WO2021164815A1 - Elektromotor mit feldverstärkung - Google Patents

Elektromotor mit feldverstärkung Download PDF

Info

Publication number
WO2021164815A1
WO2021164815A1 PCT/DE2021/100106 DE2021100106W WO2021164815A1 WO 2021164815 A1 WO2021164815 A1 WO 2021164815A1 DE 2021100106 W DE2021100106 W DE 2021100106W WO 2021164815 A1 WO2021164815 A1 WO 2021164815A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
stator
rotors
electric motor
air gap
Prior art date
Application number
PCT/DE2021/100106
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Witt
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Publication of WO2021164815A1 publication Critical patent/WO2021164815A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
    • H02K21/022—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the relative position between field and armature, e.g. between rotor and stator
    • H02K21/025—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the relative position between field and armature, e.g. between rotor and stator by varying the thickness of the air gap between field and armature
    • H02K21/026—Axial air gap machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/04—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
    • H02K21/042—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with permanent magnets and field winding both rotating
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator

Definitions

  • the invention relates to electric motors for a motor vehicle or auxiliary unit drive, with a shaft for torque output, the shaft being non-rotatably connected to at least one rotor, the at least one rotor being in operation with a stator assigned to it.
  • the invention is in particular in the field of electric motors with field amplification, for example an axial flow machine and a radial flow machine.
  • Electric motors / electric machines with field weakening are already known from the prior art.
  • the field weakening takes place, for example, by forcing a phase-shifted current supply to the windings or by means of mechanical adjustment / change in the motor itself, which reduces the magnetic flux through the windings.
  • the state without field weakening (with high induced voltages at the winding ends at a given speed) is the normal state.
  • the field weakening is used at high speeds of the electric motor. This is used to be able to use the broadest possible speed range.
  • a voltage induced at terminals of the windings of the electric motor is limited.
  • a loss-optimized operation of the electric motor should be provided over a wide speed and torque range when considering the overall system over the entire period of use.
  • This object is achieved according to the invention in a device of the generic type in that structural means are assigned to the at least one rotor in order to increase the field in an air gap between the at least one rotor and the stator in the operating state of a desired magnetic flux density, in particular especially in the operating state of a torque increase to be created to force in the air gap.
  • the structural means can be prepared to be actuated on the basis of an activation energy or activation power.
  • the structural means can be at least one mechanical actuator.
  • the at least one mechanical actuator can act on the at least one rotor in order to bring about an adjustment of the at least one rotor closer to the stator in the operating state of the desired magnetic flux density.
  • the electric motor can be an axial flux machine.
  • the at least one rotor can have two rotors.
  • the rotors can each be mounted axially displaceably between a first position and a second position.
  • the stator can be located between the two rotors and surround the shaft.
  • the stator and the rotors can each form the air gap to one another.
  • the air gap can be minimal in the first position and maximal in the second position.
  • the axial flux machine can be designed so that the rotors can be displaced relative to one another by a force applied from the outside (by the structural means) in order to reduce at least one of the two air gaps and to provide a higher magnetic flux between the rotor and stator during operation.
  • the structural means can be electrically operated coils.
  • the coils can be arranged on the at least one rotor in such a way that, in the operating state of the desired magnetic flux density, an additional magnetic field is generated between the at least one rotor and the stator, which causes the field amplification.
  • the electric motor can be a radial flux machine.
  • Pole caps of the rotor can each be provided with a magnet.
  • the stator can surround the rotors.
  • the air gap can be formed between the stator and the respective magnets of the pole caps.
  • the electrically operated coils can be located around the pole caps.
  • the coils can be designed to generate an additional radial magnetic flux during operation of the radial flux machine in order to provide a higher magnetic flux between the rotor and stator.
  • an axial flow machine includes a shaft.
  • the axial flux machine also includes two rotors.
  • the rotors are connected to the shaft or are kop pelt with it.
  • the rotors surround the shaft.
  • the rotors are each axially displaceable between a first position and a second position.
  • the axial flow machine further comprises a stator.
  • the stator is located between the two rotors.
  • the stator surrounds the shaft.
  • the stator and the rotors each form an air gap to one another.
  • the respective air gap or its width is mini times in the first position.
  • the respective air gap or its width is maximum in the second position.
  • the axial flux machine is designed such that the rotors can be displaced relative to one another by an externally applied force in order to reduce at least one of the air gaps and to provide a higher magnetic flux between the rotor and stator during operation.
  • the externally applied force can act on one and / or the other rotor in a certain period of time of increased torque requirement in order to increase the magnetic flux between the rotor and stator and thus the torque requirement, for example at least twice (or three times or four times) as high as in normal operation of the axial flow machine.
  • the rotor can be understood as the rotating part of an electric motor and can have permanent magnets.
  • the stator can be understood as the stationary part of an electric motor and have coil windings.
  • the wave can be used as a elongated cylindrical and rotating machine element are understood, which is used to transmit rotary movements and torques.
  • the axial flow machine can also be understood as a transverse flow machine.
  • the magnets used herein can consistently be permanent magnets, which occur in different designs and are designed for the respective purpose.
  • the rotors can each be connected to the shaft in a radially fixed manner without play.
  • the shaft can also have a guide on its circumference.
  • the guide can extend along the axis of rotation of the shaft.
  • the rotors can be connected to the shaft via the guide. The rotors can thus be connected to the shaft in a rotationally fixed manner.
  • the rotors can be designed as rotor blades, for example circular rotor blades.
  • Corresponding permanent magnets can be arranged on the rotor blades, which interact with the magnetic flux coming from the stator in order to make the rotor rotate about an axis.
  • the axis can be the axis of rotation of the shaft.
  • the stator can, for example, be separated from the shaft by means of a bearing or it can be surrounded and supported by the shaft.
  • the externally applied force can point in the axial direction so that the rotors approach each other. This external force allows the rotors to move towards one another.
  • the axial flow machine can thus have a spring element.
  • the axial flow machine can furthermore have a first limiter.
  • the limiter can be connected to the shaft.
  • the spring element can be designed, the rotors in the axial direction in the second Po- position to press. Furthermore, if there is no externally applied force, the spring element can be designed to hold the rotors at the second position defined by the first limiter.
  • a force provided by the spring element for locking the rotors or rotor blades at the second position can be provided in order to provide a defined distance between the rotor / rotors and the stator for a speed range in normal operation.
  • the first position can be defined by a maximum compression of the spring element.
  • the first position can be defined by a second limiter.
  • the second limiter can be permanently connected to the shaft or be part of it.
  • the spring element can at least partially be a sleeve for the guide or surround it. This can also apply to the spring element with respect to the two th limiter.
  • the spring element can rest against the second limiter and cause a force between the second limiter and one of the rotors.
  • a further spring element can be present which brings about a force between the second limiter and the other of the rotors. The spring element and the further spring element thus act away from the second limiter, in the direction of the respective rotors.
  • the axial flow machine can further comprise a bearing.
  • the bearing can interact with at least one of the rotors in order to transmit the externally applied force to the rotors. In this way, an externally predetermined force can be transmitted to the Ro gates with low friction in order to achieve the torque to be achieved.
  • phase-shifted current can be applied to the windings of the stator in such a way that the externally applied force on the rotors results from an increased magnetic flux produced by the stator.
  • This can also be combined with the bearing defined above, so that a mechanical and electrical force can be used to reduce the air gap.
  • the radial flux machine includes a shaft.
  • the radial flux machine further comprises a rotor.
  • the rotor is connected to the shaft.
  • the pole caps of the respective rotors are provided with one or more magnets.
  • the radial flux machine also includes a stator.
  • the stator surrounds the shaft.
  • the shaft can interact with the stator by means of a suitable bearing.
  • An air gap is formed between the stator and the respective magnets of the pole caps.
  • the electrically operated coil is designed to generate an additional radial magnetic flux during operation of the radial flux machine in order to provide a higher magnetic flux between the rotor and the stator.
  • the air gap can be defined in such a way that it is the distance between one of the pole caps of the rotor and the stator when these are directly opposite each other, for example during operation, and thus have a shortest distance.
  • the coil can be operated or switched on.
