DE102005016257A1

DE102005016257A1 - Reluktanzmotor

Info

Publication number: DE102005016257A1
Application number: DE102005016257A
Authority: DE
Inventors: Erich Bott; Matthias Braun; Holger Schunk; Rolf Vollmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-04-09
Also published as: US20080169718A1; JP2008535471A; DE102005016257B4; WO2006106087A1

Abstract

Ein Reluktanzmotor weist einen Ständer (2) und einen Läufer (4) auf. Der Ständer (2) besteht aus einem ferromagnetischen, aber nicht permanentmagnetischen Material und weist radial auf den Läufer (4) gerichtete Ständerzähne (6) auf. Je zwei tangential benachbarte Ständerzähne (6) bilden zwischen sich je eine Ständernut (7), in der jeweils ein Teil einer Ständerwicklung (8) angeordnet ist. Am Ständer (2) sind Permanentmagnete (10) angeordnet, von denen Permanentmagnetfelder ausgehen. Die Permanentmagnete (10) sind tangential im Bereich der Ständernuten (7) angeordnet und in Radialrichtung gleichsinnig magnetisiert. Ihnen sind Flussführungselemente (12) zugeordnet, mittels derer die von den Permanentmagneten (10) ausgehenden Permanentmagnetfelder derart in die Ständerzähne (6) umgelenkt werden, dass die Permanentmagnetfelder, bezogen auf die Tangentialposition, im Bereich der Ständerzähne (6) einerseits und im Bereich der Ständernuten (7) andererseits gegensinnig zueinander gerichtet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reluktanzmotor mit einem Ständer und einem Läufer,

– wobei der Ständer aus einem ferromagnetischen, aber nicht permanentmagnetischen Material besteht und radial auf den Läufer gerichtete Ständerzähne aufweist,
– wobei je zwei tangential benachbarte Ständerzähne zwischen sich je eine Ständernut bilden, in der jeweils ein Teil einer Ständerwicklung angeordnet ist, und
– wobei am Ständer Permanentmagnete angeordnet sind, von denen Permanentmagnetfelder ausgehen.

Konventionelle Drehstrom-Synchronservomotoren arbeiten nach dem Prinzip, die Wicklung in den Ständer einzubringen, die Erregermagnete oder Erreger-Wicklungen in den Läufer. Die vom Ständer und Läufer erzeugten Magnetfelder wechselwirken miteinander und erzeugen so ein Drehmoment.

Eine weitere Möglichkeit, einen Drehstrommotor zu bauen, besteht darin, eine konventionelle Drehstromwicklung im Ständer zu verwenden, zusätzlich in den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer Permanentmagnete einzubringen und den Läufer als Reluktanzprofil auszubilden. Ein derartiger Motor ist beispielsweise in der DE 197 43 380 C1 beschrieben.

Der aus dem Stand der Technik bekannte Motor bietet gegenüber dem konventionellen Motor auch bei geringen Drehzahlen ein hohes Drehmoment und auch einen guten k_T-Wert.

Das Einbringen der Permanentmagnete in den Luftspalt hat aber bauartbedingte Nachteile. Zum Einen ist der wirksame magnetische Luftspalt – im Gegensatz zum mechanisch vorhandenen Luftspalt – auf Grund der eingebrachten Permanentmagnete relativ groß. Dies bewirkt ein schwächeres auf den Läufer wirkendes Ständerfeld und somit eine schwächere Kopplung zwi schen antreibender Komponente (Ständer) und angetriebener Komponente (Läufer). Es ergibt sich also eine schlechtere Drehmomentausbeute im Vergleich zu einer ansonsten unverändert gebliebenen Maschine mit einem kleineren magnetischen Luftspalt.

Ein weiterer Nachteil ist die große erforderliche Menge an Permanentmagnetmaterial, da Permanentmagnetmaterial relativ kostenintensiv ist.

