DE2253044C2 - Hysteresemotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hysteresemotor mit einem genuteten Stator und einem Rotor, dessen dem Stator zugewandte zylindrische Wandung aus Eisen mit hystere< ^v>ehen Eigenschaften besteht.

Bei einem Hysteresemotor weicht das vom Stator erzeugte elektromagnetische Drehfeld infolge der Wicklungs- und Nutungsoberwdlen von der Idealform, der idealen Kreisdrehfeldform, seiir stark ab. Die auftretenden Oberwellen beeinflussen die Motoreigenschaften sehr ungünstig, da sowohl die abgegebene Leistung und der Wirkungsgrad als auch die Laufruhe des Motors weit unter den Werten liegen, die sich bei der Ausbildung eines idealen Kreisdrehfeldes ergeben würden.

Es hat sich gezeigt, daß die Feldlinien der Feldoberwellen nur in eine Oberflächenschicht des Rotors eindringen. Das bedeutet aber, daß die störenden Oberwelleneffekte auch nur in der äußersten Rotorringzone zur Wirkung kommen. Während des synchronen Umlaufens des Rotors verursachen die Feldoberwellen sehr große Ummagnetisierungsverluste und Bremsmomente, welche letztlich die abgegebene mechanische Leistung wesentlich verringern oder, anders ausgedrückt, die abgegebene mechanische Leistung entspricht der Grundwellenleistung abzüglich der Verluste durch die Oberwelleneffekte.

Aus der GB-PS 5 76 249 ist es bekannt, eine Büchse aus magnetisch lettfähigem Werkstoff an den Statorpolen zu befestigen. Der magnetisch leitfähige Werkstoff bietet dabei einen magnetischen Nebenweg für gewisse Oberwellen des Statorfeldes, damit diese Oberwellen nicht auf den Hystereserotor einwirken können. Die Oberwellen sollen sich mittels der magnetisch leitfähigen Büchse im Stator von Zahn zu Zahn schließen. Der Rotor soll gegen diese Oberwellen abgeschirmt werden. Um dies zu erreichen, wird ein magnetisch leitfähiger Büchsenwerkstoff eingesetzt.

Die weichmagnetische Büchse bzw. deren Brücken von Zahn zu Zahn werden aber außer von den Oberwellen auch von der Grundwelle wahrgenommen.

Ein Teil der Grundwelle schließt sich also ebenfalls über die Brücken und steht damit der Drehfeldbildung nicht mehr zur Verfügung. Hinzu kommt, daß die Grund- und Oberwellen die Brücken leicht bis in den Sättigungszus stand belasten. Damit werden sie teilweise unwirksam. Man könnte daran denken, die Brücken, um die Sättigung zu umgehen, dicker zu machen. Dadurch fließt aber ein um so größerer Teil der Grundwelle über die Brücken, und das Drehmoment wird weiter reduziert Bei der Konstruktion nach der GB-PS ist atso zu entscheiden zwischen schneller Sättigung oder Nebenschluß. Beides ist ungünstig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Hysteresemotor zu schaffen, bei dem die störenden Oberwelleneffekte

is im Rotor keine Bremswirkung verursachen.

Die gestellte Aufgabe ist bei einem Hysteresemotor der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung die äußere Rotorringschicht, in welche außer der elektromagnetischen Grundwelle auch die höher harmonischen Oberwellen eindringen, vom Rotor getrennt und an den Stator angelegt ist, wobei diese am Stator festliegende äußere Rotorringschicht die Statorspule überbrückt.

Bei einem derartig ausgebildeten Hysteresemotor sind die höher harmonischen Oberwellen nur in der am Stator festliegenden Rotorringschicht wirksam und können deshalb in der Wandung des drehbaren Rotorteils keine störenden Bremseffekte hervorrufen. Die Dimensionierung der an den Stator angelegten Rotorringschicht ist unkritisch. Der wesentliche Teil der elektromagnetischen Oberwellenfelder erstreckt sich über die Spalte zwischen den Magnetpolen hinweg, und zwar durch die festliegende Rotorringschicht. Die Oberwellen erreichen den Rotor nicht mehr und können ihn folglich nicht mehr ummagnetisieren und Bremsmomente erzeugen. Die Grundwelle dagegen erreicht aufgrund ihrer großen Eindringtiefeden Rotor und kann ohne Störung durch Oberwellen des AntriebsdrehTioment erzeugen.

Ein weiterer Vorteil besteht in der vjpempfindlichkeit gegen Betriebsspannungsschwankungen. Beim Feldbild ändert sich bei solchen Schwankungen die räumliche Verteilung von Grundwelle und Oberwellen fast gar nicht. Die Einwirkgrenzen der Oberwellen bleiben weitgehend konstant. Die durch die Aufteilung des Hysteresematerials bewirkte Verbesserung bleibt also auch bei Spannungsänderungen erhalten.

