WO2016206682A1 - Elektrische maschine mit variabler motorkonstante, aktor mit der elektrischen maschine und verfahren zur variation der motorkonstante der elektrischen maschine - Google Patents

Elektrische maschine mit variabler motorkonstante, aktor mit der elektrischen maschine und verfahren zur variation der motorkonstante der elektrischen maschine Download PDF

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Lars Gehrke
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Definitions

  • Electric motor with variable motor constant actuator with the electric machine and method for varying the motor constant of the electric
  • the invention relates to an electric machine with a variable motor constant. Furthermore, the invention relates to an actuator having the electric machine. Moreover, the invention relates to a method for varying the motor constant of the electric machine. A variety of electro-mechanical mechanisms of action around and in
  • An engine constant also called voltage constant or torque constant
  • the motor constant is a fixed machine-related quantity that is only in the frame with a so-called
  • the electric machine is able to produce a higher maximum speed or a larger maximum torque.
  • the torque of an electric machine is fundamentally dependent on its set operating point, i. the torque is a function of the speed.
  • the relationship between speed and torque is reproduced in the electric machine via the so-called motor constant (torque constant) and is usually a gradient straight line.
  • a large motor constant leads to a high torque at a simultaneously low maximum speed.
  • the engine constant may be 0.065 Nm / A.
  • a small engine constant leads to a smaller maximum torque but to a larger maximum speed.
  • the engine constant may be 0.027 Nm / A.
  • the method is that the motor constant can not be changed during operation.
  • the motor constants are usually fixed and can only be changed with the aid of control engineering methods. In many cases, it is advantageous to adapt the motor constant to the different load conditions. That means it
  • Magnetically conductive assembly moves into the electrical machine.
  • a rotational movement of the electric machine causes a change in the motor constant, which is optimal depending on the load to be driven
  • the magnetic flux-conducting assembly can be relocated out of the electrical machine again.
  • a change of the magnetic flux-conducting assembly can be relocated out of the electrical machine again.
  • an electric machine is a machine used in electrical energy technology and represents a form of energy converters.
  • the electric machine is an electro-mechanical energy converter or a
  • a displacement is to be understood as a displacement.
  • the displacement is linear, i. in an axial longitudinal direction of the spindle.
  • Machine relocatable, insertable, insertable or insertable.
  • a rotational movement of the electric machine causes a change in the motor constant.
  • an optimal machine behavior is produced.
  • the magnetic flux conducting assembly is adapted to be displaced due to rotation of the spindle relative to the electric machine.
  • the magnetically flux-conducting assembly is arranged displaceably on the spindle by means of at least one mechanical coupling.
  • the magnetic flux-conducting assembly is easily linearly displaced on the spindle.
  • a spindle nut is linear
  • the spindle nut is arranged to generate a rotation of the spindle due to a linear displacement of the spindle.
  • the magnetic flux-conducting assembly is displaceable in the direction of the electric machine.
  • the spindle nut is designed as a Planetenskylzgetriebe.
  • the magnetically flux-conducting assembly is displaceable into the electric machine, wherein a rotational movement of the electric machine causes a change in the motor constant, which causes optimal machine behavior as a function of the load to be driven.
  • the magnetic flux-conducting assembly between the rotor and the spindle can be introduced.
  • the magnetic flux-conducting assembly is slidable over the outer surface of the stator.
  • the magnetic flux-conducting assembly between a housing wall of the electric machine and the stator can be introduced.
  • the magnetic flux-conducting assembly is a sleeve or a
  • the electric machine has a freewheel to maintain its position upon rotation of the spindle.
  • the electric machine can be positioned independently of relative movements of the magnetic flux-conducting assembly.
  • the actuator is a clutch actuator, a hydrostatic clutch actuator or an electrical central release.
  • the object is achieved in particular by a method for varying the motor constant of an electric machine, wherein the electric Machine comprises a stator, a rotor rotatably mounted in the stator, wherein a spindle is guided by the electric machine, and at least one can be introduced into the electrical machine Magnetpound concernsde assembly is provided, wherein the magnetic flux conducting assembly is arranged linearly displaceable on the spindle, the following step comprising:
  • the method further comprises the following step:
  • the method further comprises the following steps to achieve a rotation of the spindle:
  • Fig. 2 is a schematic view of a first electrical according to the invention
  • FIG. 3 shows a section A-A of FIG. 2
  • FIG. 6 is a schematic view of an actuator according to the invention with an electric machine of Fig. 2,
  • FIG. 7a is a schematic view of FIG. 2 with a Flußleitblech in a first position
  • FIG. 7b shows a speed-torque characteristic curve for FIG. 7a
  • FIG. 7c shows a actuation travel actuating force characteristic curve for FIG. 7a
  • FIG. 7b shows a speed-torque characteristic curve for FIG. 7a
  • FIG. 7c shows a actuation travel actuating force characteristic curve for FIG. 7a
  • FIG. 7b shows a speed-torque characteristic curve for FIG. 7a
  • FIG. 7c shows a actuation travel actuating force characteristic curve for FIG. 7a
  • Fig. 8a is a further schematic view with a Flußleitblech in a second
  • FIG. 8b shows a speed-torque characteristic curve for FIG. 8a, FIG.
