WO2021249589A1 - Rotor for a synchronous machine and synchronous machine with such a rotor - Google Patents

Rotor for a synchronous machine and synchronous machine with such a rotor Download PDF

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WO2021249589A1 PCT/DE2021/100302 DE2021100302W WO2021249589A1 WO 2021249589 A1 WO2021249589 A1 WO 2021249589A1 DE 2021100302 W DE2021100302 W DE 2021100302W WO 2021249589 A1 WO2021249589 A1 WO 2021249589A1
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Marvin Hofmann
Simon Münster
Frank Frietsch
Miriam Boxriker
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Abstract

The invention relates to a rotor for a synchronous machine, having a plurality of permanent magnets arranged in a distributed manner around the rotor circumference, the permanent magnets being arranged so that they can be displaced radially in an axially positionally fixed magnet holder and being mounted directly or indirectly on one or more wedge surfaces of an axially displaceable wedge element, said wedge element can be moved axially in a controlled manner via a hydraulically or pneumatically actuable actuating element.

Description

Rotor für eine Synchronmaschine und Synchronmaschine mit einem solchen Rotor for a synchronous machine and synchronous machine with one
Rotor rotor
Die Erfindung betrifft einen Rotor für Synchronmaschine, mit mehreren um den Rotor umfang verteilt angeordneten Permanentmagneten. The invention relates to a rotor for a synchronous machine, with a plurality of permanent magnets distributed around the rotor circumference.
Eine Synchronmaschine mit einem Rotor, an dem mehrere um den Umfang verteilt angeordnete Permanentmagneten vorgesehen sind, wird üblicherweise auch als per manenterregte Synchronmaschine bezeichnet. Sie umfasst neben dem Rotor, mitun ter auch als Läufer bezeichnet, einen Stator, mitunter auch Ständer genannt, über den ein magnetisches Drehfeld erzeugt werden kann, das über einen Luftspalt mit dem Dauermagneten des Rotors koppelt. Zur Erzeugung des umlaufenden magnetischen Drehfelds ist am Stator üblicherweise eine dreisträngige und mit einem dreiphasigen Wechselstrom betriebene Wicklung vorgesehen. Durch die magnetische Wechselwir kung zwischen dem Drehfeld und einem von dem Dauermagneten des Rotors erzeug ten Erregerfeld ergibt sich das resultierende Drehmoment der Maschine. A synchronous machine with a rotor on which a plurality of permanent magnets are provided distributed around the circumference is usually also referred to as a manually excited synchronous machine. In addition to the rotor, sometimes also referred to as a rotor, it includes a stator, sometimes also called a stator, via which a rotating magnetic field can be generated that couples with the permanent magnet of the rotor via an air gap. To generate the rotating magnetic rotating field, a three-strand winding operated with a three-phase alternating current is usually provided on the stator. The resulting torque of the machine results from the magnetic interaction between the rotating field and an excitation field generated by the permanent magnet of the rotor.
Die Steuerung der Synchronmaschine erfolgt zumeist über einen Frequenzumrichter und eine Pulsweitenmodulation, worüber eine variable Drehzahl in einem relativ brei ten Drehzahlband geregelt werden kann. Wenn die Drehzahl des Rotors der Drehzahl des statorseitigen Drehfelds entspricht, ist ein stationärer Betrieb gegeben, das heißt, dass die Rotordrehzahl synchron zur Statorfelddrehzahl ist. Die Drehzahl definiert sich über die Frequenz der am Ständer anliegenden Spannung beziehungsweise des ständerseitigen Wechselstroms. Infolge der Wechselwirkung des statorseitigen Dreh felds mit dem rotorseitigen Drehfeld kommt es zu einer Spannungsinduktion in der Statorwicklung, wobei die induzierte Spannung mit zunehmender Drehzahl steigt. Die Spannungsinduktion resultiert aus einer Überlagerung der Statorflussverkettung mit der Rotorflussverkettung. Die maximal stellbare Spannung, die über die Steuer- res pektive Leistungselektronik eingeregelt wird, ist begrenzt. Ab einer gewissen Span nung kann der gewünschte erforderliche Strom nicht mehr gestellt werden, da die Spannungsgrenze erreicht ist. Bei hohen Drehzahlen befindet sich daher die Maschi ne in einem sogenannten Feldschwächebereich. Um die Drehzahl dennoch weiter er- höhen zu können, ist es erforderlich, das Magnetfeld des Rotors zu schwächen, so dass die statorseitige Spannung für die Einspeisung des erforderlichen Stroms aus reicht. Gleichzeitig soll der Rotor dennoch eine möglichst große Rotor- oder Perma nentmagnetflussverkettung erzeugen, damit hohe Grunddrehzahlmomente bei glei chem Maschinenvolumen erzeugt werden können. Dies führt allerdings zu ver gleichsweise hohen Eisenverlusten im Teillastbereich und damit zu einem schlechten Wirkungsgrad. The synchronous machine is usually controlled via a frequency converter and pulse width modulation, which can be used to regulate a variable speed in a relatively broad speed range. If the speed of the rotor corresponds to the speed of the stator-side rotating field, steady-state operation is given, that is, the rotor speed is synchronous with the stator field speed. The speed is defined by the frequency of the voltage applied to the stator or the alternating current on the stator side. As a result of the interaction of the stator-side rotating field with the rotor-side rotating field, there is a voltage induction in the stator winding, the induced voltage increasing with increasing speed. The voltage induction results from the superposition of the stator flux linkage with the rotor flux linkage. The maximum adjustable voltage that is regulated by the control or power electronics is limited. Above a certain voltage, the required current can no longer be set because the voltage limit has been reached. At high speeds, the machine is therefore in a so-called field weakening range. In order to increase the speed further To be able to increase it, it is necessary to weaken the magnetic field of the rotor so that the stator-side voltage is sufficient to feed in the required current. At the same time, the rotor should nevertheless generate the largest possible rotor or permanent magnet flux linkage so that high basic speed torques can be generated with the same machine volume. However, this leads to comparatively high iron losses in the partial load range and thus to poor efficiency.
Um daher bei hohen Drehzahlen die gewünschte Feldschwächung zu erreichen, ist es bekannt, regelungstechnisch am Stator ein entsprechendes Gegenfeld zu erzeugen, also einen negativen Längsstrom einzuprägen, der das Gegenfeld erzeugt, das dem Rotormagnetfeld entgegenwirkt. Im Feldschwächebereich und in Betriebspunkten des unteren Teillastbereichs jedoch ist die über den negativen Längsstrom erreichbare Feldschwächung nicht effizient genug. In order to achieve the desired field weakening at high speeds, it is known to generate a corresponding opposing field in terms of control technology on the stator, i.e. to impress a negative longitudinal current that generates the opposing field that counteracts the rotor magnetic field. In the field weakening range and in operating points of the lower partial load range, however, the field weakening that can be achieved via the negative longitudinal current is not efficient enough.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Rotor anzugeben, der die Er zielung einer großen Feldschwächung bei geringem Drehmoment und hoher Drehzahl ermöglicht. The invention is therefore based on the problem of specifying a rotor that enables the aim of a large field weakening at low torque and high speed.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein Rotor für eine Synchronmaschi ne vorgesehen, mit mehreren um den Rotorumfang verteilt angeordneten Perma nentmagneten, der sich dadurch auszeichnet, dass die Permanentmagnete radial ver schiebbar in einem axial positionsfesten Magnethalter angeordnet und direkt oder indi rekt an Keilflächen eines axial verschiebbaren Keilelements gelagert sind, das über ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbares Stellelement gesteuertes axial beweg bar ist. To solve this problem, a rotor for a synchronous machine is provided according to the invention, with several permanent magnets distributed around the rotor circumference, which is characterized in that the permanent magnets are arranged radially in an axially fixed magnet holder and directly or indirectly on wedge surfaces of an axially displaceable wedge element are mounted, which is controlled axially movable bar via a hydraulically or pneumatically actuated adjusting element.