  • the higher required torque can be at least twice, three times, four times, five times, six times or ten times as high as a torque in normal operation.
  • Normal operation can be understood as an operation with no load connected to the drive. This can also apply to the axial flow machine described above.
  • the operation of the electric motor can thus be adapted as a function of the situation without experiencing excessive losses in normal operation.
  • the respective magnets for example permanent magnets, can be smaller than 1/2 (or 1/3 or 1/4 or 1/5) of a width of the air gap.
  • one winding of the coil can bear against the respective magnet.
  • the magnet can also be surrounded by the winding of the coil.
  • the invention relates to a permanent magnet synchronous motor (PMSM) electric machine with field amplification.
  • PMSM permanent magnet synchronous motor
  • An electric machine with field weakening can also be provided, in which, however, the normal state (without active adjustment / influencing) is operation with reduced magnetic flux through the coils.
  • the magnetic flux through the coils can be selectively increased by means of active adjustment / influencing of the motor (operation with field strength). Since the operating times with increased torque requirement only make up a small proportion of the total operating time, any additional losses due to an active field strengthening only have a small influence on the total losses.
  • a design with mechanical adjustment / influencing of the magnetic flux can be provided. This design can be an axial flow machine with two rotors, which are arranged to the right and left of a central stator. The windings for generating an electromotive force (torque) / power of the electric machine can be arranged on the stator.
  • the rotors can be rotatably mounted on a shaft but displaceable in the axial direction bar.
  • the area in which each rotor can be moved in the axial direction on the shaft can be limited by means of fixed stops. Fixed stops can limit the approach to the stator and ensure a minimum air gap.
  • Further fixed stops can limit the maximum distance to the stator and limit the air gap distance to a maximum value.
  • a spring (or several springs) can push the rotors apart (away from the stator) against the “Max” fixed stops, which limit the maximum air gap distance.
  • the spring can act against the attractive forces between the stator and the permanent magnets on the rotor.
  • the spring can be designed in such a way that it is stronger than the forces of attraction, so that a maximum air gap is established without the action of additional forces (e.g. by an actuator) (normal operation / rest position without field strength).
  • the magnetic flow through the stator and the stator windings can be low.
  • the electric machine can be suitable for higher speeds, but only generate a limited torque.
  • the control forces on the right and left can be generated e.g. by means of mechanical actuators that act on the rotors via axial bearings.
  • mechanical actuators that act on the rotors via axial bearings.
  • an increased current supply to the stator windings with a suitable phase position can increase the force of attraction between the rotor and stator and thus overcome the spring force.
  • This variant has the advantage that no separate actuator is required to activate the field strength.
  • control forces Re and Li are applied independently of one another, the field can be strengthened in two stages.
  • the field amplification can also be controlled more finely.
  • This embodiment can be a radial flux machine with a rotor with permanent magnets and a stator with stator windings.
  • the permanent magnets on the rotor can be designed specifically for a low field flow through the stator windings.
  • the magnets only allow operation with reduced torque generation.
  • the electric machine can be operated at high speeds with reduced losses (e.g. eddy currents, magnetic reversal, etc.) and without field weakening.
  • the costs for the expensive permanent magnets are reduced.
  • the rotor can have windings which are arranged in such a way that they can amplify the magnetic field generated by the permanent magnets (field amplification).
  • each permanent magnetic pole has a winding surrounding its main magnetic flux.
  • the rotor windings can be controlled electrically in a targeted manner, so that the magnetic flow through the stator windings is increased. This brings about a targeted field enhancement.
  • FIG. 1a shows a schematic representation of an axial flow machine
  • FIG. 1 b shows a schematic representation of a field intensification in the axial flow machine
  • Figure 2 is a schematic representation of a radial flow machine.
  • spatially relative terms such as “below”, “below”, “lower” / lower “,” above “,” upper “/” upper “,” left “,” left / left ”,“ right ”,“ right / right ”and the like, are used to simply describe the relationship of an element or structure to one or more other elements or structures shown in the figures are shown.
  • the spatially relative terms are intended to include other orientations of the component in use or in operation in addition to the orientation shown in the figures.
  • the component can be oriented differently (rotated 90 degrees or in a different orientation), and the spatially relative descriptors used here can also be interpreted accordingly.
  • FIG. 1a shows a schematic representation of an axial flow machine.
  • the axial flow machine comprises a shaft 1, which is connected to the drive and is therefore responsible for the transmission of the force.
  • the axis of rotation Rx which represents the axis of rotation of the shaft 1, runs along a longitudinal direction of the shaft 1. Furthermore, a direction of the rotation axis Rx is also defined as an axial direction x.
  • the axial flux machine also includes a left rotor 2, which can be seen in the arrangement and has a left rotor magnet 3. Furthermore, the axial flow machine comprises a rotor on the right 4, which has a rotor magnet on the right 5.
  • the rotors on the left 2 and right 2 are in this case via a guide (not shown) of the shaft 1, which is shown in FIG runs in the axial direction x, connected to the shaft 1 in a twisted manner.
  • a force of the rotors left 2 and right 4 can be transmitted to the shaft.
  • a stator 6 with stator windings of the axial flux machine is located between the left rotor 2 and the right rotor 4.
  • an air gap b is reduced from a first to a second position if necessary in order to generate a field strength and to meet high torque requirements.
  • the axial flow machine comprises spring elements 7, which each exert a force on the left rotor 2 and the right rotor 4, which is directed away from the stator 6 with stator windings.
  • the direction of action of the two spring elements 7, which can also be a single spring element 7 around the shaft 1, is directed such that the rotors left 2 and right 4 are pushed away from each other (in FIG. 1 a to the left and right).
  • the maximum air gap air gap b is defined by a left fixed stop Max left 10 and a right fixed stop Max right 11 with respect to the respective rotor left 2 and rotor right 4.
  • the fixed stops mentioned in relation to the figures are limiters that allow freedom of movement in the axial direction (the only way to move the rotors left 2 and right 4) be limited to one area.
  • a minimum air gap b is defined by a left fixed stop Min left 8 and a right fixed stop Min right 9 with respect to the respective rotor on the left 2 and the rotor on the right 4.
  • the fixed stops (8, 9, 10, 11) can be used as a concentric form around the Shaft be attached or single or several rigid elements connected to the shaft 1.
  • the spring elements 7 cause a force in the direction of the fixed stop Max left 10 or the fixed stop Max right 11, the spring elements 7 each pressing the rotor left 2 against the fixed stop Max left 10 and the rotor right 4 against the fixed stop Max right 11.
  • the fixed stop Min left 8 and the fixed stop Min right 8 can be designed as a single part.
  • the part can concentrically surround a part of the spring element 7 and thus limit a path of the rotors between the respective fixed stops Min 10 / Max 11 and the stator.
  • the fixed stops 8 and 9 are spacers for the rotors 2 and 4 left and right, so that the rotors 2 and 4 do not come into contact with the stator 6 and a defined torque can be applied.
  • FIG. 1a shows the state if there is no external force acting on the rotors.
  • FIG. 1 b the influence of an externally added force is described based on FIG. 1 a.
  • FIG. 1a may have one or more optional additional features that correspond to one or more aspects that are mentioned in connection with the proposed concept or embodiments described below with reference to FIGS. 1b and 2.
  • Figure 1b shows a schematic representation of a field strengthening in the axial flow machine.
  • a force which can act mechanically and electromechanically on the rotors on the left 2 and right 4 is applied to the rotors on the left 2 and right 4 against the force of the spring elements 7.
  • the spring elements 7 are compressed and the air gap b between the stator 6 and the respective rotors left 2 and right 4 is reduced.
  • the rotors left 2 and right 4 change their axial position from the respective fixed stops Max 10 and 11 in the direction of the fixed stops Min 8 and 9.
  • the force or forces F1 and F2 acting from the outside on the rotors left 2 and right 4 must be Exceed the spring force of the spring elements 7.
  • a force F1 can also be applied to just one of the spring elements 7 in order to achieve a predetermined torque.
  • the externally acting forces F1 and F2 can on the one hand be transferred to the rotors on the left 2 and right 4 via a bearing. carried out mechanical actuation and on the other hand via a phase-controlled actuation of the stator windings of the stator 6.
  • Fig. 1b may have one or more optional additional features that correspond to one or more aspects that are in connection with the proposed concept or one or more above (z. B. Fig. 1a) or below (z B. Fig. 2) described embodiments are mentioned.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a radial flow machine.
  • the radial flow machine comprises a shaft 1, which runs along an axis of rotation Rx, and a rotor 12 connected to the shaft 1.
  • the rotor 12 has several pole caps, each of which is equipped with rotor magnets 13.
  • the individual pole caps have rotor windings 15 which are provided for providing an additional magnetic flux.
  • the air gap width b can be increased by the corre sponding rotor magnets 13 are reduced. This is shown by the rotor thickness d in FIG.
  • the rotor 12 can be enlarged in its circumference or its pole caps can be enlarged.
  • the air gap b can maintain its width in this case, the respective rotor magnets 13 being designed correspondingly smaller.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