  • Fig. 8c is a Betsch Trent-actuating force characteristic to Fig. 8a
  • FIG. 9a shows another schematic view with a Flußleitblech in a third position
  • Fig. 9b is a speed-torque characteristic to Fig. 9a and
  • Fig. 9c is a Betsch Trent-actuating force characteristic to Fig. 9a.
  • Fig. 1 shows a cross section through an electrical machine.
  • the electric machine 2 is designed as a radially constructed permanent magnet excited electric motor.
  • the electric machine 2 has a stator 3 and a rotor 4 rotatably mounted in the stator 3, which is designed to be rotatable in a direction D.
  • Coils 5 are provided radially on the stator 3.
  • Permanent magnets 6 are provided radially on the rotor 4.
  • a simple return plate 7 is provided on the rotor 4.
  • the return plate 7 is designed narrow, resulting in a high
  • Leakage flux within the electric machine 2 leads. This reduces a motor constant.
  • the low motor constant ensures a small maximum torque and a high maximum speed.
  • Fig. 2 shows a schematic view of a first electric machine according to the invention.
  • the electric machine 2 has a spindle 12, which is guided by the electric machine 2.
  • a magnetic flux-conducting module 8 which can be introduced into the electric machine 2 is provided.
  • the magnetic flux conducting assembly 8 is linear by means of mechanical couplings 1 1 in an axial direction on the Spindle 12 arranged displaceably.
  • the magnetic flux conducting assembly 8 has a cylindrical body and is formed as an additional return plate in the form of a sleeve.
  • a spindle nut 13 is provided, which is also arranged linearly displaceable on the spindle 12 in an axial direction.
  • the spindle nut is designed as a Planetenskylzgetriebe.
  • Magnetically conductive assembly 8 is partially in the electric machine. 2
  • FIG. 3 shows a section A-A from FIG. 2.
  • the electric machine 2 is designed as a radially constructed permanent magnet excited electric motor.
  • the electric machine 2 has a stator 3 and a rotor 4 rotatably mounted in the stator 3, which is designed to be rotatable in a direction D.
  • Coils 5 are provided radially on the stator 3.
  • Magnets 6 are provided radially on the rotor 4.
  • In the electric machine 2 is a simple one
  • Return plate 7 is provided on the rotor 4.
  • Magnet flow-conducting assembly 8 is provided, wherein the magnetic flux-conducting
  • Assembly 8 is arranged linearly displaceable on the spindle 12 in order to vary as a result of a displacement of a motor constant of the electric machine 1.
  • the magnetically flux-conducting assembly 8 is arranged displaceably along the inner circumferential surface 9 of the rotor 4.
  • the magnetic flux-conducting assembly is moved into the electric machine, wherein a rotational movement of the electric machine, a change in the
  • FIG. 4 shows a schematic view of a second electrical machine according to the invention.
  • the electric machine 2 has a spindle 12, which is guided by the electric machine 2. Furthermore, a magnetic flux-conducting module 8 which can be introduced into the electric machine 2 is provided.
  • the magnetic flux conducting assembly 8 is arranged by means of mechanical couplings 1 1 in an axial direction linearly displaceable on the spindle 12.
  • the magnetic flux conducting assembly 8 has a cylindrical body and is formed as an additional return plate in the form of a sleeve. Further, a spindle nut 13 is provided, which is also arranged linearly displaceable on the spindle 12 in an axial direction.
  • the spindle nut is designed as a Planetenskylzgetriebe.
  • Magnetically conductive assembly 8 is partially inserted into the electric machine 2.
  • the magnetically flux-conducting assembly 8 is introduced into the electrical machine 2 along an outer circumferential surface of the stator 3.
  • the spindle nut 13 has moved on the spindle 12 in the sheet plane to the right.
  • FIG. 5 shows a section BB from FIG. 4.
  • the magnetically flux-conducting assembly 8 is not introduced along the inner circumferential surface 9 of the stator 3, but along the outer circumferential surface 10 of the rotor 4.
  • FIG. 6 shows a schematic view of an actuator according to the invention with an electrical machine from FIG. 2.
  • the actuator 1 is designed as a hydrostatic clutch actuator.
  • the actuator 1 has the electric machine 2 from FIG. 2.
  • the electric machine 2 has an electronics 14 and a linear sensor 15. As a result of actuation of the electronics 14 of the linear sensor 15 is driven. For this purpose, a power supply via an electrical system 16 is provided.
  • Linear sensor 15 is set up to detect a linear displacement of the spindle nut 13.
