CN103765742A

CN103765742A - 具有围绕永磁激励的磁极的线圈的磁性传动机构

Info

Publication number: CN103765742A
Application number: CN201180073119.6A
Authority: CN
Inventors: 迪特尔·蒙茨; 马库斯·雷纳尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2014-04-30
Also published as: WO2013029676A1; RU2014112041A; US20140225467A1; BR112014003995A2; EP2707941A1

Abstract

应改进磁性传动机构的动力。为此，提出一种具有定子，第一转子和第二转子的磁性传动机构，该第一转子具有永磁激励的磁极（2，3），该第二转子同样地具有永磁激励的磁极。该转子与定子磁性耦合。第一转子的每个磁极（2，3）分别被线圈（5）缠绕。将磁极（2，3）的线圈（5）串联连接。可以为线圈（5）的串联电路供给直流电流，以便相对于不通电的状态改变穿过磁极（2，3）的磁通量。

Description

具有围绕永磁激励的磁极的线圈的磁性传动机构

技术领域

本发明涉及一种具有定子、第一转子和第二转子的磁性传动机构，该第一转子具有永磁激励的磁极，该第二转子同样地具有永磁激励的磁极，其中转子与定子磁性耦合。除此之外，本发明涉及一种用于运行具有前述结构的磁性传动机构的方法。

背景技术

所谓的“磁性传动机构从很久之前就是已知的。这种磁性传动机构由至少两个转子（驱动端和输出端）和一个定子构成。该转子适用于带有不同极数的永磁体。每个转子的极数由设计规则得出。将磁体施加在磁性接地上。

被驱动的转子在气隙中（在第一转子与定子之间）产生磁性旋转场，该旋转场根据极数与转子同步旋转。定子部分地由软磁原料制成。大多软磁材料是叠片的铁或软磁复合材料（Soft Magnetic Composites）或软性铁氧体。定子的任务是以适当的方式从驱动端调制磁***变场，从而使磁场在输出端（在定子与输出端转子的第二气隙中）以另一种频率旋转。因此，当输出端转子与所出现的极数耦合，就可以改变转速（降低）。

在至今为止已知的实现方式中，无论是存在轴向通量控制（Flussführung）还是存在径向通量控制（转子的圆盘式或管状结构形式），两个转子适用于具有不同极数的永磁体（优选地由NdFeB制成的）。被驱动的转子的磁体（轴向装置中的圆盘和径向装置中的管道）产生旋转的磁场，通过固定的定子中的通量控制齿（也是圆盘或管道）调制磁场，然后在输出端与第二转子上的磁体（还是圆盘或管道）的磁场相耦合。通过选择磁体的数量来确定变速比。减速和加速都可以实现。磁场强度定义了可以实现的最大转矩。如果超出这一转矩，则传动机构失去同步。如果荷载转矩降至临界转矩以下，则传动机构重新同步。无法在失去同步的情况下和同步的情况下控制性能。但这是所期望的。

发明内容

因此，本发明的目的在于能够在失去同步的情况下和/或进行同步时可变地设计磁性传动机构的特性。

根据本发明，这一目的通过具有定子、第一转子和第二转子的磁性传动机构来实现，该第一转子具有永磁激励的磁极，该第二转子具有永磁激励的磁极，其中，该转子与定子磁性耦合，并且其中，第一转子的每个磁极各自被线圈缠绕，相应于第一串联电路将磁极的线圈串联，并且可以为线圈的第一串联电路供给直流电流，以便于相对于不通电的状态改变穿过第一转子的磁极的磁通量。

除此之外，根据本发明提供一种用于运行磁性传动机构的方法，该传动机构具有定子、第一转子和第二转子，该第一转子具有永磁激励的磁极，该第二转子具有永磁激励的磁极，其中该转子与定子磁性耦合，通过分别提供围绕第一转子的每个磁极的线圈，其中相应于第一串联电路将磁极的线圈串联，并为线圈的第一串联电路供给直流电流，以便于相对于不通电的状态改变穿过第一转子的磁极的磁通量。

在有利的方式中，为第一转子的每个磁极分别缠绕线圈，并将该线圈与绕组串联连接。因此，可以为第一转子的所有线圈供给直流电流，利用该直流电流按照需要改变穿过磁极的磁通量。所以，能够例如在失去同步的情况下减弱该磁通量并为了同步而加强该磁通量。

优选地，还为第二转子的每个磁极分别缠绕线圈，相应于用于第二绕组的第二串联电路将该磁极线圈串联连接，并且可以为线圈的第二串联电路供给直流电流，以便于相对于不通电的状态改变穿过第二转子的磁极的磁通量。因此，不仅可以在传动机构的第一转子中而且可以在第二转子中改变临界转矩。

