den Wirkungsgrad des Gesamtsystems zusätzlich. Stator winding and the semiconductors of the inverter caused additional losses. These losses additionally reduce the efficiency of the overall system.
Bei Fahrrädern sind elektrische Antriebe (Pedelec) bekannt, bei denen ein Getriebe mit Freilauf verwendet wird. Dabei treibt ein bürstenloser Motor über ein eigenes Getriebe und über die vorhandene Kette das Hinterrad an. Eine Nabenschaltung oder Kettenschaltung bleibt Teil der Kraftübertragung. Ein derartiger Antrieb verhindert, dass das Fahrrad beim nichtelektrischen Betrieb im Freilauf abgebremst wird. Durch den Freilauf ist bei diesem Fahrradantrieb jedoch eine Nutzbremsung, auch Rekuperationsbremsung genannt, bei der die Bremsleistung zum Teil wieder in den Akku zugeladen werden kann, nicht möglich. Das zusätzliche Getriebe When bicycles electric drives (pedelec) are known in which a transmission is used with freewheel. A brushless motor drives the rear wheel via its own gearbox and via the existing chain. A hub gear or derailleur remains part of the power train. Such a drive prevents the bike is braked during non-electric operation in freewheeling. Due to the freewheel, however, a regenerative braking, also called recuperation braking, in which the braking power can be partially recharged into the battery, is not possible with this bicycle drive. The additional gear
vermindert den Wirkungsgrad erheblich. Der Freilauf führt zusätzlich dazu, dass entsprechend der Straßenverkehrsordnung ein zusätzlicher Dynamo für die reduces the efficiency considerably. The freewheel leads in addition to that according to the Highway Code an additional dynamo for the
Beleuchtung des Fahrrades erforderlich ist. Aus dem US-Patent 6,025,666 ist ein permanenterregter Synchronmotor bekannt, bei dem einzelne, runde Magnetstangen im Rotor axial drehbar angeordnet sind. Lighting the bike is required. From US Patent 6,025,666 a permanent magnet synchronous motor is known in which individual, round magnetic rods are arranged axially rotatably in the rotor.
Dadurch ist der magnetische Fluss frei einstellbar, ohne dass hierzu kontinuierlich Leistung benötigt wird. Zwar kann hierdurch der magnetische Fluss eingestellt werden, jedoch weist der Motor einen mechanisch äußerst komplexen Aufbau auf, da sich der Rotor mit hoher Geschwindigkeit dreht. Ein möglicher mechanischer Aufbau ist in dem Patent nicht näher angegeben. Je nach Ausrichtung der Magnete ist zwar der resultierende magnetische Fluss gering, jedoch sind durch das magnetische Streufeld die Eisenverluste hoch, so dass der Gesamtwirkungsgrad wiederum verringert ist.  As a result, the magnetic flux is freely adjustable without the need for continuous power. Although this can be used to set the magnetic flux, however, the motor has a very complex mechanical structure, since the rotor rotates at high speed. A possible mechanical structure is not specified in the patent. Although the resulting magnetic flux is small depending on the orientation of the magnets, the iron leakage is high due to the stray magnetic field, so that the overall efficiency is again reduced.
Weiter ist von dem Hersteller BionX unter der Internetadresse www.bionx.ca ein Radnabenantrieb bekannt, der einen in der Narbe des Hinterrades angeordneten permanenterregten Synchronmotor ohne Getriebe und Freilauf aufweist. Dies ermöglicht die Energierückgewinnung beim Bremsen, beeinflusst aber das Furthermore, a wheel hub drive is known from the manufacturer BionX under the Internet address www.bionx.ca, which has a arranged in the scar of the rear wheel permanently excited synchronous motor without gear and freewheel. This allows for energy recovery during braking but affects that
Fahrverhalten beim nichtelektrischen Betrieb, weil die Eisenverluste des Motors deutlich spürbare Bremsmomente verursachen. Driving behavior in non-electric operation, because the iron losses of the engine cause noticeable braking torques.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen permanenterregten It is therefore an object of the present invention is a permanent-magnet
Synchronmotor mit hohem Wirkungsgrad und einfachem mechanischen Aufbau bereitzustellen, bei dem der magnetische Fluss in Abhängigkeit der Drehzahlen und des Betriebszustandes frei einstellbar ist, ohne dass hierzu kontinuierlich Leistung benötigt wird. To provide synchronous motor with high efficiency and simple mechanical structure, in which the magnetic flux is freely adjustable depending on the speeds and the operating state, without the need for continuous power.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen formuliert. This object is solved by the features of claims 1 and 13. Advantageous developments of the invention are formulated in the subclaims.
Es wird ein Synchronmotor, insbesondere für batteriebetriebene Fahrzeuge It will be a synchronous motor, especially for battery-powered vehicles
vorgeschlagen, der einen Rotor mit Jochelementen und einen Stator aufweist, wobei der Rotor zumindest ein erstes, Permanentmagnete tragendes Jochelement und ein zweites, dem ersten Jochelement gegenüberliegendes, Permanentmagnete proposed, which has a rotor with yoke elements and a stator, wherein the rotor at least a first permanent magnet bearing yoke member and a second, the first yoke member opposite, permanent magnets
tragendes Jochelement umfasst, und der Stator zwischen dem ersten und dem zweiten Jochelement angeordnet ist, wobei zumindest eines der Jochelemente relativ gegenüber dem oder den anderen Jochelementen verstellbar ist. supporting yoke element, and the stator between the first and the second yoke element is arranged, wherein at least one of the yoke elements is adjustable relative to the one or more other yoke elements.
Die Verstellbarkeit der Jochelemente relativ zueinander bewirkt eine Änderung des magnetischen Kreises derart, dass die magnetische Weglänge des Hauptflusses sowie der effektive Querschnitt des magnetischen Flusses zwischen den The adjustability of the yoke elements relative to each other causes a change in the magnetic circuit such that the magnetic path length of the main flow and the effective cross section of the magnetic flux between the
gegenüberliegenden Permanentmagneten und/ oder der magnetische Widerstand im Kreis verändert wird. opposite permanent magnet and / or the magnetic resistance is changed in a circle.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, den magnetischen Fluss eines permanenterregten Synchronmotors betragsmäßig frei einstellbar zu erhalten, so dass in Abhängigkeit der Drehzahl und des Betriebszustandes (z.B. Freilauf) ein bestimmter magnetischer Fluss eingestellt werden kann, ohne dass hierzu kontinuierlich Leistung bereit gestellt werden muss. Die Einstellbarkeit des magnetischen Flusses erfolgt durch eine mechanische Verstellung zumindest eines der Jochelemente relativ gegenüber dem oder den anderen Jochelement bzw. The basic idea of the present invention is to obtain the magnetic flux of a permanent-magnet synchronous motor absolute adjustable, so that depending on the speed and the operating state (eg freewheel), a certain magnetic flux can be adjusted without the need for continuous power has to be provided , The adjustability of the magnetic flux is achieved by a mechanical adjustment of at least one of the yoke elements relative to the or the other yoke element or
Jochelementen des Synchronmotors. Yoke elements of the synchronous motor.