  • the linear displacement of the spindle nut 13 causes the magnetic flux conducting assembly 8 is displaced in the direction of the electric machine 2 in the sheet plane to the right.
  • the actuator 1 has a master cylinder 21 with a primary piston 20, a slave cylinder 23 and a release bearing 24.
  • the primary piston 20 is connected to the spindle nut 13.
  • the master cylinder 21 is connected via a hydraulic 22 to the slave cylinder 23, which in turn is brought into contact with the clutch release bearing 24.
  • the linear displacement of the spindle nut 13 leads, on the one hand, to the fact that the magnetically flux-conducting assembly 8 is displaced to the right in the direction of the electric machine 2 in the plane of the page. This allows a motor constant of the electric machine 2 to vary in a simple manner.
  • Fig. 7a shows a schematic view of Fig. 2 with a Flußleitblech in a first position
  • Fig. 7b shows a speed-torque characteristic of the electric motor to Fig. 7a
  • Fig. 7c shows a Betreli whysweg-actuating force characteristic of the spindle to FIG 7a.
  • the actuator 1 requires a high maximum speed, since only a small load occurs at the operating point 30 on the speed-torque characteristic and therefore the operating point 30 of the electric machine 2 is close to the maximum speed 31.
  • Fig. 8a shows a further schematic view with a flux guide in a second position
  • Fig. 8b shows a speed-torque characteristic of
  • Electric motor for Fig. 8a and Fig. 8c shows a Betrelinsweg-Betrucistskraft- characteristic of the spindle for Fig. 8a.
  • the additional flux guide plate 8 is moved in the direction of the electric machine 2 and this partially introduced.
  • 9a shows a further schematic view with a Flußleitblech in a third position
  • Fig. 9b shows a speed-torque characteristic of the electric motor to Fig. 9a
  • Fig. 9c shows an actuation path
  • Operating force characteristic of the spindle of FIG. 9a The flux baffle 8 is fully inserted into the electronic machine 2. This results in a high load torque with the greatest force.
  • the operating point 30 is shifted in a range of lower speeds and in the range of its maximum torque.
  • Magnetically conductive assembly 8 is a large maximum torque at a small maximum speed achievable. If the magnetic flux conducting assembly 8 is not inserted into the electric machine 2, the motor constant is small. Here is a little max

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Abstract

Die Erfindung betrifft eineelektrische Maschine (2) mit einem Stator (3) und einen im Stator (3) drehbar gelagerten Rotor (4), wobei eine Spindel (12) durch die elektrische Maschine (2) geführt ist, und mindestens eine in die elektrische Maschine (2) einbringbare magnetflussleitende Baugruppe (8) vorgesehen ist, wobei die magnetflussleitende Baugruppe (8) linear verlagerbar auf der Spindel (12) angeordnet ist, um infolge einer Verlagerung in die elektrische Maschine (2) eine Motorkonstante der elektrischen Maschine (1) zu variieren.

Description

Elektrische Maschine mit variabler Motorkonstante, Aktor mit der elektrischen Maschine und Verfahren zur Variation der Motorkonstante der elektrischen
Maschine Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit variabler Motorkonstante. Ferner betrifft die Erfindung einen Aktor aufweisend die elektrische Maschine. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Variation der Motorkonstante der elektrischen Maschine. Eine Vielzahl von elektro-mechanischen Wirkmechanismen rund um und in
Automobilen wird mit Elektromotoren angesteuert. Darüber hinaus sind
Elektromotoren auch in einer Vielzahl anderer elektrischer Maschinen und
technischen Bereichen einsetzbar. Eine Motorkonstante, auch Spannungskonstante oder Drehmomentkonstante genannt, ist maßgeblich für das elektromechanische Verhalten von elektrischen Maschinen verantwortlich. Für gewöhnlich ist die Motorkonstante eine feste maschinenbezogene Größe, die nur im Rahmen mit einem sogenannten
Feldschwächebetrieb verändert werden kann. Allerdings ist mit dem
Feldschwächebetrieb lediglich eine Verringerung der Motorkonstante möglich.
Je nach Größe der Motorkonstante ist die elektrische Maschine in der Lage eine höhere maximale Drehzahl oder ein größeres maximales Drehmoment zu erzeugen. Das Drehmoment einer elektrischen Maschine ist grundsätzlich von seinem eingestellten Arbeitspunkt abhängig, d.h. das Drehmoment ist eine Funktion von der Drehzahl. Der Zusammenhang zwischen Drehzahl und Drehmoment wird bei der elektrischen Maschine über die sogenannte Motorkonstante (Drehmomentkonstante) wiedergegeben und ist in der Regel eine steigungsbehaftete Gerade.