Elektromotor für einen Kraftfahrzeug-, KFZ, Antrieb oder dessen Nebenaggregate, mit einer Welle (1) zur Drehmomentausgabe, wobei die Welle (1) zumindest mit einem Rotor (2, 4, 12) drehfest verbunden ist, wobei der zumindest eine Rotor (2, 4, 12) im Betrieb mit einem ihm zugeordneten Stator (6, 14) in Wirkbeziehung steht, wobei bauliche Mittel dem zumindest einen Rotor (2, 4, 12) zugeordnet sind, um eine Feldverstärkung in einem Luftspalt (b) zwischen dem zumindest einen Rotor (2, 4, 12) und dem Stator (6, 14) im Betriebszustand einer gewünschten magnetischen Flussdichte in dem Luftspalt (b) zu erzwingen.

Description

Elektromotor mit Feldverstärkuna
Die Erfindung betrifft Elektromotoren für einen Kraftfahrzeug- oder Nebenaggregats antrieb, mit einer Welle zur Drehmomentausgabe, wobei die Welle zumindest mit ei nem Rotor drehfest verbunden ist, wobei der zumindest eine Rotor im Betrieb mit ei nem ihm zugeordneten Stator in Wirkbeziehung steht. Erfindung liegt insbesondere auf dem Gebiet von Elektromotoren mit Feldverstärkung, beispielweise eine Axial flussmaschine und eine Radialflussmaschine.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Elektromotoren/Elektromaschinen mit Feld schwächung bekannt. Die Feldschwächung erfolgt zum Beispiel mittels Erzwingens einer phasenverschobenen Bestromung von Wicklungen oder mittels mechanischer Verstellung / Veränderung im Motor selbst, die den magnetischen Fluss durch die Wicklungen reduziert. Der Zustand ohne Feldschwächung (mit hohen induzierten Spannungen an den Wicklungsenden bei gegebener Drehzahl) ist hierbei der Normal zustand. Die Feldschwächung kommt bei hohen Drehzahlen des Elektromotors zum Einsatz. Diese dient dazu, einen möglichst breiten Drehzahlbereich nutzen zu können. Hierbei wird eine an Klemmen der Wicklungen des Elektromotors induzierte Span nung begrenzt.
Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass für die Feldschwächung eine Aktivierungsleistung oder andere verlustbehaftete Aktivierung benötigt wird, wo bei im allgemeinen Betrieb die Zeiten mit Feldschwächung einen Großteil der Ge samteinsatzzeit ausmachen.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll ein verlustoptimierter Be trieb des Elektromotors über einen weiten Drehzahl- und Drehmomentbereich bei Be trachtung des Gesamtsystems über der gesamten Einsatzdauer bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bauliche Mittel dem zumindest einen Rotor zugeordnet sind, um eine Feldverstärkung in einem Luftspalt zwischen dem zumindest einen Rotor und dem Stator im Betriebszustand einer gewünschten magnetischen Flussdichte, insbe- sondere im Betriebszustand einer hervorzurufenden Drehmomenterhöhung, in dem Luftspalt zu erzwingen.
Hierdurch lässt sich also ein optimierter Betrieb des Elektromotors bereitstellen.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und wer den nachfolgend näher erläutert.
Die baulichen Mittel können zum Betätigt werden aufgrund einer Aktivierungsenergie oder Aktivierungsleistung vorbereitet sein.
Die baulichen Mittel können mindestens ein mechanischer Aktor sein. Der mindestens eine mechanische Aktor kann auf den zumindest einen Rotor wirken, um eine Verstel lung des zumindest einen Rotors näher an den Stator heran beim Betriebszustand der gewünschten magnetischen Flussdichte zu bewirken.
Der Elektromotor kann gemäß einem Beispiel eine Axialflussmaschine sein. Der zu mindest eine Rotor kann zwei Rotoren aufweisen. Die Rotoren können jeweils axial verschiebbar zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position gelagert sein. Der Stator kann sich zwischen den zwei Rotoren befinden und die Welle umgeben.
Der Stator und die Rotoren können jeweils den Luftspalt zueinander bilden. Der Luft spalt kann in der ersten Position minimal und in der zweiten Position maximal sein.
Die Axialflussmaschine kann so ausgelegt sein, dass die Rotoren durch eine von au ßen (durch das bauliche Mittel) angelegte Kraft zueinander verschiebbar sind, um mindestens einen der beiden Luftspalte zu verkleinern und beim Betrieb einen höhe ren magnetischen Fluss zwischen Rotor und Stator bereitzustellen.
Die baulichen Mittel können elektrisch betriebene Spulen sein. Die Spulen können an dem zumindest einen Rotor so angeordnet sein, dass im Betriebszustand der ge wünschten magnetischen Flussdichte ein zusätzliches magnetisches Feld zwischen dem zumindest einen Rotor und dem Stator erzeugt wird, welches die Feldverstär kung bewirkt. Der Elektromotor kann gemäß einem weiteren Beispiel eine Radialflussmaschine sein. Polkappen des Rotors können jeweils mit einem Magneten versehen sein. Der Stator kann die Rotoren umgeben. Zwischen dem Stator und den jeweiligen Magneten der Polkappen kann der Luftspalt ausgebildet sein. Um die Polkappen können sich jeweils die elektrisch betriebenen Spulen befinden. Die Spulen können ausgebildet sein, beim Betrieb der Radialflussmaschine, einen zusätzlichen radialen Magnetfluss zu erzeu gen, um einen höheren magnetischen Fluss zwischen Rotor und Stator bereitzustel len.
Gemäß noch einem weiteren Beispiel wird eine Axialflussmaschine bereitgestellt. Die Axialflussmaschine umfasst eine Welle. Die Axialflussmaschine umfasst ferner zwei Rotoren. Die Rotoren stehen mit der Welle in Verbindung bzw. sind mit dieser gekop pelt. Die Rotoren umgeben die Welle. Die Rotoren sind jeweils axial verschiebbar zwi schen einer ersten Position und einer zweiten Position gelagert. Die Axialflussmaschi ne umfasst ferner einen Stator. Der Stator befindet sich zwischen den zwei Rotoren. Der Stator umgibt die Welle. Der Stator und die Rotoren bilden jeweils einen Luftspalt zueinander. Der jeweilige Luftspalt bzw. dessen Breite ist in der ersten Position mini mal. Der jeweilige Luftspalt bzw. dessen Breite ist in der zweiten Position maximal.
Die Axialflussmaschine ist so ausgelegt, dass die Rotoren durch eine von außen an gelegten Kraft zueinander verschiebbar sind, um mindestens einen der Luftspalte zu verkleinern und beim Betrieb einen höheren magnetischen Fluss zwischen Rotor und Stator bereitzustellen.
Insbesondere kann die von außen angelegte Kraft in einem bestimmten Zeitraum er höhten Drehmomentbedarfs auf den einen und/oder anderen Rotor wirken, um den magnetischen Fluss zwischen Rotor und Stator zu erhöhen und damit dem Drehmo mentbedarf, zum Beispiel mindestens doppelt (oder dreifach oder vierfach) so hoch wie in einem Normalbetrieb der Axialflussmaschine, zu entsprechen.
Hierdurch lässt sich also ein optimierter Betrieb der Axialflussmaschine bereitstellen.
Der Rotor kann als der sich drehende Teil eines Elektromotors verstanden werden und Dauermagnete aufweisen. Der Stator kann als der fest stehende Teil eines Elekt romotors verstanden werden und Spulenwicklungen aufweisen. Die Welle kann als ein längliches zylinderförmiges und rotierendes Maschinenelement verstanden werden, das zur Übertragung von Drehbewegungen und Drehmomenten dient. Die Axialfluss maschine kann auch als Transversalflussmaschine verstanden werden.
