DE10128696A1 - Motor - Google Patents

Abstract

Bereitgestellt wird ein SR-Motor, bei dem eine Magnetpolnutzung durch Erhöhung einer Überlappungsfläche zwischen vorspringenden Polen verbessert ist. Ein Stator 10 ist an seiner Außenumfangsfläche mit Vertiefungen SR1 und SR12 ausgestattet. Zwischen zwei benachbarten Vertiefungen sind jeweils Pole S1 bis S12 festgelegt. Eine jede von Spulen Aa, Ab, Ba, Bb, Ca und Cb ist entlang zweier Vertiefungen gewickelt, zwischen welchen zwei weitere Vertiefungen angeordnet sind, sodass die Spulen Aa, Ba und Ca jeweils parallel zu den Spulen Ab, Bb und Cb sind. Entlang einer Innenumfangsfläche eines Rotors 20 ist eine Vielzahl von aus magnetischem Material ausgebildeten, bezüglich des Umfangs beabstandeten und magnetisch isolierten Teilen J1 bis J8 vorgesehen. Ist ein jeweiliges Teil der Teile J1 bis J8 gegenüber den zwei benachbarten Polen des Stators 10, erzeugt eine jeweilige Spule der Spulen einen geschlossenen Magnetflusskreis, der durch das Magnetmaterialteil und die hierzu entsprechenden Pole fließt, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein einen Motor und insbesondere einen im Weiteren als SR-Motor bezeichneten geschalteten Reluktanzmotor.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme auf Fig. 27 ist eine radial gerichtete Querschnittsansicht eines bekannten SR-Motors veranschaulicht. Der bekannte SR-Motor beinhaltet einen Stator 1, der in zylindrischer Form ausgeführt ist, und einen säulenförmigen Rotor 2, der koaxial in dem Stator 1 zum Drehen untergebracht ist. Der SR-Motor weist die Form eines Dreiphasen-SR-Motors auf, der so ausgeführt ist, dass der Stator 1 sechs Statorpole Sa, Sb, Sc, Sd, Se sowie Sf und der Rotor 2 vier Rotorpole Ra, Rb, Rc sowie Rd aufweist. Der Stator 1 und der Rotor 2 sind jeweils aus einer Vielzahl von axial geschichteten Magnetmaterialplatten oder Siliziumstahlplatten ausgebildet.

Der Stator 1 ist so aufgebaut, dass er einteilig sechs nach innen sich erstreckende Pole Sa, Sb, Sc, Sd, Se und Sf in derartiger Weise aufweist, dass ein Winkelabstand von 60° zwischen zwei benachbarten Polen eingestellt ist. Die Pole Sa, Sb, Sc, Sd, Se und Sf sind jeweils mit Erregungsspulen La, Lb, Lc, Ld, Le und Lf umwickelt. Eine Verdrahtungsanordnung jeder der Erregungsspulen La, Lb, Lc, Ld, Le und Lf und eine Stromflussrichtung sind aus der Darstellung von Fig. 27 verständlich.

Andererseits ist der Rotor 2 so aufgebaut, dass er einteilig vier nach außen sich erstreckende Pole Ra, Rb, Rc und Rd in derartiger Weise aufweist, dass ein Winkelabstand von 90° zwischen zwei benachbarten Polen eingestellt ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 28 ist zusammen mit seinem grundlegenden Aufbau und seinen Wicklungen das Prinzip veranschaulicht, nach dem der in Fig. 27 veranschaulichte bekannte SR-Motor arbeitet. Wird gemäß Fig. 28 ein Strom sequentiell Spulen I, II und III in Abhängigkeit von jeweiligen Winkelpositionen des Rotors 2 zugeführt, wird ein magnetischer Fluss zwischen dem Pol des Stators 1 und dem Pol des Rotors 2 erzeugt, welche einander gegenüberliegen, woraus resultiert, dass der Pol des Rotors 2 zu dem entsprechenden oder gegenüberliegenden erregten Pol des Stators 1 angezogen wird, was den Rotor 2 zur Drehung veranlasst, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird.

Die Winkelposition des Rotors 2 wird durch einen (nicht dargestellten) Positionssensor bestimmt, der an dem Rotor 2 befestigt ist. Ein Satz aus geschlossenen Kreisen, von welchen ein jeder durch einen Zustand 1, einen Zustand 2 und einen Zustand 3 gebildet wird, bildet einen Schritt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 29 ist ein Schaltbild einer Ansteuerschaltung veranschaulicht, die den bekannten SR- Motor gemäß Fig. 27 ansteuert. In Fig. 29 sind drei Unteransteuerschaltungen jeweils mit den Spulen I (in Serie mit I'), II (in Serie mit II') und III (in Serie mit III') verbunden. Im Einzelnen ist ein äußeres Ende einer jeweiligen Spule I, II und III mit einer Anode einer Diode D1 und einem Kollektor eines Schaltelements oder eines Transistors S1 verbunden, während ein äußeres Ende einer jeweiligen Spule I', II' und III' mit einem Emitter eines Schaltelements oder eines Transistors S2 und einer Kathode einer Diode D2 verbunden ist. Ein Kollektor des Schaltelements S2 und eine Kathode der Diode D1 sind mit einer positiven (+) Seite einer Energieversorgung P verbunden, während ein Emitter des Schaltelements S1 und eine Anode der Diode D2 mit einer negativen (-) Seite der Energieversorgung P verbunden sind.

Werden sowohl das Schaltelement S2 als auch das Schaltelement S1 leitend oder angeschaltet, beginnt ein Strom von der positiven (+) Seite der Energieversorgung P zu ihrer negativen (-) Seite über das Schaltelement S2, die Spulen I und I' und das Schaltelement S1 zu fließen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 30 ist eine Darstellung abgebildet, die eine Induktivität einer Spule, den in der Spule fließenden Strom und das durch den Motor erzeugte Drehmoment für eine Phase darstellt. Falls gemäß der Darstellung von Fig. 30 ein bestimmter Pol des Stators 1, der mit einem bestimmten Pol des Rotors 2 nicht ausgerichtet ist, diesem näher kommt, sowie der Rotor 2 sich dreht, beginnt die Spuleninduktivität sich von ihrem minimalen Wert zu erhöhen. Gleichzeitig mit einer derartigen Drehung des Rotors 2 wird das Drehmoment durch Zufuhr des Stroms zu der Spule erzeugt, welcher sich in einen Zustand 'a, 'b, 'c und 'd ändert. Gelangt der bestimmte Pol des Stators 1 in eine perfekte Ausrichtung hinsichtlich des bestimmten Pols des Rotors 2, erlangt die Induktivität einen Maximalwert. Sowie der bestimmte Pol des Rotors 2 sich von dem bestimmten Pol des Stators 1 weg bewegt, was aus einer weiteren Drehung des Rotors 2 resultiert, wird daher die Induktivität kleiner und endet in einem Minimalwert, wenn der Abstand zwischen den bestimmten Polen des Stators 1 bzw. des Stators 2 den Maximalwert erreicht. Dies tritt ebenso an einer weiteren nicht ausgerichteten Position auf, bei der der bestimmte Pol des Stators 1 mit dem bestimmten Pol des Rotors 2 nicht ausgerichtet ist.

Fig. 31 veranschaulicht eine Darstellung, die eine Magnetisierungskurve eines SR-Motors darstellt. In der Darstellung gibt eine Horizontalachse bzw. X-Achse einen der Spule zuzuführenden Strom (d. h. einen Wicklungsstrom) und eine Vertikalachse bzw. Y-Achse eine durch die Spule fließende Magnetflussverknüpfung bzw. Magnetflußdurchflutung bzw. einen durch die Spule fließenden magnetischen Fluß an. Fig. 30 gibt an oder offenbart, dass die Induktivität, die gering ist, wenn der Abstand zwischen den bestimmten Polen des Stators 1 bzw. des Rotors 2 den Maximalwert erreicht, ansteigt, sowie der Pol des Rotors 2 sich dem Pol des Stators 1 nähert. Nachdem die Induktivität den Maximalwert oder den Spitzenwert erreicht, was infolge der magnetischen Sättigung von Stahl auftritt, wird die Charakteristik im Wesentlichen quasi­ flach bzw. so gut wie eben.

Eine eine magnetische Energie darstellende Fläche ist durch eine Umrandung der Magnetflussdurchflutung der Spule bei einem ausgerichteten Winkel θA, der Magnetflussdurchflutung der Spule bei dem nicht ausgerichteten Winkel θU und einer Stromlinie Im definiert. Unter der Annahme, dass eine magnetische Energie und ein Ein-Schritt-Winkel zwischen den nicht ausgerichteten Positionen (d. h. eine Winkeldifferenz zwischen θU und θA) als W und als θ0 definiert sind, kann das mittlere Drehmoment TA ausgedrückt werden durch W/θ0. Somit verursacht ein Anstieg der magnetischen Energie W oder eine Reduzierung des Winkels θ0 einen Anstieg des mittleren Drehmoments TA. Hinsichtlich des letztgenannten Verfahrens kann eine Reduzierung des Winkels θ0 durch Erhöhen der Zahl der Pole hergestellt werden, sodass der Stator und der Rotor jeweils 12 und 8 Pole aufweisen oder umgekehrt. Jedoch verursacht allgemein eine Reduzierung des Winkels θ0 eine proportionale Verringerung der magnetischen Energie W, woraus resultiert, dass ein Anstieg des mittleren Drehmoments TA nicht erzielt werden kann. Somit ist es wesentlich, die magnetische Energie W selbst pro Schritt zu erhöhen.

Zur Erhöhung der magnetischen Energie W ist es erforderlich, an der Magnetisierungskurve die nachstehenden Punkte zu realisieren.

(1) Erhöhen der Ausrichtungs-Induktivität bei nicht gesättigtem Zustand.

(2) Erhöhen der maximalen Durchflutung mit magnetischem Fluss.

(3) Verringern der Nicht-Ausrichtungs-Induktivität.

(4) Erhöhen der Durchflutung mit magnetischem Fluss an einem Wendepunkt bzw. Krümmungspunkt (inflection point).

Diese Eigenschaften können aus den nachstehenden Formeln hergeleitet werden.

(1) Ausrichtungs-Induktivität La bei nicht gesättigtem Zustand.

La = µ₀ × S₁ × N² × A/L_G

wobei gilt
µ₀: magnetische Permeabilität im Vakuum,
S₁: Überlappungsfläche zwischen dem Rotor und dem Stator,
N: Zahl der Windungen,
A: Zahl der Pole,
L_G: Luftzwischenraumlänge zwischen dem Rotor und dem Stator.

(2) Maximale Durchflutung mit magnetischem Fluss Pm

Pm = S₂ × Bm × N × A

wobei gilt
S₂: Minimale Querschnittsfläche des magnetischen Kreises,
Bm: Maximale magnetische Flussdichte,
N: Zahl der Windungen,
A: Zahl der Pole.

(3) Nicht-Ausrichtungs-Induktivität Lu

Lu = k × N² × C

wobei gilt:
k: je Vertiefung (slot) konstante Streuinduktivität,
N: Zahl der Windungen,
A: Zahl der Pole.

(4) Durchflutung mit magnetischem Fluss P_s bei einem Wendepunkt bzw. Krümmungspunkt.

Ps = Bs X L_G/(µ0 × N)

wobei gilt
Bs: Gesättigte magnetische Flussdichte.