Eine große Motorkonstante führt zu einem hohen Drehmoment bei einer gleichzeitig geringen maximalen Drehzahl. Bei einem elektrischen Zentralausrücker kann die Motorkonstante beispielsweise 0,065 Nm/A betragen. Eine kleine Motorkonstante führt zu einem kleineren maximalen Drehmoment aber zu einer größeren maximalen Drehzahl. Bei einem hydrostatischen Kupplungsaktor kann die Motorkonstante beispielsweise 0,027 Nm/A betragen. Es existieren bereits Ansätze, die Motorkonstante über mechanische
Verstellmechanismen zu verändern:„Classification of field-weakening Solutions and novel PM machine with adjustable excitation" by H. Woehl-Bruhn, IEEE Paper, XIX International Conference on Electrical Machines - ICEM 2010, Rom". Je nach Stellung der vorhandenen drehbeweglichen Magnete der elektrischen Maschine lässt sich die Motorkonstante verstärken oder schwächen. Nachteilig bei dieser vorgestellten
Methode ist, dass die Motorkonstante nicht während des Betriebs verändert werden kann.
Durch die vorgegebene Maschinentopologie sind die Motorkonstanten in der Regel fest vorgegeben und können nur mit Hilfe von regelungstechnischen Methoden verändert werden. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, die Motorkonstante an die unterschiedlichen Belastungszustände anzupassen. Das bedeutet, dass es
Betriebspunkte innerhalb eines Zyklus gibt, in denen eine hohe Drehzahl benötigt wird und es gibt ebenso Betriebspunkt in denen ein hohes Drehmoment notwendig ist.
Typischerweise wird ein Kompromiss zwischen zwei Betriebspunkten für die
Motorauslegung eingegangen, um die beiden Arbeitspunkte bedienen zu können. Dabei muss der Widerspruch zwischen zu geringem Drehmoment und zu geringer Dynamik gelöst werden.
Es besteht somit die technische Aufgabe in der Optimierung bei der Auslegung von elektrischen Maschinen, die einerseits eine hohe Drehzahl und andererseits eine hohes Drehmoment aufweisen müssen, ohne die vorgegebenen
Rahmenbedingungen, wie Spannungsversorgung, Strombegrenzung oder einfache Regelungsverfahren, verändert werden müssen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch eine elektrische
Maschine mit einem Stator und einen im Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei eine Spindel durch die elektrische Maschine geführt ist, und mindestens eine in die elektrische Maschine einbringbare magnetflussleitende Baugruppe vorgesehen ist, wobei die magnetflussleitende Baugruppe linear verlagerbar auf der Spindel angeordnet ist, um infolge einer Verlagerung in die elektrische Maschine eine
Motorkonstante der elektrischen Maschine zu variieren.
Durch ein Vorsehen der elektrischen Maschine ist eine Veränderung der
Motorkonstante der elektrischen Maschine erreichbar. Hierzu wird die
magnetflussleitende Baugruppe in die elektrische Maschine verlagert. Über eine Drehbewegung der elektrischen Maschine wird eine Veränderung der Motorkonstante bewirkt, die in Abhängigkeit der zu treibendenden Last ein optimales
Maschinenverhalten hervorruft.
Bevorzugt lässt sich die magnetflussleitende Baugruppe wieder aus der elektrischen Maschine heraus verlagern. Dabei lässt sich wieder eine Veränderung der
Motorkonstante der elektrischen Maschine erzielen.
Vorzugsweise ist eine elektrische Maschine eine in der elektrischen Energietechnik eingesetzte Maschine und stellt eine Form von Energiewandlern dar. Bevorzugt ist die elektrische Maschine ein elektro-mechanischer Energiewandler oder eine
permanentmagneterregte Synchronmaschine.
Vorzugsweise ist unter einer Verlagerung eine Verschiebung zu verstehen. Bevorzugt erfolgt die Verlagerung linear, d.h. in einer axialen Längsrichtung der Spindel.
Besonders bevorzugt ist die magnetflussleitende Baugruppe in die elektrische
Maschine verlagerbar, einschiebbar, einbringbar oder einführbar.
Bevorzugt bewirkt eine Drehbewegung der elektrischen Maschine eine Veränderung der Motorkonstante. In Abhängigkeit der zu treibendenden Last wird ein optimales Maschinenverhalten hervorgerufen.
Je weiter die magnetflussleitende Baugruppe in die elektrische Maschine
eingeschoben wird, desto größer ist die Motorkonstante. Bei einer vollständig in die elektrische Maschine eingeschobenen magnetflussleitenden Baugruppe ist ein großes maximales Drehmoment bei einer kleinen maximalen Drehzahl erzielbar.
Ist die magnetflussleitende Baugruppe nicht in die elektrische Maschine
eingeschobenen, ist die Motorkonstante kleiner. Hier ist ein kleineres maximales Drehmoment bei einer hohen maximalen Drehzahl zu erwarten.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die magnetflussleitende Baugruppe eingerichtet, infolge einer Drehung der Spindel relativ zur elektrischen Maschine verlagert zu werden.