Die Jochelemente sind Teil des magnetischen Kreises, d.h. des den magnetischen Fluss führenden Eisenkörpers des Synchronmotors und verbinden mechanisch und magnetisch die Pole desselben miteinander. Die Jochelemente können The yoke elements are part of the magnetic circuit, i. of the magnetic flux leading iron body of the synchronous motor and mechanically and magnetically connect the poles of the same. The yoke elements can
scheibenförmig ausgebildet sein, so dass der Synchronmotor zwei sich koaxial gegenüberliegende Jochringe aufweist. Diese Ausführungsvariante kann bei einem Axialflussmotor verwendet werden, bei dem das magnetische Hauptfeld zwischen den Permanentmagneten parallel zur Rotorachse liegt. Der zwischen den beiden Jochelementen liegende Stator ist in dieser Ausführungsvariante ebenfalls be disc-shaped, so that the synchronous motor has two coaxial opposing yoke rings. This embodiment variant can be used in an axial flow motor in which the main magnetic field between the permanent magnets is parallel to the rotor axis. The stator lying between the two yoke elements is also in this embodiment
scheibenförmig ausgebildet, d.h. das die Statorwicklungen in einer zwischen den Jochringen angeordneten Statorscheibe liegen. Die scheibenförmige Ausbildung der Jochelemente eignet sich besonders zur Herstellung eines Radnarbenmotors, da die axiale Erstreckung des Synchronmotors besonders klein gewählt werden kann. disc-shaped, i. the stator windings lie in a stator disk arranged between the yoke rings. The disc-shaped design of the yoke elements is particularly suitable for producing a Radnarbenmotors, since the axial extent of the synchronous motor can be chosen to be particularly small.
In einer alternativen Ausführungsvariante können die Jochelemente zylinderförmig sein, so dass sie koaxiale Jochzylinder bilden. Die Permanentmagnete liegen sich in dieser Ausführungsvariante in radialer Richtung gegenüber, wobei zwischen den Permanentmagneten ein glockenankerförmiger Stator einliegt. In an alternative embodiment, the yoke elements may be cylindrical, so that they form coaxial yoke cylinder. The permanent magnets are located in this embodiment in the radial direction opposite, wherein between the permanent magnets rests a bell-shaped stator.
Der erfindungsgemäße Synchronmotor weist mindestens zwei Jochelemente auf, die sich gegenüberliegen und jeweils Permanentmagnete entsprechend er Anzahl der Pole des Synchronmotors tragen. Die Anzahl der Pole kann eine beliebige gerade Zahl sein, beispielsweise 4, 6, 8, 12 oder auch 24. Die Permanentmagnete sind entlang des Umfangs gleichmäßig verteilt, d.h. äquidistant angeordnet. The synchronous motor according to the invention has at least two yoke elements, which lie opposite one another and respectively carry permanent magnets corresponding to the number of poles of the synchronous motor. The number of poles may be any even number, for example, 4, 6, 8, 12, or 24. The permanent magnets are evenly distributed along the circumference, i. arranged equidistantly.
Bei beiden der vorgenannten Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen In both of the aforementioned embodiments of the invention
Synchronmotors, d.h. bei dem Synchronmotor mit scheibenförmigen Jochelementen und mit zylinderförmigen Jochelementen, können zwei erfindungsgemäße Synchronous motor, i. in the synchronous motor with disc-shaped yoke elements and with cylindrical yoke elements, two inventive
Verstellbewegung verwirklicht sein, die eine Änderung des magnetischen Flusses bewirken. Adjustment be realized that cause a change in the magnetic flux.
Gemäß der ersten Verstellbewegung kann eines der Jochelemente gegenüber dem oder den anderen Jochelementen in Bezug auf die Rotorachse um einen Winkel verschwenkbar ausgeführt sein respektive verschwenkt werden. Trägt das According to the first adjusting movement, one of the yoke elements can be designed to be pivotable relative to the one or more other yoke elements with respect to the rotor axis by an angle, respectively to be pivoted. Carries that
verschwenkte bzw. verschwenkbare Jochelement Permanentmagnete, so bewirkt die Verschwenkung, dass sich die Permanentmagnete des ersten und des zweiten Jochelements nicht mehr genau gegenüber liegen, sondern um den pivoted or pivotable yoke element permanent magnets, so causes the pivoting that the permanent magnets of the first and the second yoke element are no longer exactly opposite, but to the
Verschwenkwinkel in Umfangsrichtung versetzt sind. Der magnetische Hauptfluss zwischen den Permanentmagneten verläuft dann bei dem Axialflussmotor nicht mehr achsparallel zur Rotationsachse sondern winklig zu dieser. Entsprechend verläuft das magnetische Hauptfeld zwischen den gegenüberliegenden Permanentmagneten beim Radialflussmotor nicht rein radial sondern teilweise auf einer Sekante des zylinderförmigen Querschnitts des Synchronmotors. In den beiden genannten Fällen führt die Verschwenkung des magnetischen Hauptfeldes zu einer Vergrößerung der magnetischen Weglänge zwischen den Permanentmagneten sowie zu einer Verschwenkwinkel offset in the circumferential direction. The magnetic main flux between the permanent magnets then no longer runs axially parallel to the axis of rotation in the axial flux motor but at an angle to this. Accordingly, the main magnetic field between the opposing permanent magnets in the radial flux motor is not purely radial but partly on a secant of the cylindrical cross-section of the synchronous motor. In the two cases mentioned, the pivoting of the magnetic main field leads to an increase in the magnetic path length between the permanent magnets and to a
Verringerung des effektiven magnetischen Querschnitts des Hauptfeldes zwischen den Permanentmagneten. Reduction of the effective magnetic cross section of the main field between the permanent magnets.
Mit zunehmendem Verschwenkungswinkel des ersten und des zweiten Jochelements relativ zueinander wird der magnetische Fluss zunehmend verringert. Bei einem Synchronmotor mit p Polen bewirkt eine Verschwenkung um einen As the pivoting angle of the first and second yoke members relative to each other increases, the magnetic flux is increasingly reduced. At a Synchronous motor with p poles causes a pivot around one
Verschwenkungswinkel δ von 360 p eine Kompensation der auf den Jochelementen gegenüberliegenden magnetischen Pole, so dass ein Flussminimum erreicht wird. Aus diesem Grunde ist ein Verschwenkungswinkel δ von 3607p bevorzugt als maximale Verschwenkung zu verwenden. Verschwenkungswinkel δ of 360 p is a compensation of the magnetic poles on the yoke elements, so that a flux minimum is achieved. For this reason, a pivoting angle δ of 3607p is to be used preferably as maximum pivoting.
Gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Verstellbewegung, die alternativ oder in Kombination mit der ersten Verstellbewegung ausgeführt werden kann, kann eines der Jochelemente des Synchronmotors gegenüber dem oder den anderen According to the second adjusting movement according to the invention, which can be carried out alternatively or in combination with the first adjusting movement, one of the yoke elements of the synchronous motor can be opposite to the one or the other
Jochelementen linear verschiebbar sein. Hierdurch wird sein Abstand zu den anderen Jochelementen geändert. Wird dabei ein Permanentmagnete tragendes Jochelement linear verschoben, wird der Abstand zwischen den Yoke elements be linearly displaceable. This changes its distance from the other yoke elements. If a yoke element carrying permanent magnets is displaced linearly, the distance between the
Permanentmagneten, d.h. der magnetische Spalt verändert. Dies führt zu einer Vergrößerung oder Verkleinerung der magnetischen Weglänge. Da der Luftspalt zwischen den Permanentmagneten einen magnetischen Widerstand bildet, führt auch die lineare Verschiebebewegung zu einer Änderung des magnetischen Permanent magnets, i. the magnetic gap changes. This leads to an enlargement or reduction of the magnetic path length. Since the air gap forms a magnetic resistance between the permanent magnets, also the linear displacement movement leads to a change of the magnetic
Flusses. River.
