DE102005041630A1

DE102005041630A1 - Reluktanzsynchronmaschine

Info

Publication number: DE102005041630A1
Application number: DE102005041630A
Authority: DE
Inventors: Jumei Dr. Cai
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-08

Abstract

Reluktanzsynchronmaschine mit einem Stator (1) und einem Rotor (5), wobei sich zwischen Stator (1) und Rotor (5) ein Luftspalt befindet, wobei der Stator (1) zum Luftspalt weisende Zähne (3) mit zwischen den Zähnen (3) liegenden Nuten (2) aufweist, wobei der Rotor (5) bzgl. seines Querschnitts mehrere Bereiche (6) aufweist mit jeweils mehreren im Wesentlichen sehnenförmig oder bogenförmig verlaufenden Schlitzen (7), wobei jeder Schlitz (7) im Rotor (5) bezüglich der Nuten (2) des Stators (1) so angeordnet ist, dass die eine Endseite der Schlitze (7) eines Bereichs (6) gegenüber Nuten (2) des Stators (1) steht, während die andere Seite der Schlitze (7) dieses Bereichs (6) gegenüber Zähnen (3) des Stators (1) steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reluktanzsynchronmaschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor mehrere Bereiche aufweist.

Reluktanzsynchronmaschinen sind aus der US 6 863 045 B2 bekannt, wobei die Magnete im Mittelbereich des innersten Luftschlitzes angeordnet sind, was zu einer ungünstigen Ausnutzung der Permanentmagnete führt.

Aus der JP 11262205 A ist eine Reluktanzsynchronmaschine bekannt, die bogenförmige Luftschlitze aufweist.

Nachteilig bei diesen aufgeführten Maschinen ist u.a., dass ein erheblicher Magnetfluss als Streufluss im Läuferinnenbereich entsteht und somit zur Drehmomentbildung der Reluktanzsynchronmaschine nicht beitragen kann.

Ausgehend davon liegt der Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, bei einer Reduktion der einzusetzenden Permanentmagnete die Drehmomentenwelligkeit zu reduzieren und außerdem eine leichte Identifikation der Rotorposition für den Hochlauf, die Steuerung bzw. die Regelung im niederen und hohen Drehzahlbereich der Reluktanzsynchronmaschine zu erfassen.

Des Weiteren sollen die Rastmomente einer derartigen Reluktanzsynchronmaschine reduziert oder nahezu kompensiert werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine Reluktanzsynchronmaschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei sich zwischen Stator und Rotor ein Luftspalt befindet, wobei der Stator zum Luftspalt weisende Zähne mit zwischen den Zähnen liegende Nuten aufweist, wobei der Rotor bzgl. seines Querschnitts mehrere Bereiche aufweist mit jeweils mehreren im wesentlichen sehnenförmig oder bogenförmig verlaufenden Schlitzen wobei jeder Schlitz im Rotor bezüglich der Nuten des Stators so angeordnet ist, dass die eine Endseite der Schlitze eines Bereichs gegenüber Nuten des Stators steht, während die andere Seite der Schlitze dieses Bereichs gegenüber Zähnen des Stators steht.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau werden zum einen die Anzahl der erforderlichen Permanentmagnete pro Rotor reduziert und zum anderen wird das Rastmoment gegenüber herkömmlichen Reluktanzsynchronmaschinen erheblich verringert. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Reluktanzsynchronmaschine ist, dass an jeder Position des Rotors ein Reluktanzmoment vorhanden ist, so dass gegebenenfalls auftretende Pendelmomente bei ungeregeltem Betrieb vermieden werden.

Durch den Aufbau des Rotors in verschiedene Bereiche, wobei der Rotor vorteilhafterweise ein einteiliger Blechschnitt ist, und die dadurch hergestellten symmetrischen Mehrschichten der Schlitze, die sich an den Nuten des Stators orientieren, bilden diese Schlitze eine vergleichsweise große Differenz zwischen den Induktivitäten L_Q und L_D.

Damit kann das vorhandene Reluktanzmoment maximal ausgenutzt werden. Die große Differenz zwischen L_Q und L_D wirkt sich äußerst positiv in einem breiten Bereich des Feldschwächbetriebs aus, wo höhere Drehzahlen bei konstanter Motorleistung erzielt werden.