Die Erfindung schlägt einen Rotor vor, mit der Möglichkeit, den Luftspalt zwischen Ro tor und Stator gezielt zu verändern und über die Spaltveränderung gezielt die Feld schwächung zu erwirken. Je größer der Luftspalt zwischen Rotor und Stator, desto größer ist die Feldschwächung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, diese Luftspaltver änderung mittels eines hydraulisch oder pneumatisch betätigten Stellelements zu steuern, um so bei einer gewünschten Beschleunigung und damit einer Erhöhung der Drehzahl und des Drehmoments den Luftspalt gezielt zu verschmälern und bei einer Erniedrigung der Drehzahl und des Drehmoments den Luftspalt zu vergrößern. Dies führt dazu, dass im Falle einer Drehzahlerhöhung und daraus resultierend einer Erhö hung des Drehmoments der Luftspalt gezielt verkleinert wird und eine geringere Feld schwächung und damit auch eine höhere Feldkopplung gegeben ist, so dass auch auf sehr hohe Drehzahlen beschleunigt werden kann, während gleichzeitig bei geringem Drehmoment und hoher Drehzahl die Spaltbreite wieder vergrößert wird und demzu folge eine große Feldschwächung bei gleichzeitiger Verringerung der Gesamtmagne tisierung der Synchronmaschine gegeben ist. The invention proposes a rotor with the possibility of changing the air gap between the Ro tor and the stator in a targeted manner and of causing the field to be weakened in a targeted manner by changing the gap. The larger the air gap between rotor and stator, the greater the field weakening. According to the invention it is provided that this Luftspaltver change by means of a hydraulically or pneumatically actuated adjusting element to be controlled in order to achieve a desired acceleration and thus an increase in the Speed and torque to narrow the air gap in a targeted manner and to enlarge the air gap when the speed and torque are reduced. This means that in the event of an increase in speed and the resulting increase in torque, the air gap is deliberately reduced and there is less field weakening and thus also higher field coupling, so that it is possible to accelerate to very high speeds while at the same time low torque and high speed, the gap width is increased again and consequently a large field weakening with a simultaneous reduction in the overall magnetization of the synchronous machine is given.
Um diese drehmomentabhängige Luftspaltveränderung zu realisieren, sind die Per manentmagnete erfindungsgemäß in einem axial gesehen positionsfesten Magnethal ter angeordnet und in diesem radial verschiebbar geführt, das heißt, dass sie radial re lativ zum Magnethalter verschoben werden können. Der Abstand der Permanentmag nete zu dem sie umgebenden Stator definiert die Luftspaltbreite. Erfindungsgemäß ist zur Radialverstellung der Permanentmagnete ein Keilelement vorgesehen, das axial verschiebbar ist, und das entsprechende Keilflächen aufweist, an denen die Perma nentmagnete direkt oder indirekt geführt sind. Wird demzufolge das Keilelement über das gesteuert hydraulisch oder pneumatisch betätigte Stellelement axial verschoben, so werden die Permanentmagnete radial aus dem Magnethalter oder in den Magnet halter bewegt, wobei diese Radialbewegung im Bereich nur weniger Millimeter erfolgt. Das heißt, dass über das erfindungsgemäß vorgesehene, gesteuert hydraulisch oder pneumatisch arbeitende Keilsystem in Verbindung mit der radialen Permanentmag netverschiebung eine gezielte, betriebs- oder lastpositionsbezogene Luftspaltverände rung und damit Feldschwächung erfolgen kann. In order to realize this torque-dependent air gap change, the permanent magnets are arranged according to the invention in an axially fixed Magnethal ter and guided in this radially displaceable, that is, they can be displaced radially relative to the magnet holder. The distance between the permanent magnets and the surrounding stator defines the width of the air gap. According to the invention, a wedge element is provided for radial adjustment of the permanent magnets, which is axially displaceable and has the corresponding wedge surfaces on which the permanent magnets are guided directly or indirectly. If, therefore, the wedge element is axially displaced via the controlled hydraulically or pneumatically actuated adjusting element, the permanent magnets are moved radially out of the magnet holder or in the magnet holder, this radial movement taking place in the range of only a few millimeters. This means that the controlled hydraulic or pneumatic wedge system provided according to the invention in conjunction with the radial permanent magnet displacement can be used to change the air gap in a targeted manner and thus to weaken the field.
Das Stellelement ist wie beschrieben gesteuert hydraulisch oder pneumatisch betätig bar. Es wird ihm also über eine Steuerungseinrichtung gesteuert gezielt ein Hydraulik fluid unter Druck zugeführt, oder Druckluft, um den Stellvorgang zu erwirken. Die Steuerungseinrichtung, die z.B. allgemein den Betrieb der Elektromaschine steuert, reagiert auf einen Beschleunigungswunsch, der über ein entsprechendes Steuersignal gegeben wird, und steuert eine geeignete Pumpe o.dgl. an, um das Hydraulikfluid o- der die Druckluft mit dem nötigen Druck zuzuführen und so das Stellelement zu betä- tigen, so dass die Verschiebung des Keilelements erwirkt wird. Bevorzugt wird hierzu als Stellelement ein axial positionsfester, konzentrischer Nehmerzylinder mit einem axial bewegbaren Kolben, der über ein Ausrücklager mit der Rotorwelle gekoppelt ist, verwendet. Ein solcher Nehmerzylinder, oft auch CSC (concentric slave cylinder) ge nannt, ist ein im Kupplungsbau verwendetes Stellelement. Mit einem solchen Neh merzylinder kann die Stellaufgabe sehr exakt erfolgen, insbesondere in Verbindung mit der über die Steuerungseinrichtung gesteuerten Fluid- oder Gaszufuhr. The adjusting element can be controlled hydraulically or pneumatically as described. A hydraulic fluid under pressure, or compressed air, is supplied to it in a controlled manner via a control device in order to effect the actuating process. The control device, which for example generally controls the operation of the electric machine, reacts to an acceleration request that is given via a corresponding control signal, and controls a suitable pump or the like. to supply the hydraulic fluid or the compressed air with the necessary pressure and thus actuate the actuating element. term so that the displacement of the wedge element is effected. For this purpose, an axially fixed, concentric slave cylinder with an axially movable piston, which is coupled to the rotor shaft via a release bearing, is preferably used as the adjusting element. Such a slave cylinder, often also called CSC (concentric slave cylinder), is an actuating element used in clutch construction. With such a slave cylinder, the setting task can be carried out very precisely, in particular in connection with the fluid or gas supply controlled via the control device.