Die Optimierung eines jeweiligen Parameters stellt eine wesentliche Qualifikation in der Ausführung eines SR-Motors dar und es kann beispielsweise eine Erhöhung von N, d. h. der Zahl der Windungen vorgeschlagen werden. Wird die Zahl der Windungen N erhöht, steigt die Ausrichtungs- Induktivität La bei einem nicht gesättigten Zustand und die maximale Durchflutung mit magnetischem Fluss Pm, was zur Erhöhung der magnetischen Energie W beiträgt, wie es aus den vorstehend angeführten Formeln ersichtlich ist. Wie es jedoch aus den Formeln verständlich ist, wird die zu reduzierende Nicht-Ausrichtungs-Induktivität Lu erhöht und wird die zu erhöhende Durchflutung mit magnetischem Fluss Ps bei einem Krümmungspunkt reduziert. Somit stört insbesondere die resultierende oder erhöhte nicht Ausrichtungs-Induktivität Lu den Stromanstieg, wenn der SR- Motor mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht wird (d. h. bei der maximalen Ansteuerfrequenz), was in einem fatalen Nachteil resultiert, sodass ein zu erzeugendes Drehmoment bei einem Hochgeschwindigkeitsfahrzustand des SR-Motors beschränkt ist.

Vorausgesetzt, dass der Raum vorgesehen ist, in dem die Spule untergebracht ist, erhöht sich zusätzlich der Widerstandswert der Spule proportional zum Quadrat der Zahl der Windungen, woraus resultiert, dass der SR-Motor einen größeren elektrischen Leistungsverlust (d. h. einen Kupferverlust) aufweist. Somit führt eine Erhöhung der Zahl N an Windungen, was zur Erhöhung des bei einer langsamen Drehung des SR-Motors erzeugten Drehmoments beiträgt, aber zur Umkehrung der Hochgeschwindigkeitsleistungsfähigkeit und Hochgeschwindigkeitswirksamkeit.

Als ein bedeutendes, wesentliches Mittel zur Erhöhung sowohl der Ausrichtungs-Induktivität La bei einem nicht gesättigten Zustand und der maximalen Durchflutung mit magnetischem Fluss Pm existiert ein Vorschlag, nach dem sowohl die Überlappungsfläche S1 zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 2 als auch der minimale Magnetkreisquerschnitt S2 erhöht werden. Als Mittel zur Reduzierung der Außer- Ausrichtungs-Induktivität Lu existiert ein Verfahren, nach dem der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Polen (wie etwa Statorpolen, Rotorpolen oder Stator- und Rotorpolen) zur Reduzierung der Magnetflussstreuung k auf eine Nicht- Ausrichtung hin reduziert wird. Jedoch ist ein derartiges Verfahren infolge einer Raumeinschränkung hinsichtlich des bekannten SR-Motors schwierig anzuwenden, wie es im Weiteren beschrieben ist, falls ein SR-Motor gewünscht ist, der ein ausreichendes Drehmoment bei seiner Hochgeschwindigkeitsdrehung erzeugen kann, wobei ein derartiger SR-Motor nicht davon befreit werden kann, dass er hinsichtlich seiner Größe vergrößert wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 32 und 33 sind jeweils ein Statorpolwinkel und ein Rotorpolwinkel und eine Beziehung zwischen dem Statorpolwinkel und dem Rotorpolwinkel dargestellt. Die Fig. 32 und 33 sind aus der Referenz mit dem Titel "Switched Reluctance Motors and their Control" (T. J. E. Miller, MAGNA PHYSICS PUBLISHING) entnommen. Obwohl diese Referenz aussagt, dass eine Einstellung jeweils des Rotorpolwinkels und des Statorpolwinkels wünschenswert ist, so dass ein jeder der Polwinkel in einem Bereich innerhalb des Dreiecks ABC gemäß Fig. 33 fällt, variiert allgemein der praktische Bereich jeweils des Rotorpolwinkels und des Statorpolwinkels von 30 bis 36 Grad, wenn im Ganzen das erzeugte Drehmoment, die Ausgabe, die Wirksamkeit und die Drehmomentwelligkeit berücksichtigt wird. D. h. bei dem bekannten SR-Motor wird die Rate des Überlappungswinkels zwischen dem Rotor und dem Stator bezüglich einer vollen Umdrehung (360 Grad) 8,33-10%.

Es kann daraus geschlossen werden, dass das Verhältnis dem Faktor entspricht, der die Leistungsfähigkeit des bekannten SR-Motors beschränkt. Das bedeutet, dass, selbst wenn die Polzahl des Stators 1 und des Rotors 2 erhöht wird, das Problem nicht gelöst werden kann, solange als einem Anstieg eine Änderung hinsichtlich des Verhältnisses des Überlappungswinkels folgt. Gegensätzlich dazu erzeugt eine sorglose Erhöhung der Zahl der Pole jeweils des Stators 1 und des Rotors 2, dass der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Polen bei einer Nicht-Ausrichtung kürzer wird, was den magnetischen Streuungsfluss erhöht und zusätzlich die Zahl von Wicklungen unterbringenden Vertiefungen erhöht, woraus ein Anstiegsgrund der Nicht- Ausrichtungs-Induktivität resultiert, wodurch angegeben wird, dass eine Begrenzung hinsichtlich des Drehmomentanstiegs vorhanden ist.

Somit existiert ein Bedarf zur Bereitstellung eines SR- Motors zur perfekten und revolutionären Lösung der vorstehend angeführten Probleme oder Nachteile, welcher die Magnetpolnutzung durch Erhöhung eines Überlappungswinkels zwischen ein Drehmoment erzeugenden Polen verbessern kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wurde zur Erfüllung des vorstehend angeführten Erfordernisses entwickelt, wobei eine erste Ausgestaltung der Erfindung einen Motor bereitstellt, mit: einer Statoreinrichtung, einer Rotoreinrichtung und einer Vielzahl von Phasenspulen, die zur Drehung des Rotors sukzessive erregt werden, dadurch gekennzeichnet, dass
(1) eine Einrichtung aus der Statoreinrichtung und der Rotoreinrichtung eine erste Fläche beinhaltet, die gegenüber der weiteren Einrichtung aus der Statoreinrichtung und der Rotoreinrichtung liegt, wobei an der ersten Fläche eine Vielzahl von Vertiefungen ausgebildet ist, die sich in der axialen Richtung erstrecken, die bezüglich des Umfangs entlang der ersten Fläche angeordnet sind und die die Spulen unterbringen, wenn die Spulen gewickelt sind, und eine Vielzahl von Polen ausgebildet ist, die zwischen zwei der Vertiefungen ausgebildet sind, die zueinander benachbart sind,
(2) die weitere Einrichtung aus der Statoreinrichtung und der Rotoreinrichtung eine zweite Fläche beinhaltet, die gegenüber der einen Einrichtung aus der Statoreinrichtung und der Rotoreinrichtung liegt, wobei an der zweiten Fläche eine Vielzahl bezüglich des Umfangs angeordneter, gegenseitig voneinander unabhängiger Magnetmaterialteile vorgesehen ist,
(3) wobei die Magnetmaterialteile die zwei benachbarten Pole magnetisch koppeln, wenn die Magnetmaterialteile den zwei benachbarten Polen gegenüberliegen, und
(4) wobei auf eine Spulenerregung hin ein Drehmoment durch einen magnetischen Fluss erzeugt wird, der in einem geschlossenen Kreis erzeugt wird, der durch die zwei benachbarten Pole und das dazwischen angeordnete Magnetmaterialteil gebildet wird.

Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung dient zur Bereitstellung eines Motors, mit: einem ersten Element, einem dem ersten Element gegenüberliegenden zweiten Element,
wobei ein Element aus dem ersten Element und dem zweiten Element befestigt ausgeführt ist und das weitere Element aus dem ersten Element und dem zweiten Element beweglich ausgeführt ist,
das erste Element eine dem zweiten Element gegenüberliegende erste Fläche aufweist, das zweite Element eine dem ersten Element gegenüberliegende zweite Fläche aufweist und an einer Fläche aus der ersten Fläche und der zweiten Fläche zumindest eine Vertiefung vorgesehen ist,
einer an der Vertiefung vorgesehenen Spule,
einem Paar aus an der Vertiefung angrenzenden Elementen, die ein Paar aus Polen bilden, wobei auf eine Erregung der Spule hin ein magnetischer Fluss zwischen dem Paar aus den Polen erzeugt wird,
zumindest einem an der weiteren Fläche aus der ersten Fläche und der zweiten Fläche vorgesehenen Magnetmaterialteil, wobei das Magnetmaterialteil, wenn es der Vertiefung genähert wird, die beiden der Vertiefung benachbarten Pole magnetisch koppelt, um einen geschlossenen magnetischen Kreis zu bilden, durch den ein zwischen den Polen erzeugter magnetischer Fluss fließt,
wobei der magnetische Fluss bei einer Änderung eine Verschiebungskraft bezüglich dem Magnetmaterialteil erzeugt, wodurch eine Kraft erzeugt wird, durch die ein Element aus dem ersten Element und dem zweiten Element bezüglich dem weiteren Element aus dem ersten Element und dem zweiten Element beweglich gemacht wird.

Eine dritte Ausgestaltung der Erfindung, deren Hauptzweck die Modifizierung der Struktur der zweiten Ausgestaltung darstellt, dient zur Bereitstellung eines Motors, wobei das erste Element eine zylindrische Form mit einem Außendurchmesser aufweist, das zweite Element eine zylindrische Form mit einem Innendurchmesser aufweist, der größer als der Außendurchmesser des ersten Elements ist, um eine Öffnung zwischen dem Innendurchmesser des zweiten Elements und dem Außendurchmesser des ersten Elements zu definieren, wobei die Spulen eine Vielzahl von Phasengruppen bilden, so dass eine Spulenerregung sukzessive Gruppe für Gruppe erfolgt.

Eine vierte Ausgestaltung der Erfindung, deren Hauptzweck eine Modifizierung der Struktur der ersten Ausgestaltung oder der zweiten Ausgestaltung ist, dient zur Bereitstellung eines Motors, wobei eine jede der Spulen so gewickelt ist, dass zumindest eine Vertiefung aus den Vertiefungen zwischen einer jeden der Spulen angeordnet ist und sich eine jede der Spulen mit einer weiteren Spule kreuzt.

Eine fünfte Ausgestaltung der Erfindung, deren Hauptzweck die Modifizierung der Struktur der ersten Ausgestaltung, der zweiten Ausgestaltung oder der vierten Ausgestaltung ist, dient zur Bereitstellung eines Motors, wobei die Pole so ausgeführt sind, dass breite Pole und schmale Pole wechselweise in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei eine Umfangsbreite der breiten Pole breiter als die Umfangsbreite der schmalen Pole ist, wobei das Wickeln einer jeden der Spulen in der axialen Richtung so ausgeführt ist, dass die Spule in den Vertiefungen untergebracht ist, die benachbart zu dem breiten Pol sind.

Eine sechste Ausgestaltung der Erfindung, deren Hauptzweck die Modifizierung der Struktur der ersten Ausgestaltung, der zweiten Ausgestaltung, der dritten Ausgestaltung, der vierten Ausgestaltung oder der fünften Ausgestaltung ist, dient zur Bereitstellung eines Motors, wobei das Magnetmaterialteil in einer Hügelform ausgebildet ist, die sich von dem gegenüberliegenden Pol weg erstreckt.

Eine siebte Ausgestaltung der Erfindung dient zur Modifizierung der Struktur der ersten Ausgestaltung, der zweiten Ausgestaltung, der dritten Ausgestaltung, der vierten Ausgestaltung, der fünften Ausgestaltung oder der sechsten Ausgestaltung, wobei benachbart zu dem gegenüberliegenden Pol an dem Magnetmaterialteil eine Vertiefung ausgebildet ist.

Eine achte Ausgestaltung der Erfindung, deren Hauptzweck die Modifizierung der Struktur der ersten Ausgestaltung, der zweiten Ausgestaltung, der dritten Ausgestaltung, der vierten Ausgestaltung, der fünften Ausgestaltung, der sechsten Ausgestaltung oder der siebten Ausgestaltung ist, dient zur Bereitstellung eines Motors, wobei das Magnetmaterialteil hinsichtlich einer Umfangsbreite größer als sein gegenüberliegender Pol ausgeführt ist.