Schließlich läßt sich die Leistung des Motors mit Hilfe der an die Statorpole angelegten Rotorringschicht aus Hysteresematerial verbessern.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die am Stator festgelegte Rotorringschicht eine rad'ale Stärke auf, welche der Statornutschlitzbreite entspricht. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Stärke der am Stator festgelegten Rotorringschicht etwa der Tiefe entspricht, in welche die Oberwellen einzudringen vermögen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bestehen die am Stator festgelegte Rotorringschicht und die zylindrische hysteretische Wandung des Rotors aus den gleichen Hysteresewerkstoffen. Wenn also die Statorwandung aus hartmagnetischem Eisen besteht, dann wird auch die Rotorringschicht aus eben demselben hartmagnetischen Material bestehen. Zwingend notwendig ist jedoch die Verwendung gleicher Materialien nicht.

Bei dem Hysteresemotor nach der Erfindung ist also die äußere Motorzone, im vorliegenden Fall als äußere

Rotorringschicht bezeichnet, mechanisch von der Rotorwandung getrennt, so daß sich das Bremsmoment der Oberwellen nur im Stator bemerkbar macht, während die Beschleunigungsmomente im Rotor wirksam sind. Der Motor kann damit ohne Bremsung durch die Oberwellen sein volles Drehmoment abgeben.

Es ist an sich bei Asynchronmotoren bekannt, Störfelder von einem Rotor fernzuhalten. Um dies zu bezwecken, wird unmittelbar anschließend an die Magnetpole des Stators in den Luftspalt ein zylindrischer Ring eingesetzt, welcher aus gesintertem Eisen mit einem weiten Bereich magnetischer Permeabilität bestehen kann (britische Patentschrift 7 83 249). Dieser britischen Patentschrift ist aber nicht zu entnehmen, auf weiche Weise bei einem Hysteresemotor das im Rotor auftretende Bremsfeld eliminiert werden kann.

Weiterhin ist es aus der britischen Patentschrift 6 29 897 bekannt, die Pole gegenseitig zu verbinden, gegebenenfalls unter Einfügung eines durchgehenden Zylinders. Die Brücken zwischen den Polen sollen dabei so dünn wie möglich sein, da es darauf ankommt, die störenden Hystereseverluste zu vermindern.

Die Erfindung wird anhand des in der Zebhnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert

In der Zeichnung ist ein Teil eines Schnittes durch einen Hysteresemotor wiedergegeben. Die Eisenpole sind dabei mit 1 bezeichnet. Zwischen den Polen 1 befinden sich die Nutschlitze 3. Die Nuten S sind mit Wicklungen 7 angefüllt

Gegen die Polflächen 9 der Pole 1 ist ein Ring Ii

gelegt, der sich längs des ganzen Motorluftspaltes 13 erstreckt. Der Ring 11 besteht ebenso wie die äußere Wand 15 des Rotors 17 aus hartmagnetischem Material.

Der Ring 11 liegt am Stator (1 bis 9) fest, während die

äußere Rotorwandung 15 umlaufen kann.

Der Stator (1 bis 9) enthält eine Drehstromwicklung.

ίο Wird diese von einem Drehstromsystem gespeist, dann bildet sich eine magnetische Grundwelle aus, die über die Pole ί und den Ring 11 sowie den Luftspalt 13 in die äußere Wandung 15 des Rotors 17 eindringt, !n der Wandung 15 des Rotors 17 bildet sich damit ein Drehmoment aus, welches den Rotor 17 in Umlauf versetzt. Die Oberwellen, welche ein Bremsmoment erzeugen, bleiben indem Ring 11, der eigentlich ein Teil des Rotors 17 ist. Wie die dargestellten Pfeile 19 wiedergeben, erstrecken sich die Oberwellenfelder im wesentlichen über die Nutschlitze 3 hinweg. An der inneren Wand 21 des Ringes 11 hat r :h das Feld der elektromagnetischen Grundweüe nach dem .Abnehmen des Oberweilengehaltes derart vergleichmäßigt, daß die Feldlinien 23 der Grundwelle im wesentlichen radial in den Luftspalt 13 eintreten und diesen durchqueren.

Das Innere des Rotors kann entweder mit Luft oder Eisen ausgefüllt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hysteresemotor mit einem genuteten Stator und einem Rotor, dessen dem Stator zugewandte zylindrische Wandung aus Eisen mit hysteretischen Eigenschaften besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Rotorschicht (11), in welche außer der elektromagnetischen Grundwelle auch die höher harmonischen Oberwellen eindringen, vom Rotor (1) getrennt und an den Stator (1 bis 9) angelegt ist, wobei diese am Stator Festliegende äußere Rotorringschicht die Statorpole (t) überbrückt.

Z Hysteresemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Stator (1 bis 9) festgelegte Rotorringschicht (11) eine radiale Stärke aufweist, welche der Statornutschlitzbreite entspricht.

3. Hysteresemotor nach den Ansprüchen 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Stator (1 bis 9) festft-iegte Rotorringschicht (ti) und die zylindrische hysteretische Wandung (S3) des Rotors (17) aus den gleichen Hysteresewerkstoffen bestehen.