Damit lässt sich die magnetflussleitende Baugruppe auf diese Weise lässt sich in Richtung zur elektrischen Maschine verlagern. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die magnetflussleitende Baugruppe mittels mindestens einer mechanischen Koppelung verlagerbar auf der Spindel angeordnet.
Infolge einer Drehbewegung der Spindel ist die magnetflussleitende Baugruppe auf einfache Weise linear auf der Spindel verlagern.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Spindelmutter linear
verlagerbar auf der Spindel angeordnet. Vorzugsweise ist die Spindelmutter eingerichtet, eine Drehung der Spindel infolge einer linearen Verlagerung der Spindel, zu erzeugen. Infolge der linearen Verlagerung der Spindelmutter ist die magnetflussleitende Baugruppe in Richtung der elektrischen Maschine verschiebbar. Bevorzugt ist die Spindelmutter als ein Planetenwälzgetriebe ausgebildet.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die magnetflussleitende
Baugruppe einen zylinderförmigen Körper auf, der
- entlang einer inneren Mantelfläche des Rotors verschiebbar ist und/oder - entlang einer äußeren Mantelfläche des Stators verschiebbar ist.
Damit ist eine Veränderung der Motorkonstante der elektrischen Maschine auf einfache Weise erzielbar. Die magnetflussleitende Baugruppe ist derart in die elektrische Maschine verschiebbar, wobei eine Drehbewegung der elektrischen Maschine eine Veränderung der Motorkonstante bewirkt, die in Abhängigkeit der zu treibendenden Last ein optimales Maschinenverhalten hervorruft.
Vorzugsweise ist die magnetflussleitende Baugruppe zwischen dem Rotor und der Spindel einbringbar. Bevorzugt ist die magnetflussleitende Baugruppe über die äußere Mantelfläche des Stators schiebbar. Besonders bevorzugt ist die magnetflussleitende Baugruppe zwischen einer Gehäusewandung der elektrischen Maschine und dem Stator einbringbar. Bevorzugt ist die magnetflussleitende Baugruppe eine Hülse oder ein
Flussrückschlussblech.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die elektrische Maschine einen Freilauf auf, um bei einer Drehung der Spindel ihre Position beizubehalten. Damit ist die elektrische Maschine unabhängig von Relativbewegungen der magnetflussleitenden Baugruppe positionierbar.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch einen Aktor aufweisend eine elektrische Maschine, wie zuvor beschrieben.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Aktor ein Kupplungsaktor ein hydrostatischer Kupplungsaktor oder ein elektrischer Zentralausrücker.
Auf diese Weise lässt sich eine Vielzahl verschiedener Aktoren verwirklichen, um eine Veränderung der Motorkonstante zu erzielen.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur Variation der Motorkonstant einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine einen Stator, einen im Stator drehbar gelagerten Rotor aufweist, wobei eine Spindel durch die elektrische Maschine geführt ist, und mindestens eine in die elektrische Maschine einbringbare magnetflussleitende Baugruppe vorgesehen ist, wobei die magnetflussleitende Baugruppe linear verlagerbar auf der Spindel angeordnet ist, den folgenden Schritt aufweisend:
- lineares Verlagern der magnetflussleitenden Baugruppe in die elektrische Maschine infolge einer Drehung der Spindel während eines Betriebs der elektrischen Maschine.
Bevorzugt weist das Verfahren ferner den folgenden Schritt auf:
- lineares Verlagern der magnetflussleitenden Baugruppe aus der elektrischen Maschine heraus infolge einer Drehung der Spindel während des Betriebs der elektrischen Maschine.
Bevorzugt weist das Verfahren ferner folgende Schritte auf, um eine Drehung der Spindel zu erzielen:
- lineares Verlagern einer Spindelmutter, die verlagerbar auf der Spindel angeordnet ist und
- Verdrehung der Spindel infolge einer Verlagerung der Spindelmutter. Die Erfindung wird nun beispielhaft durch Figuren veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine,
Fig. 3 einen Schnitt A-A aus Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
Fig. 5 einen Schnitt B-B aus Fig. 4,
Fig. 6 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Aktors mit einer elektrischen Maschine aus Fig. 2,
Fig. 7a eine schematische Ansicht aus Fig. 2 mit einem Flussleitblech in einer ersten Position,
Fig. 7b eine Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie zur Fig. 7a, Fig. 7c eine Betätigungsweg-Betätigungskraft-Kennlinie zur Fig. 7a,
Fig. 8a eine weitere schematische Ansicht mit einem Flussleitblech in einer zweiten
Position,
Fig. 8b eine Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie zur Fig. 8a,
Fig. 8c eine Betätigungsweg-Betätigungskraft-Kennlinie zur Fig. 8a
Fig. 9a eine weitere schematische Ansicht mit einem Flussleitblech in einer dritten Position,
Fig. 9b eine Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie zur Fig. 9a und
Fig. 9c eine Betätigungsweg-Betätigungskraft-Kennlinie zur Fig. 9a.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine.