Eine neunte Ausgestaltung der Erfindung dient zur Bereitstellung eines Motors, mit einem ersten Element, einem zweiten Element, wobei ein Element aus dem ersten Element und dem zweiten Element als ein Stator verwendet wird und das weitere Element aus dem ersten Element und dem zweiten Element als ein Rotor verwendet wird, wobei der Rotor drehbar bezüglich dem Stator ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass
(1) das erste Element eine dem zweiten Element gegenüberliegende erste Fläche beinhaltet, wobei die erste Fläche mit einer Vielzahl von Polen ausgestattet ist, die in der Umfangsrichtung entlang der ersten Fläche angeordnet sind und sich in der axialen Richtung erstrecken, wobei an der ersten Fläche eine Vielzahl von Vertiefungen ausgebildet ist, sodass eine jede der Vertiefungen zwischen den Polen angeordnet ist, die zueinander benachbart sind, wobei zwei der Vertiefungen, zwischen welchen eine Vielzahl von weiteren Vertiefungen angeordnet ist, so ausgeführt sind, dass darin eine jede aus einer Vielzahl von bezüglich des Umfangs angeordneten Spulen auf ihr Wickeln hin untergebracht ist, welche zur Bildung einer Vielzahl von Phasen zu gruppieren sind,
(2) das zweite Element eine zweite Fläche beinhaltet, die dem ersten Element gegenüberliegt, wobei an der zweiten Fläche eine Vielzahl von magnetisch untereinander unabhängigen, bezüglich des Umfangs angeordneten Magnetmaterialteilen vorgesehen ist,
(3) wobei, wenn das Magnetmaterialteil gegenüber der Vielzahl von Polen liegt, welche in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgend vorgesehen sind, die aufeinanderfolgenden Pole magnetisch gekoppelt sind, wobei die Pole und das Magnetmaterialteil einen geschlossenen magnetischen Kreis bilden, wenn eine jede der Phasen zur Erzeugung eines magnetischen Flusses erregt ist, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird, und
(4) wobei in einer jeden der gruppierten Phasen verschiedene Spulen, die in den Vertiefungen untergebracht sind, die zueinander nächstliegend sind, mit Strömen derselben Polarität zu versorgen sind.

Eine zehnte Ausgestaltung der Erfindung, deren Hauptzweck die Modifikation der Struktur der neunten Ausgestaltung ist, dient zur Bereitstellung eines Motors, wobei Enden der Spulen, die hinsichtlich der Phase unterschiedlich sind, sich an dem Pol kreuzen, sodass die Spulen, die in den Vertiefungen untergebracht sind, die zueinander am nächsten liegen, in der Stromzufuhrpolarität gleich werden.

Eine elfte Ausgestaltung der Erfindung, deren Hauptzweck die Modifikation der Struktur der neunten Ausgestaltung oder der zehnten Ausgestaltung ist, dient zur Bereitstellung eines Motors, wobei eine jede der Phasen gebildet wird, indem die Spulen gruppiert werden, wobei deren Zahl gerade ist.

Gemäß jeweils der ersten Ausgestaltung und der zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist eines aus den Magnetmaterialteilen magnetisch von einem weiteren Magnetmaterialteil in der Umfangsrichtung des ersten Elements isoliert und liegt gegenüber zwei benachbarten Polen, um mit ihnen auf eine Spulenerregung hin magnetisch gekoppelt zu werden, woraus resultiert, dass der SR-Motor ein Drehmoment in kontinuierlicher Weise ohne einer Zwischenphaseninterferenz erzeugen kann.

Gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Spulenerregung aufeinanderfolgend Gruppe für Gruppe.

Gemäß der vierten Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, magnetische Flüsse zu erzeugen, sodass ein Winkelabstand zwischen zwei benachbarten magnetischen Flüssen aus der Blickrichtung der Mitte auf einen Wert eingestellt werden können.

Gemäß der fünften Ausgestaltung der Erfindung erfolgen in einer jeden Phase keine Kreuzungen zwischen Spulen, woraus resultiert, dass die Länge des Spulenendes verkürzt wird, wodurch der SR-Motor für eine bestimmte Verwendung verfügbar wird, bei der die axiale Länge des SR-Motors eingeschränkt ist.

Gemäß der sechsten Ausgestaltung der Erfindung kann die mögliche magnetische Streuung von einem Magnetmaterialteil zu dem nächsten Magnetmaterialteil mit dem erzielten magnetischen Durchlassquerschnitt minimiert werden.

Gemäß der siebten Ausgestaltung der Erfindung wird die Induktivität bezüglich dem Drehwinkel glatt bzw. geglättet ausgeführt, wodurch die Drehmomentwelligkeit reduziert wird.

Gemäß der achten Ausgestaltung der Erfindung kann der Durchflußbetrag des magnetischen Flusses erhöht werden.

Gemäß der neunten Ausgestaltung der Erfindung ist eines der Magnetmaterialteile magnetisch von einem weiteren Magnetmaterialteil in der Umfangsrichtung des ersten Elements magnetisch isoliert und liegt gegenüber zwei benachbarten Polen, um auf eine Spulenerregung hin mit ihnen magnetisch gekoppelt zu werden, woraus resultiert, dass der SR-Motor ein Drehmoment in kontinuierlicher Weise ohne einer Zwischenphaseninterferenz erzeugen kann. Darüber hinaus erhalten an einer Phase unterschiedliche Spulen eine gleiche Polarität zur Zufuhr eines Spulenstroms, woraus resultiert, dass auf eine Erregung einer Phase in den benachbarten Spulen hin die resultierenden magnetischen Phasenflüsse erzeugt werden, um sich gegenseitig aufzuheben. Das heißt, obwohl in einer Phase die magnetische Flussbeeinflussung in einer jeden der unterschiedlichen Spulen auftritt, wird die derartige magnetische Flussbeeinflussung zwischen diesen verschiedenen Spulen stark verringert. Werden somit zwei Phasen zum Schalten der Erregung von einer bestimmten Phase zu der nächsten Phase erregt, wird der durch die Erstgenannte (die Letztgenannte) fließende Strom in kontinuierlicher Weise stabil oder frei von der magnetischen Flussbeeinflussung der Letztgenannten (der Erstgenannten), woraus ein schneller Anstieg hinsichtlich der Erregung der Letztgenannten und ein schneller Abfall hinsichtlich der Entregung der Erstgenannten resultiert, wodurch wünschenswerte Vorteile geliefert werden können, sodass ein Drehmoment auf eine Erregung der Letztgenannten hin schnell erzeugt werden kann und eine Erzeugung eines Umkehrdrehmoments infolge einer Erregung der erstgenannten Phase eingeschränkt werden kann.

Gemäß der zehnten Ausgestaltung der Erfindung kann eine Ausführungsänderung des SR-Motors behandelt werden, indem eine Struktur bzw. Anordnung ausgeführt wird, bei der die Enden der Spulen, die hinsichtlich der Phase unterschiedlich sind, sich an dem Pol kreuzen, sodass die Spulen hinsichtlich der Stromzufuhrpolarität gleich gemacht werden.

Wird gemäß der elften Ausgestaltung der Erfindung eine jede der Phasen durch Gruppierung der Spulen gebildet, wobei ihre Zahl gerade ist, können alle Spulenstromzufuhrpolaritäten an allen Positionen gleich ausgeführt werden, an welchen verschiedene Spulen benachbart sind. Obwohl in einer Phase die Magnetflussbeeinflussung in einer jeden der unterschiedlichen Spulen auftritt, wird somit zwischen diesen unterschiedlichen Spulen eine derartige Magnetflussbeeinflussung viel geringer gemacht. Werden somit zwei Phasen für eine Erregung erregt, wird von einer bestimmten Phase zu der nächsten Phase geschaltet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Das vorstehende und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung bevorzugter exemplarischer Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit der angefügten Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine radial gerichtete Querschnittansicht eines SR- Motors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, sodass grundlegende Strukturelemente wie Rotor, Stator und Phasenspulen betrachtet werden können,

Fig. 2 eine erläuternde Ansicht des SR-Motors, wenn der der SR-Motor sich in seinem ersten Betriebsschritt befindet,

Fig. 3 eine erläuternde Ansicht des SR-Motors, wenn der SR-Motor sich in seinem zweiten Betriebsschritt befindet,

Fig. 4 eine erläuternde Ansicht des SR-Motors, wenn der SR-Motor sich in seinem dritten Betriebsschritt befindet,

Fig. 5 eine modifizierte Ausführung des SR-Motors gemäß Fig. 2,

Fig. 6 eine radial gerichtete Querschnittansicht eines SR- Motors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, sodass grundlegende Strukturelemente wie Rotor, Stator und Phasenspulen betrachtet werden können,

Fig. 7 einen Abschnitt, der eine Grundlage des SR-Motors gemäß Fig. 6 bildet,

Fig. 8(a) bis 8(d) eine Betriebsweise des Rotors, wenn ein Magnetismusbestandteil darin nicht mit einer Vertiefung ausgebildet ist,

Fig. 9(a) bis 9(d) eine Betriebsweise des Rotors, wenn ein Magnetismusbestandteil darin mit einer Vertiefung ausgebildet ist,

Fig. 10 eine Darstellung der Art, wie eine Überlappungsfläche zwischen der äußeren Umfangsfläche und dem Statorpol sich bezüglich des Drehwinkels ändert,

Fig. 11 eine Darstellung der Art, wie eine Magnetflussdurchflutung sich bezüglich dem Drehwinkel ändert,

Fig. 12 eine Darstellung der Art, wie ein erzeugtes Drehmoment sich bezüglich dem Drehwinkel ändert,

Fig. 13 eine axial gerichtete Querschnittansicht einer montierten Struktur des SR-Motors gemäß Fig. 6,

Fig. 14 eine entlang einer Linie A-A von Fig. 13 aufgenommene Querschnittansicht,

Fig. 15 eine radial gerichtete Querschnittansicht eines SR-Motors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, sodass grundlegende Strukturelemente wie ein Rotor, ein Stator und Phasenspulen betrachtet werden können,

Fig. 16 eine erläuternde Ansicht des SR-Motors gemäß Fig. 15, wenn der in Fig. 15 veranschaulichte SR-Motor sich in seinem ersten Betriebsschritt befindet,

Fig. 17 eine erläuternde Ansicht des SR-Motors gemäß Fig. 15, wenn der in Fig. 15 veranschaulichte SR-Motor sich in seinem zweiten Betriebsschritt befindet,

Fig. 18 eine erläuternde Ansicht des SR-Motors gemäß Fig. 15, wenn der in Fig. 15 veranschaulichte SR-Motor sich in seinem dritten Betriebsschritt befindet,

Fig. 19 eine axial gerichtete Querschnittansicht eines Innenrotor-SR-Motors, auf den die Erfindung angewendet wird,

Fig. 20 eine entlang einer Linie B-B von Fig. 19 aufgenommene radial gerichtete Querschnittansicht,

Fig. 21 eine radial gerichtete Querschnittansicht eines SR-Motors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, sodass grundlegende Strukturelemente wie ein Rotor, ein Stator und Phasenspulen betrachtet werden können,

Fig. 22 eine erläuternde Ansicht des SR-Motors des vierten Ausführungsbeispiels, wenn der SR-Motor des vierten Ausführungsbeispiels sich in seinem ersten Betriebsschritt befindet,

Fig. 23 eine erläuternde Ansicht des SR-Motors des vierten Ausführungsbeispiels, wenn der SR-Motor des vierten Ausführungsbeispiels sich in seinem zweiten Betriebsschritt befindet,

Fig. 24 eine erläuternde Ansicht des SR-Motors des vierten Ausführungsbeispiels, wenn der SR-Motor des vierten Ausführungsbeispiels sich in seinem dritten Betriebsschritt befindet,

Fig. 25 eine modifizierte Ausführung des SR-Motors gemäß Fig. 22,

Fig. 26 eine radial gerichtete Querschnittansicht eines SR-Motors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, sodass grundlegende Strukturelemente wie ein Rotor, ein Stator und Phasenspulen betrachtet werden können,

Fig. 27 eine radial gerichtete Querschnittansicht eines bekannten SR-Motors, in der grundlegende Strukturelemente wie ein Rotor, ein Stator und Phasenspulen betrachtet werden können,

Fig. 28 das Prinzip der Betriebsweise des bekannten SR- Motors zusammen mit der Darstellung seiner Struktur und seiner Wicklungen,

Fig. 29 ein Schaltbild einer Ansteuerschaltung, die den bekannten SR-Motor gemäß Fig. 27 ansteuert,

Fig. 30 bezüglich einer bestimmten Phase eine Spuleninduktivität, einen Strom und das resultierende oder erzeugte Drehmoment, wenn der Strom durch die Spule fließt,

Fig. 31 die Magnetisierungskurve des SR-Motors,

Fig. 32 die Art, wie ein Rotorpolwinkel und ein Statorpolwinkel ausgebildet werden, und

Fig. 33 eine Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Statorpolwinkel und dem Rotorpolwinkel darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist zunächst eine radial gerichtete Querschnittansicht eines im Weiteren als SR- Motor bezeichneten geschalteten Reluktanzmotors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.