Die lineare Verschiebebewegung ist insbesondere bei der Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Synchronmotors mit scheibenförmigen Jochelementen vorteilhaft, da die Verschiebebewegung hier auf besonders einfachem Wege realisiert werden kann. Die Bewegung erfolgt in diesem Fall parallel zur Rotorachse. Vorzugsweise kann die Verschiebebewegung mindestens eine Rotorlänge betragen. The linear displacement movement is particularly advantageous in the embodiment of the synchronous motor according to the invention with disc-shaped yoke elements, since the displacement movement can be realized here in a particularly simple way. The movement takes place in this case parallel to the rotor axis. Preferably, the displacement movement can amount to at least one rotor length.
Zusätzlich oder alternativ zu der Verstellbarkeit der beiden Permanentmagnete tragenden Jochelemente zueinander, kann der erfindungsgemäße Synchronmotor ein drittes Jochelement aufweisen, das relativ gegenüber den anderen beiden Jochelementen gemäß der ersten Verstellbewegung und/ oder der zweiten Additionally or alternatively to the adjustability of the two permanent magnets supporting yoke elements to each other, the synchronous motor according to the invention may comprise a third yoke element, relative to the other two yoke elements according to the first adjustment movement and / or the second
Verstellbewegung beweglich ist. In dieser Ausführungsvariante ist das erste oder das zweite Jochelement im Querschnitt vergleichsweise dünn ausgebildet, so dass der Bereich zwischen den Permanentmagneten in Sättigung treten kann. Das dritte Jochelement kann dann beispielsweise an dieses dünne Jochelement außen anlegbar sein, wobei es im angelegten Zustand den Eisenquerschnitt des dünnen Jochelements vergrößert und den magnetischen Fluss zumindest teilweise übernimmt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird als„außen anliegend" diejenige Seite des dünnen Jochelementes bezeichnet, die den Permanentmagneten abgewandt ist, bzw. den magnetischen Rückschluss führt. Das Anliegen des dritten Jochelementes an das dünne Jochelement bewirkt demnach, dass der magnetische Fluss teilweise in dem dünnen Jochelement und teilweise in dem dritten Jochelement geführt ist. Durch eine lineare Bewegung des dritten Jochelementes weg von dem dünnen Jochelement entsteht zwischen ihnen ein einen magnetischen Widerstand bildenden Luftspalt, der magnetische Widerstand wird mit zunehmendem Abstand größer, so dass der Fluss mit zunehmendem Abstand schwächer wird. Das Adjustment movement is movable. In this embodiment, the first or the second yoke element is formed comparatively thin in cross section, so that the area between the permanent magnets can saturate. The third yoke element can then be applied externally, for example, to this thin yoke element, wherein it increases in the applied state, the iron cross section of the thin yoke element and the magnetic flux at least partially takes over. For the purposes of the present invention, that side of the thin yoke element which faces away from the permanent magnet or leads to the magnetic inference is referred to as "externally located." Accordingly, the abutment of the third yoke element with the thin yoke element causes the magnetic flux to flow partially in the yoke element By a linear movement of the third yoke element away from the thin yoke element, a magnetic resistance forming air gap is formed between them, the magnetic resistance increases with increasing distance, so that the flux becomes weaker with increasing distance will
Flussminimum liegt dann bei der Sättigungsgrenze des dünnen Jochelements. Auch diese Ausführungsvariante ist aufgrund der einfachen technischen Realisierbarkeit besonders bei der scheibenförmigen Ausführung der Jochelemente vorteilhaft. Flux minimum is then at the saturation limit of the thin yoke element. This variant embodiment is advantageous due to the simple technical feasibility especially in the disc-shaped design of the yoke elements.
Alternativ zu oder in Kombination mit der linearen Verschiebebewegung kann das dritte Jochelement gegenüber den anderen beiden, Permanentmagnete tragenden Jochelementen verschwenkbar ausgeführt sein. In dieser Weiterbildung der As an alternative to or in combination with the linear displacement movement, the third yoke element can be made pivotable relative to the other two yoke elements carrying permanent magnets. In this further development the
Erfindung liegt das dritte Jochelement an dem dünnen Jochelement an und weist Ausnehmungen auf, die den Jochquerschnitt lokal verringern, so dass die Dicke des dritten Jochelements im Bereich ihrer Ausnehmungen verringert ist. Die Invention, the third yoke element bears against the thin yoke element and has recesses which reduce the yoke cross-section locally, so that the thickness of the third yoke element is reduced in the region of its recesses. The
Ausnehmungen sind den Permanentmagneten des dünnen Jochelementes, d.h. Recesses are the permanent magnet of the thin yoke element, i.
desjenigen, an dem das dritte Jochelement anliegt, zugeordnet. Das dritte the one to which the third yoke element abuts assigned. The third
Jochelement kann gegenüber dem dünnen Jochelement um einen Winkel Yoke element may be opposite the thin yoke element at an angle
verschwenkt werden, so dass die Ausnehmungen des dritten Jochelementes zwischen den Permanentmagneten des dünnen Jochelementes positioniert werden können. be pivoted so that the recesses of the third yoke element between the permanent magnets of the thin yoke element can be positioned.
Die Ausnehmungen funktionieren in dieser Ausführungsvariante wie magnetische Schalter. Sie bewirken, dass die Dicke des Eisens für die Führung des magnetischen Flusses lokal reduziert wird. Werden die Ausnehmungen des dritten Jochelementes durch dessen Verschwenkung zwischen die Permanentmagnete des dünnen The recesses function in this embodiment as magnetic switches. They cause the thickness of the iron to be locally reduced for guiding the magnetic flux. Be the recesses of the third yoke element by the pivoting between the permanent magnets of the thin
Jochelementes gebracht, trägt das Eisen des dritten Jochelementes nur minimal zur Vergrößerung des Eisenquerschnitts zwischen den Permanentmagneten bei, so dass der lokale Sättigungseffekt zwischen den Permanentmagneten weiterhin vorliegt und der magnetische Fluss reduziert ist. Wird das dritte Jochelement dagegen derart gegenüber dem dünnen Jochelement verschwenkt, dass die Ausnehmungen den Permanentmagneten des dünnen Jochelementes gegenüberliegen, d.h. hinter diesen Permanentmagneten angeordnet sind, trägt der volle Eisenquerschnitt des dritten Jochelementes an der Stelle zwischen den Permanentmagneten zur Jochelementes brought, contributes the iron of the third yoke element only minimally to increase the iron cross-section between the permanent magnets, so that the local saturation effect between the permanent magnet is still present and the magnetic flux is reduced. On the other hand, the third yoke element becomes so pivoted relative to the thin yoke element that the recesses facing the permanent magnets of the thin yoke element, that are arranged behind these permanent magnets, carries the full iron cross section of the third yoke element at the location between the permanent magnets to
Vergrößerung des Eisenquerschnitts des dünnen Jochelements bei, so dass der magnetische Fluss sich ungeschwächt von beiden Jochelementen je anteilig geführt werden kann bzw. wird. Die Schwenkbewegung des dritten Jochelements kann sowohl bei einem Radialflussmotor als auch bei einem Axialflussmotor eingesetzt werden. Vorzugsweise beträgt die maximale Schwenkbewegung bei dem dritten Jochzylinder 360 2p, wobei p die Anzahl der Permanentmagnete des dünnen Jochzylinders ist, so dass die Ausnehmungen von einer mittigen Ausrichtung zu den Permanentmagneten in eine Position zwischen die Permanentmagnete verschwenkt werden können. Magnification of the iron cross-section of the thin yoke element, so that the magnetic flux can be guided unattenuated by two yoke elements each proportionally or is. The pivotal movement of the third yoke element can be used both in a radial flux motor and in an axial flow motor. Preferably, the maximum pivotal movement in the third yoke cylinder 360 is 2p, where p is the number of permanent magnets of the thin yoke cylinder, so that the recesses can be pivoted from a central orientation to the permanent magnets to a position between the permanent magnets.