Der Nehmerzylinder selbst ist axial positionsfest, er ist z.B. am Maschinengehäuse befestigt. Über eine Leitung ist der Nehmerzylinder mit einer über die Steuerungsein richtung gesteuerten Fördereinrichtung verbunden, über die das Fluid oder Gas mit dem benötigten Druck und der benötigten Menge, in deren Abhängigkeit gesteuert wird, wie weit der Kolben ausfährt und demzufolge wie weit die Permanentmagnete radial verschoben werden, zugeführt wird. Das Fluid oder Gas wird in einen Zylinder raum gepresst, so dass der Kolben entsprechend axial verschoben wird. Mit dem Kol ben wird auch das Ausrücklager axial verschoben, das mit einem Lagerring fest mit dem Kolben verbunden ist, und dessen anderer Lagerring fest mit dem das Keilele ment tragenden Bauteil, z.B. der Rotorwelle, verbunden ist, die z.B. axial am Lager ring anliegt. Über das Ausrücklager, das bekanntlich als Wälzlager ausgeführt ist, wird die rotierende Seite mit der nicht rotierenden Seite verbunden. Mit der Verschiebung des Keilelements einher geht die radiale Verschiebung der Permanentmagnete, die auf den Keilflächen des Keilelements auflaufen. Hierdurch kommet es zur radialen Verschiebung der Magnetelemente nach außen, der Luftspalt wird kleiner. Die Dreh zahl kann infolge der veränderten Feldkopplung erhöht werden, bis eine gewünschte, hohe Drehzahl anliegt. Die Permanentmagneten sind dann wieder zurück zu bewegen und die Feldschwächung aufzubauen, was dadurch erfolgt, dass der Fluid- oder Gas druck im Nehmerzylinder wieder abgebaut wird, so dass der Kolben wieder zurück kehren kann und mit ihm das Keilelement wieder zurückbewegt wird, wobei auch die Permanentmagnete wieder eingezogen werden und sich der Luftspalt wieder vergrö ßert. Die gewünschte Feldschwächung ist wieder gegeben. Die Permanentmagnete sind z.B. mit dem Keilelement derart gekoppelt, dass sie im Rahmen der Rückstellbe wegung automatisch mitgenommen werden, wobei diese mechanische Kopplung auch verhindert, dass die Permanentmagnete fliehkraftbedingt sich relativ zum Mag- nethalter radial bewegen können. Auf diese Weise kann über das erfindungsgemäß vorgesehene Stellelement eine einfache, drehmomentgesteuerte Axialverschiebung erreicht werden, die auf einfache und schnelle Weise erwirkt, in gleicherweise aber auch wieder abgebaut werden kann. The slave cylinder itself is axially fixed, it is attached to the machine housing, for example. Via a line, the slave cylinder is connected to a conveying device controlled via the control device, via which the fluid or gas with the required pressure and the required amount is controlled, depending on which it is controlled how far the piston extends and consequently how far the permanent magnets are displaced radially are fed. The fluid or gas is pressed into a cylinder space so that the piston is moved axially accordingly. With the Kol ben the release bearing is axially displaced, which is firmly connected to the piston with a bearing ring, and the other bearing ring is firmly connected to the component supporting the Keilele element, such as the rotor shaft, which is axially on the bearing ring, for example. The rotating side is connected to the non-rotating side via the release bearing, which is known to be designed as a roller bearing. The displacement of the wedge element is accompanied by the radial displacement of the permanent magnets that run onto the wedge surfaces of the wedge element. This causes the magnetic elements to be displaced radially outwards, and the air gap becomes smaller. The speed can be increased as a result of the changed field coupling until a desired high speed is applied. The permanent magnets are then to be moved back again and the field weakening to be built up, which takes place in that the fluid or gas pressure in the slave cylinder is reduced again so that the piston can return again and with it the wedge element is moved back again, whereby the Permanent magnets are drawn in again and the air gap increases again. The desired field weakening is given again. The permanent magnets are, for example, coupled to the wedge element in such a way that they are automatically taken along as part of the restoring movement, this mechanical coupling also preventing the permanent magnets from moving relative to the magnet due to centrifugal force. net holder can move radially. In this way, a simple, torque-controlled axial displacement can be achieved via the adjusting element provided according to the invention, which is achieved in a simple and quick manner, but can also be reduced again in the same way.
Dabei kann der Kolben bei der Rückwärtsbewegung aus der ausgerückten Stellung in die eingerückte Stellung gegen ein Federelement, insbesondere eine Schraubenfeder, die den Nehmerzylinder umgreift, bewegbar sein. Hierüber kann die Rückstellbewe gung gedämpft werden, wobei dieses Federelement die Ausrückbewegung unterstüt zen kann. Das Federelement ist zweckmäßigerweise einerseits am Nehmerzylinder, andererseits am Ausrücklager abgestützt. During the backward movement from the disengaged position into the engaged position, the piston can be movable against a spring element, in particular a helical spring, which engages around the slave cylinder. This can be used to dampen the restoring movement, and this spring element can support the disengagement movement. The spring element is expediently supported on the one hand on the slave cylinder and on the other hand on the release bearing.
Das Keilelement selbst ist auf einer Rotorwelle, über die der Rotor im Maschinenge häuse drehgelagert ist, entweder als separates Element befestigt, oder das Keilele ment wird von der Rotorwelle selbst gebildet, das heißt, dass in diesem Fall die Ro torwelle entsprechende, radial vorstehende Keilabschnitte aufweist, mit denen die Permanentmagneten gekoppelt sind. In jedem Fall ist die Rotorwelle, die mit dem Ausrücklager gekoppelt ist, geringfügig axial verschiebbar. Diese axiale Verschiebung erfordert einerseits eine Verbindung zwischen dem an der Rotorwelle befestigten Magnethalter derart, dass eine drehfeste Verbindung gegeben ist, gleichzeitig aber auch eine eine Axialverschiebung der Rotorwelle ermöglichende Verbindung. Zweck mäßigerweise ist diese Verbindung in Form einer Längsverzahnung realisiert. In ent sprechender Weise ist dann auch eine entsprechende Längsverzahnungsverbindung zwischen der Rotorwelle, die die Abtriebswelle der Synchronmaschine bildet und einer mit ihr verbundenen Antriebswelle, beispielsweise an einer Fahrzeughinterachse, vor zusehen, damit die Rotorwelle auch relativ zu dieser axial verstellt werden kann. The wedge element itself is attached to a rotor shaft via which the rotor is rotatably mounted in the machine housing, either as a separate element, or the wedge element is formed by the rotor shaft itself, which means that in this case the rotor shaft has corresponding, radially protruding wedge sections has, with which the permanent magnets are coupled. In any case, the rotor shaft, which is coupled to the release bearing, is slightly axially displaceable. This axial displacement requires, on the one hand, a connection between the magnet holder attached to the rotor shaft in such a way that a non-rotatable connection is provided, but at the same time also a connection that enables an axial displacement of the rotor shaft. Appropriately, this connection is implemented in the form of a longitudinal toothing. Correspondingly, a corresponding spline connection between the rotor shaft, which forms the output shaft of the synchronous machine, and a drive shaft connected to it, for example on a vehicle rear axle, is to be seen so that the rotor shaft can also be axially adjusted relative to this.
