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DE102016203616A1 - Vernier-Außenläufermaschine und Motorsystem - Google Patents

Vernier-Außenläufermaschine und Motorsystem Download PDF

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Heiko Stichweh
Matthias Theßeling
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Lenze SE
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Lenze Drives GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vernier-Außenläufermaschine (1), wobei der Außenläufer 2 direkt mit einer anzutreibenden Last (3) mechanisch gekoppelt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vernier-Außenläufermaschine und ein Motorsystem.
  • Aus der EP 0 155 877 A1 ist eine Vernier-Maschine bekannt. Das Funktionsprinzip derartiger Vernier-Maschinen beruht auf der Verwendung magnetischer Flussmodulatoren, die einen vom Drehwinkel abhängigen magnetischen Leitwert bewirken. Im Übrigen sei auch auf die einschlägige Fachliteratur zu Vernier-Maschinen verwiesen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vernier-Maschine und ein Motorsystem zur Verfügung zu stellen, die bezogen auf bekannte Vernier-Maschinen verbesserte Eigenschaften aufweisen.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vernier-Maschine nach Anspruch 1 und ein Motorsystem nach Anspruch 5.
  • Die erfindungsgemäße Vernier-Maschine ist eine Vernier-Außenläufermaschine, wobei der Außenläufer (Rotor) der erfindungsgemäßen Vernier-Außenläufermaschine direkt, insbesondere ohne Zwischenschaltung eines mechanischen oder sonstigen Getriebes, mit einer anzutreibenden Last bzw. Mechanik, beispielsweise einem Antriebsriemen oder einer Antriebskette, mechanisch gekoppelt ist. Beispielsweise kann der Außenläufer eine angetriebene Rolle innerhalb eines Förderelements und/oder ein angetriebenes Zahnrad bilden.
  • Der Außenläufer kann als Antriebsrolle oder als Zahnrad ausgebildet sein, wobei beispielsweise die anzutreibende Last in Form eines Antriebsriemen oder einer Antriebskette um die Antriebsrolle bzw. das Zahnrad umläuft. Der Außenläufer, d.h. der äußere Teil des Rotors, kann somit gleichzeitig unmittelbar zur Kraftübertragung dienen, beispielsweise eine Lauffläche einer angetriebenen Rolle bilden. Es kann folglich eine Direktantriebsstruktur verwirklicht werden.
  • Der Außenläufer kann nicht-geblecht ausgebildet sein. Der Außenläufer kann beispielweise aus Volleisen bestehen. Ein derartiger Außenläufer ist verglichen mit einem geblechten Außenläufer kostengünstig herstellbar.
  • Der Stator kann eine Anzahl (beispielsweise zwischen 3 und 20) von Stator-Zähnen aufweisen, wobei die Stator-Zähne einen Fluss-Modulator der Vernier-Außenläufermaschine bilden. Auf diese Weise kann ein zusätzlicher Modulatorring entfallen. Dies führt zu einfachen und kompakten Geometrien.
  • Der Luftspalt kann über einen Stator-Zahn bzw. Modulator-Zahn variiert werden. Auf diese Weise können ein höherer Leistungsfaktor, eine höhere Drehmomentdichte, und geringere Drehmomentrippel erzielt werden.
  • Das Motorsystem weist eine oben beschriebene Vernier-Außenläufermaschine auf. Der Außenläufer ist anisotrop ausgebildet, d.h. weist beispielsweise (magnetische) Eigenschaften auf, die von einer Drehwinkelstellung des Außenläufers abhängig sind.
  • Das Motorsystem weist weiter eine Einrichtung zur Bestimmung einer Drehwinkelstellung des Außenläufers auf, wobei die Einrichtung zur Bestimmung einer Drehwinkelstellung des Außenläufers dazu ausgebildet ist, die Drehwinkelstellung des Außenläufers in Abhängigkeit von der Anisotropie des Außenläufers zu bestimmen. Die Einrichtung zur Bestimmung der Drehwinkelstellung des Außenläufers kann zusätzlich Motorströme und/oder Motorspannungen zum Bestimmen der Drehwinkelstellung auswerten.
  • Der Außenläufer kann Flusssperren zur Bildung der Anisotropie aufweisen, um das Motorsystem beispielsweise für eine geberlose Regelung zu optimieren. Beispielsweise können die Flusssperren in das Rotorjoch eingebracht sein/werden.
  • Die Anisotropie bzw. die Flusssperren kann/können beispielsweise mittels einer Zahnstruktur an einem äußeren Umfang des Außenläufers gebildet sein, so dass der Außenläufer gleichzeitig als Abtrieb für einen Zahnriemen genutzt werden kann.
  • Zur Bildung der Anisotropie bzw. der Flusssperren kann der Rotor beispielsweise einfach von außen strukturiert werden, beispielsweise können Normrohre verwendet werden, die spanend bearbeitet werden. Die sich ergebende äußere Anisotropie kann beispielsweise als Zahnkranz genutzt werden, um beispielsweise einen Zahnriemen anzutreiben.
  • Das Antriebssystem kann eine anzutreibende Last aufweisen, wobei der Außenläufer der Vernier-Außenläufermaschine direkt mit der anzutreibenden Last mechanisch gekoppelt ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Hierbei zeigt:
  • 1 ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mit einer Vernier-Außenläufermaschine.
  • 1 zeigt in einem schematischen Querschnitt ein erfindungsgemäßes Antriebssystem 6 mit einer Vernier-Außenläufermaschine 1.
  • Ein Außenläufer 2 der Vernier-Außenläufermaschine 1 ist direkt mit einer anzutreibenden Last 3 in Form eines Zahnriemens mechanisch gekoppelt. Der Außenläufer 2 ist hierbei als Zahnrad ausgebildet, das den Zahnriemen 3 unmittelbar antreibt.
  • Der Außenläufer 2 ist nicht geblecht und besteht aus Volleisen. Auf einer Innenseite des Außenläufers 2 sind eine Anzahl von Permanentmagneten 9 in der dargestellten Polung angeordnet.
  • Der Außenläufer 2 weist Flusssperren 8 zur Bildung einer Anisotropie auf. Die Flusssperren 8 sind als Zähne bzw. Zahnstruktur im Volleisen gebildet und gleichmäßig über den Umfang des Außenläufers 2 verteilt.
  • Mittels der Flusssperren 8 kann auch eine Winkelkodierung verwirklicht sein, wobei hierzu die Flusssperren 8, anders als in 1 dargestellt, winkelabhängig ausgestaltet sind.
  • Der Stator 4 der Vernier-Maschine 1 weist 12 Stator-Zähne 5 auf. Der üblicherweise verwendete Modulatorring ist folglich in den Stator 4 integriert und kann entfallen. Den Stator-Zähnen 5 sind jeweils Wicklungen 10 zugeordnet, d.h. der Stator weist ein dreiphasiges, konzentriertes Wicklungssystem auf.
  • Das Motorsystem 6 weist eine Einrichtung 7 zur Bestimmung einer Drehwinkelstellung des Außenläufers 2 auf, wobei die Einrichtung 7 zur Bestimmung der Drehwinkelstellung des Außenläufers 2 dazu ausgebildet ist, die Drehwinkelstellung des Außenläufers 2 in Abhängigkeit von der Anisotropie des Außenläufers 2 zu bestimmen. Hierzu kann die Einrichtung 7 beispielsweise einen Hall-Sensor 12 aufweisen, der ein von der Anisotropie abhängiges Signal erzeugt, welches mittels der Einrichtung 7 zur Bestimmung der Drehwinkelstellung ausgewertet wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0155877 A1 [0002]