Die elektrische Maschine 2 ist als ein radial aufgebauter permanentmagneterregter Elektromotor ausgebildet. Die elektrische Maschine 2 weist einen Stator 3 und einen im Stator 3 drehbar gelagerten Rotor 4 auf, der in einer Richtung D drehbar ausgeführt ist. Spulen 5 sind radial am Stator 3 vorgesehen. Permanentmagneten 6 sind radial am Rotor 4 vorgesehen.
Bei der elektrischen Maschine 2 ist ein einfaches Rückschlussblech 7 am Rotor 4 vorgesehen. Das Rückschlussblech 7 ist schmal ausgelegt, was zu einem hohen
Streufluss innerhalb der elektrischen Maschine 2 führt. Damit ist eine Motorkonstante herabgesetzt.
Die geringe Motorkonstante sorgt für ein kleines maximales Drehmoment und eine hohe maximale Drehzahl.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine 2 weist eine Spindel 12 auf, die durch die elektrische Maschine 2 geführt ist. Ferner ist eine in die elektrische Maschine 2 einbringbare magnetflussleitende Baugruppe 8 vorgesehen. Die magnetflussleitende Baugruppe 8 ist mittels mechanischer Koppelungen 1 1 in einer axialen Richtung linear auf der Spindel 12 verlagerbar angeordnet. Die magnetflussleitende Baugruppe 8 weist einen zylinderförmigen Körper auf und ist als ein zusätzliches Rückschlussblech in Form einer Hülse ausgebildet. Ferner ist eine Spindelmutter 13 vorgesehen, die ebenfalls in einer axialen Richtung linear auf der Spindel 12 verlagerbar angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Spindelmutter als ein Planetenwälzgetriebe ausgebildet.
Infolge der linearen Verlagerung der Spindelmutter 13 ist die magnetflussleitende Baugruppe 8 in Richtung der elektrischen Maschine 2 verschiebbar. Die
magnetflussleitende Baugruppe 8 ist teilweise in die elektrische Maschine 2
eingeführt. Dabei ist die magnetflussleitende Baugruppe 8 entlang einer inneren
Mantelfläche 9 des Rotors 4 in die elektrische Maschine 2 eingeführt. Hierzu hat sich die Spindelmutter 13 auf der Spindel 12 in der Blattebene nach rechts verlagert.
Damit lässt sich eine Motorkonstante der elektrischen Maschine 2 auf einfache Weise variieren.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt A-A aus Fig. 2.
Die elektrische Maschine 2 ist als ein radial aufgebauter permanentmagneterregter Elektromotor ausgebildet. Die elektrische Maschine 2 weist einen Stator 3 und einen im Stator 3 drehbar gelagerten Rotor 4 auf, der in einer Richtung D drehbar ausgeführt ist. Spulen 5 sind radial am Stator 3 vorgesehen. Magneten 6 sind radial am Rotor 4 vorgesehen. Bei der elektrischen Maschine 2 ist ein einfaches
Rückschlussblech 7 am Rotor 4 vorgesehen.
Im Unterschied zur Fig. 1 ist die in die elektrische Maschine 2 einbringbare
magnetflussleitende Baugruppe 8 vorgesehen, wobei die magnetflussleitende
Baugruppe 8 linear verlagerbar auf der Spindel 12 angeordnet ist, um infolge einer Verlagerung eine Motorkonstante der elektrischen Maschine 1 zu variieren.
Die magnetflussleitende Baugruppe 8 ist dabei entlang der inneren Mantelfläche 9 des Rotors 4 verschiebbar angeordnet. Durch ein Vorsehen der elektrischen Maschine mit der magnetflussleitenden
Baugruppe wird eine erste Möglichkeit bereitgestellt, eine Veränderung der
Motorkonstante der elektrischen Maschine zu erreichen. Dabei wird die magnetflussleitende Baugruppe in die elektrische Maschine verlagert, wobei eine Drehbewegung der elektrischen Maschine eine Veränderung der
Motorkonstante bewirkt, die in Abhängigkeit der zu treibendenden Last ein optimales Maschinenverhalten hervorruft. Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
Die elektrische Maschine 2 weist eine Spindel 12 auf, die durch die elektrische Maschine 2 geführt ist. Ferner ist eine in die elektrische Maschine 2 einbringbare magnetflussleitende Baugruppe 8 vorgesehen. Die magnetflussleitende Baugruppe 8 ist mittels mechanischer Koppelungen 1 1 in einer axialen Richtung linear auf der Spindel 12 verlagerbar angeordnet. Die magnetflussleitende Baugruppe 8 weist einen zylinderförmiger Körper auf und ist als ein zusätzliches Rückschlussblech in Form einer Hülse ausgebildet. Ferner ist eine Spindelmutter 13 vorgesehen, die ebenfalls in einer axialen Richtung linear auf der Spindel 12 verlagerbar angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Spindelmutter als ein Planetenwälzgetriebe ausgebildet.