Der SR-Motor, wie er in Fig. 1 als dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist, ist als ein Außenrotortyp ausgebildet, bei dem ein Rotor 20 sich an einem Stator 10 dreht. Jedoch kann der SR-Motor als ein Innenrotortyp ausgebildet sein, bei dem ein Rotor sich in einem Stator dreht, wie es im Weiteren unter Bezugnahme auf die Fig. 19 und 20 ausgeführt ist. Dabei ist anzumerken, dass der Stator 10 oder der Rotor 20 ein erstes Element darstellt, während der jeweilige andere bezüglich dem Stator 10 und dem Rotor 20 ein zweites Element darstellt.

Der Stator 10 ist in einer Form eines runden Stabs mit einem vorbestimmten Durchmesser gestaltet und ist mit einer magnetischen Substanz bzw. einem magnetischen Material ausgebildet. Entlang einer Umfangsrichtung des Stators 10 sind zwölf in gleicher Weise beabstandete Pole S1 bis S12 und zwölf in gleicher Weise beabstandete Vertiefungen SR1 bis SR12 so ausgebildet, dass die Pole und die Vertiefungen wechselweise angeordnet sind. Dabei ist anzumerken, dass sowohl die Pole als auch die Vertiefungen in unregelmäßiger Weise in der Umfangsrichtung angeordnet sein können, obwohl derartige Anordnungen nicht dargestellt sind. Eine jede der Vertiefungen SR1 bis SR12 weist einen keilförmigen Querschnitt auf und erstreckt sich in der axialen Richtung des Stators 10, während ein jeder der Pole S1 bis S12 so ausgeführt ist, dass ein fernes bzw. distales Ende eines jeden Pols sich zu der Außenfläche des Stators 10 hin ausdehnt. Dabei ist anzumerken, dass ein jeder der Vertiefungen SR1 bis SR12 in der axialen Richtung in dem Stator 10 verdreht bzw. verdrillt sein kann.

Spulen Aa, Ab, Ba, Bb, Ca und Cb sind an dem Stator 10 derartig gewickelt, dass eine bestimmte Spule in zwei Vertiefungen untergebracht ist, zwischen welchen zwei weitere Vertiefungen angeordnet sind, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist. Der SR-Motor ist für eine Dreiphasensteuerung ausgeführt. Ein erstes Paar der Spulen Aa und Ab, ein zweites Paar der Spulen Ba und Bb und ein drittes Paar der Spulen Ca und Cb bilden jeweils eine erste Phase, eine zweite Phase und eine dritte Phase. Das Spulenpaar ist in Serie oder parallel verbunden. In Fig. 1 gibt ein Symbol "X" eine Stromrichtung oder eine Polarität an, die in die Papierebene hineinläuft, während ein Symbol "•" eine Stromrichtung oder eine Polarität angibt, die aus der Papierebene herausführt. Dabei ist anzumerken, dass die Darstellung in Fig. 1 nicht bedeutet, dass in allen Spulen Ströme fließen.

Der Rotor 20 weist eine Form eines Zylinders auf, der innen eine axial sich erstreckende Bohrung aufweist, deren Durchmesser größer als der Außendurchmesser des Stators 10 ist, sodass ein vorbestimmter Zwischenraum bzw. ein vorbestimmter Spalt zwischen ihnen definiert ist. Der Rotor ist zur Drehung entlang der Außenfläche des Stators 10 ausgeführt. Der Rotor 21 ist in Fig. 1 als ein Rotationselement 21 mit einem ringförmigen Querschnitt 21 veranschaulicht. Acht Magnetsubstanzteile oder Magnetmaterialteile J1 bis J8 sind in gleicher Weise beabstandet entlang einer Innenfläche des Rotationselements 21 angeordnet, sodass die Teile J1 bis J8 als Ganzes einen Ring bilden, und sind mechanisch an der Innenfläche des Rotationselements 21 gesichert. Natürlich ist es möglich, die Teile J1 bis J8 in unregelmäßig beabstandeter Weise anzuordnen, obwohl dies nicht dargestellt ist. Das Rotationselement 21 ist aus einem nicht magnetischen Material oder einem schwach magnetischen Material ausgebildet und unterbricht eine magnetische Verbindung zwischen zwei benachbarten Teilen. Somit ist ein jedes Teil der Teile J1 bis J8 magnetisch voneinander unabhängig und ist es unmöglich oder schwierig, zwischen zwei benachbarten Teilen einen magnetischen Kreis auszubilden.

Ein jeder Vorsprung von den Magnetsubstanzvorsprüngen J1 bis J8 ragt geringfügig von der Innenfläche des Rotationselements 21 vor. Ein Satz der Magnetsubstanzvorsprünge J1 bis J8 liegt gegenüber einem Satz der Pole S1 bis S12, sodass ein geeigneter Zwischenraum dazwischen festgelegt ist, um eine magnetische Kopplung zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 20 herzustellen, welche mechanisch stabil ist und einen geringen magnetischen Widerstand aufweist. Eine Breite hinsichtlich der Innenflächenseite eines jeden Teils der Teile J1 bis J8 ist größer ausgeführt als eine Breite hinsichtlich der Außenflächenseite eines jeden Pols der Pole S1 bis S12 gemäß Fig. 1. Jedoch ist eine derartige Struktur kein wesentliches Erfordernis für den SR-Motor.

Im Weiteren wird auf die Fig. 2 bis 4 eingegangen, die jeweils zur Erläuterung eines ersten Betriebsschritts, eines zweiten Betriebsschritts und eines dritten Betriebsschritts des SR-Motors vorbereitet sind. Falls zunächst gemäß Fig. 2 entsprechend den veranschaulichten Positionen des Stators 10 und des Rotors 20 Ströme durch die Spulen Aa und Ab der ersten Phase fließen, werden jeweils magnetische Flüsse Φ1, Φ2, Φ3 und Φ4 erzeugt, da die Wicklung einer jeden Spule Aa und Ab durch Überspringen zweier Vertiefungen um die Vertiefung SR1, die Vertiefung SR4, die Vertiefung SR7 und die Vertiefung SR10 ausgebildet ist. Die Vertiefungen SR1 und SR4, die die Spule Aa darin unterbringen, bilden aus der Blickrichtung der Mitte des Stators 10 einen Winkel von 90 Grad, während die Vertiefungen SR7 und SR10, die darin die Spule Ab unterbringen, unter einer Betrachtung von der Mitte des Stators 10 einen Winkel von 90 Grad bilden. Der magnetische Fluss Φ1 (Φ2/Φ3/Φ4) fließt durch einen geschlossenen magnetischen Kreis, der gebildet wird, wenn das Magnetsubstanzteil J2 (J4/J6/J8) und die zwei benachbarten Magnetsubstanzteile S1 und S2 (S4 und S5/S7 und S8/S10 und S11) die Vertiefung SR1 (SR4/SR7/SR10) umschließen. Ein Drehmoment wird in einer Richtung hinsichtlich eines Anstiegs des magnetischen Flusses erzeugt, der zwischen dem Magnetsubstanzteil J2 und einem Satz aus dem Paar der Pole S1 und S2 (dem Magnetsubstanzteil J4 und einem Satz aus dem Paar der Pole S4 und S5/dem Magnetsubstanzteil J6 und einem Satz aus dem Paar der Pole S7 und S8/dem Magnetsubstanzteil J8 und einem Satz aus dem Paar der Pole S9 und S10) fließt, oder es wird in einer Richtung hinsichtlich einer Maximierung des mit der Spule gekoppelten magnetischen Flusses (das heißt, hinsichtlich des Maximalwerts der Spuleninduktivität) erzeugt. Die Richtung des Drehmoments ist mittels eines Pfeils in jeder der Fig. 2 bis 4 angegeben. Jede derartige Richtung entspricht einer Richtung hinsichtlich einer Spuleninduktivität, die von ZU zu L_A gemäß Fig. 31 verläuft.

Als Nächstes wird auf Fig. 3 Bezug genommen, die für den SR-Motor einen weiter fortgeschrittenen Zustand darstellt, wenn er mit seinem in Fig. 2 veranschaulichten Zustand verglichen wird. In einem derartigen Zustand entsteht ein Stromfluss durch die Spulen Ba und Bb der zweiten Phase und bei diesem Zeitpunkt bringt die Induktivität einer jeden der Spulen Ba und Bb den magnetischen Widerstand des Rotors 20, welcher aus den Magnetmaterialteilen resultiert, auf den minimalen Wert bezüglich der entsprechenden Spulen Ba oder Bb. Das heißt, gemäß Fig. 31 befindet sich die zweite Phase an der nicht ausgerichteten Position θ_U und entspricht einer Induktivität L_U.

Fig. 4 veranschaulicht eine weiter fortgeschrittene Position. In diesem Zustand erreicht der durch den Pol S1, das Magnetmaterialteil J2 und den Pol S2 fließende Fluss seinen Maximalwert, erreicht der durch den Pol S4, das Magnetmaterialteil J4 und den Pol S5 fließende Fluss seinen Maximalwert, erreicht der durch den Pol S7, das Magnetmaterialteil J6 und den Pol S8 fließende Fluss seinen Maximalwert, und erreicht der durch den Pol S10, das Magnetmaterialteil J8 und den Pol S11 fließende Fluss seinen Maximalwert. In Fig. 31 erlangt eine jede der Spulen Aa und Ab der ersten Phase die Position der ausgerichteten Position θ_A und seine maximale Induktivität L_A. In diesem Zustand befindet sich eine jede der Spulen Ba und Bb der zweiten Phase im Anwachsen und erzeugt das Drehmoment in der Pfeilrichtung in der Nachfolge zu der ersten Phase. In dieser Zeit wird das durch die erste Phase erzeugte Drehmoment null. Nachdem eine jede der Spulen Aa und Ab der ersten Phase die ausgerichtete Position θ_A passiert, wird die Stromzufuhr zu den Spulen Aa und Ab der ersten Phase unterbrochen, um die Erzeugung eines Drehmoments zu verhindern, das umgekehrt zu der Drehrichtung des Rotors 20 ist. In gleichartiger Weise ermöglicht ein Fortschreiten des Schritts von der zweiten Phase zu der dritten Phase, das Drehmoment ohne eine Unterbrechung herzustellen, und ergibt ein Fortschreiten zurück zu der ersten Phase mit einer Wiederholung der vorstehend angeführten Ausführung der ersten, zweiten und dritten Phase die Erzeugung eines kontinuierlichen Drehmoments.