有利地，每个线圈的绕线方向取决于相应磁极的永磁体的磁化方向。因此，可以通过同一股直流电流加强或减弱所有磁极的磁通量。

特别地，可以通过永磁体对相邻的磁极进行相反的磁化，从而使该相邻磁极具有绕线方向彼此相反的线圈。因此，在一个或多个转子的圆周上有规律地从一个磁极到另一个磁极交替对磁极进行磁化。

特别地，每个磁极应具有软磁芯。其优点在于，不必将线圈缠绕在近乎具有空气相对磁导率的永磁体上。而是将线圈缠绕在软磁芯上，所以，仅需要较小的电流强度以达到所期望的磁通量。

将第一转子的磁极区段状地布置在软磁圆盘上，其中，在极隙中形成沟槽，线圈嵌入该沟槽。通过这种特殊的结构使线圈具有软磁芯。

在有利的设计方案中，磁性传动机构具有发出温度信号的温度传感器和用于根据温度信号控制穿过线圈的直流电流的第一控制装置。其优点在于，可以根据温度的升高对磁场的减弱进行补偿。

除此之外，磁性传动机构可以具有发出过载信号的过载传感器和用于根据过载信号控制穿过线圈的直流电流的第二控制装置。其优点在于，能够迅速排除过载的后果（摇动或不同步）。

另外，磁性传动机构可以具有第三控制装置，可以利用该第三控制装置控制穿过线圈的电流，使得在相应的转子的预定的起动阶段中相对于不通电的状态加强穿过磁极的磁通量。从而可以保证能够在起动时更快地使磁性传动机构同步。

附图说明

根据附图对本发明做进一步说明，该附图示意性地在俯视图中示出磁性传动机构的圆盘形转子。

具体实施方式

下文中进一步描述的实施例是本发明的优选实施方式。

本文前述类型的磁性传动机构具有两个转子，转子设置有特定磁性材料的永磁体。因为最大可传输转矩取决于磁场的场强进而主要取决于所使用磁性材料的剩磁感应B_R，所以在制造根据现有技术的传动机构之后无法再改变“失步转矩（Kippmoment）”。然而，利用根据本发明的磁性传动机构或根据本发明的用于运行这种传动机构的方法可以实现这一点。

典型地利用管状转子或圆盘形转子来实现磁性传动机构。图中示出的例子示出圆盘形转子的俯视图。在这种情况下，该转子是12极的转子。每个极都被设计为区段状。极距1也就是相当于圆盘的区段。在附图的右侧部分中，象征性地示出两个指向相反方向的磁极2和3。一个磁极2的在进入图纸的平面方向上被磁化，也就是说，该磁极的磁化方向垂直于图纸平面并指向该平面中。相反，另一个磁极3在从图纸平面中出来的方向上被磁化。该磁极的磁化方向相应地指向从图纸平面出来的方向。在其它极距1中也包含磁极。该磁极的磁化方向沿圆周方向从极距到极距交替。每个磁极2，3都是通过永磁体激励的。

为了避免磁性短路，必须在磁极2，3之间设置极隙4。因此，磁极的磁体比极距1窄。这种极隙4在这种情况下容纳绕组或线圈5。为了固定线圈，可以在嵌入线圈后浇铸极隙4。这也可以减少空气涡流损失。

为了加强磁场，应使线圈缠绕铁磁构件。这在示出了作为载体的圆盘接地的情况下特别容易实现，其中圆盘例如由软性铁氧体或SMC制成。为此，沿着极距的界限将圆盘锯为或铣切为星形。从而产生由铁氧体/SMC制成的小柱，围绕该小柱能够敷设绕组或线圈5。

线圈可以是要制造的圆柱形线圈，该圆柱形线圈被设置为磁体外轮廓的形状。也可以考虑设置在（柔性）导体电路上的绕组。

因此，围绕每个永磁激励的磁极2，3设置绕组或线圈5。因为相应地对相邻的磁极进行相反的磁化，所以必须改变围绕每个磁体的绕线方向。因此，可以将线圈共同连接至串联电路并为所有线圈供给相同的直流电流。作为可替换方案，所有磁极也可以设置有绕线方向相同的线圈，然后为相邻磁极的线圈接通方向相反的电流。后者需要昂贵的接线费用。

通过向绕组或串联的线圈5中供给直流电流，可以增强或减弱所有磁体的磁场。线圈磁场强度取决于绕线数量、电流强度和通过软磁芯材料对磁场的可能的加强。

在附图示出的例子中，向磁极2的线圈5的上部接口中供给直流电流IDC，从而使该直流电流再在下部接口处流出。于是，激发磁场，该磁场指向从图纸平面出来的方向。从而，使永磁体激发的、方向为进入图纸平面的磁场减弱。

因为在磁极3中绕组5具有相反的绕线方向，所以直流电流IDC通过下部接口流入线圈并通过上部接口流出线圈。也就是说，电流沿顺时针方向流动并因此而激发磁场，该磁场的方向为进入图纸平面。因此，使磁极3的永磁体激发的磁场同样地减弱，该磁场指向从图纸平面出来的方向。

