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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Reluktanzmotor gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Reluktanzmotoren
sind eine Bauform eines Elektromotors, bei dem der Rotor aus einem
weichmagnetischem Material, z. B. Eisen, besteht und der Stator
Elektromagnete aufweist. Aufgrund des einfachen und robusten Ausbaues,
z. B. keine Rotorwicklungen oder Permanentmagnete am Rotor, sind
sie gut geeignet für den Betrieb in rauen Umgebungen und
auch bei hohen Rotordrehzahlen. Der Rotor weist dabei Rotorzähne
auf. Bei einem Einsatz des Reluktanzmotors, bei dem sich der Rotor
in einer Flüssigkeit befindet, treten daher hohe Reibungsverluste
an der Flüssigkeit auf.
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Die
DE 10 2006 012 554
A1 zeigt einen Reluktanzmotor mit einem Stator, mit Statorpolen
und mehreren Eisenkernen, deren Schenkel den Stator bilden sowie
Wicklungen auf jeden der Eisenkerne aufweisen. Ein Rotor ist dabei
mit Rotorzähnen versehen.
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Aus
der
US 5 893 205 ist
ein Reluktanzmotor mit einem Stator und einem Rotor bekannt. Der
Rotor weist axiale Ausnehmungen auf, die mit einem Harz gefüllt
sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäßer
Reluktanzmotor, umfassend einen Stator mit Elektromagneten, einen
Rotor mit Rotorzähnen, von dem um eine Rotationsachse eine
Rotationsbewegung ausführbar ist, wobei der Rotor zwischen
den Rotorzähnen mit axialen Ausnehmungen versehen ist und
am Ende der Rotorzähne Brücken zur Überbrückung
der axialen Ausnehmungen ausgebildet sind. Die Rotorzähne
können auch als Pole bzw. Achsen mit einer unterschiedlichen
magnetischen Leitfähigkeit des Rotors ausgebildet sein.
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Die
axialen Ausnehmungen zwischen den Rotorzähnen führen
dazu, dass der Rotor senkrecht zu der Rotationsachse des Rotors
Achsen mit unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit
aufweist und dadurch sich Rotorpole ausbilden können. Die
Brücken, welche zwischen den Enden der Rotorzähne angeordnet
sind, reduzieren die Reibungsverluste des Rotors bei einer Anordnung
des Rotors in einer Flüssigkeit erheblich, weil außenseitig
am Rotor keine Aussparungen vorhanden sind, wie bei einem aus dem
Stand der Technik bekannten Rotor und diese Ausnehmungen dabei zu
hohen Reibungen und Turbulenzen bei einer Anordnung des Rotors in
einer Flüssigkeit führen.
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Insbesondere
sind die Brücken gekrümmt und/oder die Brücken
bilden in radialer Richtung Enden des Rotors und/oder die Brücken
sind von einem Ende eines Rotorzahnes auf ein Ende eines benachbarten
Rotorzahnes ausgebildet und/oder der Rotor ist in einer Flüssigkeit
angeordnet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung entspricht der Krümmungsradius
der Brücken im Wesentlichen dem Abstand zwischen der Rotationsachse
des Rotors und dem Ende der Rotorzähne.
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In
einer ergänzenden Ausführungsform ist in tangentialer
Richtung zwischen zwei Rotorzähnen nur je eine axiale Ausnehmung
ausgebildet.
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Vorzugsweise
sind die Brücken außenseitig konvex.
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Zweckmäßig
bestehen die Brücken aus einem weichmagnetischen Material.
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In
einer Variante ist der Rotor in einem Querschnitt, insbesondere
in sämtlichen Querschnitten oder bei wenigstens 50% oder
80% der Querschnitte in Richtung der Rotationsachse des Rotors,
senkrecht zu der Rotationsachse außenseitig im Wesentlichen
kreisförmig. Bei einem Rotor, der in einem Querschnitt
senkrecht zu der Rotationsachse außenseitig im Wesentlichen
kreisförmig ist, ist der Rotor somit zylinderförmig.
Bei einer Rotation des Rotors führt dies daher nur zu sehr
geringen Reibungsverlusten bei der Anordnung des Rotors in einer
Flüssigkeit, weil an der gekrümmten Außenfläche
des zylinderförmigen Rotors der Abstand zwischen der Rotationsachse
des Rotors und der gekrümmten Außenfläche
des Zylinders konstant bleibt.
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Zweckmäßig
sind die axialen Ausnehmungen wenigstens teilweise mit einem Füllmaterial
ausgefüllt. Die axialen Ausnehmungen können dabei ohne
einem Füllmaterial, d. h. z. B. mit Luft gefüllt sein
oder aber sie sind mit einem Füllmaterial gefüllt, das
eine sehr niedrige magnetische Leitfähigkeit besitzt, z.