Wie aus der vorstehend angeführten Beschreibung ersichtlich fließt der Fluss, der um die in einer jeden Vertiefung vorgesehene oder untergebrachte Spule erzeugt wird, in einer derartigen Weise, dass der Fluss einen geschlossenen Kreis bildet, der aus zwei benachbarten Polen und einem Magnetmaterialteil gebildet wird, welches diesen gegenüber angeordnet ist und in der Umgebungsrichtung magnetisch von weiteren Magnetmaterialteilen isoliert ist. Der magnetische Fluss, der durch Zufuhr eines Stroms zu der an der nächsten Vertiefung gewickelten, die nächste Phase bildenden Spule erzeugt wird, ist magnetisch von der vorhergehenden Phase isoliert, was in kontinuierlicher Weise eine wirksame Erzeugung eines Drehmoments ermöglicht, ohne von einer Interferenz zwischen Phasen oder einer Inter-Phasen- Interferenz gestört zu werden.

Das heißt, gemäß dem Ausführungsbeispiel kann der magnetische Fluss durch einen geschlossenen Kreis fließen, der durch ein Teil der Magnetmaterialteile des Stators 10 und zwei Pole an beiden Seiten der Vertiefung des Rotors 20 gebildet wird, welche gegenüber dem Magnetmaterialteil liegen. Infolge der Tatsache, dass die Zahl verfügbarer Pole und der Magnetteile in der Umfangsrichtung des Rotors 20 im Vergleich zu dem bekannten SR-Motor erhöht ist, und infolge der Tatsache, dass die Pole S1 bis S12 von verschiedenen Phasen geteilt werden, ist es verständlich, dass der Überlappungsbereich zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 20 an der ausgerichteten Position und der Querschnitt, welcher die maximale Durchflutung hinsichtlich des magnetischen Flusses bestimmt, im Vergleich zu dem bekannten SR-Motor verdoppelt sind. Darüber hinaus sind die Magnetmaterialteile J1 bis J8 des Rotors 20 in magnetisch isolierter Weise in der Umfangsrichtung angeordnet, was die mögliche magnetische Streuung an der nicht ausgerichteten Position auf einen möglichst geringen Wert einschränkt, woraus der zusätzliche Vorteil resultiert, dass die Induktivität an der nicht ausgerichteten Position Vermindert werden kann.

Dies ermöglicht, die in Fig. 31 angegebene Magnetisierungsenergie W zu erhöhen. Das heißt, es ist möglich, ein ausreichendes Drehmoment ohne einer Erhöhung der Zahl an Wicklungen sicherzustellen und gleichzeitig die Induktivität bei der nicht ausgerichteten Position auf einen viel geringeren Wert einzuschränken, was die Herstellung eines Drehmoments selbst bei hohen Geschwindigkeiten zusätzlich zu geringen Geschwindigkeiten ermöglicht. Somit kann eine hohe Wirksamkeit erzeugt werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist ein weiterer SR-Motor veranschaulicht, der durch Modifikation des SR-Motors ausgeführt ist, sodass die Zahl der Pole des Stators 10 und der Zahl der Pole des Rotors 20 jeweils auf 18 und 12 ausgeführt ist. Eine derartige Struktur ergibt den Vorteil, dass die Spulenlänge verkürzt werden kann, wenn sie mit der in Fig. 1 dargestellten Struktur verglichen wird.

Bei einer jeden der in Fig. 1 bzw. Fig. 5 gezeigten Anordnungen entspricht das Verhältnis der Zahl der Spulen des Stators 10 zu der Zahl der Magnetmaterialteile 3 : 2 (12 : 8 in Fig. 1/18 : 12 in Fig. 5). Obwohl dieses Verhältnis unter Berücksichtigung des zu erzeugenden Drehmoments, der Ausgabe, der Wirksamkeit, der Drehmomentwelligkeit usw. bestimmt ist, ist es nicht darauf eingeschränkt.

Darüber hinaus weist die jeweils in Fig. 1 und Fig. 5 veranschaulichte Struktur eine freitragende Form auf, bei der lediglich eine Seite des Rotors oder des Außenrotors durch die Welle getragen wird, was es unmöglich macht, die Länge der Welle beträchtlich auszudehnen. Jedoch kann eine derartige Struktur Vorteile bereitstellen, sodass der SR- Motor als Ganzes miniaturisiert werden kann und es leicht ist, das Drehmoment zu gewinnen.

Im Gegensatz zu der jeweils in Fig. 1 und 5 dargestellten Struktur sind darüber hinaus die Pole, Vertiefungen und Spulen bzw. die Magnetmaterialteile in dem Stator 10 bzw. dem Rotor 20 vorgesehen. Es ist jedoch möglich, die Magnetmaterialteile bzw. die Pole, Vertiefungen und Spulen für den Stator 10 bzw. den Rotor 20 so vorzusehen, dass eine Bürste zur Stromzufuhr zu den Spulen des Rotors 20 verwendet wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 ist eine radiale Querschnittansicht eines SR-Motors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Grundlage des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist in Fig. 7 in einem vergrößerten Maßstab veranschaulicht. Bei dem in Fig. 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist zur Minimierung der magnetischen Streuung von einem jeden der Magnetmaterialteile des Rotors 22 gemäß Fig. 5 ein jeder von Magnetmaterialteilen J11 bis J22 des Rotors 20 so ausgebildet, dass es in einem axialen Querschnitt im Wesentlichen eine flache Halbkreisform aufweist, das heißt die Querschnittfläche eines jeden Magnetteils wird von der Innenflächenseite zu der Außenflächenseite des Rotors 20 zunehmend geschmälert. Wie am besten aus Fig. 7 zu ersehen, ist an einer Innenfläche eines jeden der Magnetmaterialteile J11 bis J22 eine Vertiefung 23 vorgesehen, die sich in der axialen Richtung erstreckt, sodass sie der Außenfläche des Stators 10 gegenüberliegt, an dem die Pole S1 bis S18 ausgebildet sind. Die Ausbildung derartiger Vertiefungen 23 macht die Änderung der Induktivität bezüglich des Rotationswinkels gleichmäßiger bzw. glatter, wodurch die Drehmomentwelligkeit reduziert wird. Der Grund hierfür wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 8(a) bis 8(d), Fig. 9(a) bis 9(d), Fig. 10, Fig. 11 und Fig. 12 erläutert.

Die Fig. 8(a) bis 8(d) veranschaulichen die Art des Betriebs des Rotors, wenn ein jedes der Magnetmaterialteile in sich keine Vertiefung ausgebildet hat. Die Fig. 9(a) bis 9(d) veranschaulichen die Art des Betriebs des Rotors, wenn ein jedes der Magnetmaterialteile in sich eine Vertiefung ausgebildet hat. Die Fig. 10 veranschaulicht eine Darstellung, welche zeigt, wie eine Überlappungsfläche zwischen der äußeren Umfangsfläche und dem Statorpol sich bezüglich dem Rotationswinkel ändert. Fig. 11 veranschaulicht eine Darstellung, die zeigt, wie eine Magnetflussdurchflutung sich bezüglich dem Rotationswinkel ändert und Fig. 12 veranschaulicht eine Darstellung, die zeigt, wie ein erzeugtes Drehmoment sich bezüglich dem Drehwinkel ändert.

In den Fig. 8 und 9 ist die Überlappungsfläche zwischen dem Magnetmaterialteil J11 und dem Pol S1 mit einem Bezugszeichen SA definiert, während die Überlappungsfläche zwischen dem Magnetmaterialteil J11 und dem Pol S2 mit einem Bezugszeichen SB definiert ist. Für den Fall, dass in dem Magnetmaterialteil J11 die Vertiefung 23 nicht vorgesehen ist, beginnt der Rotor 22 sich von dem in Fig. 8(a) dargestellten Zustand aus in der durch den Pfeil in Fig. 8(a) veranschaulichten Richtung zu drehen und schreitet zur Einnahme der in den Fig. 8(b), 8(c) und 8(d) dargestellten Zustände in einer derartigen Reihenfolge voran. Obwohl die Überlappungsfläche SA proportional zu dem Drehwinkel ansteigt, wie es aus der Darstellung in Fig. 10 zu entnehmen ist, ist die in Fig. 8(a) dargestellte Überlappungsfläche SB identisch mit der in Fig. 8(b) dargestellten Überlappungsfläche, wobei die Überlappungsfläche SB sich in progressiver Weise verringert, sowie der Zustand zu Fig. 8(c) und Fig. 8(d) voranschreitet.

Andererseits für einen Fall, in dem die Vertiefung 23 in einem jeden der Magnetmaterialteile ausgebildet ist, ändert sich die Überlappungsfläche SB nicht oder bleibt unverändert, sowie der Rotor 22 sich gemäß den Fig. 9(a), 9(b), 9(c) und 9(d) in einer derartigen Reihenfolge dreht, obwohl die Überlappungsfläche SA gleichartig zu den Veranschaulichungen der jeweiligen Fig. 8(a), 8(b), 8(c) und 8(d) ansteigt.

Im Einzelnen ist in Fig. 8(a) die Außenfläche oder der Außenumfang des Pols S2 vollständig mit der Innenfläche des Magnetmaterialteils J11 überlappt, während in Fig. 9(a) die Ausbildung der Vertiefung 23 zu einer entsprechenden Reduzierung der Überlappungsfläche führt. Somit steigt während des Voranschreitens von dem Zustand in Fig. 9(a) zu dem Zustand in Fig. 9(d) die Überlappungsfläche SA in progressiver Weise an, während die Überlappungsfläche SB unverändert bleiben kann oder einen festen Wert aufweisen kann.

Ist in dem Magnetmaterialteil J11 die Vertiefung 23 nicht vorgesehen oder ausgebildet, tendiert der Durchflutungsfluss nach der Mitte des Wegs zu einer Sättigung, obwohl eine Änderung der Überlappungsfläche SB bewirkt, dass der Durchflutungsfluss in glatter Weise gemäß Fig. 11 ansteigt. Ist andererseits in dem Magnetmaterialteil J11 die Vertiefung 23 vorgesehen oder ausgebildet, steigt der Durchflutungsfluss ohne einer Sättigung oder in glatter bzw. ruhiger Weise an, obwohl der Durchflutungsfluss als Ganzes entsprechend der Vertiefung 23 reduziert ist, und wird der Durchflutungsfluss mit einer ausgebildeten Vertiefung 23 letztlich identisch mit dem Durchflutungsfluss, wenn die Vertiefung 23 nicht ausgebildet ist.

Ist somit in dem Magnetmaterialteil J11 die Vertiefung 23 nicht vorgesehen oder ausgebildet, ist das erzeugte Drehmoment im Anfangszustand der Drehung groß und fällt das erzeugte Drehmoment danach plötzlich oder abrupt ab, sowie der Drehwinkel ansteigt. Ist im Gegensatz dazu in dem Magnetmaterialteil J11 die Vertiefung 23 vorgesehen oder ausgebildet, ist der Maximalwert des erzeugten Drehmoments geringer als der Maximalwert des erzeugten Drehmoments, wenn in dem Magnetmaterialteil J11 die Vertiefung 23 nicht vorgesehen ist, jedoch wird der Erstgenannte im Wesentlichen stabil oder flach. Somit wird die Änderung des Rotors bezüglich des Drehwinkels glatter oder ruhiger ausgeführt, wodurch die Drehmomentwelligkeit reduziert wird.

Dabei ist anzumerken, dass es jeweils nicht einschränkend ist, die Breite der Innenfläche eines jeden der Magnetmaterialteile im Vergleich zu der Außenfläche eines jeden der Pole gemäß den Veranschaulichungen der Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8(a), 8(b), 8(c) und 8(d) sowie der Fig. 9(a), 9(b), 9(c) und 9(d) größer auszubilden, und es daher möglich ist, die Innenfläche eines jeden der Magnetmaterialteile hinsichtlich der Breite gleich zu der Außenfläche eines jeden der Pole auszuführen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 13 ist eine axiale Querschnittansicht einer montierten Struktur des SR-Motors veranschaulicht, dessen radialer Querschnitt entlang einer Linie A-A in Fig. 14 veranschaulicht ist.

