CH670535A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen ankerrückwirkungskompensier-ten Reluktanzmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Reluktanzmotor ist aus der DE-AS 12 03 378, Fig. 8 bekannt, dessen Ständerwicklung netzgespeist ist und der zum asynchronen Selbstanlauf einen genuteten Läufer mit Käfigwicklung aufweist. Der geblechte Läufer hat einen ersten, die Welle umgebenden zusammenhängenden Jochteil mit ausgeprägten Polen sowie zwischen den Polen angeordnete geblechte zweite Jochteile, die vom ersten Jochteil durch erste Permanentmagnete getrennt und gegen den Luftspalt zum Ständer von zweiten Permanentmagneten begrenzt sind, wobei die jeweils zwischen zwei benachbarten Polen angeordneten ersten und zweiten Permanentmagneten gleichsinnig radial magneti-siert sind, derart, dass sie gemeinsam mit Permanentmagneten in den ausgeprägten Polen die feldverzerrende Ankerrückwirkung in den Polbereichen und den Querfluss in jeder Pollücke weitgehend aufheben.

Bei Reluktanzmotoren erregt die Ständerdurchflutung in der Pollücke das Feld über die Pole und die Ständerdurchflutung unter den Polen erzeugt in dem besagten Feld das motorische Drehmoment. Um eine ausreichende erregende Ständerdurchflutung unterbringen zu können, sind entsprechend breite Pollücken erforderlich. Um eine brauchbare Drehmomentausnutzung des Reluktanzmotors zu erhalten, soll die Ständerdurchflutung unter den Polen etwa so gross sein wie die Ständerdurchflutung in den Pollücken, wobei sich relativ starke Feldverzerrungen mit erheblichen Flussminderungen ohne eine Ankerrückwirkungskompensation ergeben würden.

Beim bekannten kompensierten Reluktanzmotor ist zwar die

Ankerrückwirkung unterdrückt, es besteht aber noch der durch die relativ breiten Pollücken bedingte Nachteil einer verhältnismässig geringen Ausnutzung des Motors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besser ausgenutzten, kleiner bauenden, in seinen einzelnen Wicklungssträngen polradlageabhängig stromrichtergespeisten Reluktanzmotor zu schaffen, der ebenfalls durch Permanentmagnete an-kerrückwirkungskompensiert ist und bei dem der durch die relativ breiten Pollückenbereiche bedingte Nachteil der Ausnutzungsminderung vermieden wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Dabei ist für die erfindungsgemässe Wirkung eine Kurzschlusswicklung im Läufer nicht erforderlich und es sind die zwischen den ersten und zweiten Jochteilen angeordneten und die dem Luftspalt benachbarten Permanentmagnete in den Pollücken so bemessen, dass im Bereich der Pole das Luftspaltfeld bei gegebenem Ständerstrom etwa konstant bleibt und in den Pollücken entgegen der magnetisierenden Wirkung des Ständerstrombelages ein Luftspaltfeld annähernd gleicher Stärke entsteht. Damit wird in der Pollücke mit dem dort vorhandenen Ständerstrombelag ein zusätzlicher Drehschub in gleicher Richtung wie im Polbereich erzeugt.

Die Änderung der Drehmomentrichtung erfolgt durch Umkehr der Stromrichtung in den Wicklungssträngen über den Pollückenbereichen, d.h. über den zweiten Permanentmagneten, bei dort gleichbleibender Feldrichtung. Damit kehrt sich die Feldrichtung unter den Polen um und bei dort gleichbleibender Stromrichtung auch die Drehmomentrichtung. Damit ist die Kompensation der Ankerrückwirkung in beiden Drehmomentrichtungen wirksam und in beiden Drehmomentrichtungen die volle Ausnutzung erreicht.

Weitere Einzelheiten sind anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil des geradlinig dargestellten Umfangs eines Reluktanzmotors für eine bestimmte Ständerdurchflutung in sechs Nuten je Polteilung, die je einem von sechs Wicklungssträngen zugehören

Fig. 2 den zugehörigen Verlauf des Ständerstrombelages A und der Luftspaltinduktion BL

Fig. 3 den Verlauf des magnetischen Potentials Pi an der Ständeroberfläche sowie des magnetischen Potentials P2 des Läufers für die eine Drehmoment- und Umfangskraftrichtung F.