Die hierin verwendeten Magnete können durchweg Dauermagnete sein, die in unter schiedlichen Bauformen Vorkommen und für den entsprechenden Zweck ausgebildet sind.
Die Rotoren können jeweils radial fest, ohne Spiel, mit der Welle verbunden sein. Die Welle kann ferner eine Führung an ihrem Umfang aufweisen. Die Führung kann sich entlang der Rotationsachse der Welle erstrecken. Die Rotoren können über die Füh rung mit der Welle verbunden sein. Somit können die Rotoren verdrehfest mit der Welle verbunden sein.
Ferner können die Rotoren als Rotorblätter ausgebildet sein, zum Beispiel kreisförmi ge Rotorblätter. Auf den Rotorblättern können entsprechende Dauermagnete ange ordnet sein, die mit dem von dem Stator stammenden magnetischen Fluss Zusam menwirken, um den Rotor um eine Achse rotieren zu lassen. Die Achse kann die Ro tationsachse der Welle sein.
Der Stator kann zum Beispiel mittels eines Lagers von der Welle getrennt sein bzw. diesen umgeben und gelagert sein.
Die von außen angelegte Kraft kann in axiale Richtung weisen, so dass sich die Roto ren annähern. Durch diese äußere Kraft können sich die Rotoren aufeinander zu be wegen.
Somit kann eine definierte Kraft in axialer Richtung eingestellt werden.
Eine dieser von außen zugeführten Kraft kann eine weitere Kraft entgegenwirken. Diese Kraft kann durch ein Federelement bereitgestellt werden. Somit kann die Axial flussmaschine ein Federelement aufweisen. Die Axialflussmaschine kann ferner einen ersten Begrenzer aufweisen. Der Begrenzer kann mit der Welle verbunden sein. Das Federelement kann ausgebildet sein, die Rotoren in axiale Richtung in die zweite Po- sition zu drücken. Ferner kann das Federelement dazu ausgebildet sein, wenn keine von außen angelegte Kraft vorhanden ist, die Rotoren an der zweiten durch den ers ten Begrenzer definierten Position zu halten.
Somit kann eine durch das Federelement bereitgestellte Kraft zum Feststellen der Ro toren bzw. Rotorblätter an der zweiten Position vorgesehen sein, um einen definierten Abstand des Rotors/der Rotoren zu dem Stator für einen Drehzahlbereich im Normal betrieb bereitzustellen.
Beispielsweise kann die erste Position durch eine maximale Stauchung des Fe derelements definiert sein.
Flierdurch kann ein weiteres Begrenzungselement zu dem ersten Begrenzer entfallen.
In einem weiteren Beispiel oder ergänzend kann die erste Position durch einen zwei ten Begrenzer definiert sein. Der zweite Begrenzer kann mit der Welle fest verbunden bzw. Teil davon sein.
Durch dieses zusätzliche Begrenzungselement kann der Luftspalt und damit auch das zu erzielende Drehmoment sehr genau eingestellt werden.
Ferner kann die Federelement zumindest teilweise eine Hülse für die Führung sein bzw. diese umgeben. Dies kann ebenfalls für das Federelement bezüglich des zwei ten Begrenzers gelten. Insbesondere kann das Federelement an dem zweiten Be grenzer anliegen und eine Kraft zwischen dem zweiten Begrenzer und einem der Ro toren bewirken. Hierzu kann ein weiteres Federelement vorhanden sein, das zwischen dem zweiten Begrenzer und dem anderen der Rotoren eine Kraft bewirkt. Das Fe derelement und das weitere Federelement wirken somit von dem zweiten Begrenzer weg, in Richtung der jeweiligen Rotoren.
Die Axialflussmaschine kann ferner ein Lager umfassen. Das Lager kann mindestens mit einem der Rotoren Zusammenwirken, um die von außen angelegte Kraft auf die Rotoren zu übertragen. Hierdurch kann sich somit reibungsarm eine von außen vorgegebene Kraft auf die Ro toren übertragen lassen, um das zu erzielende Drehmoment zu erreichen.
Des Weiteren können Windungen des Stators so mit einem phasenverschobenen Strom beaufschlagt werden, dass sich die von außen angelegte Kraft auf die Rotoren durch einen von dem Stator produzierten erhöhten magnetischen Fluss ergibt. Dies kann auch mit dem oben definierten Lager kombiniert werden, so dass eine mechani sche und elektrische Kraft zum Verkleinern des Luftspalts verwendet werden kann.
Gemäß einem zusätzlichen Beispiel wird eine Radialflussmaschine bereitgestellt. So fern nicht anders beschrieben, weisen die folgenden Bauelemente eine gleiche oder ähnliche Definition/Funktionalität, wie für die Axialflussmaschine beschrieben, auf. Die Radialflussmaschine umfasst eine Welle. Die Radialflussmaschine umfasst ferner ei nen Rotor. Der Rotor ist mit der Welle verbunden. Die Polkappen der jeweiligen Roto ren sind mit einem oder mehreren Magneten versehen. Die Radialflussmaschine um fasst ferner einen Stator. Der Stator umgibt die Welle. Die Welle kann mittels eines geeigneten Lagers mit dem Stator Zusammenwirken. Zwischen dem Stator und den jeweiligen Magneten der Polkappen ist ein Luftspalt ausgebildet. Um die Polkappen befindet sich jeweils eine elektrisch betriebene Spule. Die elektrisch betriebene Spule ist ausgebildet, beim Betrieb der Radialflussmaschine, einen zusätzlichen radialen Magnetfluss zu erzeugen, um einen höheren magnetischen Fluss zwischen Rotor und Stator bereitzustellen.
Hierdurch lässt sich also ein optimierter Betrieb der Radialflussmaschine bereitstellen.
Der Luftspalt kann so definiert sein, dass es sich um den Abstand zwischen einer der Polkappen des Rotors und dem Stator handelt, wenn diese sich, zum Beispiel im Be trieb, direkt gegenüberliegen und somit einen kürzesten Abstand aufweisen.
Im speziellen Fall einer Anforderung an ein gegenüber dem Normalbetrieb höheres er forderliches Drehmoment, kann die Spule betrieben werden bzw. zugeschal tet/eingeschaltet werden. Zum Beispiel kann das höhere erforderliche Drehmoment mindestens doppelt, dreifach, vierfach, fünffach, sechsfach oder zehnfach so hoch sein wie ein Drehmoment im Normalbetrieb. Der Normalbetrieb kann verstanden wer- den als ein Betrieb ohne zugeschaltete Last an den Antrieb. Dies kann ebenfalls auf die oben beschriebene Axialflussmaschine zutreffen.
Somit kann situationsabhängig der Betrieb des Elektromotors angepasst werden ohne zu starke Verluste im Normalbetrieb zu erfahren.
In einer vorteilsgemäßen Ausgestaltung können die jeweiligen Magnete, zum Beispiel Dauermagnete, kleiner als 1/2 (oder 1/3 oder 1/4 oder 1/5) einer Breite des Luftspalts sein.
Hierdurch können Kosten für die im Gegensatz zu Spulen verhältnismäßig teuren Dauermagnete eingespart werden.
Insbesondere kann jeweils eine Wicklung der Spule an dem jeweiligen Magnet anlie- gen. Der Magnet kann außerdem von der Wicklung der Spule umgeben sein.
Hierdurch lässt sich eine Kraftabweichung beim Definieren des erforderlichen Dreh moments verringern.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) - Elektromaschine mit Feldverstärkung.
Es kann außerdem eine Elektromaschine mit Feldschwächung vorgesehen sein, bei der jedoch der Normalzustand (ohne aktive Verstellung / Beeinflussung) der Betrieb mit reduziertem magnetischem Fluss durch die Spulen ist.