Das dritte, Ausnehmungen aufweisende Jochelement kann in der Axialbauweise des Synchronmotors scheibenförmig ausgebildet sei, wobei die Ausnehmungen dann im Querschnitt kreisringsegmentförmig sein können. Alternativ kann das dritte The third, recesses having yoke element may be disc-shaped in the Axialbauweise the synchronous motor, the recesses may then be annular segment in cross section. Alternatively, the third
Jochelement in der Radialbauweise des erfindungsgemäßen Synchronmotors zylinderförmig ausgebildet sein, wobei sich die Ausnehmungen dann zumindest teilweise in der axialen Länge des dritten Jochelementes erstrecken können. Yoke element in the radial construction of the synchronous motor according to the invention be cylindrical, wherein the recesses may then extend at least partially in the axial length of the third yoke element.
Gemäß der vorhergehenden Erläuterungen kann daher sowohl bei einem According to the preceding explanations, therefore, both in a
Synchronmotor in axialer Bauweise als auch bei einem Synchronmotor in radialer Bauweise jeweils entweder eine Verschwenkbewegung in Umfangsrichtung oder eine lineare Verschiebebewegung in axialer Richtung beim Axialflussmotor oder radialer Richtung beim Radialflussmotor eine Einstellung des magnetischen Flusses bewirken, wobei für alle diese Fälle eines der Permanentmagnete tragenden Synchronous motor in the axial design as well as a synchronous motor in radial design each cause either a pivoting movement in the circumferential direction or a linear displacement movement in the axial direction of the axial flux or radial direction in the radial flux motor adjustment of the magnetic flux, wherein for all these cases one of the permanent magnets bearing
Jochelemente gegenüber dem oder den anderen Jochelementen verstellt werden kann oder ein drittes Jochelement gegenüber den Permanente tragenden Yoke elements can be adjusted relative to the or the other yoke elements or a third yoke element relative to the permanent bearing
Jochelementen verstellt werden kann, wobei das dritte Jochelement an einem der anderen beiden Jochelemente bei der linearen Verschiebebewegung anlegbar ist, oder in der alternativen Ausführungsvariante mit Schwenkbewegung Ausnehmungen aufweist und an einem der anderen Jochelemente anliegt, und wobei das andere Jochelement in diesem Fall als dünne Scheibe oder dünner Zylinder ausgebildet ist. Es sei angemerkt, dass auch zwei oder mehr Jochelemente verstellbar sein können, um eine größere Flexibilität für die Einstellbarkeit des magnetischen Flusses zu erhalten. Ferner kann auch ein viertes Jochelement bei dem Synchronmotor vorhanden sein, das ebenfalls beweglich ausgeführt ist. Jochelementen can be adjusted, wherein the third yoke element can be applied to one of the other two yoke elements in the linear displacement movement, or in the alternative embodiment with pivoting recesses and bears against one of the other yoke elements, and wherein the other yoke element in this case as a thin disc or thin cylinder is formed. It should be noted that also two or more yoke elements may be adjustable in order to obtain greater flexibility for the adjustability of the magnetic flux. Furthermore, a fourth yoke element may be present in the synchronous motor, which is also designed to be movable.
Erfindungsgemäß kann der Synchronmotor Mittel zur Verstellung des zumindest einen Jochelements gegenüber dem oder den anderen Jochelementen aufweisen. Beispielsweise können diese Mittel einen Stellmotor umfassen, mittels welchem eine Verstellung auf besonders einfachem Wege erreichbar ist. According to the invention, the synchronous motor can have means for adjusting the at least one yoke element with respect to the or the other yoke elements. For example, these means may comprise a servomotor, by means of which an adjustment can be achieved in a particularly simple way.
Zur Verringerung der Eisenverluste, kann der Stator in einer erfindungsgemäßen Weiterbildung des Synchronmotors eisenlos ausgeführt sein. In order to reduce the iron losses, the stator can be made ironless in a development of the synchronous motor according to the invention.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben eines Synchronmotors der vorbeschriebenen Art vorgeschlagen, bei dem zumindest eines der Furthermore, a method for operating a synchronous motor of the type described above is proposed according to the invention, in which at least one of
Jochelemente gegenüber dem oder den anderen Jochelementen in Abhängigkeit der Drehzahl verstellt wird. Yoke elements relative to the or the other yoke elements is adjusted depending on the speed.
Der magnetische Fluss kann dabei gemäß der vorgeschriebenen Verstellbewegung, d.h. durch die Verschwenkbewegung des zumindest einen Jochelements in The magnetic flux can thereby according to the prescribed adjustment movement, i. by the pivoting movement of the at least one yoke element in
Umfangsrichtung oder durch eine lineare Verschiebebewegung desselben eingestellt werden. So kann beispielsweise bei geringen Drehzahlen, d.h. geringen Circumferential direction or by a linear displacement movement thereof can be set. For example, at low speeds, i. low
Motorgeschwindigkeiten der magnetische Fluss besonders hoch eingestellt werden, indem die Permanentmagnete der Jochelemente bei einem Schwenkwinkel von 0° derart zueinander ausgerichtet sind, dass sich in gleicher Richtung magnetisierte Permanentmagnete genau gegenüberliegen, und indem bei Verwendung eines dritten Jochzylinders dieser an dem dünnen Jochzylinder außen anliegt und, im Falle vorhandener Ausnehmungen im dritten Jochzylinder diese zu den Motor speeds of the magnetic flux can be set particularly high by the permanent magnets of the yoke elements are aligned at a pivot angle of 0 ° to each other, that in the same direction magnetized permanent magnets are exactly opposite, and by the third Jochzylinders this rests on the thin yoke cylinder outside and , in the case of existing recesses in the third yoke cylinder these to the
Permanentmagneten des dünnen Jochzylinders mittig ausgerichtet sind. Dadurch wird ein hohes Drehmoment mit relativ geringem Strom möglich. Permanent magnets of the thin yoke cylinder are centered. As a result, a high torque with relatively low power is possible.