Die entsprechenden Verhältnisse für die andere Drehmoment- und Umfangskraftrichtung F' ist in den Fig. 4 bis 6 dargestellt.

Fig. 7 und 8 Motoren mit Läufern mit mehr als drei Teilpolen.

Der geblechte Ständer 1 ist gleichmässig genutet und bewickelt. Die Wicklungsstränge 2 in den Pollückenbereichen erzeugen mit ihrer Ständerdurchflutung über die geblechten Jochteile 3 und 4 einen Fluss. Zur Kompensation der Ankerrückwirkung sind radial gepolte Permanentmagnete 5 bzw. 5' abwechselnd unterschiedlicher Polrichtung zwischen beiden Jochteilen 3 und 4 in den Pollückenbereichen vorgesehen. Das zusammenhängende geblechte erste Jochteil 3 hat soviele ausgeprägte Teilpole 7 wie die von der Ständerwicklung bestimmte Polzahl. Zwischen den Teilpolen 7 des Jochteils 3 sind jeweils die zweiten Jochteile 4 mit endseitigen ausgeprägten Teilpolen 4A, 4B angeordnet und von diesen durch einen Luftspalt getrennt. Zwischen den Jochteilen 4 und dem Luftspalt zum Ständer sind zusätzliche Permanentmagnete 6, 6' angeordnet, die jeweils die gleiche Polrichtung wie die kompensierenden Permanentmagnete 5, 5' aufweisen und so bemessen sind, dass sie zusammen mit der Ständerdurchflutung der Wicklungsteile 2 ein zusätzliches Drehmoment ergeben.

Entsprechend der in Fig. 1 angedeuteten Ständerdurchflu-

s

1D

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

670 535

tung der Wicklungsstränge 2 und 2' ergibt sich gemäss Fig. 2 ein Ständerstrombelag A, sowie eine Luftspaltinduktion Bl.

Der Ständerstrombelag A bedingt ein in Fig. 3 gezeigtes magnetisches Potential Pi an der Ständeroberfläche. Das ebenfalls in Fig. 3 gezeigte magnetische Potential P2 des Läufers ist durch das magnetische Potential des Jochteiles 3 mit den Teilpolen 7 festgelegt und geht aus Symmetriegründen in der Mitte der Pole durch Null. Das magnetische Potential der Teilpole 4A, 4B der Jochteile 4 ist durch die kompensierenden Permanentmagnete 5, 5' um einen dem Ständerstrombelag A entsprechenden Betrag verschoben, so dass sich unter Vernachlässigung der Abstufung vom mittleren Teilpol 7 zu den beidseitig benachbarten Teilpolen 4A, 4B der magnetische Potentialverlauf P2 gemäss Fig. 3 ergibt, der ausserhalb dem Pollückenbereich parallel zu Pi verläuft. Im Bereich konstanten Abstandes der beiden magnetischen Potentiale Pi und P2 ergibt sich im Bereich der Teilpole 7, 4A und 4B eine konstante Luftspaltinduk-tion Bl gemäss Fig. 2.

Die drehmomenterzeugenden Permanentmagnete 6, 6' ver-grössern die magnetisierende Kraft zwischen den Jochteilen 4 und dem Ständer 1 so, dass die in Fig. 3 gezeigte Verschiebung des magnetischen Potentials P2 eintritt, wobei die Potentialdifferenz P2-P1 den um die Dicke der Permanentmagneten 6, 6' vergrösserten Luftspalt magnetisieren muss. Dabei ist bei Magnetmaterial hoher Energiedichte, z.B. Samarium-Kobalt, jir ungefähr [i0-

Für die andere Drehmomentrichtung gilt entsprechendes gemäss den Fig. 4 bis 6.

Statt der in den Fig. 1 und 4 gezeigten Unterteilung der einzelnen Pole in jeweils drei Teilpole können mit einem zusammenhängenden inneren Jochteil 7 ohne Teilpole auch Pole aus zwei Teilpolen nur der Jochteile 4 gebildet werden.

Allgemein gilt, dass Pole mit einer geraden Anzahl von Teilpolen einen pollosen inneren Jochteil bedingen und eine der halben Anzahl der Teilpole entsprechende Anzahl weiterer

Jochteile mit beidendseitigen Polvorsprüngen erfordern, wobei zwischen den ersten, zweiten usw. Jochteilen im Wesentlichen ankerrückwirkungskompensierende Permanentmagnete und zwischen den Polvorsprüngen der äussersten Jochteile drehmo-s mentbildende Permanentmagnete angeordnet sind.