B. Kunststoff.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist das Füllmaterial
andere magnetische Eigenschaften auf als das übrige Material,
aus dem der Rotor wenigstens teilweise besteht.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Füllmaterial eine
kleinere magnetische Leitfähigkeit auf als das übrige
Material, aus dem der Rotor wenigstens teilweise besteht. Insbesondere
ist die magnetische Leitfähigkeit des übrigen
Materials um das 2-, 3-, 5-, 10-, 20- oder 50-fache größer
als die magnetische Leitfähigkeit des Füllmaterials.
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Insbesondere
ist das Füllmaterial Kunststoff, Glas, ein Harz oder Keramik.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besteht der Rotor außerhalb
der axialen Ausnehmungen wenigstens teilweise aus einem weichmagnetischen
Material, z. B. Eisen.
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In
einer ergänzenden Variante besteht der Rotor außerhalb
der axialen Ausnehmungen wenigstens teilweise aus Sinterstahl. Sinterstahl
hat die Eigenschaft, dass bei Sinterstahl keine oder nur sehr geringe
Wirbelströme an dem Rotor auftreten.
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In
einer weiteren Variante besteht der Rotor außerhalb der
axialen Ausnehmungen wenigstens teilweise aus Blechplatten, die
außenseitig mit einer Isolierung versehen sind. Der Aufbau
des Rotors aus Blechplatten, die außenseitig mit einer
Isolierung versehen sind, führt dazu, dass sich dadurch
keine oder nur sehr geringe Wirbelströme am Rotor ausbilden. Dabei
besteht der Rotor beispielsweise aus 50 bis 100 Blechplatten.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist der Stator konzentrisch um den
Rotor ausgebildet und/oder der Rotor ist innerhalb des Stators ausgebildet
und/oder der Stator ist innerhalb des Rotors ausgebildet.
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Insbesondere
weist der Stator Spulen als Elektromagnete auf.
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In
eine weiteren Ausgestaltung weist der Stator Statorzähne
auf und vorzugsweise sind die Spulen um die Statorzähne
gewickelt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Reluktanzmotor eine elektronische
Steuerschaltung zur Bestromung der Spulen am Stator.
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Zweckmäßig
weist der Reluktanzmotor Mittel zur Start-Positionierung des Rotors
auf.
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In
einer weiteren Variante ist der Rotor mittels einer Lagerung, insbesondere
eine Gleitlagerung oder eine Wälzlagerung, gelagert.
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Zweckmäßig
weist der Rotor eine Achse auf und die Achse ist in der Lagerung
gelagert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigt:
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1 einen
Querschnitt eines Reluktanzmotors in einem ersten Ausführungsbeispiel
und
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2 einen
Querschnitt des Reluktanzmotors in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
ein Querschnitt eines Reluktanzmotors 1 als Elektromotor
dargestellt. Der Reluktanzmotor 1 kann für verschiedenste
technische Anwendungen eingesetzt werden und ist insbesondere auch
zum Betrieb in rauen Umgebungen sowie auch bei hohen Rotordrehzahlen
geeignet.
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Der
Reluktanzmotor umfasst einen Stator 2 und einen Rotor 6.
Der Rotor 6 ist mit Rotorzähnen 7 versehen,
so dass sich an dem Rotor 6 Achsen 13, 14 ausbilden
mit unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit, wobei
die Achsen 13, 14 senkrecht auf einer Rotationsachse 8 des
Rotors 6 stehen. Die Achsen 13 weisen eine hohe
magnetische Leitfähigkeit auf und die Achsen 14 weisen
eine niedrige magnetische Leitfähigkeit auf. Konzentrisch
um den Rotor 6 ist der Stator 2 ausgebildet. Der
Stator 2 weist Statorzähne 5 auf, um
die Spulen 4 gewickelt sind zur Ausbildung von Elektromagneten 3.
Der Reluktanzmotor 1 weist eine elektronische Steuerschaltung
für die Bestromung der Spulen 4 auf. Die elektronische Steuerschaltung
ist dabei in 1 und 2 nicht dargestellt.
Aufgrund der Achsen des Rotors 6 mit unterschiedlicher
magnetischer Leitfähigkeit können sich am Rotor 6 Rotorpole
ausbilden aufgrund eines Magnetfeldes der Elektromagneten 3.