Weiterhin kann bei mittleren Drehzahlen der magnetische Fluss so eingestellt werden, dass der Wirkungsgrad des gesamten Systems maximal wird. Zusätzlich kann weiterhin bei hohen Drehzahlen der permanenterregte Synchronmotor im Feldschwächbereich betrieben werden. Dies wird durch eine Verschwenkung der Jochelemente derart gegeneinander erreicht, dass sich in gleicher Richtung magnetisierte Permanentmagnete nicht genau gegenüberliegen, ein Spalt zwischen dem dünnen und dem dritten Jochelement gebildet wird oder die Ausnehmungen des dritten Jochelements zwischen die Permanentmagnete des dünnen Jochelements verschwenkt werden. Dies ermöglicht einen Betrieb mit konstanter Leistung und nutzt dadurch die Halbleiter des Umrichters optimal aus. Furthermore, at medium speeds, the magnetic flux can be adjusted so that the efficiency of the entire system is maximum. additionally can continue to operate at high speeds, the permanent-magnet synchronous motor in the field weakening range. This is achieved by pivoting the yoke elements against each other in such a way that magnets magnetized in the same direction are not exactly opposite each other, a gap is formed between the thin and the third yoke element or the recesses of the third yoke element are pivoted between the permanent magnets of the thin yoke element. This enables operation with constant power and thus optimally utilizes the semiconductors of the inverter.
Im Leerlauf kann des Weiteren der magnetische Fluss minimiert werden. Dies wird durch eine maximale Verschwenkung oder Verschiebung erreicht. Dadurch werden die Wirbelstrom- und Eisenverluste ebenfalls auf ein Minimum reduziert. At idle, further, the magnetic flux can be minimized. This is achieved by maximum pivoting or shifting. This also reduces eddy current and iron losses to a minimum.
Durch den erfindungsgemäßen Synchronmotor kann ein unmittelbarer Betrieb an einem Fahrzeug ohne Getriebe realisiert werden, so dass keine By the synchronous motor according to the invention, a direct operation can be realized on a vehicle without transmission, so that no
Wirkungsgradverluste durch ein Getriebe entstehen. Der erfindungsgemäße Efficiency losses caused by a transmission. The inventive
Synchronmotor benötigt ferner keinen Freilauf, so dass eine Rückspeisung der Bremsenergie möglich ist. Bei einer Verwendung des Synchronmotors bei Synchronous motor also requires no freewheel, so that a return of the braking energy is possible. When using the synchronous motor at
Fahrrädern ist dadurch kein zusätzlicher Dynamo erforderlich. Bicycles are thus no additional dynamo required.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert. Further advantages and features of the invention will be explained with reference to the following description of exemplary embodiments with reference to FIGS.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 : Axialer Querschnitt durch Axialflussmotor Figur 2: Radialer Querschnitt durch Axialflussmotor Figure 1: Axial cross section through Axialflussmotor Figure 2: Radial cross section through Axialflussmotor
Figur 3: Radialer Querschnitt durch Axiaiflussmotor mit Winkelversatz zwischen Figure 3: Radial cross section through Axiaiflussmotor with angular offset between
Jochringen  yoke rings
Axialer Querschnitt durch Axialflussmotor mit linear verschiebbarem Jochring Figur 5: Radialer Querschnitt durch Radialflussmotor mit Winkelversatz zwischen Jochzylindern Axial cross section through axial flux motor with linearly displaceable yoke ring Figure 5: Radial cross section through radial flux motor with angular offset between yoke cylinders
Figur 6: Axialer Querschnitt durch Radialflussmotor Figure 6: Axial cross section through radial flux motor
Figur 7: Radialer Querschnitt durch Radialflussmotor mit drittem Jochzylinder Figure 7: Radial cross section through radial flux motor with third yoke cylinder
Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen Synchronmotor 1 in einer Schnittdarstellung entlang einer Axialebene der Rotorwelle 10. Der Rotor weist einen ersten, FIG. 1 shows the synchronous motor 1 according to the invention in a sectional view along an axial plane of the rotor shaft 10. The rotor has a first,
Permanentmagnete 5 tragenden Jochring 2 und einen zweiten, dem ersten JochringPermanent magnets 5 bearing yoke ring 2 and a second, the first yoke ring
2 gegenüberliegenden, Permanentmagnete 5 tragenden Jochring 3 auf, wobei zwischen dem ersten Jochring 2 und dem zweiten Jochring 3 ein scheibenförmiger Stator 4 angeordnet ist. Der Stator 4 ist über eine zylinderförmige Basis mit einem Flansch 12 verbunden. Der erste Jochring 2 ist demgegenüber mit der Rotorwelle 10 drehfest verbunden, so dass sich dieser mit der Welle mitdreht. Der zweite Jochring2 opposite, permanent magnets 5 supporting yoke ring 3, wherein between the first yoke ring 2 and the second yoke ring 3, a disc-shaped stator 4 is arranged. The stator 4 is connected to a flange 12 via a cylindrical base. The first yoke ring 2 is in contrast rotatably connected to the rotor shaft 10 so that it rotates with the shaft. The second yoke ring
3 dreht ebenfalls mit der Rotorwelle 10 mit, ist jedoch relativ zur Rotorwelle 10 bzw. zum ersten Jochring 2 justierbar. Die Wicklungen des Stators 4 sind scheibenförmig und vorzugsweise eisenlos ausgeführt. Durch den eisenlosen Aufbau sind die Verluste im Lehrlaufbetrieb minimal. Der magnetische Fluss, der in Richtung der Maschinenachse verläuft, ist durch die Relatiwerdrehung der beiden Jochringe 2, 3 einstellbar. Ein Fluss- Maximum ergibt sich, wenn die Permanentmagnete das Feld phasengleich aufmagnetisieren. Bei einer Verdrehung des zweiten Jochrings 3 um 30° ergibt sich bei der dargestellten 12-poligen Maschine durch Kompensation ein Fluss-Minimum. An das radiale Ende des ersten Jochrings 2 schließt sich entlang des Umfangs eine zylinderförmige Abdeckung 1 an. Der zweite Jochring 3 kann durch die Innenseite der Abdeckung 11 beweglich geführt sein. 3 also rotates with the rotor shaft 10, but is adjustable relative to the rotor shaft 10 and the first yoke ring 2, respectively. The windings of the stator 4 are disc-shaped and preferably iron-free. Due to the ironless structure, the losses in the run-flat operation are minimal. The magnetic flux, which runs in the direction of the machine axis, is adjustable by the relative rotation of the two yoke rings 2, 3. A flux maximum results when the permanent magnets magnetize the field in phase. In a rotation of the second yoke ring 3 by 30 ° results in the illustrated 12-pole machine by compensation a flux minimum. A cylindrical cover 1 adjoins the radial end of the first yoke ring 2 along the circumference. The second yoke ring 3 may be movably guided by the inside of the cover 11.