Während Zeiten mit erhöhtem Drehmomentbedarf kann mittels einer aktiven Verstel lung / Beeinflussung des Motors der magnetische Fluss durch die Spulen gezielt er höht werden (Betrieb mit Feldstärkung). Da die Betriebszeiten mit erhöhtem Drehmo mentbedarf nur einen geringen Zeitanteil an der gesamten Betriebszeit ausmachen, haben eventuelle zusätzliche Verluste aufgrund einer aktiven Feldstärkung nur einen geringen Einfluss auf die Gesamtverluste. Zum einen kann eine Ausführung mit mechanischer Verstellung / Beeinflussung des magnetischen Flusses vorgesehen sein. Diese Ausführung kann eine Axialflussma schine mit zwei Rotoren sein, die rechts und links neben einem mittigen Stator ange ordnet sind. Auf dem Stator können die Wicklungen für die Erzeugung einer elektro motorischen Kraft (Drehmoment) / Leistung der E-Maschine angeordnet sein.
Die Rotoren können auf einer Welle verdreh fest jedoch in axialer Richtung verschieb bar gelagert sein. Der Bereich, in dem jeder Rotor auf der Welle in axiale Richtung verschoben werden kann, kann mittels Festanschlägen begrenzt sein. Festanschläge können eine Annäherung zum Stator begrenzen und einen minimalen Luftspaltab stand sicherstellen.
Weitere Festanschläge können den maximalen Abstand zum Stator begrenzen und den Luftspaltabstand auf einen maximalen Wert begrenzen.
Eine Feder (oder mehrere Federn) können die Rotoren auseinander (jeweils weg vom Stator) gegen die Festanschläge „Max“ drücken, die den maximalen Luftspaltabstand begrenzen. Die Feder kann gegen die Anziehungskräfte zwischen dem Stator und den Dauermagneten auf dem Rotor wirken. Die Feder kann hierbei so ausgelegt sein, dass diese stärker als die Anziehungskräfte ist, so dass sich ohne Einwirken weiterer Kräfte (z.B. durch einen Aktor) ein maximaler Luftspalt einstellt (Normalbetrieb / Ruhe lage ohne Feldstärkung).
Aufgrund des breiten Luftspaltes kann die magnetische Durchflutung des Stators und der Statorwicklungen gering sein. Bei dieser normalen Betriebsart kann die Elektro- maschine für höhere Drehzahlen geeignet sein, aber nur ein begrenztes Drehmoment generieren.
Erst bei Einwirken einerweiteren Kraft (rechte und linke Ansteuerkraft in Längsrich tung) auf die Rotoren können sich diese in Richtung Stator verschieben, so dass sich der Luftspaltabstand verringert und der Magnetische Fluss durch die Spulen steigt.
Das Einwirken dieser weiteren Kraft kann eine aktive Feldstärkung in der Elektroma- schine bewirken, so dass höhere Drehmomente erreicht werden können. Aufgrund der erhöhten magnetischen Durchflutung können die Verluste aufgrund Ummagnetisie rungen, Wirbelströme, etc. steigen.
Sobald die Ansteuerkräfte (rechte und linke Ansteuerkraft in Längsrichtung) wieder zu rückgenommen werden, kann die Federkraft die magnetischen Anziehungskräfte zwi schen Rotor und Stator übersteigen, so dass die Rotoren wieder zurück gegen die Festanschläge „Max“ (rechts und links) gedrückt werden.
Bei geeigneter Auslegung der Feder im Verhältnis zu den magnetischen Kräften, so dass die Federkraft nur begrenzt stärker als die magnetischen Anziehungskräfte ist, können die Ansteuerkräfte rechts und links deutlich schwächer ausgeführt werden.
Die Ansteuerkräfte rechts und links können z.B. mittels mechanischer Aktoren, welche über Axiallager auf die Rotoren wirken, erzeugt werden. Bei geeigneter Auslegung können z.B. auch eine erhöhte Bestromung der Statorwicklungen mit einer geeigneten Phasenlage die Anziehungskraft zwischen Rotor und Stator erhöhen und somit die Federkraft überwinden. Diese Variante hat den Vorteil, dass kein separater Aktor für ein Aktivieren der Feldstärkung notwendig ist.
Falls die Ansteuerkräfte Re und Li unabhängig voneinander angelegt werden, so kann eine Feldverstärkung in zwei Stufen erfolgen. Alternativ bei weggesteuerten Ansteuer kräften rechts und links kann die Feldverstärkung auch feiner angesteuert erfolgen.
Zum anderen kann eine Ausführung mit einer elektrischen Beeinflussung des magne tischen Flusses vorgesehen sein. Diese Ausführung kann eine Radialflussmaschine mit einem Rotor mit Dauermagneten und einem Stator mit Statorwicklungen sein.
Die Dauermagnete auf dem Rotor können gezielt für eine geringe Felddurchflutung der Statorwicklungen ausgelegt sein.
Dies bedeutet, dass die Magnete nur einen Betrieb mit reduzierter Drehmomenter zeugung ermöglichen. Dafür kann die Elektromaschine bei hohen Drehzahlen mit re duzierten Verlusten (z.B. Wirbelströme, Ummagnetisierung, etc.) und ohne Feld schwächung betrieben werden. Weiterhin reduzieren sich die Kosten für die teuren Dauermagnete. Weiterhin kann der Rotor Wicklungen aufweisen, welche so angeordnet sind, dass diese, das durch die Dauermagnete erzeugte Magnetfeld, verstärken können (Feld verstärkung). Zum Beispiel weist jeder dauermagnetische Pol eine seinen magneti schen Hauptfluss umschließende Wicklung auf.
Für die Zeiten mit hohen Anforderungen für das Drehmoment der Elektromaschine, können die Rotorwicklungen gezielt elektrisch angesteuert werden, so dass die mag netische Durchflutung der Statorwicklungen erhöht wird. Es wird so eine gezielte Feldverstärkung bewirkt.
Eine Auslegung der Magnete für nur eine begrenzte magnetische Durchflutung der Statorwicklungen kann es ermöglichen, die Magnete deutlich dünner als beim Stand der Technik auszuführen. Die dünneren Magnete haben weiterhin den Vorteil eines reduzierten magnetischen Widerstandes für den magnetischen Fluss. Dies bewirkt höhere Flussdichten bei gleicher magnetischer Erregung durch den Strom in den Wicklungen. Höhere Flussdichten ermöglichen höhere Drehmomente während der Feldstärkung.
Heißt es vorliegend, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente "verbun den ist", kann dies heißen, dass sie damit unmittelbar verbunden ist; hierbei ist aber anzumerken, dass eine weitere Komponente dazwischenliegen kann. Heißt es ande rerseits, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente "unmittelbar verbun den" ist, ist darunter zu verstehen, dass dazwischen keine weiteren Komponenten vorhanden sind.
Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf den Elekt romotor beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch auf die Axialflussma schine und die Radialflussmaschine zutreffen. Genauso können die voranstehend in Bezug auf die Axialflussmaschine und die Radialflussmaschine beschriebenen Aspek te in entsprechender Weise auf den Elektromotor zutreffen.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1a eine schematische Darstellung einer Axialflussmaschine; Figur 1 b eine schematische Darstellung einer Feldverstärkung in der Axialfluss maschine; und
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Radialflussmaschine.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“, „links“, „lin- ke(r)/linkes“, „rechts“, „rechte(r)/rechtes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orien tierung andere Orientierungen des in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Bauele ments umfassen. Das Bauelement kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad ge dreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso entsprechend interpretiert werden.
Der Elektromotor wird nun anhand von Ausführungsformen in Bezug auf die Axial flussmaschine und die Radialflussmaschine beschrieben.