Infolge der linearen Verlagerung der Spindelmutter 13 ist die magnetflussleitende Baugruppe 8 in Richtung der elektrischen Maschine 2 verschiebbar. Die
magnetflussleitende Baugruppe 8 ist teilweise in die elektrische Maschine 2 eingeführt. Im Unterschied zur Fig. 2 ist die magnetflussleitende Baugruppe 8 entlang einer äußeren Mantelfläche des Stators 3 in die elektrische Maschine 2 eingeführt. Hierzu hat sich die Spindelmutter 13 auf der Spindel 12 in der Blattebene nach rechts verlagert.
Damit wird eine Variante zur Fig. 2 vorgeschlagen, eine Motorkonstante der elektrischen Maschine auf einfache Weise zu variieren. Fig. 5 zeigt einen Schnitt B-B aus Fig. 4.
Inn Unterschied zur Fig. 3 ist die magnetflussleitende Baugruppe 8 nicht entlang der inneren Mantelfläche 9 des Stators 3 eingeführt, sondern entlang der äußeren Mantelfläche 10 des Rotors 4.
Durch ein Vorsehen der elektrischen Maschine mit der magnetflussleitenden
Baugruppe wird eine zweite Möglichkeit bereitgestellt, eine Veränderung der
Motorkonstante der elektrischen Maschine zu erreichen. Der Effekte kann dadurch verstärkt werden, indem im Rotor und um den Stator gleichzeitig jeweils ein flussleitendes Element eingebracht wird.
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Aktors mit einer elektrischen Maschine aus Fig. 2.
Der Aktor 1 ist als ein hydrostatischer Kupplungsaktor ausgebildet. Der Aktor 1 weist die elektrische Maschine 2 aus Fig. 2 auf. Die elektrische Maschine 2 weist eine Elektronik 14 und einen Linearsensor 15 auf. Infolge einer Betätigung der Elektronik 14 wird der Linearsensor 15 angesteuert. Hierzu wird eine Stromversorgung über ein Bordnetz 16 bereitgestellt. Der
Linearsensor 15 ist eingerichtet eine lineare Verlagerung der Spindelmutter 13 zu detektieren. Die lineare Verlagerung der Spindelmutter 13 führt dazu, dass die magnetflussleitende Baugruppe 8 in Richtung der elektrischen Maschine 2 in der Blattebene nach rechts verlagert wird.
Ferner weist der Aktor 1 einen Geberzylinder 21 mit einem Primärkolben 20, einen Nehmerzylinder 23 und ein Ausrücklager 24 auf. Der Primärkolben 20 ist mit der Spindelmutter 13 verbunden. Der Geberzylinder 21 ist über eine Hydraulik 22 mit dem Nehmerzylinder 23 verbunden, der wiederum mit dem Ausrücklager mit Kupplung 24 in Kontakt gebracht ist. Die lineare Verlagerung der Spindelmutter 13 führt zum einen dazu, dass die magnetflussleitende Baugruppe 8 in Richtung der elektrischen Maschine 2 in der Blattebene nach rechts verlagert wird. Damit lässt sich eine Motorkonstante der elektrischen Maschine 2 auf einfache Weise variieren.
Zum anderen erfährt der Primärkolben 20 ebenfalls eine lineare Verlagerung im Geberzylinder 21 . Hierdurch wird eine Betätigung des Nehmerzylinders 23 ausgelöst, der das Ausrücklager mit Kupplung 24 betätigt. Fig. 7a zeigt eine schematische Ansicht aus Fig. 2 mit einem Flussleitblech in einer ersten Position, Fig. 7b zeigt eine Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Elektromotors zur Fig. 7a und Fig. 7c zeigt eine Betätigungsweg-Betätigungskraft-Kennlinie der Spindel zur Fig. 7a. Der Aktor 1 benötigt eine hohe maximale Drehzahl, da im Arbeitspunkt 30 auf der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie lediglich eine geringe Last auftritt und sich deshalb der Arbeitspunkt 30 der elektrischen Maschine 2 nahe an der maximalen Drehzahl 31 befindet. Fig. 8a zeigt eine weitere schematische Ansicht mit einem Flussleitblech in einer zweiten Position, Fig. 8b zeigt eine Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des
Elektromotors zur Fig. 8a und Fig. 8c zeigt eine Betätigungsweg-Betätigungskraft- Kennlinie der Spindel zur Fig. 8a. Infolge des Verfahrens der Spindelmutter 13 auf der Spindel 12 wird das zusätzliche Flussleitblech 8 in Richtung der elektrischen Maschine 2 verschoben und diese teilweise einbracht. Hierdurch erfolgt eine Erhöhung der Motorkonstante der elektrischen Maschine 2. Fig. 9a zeigt eine weitere schematische Ansicht mit einem Flussleitblech in einer dritten Position, Fig. 9b zeigt eine Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Elektromotors zur Fig. 9a und Fig. 9c zeigt eine Betätigungsweg-Betätigungskraft-Kennlinie der Spindel zur Fig. 9a. Das Flussleitblech 8 ist in die elektnsche Maschine 2 ganz eingeführt. Hieraus resultiert ein hohes Lastdrehmonnent mit der größten Kraft. Der Arbeitspunkt 30 ist in einen Bereich der kleineren Drehzahlen und in den Bereich seines maximalen Drehmoments verschoben.