Zwischen den Permanentmagneten 5 bildet sich ein parallel zur Rotorachse verlaufendes magnetisches Hauptfeld aus, dessen Rückschluss in den beiden Jochringen 2, 3 liegt. In der Ausführungsvariante gemäß Figur 1 ist der zweite Jochring 3 um einen Winkel δ in Umfangsrichtung gegenüber dem ersten Jochring 2 verschwenkbar, wie nachfolgend erläutert wird. Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Radialebene des Synchronmotors 1 gemäß Figur 1 , wobei die Radialebene durch die Permanentmagnete 5 des ersten Jochrings 2 verläuft. Auf dem ersten Jochring 2 sind zwölf Permanentmagnete 5 in Umfangsrichtung und abwechselnd entgegengesetzt axial magnetisiert angeordnet. Der Synchronmotor weist damit zwölf Pole auf. Der Querschnitt der Between the permanent magnets 5, a magnetic main field running parallel to the rotor axis is formed, whose conclusion lies in the two yoke rings 2, 3. In the embodiment according to FIG. 1, the second yoke ring 3 can be pivoted by an angle δ in the circumferential direction with respect to the first yoke ring 2, as will be explained below. Figure 2 shows a sectional view through a radial plane of the synchronous motor 1 according to Figure 1, wherein the radial plane through the permanent magnets 5 of the first yoke ring 2 extends. On the first yoke ring 2 twelve permanent magnets 5 are arranged in the circumferential direction and alternately axially opposite magnetized. The synchronous motor thus has twelve poles. The cross section of the
Permanentmagnete 5 ist im Wesentlichen kreisringsegmentförmig, insbesondere trapezförmig, so dass diese äquidistant zueinander angeordnet sind. Der zweite Jochring 3 weist eine der Magnetanordnung des Jochrings 2 entsprechende Permanent magnets 5 is substantially annular segment-shaped, in particular trapezoidal, so that they are arranged equidistant from each other. The second yoke ring 3 has one of the magnet arrangement of the yoke ring 2 corresponding
Magnetanordnung auf, so dass sich die Permanentmagnete 5 gleicher axialer Magnetisierung bei fehlender Verschwenkung der beiden Jochringe 2, 3 zueinander genau gegenüber stehen. Magnet arrangement, so that the permanent magnets 5 same axial magnetization in the absence of pivoting of the two yoke rings 2, 3 are exactly opposite each other.
In Figur 3 sind die Permanentmagnete 5 des zweiten Jochrings 3 zusätzlich dargestellt, wobei diese Permanentmagnete 5 um einen Winkel δ im Urzeigersinn verschwenkt sind. Dies bewirkt, dass der magnetische Fluss zwischen den In Figure 3, the permanent magnets 5 of the second yoke 3 are additionally shown, these permanent magnets 5 are pivoted by an angle δ in the clockwise direction. This causes the magnetic flux between the
Permanentmagneten 5 nun nicht mehr achsparallel zur Rotorachse verläuft, sondern sich die Projektion des magnetischen Hauptflusses auf die Rotorachse mit dieser in einem Winkel schneidet. Die magnetische Weglänge zwischen den Permanent magnet 5 now no longer runs axially parallel to the rotor axis, but intersects the projection of the main magnetic flux on the rotor axis with this at an angle. The magnetic path length between the
gegenüberliegenden Permanentmagneten 5 wird dadurch vergrößert und der effektive Querschnitt des magnetischen Flusses verringert. Eine Verstellung um einen Verschwenkwinkel von 360°/ 2=30° würde dazu führen, dass sich opposite permanent magnet 5 is thereby increased and reduces the effective cross section of the magnetic flux. An adjustment by a pivoting angle of 360 ° / 2 = 30 ° would lead to
entgegengesetzt axial magnetisierte Permanentmagnete genau gegenüberliegen, so dass sich deren magnetische Felder jeweils kompensieren. Dadurch lässt sich der magnetische Fluss auf ein Minimum reduzieren. Ein derartiger Verschwenkwinkel ist insbesondere im Lehrlauf vorteilhaft, da hier die magnetisch bedingten Momente praktisch gleich Null werden. Die Eisenverluste werden dadurch minimiert. Bei einem Verschwenkwinkel zwischen 0° und 30° wird das magnetische Feld dagegen geschwächt, so dass der erfindungsgemäße Synchronmotor 1 im opposite axially magnetized permanent magnets are exactly opposite, so that their magnetic fields compensate each other. This reduces the magnetic flux to a minimum. Such a pivoting angle is particularly advantageous in the training, since here the magnetically induced moments are practically zero. The iron losses are thereby minimized. At a pivot angle between 0 ° and 30 °, however, the magnetic field is weakened, so that the synchronous motor 1 according to the invention in the
Feldschwächbereich betrieben werden kann, ohne dass dem Synchronmotor 1 hierzu kontinuierlich zusätzliche Leistung, insbesondere Blindleistung zugeführt werden muss. Der Wirkungsgrad wird daher im Feldschwächbereich nicht unnötig verschlechtert. Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Synchronmotors 1 in axialer Bauweise, d.h. mit parallel zur Rotorachse 10 Field weakening can be operated without the synchronous motor 1 for this purpose continuously additional power, in particular reactive power must be supplied. The efficiency is therefore not unnecessarily deteriorated in the field weakening range. FIG. 4 shows a further embodiment variant of the synchronous motor 1 according to the invention in an axial construction, ie with a rotor axis 10 parallel to it
verlaufendem magnetischem Hauptfeld. Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung dieses Synchronmotors 1 entlang einer Axialebene der Rotorwelle 10. Der dritte Jochring 3 ist in dieser Ausführungsvariante verschiebbar ausgeführt, wobei er eine lineare Verschiebebewegung in axialer Richtung ausführen kann. Dies ist durch main magnetic field. Figure 4 shows a sectional view of this synchronous motor 1 along an axial plane of the rotor shaft 10. The third yoke ring 3 is designed to be displaceable in this embodiment, wherein it can perform a linear displacement movement in the axial direction. This is through
entsprechende Pfeile angedeutet. Durch diese lineare Verschiebebewegung wird der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Permanentmagneten 5 des ersten Jochrings 2 und des zweiten Jochrings 3 eingestellt, so dass die magnetische Weglänge erhöht und das magnetische Feld mit zunehmendem Abstand geschwächt wird. Auch in dieser Ausführungsvariante kann der zweite Jochring 3 durch die Innenseite der Abdeckung 11 beweglich geführt sein. Beispielsweise kann der Außenumfang des zweiten Jochrings 3 in einer Verzahnung mit der Innenseite der Abdeckung 11 einliegen. indicated by corresponding arrows. By this linear displacement movement, the distance between the opposing permanent magnets 5 of the first yoke ring 2 and the second yoke ring 3 is adjusted, so that the magnetic path length increases and the magnetic field is weakened with increasing distance. Also in this embodiment, the second yoke 3 may be movably guided by the inside of the cover 11. For example, the outer circumference of the second yoke ring 3 einliegen in a toothing with the inside of the cover 11.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen eine alternative Motorvariante in Radialbauweise, bei denen die Jochelemente 2, 3, 6 zylinderförmig ausgebildet sind. Während die Figures 5 to 7 show an alternative engine variant in radial construction, in which the yoke elements 2, 3, 6 are cylindrical. While the
Jochelemente 2, 3 in den Figuren 1 bis 4 koaxiale Jochringe 2, 3 bilden, sind in der Radialbauweise des erfindungsgemäßen Synchronmotors gemäß der Figuren 5 bis 7 zwei koaxiale Jochzylinder ausgebildet, von denen ein erster, außen liegender Jochzylinder 2 einen Außenläufer bildet und ein zweiter, innen liegender Jochzylinder 3 einen Innenläufer darstellt. Beide Jochzylinder 2, 3 tragen Permanentmagnete, die entlang des Umfangs äquidistant verteilt sind, wobei der erste Jochzylinder 2 an seiner Innenseite und der zweite Jochzylinder 3 an seiner Außenseite Jochelemente 2, 3 in the figures 1 to 4 coaxial yoke rings 2, 3 are formed in the radial design of the synchronous motor according to the invention according to Figures 5 to 7, two coaxial yoke cylinder, of which a first, outer Jochzylinder 2 forms an external rotor and a second , inner yoke cylinder 3 represents an internal rotor. Both yoke cylinders 2, 3 carry permanent magnets which are distributed equidistantly along the circumference, wherein the first yoke cylinder 2 on its inside and the second yoke cylinder 3 on its outside
Permanentmagnete 5 trägt. Die Permanentmagnete 5 liegen sich bei fehlender Verschwenkung (δ = 0°) radial genau gegenüber und bilden ein zwischen Ihnen liegendes magnetisches Hauptfeld aus, das sich in radialer Richtung erstreckt. In Umfangsrichtung sind die Permanentmagnete dagegen jeweils entgegengesetzt radial magnetisiert. Permanent magnets 5 carries. The permanent magnets 5 are in the absence of pivoting (δ = 0 °) radially opposite exactly and form a lying between you magnetic main field, which extends in the radial direction. In the circumferential direction, however, the permanent magnets are in each case oppositely radially magnetized.