In den Fig. 13 und 14 ist der Rotor 22 in fester Weise an einer Welle 30 angebracht. An dem Rotor 22 ist eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten Magnetmaterialteilen angebracht (in der Zeichnung ist ihre Zahl zwölf). An dem Stator 10 ist eine Vielzahl von Spulen 10 gewickelt und sind Stromführungsleitungen 13 einer jeden Spule 10 mit einer (nicht dargestellten) Ansteuerschaltung über (nicht dargestellte) Anschlüsse verbunden. Ein Gehäuse 40 hält den Stator 10 und ein Paar axial beabstandeter Lager 31 und 32. Die Welle 30 ist mit einem Rotor 34 eines Rotorwinkelsensors 33 verbunden. Ein Stator 35 des Rotorwinkelsensors 33 ist mit dem Gehäuse 40 verbunden. Der Rotorwinkelsensor 33 ist zur Bestimmung einer Winkelposition des Rotors 22 in Verwendung. Ein die gegenwärtige Winkelposition des Rotors 22 darstellendes Ausgangssignal wird einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung zugeführt. In Abhängigkeit des Eingangssignals steuert die Steuereinrichtung die Spulen in Phasenreihenfolge an oder erregt die Spulen in Phasenreihenfolge.

Unter Bezugnahme auf Fig. 15 ist ein radialer Querschnitt eines SR-Motors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Im Vergleich zu der jeweils in den Fig. 1, 5 und 6 veranschaulichten Struktur, bei der eine jede der Spulen in zwei Vertiefungen gewickelt ist, zwischen welchen zwei Vertiefungen angeordnet sind, um die Anschlüsse zweier benachbarter Spulen zu überlappen, ist in der in Fig. 15 veranschaulichten Struktur eine jede der Spulen Aa, Ab, Ac, Ba, Bb, Bc, Ca, Cb und Cc an zwei benachbarten Vertiefungen des Stators 14 gewickelt. Pole S21, S23, S25, S27, S29 und S31 sind breit ausgeführt, während Pole S22, S24, S26, S28, S30 und S32 schmal ausgeführt sind. Die Spulen Aa, Ab, Ac, Ba, Bb, Bc, Ca, Cb und Cc sind jeweils an den breiten Polen S21, S23, S25, S27, S29 und S31 gewickelt. Ein Paar aus den Spulen Aa und Ab, ein Paar aus den Spulen Ba und Bb und ein Paar aus den Spulen Ca und Cb bilden die erste, die zweite und die dritte Phase. Andererseits ist der Rotor 24 mit zehn Magnetmaterialteilen J31 bis J40 ausgestattet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 16 bis 18 sind Betriebsschritte des SR-Motors gemäß dem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. In Fig. 16 erzeugt eine Erregung der Spulen Aa und Ab ein Drehmoment in einer Richtung, entlang der eine Durchflutung des magnetischen Flusses eines jeden der Magnetmaterialteile J31, J32, J36 und J37 mit den entsprechenden Spulen Aa oder Ab ansteigt oder in der Gegenuhrzeigerrichtung von Fig. 16. In dem fortgeschrittenen Zustand von Fig. 17 erzeugt eine Erregung der zweiten Phasenspulen oder der Spulen Ba und Bb ein Drehmoment in einer Richtung, entlang der eine Verknüpfung bzw. eine Durchflutung hinsichtlich des magnetischen Flusses eines jeden der Magnetmaterialteile J33, J34, J38 und J39 mit den Spulen entsprechenden Ba oder Bb ansteigt. Das resultierende Drehmoment wird dem Drehmoment hinzugefügt, das durch die Erregung der Spulen Aa und Ab erzeugt wird.

Wenn der Zustand von Fig. 18 nach einem Fortschreiten von dem Zustand in Fig. 17 erzielt ist, wird eine Durchflutung hinsichtlich des magnetischen Flusses eines jeden der Magnetmaterialteile J31, J32, J36 und J37 mit der entsprechenden Spule Aa oder Ab maximal, womit kein Drehmoment erzeugt. Durch eine Entregung der Spulen Aa und Ab wird erzielt, dass nur das durch eine Erregung der Spulen Ba und Bb erzeugte Drehmoment bleibt. Danach erfolgt eine gleichartige Erregung hinsichtlich eines jeden Satzes aus dem Satz der Spulen Ba und Bb und dem Satz der Spulen Ca und Cc zur Erzeugung des Drehmoments in kontinuierlicher Weise. Dabei ist es ein entscheidender Punkt, dass gleichartig zu dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel die Magnetmaterialteile J31 bis J40 des Rotors 20 magnetisch isoliert oder unabhängig ausgeführt sind und keine Zwischenphaseninterferenzen auftreten oder erzeugt werden. Somit kann gleichartig zu dem in Fig. 1 veranschaulichten ersten Ausführungsbeispiel eine Teilung der Pole des Stators 14 ermöglicht werden. Jedoch entsprechen die Pole, die geteilt werden können, nicht allen Polen, sondern entsprechen nur den schmalen Polen S22, S24, S26, S28, S30 und S32.

Bei dem Ausführungsbeispiel sind die breiten und die schmalen Pole wechselweise angeordnet, um die Erzeugung eines Umkehrdrehmoments infolge der Tatsache einzuschränken, dass ein Umkehrdrehmoment bei einem von zwei benachbarten Polen erzeugt wird, falls alle Pole breit ausgebildet sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Spule in zwei benachbarte Vertiefungen in konzentrierter Weise untergebracht, was den Vorteil mit sich bringt, dass die axiale Länge im Vergleich zu dem in Fig. 1 veranschaulichten ersten Ausführungsbeispiel verkürzt werden kann.

Ist bei dem in einem jeden der Fig. 1 und 5 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Stator 10 mit dem Rotor 20 ausgerichtet, wird der Überlappungsabschnitt (das heißt der Überlappungswinkelbereich), der durch den gegenüberliegenden Stator 10 und Rotor 20 festgelegt wird, etwa verdoppelt, wenn er mit der bekannten Vorrichtung verglichen wird, woraus resultiert, dass das erzeugte Drehmoment ebenso verdoppelt werden kann, während in dem in Fig. 15 gezeigten Ausführungsbeispiel der Überlappungsabschnitt etwa 1,3- bis 1,4mal dem der bekannten Vorrichtung entspricht, woraus resultiert, dass das erzeugte Drehmoment etwa 1,3- bis 1,4mal so groß wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 19 wird eine axiale Querschnittsansicht eines Innenrotor-SR-Motors veranschaulicht, dessen radialer Querschnitt entlang einer Linie B-B von Fig. 19 in Fig. 20 veranschaulicht ist.

Der Innenrotor-SR-Motor weist einen Aufbau auf, der durch ein gegenseitiges Ersetzen des Stators und des Rotors des Außenrotor-SR-Motors gemäß den Fig. 13 und 14 erzeugt wird. Im Einzelnen ist ein Rotor 26 mit einer Welle 30 verbunden. Der Rotor 26 ist mit zwölf Magnetmaterialteilen 27 derart ausgestattet, dass die Magnetmaterialteile 27 sich in der radialen Richtung von einer Außenfläche der Welle 30 nach außen gerichtet erstrecken. An einer Seite der Welle 30 ist ein jedes der Magnetmaterialteile nach Art einer Erhöhung bzw. hügelartig (mountain shaped) ausgebildet, während an einer Außenfläche eines jeden Magnetmaterialteils eine Vertiefung 28 ausgebildet ist, die sich parallel zu der Achse der Welle 30 erstreckt.

Der Stator 16 ist mit einem Gehäuse verbunden. An einer Innenfläche des Stators 16 sind achtzehn Vertiefungen 18 vorgesehen oder ausgebildet. Spulen 17 sind an den Vertiefungen 18 gewickelt. Das Spulenwicklungsverfahren kann einem der Verfahren entsprechen, die in den jeweils in Fig. 1, Fig. 5 und Fig. 15 dargestellten Ausführungsbeispielen verwendet werden.

Stromzufuhrleitungen 18 einer jeden der Spulen 17 sind mit einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung mittels jeweiligen (nicht dargestellten) Anschlüssen verbunden.

Ein Gehäuse 41 hält den Stator 16 und ein Paar aus axial beabstandeten Lagern 31 und 32. Die Welle 30 ist mit einem Rotor 34 eines Rotorwinkelsensors 33 verbunden. Ein Stator 35 des Rotorwinkelsensors 33 ist mit dem Gehäuse 41 verbunden. Der Rotorwinkelsensor 33 wird zur Bestimmung einer Winkelposition des Rotors 26 verwendet.

Bei dem Innenrotor-SR-Motor gemäß den Darstellungen von den Fig. 19 und 20 stellt die Ausbildung der Vertiefung 28 in einem jeden der Magnetmaterialteile 27 Vorteile bereit, die gleichartig zu den Vorteilen sind, die aus dem in Fig. 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiel erzielt werden. Darüber hinaus weist der SR-Motor die Form eines Innenrotortyps auf, was eine Verkürzung der axialen Länge des Rotors 26 ermöglicht. Der resultierende SR-Motor ist für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignet.

Natürlich können bei dem Innenrotor-SR-Motor die Magnetmaterialteile an der Seite des Stators 16 angeordnet werden, um die Spulenwicklungen auf der Seite des Rotors auszuführen und um eine Bürste zur Stromzufuhr zu einer jeden der Spulen zu verwenden.

Obwohl jeder der offenbarten SR-Motoren in der Form eines Wellenrotationstyps ausgebildet ist, kann er als ein Linearmotor verwendet werden, indem auf bekannte Weise an einem bestimmten Punkt an der Umfangslinie durch den Stator und den Rotor geschnitten wird. Darüber hinaus ermöglicht eine Zufuhr von Strömen durch die Spulen in einer Pumpen- Aufladeweise (pump-priming manner) gleichartig zu Induktionsmotoren die Bereitstellung einer Leistungserzeugungsfunktion für den SR-Motor. Hierzu wird während eines Übergangs des Motors von der nicht ausgerichteten Position zu der ausgerichteten Position kein Strom zugeführt, wohingegen während des Übergangs des Rotors von der ausgerichteten Position zu der nicht ausgerichteten Position ein Strom zugeführt wird, welcher von 'a nach 'b gemäß Fig. 30 wechselt. Somit wird ein Strom in der Spule erzeugt, der von 'b nach 'd über 'c sich ändert, bis der Rotor die nicht ausgerichtete Position erreicht.

Gemäß der Erfindung, welche durch die Darstellungen in den Fig. 1 bis 20 unterstützt wird, ist ein Magnetmaterialteil aus den Magnetmaterialteilen magnetisch von einem weiteren Magnetmaterialteil in der Umfangsrichtung des ersten Elements isoliert und liegt gegenüber zwei benachbartem Polen, um mit ihnen auf eine Spulenerregung hin magnetisch gekoppelt zu werden, woraus resultiert, dass der SR-Motor ein Drehmoment in kontinuierlicher Weise ohne einer Zwischenphaseninterferenz erzeugen kann.

Darüber hinaus können die Überlappungsfläche zwischen den Polen an der Ausrichtungsposition und der Querschnitt, wovon die maximale Durchflutung bezüglich des magnetischen Flusses abhängt, im Vergleich zu dem bekannten SR-Motor verdoppelt werden. Die Magnetmaterialteile sind voneinander magnetisch isoliert, woraus die minimale magnetische Streuung an der nicht ausgerichteten Position resultiert, und was ermöglicht, die magnetische Energie infolge einer verminderten Induktivität an der nicht ausgerichteten Position möglichst groß zu machen.