Die Magnete müssen auch relativ dick sein, um ein starkes kraftvermittelndes oder kraftübersetzendes Permanentmagnetfeld zu generieren. Die Erfordernis der großen Dicke läuft aber dem Bestreben entgegen, den wirksamen magnetischen Luftspalt zwischen Ständer und Läufer so klein wie möglich zu wählen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den bekannten Reluktanzmotor derart zu modifizieren, dass trotz Beibehaltung der Permanentmagnete ein kleiner wirksamer magnetischer Luftspalt realisierbar ist.

Die Aufgabe wird bei einem Reluktanzmotor der eingangs genannten Art dadurch gelöst,

– dass die Permanentmagnete tangential im Bereich der Ständernuten angeordnet sind,
– dass die Permanentmagnete in Radialrichtung gleichsinnig magnetisiert sind und
– dass den Permanentmagneten Flussführungselemente zugeordnet sind, mittels derer die von den Permanentmagneten ausgehenden Permanentmagnetfelder derart in die Ständerzähne umgelenkt werden, dass die Permanentmagnetfelder, bezogen auf die Tangentialposition, im Bereich der Ständerzähne einerseits und im Bereich der Ständernuten andererseits gegensinnig zueinander gerichtet sind.

Die Ständerzähne weisen vom Läufer in Radialrichtung einen Zahnabstand auf, die Permanentmagnete einen Magnetabstand.

Dadurch, dass der Magnetabstand mindestens so groß wie der Zahnabstand ist, kann der wirksame magnetische Luftspalt minimiert werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung:
1 einen Schnitt durch einen Reluktanzmotor und
2 ein erfindungsgemäßes Detail von 1.
Gemäß 1 weist ein Reluktanzmotor ein Gehäuse 1 auf, in dem ein Stator 2 angeordnet ist. Das Gehäuse 1 besteht beispielsweise aus Stahl. Der Ständer 2 besteht aus einem ferromagnetischen, aber nicht permanentmagnetischen Material. Beispielsweise kann er aus Eisenblechen aufgebaut sein. Weiterhin weist der Reluktanzmotor einen Rotor 3 auf, an dem ein Läufer 4 angeordnet ist. Der Rotor 3 ist im Gehäuse 1 derart gelagert, dass der Rotor 3 und mit ihm der Läufer 4 um eine Drehachse 5 drehbar ist.
Gemäß 2 weist der Ständer 2 Ständerzähne 6 auf, die radial, also in Richtung auf die Drehachse 5 zu bzw. von der Drehachse 5 weg, auf den Läufer 4 gerichtet sind. Je zwei tangential benachbarte Ständerzähne 6 bilden zwischen sich je eine Ständernut 7. In den Ständernuten 7 ist jeweils ein Teil einer Ständerwicklung 8 angeordnet.
Die Ständerzähne 6 weisen in Radialrichtung vom Läufer 4 einen Zahnabstand a auf. Dieser Zahnabstand a entspricht dem mechanisch vorhandenen und – im Gegensatz zu dem bekannten Reluktanzmotor – zugleich auch dem wirksamen magnetischen Luftspalt 9 des Reluktanzmotors.
Gemäß 2 weist die Ständerwicklung 8 in Radialrichtung vom Läufer 4 einen Wicklungsabstand b auf, der größer als der Zahnabstand a ist. Die Ständerwicklung 8 füllt somit die Ständernuten 7 nicht aus. Daher ist es möglich in die Stän dernuten 7 Permanentmagnete 10 einzusetzen, von denen – trivialerweise – Permanentmagnetfelder ausgehen. Auf Grund des Einsetzens der Permanentmagnete 10 in die Ständernuten 7 sind somit die Permanentmagnete 10 am Ständer 2 angeordnet. Auf Grund dieses Umstands sind sie ferner tangential, also in Umfangsrichtung um die Drehachse 5 herum gesehen, im Bereich der Ständernuten 7 angeordnet.
Die Permanentmagnete 10 sind in Radialrichtung gleichsinnig magnetisiert. Dies ist in 2 durch Pfeile 11 angedeutet, die in Radialrichtung gesehen alle gleich gerichtet sind, z.B. alle nach radial außen.
Um dennoch Permanentmagnetfelder zu erzeugen, die in Tangentialrichtung gesehen vom Ort abhängig sind, sind den Permanentmagneten 10 Flussführungselemente 12 zugeordnet. Mittels der Flussführungselemente 12 werden die Permanentmagnetfelder in die Ständerzähne 6 umgelenkt. Die Umlenkung ist dabei derart, dass die Permanentmagnetfelder im Bereich der Ständerzähne 6 gegensinnig zu den Permanentfeldern im Bereich der Ständernuten 7 gerichtet sind. Dies ist in 2 für einen der Permanentmagnete 10 durch Einzeichnen entsprechender magnetischer Feldlinien 13 dargestellt.
Die Flussführungselemente 12 bestehen aus einem ferromagnetischen, nicht permanentmagnetischen Material. Das Material kann das gleiche sein, aus dem auch der Ständer 2 besteht.
Die Permanentmagnete 10 weisen in Radialrichtung vom Läufer 4 einen Magnetabstand c auf. Der Magnetabstand c ist vorzugsweise mindestens so groß wie der Zahnabstand a.
Mittels des erfindungsgemäßen Reluktanzmotors ist es somit möglich, dass der wirksame magnetische Luftspalt ebenso klein wie der mechanisch tatsächlich vorhandene Luftspalt 9 ist. Diese Abstandsverringerung kompensiert bzw. überkompensiert die Verringerung des magnetischen Flusses, die dadurch herrührt, dass die Permanentmagnete 10 in Tangentialrichtung ge sehen voneinander beabstandet sind. Weiterhin wird gegenüber dem Reluktanzmotor des Standes der Technik nur die Hälfte an Magnetmaterial benötigt. Darüber hinaus ist die Montage der Permanentmagnete 10 am Ständer 2 und auch die gesamte Fertigung des Ständers 2 vereinfacht. Insbesondere kann der Luftspalt 9 dadurch, dass der Magnetabstand c mindestens so groß wie der Zahnabstand a ist, exakter gefertigt werden.