Darüber hinaus werden die Elektromagneten 3 von
der elektronischen Steuerschaltung dahingehend ein- und ausgeschaltet,
dass ein Elektromagnet 3 den nächstgelegenen Rotorzahn 7 anzieht,
bis der nächstgelegene Rotorzahn 7 fast an der
Spule 4 steht. Anschließend wird die Spule 4 bzw.
der Elektromagnet abgeschaltet und ein anderer Elektromagnet 3 eingeschaltet. Dadurch
kommt es zu einer Drehbewegung des Rotors 6. Der richtige
Umschaltzeitpunkt wird anhand einer nicht dargestellten Drehstellungserfassungseinrichtung
(nicht dargestellt) bestimmt, wozu hierzu entsprechende nicht dargestellte
Sensoren an dem Reluktanzmotor 1 ausgebildet sind.
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Der
Rotor 6 ist in einer Flüssigkeit angeordnet. Zur
Reduzierung der Reibungsverluste des Rotors 6 weist der
Rotor 6 in einem Querschnitt senkrecht zu der Rotationsachse 8 außenseitig
eine Kreisform auf. Dadurch treten bei der Rotation des Rotors 6 um
eine Rotationsachse 8 keine radialen Bewegungen an der
Außenseite des Rotors 6 auf. An den Enden der
Rotorzähne 7 sind hierzu Brücken 10 ausgebildet,
welche von einem Rotorzahn 6 zu einem benachbarten Rotorzahn 6 reichen
und dabei eine axiale Ausnehmung 9 des Rotors 6 überbrücken.
Der Rotor 6 ist damit zylinderförmig und weist
trotzdem aufgrund der axialen Ausnehmungen 9 Achsen 13, 14 mit
unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit auf zur Ausbildung
der Rotorpole. Die Brücken 10 sind bei in radialer
Richtung des Rotors 6 ausgerichtet und der Krümmungsradius
der Brücken 10 entspricht dem Abstand von einem
Ende 12 eines Rotorzahnes 7 zu der Rotationsachse 8.
Dadurch weist die Außenseite des Rotors 6 einen
konstanten Krümmungsradius auf bzw. der Rotor 6 ist
zylinderförmig. In den axialen Ausnehmungen 9 ist
kein Material angeordnet, so dass diese mit Luft befüllt
sind. Das übrige Material aus dem der Rotor 6 besteht,
ist dabei Sinterstahl. Auch die Brücken 10 zur Überbrückung der
axialen Ausnehmungen 9 sind dabei aus Sinterstahl ausgebildet.
Der Rotor 6 kann dabei in vorteilhafter Weise einteilig
hergestellt werden.
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In 2 ist
ein Querschnitt des Reluktanzmotors 1 in einem zweiten
Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Nachfolgenden werden
im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 1 beschrieben. Der Rotor 6 besteht aus
ungefähr fünfzig bis hundert Blechplatten 11,
die übereinandergelegt sind. Die Blechplatten 11 sind dabei
parallel zu der Zeichenebene von 2 ausgerichtet,
so dass in 2 aufgrund der Schnittbildung senkrecht
zu der Rotationsachse 8 nur eine Blechplatte 11 sichtbar
ist. Die Blechplatten 11 aus Eisen sind außenseitig
mit einer nicht dargestellten elektrischen Isolierung, z. B. aus
Kunststoff, umgeben, so dass sich innerhalb des Rotors 6 keine
oder nur sehr geringe Wirbelströme ausbilden können.
Auch die Brücken 10 zur Überbrückung
der axialen Ausnehmungen 9 sind dabei aus einer gekrümmten
Blechplatte 11 hergestellt. Die axialen Ausnehmungen 9 sind
mit einem Füllmaterial, insbesondere Kunststoff, gefüllt.
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Der
Kunststoff weist dabei eine wesentlich niedrigere magnetische Leitfähigkeit
auf als die Blechplatten 11.
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Die
Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele können
miteinander kombiniert werden, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt
wird.
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Insgesamt
betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Reluktanzmotor 1 erhebliche
Vorteile verbunden. Der Reluktanzmotor 1 kann aufgrund seines
robusten Aufbaues auch in rauen Umgebungen, z. B. unter hohen Drücken
oder bei hohen Temperaturen, eingesetzt werden. Aufgrund der Zylinderform
des Rotors 6 an der Außenseite treten bei einer Anordnung
des Rotors 6 in einer Flüssigkeit nur geringe
Reibungsverluste auf, so dass in vorteilhafter Weise der Reluktanzmotor 1 auch
in einer Flüssigkeit angeordnet werden kann. Dadurch kann
der Einsatzbereich des Reluktanzmotors 1 wesentlich erweitert werden
für unterschiedlichste technische Anwendungen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006012554
A1 [0003]
- - US 5893205 [0004]