Wie beschrieben wird bei einer Drehzahlerhöhung und damit einer Drehmomenterhö hung das mit dem Keilelement respektive der Rotorwelle gekoppelte Ausrücklager bzw. der Kolben axial bewegt. Bei einer Reduzierung der Beschleunigung bezie hungsweise Erreichen einer konstanten Drehzahl und damit einer Reduzierung des Drehmoments wird der Kolben axial wieder zurückgestellt. Um diese Rückstellbewe gung zu ermöglichen respektive zu unterstützen, sieht die Erfindung ferner vor, dass die axiale Bewegung des Kolbens bzw. der Rotorwelle bzw. des Keilelements gegen eine, vorzugsweise über ein Federelement, insbesondere eine Schraubenfeder, er zeugte Rückstellkraft erfolgt. Wird also der axial bewegbare Kolben respektive die Ro torwelle samt Keilelement axial verschoben, so wird hierbei eine Rückstellkraft aufge baut, das heißt, dass das Federelement, insbesondere die Schraubenfeder, kompri miert wird. Im Falle einer Reduzierung der Drehzahlerhöhung respektive des Dreh moments schiebt die Rückstellkraft respektive das Federelement die Rotorwelle bzw. den Kolben wieder zurück, so dass die radial ausgefahrenen Permanentmagnete wie der zurückgestellt werden. Als ein solches Federelement eignet sich insbesondere ei ne Schraubenfeder, alternativ dazu ist auch die Verwendung eines Tellerfederpakets oder dergleichen denkbar. As described, in the event of an increase in speed and thus an increase in torque, the release bearing coupled to the wedge element or the rotor shaft or the piston is moved axially. When the acceleration is reduced or a constant speed is reached and thus the torque is reduced, the piston is axially reset again. In order to enable or support this restoring movement, the invention also provides that the axial movement of the piston or the rotor shaft or the wedge element takes place against a restoring force, preferably via a spring element, in particular a helical spring. If the axially movable piston or the Ro gate shaft together with the wedge element is axially displaced, a restoring force is built up, that is, the spring element, in particular the helical spring, is compressed. In the event of a reduction in the increase in speed or the torque, the restoring force or the spring element pushes the rotor shaft or the piston back again, so that the radially extended permanent magnets are reset again. A helical spring is particularly suitable as such a spring element; alternatively, the use of a disk spring assembly or the like is also conceivable.
Für eine zweckmäßige Integration des Federelements in den Rotoraufbau kann das Federelement einerseits an dem Magnethalter oder einem mit diesem verbundenen Bauteil, insbesondere einem Lagerring eines den Magnethalter lagernden Wälzlagers und andererseits an dem axial beweglichen Elementteil aufgelagert sein. Das Fe derelement ist also einerseits an einer positionsfesten Fläche, also am Magnethalter oder beispielsweise dem Lagerring, und andererseits an einer axial beweglichen Flä che, also der Rotorwelle, abgestützt, wobei dies die Integration in einen ohnehin vor handenen, schmalen Bauraum ermöglicht. For an appropriate integration of the spring element in the rotor structure, the spring element can be supported on the one hand on the magnet holder or a component connected to it, in particular a bearing ring of a roller bearing supporting the magnet holder, and on the other hand on the axially movable element part. The spring element is thus supported on the one hand on a fixed-position surface, i.e. on the magnet holder or, for example, the bearing ring, and on the other hand on an axially movable surface, i.e. the rotor shaft, which enables integration into an already existing, narrow installation space.
Wie beschrieben erfolgt die radiale Verstellung der Permanentmagneten über ein Keil flächensystem, indem am Keilelement entweder eine quasi konisch umlaufende Keil fläche, also eine Kegelfläche, ausgebildet ist, oder indem am Keilelement eine der Magnetanzahl entsprechende Anzahl an Keilabschnitten radial vorspringen. Mit der respektive diesen Keilflächen sind die Permanentmagneten gekoppelt respektive di rekt oder indirekt auf diesen geführt. Dabei ist gemäß einer ersten Erfindungsalternati ve vorgesehen, dass die Permanentmagneten selbst Keilflächen aufweisen, mit denen sie direkt auf der oder den Keilflächen des Keilelements gelagert sind. Die Perma nentmagneten weisen demzufolge eine Trapezform auf. Die Magnetaußenseite, die dem Stator zugewandt ist, verläuft parallel zur Statorfläche respektive parallel zur Drehachse der Rotorwelle, während die radial innere Magnetfläche unter einem Win kel hierzu verläuft, eine Keilfläche bildend. Das heißt, dass sich das Magnetvolumen axial verändert, die Querschnittsfläche nimmt von einem Magnetende zum anderen zu. Alternativ ist es denkbar, dass jeder Permanentmagnet auf einem Magnetträger angeordnet ist, der eine Keilfläche aufweist und mit dieser auf der oder einer Keilflä che des Keilelements gelagert ist. Hier weist also jeder Permanentmagnet einen über seine Länge konstanten Querschnitt auf, die Keilfläche ist über den zwischengeschal teten Magnetträger, beispielsweise ein einfaches Kunststoffbauteil, mit dem der Per manentmagnet fest verbunden, z.B. verklebt ist, gebildet. As described, the radial adjustment of the permanent magnets takes place via a wedge surface system in that either a quasi-conical circumferential wedge surface, i.e. a conical surface, is formed on the wedge element, or a number of wedge sections projecting radially on the wedge element corresponding to the number of magnets. With the or these wedge surfaces, the permanent magnets are coupled or directly or indirectly guided on them. It is provided according to a first alternative of the invention that the permanent magnets themselves have wedge surfaces with which they are mounted directly on the wedge surface or surfaces of the wedge element. The permanent magnets therefore have a trapezoidal shape. The outside of the magnet, which faces the stator, runs parallel to the stator surface or parallel to the axis of rotation of the rotor shaft, while the radially inner magnet surface runs at an angle to this, forming a wedge surface. That means that the magnet volume axially changed, the cross-sectional area increases from one end of the magnet to the other. Alternatively, it is conceivable that each permanent magnet is arranged on a magnet carrier which has a wedge surface and is mounted with this on the or a wedge surface of the wedge element. So here each permanent magnet has a constant cross-section over its length, the wedge surface is formed via the interposed magnet carrier, for example a simple plastic component to which the permanent magnet is firmly connected, eg glued.
Wie beschrieben sind die Permanentmagneten in dem Magnethalter radial geführt.As described, the permanent magnets are guided radially in the magnet holder.