Ein solches Ausführungsbeispiel für vier Teilpole ist in Fig. 7 gezeigt, bei dem der Ständer 1 mitsamt seinen Wicklungssträngen 2, 2' dem Ständer in den Fig. 1 und 4 weitgehend entspricht, mit der Ausnahme, dass hier acht Wicklungsstränge 10 vorhanden sind. Die Zahl der Wicklungsstränge hat jedoch für die erfindungsgemässe Funktion keine wesentliche Bedeutung.

Der Läufer besteht aus einem zusammenhängenden inneren Jochteil 8 ohne Teilpole sowie getrennten zweiten und dritten Jochteilen 9, 10 mit beidenseitigen Polvorsprüngen, die die 15 Teilpole 9A, 9B bzw. 10A, 10B bilden. Die Permanentmagnete sind mit 11, 12 und 13 (11', 12', 13') bezeichnet. Die Permanentmagnete 11 und 12 (11', 12') sind so bemessen, dass unter Berücksichtigung des von ihnen zu führenden Flusses aus der Pollücke zwischen den zusammengehörigen Teilpolen eines Po-20 les jeweils eine dem Ständerstrombelag entsprechende magnetische Spannung herrscht. Der jeweils äusserste Permanentmagnet 13 (13') ist so bemessen, dass in seinem Bereich ein ausreichend kräftiger Luftspaltfluss entsteht, der einen erheblichen Beitrag zum Drehmoment des Motors leistet. 25 Entsprechendes gilt für Pole mit ungerader Anzahl von Teilpolen bei Verwendung von zusammenhängenden inneren Jochteilen mit Polvorsprüngen als mittlere Teilpole.

Ein Ausführungsbeispiel für fünf Teilpole je Polbereich mit ebenfalls drei Jochteilen 8, 9 und 10 sowie Permanentmagneten 30 11, 12 und 13 (11', 12' und 13') ist in Fig. 8 gezeigt.

Zur Verringerung von Pulsationsverlusten im Läufer und der Kommutierungsinduktivität der Ständerspulen können zwischen den Teilpolen und im Bereich der Pollücke leitende Teile eines Dämpferkäfigs untergebracht sein.

v

3 Blätter Zeichnungen

Claims (5)

670 535

1. Ankerriickwirkungskompensierter Reluktanzmotor der polradlageabhängig stromrichtergespeist ist, mit gleichmässig genutetem bewickeltem Ständerblechpaket sowie einem geblechten Läufer, welcher Läufer aus einem zusammenhängenden inneren Jochteil sowie zwischen den Polen in den jeweiligen Pollückenbereichen angeordneten weiteren Jochteilen besteht, die jeweils zwischen gleichsinnig radial gepolten Permanentmagneten liegen, von denen der jeweils äussere an den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer grenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils äussere Permanentmagnet (6, 6' ; 13, 13' ) eine stärkere Flussdichte als die im Wesentlichen kompensierenden inneren Permanentmagnete (5, 5' ; 11, 11' ; 12, 12') aufweist und mit der ständerseitigen Erregerdurchflutung (2) im Pollückenbereich ein Drehmoment erzeugt, das das Drehmoment im Polbereich unabhängig von der Drehmomentrichtung unterstützt.

2. Reluktanzmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren Jochteile (4, 10) beidseitige ausgeprägte Teilpole (4A, 4B; 10A, 10B) von einer der Höhe der zugeordneten Permanentmagnete (6, 6' ; 13, 13') entsprechenden Höhe aufweisen.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Reluktanzmotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Polen mit einer ungeraden Anzahl von Teilpolen der innere Jochteil (3, 8) ausgeprägte, angeformte Teiljoche (7, 14) als mittlere Teilpole aufweist.

4. Reluktanzmotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Polen mit einer geraden Anzahl von Teilpolen der innere Jochteil teilpollos ausgebildet ist.

5. Reluktanzmotor nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Teilpolen und im Bereich der Pollücken sich axial erstreckende Leiter als Teile eines Dämpferkäfigs untergebracht sind.