Somit kann ein möglichst großes Drehmoment erzielt werden, ohne die Zahl an Spulenwicklungen zu erhöhen, und wird gleichzeitig die Induktivität an der nicht ausgerichteten Position auf ein möglichst geringes Maß beschränkt, was ermöglicht, das Drehmoment zu erlangen, sei es dass die Geschwindigkeit hoch ist oder gering, woraus resultiert, dass eine höhere Wirksamkeit erreicht wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 21 bis 24 ist ein SR-Motor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Kurz gesagt unterscheidet sich der SR- Motor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von dem SR-Motor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Stromzufuhrpolarität. Somit kann ohne eine Erläuterung des vorliegenden SR-Motors hinsichtlich seines Aufbaus und seines Betriebs auf einfache Weise verstanden werden, dass der vorliegende SR-Motor gleichartige Vorteile zu den von dem SR-Motor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielten Vorteilen bereitstellen kann.

Darüber hinaus ist gemäß der Darstellung in den Fig. 23 und 24 die Stromzufuhrpolarität einer jeden Spule so eingestellt, dass zum Zeitpunkt einer Erregung beispielsweise der ersten Phase und der zweiten Phase, wenn der Satz aus den Spulen Aa und Ab der ersten Phase und der Satz aus den Spulen Ba und Bb der zweiten Phase gleichzeitig erregt werden, die Beeinflussung einer Magnetflussstreuung von einer Spule auf die weitere Spule (das heißt der durch eine Spule fließende Strom erzeugt in der weiteren Spule eine Spannung) und die Beeinflussung einer Magnetflussstreuung von der weiteren Spule auf die eine Spule gegenseitig aufgehoben werden. Das heißt, zwischen zwei benachbarten Vertiefungen treten Beeinflussungen durch eine Magnetflussstreuung auf und erfolgt bei einer Betrachtung der Spule Aa der ersten Phase zunächst die Beeinflussung von der Magnetflussstreuung an der Vertiefung SR1 infolge der Magnetflussstreuung von der zweiten Phase oder der Vertiefung SR2, in der die Spule Bb untergebracht ist, während die Beeinflussung von einer Magnetflussstreuung an dem Schlitz SR4, in dem die Spule Aa der ersten Phase untergebracht ist, infolge der Magnetflussstreuung von der zweiten Phase oder von dem Schlitz SR5 erfolgt, in dem die Spule Bb untergebracht ist. Diese Magnetflussstreuungen weisen an der Spule Aa entgegengesetzte Richtungen auf, wodurch die induzierten elektromotorischen Kräfte sich gegenseitig aufheben. Bei der Betrachtung der Spule Ab oder einer weiteres Spule der ersten Phase sind in gleicher Weise die Magnetflussstreuungen von den Schlitzen SR8 und SR11 hinsichtlich ihrer Richtungen an der Spule Ab entgegengesetzt, woraus resultiert, dass sich die induzierten elektromotorischen Kräfte gegenseitig aufheben. Selbst bei Betrachtung jeder der Spulen Ba und Bb werden darüber hinaus die Beeinflussungen der Magnetflussstreuungen von der ersten Phase aufgehoben. Das heißt, die Spulen Aa und Ab sind in der ersten Phase so gruppiert, dass die Spulen Aa und Ab seriell oder parallel verbunden sind, während die Spulen Ba und Bb in der zweiten Phase so gruppiert sind, dass die Spulen Ba und Bb seriell oder parallel verbunden sind. Somit werden die Beeinflussungen der Magnetflussstreuungen von der ersten Phase hinsichtlich der zweiten Phase aufgehoben und umgekehrt. Dies führt dazu, dass während einer so genannten "Überlappungsdauer", in der die erste Phase und die zweite Phase gleichzeitig erregt sind, entgegengesetzte elektromotorische Zwischenphasenkräfte möglichst gering werden, wodurch eine Stromanstiegsgeschwindigkeit und eine Stromabfallgeschwindigkeit einer jeden Phase lediglich von ihrer Eigeninduktivität abhängt. Somit kann die Stromanstiegsgeschwindigkeit und die Stromabfallgeschwindigkeit einer jeden Phase von einer Geschwindigkeitsverringerung infolge von Beeinflussungen von einer weiteren Phase befreit werden, was ermöglicht, den Strom in passender Weise an einem gewünschten Zeitpunkt zuzuführen, woraus resultiert, dass eine Verringerung der Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms verhindert wird, was das erzeugte Drehmoment reduziert, und/oder dass eine Verringerung der Abfallgeschwindigkeit des Stroms verhindert wird, was das entgegengesetzte Drehmoment erzeugt, wodurch die Reduktion des erzeugten Drehmoments im Ganzen auf ein möglichst geringfügiges Maß eingeschränkt wird. Derartige Vorteile können hinsichtlich einer Beziehung zwischen der ersten Phase und der dritten Phase auftreten, welche durch eine Gruppierung der Spulen Ca und Cb erzeugt wird, und hinsichtlich einer Beziehung zwischen der dritten Phase und der zweiten Phase.

Unter Bezugnahme auf Fig. 25 ist ein SR-Motor gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Der SR-Motor ist so ausgeführt, dass er vierundzwanzig Magnetpole und sechzehn Magnetmaterialteile aufweist. Im Vergleich zu dem in Fig. 21 veranschaulichten SR-Motor kann der SR-Motor dahingehend vorteilig sein, dass die Spulenlänge verkürzt werden kann, und dass er hinsichtlich der Drehungssteuerung viel genauer gemacht werden kann.

Bei dem vorliegenden SR-Motor sind hinsichtlich der ersten Phase, der zweiten Phasen und der dritten Phase jeweils ein Satz aus Spulen Aa, Ab und Ac, die gleichmäßig in der Umfangsrichtung angeordnet sind, um den Umfang in drei gleiche Teile zu teilen, ein Satz aus Spulen Ba, Bb und Bc, die gleichmäßig in der Umfangsrichtung angeordnet sind, um den Umfang in drei gleiche Teile zu teilen, und ein Satz aus Spulen Ca, Cb und Cc gruppiert, die gleichmäßig in der Umfangsrichtung angeordnet sind, um den Umfang in drei gleiche Teile zu teilen. Obwohl Magnetpole, Vertiefungen und Magnetmaterialteile nicht detailliert ausgeführt werden, unterscheiden sich die Magnetmaterialteile oder die mit einer Schraffur in Fig. 25 veranschaulichten Elemente hinsichtlich ihrer Form von den Magnetmaterialteilen J1 bis J8. Diese Differenz ergibt sich aufgrund einer Ausführungswahl bzw. einer Designwahl und somit sind die erstgenannten Teile im Wesentlichen identisch mit den letztgenannten Teilen. Bezüglich den in Fig. 25 veranschaulichten Magnetmaterialteilen erfolgt keine weitere Erläuterung.

Bei den Ausführungsbeispielen des jeweils in Fig. 21 und 25 veranschaulichten SR-Motors sind die erste Phase, die zweite Phase und die dritte Phase durch Gruppieren einer geraden Zahl von Spulen zusammengezogen. Jedoch ist eine gerade Zahl von Spulen angesichts der Dimensionen, des Drehmoments, der Ausgabe, der Wirksamkeit usw. des auszubildenden SR-Motors nicht immer in der ersten Phase, der zweiten Phase und der dritten Phase gruppiert.

Ein derartiger Fall ist nachstehend gezeigt. Unter Bezugnahme auf Fig. 26 ist ein SR-Motor gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Der SR-Motor weist neunzehn (18) magnetische Statorpole und zwölf (12) rotorseitige Magnetmaterialteile auf und weist als Vorteil auf, dass es möglich ist, die Spulenlänge im Vergleich zu dem in Fig. 21 veranschaulichten SR-Motor zu verkürzen.

Gemäß Fig. 25 sind bei dem SR-Motor gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Satz aus Spulen Aa, Ab und Ac, die in gleicher Weise in der Umfangsrichtung angeordnet sind, um den Umfang in drei gleiche Teile zu teilen, ein Satz aus Spulen Ba, Bb und Bc, die in gleicher Weise in der Umfangsrichtung angeordnet sind, um den Umfang in drei gleiche Teile zu teilen, und ein Satz aus Spulen Ca, Cb und Cc, die in gleicher Weise in der Umfangsrichtung angeordnet sind, um den Umfang in drei gleiche Teile zu teilen, jeweils in der ersten Phase, der zweiten Phase und der dritten Phase gruppiert. Bei einer jeden Phase aus den Phasen, wie beispielsweise bei der ersten Phase können drei Spulenpaare vorgesehen sein: Ein Paar aus den Spulen Aa und Ab, ein Paar aus den Spulen Ab und Ac und ein Paar aus den Spulen Ac und Aa. Bezüglich des Paars aus den Spulen Aa und Ab ist in den benachbarten betreffenden Vertiefungen die Stromzufuhrpolarität der Spule Aa mit einem "•" angegeben, während die Stromzufuhrpolarität der Spule Ab mit "•" angegeben ist. Bezüglich des Paars aus den Spulen Ab und Ac in den benachbarten betreffenden Vertiefungen ist die Stromzufuhrpolarität der Spule Ab mit "X" angegeben, während die Stromzufuhrpolarität der Spule Ac mit "X" angegeben ist. Bezüglich des Paars der Spulen Ac und Aa der benachbarten betreffenden Vertiefungen ist die Stromzufuhrpolarität der Spule Ac mit "•" angegeben, während die Stromzufuhrpolarität der Spule Aa mit "X" angegeben ist. Im Ganzen weisen hinsichtlich der ersten Phase die benachbarten Stromzufuhrpolaritäten in zwei Spulenpaaren die gleiche Richtung auf, während in einem Spulenpaar die benachbarten Stromzufuhrpolaritäten hinsichtlich ihrer Richtung unterschiedlich sind. Zwischen den Vertiefungen mit unterschiedlichen Stromzufuhrpolaritäten steigt auf eine Erregung der ersten Phase hin der resultierende magnetische Fluss an, wodurch der Einfluss einer Magnetflussstreuung ansteigt. Jedoch tritt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer der drei Phasen nur in einem der Abschnitte, bei dem die Spulen zueinander am nächsten sind, die Beeinflussung der Magnetflussstreuung auf, während bei einer jeden der zwei weiteren Abschnitte keine Beeinflussung infolge einer Magnetflussstreuung auftritt. Obwohl somit im Vergleich zu dem SR-Motor gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel das erzeugte Drehmoment bei dem SR-Motor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel geringfügig verringert wird, kann die Beeinflussung infolge einer Magnetflussstreuung stark verringert werden, wenn sie mit dem bekannten SR-Motor verglichen wird, und ist daher der vorliegende SR-Motor für eine praktische Verwendung verfügbar.

Eine alternative Struktur ist derart verfügbar, dass anstelle der veranschaulichten Struktur in den Fig. 25 und 26 der Satz aus den Polen und Vertiefungen bzw. den Magnetmaterialteilen für den Rotor bzw. den Stator vorgesehen sein kann, und dass der Strom zu einer jeden der Spulen über eine Bürste zugeführt wird.

Bei dem in einem jeden der Fig. 21, 22 und 26 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Spule an einem jeden der sich in der radialen Richtung nach außen erstreckenden Pole gewickelt, woraus resultiert, dass die Stromzufuhrpolaritäten in der axialen Richtung der Spulen gleich gemacht wird, welche in den in Umfangsrichtung benachbarten Vertiefungen untergebracht sind. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Wicklungsrichtung der Spulen von der Struktur der Pole abhängt, ist es denkbar, dass in einigen SR-Motoren die Stromzufuhrpolaritäten in der radialen Richtung der Spulen gleich gemacht werden können, welche in den in Umfangsrichtung benachbarten Vertiefungen untergebracht sind.