Der Magnethalter ist hierzu zweckmäßigerweise hohlzylindrisch ausgebildet und weist eine der Anzahl an Permanentmagneten entsprechende Anzahl an Radialausneh mungen auf. Er weist ferner beidseits radial nach innen verlaufende Radialflansche und an diese anschließende, sich axial erstreckende Ringflansche auf, über die der Magnethalter auf der Rotorwelle aufsitzt, das heißt, dass an diesen axialen, zylindri schen Ringflanschen die Längsverzahnung ausgebildet ist, die in die Längsverzah nung an der Rotorwelle eingreift, und einerseits die drehfeste Verbindung von Rotor welle und Magnethalter bildet, andererseits aber auch die axiale Verschiebbarkeit der Rotorwelle relativ zum positionsfesten Magnethalter ermöglicht. For this purpose, the magnet holder is expediently designed as a hollow cylinder and has a number of radial recesses corresponding to the number of permanent magnets. It also has on both sides radially inwardly extending radial flanges and adjoining axially extending annular flanges via which the magnet holder rests on the rotor shaft, that is, on these axial, cylindrical annular flanges, the longitudinal toothing is formed, which is integrated into the longitudinal toothing engages on the rotor shaft, and on the one hand forms the non-rotatable connection of the rotor shaft and magnet holder, but on the other hand also enables the rotor shaft to be axially displaced relative to the fixed magnet holder.
Um sicherzustellen, dass die Radialverstellung der Permanentmagnete nur in einem definierten Verstellbereich erfolgt, das heißt, dass die Permanentmagnete nur zwi schen einer definierten Innenposition und einer definierten Außenposition verstellt werden können, nicht aber darüber hinaus, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass an der Rotorwelle zwei Axialanschläge vorgesehen sind, die die Verschiebebe wegung der Rotorwelle relativ zum Magnethalter begrenzen. Die Axialbewegung der Rotorwelle ist also über diese beiden Anschläge begrenzt, worüber aber auch der ma ximale Verstellweg der Permanentmagnete begrenzt ist. In order to ensure that the radial adjustment of the permanent magnets takes place only in a defined adjustment range, that is, that the permanent magnets can only be adjusted between a defined inner position and a defined outer position, but not beyond that, a development of the invention provides that on the Rotor shaft two axial stops are provided that limit the movement of the rotor shaft Verschiebebe relative to the magnet holder. The axial movement of the rotor shaft is therefore limited by these two stops, but this also limits the maximum adjustment path of the permanent magnets.
Zur Ausbildung der Keilflächen am Keilelement sind unterschiedliche Ausgestaltungen denkbar. Zum einen ist es möglich, wie bereits beschreiben, an der Rotorwelle eine der Anzahl an Permanentmagneten entsprechende Anzahl an längslaufenden Vor sprüngen beziehungsweise Stegen auszubilden, an denen die radial außenliegenden Keilflächen ausgebildet sind. Dies ermöglicht eine entsprechend leichte Ausgestaltung der Rotorwelle, da nur die schmalen Keilabschnitte vorzusehen sind. Die eigentliche Radialführung der Permanentmagnete geschieht über den Magnethalter, der bei spielsweise entsprechende, radial nach innen gerichtete Führungsflächen, an denen die Permanentmagneten geführt sind, aufweist. Alternativ zu dieser Ausgestaltung des Keilelements ist es aber auch denkbar, an der Rotorwelle quasi einen zylindrischen oder kegelförmigen, sich radial erstreckenden Ringabschnitt als Keilelement auszubil den, in dem entsprechende Nuten ausgebildet sind, die radial nach innen von jeweils einer Keilfläche begrenzt sind, wobei die Permanentmagnete und gegebenenfalls die Magnetträger in den Nuten aufgenommen sind. Hier sind also in dem größer volumi- gen Keilelement entsprechende längslaufende Nuten ausgebildet, in denen jeweils ein Permanentmagnet und, sofern vorgesehen, der Magnethalter eingesetzt ist, wobei diese Nuten im Nutgrund die Keilflächen bilden. Hier erfolgt die Radialführung der Permanentmagnete über das Keilelement respektive die Nutflanken selbst. Different configurations are conceivable for forming the wedge surfaces on the wedge element. On the one hand, it is possible, as already described, to form a number of longitudinal projections or webs corresponding to the number of permanent magnets on the rotor shaft, on which the radially outer wedge surfaces are formed. This enables a correspondingly light design the rotor shaft, since only the narrow wedge sections have to be provided. The actual radial guidance of the permanent magnets takes place via the magnet holder, which has, for example, corresponding, radially inwardly directed guide surfaces on which the permanent magnets are guided. As an alternative to this embodiment of the wedge element, however, it is also conceivable to design a quasi-cylindrical or conical, radially extending ring section as a wedge element on the rotor shaft, in which corresponding grooves are formed which are each bounded radially inward by a wedge surface, the Permanent magnets and optionally the magnet carriers are received in the grooves. Corresponding longitudinal grooves are formed here in the larger-volume wedge element, in each of which a permanent magnet and, if provided, the magnet holder are inserted, these grooves forming the wedge surfaces in the groove base. Here, the permanent magnets are radially guided via the wedge element or the groove flanks themselves.
Neben dem Rotor betrifft die Erfindung des Weiteren eine Synchronmaschine, umfas send einen Rotor der vorstehend beschriebenen Art. Es handelt sich demzufolge um eine permanenterregte Synchronmaschine. In addition to the rotor, the invention also relates to a synchronous machine, comprising a rotor of the type described above. It is therefore a permanently excited synchronous machine.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnah me auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen: The invention is explained below using exemplary embodiments with reference to the drawings. The drawings are schematic representations and show:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Synchronmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor mit radial innen liegenden respektive eingefahrenen Permanentmagneten, und FIG. 1 shows a basic illustration of a synchronous machine according to the invention with a rotor according to the invention with radially inner or retracted permanent magnets, and FIG
Figur 2 die Anordnung aus Figur 1 mit radial ausgefahrenen Permanentmagne ten. FIG. 2 shows the arrangement from FIG. 1 with radially extended permanent magnets.
Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Synchronmaschine 1 , mit einem Maschinengehäuse 2, in dem ein Stator 3 mit Blechpaket und Statorwick lung 4 sowie ein erfindungsgemäßer Rotor 5 aufgenommen ist. Der Rotor 5 ist über entsprechende Wälzlager 6 drehbar im Maschinengehäuse 2 in an sich bekannter Weise gelagert. Der erfindungsgemäße Rotor 5 weist eine Rotorwelle 7 auf, die mit einem Keilelement 8 versehen ist beziehungsweise an der ein Keilelement 8 integral ausgebildet ist, wobei das Keilelement 8 über einen hier konischen, sich radial erstre ckenden Absatz 9 gebildet ist, an dem eine Mehrzahl an Nuten 10 ausgebildet ist, de ren Nutgrund jeweils eine Keilfläche 11 aufweist, also keilförmig verläuft. In jeder Nut 10 und auf der jeweiligen Keilfläche 11 aufsitzend ist ein Permanentmagnet 12 ange ordnet, der auf der Keilfläche 11 beweglich aufgenommen ist. Da die Rotorwelle 7 und mit ihr das Keilelement 8, wie durch den Pfeil P1 dargestellt ist, axial beweglich ist, die Permanentmagneten 12 jedoch axial gesehen positionsfest sind, kommt es zu einem Abgleiten der Permanentmagneten 12 auf den Keilflächen 11 , wodurch die Perma nentmagneten 12 radial nach außen bewegt werden. FIG. 1 shows a schematic diagram of a synchronous machine 1 according to the invention, with a machine housing 2 in which a stator 3 with a laminated core and stator winding 4 and a rotor 5 according to the invention are accommodated. The rotor 5 can be rotated in the machine housing 2 via corresponding roller bearings 6 in a manner known per se Way stored. The rotor 5 according to the invention has a rotor shaft 7 which is provided with a wedge element 8 or on which a wedge element 8 is integrally formed, the wedge element 8 being formed via a here conical, radially extending shoulder 9 on which a plurality of Grooves 10 is formed, de Ren groove base each having a wedge surface 11, that is, it extends in a wedge shape. In each groove 10 and seated on the respective wedge surface 11, a permanent magnet 12 is arranged, which is movably received on the wedge surface 11. Since the rotor shaft 7 and with it the wedge element 8, as shown by the arrow P1, is axially movable, but the permanent magnets 12 are axially fixed in position, the permanent magnets 12 slide on the wedge surfaces 11, whereby the permanent magnets 12 be moved radially outward.