Zusammenfassend lässt sich zu den Fig. 7a bis 9c sagen, dass je weiter die magnetflussleitende Baugruppe 8 in die elektrische Maschine 2 eingeschoben wird, desto größer ist die Motorkonstante.
Bei einer vollständig in die elektrische Maschine 2 eingeschobenen
magnetflussleitenden Baugruppe 8 ist ein großes maximales Drehmoment bei einer kleinen maximalen Drehzahl erzielbar. Ist die magnetflussleitende Baugruppe 8 nicht in die elektrische Maschine 2 eingeschobenen, ist die Motorkonstante klein. Hier ist ein kleines maximales
Drehmoment bei einer hohen maximalen Drehzahl erzielbar.
Bezuqszeichenliste
1 Aktor
2 elektrische Maschine
3 Stator
4 Rotor
5 Spule
6 Magnet
7 einfaches Rückschlussblech
8 magnetflussleitende Baugruppe
9 innere Mantelfläche
10 äußere Mantelfläche
1 1 Koppelung
12 Spindel
13 Planetenwälzgetriebe
14 Elektronik
15 Linearsensor
16 Bordnetz 20 Primärkolben
21 Geberzylinder
22 Nehmerzylinder
23 Hydraulik
24 Ausrücklager mit Kupplung
30 Arbeitspunkt
31 maximales Drehmoment durch Strombegrenzung D Drehrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrische Maschine (2) mit einem Stator (3) und einen im Stator (3) drehbar gelagerten Rotor (4), wobei eine Spindel (12) durch die elektrische Maschine (2) geführt ist, und mindestens eine in die elektrische Maschine (2)
einbringbare magnetflussleitende Baugruppe (8) vorgesehen ist, wobei die magnetflussleitende Baugruppe (8) linear verlagerbar auf der Spindel (12) angeordnet ist, um infolge einer Verlagerung in die elektrische Maschine (2) eine Motorkonstante der elektrischen Maschine (1 ) zu variieren.
2. Elektrische Maschine (2) gemäß Anspruch 1 , wobei die magnetflussleitende Baugruppe (8) eingerichtet ist, infolge einer Drehung der Spindel (12) relativ zur elektrischen Maschine (2) verlagert zu werden.
3. Elektrische Maschine (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetflussleitende Baugruppe (8) mittels mindestens einer mechanischen Koppelung (1 1 ) verlagerbar auf der Spindel (12) angeordnet ist.
4. Elektrische Maschine (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Spindelmutter (13) linear verlagerbar auf der Spindel (12) angeordnet ist.
5. Elektrische Maschine (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetflussleitende Baugruppe (8) einen zylinderförmigen Körper aufweist, der
- entlang einer inneren Mantelfläche (9) des Rotors (4) verschiebbar ist und/oder
- entlang einer äußeren Mantelfläche (10) des Stators (3) verschiebbar ist.
6. Elektrische Maschine (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine (2) einen Freilauf aufweist, um bei einer Drehung der Spindel (12) ihre Position beizubehalten.
7. Aktor (1 ) aufweisend eine elektrische Maschine (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
8. Aktor (1 ) gemäß Anspruch 7, wobei der Aktor (1 ) ein Kupplungsaktor ein
hydrostatischer Kupplungsaktor oder ein elektrischer Zentralausrücker ist.
9. Verfahren zur Variation einer Motorkonstanten einer elektrischen Maschine (2), wobei die elektrische Maschine (2) einen Stator (3), einen im Stator (3) drehbar gelagerten Rotor (4) aufweist, wobei eine Spindel (12) durch die elektrische Maschine (2) geführt ist, und mindestens eine in die elektrische Maschine (2) einbringbare magnetflussleitende Baugruppe (8) vorgesehen ist, wobei die magnetflussleitende Baugruppe (8) linear verlagerbar auf der Spindel (12) angeordnet ist,
den folgenden Schritt aufweisend:
- lineares Verlagern der magnetflussleitenden Baugruppe (7) in die elektrische Maschine (2) infolge einer Drehung der Spindel (9) während eines Betriebs der elektrischen Maschine (2).
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