Figur 1a zeigt eine schematische Darstellung einer Axialflussmaschine. Die Axial flussmaschine umfasst eine Welle 1 , welche mit dem Antrieb verbunden ist und somit für die Weiterleitung der Kraft zuständig ist. Entlang einer longitudinalen Richtung der Welle 1 verläuft die Rotationsachse Rx, welche die Drehachse der Welle 1 darstellt. Ferner ist eine Richtung der Rotationsachse Rx auch als axiale Richtung x definiert. Die Axialflussmaschine umfasst außerdem einen in der Anordnung zu sehenden Ro tor links 2, der einen Rotor Magnet links 3 aufweist. Ferner umfasst die Axialflussma schine einen Rotor rechts 4, der einen Rotor Magnet rechts 5 aufweist. Die Rotoren links 2 und rechts 2 sind hierbei über eine Führung (nicht gezeigt) der Welle 1 , die in axialer Richtung x verläuft, mit der Welle 1 verdrehtest verbunden. Somit kann eine Kraft der Rotoren links 2 und rechts 4 auf die Welle übertragen werden.
Zwischen dem Rotor links 2 und dem Rotor rechts 4 befindet sich ein Stator 6 mit Statorwicklungen der Axialflussmaschine. Zwischen dem Rotor links 2 und dem Stator 6 mit Statorwicklungen bzw. dem Rotor Magnet links 3 und dem Stator 6 mit Stator wicklungen, sowie dem Rotor rechts 4 und dem Stator 6 mit Statorwicklungen bzw. dem Rotor Magnet rechts 5 und dem Stator 6 mit Statorwicklungen befindet sich ein Luftspalt b. Der Luftspalt b wird gemäß der hierin vorliegenden Erfindung bei Bedarf von einer ersten zu einer zweiten Position verkleinert, um eine Feldstärkung zu erzeu gen und hohem Bedarf an Drehmoment nachzukommen.
Ferner umfasst die Axialflussmaschine Federelemente 7, welche jeweils eine Kraft auf den Rotor links 2 und den Rotor rechts 4 ausüben, die von dem Stator 6 mit Stator wicklungen weg gerichtet ist. Die Wirkrichtung der beiden Federelemente 7, welches auch ein einzelnes Federelement 7 um die Welle 1 sein kann, ist so gerichtet, dass die Rotoren links 2 und rechts 4 voneinander weggedrückt werden (in Figur 1a nach links und rechts).
Der maximale Luftabstand Luftspalt b ist definiert durch einen linken Festanschlag Max links 10 und einen rechten Festanschlag Max rechts 11 bezüglich dem jeweiligen Rotor links 2 und Rotor rechts 4. Die in Bezug auf die Figuren erwähnten Festan schläge sind Begrenzer, welche eine Bewegungsfreiheit in axialer Richtung (die einzi ge Bewegungsmöglichkeit der Rotoren links 2 und rechts 4) auf einen Bereich be schränken. Ein minimaler Luftspalt b ist definiert durch einen linken Festanschlag Min links 8 und einen rechten Festanschlag Min rechts 9 bezüglich dem jeweiligen Rotor links 2 und dem Rotor rechts 4. Die Festanschläge (8, 9, 10, 11) können als konzent rische Form um die Welle angebracht sein oder einzelne oder mehrere starre mit der Welle 1 verbundene Elemente sein.
Die Federelemente 7 bewirken eine Kraft in Richtung des Festanschlags Max links 10 bzw. des Festanschlags Max rechts 11 , wobei die Federelemente 7 jeweils den Rotor links 2 gegen den Festanschlag Max links 10 und den Rotor rechts 4 gegen den Fest anschlag Max rechts 11 drücken. Der Festanschlag Min links 8 und der Festanschlag Min rechts 8 kann als ein einzel nes Teil ausgebildet sein. H ierbei kann das Teil jeweils einen Teil des Federelements 7 konzentrisch umgeben und somit eine Wegstrecke der Rotoren zwischen den jewei ligen Festanschlägen Min 10/Max 11 und dem Stator begrenzen. Somit sind die Fest anschläge 8 und 9 Abstandhalter für die Rotoren 2 und 4 links und rechts, damit die Rotoren 2 und 4 nicht mit dem Stator 6 in Berührung kommen und ein definiertes Drehmoment aufgebracht werden kann.
Figur 1a zeigt den Zustand, falls keine Kraft von außen auf die Rotoren einwirkt. In Fi gur 1 b wird basierend auf Figur 1 a der Einfluss einer von außen hinzugefügten Kraft beschrieben.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in Fig. 1a gezeigte Ausführungsform kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Kon zept oder nachstehend in Bezug auf Fig. 1b und 2 beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
Figur 1b zeigt eine schematische Darstellung einer Feldverstärkung in der Axialfluss maschine. Eine Kraft, welche mechanisch und elektromechanisch auf die Rotoren links 2 und rechts 4 einwirken kann, wird entgegen der Kraft der Federelemente 7 auf die Rotoren links 2 und rechts 4 aufgebracht. Hierbei werden die Federelemente 7 zu sammengedrückt und der Luftspalt b zwischen Stator 6 und den jeweiligen Rotoren links 2 und rechts 4 verkleinert.
Die Rotoren links 2 und rechts 4 verändern ihre axiale Position von den jeweiligen Festanschlägen Max 10 und 11 in Richtung der Festanschläge Min 8 und 9. Die von außen auf die Rotoren links 2 und rechts 4 wirkende Kraft bzw. Kräfte F1 und F2 muss hierbei eine Federkraft der Federelemente 7 übersteigen. Es kann auch lediglich eines der Federelemente 7 mit einer Kraft F1 beaufschlagt werden, um ein vorgege benes Drehmoment zu erreichen. Die von außen wirkenden Kräfte F1 und F2 können hierbei einerseits durch ein über ein Lager auf die Rotoren links 2 und rechts 4 über- tragene mechanische Aktuation erfolgen und andererseits über eine phasengesteuer te Ansteuerung der Statorwicklungen des Stators 6.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in Fig. 1 b gezeigte Ausführungsform kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Kon zept oder einen oder mehreren vorstehend (z. B. Fig. 1a) oder nachstehend (z. B. Fig. 2) beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Radialflussmaschine. Die Radial flussmaschine umfasst eine Welle 1 , die entlang einer Rotationsachse Rx verläuft, und einen mit der Welle 1 verbundenen Rotor 12. Der Rotor 12 weist mehrere Pol kappen auf, die jeweils mit Rotormagneten 13 bestückt sind. Insbesondere weisen die einzelnen Polkappen Rotorwicklungen 15 auf, welche für die Bereitstellung eines zu sätzlichen magnetischen Flusses vorgesehen sind.
Flierdurch kann einerseits die Luftspaltbreite b vergrößert werden, indem die entspre chenden Rotormagnete 13 verkleinert werden. Dies ist durch die Rotordicke d in Figur 2 dargestellt.
Andererseits kann der Rotor 12 in seinem Umfang vergrößert werden bzw. dessen Polkappen vergrößert werden. Der Luftspalt b kann hierbei seine Breite beibehalten, wobei die jeweiligen Rotormagnete 13 dabei entsprechend kleiner ausgestaltet sind.
Dies wird dadurch erreicht, dass über einen Stromkreis die Spule bzw. dessen Rotor wicklungen 15 elektrisch betrieben wird /werden und somit die Rotormagnete 13 klei ner ausgebildet werden können. Ferner kann hierdurch, im Betrieb der Radialflussma schine, bei Anforderung eines höheren Drehmoments zusätzlich Strom bereitgestellt werden, um für die vorgesehene Zeit des höheren Drehmoments dieses bereitstellen zu können. Bezuqszeichenliste
1 Welle
2 Rotor links
3 Magnete des Rotors links
4 Rotor rechts
5 Magnete des Rotors rechts
6 Stator
7 Federelemente
8 Festanschlag Min links
9 Festanschlag Min rechts
10 Festanschlag Max links
11 Festanschlag Max rechts
12 Rotor
13 Rotor Magnete
14 Stator
15 Rotorwicklungen
Rx Rotationsachse x Axiale Richtung b Luftspaltbreite
F1 Ansteuerkraft links
F2 Ansteuerkraft rechts d Magnetdicke