Dabei ist es möglich, wie in Figur 1 am oberen Permanentmagneten 12 dargestellt ist, dass der Permanentmagnet 12 selbst eine Keilfläche 13 aufweist, so dass sich eine Trapezform ergibt und der Magnetquerschnitt von einem Ende zum anderen Ende veränderlich ist. Alternativ dazu ist es, wie am unteren Permanentmagneten 12 darge stellt, auch denkbar, einen Magnetträger 14 zwischen den Permanentmagneten 12 und das Keilelement 8 zu setzen, wobei in diesem Fall am Magnetträger 14, bei spielsweise einem einfachen Kunststoffbauteil, eine Keilfläche 15 ausgebildet ist, die auf der Keilfläche 11 aufsitzt. Hier ist der Permanentmagnet 12 ein rechteckiges Bau teil, das einen konstanten Querschnitt über seine Länge aufweist. It is possible, as shown in FIG. 1 on the upper permanent magnet 12, for the permanent magnet 12 itself to have a wedge surface 13, so that a trapezoidal shape results and the magnet cross-section is variable from one end to the other. Alternatively, as shown on the lower permanent magnet 12, it is also conceivable to place a magnet carrier 14 between the permanent magnets 12 and the wedge element 8, in which case a wedge surface 15 is formed on the magnet carrier 14, for example a simple plastic component, which sits on the wedge surface 11. Here the permanent magnet 12 is part of a rectangular construction that has a constant cross section over its length.
Die Permanentmagneten 12 sind in einem Magnethalter 16 aufgenommen, der ein hohlzylindrisches Bauteil ist und eine der Anzahl an Permanentmagneten 12 entspre chende Anzahl an schlitzförmigen Ausnehmungen 17 aufweist. Durch diese Ausneh mungen 17 kann jeder Permanentmagnet 12 geringfügig radial nach außen in Rich tung des Stators 3 bewegt werden, so dass sich der zwischen Stator 3 und Rotor 5 gegebene Luftspalt 18 in seiner Breite verringert und bei einem Zurückbewegen der Permanentmagneten 12 wieder vergrößert. Die Führung jedes Permanentmagneten 12 im Rahmen der radialen Bewegung kann entweder über die entsprechenden, längslaufenden Flanken der jeweiligen Nut 10 erfolgen, in der die Permanentmagne ten 12 und gegebenenfalls der Magnetträger 14 aufgenommen sind, oder über ent- sprechende, radial nach innen gerichtete wandartige Führungsabschnitte am Magnet halter 16 selbst. The permanent magnets 12 are accommodated in a magnet holder 16, which is a hollow cylindrical component and has a number of slot-shaped recesses 17 corresponding to the number of permanent magnets 12. Through these recesses 17, each permanent magnet 12 can be moved slightly radially outward in the direction of the stator 3, so that the air gap 18 between stator 3 and rotor 5 is reduced in width and enlarged again when the permanent magnets 12 are moved back. The guidance of each permanent magnet 12 in the context of the radial movement can either take place via the corresponding, longitudinal flanks of the respective groove 10, in which the permanent magnets 12 and possibly the magnet carrier 14 are received, or via ent- speaking, radially inwardly directed wall-like guide sections on the magnet holder 16 itself.
Der Magnethalter 16, vorzugsweise ein Kunststoffbauteil, weist wie beschrieben eine hohlzylindrische Form auf. An den zylindrischen, mit den Ausnehmungen 17 versehe nen Abschnitt schließt sich endseitig jeweils ein radial nach innen verlaufender Radial flansch 19 und an diesen ein hohlzylindrischer, sich axial erstreckender Ringflansch 20 an, wobei der Magnethalter 16 über eine an den Ringflanschen 20 ausgebildete, am Innenumfang vorgesehene Längsverzahnung in eine entsprechende, an der Ro torwelle 7 ausgebildete äußere Längsverzahnung eingreift. Über diesen Verzah nungseingriff ist zum einen eine drehfeste Verbindung realisiert, so dass demzufolge die gesamte Einheit aus Rotorwelle 7 und Magnethalter 16 zusammen dreht, anderer seits ist auch eine axiale Verschiebbarkeit der Rotorwelle 7 relativ zum Magnethalter 16, der positionsfest ist, gegeben. The magnet holder 16, preferably a plastic component, has, as described, a hollow cylindrical shape. On the cylindrical, with the recesses 17 versehe NEN section closes at each end a radially inwardly extending radial flange 19 and to this a hollow cylindrical, axially extending annular flange 20, the magnet holder 16 via a formed on the annular flanges 20, on the inner circumference provided longitudinal toothing engages in a corresponding, formed on the Ro gate shaft 7 outer longitudinal toothing. On the one hand, a non-rotatable connection is realized via this toothing engagement, so that consequently the entire unit of rotor shaft 7 and magnet holder 16 rotates together; on the other hand, rotor shaft 7 can also be axially displaced relative to magnet holder 16, which is fixed in position.
Wie Figur 1 ferner zeigt, sitzen außenseitig auf den Ringflanschen 20 die beiden Wälzlager 6 mit ihrem jeweiligen Innenring 21 auf, während der Außenring 22 in ei nem entsprechenden Lagersitz 23 des Maschinengehäuses 2 aufgenommen ist. As FIG. 1 also shows, the two roller bearings 6 with their respective inner ring 21 sit on the outside of the annular flanges 20, while the outer ring 22 is received in a corresponding bearing seat 23 of the machine housing 2.
Wie beschrieben ist die Rotorwelle 7 und mit ihr das Keilelement 8 axial verschiebbar, wie durch den Pfeil P1 dargestellt ist, um die Permanentmagnete 12 gezielt radial nach außen zu schieben und den Luftspalt 18 zu verkleinern, oder radial nach innen zurückzubewegen, um den Luftspalt zu vergrößern. Damit diese Radialverstellung wegmäßig exakt begrenzt ist, sind an der Rotorwelle 7 zwei Axialanschläge 24 in Form von Ringbunden vorgesehen, die je nach Verstellbewegung gegen den benach barten Innenring 21 des benachbarten Wälzlagers 6 laufen. As described, the rotor shaft 7 and with it the wedge element 8 is axially displaceable, as shown by the arrow P1, in order to push the permanent magnets 12 radially outwards and to reduce the air gap 18, or to move them back radially inwards to close the air gap enlarge. So that this radial adjustment is precisely limited in terms of travel, two axial stops 24 in the form of annular collars are provided on the rotor shaft 7, which run against the neighboring inner ring 21 of the adjacent roller bearing 6 depending on the adjustment movement.