Figur 5 zeigt eine Verschwenkung des inneren Jochzylinders 2 gegenüber dem äußeren Jochzylinder 3 um einen Winkel δ. Die Winkelverschwenkung beträgt 15°, so dass die Mitte der Erstreckung der äußeren Permanentmagnete 5 in FIG. 5 shows a pivoting of the inner yoke cylinder 2 with respect to the outer yoke cylinder 3 by an angle δ. The Winkelverschwenkung is 15 °, so that the center of the extension of the outer permanent magnets 5 in
Umfangsrichtung jeweils zwischen den Innen liegenden Permanentmagneten 5 liegt. Figur 6 zeigt einen Querschnitt des Synchronmotors gemäß Bild 4 entlang einer Axialebene durch die Rotorwelle 10. Der Stator 4 ist glockenankerförmig ausgebildet und greift zwischen die beiden Jochzylinder 2, 3. Der äußere Jochzylinder 2 ist über eine Scheibe 13 drehfest mit der Rotorwelle 10 verbunden. Der innere Jochzylinder 3 ist ebenfalls drehfest über die Scheibe 13 mit der Rotorwelle 10 verbunden, kann jedoch gegenüber der Scheibe 13 wie in Figur 5 um einen Winkel δ verschwenkt werden. Circumferential direction in each case between the inner permanent magnet 5 is located. Figure 6 shows a cross section of the synchronous motor according to Figure 4 along an axial plane through the rotor shaft 10. The stator 4 is bell-shaped and engages between the two yoke cylinders 2, 3. The outer yoke cylinder 2 is rotatably connected via a disc 13 with the rotor shaft 10. The inner yoke cylinder 3 is also non-rotatably connected via the disc 13 with the rotor shaft 10, but can be pivoted relative to the disc 13 as in Figure 5 by an angle δ.
Figur 7 zeigt eine weitere alternative Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Synchronmotors. Diese weist drei Jochzylinder 2, 3, 6 auf, die jeweils koaxial zur Motorachse angeordnet sind. Der äußere Jochzylinder 2 ist in dieser FIG. 7 shows a further alternative embodiment variant of the synchronous motor according to the invention. This has three Jochzylinder 2, 3, 6, which are each arranged coaxially to the motor axis. The outer yoke cylinder 2 is in this
Ausführungsvariante derart dünn in seiner radialen Dicke ausgebildet, dass zwischen den Permanentmagneten 5 bei Ausbildung des magnetischen Feldes Sättigung auftritt. Der dritte Jochzylinder 6 liegt außen an dem zweiten Jochzylinder 2 unmittelbar an, so dass der effektive Querschnitt des magnetflussführenden Eisens im Bereich zwischen den äußeren Permanentmagneten vergrößert wird. Der magnetische Fluss wird damit teilweise in dem äußeren Jochzylinder 2 und dem dritten Jochzylinder 6 geführt. Der dritte Jochzylinder 6 weist des Weiteren Embodiment designed so thin in its radial thickness that occurs between the permanent magnet 5 in forming the magnetic field saturation. The third yoke cylinder 6 abuts the outside of the second yoke cylinder 2 directly, so that the effective cross section of the iron carrying the magnetic flux in the region between the outer permanent magnets is increased. The magnetic flux is thus partially guided in the outer yoke cylinder 2 and the third yoke cylinder 6. The third yoke cylinder 6 also has
Ausnehmungen 7 auf, deren Anzahl der Anzahl der Permanentmagnete 5 entspricht. Recesses 7, the number of the number of permanent magnets 5 corresponds.
Die Ausnehmungen 7 erstrecken sich zumindest teilweise in axialer Richtung des dritten Jochzylinders 6 und sind äquidistant entlang des Umfangs des Jochzylinders 6 angeordnet. Der dritte Jochzylinder 6 kann relativ gegenüber den anderen beiden, Permanentmagnete 5 tragenden Jochzylindern 2, 3 um einen Winkel δ verschwenkt werden. In der gemäß Figur 7 dargestellten Lage der Ausnehmungen 7, bei der die Ausnehmungen 7 etwa in der Mitte der Erstreckung der äußeren Permanentmagnete 5 in Umfangsrichtung angeordnet sind, steht für den magnetischen Rückfluss zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Permanentmagneten 5 die maximale radiale Dicke des dritten Jochzylinders 6 für die Flussführung zur Verfügung, so dass keine frühzeitige Sättigung zwischen den äußeren Permanentmagneten 5 auftritt. The recesses 7 extend at least partially in the axial direction of the third yoke cylinder 6 and are arranged equidistantly along the circumference of the yoke cylinder 6. The third yoke cylinder 6 can be pivoted relative to the other two, permanent magnets 5 supporting yoke cylinders 2, 3 by an angle δ. In the position of the recesses 7 shown in FIG. 7, in which the recesses 7 are arranged approximately in the middle of the extent of the outer permanent magnets 5 in the circumferential direction, the maximum radial thickness of the third Joch cylinder 6 stands for the magnetic return flow between circumferentially adjacent permanent magnets 5 for flux guidance, so that no premature saturation between the outer permanent magnets 5 occurs.
Wird der dritte Jochzylinder 6 um einen Winkel von 15° gegenüber dem äußeren, Permanentmagnete tragenden Jochzylinder 2 verschwenkt, liegen die Ausnehmungen 7 gerade zwischen den äußeren Permanentmagneten 5, so dass nur die minimale radiale Dicke des dritten Jochzylinders 6 für die magnetische If the third Joch cylinder 6 is pivoted by an angle of 15 ° relative to the outer, permanent magnets carrying yoke cylinder 2, the lie Recesses 7 just between the outer permanent magnet 5, so that only the minimum radial thickness of the third yoke cylinder 6 for the magnetic
Flussführung im Rückschluss zwischen den äußeren Permanentmagneten 5 zur Verfügung steht. Ist die Summe der radialen Dicke von äußerem Jochzylinder 2 und drittem Jochzylinder 6 im Bereich der Ausnehmungen 7 derart gering, dass an dieser Stelle Sättigung auftritt, wird das magnetische Feld geschwächt. Die Ausnehmungen 7 des dritten Jochrings 6 stellen damit eine Art magnetische Schalter dar, mittels derer der magnetische Fluss beeinflussbar ist. Flow guide in the inference between the outer permanent magnet 5 is available. If the sum of the radial thickness of the outer yoke cylinder 2 and the third yoke cylinder 6 in the region of the recesses 7 is so small that saturation occurs at this point, the magnetic field is weakened. The recesses 7 of the third yoke ring 6 thus represent a kind of magnetic switch, by means of which the magnetic flux can be influenced.