Claims (7)

  1. Vernier-Außenläufermaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass – der Außenläufer (2) direkt mit einer anzutreibenden Last (3) mechanisch gekoppelt ist.
  2. Vernier-Außenläufermaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Außenläufer (2) als Antriebsrolle oder als Zahnrad ausgebildet ist.
  3. Vernier-Außenläufermaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – der Außenläufer (2) nicht-geblecht ausgebildet ist.
  4. Vernier-Außenläufermaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Stator (4) eine Anzahl von Stator-Zähnen (5) aufweist, wobei die Stator-Zähne (5) einen Fluss-Modulator der Vernier-Außenläufermaschine (1) bilden.
  5. Motorsystem (6), aufweisend: – eine Vernier-Außenläufermaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Außenläufer (2) anisotrop ausgebildet ist, und – eine Einrichtung (7) zur Bestimmung einer Drehwinkelstellung des Außenläufers (2), wobei die Einrichtung (7) zur Bestimmung einer Drehwinkelstellung des Außenläufers (2) dazu ausgebildet ist, die Drehwinkelstellung des Außenläufers (2) in Abhängigkeit von der Anisotropie des Außenläufers (2) zu bestimmen.
  6. Motorsystem (6) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – der Außenläufer (2) Flusssperren (8) zur Bildung der Anisotropie aufweist.
  7. Motorsystem nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch – eine anzutreibende Last (3), wobei der Außenläufer (2) der Vernier-Außenläufermaschine (1) direkt mit der anzutreibenden Last (3) mechanisch gekoppelt ist.
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