Die axiale Verstellung erfolgt bei der erfindungsgemäßen Synchronmaschine 1 über ein hydraulisch, alternativ auch pneumatisch gesteuertes bzw. betätigbares Stellele ment 25. Dieses Stellelement 25 umfasst einen konzentrischen Nehmerzylinder 26 bzw. ist als ein solcher ausgeführt. Der Nehmerzylinder 26 weist einen Zylinder 27 und einen darin geführten Kolben 28 auf. Er kann im Zylinder 27 bewegt werden, in dem mittels einer über eine nicht näher gezeigte Steuerungseinrichtung gesteuerte Fördereinrichtung 29 über eine Leitung 30 ein Hydraulikfluid, oder ein gas, unter Druck und in geeigneter Menge gesteuert zugeführt wird. Das Fluid oder Gas wird in einen Zylinderraum 34 gedrückt, was die Kolbenverschiebung nach links zur Folge hat. Der Kolben 28 ist mit einem Ausrücklager 35 gekoppelt, das zwei Lagerringe 36, 37 aufweist, zwischen denen Wälzkörper in Form von Kugeln 38 wälzen. Der Kolben ist mit dem Lagerring 36 verbunden. Der Lagerring 37 hingegen ist mit der Rotorwelle 7 verbunden, diese weist einen Radialflansch 39 auf, mit dem sie am Lagerring 37 abgestützt ist. The axial adjustment takes place in the synchronous machine 1 according to the invention via a hydraulically, alternatively also pneumatically controlled or actuatable Stellele element 25. This adjusting element 25 comprises a concentric slave cylinder 26 or is designed as such. The slave cylinder 26 has a cylinder 27 and a piston 28 guided therein. It can be moved in the cylinder 27 in which it is controlled by means of a control device not shown in detail Conveying device 29 via a line 30, a hydraulic fluid, or a gas, is supplied under pressure and in a controlled manner in a suitable amount. The fluid or gas is pressed into a cylinder space 34, which results in the piston shifting to the left. The piston 28 is coupled to a release bearing 35 which has two bearing rings 36, 37, between which rolling elements in the form of balls 38 roll. The piston is connected to the bearing ring 36. The bearing ring 37, on the other hand, is connected to the rotor shaft 7, which has a radial flange 39 with which it is supported on the bearing ring 37.
Vorgesehen ist des Weiteren ein Federelement 31 in Form einer Schraubenfeder 32, die mit ihrem rechten Ende an dem Radialflansch 39 und mit ihrem linken Ende am Außenring 21 des benachbarten, positionsfesten Wälzlagers 6 abgestützt ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Ausrücklagers 35 ist ein weiteres Federelement 40, auch hier eine Schraubenfeder 41 , angeordnet, die einerseits am Lagerring 36 und andererseits am Zylinder 27 abgestützt ist. Dieses Federelement 40 unterstützt einer seits die Ausrückbewegung, andererseits dämpft es die Rückstellbewegung beim Ein rücken. Furthermore, a spring element 31 is provided in the form of a helical spring 32, which is supported with its right end on the radial flange 39 and with its left end on the outer ring 21 of the adjacent, stationary roller bearing 6. On the opposite side of the release bearing 35 there is a further spring element 40, also here a helical spring 41, which is supported on the one hand on the bearing ring 36 and on the other hand on the cylinder 27. This spring element 40 supports on the one hand the release movement, on the other hand it dampens the return movement when a move.
Wird der Kolben 28 ausgerückt, so wird infolge der Kopplung des Kolbens 28 mit der Rotorwelle 7 über das Ausrücklager 35 auch die Rotorwelle 7, wie durch den Pfeil P1 gezeigt ist, axial verschoben wird. Hieraus resultiert wiederum, dass die Permanent magnete 12, die axial gesehen positionsfest sind, radial nach außen aus dem Mag nethalter 16 durch die Radialausnehmungen 17 geschoben werden (siehe Pfeil P3 in Figur 1 ), und demzufolge näher zum Stator 3 positioniert werden, was in einer Ver schmälerung des Luftspalts 18 führt. Diese Verstellbewegung setzt dann ein, wenn die Drehzahl erhöht werden soll, was über die nicht näher gezeigte Steuerungseinrichtung durch Ansteuerung der Fördereinrichtung für die Axialverstellung gesteuert wird. If the piston 28 is disengaged, as a result of the coupling of the piston 28 to the rotor shaft 7 via the release bearing 35, the rotor shaft 7 is also axially displaced, as shown by the arrow P1. This in turn results in the permanent magnets 12, which are axially fixed in position, are pushed radially outward from the magnet holder 16 through the radial recesses 17 (see arrow P3 in FIG. 1), and are consequently positioned closer to the stator 3, which is shown in FIG a narrowing of the air gap 18 leads. This adjustment movement begins when the speed is to be increased, which is controlled via the control device, not shown in detail, by activating the conveying device for the axial adjustment.
Die Verstellsituation ist in Figur 2 gezeigt, wo ersichtlich der Kolben 28 samt Ausrück lager 35 und Rotorwelle 7 maximal nach links geschoben sind, der Anschlag 24 liegt am Innenring 21 des rechten Wälzlagers 6 an. Die Permanentmagnete 12 sind er sichtlich geringfügig radial nach außen geschoben, der Luftspalt 18 ist verkleinert. Hierüber wird die bei dem vormals gegebenen größeren Luftspalt 18 realisierte Feld- Schwächung reduziert, es kommt zu einer veränderten Feldkopplung zwischen Statorfeld und Rotorfeld, was das Anfahren auch sehr hoher Drehzahlen ermöglicht. The adjustment situation is shown in FIG. 2, where it can be seen that the piston 28, including the release bearing 35 and the rotor shaft 7, have been pushed to the left as a maximum, the stop 24 rests on the inner ring 21 of the right-hand roller bearing 6. The permanent magnets 12 are visibly pushed slightly radially outward, the air gap 18 is reduced. In this way, the field- Reduced weakening, there is a changed field coupling between stator field and rotor field, which enables start-up even at very high speeds.