例如通过控制装置对提供给线圈5的直流电流的电流强度进行控制或调节，该控制装置从一个或多个传感器获得信号。这种传感器例如可以是温度传感器或过载传感器。当传动机构因为过载而“自旋（durchdreht）”时，发生过载传感器对例如传动机构出现的摇晃的测定。例如也可以在定子处电记录这种“自旋”。

存在众多通过馈入直流电流改变磁性传动机构的磁极的磁场的原因。例如，在碾磨机中装入磁性传动机构。如果在碾磨机中碾磨不同硬度的材料，就必须相应地设置传动机构的失步转矩以保护驱动系。为了设置失步转矩就要相应地调节直流电流。

在磁性传动机构中改变磁场的另一个原因可以是传动机构升温。由于磁体升温而使电感下降，从而因升温（损失与转速成比例）使最大可传输转矩下降。磁场的这种减弱可以通过同一方向的电激发的磁场的叠加得到补偿。

除此之外，磁性传动机构可以因过载而“自旋”。另外，产生强烈的振动，因为转子的磁场还总是处于最高水平。然后通过馈入相应电流根据本发明有意识地减弱磁场，以便于使摇晃最小化。

改变磁场的另一个原因可以在于，在失去同步情况之后重新更快地使传动机构同步。为此，可以短时间地加强磁场。

另外，起动（Hochlauf）时不但必须克服负载转矩还必须克服转子的惯性转矩。于是可以在起动过程中加强磁场。在这种情况下只须为负载转矩设计磁体。

用于供给绕组的电能可以通过集电环或电感变压器传输到转子上。也可以考虑将具有集成的电能传输装置的发动机使用到转子上。

利用本发明，可以以有利的方式在起动、失去同步情况和重新同步时相对于已知的磁性传动机构改进动力。这可以通过使用易于制造的DC-绕组来实现。为了同时磁性要么增强要么减弱所有磁极（当然不超出不可逆点），要么按相反方向缠绕绕组要么按相反方向给绕组通电流。

参考标号表

1 极距

2 磁极

3 磁极

4 极隙

5 线圈

IDC 直流电流

Claims

1.一种磁性传动机构具有

-定子，

-第一转子，所述第一转子具有永磁激励的磁极（2，3），以及

-第二转子，所述第二转子具有永磁激励的磁极，其中

-转子与所述定子磁性耦合，

其特征在于，

-所述第一转子的每个所述磁极（2，3）分别被线圈（5）缠绕，

-相应于第一串联电路，所述磁极的所述线圈串联连接，并且

-能够为所述线圈的所述第一串联电路供给直流电流（I_DC），以便相对于不通电的状态改变穿过所述第一转子的所述磁极的磁通量。

2.根据权利要求1所述的磁性传动机构，其中，所述第二转子的每个所述磁极分别被线圈缠绕，相应于第二串联电路，所述磁极的所述线圈串联连接，并且能够为所述线圈的所述第二串联电路供给直流电流，以便相对于所述不通电的状态改变穿过所述第二转子的所述磁极的磁通量。

3.根据权利要求1或2所述的磁性传动机构，其中，每个所述线圈（5）的绕线方向取决于相应所述磁极（2，3）的永磁体的磁化方向。

4.根据权利要求3所述的磁性传动机构，其中，通过所述永磁体对相邻的所述磁极（2，3）进行相反的磁化，并且因此相邻的所述磁极具有带有彼此相反的绕线方向的所述线圈（5）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的磁性传动机构，其中，每个所述磁极（2，3）具有软磁芯。

6.根据权利要求5所述的磁性传动机构，其中，所述第一转子的所述磁极（2，3）区段状地布置在软磁圆盘上，并在极隙（4）中形成沟槽，所述线圈（5）嵌入所述沟槽中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的磁性传动机构，具有发出温度信号的温度传感器和用于根据所述温度信号控制穿过所述线圈的所述直流电流的第一控制装置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的磁性传动机构，具有发出过载信号的过载传感器和用于根据所述过载信号控制穿过所述线圈的所述直流电流的第二控制装置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的磁性传动机构，具有第三控制装置，能够利用所述第三控制装置控制穿过所述线圈的所述直流电流，使得在相应的所述转子的预先确定的起动阶段中相对于所述不通电的状态加强穿过所述磁极（2，3）所述磁通量。

10.一种用于运行磁性传动机构的方法，所述磁性传动机构具有定子、第一转子和第二转子，所述第一转子具有永磁激励的磁极，所述第二转子具有永磁激励的磁极，其中所述转子与所述定子磁性耦合，其特征在于，

-提供分别围绕所述第一转子的每个所述磁极（2，3）的线圈（5），其中相应于第一串联电路，将磁极的线圈串联连接，以及

-为所述线圈（5）的第一串联电路供给直流电流（IDC），以便相对于不通电的状态改变穿过所述第一转子的所述磁极的磁通量。