Claims

Reluktanzmotor mit einem Ständer (2) und einem Läufer (4), – wobei der Ständer (2) aus einem ferromagnetischen, aber nicht permanentmagnetischen Material besteht und radial auf den Läufer (4) gerichtete Ständerzähne (6) aufweist, – wobei je zwei tangential benachbarte Ständerzähne (6) zwischen sich je eine Ständernut (7) bilden, in der jeweils ein Teil einer Ständerwicklung (8) angeordnet ist, und – wobei am Ständer (2) Permanentmagnete (10) angeordnet sind, von denen Permanentmagnetfelder ausgehen, dadurch gekennzeichnet, – dass die Permanentmagnete (10) tangential im Bereich der Ständernuten (7) angeordnet sind, – dass die Permanentmagnete (10) in Radialrichtung gleichsinnig magnetisiert sind und – dass den Permanentmagneten (10) Flussführungselemente (12) zugeordnet sind, mittels derer die von den Permanentmagneten (10) ausgehenden Permanentmagnetfelder derart in die Ständerzähne (6) umgelenkt werden, dass die Permanentmagnetfelder, bezogen auf die Tangentialposition, im Bereich der Ständerzähne (6) einerseits und im Bereich der Ständernuten (7) andererseits gegensinnig zueinander gerichtet sind.
Reluktanzmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Radialrichtung die Ständerzähne (6) vom Läufer (4) einen Zahnabstand (a) aufweisen, dass die Permanentmagnete (10) in Radialrichtung vom Läufer (4) einen Magnetabstand (c) aufweisen und dass der Magnetabstand (c) mindestens so groß wie der Zahnabstand (a) ist.