Mit Erreichen wiederum einer konstanten Drehzahl nimmt das beschleunigungsbe- dingt angestiegene Drehmoment wieder ab. Die Drehzahl wird erfasst und seitens der Steuerungseinrichtung der Fluid- oder Gasdruck im Nehmerzylinder wieder abgebaut. Das Federelement 31 stellt den Kolben 28 samt Ausrücklager 35 wieder zurück. Gleichzeitig wird damit aber auch wieder, wie durch den Pfeil P2 gezeigt, die Rotor welle 7 nach rechts zurückgestellt, die Permanentmagneten 12 laufen auf den Keilflä- chen 11 wieder ab und werden radial nach innen in den Magnethalter 16 geführt, wie der Pfeil P4 wieder zeigt. Dabei ist natürlich eine entsprechende Zwangsführung der Permanentmagnete 12 mit der Rotorwelle 7 bzw. dem Keilelement 8 gegeben, das heißt, dass eine entsprechende mechanische Kopplung gegeben ist, beispielsweise über einen Nuteingriff oder Ähnliches, die sicherstellt, dass trotz höherer Drehzahl die Permanentmagnete 12 auch definiert wieder mit nach innen bewegt werden, und die gleichzeitig auch sicherstellt, dass die Permanentmagnete 12 nicht allein fliehkraftbe dingt radial nach außen geführt werden. When a constant speed is reached again, the acceleration-related increased torque decreases again. The speed is recorded and the fluid or gas pressure in the slave cylinder is reduced again by the control device. The spring element 31 sets the piston 28 together with the release bearing 35 back again. At the same time, however, the rotor shaft 7 is moved back to the right again, as shown by the arrow P2, the permanent magnets 12 run off the wedge surfaces 11 again and are guided radially inward into the magnet holder 16, as the arrow P4 again indicates. In this case, of course, there is a corresponding forced guidance of the permanent magnets 12 with the rotor shaft 7 or the wedge element 8, i.e. a corresponding mechanical coupling is provided, for example via a groove engagement or the like, which ensures that the permanent magnets 12 also define despite the higher speed are moved inward again, and at the same time also ensures that the permanent magnets 12 are not guided radially outward due to centrifugal force alone.
Bezugszeichenliste Synchronmaschine Maschinengehäuse Stator Statorwicklung Rotor Wälzlager Rotorwelle Keilelement Absatz Nut Keilfläche Permanentmagnet Keilfläche Magnetträger Keilfläche Magnethalter Ausnehmung Luftspalt Radialflansch Ringflansch Innenring Außenring Lagersitz Axialanschlag Stellelement Nehmerzylinder Zylinder Kolben Fördereinrichtung Leitung 31 FederelementLIST OF REFERENCE NUMERALS synchronous machine machine housing stator stator winding rotor roller bearing rotor shaft wedge element shoulder groove wedge surface permanent magnet wedge surface magnet carrier wedge surface magnet holder recess air gap radial flange ring flange inner ring outer ring bearing seat axial stop adjusting element slave cylinder cylinder piston conveyor line 31 spring element
32 Schraubenfeder32 coil spring
33 -33 -
34 Zylinderraum34 cylinder space
35 Ausrücklager35 release bearings
36 Lagerring 36 bearing ring
37 Lagerring 37 bearing ring
38 Kugeln 38 bullets
39 Radialflansch39 radial flange
40 Federelement40 spring element
41 Schraubenfeder 41 coil spring
P1 PfeilP1 arrow
P2 PfeilP2 arrow
P3 PfeilP3 arrow
P4 Pfeil P4 arrow

Claims

Patentansprüche Claims
1. Rotor für eine Synchronmaschine, mit mehreren um den Rotorumfang verteilt angeordneten Permanentmagneten (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (12) radial verschiebbar in einem axial positionsfesten Magnethalter (16) angeordnet und direkt oder indirekt an einer oder mehreren Keilflächen (11) eines axial verschiebbaren Keilelements (8) gelagert sind, das über ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbares Stellelement (25) gesteu ertes axial bewegbar ist. 1. Rotor for a synchronous machine, with several permanent magnets (12) distributed around the rotor circumference, characterized in that the permanent magnets (12) are arranged radially displaceably in an axially fixed magnet holder (16) and directly or indirectly on one or more wedge surfaces (11 ) an axially displaceable wedge element (8) are mounted which is axially movable steered via a hydraulically or pneumatically actuated adjusting element (25).
2. Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Stellelement (25) ein axial positionsfester, konzentrischer Nehmerzylinder (26) mit einem axial bewegbaren Kolben (28), der über ein Ausrücklager mit der Rotorwelle (7) ge koppelt ist, vorgesehen ist. 2. Rotor according to claim 1, characterized in that an axially fixed, concentric slave cylinder (26) with an axially movable piston (28) which is coupled to the rotor shaft (7) via a release bearing is provided as the adjusting element (25) .
3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben gegen ein Federelement (40), insbesondere eine Schraubenfeder (41) aus der ausgerück ten in die eingerückte Stellung bewegbar ist. 3. Rotor according to claim 2, characterized in that the piston is movable against a spring element (40), in particular a helical spring (41) from the disengaged into the engaged position.
4. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Keilelement (8) auf einer Rotorwelle (7) befestigt oder von der Rotor welle (8) selbst gebildet ist. 4. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the wedge element (8) is attached to a rotor shaft (7) or is formed by the rotor shaft (8) itself.
5. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bewegung des axial bewegbaren Elementteils (27) oder des Keilelements (8) gegen eine, vorzugsweise über ein Federelement (31), insbe sondere eine Schraubenfeder (32) erzeugte, Rückstellkraft erfolgt. 5. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the axial movement of the axially movable element part (27) or the wedge element (8) against a, preferably via a spring element (31), in particular a special helical spring (32) generated, restoring force he follows.
6. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (12) selbst Keilflächen (13) aufweisen, mit denen sie direkt auf der oder den Keilflächen (11) des Keilelements (8) gelagert sind, oder dass jeder Permanentmagnet (12) auf einem Magnetträger (14) angeord- net ist, der eine Keilfläche (15) aufweist und mit dieser auf der oder einer Keil fläche (11) des Keilelements (8) gelagert ist. 6. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnets (12) themselves have wedge surfaces (13) with which they are mounted directly on the wedge surface or surfaces (11) of the wedge element (8), or that each permanent magnet ( 12) arranged on a magnet carrier (14) is net, which has a wedge surface (15) and is mounted with this on the or a wedge surface (11) of the wedge element (8).
7. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnethalter (16) hohlzylindrisch ist und eine der Anzahl an Perma nentmagneten (12) entsprechenden Anzahl an Radialausnehmungen (17) auf weist, und beidseits radial nach innen verlaufende Radialflansche (19) und an diese anschließende, sich axial erstreckende Ringflansche (20) aufweist, über die der Magnethalter (16) auf der Rotorwelle (8) aufsitzt. 7. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the magnet holder (16) is hollow cylindrical and has a number of radial recesses (17) corresponding to the number of permanent magnets (12), and radial flanges (19) extending radially inward on both sides and has axially extending annular flanges (20) adjoining this, via which the magnet holder (16) rests on the rotor shaft (8).
8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rotorwelle (7) zwei Axialanschläge (24) vorgesehen sind, die die Verschiebebewegung der Rotorwelle (7) relativ zum Magnethalter (16) begrenzen. 8. Rotor according to claim 7, characterized in that two axial stops (24) are provided on the rotor shaft (7), which limit the displacement movement of the rotor shaft (7) relative to the magnet holder (16).
9. Rotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Keilelement (8) Nuten (10) aufweist, die radial nach Innen von jeweils einer Keilfläche (11) begrenzt sind, wobei die Permanentmagnete (12) und ge gebenenfalls die Magnetträger (15) in den Nuten (10) aufgenommen sind. 9. Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the wedge element (8) has grooves (10) which are bounded radially inward by a wedge surface (11), the permanent magnets (12) and, if appropriate, the magnet carriers ( 15) are received in the grooves (10).
10. Synchronmaschine, umfassend einen Rotor (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche. 10. Synchronous machine, comprising a rotor (5) according to one of the preceding claims.
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