Claims

Ansprüche claims
Synchronmotor (1 ), insbesondere für batteriebetriebene Fahrzeuge, mit einem Rotor mit Jochelementen (2, 3, 6), wobei der Rotor zumindest ein erstes, Permanentmagnete (5) tragendes Jochelement (2) und ein zweites, dem ersten Jochelement (2) gegenüberliegendes, Permanentmagnete (5) tragendes Jochelement (3) umfasst, und mit einem Stator (4) der zwischen dem ersten und dem zweiten Synchronous motor (1), in particular for battery-powered vehicles, with a rotor with yoke elements (2, 3, 6), wherein the rotor at least a first, permanent magnets (5) carrying the yoke element (2) and a second, the first yoke element (2) opposite Comprising permanent magnets (5) carrying yoke element (3), and having a stator (4) between the first and the second
Jochelement (2, 3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Jochelemente (2, 3, 6) gegenüber dem oder den anderen Jochelementen (2, 3, 6) verstellbar ist. Jochelement (2, 3) is arranged, characterized in that at least one of the yoke elements (2, 3, 6) relative to the or the other yoke elements (2, 3, 6) is adjustable.
Synchronmotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Jochelement (2, 3) relativ beweglich zueinander sind. Synchronous motor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second yoke element (2, 3) are relatively movable to one another.
Synchronmotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Jochelemente (2, 3) derart dünn ausgebildet ist, dass sein Bereich zwischen den PermanentmagnetenSynchronous motor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that one of the yoke elements (2, 3) is formed so thin that its area between the permanent magnets
(5) sättigbar ist, wobei der Synchronmotor (1 ) ein drittes Jochelement(5) is saturable, wherein the synchronous motor (1), a third yoke element
(6) aufweist, das relativ zumindest zu dem dünnen Jochelement (2, 3) beweglich ist. (6) which is movable relative to at least the thin yoke element (2, 3).
Synchronmotor (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Jochelement (6) an das dünne Jochelement (2, 3) außen anlegbar ist. Synchronous motor (1) according to claim 3, characterized in that the third yoke element (6) to the thin yoke element (2, 3) can be applied externally.
Synchronmotor (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Jochelement (6) an dem dünnen Jochelement (2, 3) außen anliegt, wobei das dritte Jochelement (6) den Permanentmagneten (5) des dünnen Jochelements (2, 3) zugeordnete Ausnehmungen (7) aufweist, die den Jochquerschnitt lokal verringern. Synchronous motor (1) according to claim 3, characterized in that the third yoke element (6) bears against the thin yoke element (2, 3), wherein the third yoke element (6) engages the permanent magnet (5). the thin yoke element (2, 3) associated recesses (7) which reduce the yoke cross-section locally.
6. Synchronmotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Jochelemente (2, 3, 6) gegenüber dem oder den anderen Jochelementen (2, 3, 6) um einen Winkel (δ) verschwenkbar ist. 6. synchronous motor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the yoke elements (2, 3, 6) relative to the or the other yoke elements (2, 3, 6) by an angle (δ) is pivotable.
7. Synchronmotor (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass er p Pole aufweist und der Verschwenkwinkel (δ) bis zu 360 p beträgt. 7. synchronous motor (1) according to claim 6, characterized in that it has p poles and the Verschwenkwinkel (δ) is up to 360 p.
8. Synchronmotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Jochelemente (2, 3, 6) zur Änderung seines Abstandes gegenüber dem oder den anderen Jochelementen (2, 3, 6) linear verschiebbar ist. 8. synchronous motor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the yoke elements (2, 3, 6) to change its distance relative to the or the other yoke elements (2, 3, 6) is linearly displaceable.
9. Synchronmotor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. synchronous motor (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Jochelemente (2, 3, 6) scheibenförmig oder zylinderförmig sind.  characterized in that the yoke elements (2, 3, 6) are disc-shaped or cylindrical.
10. Synchronmotor (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) scheibenförmig oder glockenankerförmig ist. 10. synchronous motor (1) according to claim 9, characterized in that the stator (4) is disc-shaped or bell-shaped anchor.
11. Synchronmotor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 11. Synchronous motor (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) eisenlos ist.  characterized in that the stator (4) is ironless.
12. Synchronmotor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Synchronous motor (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Verschiebung um bis zu eine Rotorlänge beträgt.  characterized in that the linear displacement is up to a rotor length.
13. Verfahren zum Betreiben eines Synchronmotors nach einem der 13. A method for operating a synchronous motor according to one of
vorherigen Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Jochelemente (2, 3, 6) gegenüber dem oder den anderen Jochelementen (2, 3, 6) in Abhängigkeit der Drehzahl verstellt wird. previous claims 1 to 12, characterized in that at least one of the yoke elements (2, 3, 6) relative to the or the other yoke elements (2, 3, 6) is adjusted in dependence of the speed.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschwenkwinkel (δ) und/ oder der Abstand mit zunehmender Drehzahl erhöht wird. 14. The method according to claim 13, characterized in that the pivot angle (δ) and / or the distance is increased with increasing speed.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Leerlauf ein Verschwenkwinkel (δ) zwischen den 15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that at idle a Verschwenkwinkel (δ) between the
Permanentmagneten (5) von 360 p, oder ein Verschwenkwinkel (δ) zwischen den Ausnehmungen (7) und den Permanentmagneten (5) des dünnen Jochelements (2, 3) von 36072p, oder ein maximaler Abstand zwischen den gegenüberliegenden Permanentmagneten (5) oder zwischen dem dritten Jochelement (6) und dem dünnen  Permanent magnet (5) of 360 p, or a pivot angle (δ) between the recesses (7) and the permanent magnet (5) of the thin yoke element (2, 3) of 36072p, or a maximum distance between the opposing permanent magnet (5) or between the third yoke element (6) and the thin
Jochelement (2, 3) eingestellt wird.  Yoke element (2, 3) is set.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4223836A1 (en) * 1992-07-20 1994-01-27 Dornier Gmbh Mechanical voltage control for permanent magnet generator mechanical voltage control - varies strength of magnetic field by sliding magnetic plates of two plate rotor generator which can move radially w.r.t. each other
DE4421594A1 (en) * 1994-06-21 1996-01-04 Bernhard Kraser Air-gap induction variation device for rotary or linear electrical machine
JP3301303B2 (en) * 1995-10-13 2002-07-15 トヨタ自動車株式会社 Electric motor
EP1086523A2 (en) * 1998-04-23 2001-03-28 The Turbo Genset Company Limited Rotary electrical machines
US6025666A (en) 1998-06-22 2000-02-15 General Electric Company Controllable flux permanent magnet motor
JP4685371B2 (en) * 2004-05-18 2011-05-18 セイコーエプソン株式会社 Relative drive
DE102006036986A1 (en) * 2006-08-08 2008-02-14 Volkswagen Ag Electric synchronous motor with field suppressor e.g. for hybrid-drive motor vehicle, has axially movable stator so that active length of coil in magnetic exciter-field can be varied

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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