Claims

Patentansprüche
1. Elektromotor für einen Kraftfahrzeug-, KFZ, Antrieb oder dessen Nebenaggre gate, mit einer Welle (1 ) zur Drehmomentausgabe, wobei die Welle (1 ) zumin dest mit einem Rotor (2, 4, 12) drehfest verbunden ist, wobei der zumindest ei ne Rotor (2, 4, 12) im Betrieb mit einem ihm zugeordneten Stator (6, 14) in Wirkbeziehung steht, dadurch gekennzeichnet, dass bauliche Mittel dem zu mindest einen Rotor (2, 4, 12) zugeordnet sind, um eine Feldverstärkung in ei nem Luftspalt (b) zwischen dem zumindest einen Rotor (2, 4, 12) und dem Sta tor (6, 14) im Betriebszustand einer gewünschten magnetischen Flussdichte in dem Luftspalt (b) zu erzwingen.
2. Elektromotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die baulichen Mittel zum Betätigt werden aufgrund einer Aktivierungsenergie oder Aktivie rungsleistung vorbereitet sind.
3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die baulichen Mittel mindestens einen mechanischer Aktor umfassen, der auf den zumindest einen Rotor (2, 4, 12) wirkt, um eine Verstellung des zumindest ei nen Rotors (2, 4, 12) näher an den Stator (6, 14) heran beim Betriebszustand der gewünschten magnetischen Flussdichte zu erzwingen.
4. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektro motor eine Axialflussmaschine ist, wobei der zumindest eine Rotor (2, 4), zwei Rotoren (2, 4) aufweist, wobei die Rotoren (2, 4) jeweils axial verschiebbar zwi schen einer ersten Position und einer zweiten Position gelagert sind, wobei sich der Stator (6) zwischen den zwei Rotoren (2, 4) befindet und die Welle (1) umgibt, wobei der Stator (6) und die Rotoren (2, 4) jeweils den Luftspalt (b) zu einander bilden, der in der ersten Position minimal und in der zweiten Position maximal ist, und wobei die Axialflussmaschine so ausgelegt ist, dass die Roto ren (2, 4) durch eine von außen durch das bauliche Mittel angelegte Kraft zuei- nander verschiebbar sind, um mindestens einen der beiden Luftspalte (b) zu verkleinern und beim Betrieb einen höheren magnetischen Fluss zwischen Ro tor (2, 4) und Stator (6) bereitzustellen.
5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von außen angelegte Kraft in axiale Richtung weist, so dass sich die Rotoren (2, 4) annä hern.
6. Elektromotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialflussmaschine ein Lager umfasst, das mindestens mit einem der Rotoren (2, 4) zusammenwirkt, um die von außen angelegte Kraft auf die Rotoren (2, 4) zu übertragen.
7. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die baulichen Mittel elektrisch betriebene Spulen (15) sind, die an dem zumindest einen Rotor (2, 4, 12) so angeordnet sind, dass im Betriebszustand der ge wünschten magnetischen Flussdichte ein zusätzliches magnetisches Feld zwi schen dem zumindest einen Rotor (2, 4, 12) und dem Stator (6, 14) erzeugt wird, welches die Feldverstärkung bewirkt.
8. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektro motor eine Radialflussmaschine ist, wobei Polkappen des Rotors (12) jeweils mit einem Magneten (13) versehen sind, wobei der Stator (14) die Rotoren (12) umgibt, wobei zwischen dem Stator (14) und den jeweiligen Magneten (13) der Polkappen der Luftspalt (b) ausgebildet ist, wobei sich um die Polkappen je weils die elektrisch betriebenen Spulen (15) befinden, die ausgebildet sind, beim Betrieb der Radialflussmaschine, einen zusätzlichen radialen Magnetfluss zu erzeugen, um einen höheren magnetischen Fluss zwischen Rotor (12) und Stator (14) bereitzustellen.
9. Elektromotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei An forderung an ein gegenüber dem Normalbetrieb höheres erforderliches Dreh moment, die Spulen (15) betrieben werden.
10. Elektromotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die je weiligen Magnete (13) kleiner als 1/2 einer Breite des Luftspalts (b) sind.
PCT/DE2021/100106 2020-02-21 2021-02-04 Elektromotor mit feldverstärkung WO2021164815A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020104575.1A DE102020104575A1 (de) 2020-02-21 2020-02-21 Elektromotor mit Feldverstärkung
DE102020104575.1 2020-02-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021164815A1 true WO2021164815A1 (de) 2021-08-26