Dabei ist anzumerken, dass die vorstehenden Ausführungsbeispiele beispielhaft sind und nicht einschränkend sind, was ermöglicht, die Zahl der Pole, die Zahl der Vertiefungen und die Zahl der Magnetmaterialteile auf der Grundlage von Faktoren wie etwa erzeugtem Drehmoment, Ausgabe, Wirksamkeit und Drehmomentänderung ohne einem Abweichen von der Grundlage der Erfindung zu modifizieren.

Gemäß der Erfindung, die durch die Ausführungsbeispiele getragen ist, welche in den Fig. 21 bis 26 veranschaulicht sind, ist eines der Magnetmaterialteile von einem weiteren Magnetmaterialteil in der Umfangsrichtung des ersten Elements magnetisch isoliert und gegenüber von zwei benachbarten Polen angeordnet, um auf eine Spulenerregung hin mit ihm magnetisch gekoppelt zu werden, woraus resultiert, dass der SR-Motor ein Drehmoment in kontinuierlicher Weise ohne einer zwischenphasigen Interferenz erzeugen kann. Darüber hinaus werden in einer Phase verschiedene Spulen hinsichtlich einer Spulenstromzufuhrpolarität gleich ausgeführt, woraus resultiert, dass auf eine Erregung einer Phase hin in den benachbarten Spulen der resultierenden Phase magnetische Flüsse erzeugt werden, die sich gegenseitig aufheben. Obwohl somit in einer Phase die Magnetflussbeeinflussung hinsichtlich einer jeden der verschiedenen Spulen auftritt, wird eine derartige Magnetflussbeeinflussung zwischen diesen verschiedenen Spulen viel geringer gemacht. Werden somit zwei Phasen zum Schalten der Erregung von einer bestimmten Phase zu der nächsten Phase erregt, wird der durch die Erstgenannte (die Nächstgenannte) fließende Strom in kontinuierlicher Weise stabil oder frei von der Magnetflussbeeinflussung von der Letztgenannten (der Erstgenannten), woraus ein schneller Erregungsanstieg der Letztgenannten und ein schneller Entregungsabfall der Letztgenannten resultiert, wodurch wünschenswerte Vorteile bereitgestellt werden können, sodass ein Drehmoment auf eine Erregung der Letztgenannten hin schnell erzeugt werden kann und eine Erzeugung eines Umkehrdrehmoments infolge der Erregung der erstgenannten Phase eingeschränkt werden kann.

Die Erfindung wurde somit unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben, jedoch sollte verständlich sein, dass die Erfindung keineswegs auf die Einzelheiten der veranschaulichten Strukturen beschränkt ist, sondern dass Änderungen und Modifikationen ohne einem Abweichen von dem Bereich der angefügten Patentansprüche erfolgen können.

Wie vorstehend angeführt stellt die Erfindung einen SR- Motor bereit, bei dem eine Magnetpolnutzung durch Erhöhung einer Überlappungsfläche zwischen vorspringenden Polen verbessert ist. Ein Stator 10 ist an seiner Außenumfangsfläche mit Vertiefungen SR1 bis SR12 ausgestattet. Zwischen zwei benachbarten Vertiefungen sind jeweils Pole S1 bis S12 festgelegt. Eine jede von Spulen Aa, Ab, Ba, Bb, Ca und Cb ist entlang zweier Vertiefungen gewickelt, zwischen welchen zwei weitere Vertiefungen angeordnet sind, sodass die Spulen Aa, Ba und Ca jeweils parallel zu den Spulen Ab, Bb und Cb sind. Entlang einer Innenumfangsfläche eines Rotors 20 ist eine Vielzahl von aus magnetischen Material ausgebildeten, bezüglich des Umfangs beabstandeten und magnetisch isolierten Teilen J1 bis J8 vorgesehen. Ist ein jeweiliges Teil der Teile J1 bis J8 gegenüber den zwei benachbarten Polen des Stators 10, erzeugt eine jeweilige Spule der Spulen einen geschlossenen Magnetflusskreis, der durch das Magnetmaterialteil und die hierzu entsprechenden Pole fließt, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird.

Claims (11)

1. Motor mit: einer Statoreinrichtung, einer Rotoreinrichtung und einer Vielzahl von Phasenspulen, die zur Drehung des Rotors sukzessive erregt werden, dadurch gekennzeichnet, dass

• 1. (1) eine Einrichtung aus der Statoreinrichtung und der Rotoreinrichtung eine erste Fläche beinhaltet, die gegenüber der weiteren Einrichtung aus der Statoreinrichtung und der Rotoreinrichtung liegt, wobei an der ersten Fläche eine Vielzahl von Vertiefungen ausgebildet ist, die sich in der axialen Richtung erstrecken, die bezüglich des Umfangs entlang der ersten Fläche angeordnet sind und die die Spulen unterbringen, wenn die Spulen gewickelt sind, und eine Vielzahl von Polen ausgebildet ist, die zwischen zwei der Vertiefungen ausgebildet sind, die zueinander benachbart sind,
• 2. (2) die weitere Einrichtung aus der Statoreinrichtung und der Rotoreinrichtung eine zweite Fläche beinhaltet, die gegenüber der einen Einrichtung aus der Statoreinrichtung und der Rotoreinrichtung liegt, wobei an der zweiten Fläche eine Vielzahl bezüglich des Umfangs angeordneter, gegenseitig voneinander unabhängiger Magnetmaterialteile vorgesehen ist,
• 3. (3) wobei die Magnetmaterialteile die zwei benachbarten Pole magnetisch koppeln, wenn die Magnetmaterialteile den zwei benachbarten Polen gegenüberliegen, und
• 4. (4) wobei auf eine Spulenerregung hin ein Drehmoment durch einen magnetischen Fluss erzeugt wird, der in einem geschlossenen Kreis erzeugt wird, der durch die zwei benachbarten Pole und das dazwischen angeordnete Magnetmaterialteil gebildet wird.

2. Motor mit:
einem ersten Element,
einem dem ersten Element gegenüberliegenden zweiten Element,
wobei ein Element aus dem ersten Element und dem zweiten Element befestigt ausgeführt ist und das weitere Element aus dem ersten Element und dem zweiten Element beweglich ausgeführt ist,
das erste Element eine dem zweiten Element gegenüberliegende erste Fläche aufweist, das zweite Element eine dem ersten Element gegenüberliegende zweite Fläche aufweist und an einer Fläche aus der ersten Fläche und der zweiten Fläche zumindest eine Vertiefung vorgesehen ist,
einer an der Vertiefung vorgesehenen Spule,
einem Paar aus an der Vertiefung angrenzenden Elementen, die ein Paar aus Polen bilden, wobei auf eine Erregung der Spule hin ein magnetischer Fluss zwischen dem Paar aus den Polen erzeugt wird,
zumindest einem an der weiteren Fläche aus der ersten Fläche und der zweiten Fläche vorgesehenen Magnetmaterialteil, wobei das Magnetmaterialteil, wenn es der Vertiefung genähert wird, die beiden der Vertiefung benachbarten Pole magnetisch koppelt, um einen geschlossenen magnetischen Kreis zu bilden, durch den ein zwischen den Polen erzeugter magnetischer Fluss fließt,
wobei der magnetische Fluss bei einer Änderung eine Verschiebungskraft bezüglich dem Magnetmaterialteil erzeugt, wodurch eine Kraft erzeugt wird, durch die ein Element aus dem ersten Element und dem zweiten Element bezüglich dem weiteren Element aus dem ersten Element und dem zweiten Element beweglich gemacht wird.

3. Motor nach Anspruch 2, wobei das erste Element eine zylindrische Form mit einem Außendurchmesser aufweist, das zweite Element eine zylindrische Form mit einem Innendurchmesser aufweist, der größer als der Außendurchmesser des ersten Elements ist, um eine Öffnung zwischen dem Innendurchmesser des zweiten Elements und dem Außendurchmesser des ersten Elements zu definieren, wobei die Spulen eine Vielzahl von Phasengruppen bilden, so dass eine Spulenerregung sukzessive Gruppe für Gruppe erfolgt.

4. Motor nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, wobei eine jede der Spulen so gewickelt ist, dass zumindest eine Vertiefung aus den Vertiefungen zwischen einer jeden der Spulen angeordnet ist und sich eine jede der Spulen mit einer weiteren Spule kreuzt.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, wobei die Pole so ausgeführt sind, dass breite Pole und schmale Pole wechselweise in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei eine Umfangsbreite der breiten Pole breiter als die Umfangsbreite der schmalen Pole ist, wobei das Wickeln einer jeden der Spulen in der axialen Richtung so ausgeführt ist, dass die Spule in den Vertiefungen untergebracht ist, die benachbart zu dem breiten Pol sind.

6. Motor nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 und 5, wobei das Magnetmaterialteil in einer Hügelform ausgebildet ist, die sich von dem gegenüberliegenden Pol weg erstreckt.

7. Motor nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 und 6, wobei benachbart zu dem gegenüberliegenden Pol an dem Magnetmaterialteil eine Vertiefung ausgebildet ist.

8. Motor nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, wobei das Magnetmaterialteil hinsichtlich einer Umfangsbreite größer als sein gegenüberliegender Pol ausgeführt ist.

9. Motor mit:
einem ersten Element, einem zweiten Element, wobei ein Element aus dem ersten Element und dem zweiten Element als ein Stator verwendet wird und das weitere Element aus dem ersten Element und dem zweiten Element als ein Rotor verwendet wird, wobei der Rotor drehbar bezüglich dem Stator ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass

• 1. (1) das erste Element eine dem zweiten Element gegenüberliegende erste Fläche beinhaltet, wobei die erste Fläche mit einer Vielzahl von Polen ausgestattet ist, die in der Umfangsrichtung entlang der ersten Fläche angeordnet sind und sich in der axialen Richtung erstrecken, wobei an der ersten Fläche eine Vielzahl von Vertiefungen ausgebildet ist, sodass eine jede der Vertiefungen zwischen den Polen angeordnet ist, die zueinander benachbart sind, wobei zwei der Vertiefungen, zwischen welchen eine Vielzahl von weiteren Vertiefungen angeordnet ist, so ausgeführt sind, dass darin eine jede aus einer Vielzahl von bezüglich des Umfangs angeordneten Spulen auf ihr Wickeln hin untergebracht ist, welche zur Bildung einer Vielzahl von Phasen zu gruppieren sind,
• 2. (2) das zweite Element eine zweite Fläche beinhaltet, die dem ersten Element gegenüberliegt, wobei an der zweiten Fläche eine Vielzahl von magnetisch untereinander unabhängigen, bezüglich des Umfangs angeordneten Magnetmaterialteilen vorgesehen ist,
• 3. (3) wobei, wenn das Magnetmaterialteil gegenüber der Vielzahl von Polen liegt, welche in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgend vorgesehen sind, die aufeinanderfolgenden Pole magnetisch gekoppelt sind, wobei die Pole und das Magnetmaterialteil einen geschlossenen magnetischen Kreis bilden, wenn eine jede der Phasen zur Erzeugung eines magnetischen Flusses erregt ist, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird, und
• 4. (4) wobei in einer jeden der gruppierten Phasen verschiedene Spulen, die in den Vertiefungen untergebracht sind, die zueinander nächstliegend sind, mit Strömen derselben Polarität zu versorgen sind.

10. Motor nach Anspruch 9, wobei Enden der Spulen, die hinsichtlich der Phase unterschiedlich sind, sich an dem Pol kreuzen, sodass die Spulen, die in den Vertiefungen untergebracht sind, die zueinander am nächsten liegen, in der Stromzufuhrpolarität gleich werden.

11. Motor nach einem der Ansprüche 9 und 10, wobei eine jede der Phasen gebildet wird, indem die Spulen gruppiert werden, wobei deren Zahl gerade ist.