Family

ID=74595037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2021/100106 WO2021164815A1 (de) 2020-02-21 2021-02-04 Elektromotor mit feldverstärkung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020104575A1 (de)
WO (1) WO2021164815A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114884243A (zh) * 2022-04-25 2022-08-09 山东大学 一种基于混合转子的轴向磁通永磁电机

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137203A (en) * 1997-12-12 2000-10-24 New Generation Motors Corporation Electric motor with active hysteresis-based control of winding currents and/or having an efficient stator winding arrangement and/or adjustable air gap
DE202007007217U1 (de) * 2007-05-18 2007-08-02 Yeh, Don-Lon Bürstenloser Motor mit einer lastabhängigen, automatischen Verstellung von Luftspalt
JP2010041742A (ja) * 2008-07-31 2010-02-18 Asmo Co Ltd アキシャル磁気浮上回転モータ及びアキシャル磁気浮上回転モータを用いたターボ形ポンプ
DE102011120434A1 (de) * 2010-12-13 2012-06-14 Hitachi, Ltd. Bürstenlose Permanentmagnetmaschine mit Axialfluss
GB2511542A (en) * 2013-03-07 2014-09-10 Ashwoods Automotive Ltd Axial flux electrical machines
EP2782226A2 (de) * 2013-03-20 2014-09-24 Hamilton Sundstrand Corporation Flussgeregelte PM-Läufer einer elektrischen Maschine

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018217983A1 (de) 2018-10-22 2020-04-23 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Rotor und Maschine mit supraleitendem Permanentmagneten in einem Rotorträger

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137203A (en) * 1997-12-12 2000-10-24 New Generation Motors Corporation Electric motor with active hysteresis-based control of winding currents and/or having an efficient stator winding arrangement and/or adjustable air gap
DE202007007217U1 (de) * 2007-05-18 2007-08-02 Yeh, Don-Lon Bürstenloser Motor mit einer lastabhängigen, automatischen Verstellung von Luftspalt
JP2010041742A (ja) * 2008-07-31 2010-02-18 Asmo Co Ltd アキシャル磁気浮上回転モータ及びアキシャル磁気浮上回転モータを用いたターボ形ポンプ
DE102011120434A1 (de) * 2010-12-13 2012-06-14 Hitachi, Ltd. Bürstenlose Permanentmagnetmaschine mit Axialfluss
GB2511542A (en) * 2013-03-07 2014-09-10 Ashwoods Automotive Ltd Axial flux electrical machines
EP2782226A2 (de) * 2013-03-20 2014-09-24 Hamilton Sundstrand Corporation Flussgeregelte PM-Läufer einer elektrischen Maschine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114884243A (zh) * 2022-04-25 2022-08-09 山东大学 一种基于混合转子的轴向磁通永磁电机
CN114884243B (zh) * 2022-04-25 2024-01-19 山东大学 一种基于混合转子的轴向磁通永磁电机

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020104575A1 (de) 2021-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1867030B1 (de) Elektrische maschine und verfahren zur feld- und ankerstellung einer permanenterregten elektrischen maschine
DE102020114855B3 (de) Elektrische Maschine, Verstelleinrichtung für eine elektrische Maschine und Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug
DE102009038928A1 (de) Elektromotor
WO2016000699A1 (de) Elektrische maschine mit mechanischer feldschwächung und fail-safe-aktuatorik
WO2015120959A1 (de) Luftfahrzeug mit einer synchronreluktanzmaschine
WO2007128742A1 (de) Elektrische maschine, insbesondere permanenterregter synchronmotor mit einstellbarer feldschwächung
EP2327136A1 (de) Permanentmagnet-synchronmotor und elektrische servolenkung
EP2834908B1 (de) Elektrischer dämpfer
DE102020114857B4 (de) Elektrische Axialflussmaschine und Verstelleinrichtung für eine elektrische Axialflussmaschine
WO2020119840A1 (de) Rotor für einen elektromotor, elektromotor sowie verfahren zur herstellung eines rotors
EP2790295A1 (de) Rotor für einen Reluktanzmotor, Verfahren zum Herstellen eines Rotors für einen Reluktanzmotor sowie elektrische Maschine, insbesondere ein Reluktanzmotor
WO2020207861A1 (de) Statorzahn mit asymmetrischer zahngeometrie
WO2021164815A1 (de) Elektromotor mit feldverstärkung
EP3602739B1 (de) E-motor mit umschaltelementen im magnetkreis
DE102020114856B3 (de) Elektrische Radialflussmaschine und Antriebsstrang
WO2021239179A1 (de) Stator für eine elektrische axialflussmaschine und elektrische axialflussmaschine
WO2023179814A1 (de) Elektrische maschine
DE10310777A1 (de) Elektromaschine mit koaxialen, mehrfach abwechselnden Magnet- und Wicklungslagen
EP1594706A1 (de) Aktive fahrzeug-radaufh ngung mit einem linearmotor
EP1732088B1 (de) Elektromagnetischer Stellantrieb
WO2016000697A1 (de) Elektrische maschine mit mechanischer feldschwächung
WO2022179659A1 (de) Elektrische axialflussmaschine
DE3341693A1 (de) Wechselstromgenerator
WO2021110203A1 (de) Elektrische axialflussmaschine und antriebssystem
WO2022096055A1 (de) Axialflussmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21705100

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21705100

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1