Daher ist die erfindungsgemäße Ausführung des Reluktanzsynchronmotors auch für einen Hochdrehzahlantrieb geeignet. Darüber hinaus ermöglicht die ausgeprägten Induktivitäten L_q und L_d eine vergleichsweise leichte Identifikation der Position des Rotors.

Vorteilhafterweise sind Permanentmagnete im Mittelbereich der Schlitze der mittigen Schichten eingesteckt. Damit kann der Strom des Stators auch für ein hohes Drehmoment im Vergleich zu vergleichsweisen Reluktanzsynchronmaschinen erheblich reduziert werden, wodurch sich auch die Kupferverluste des Stators erheblich verringern.

Vorteilhafterweise sind die im Mittelbereich der Schlitze angeordneten Permanentmagnete auch gegen Entmagnetisierung und mechanisch gegen Fliehkraftbeanspruchungen im Hochdrehzahlbetrieb ausreichend geschützt.

Die Schlitze sind vorteilhafterweise als Luftschlitze ausgeführt, in die die Permanentmagnete eingebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform sind zumindest die Schlitze in denen sich Permanentmagnete befinden mit einer amagnetischen Vergussmasse gefüllt, die u.a. die Permanentmagnete in ihren Schlitzen zusätzlich fixiert.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
So zeigt die Figur einen Querschnitt einer permanenterregten Reluktanzsynchronmaschine, die einen Stator 1 aufweist, der beispielhaft halboffene Nuten 2 und zwischen den Nuten 2 angeordnete Zähne 3 aufweist. An der äußeren Begrenzung des Stators 1 sind Ausnehmungen 4 angeordnet, die einen Einbau in ein Gehäuse gestatten. Durch die Ausnehmungen 4 lassen sich beispielsweise Drehmomentstützen am Stator 1 realisieren.
In einer Läuferbohrung einer permanenterregten Reluktanzsynchronmaschine ist ein Rotor 5 angeordnet, der lediglich in diesem Ausführungsbeispiel aus vier nahezu identischen Bereichen 6 aufgebaut ist. Die Anzahl der Bereich ist nicht auf vier beschränkt, es können ebenso sechs, acht, zehn, zwölf, etc. Bereiche sein. Die Bereiche 6 bilden aber dennoch einen einzigen Blechschnitt, so dass diese Bleche des Rotors 5 in einem Stanzvorgang hergestellt werden können. Schlitze 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel bogenförmig ausgeführt, müssen aber nicht notwendigerweise bogenförmig sein, sondern können auch gerade, z.B. sehnenförmig oder abschnittsweise gerade ausgeführt sein.
Entscheidend ist grundsätzlich, dass die eine Seite der Schlitze 7 eines Bereichs 6 an den Zähnen 3 des Stators 1 beginnt, während die andere Seite dieser Schlitze 7 dieses Bereichs 6 an den Nuten 2 des Stators 1 bzw. dessen Nutschlitz endet. Die Schlitze 7 sind jeweils gegenüber dem Luftspalt der permanenterregten Reluktanzsynchronmaschine durch einen Steg 9 abgeschlossen, die den Rotor 5 u.a. mechanisch stabilisieren.
Damit ist gewährleistet, dass das Rastmoment gegenüber herkömmlichen Reluktanzsynchronmaschinen verringert wird. Außerdem hat nunmehr die Reluktanzsynchronmaschine an jeder Position des Rotors 5 ein Reluktanzmoment. Damit werden in einem ungeregelten Betrieb der Reluktanzsynchronmaschine Pendelmomente vermieden.
Des Weiteren sind in lediglich zwei Schlitzen 7 dieser fünf Schlitze eines Bereichs 6 Permanentmagnete 8 mittig angeordnet. Die Richtung dieser Permanentmagnete 8 orientiert sich nicht an der q-Richtung, was bei herkömmlichen Ausführungen von permanenterregten elektrischen Maschinen der Fall ist, sondern an der d-Richtung. Diese Orientierung ist besonders günstig im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Aufbau der Schlitze 7. Dadurch werden die Permanentmagnete 8 im Mittelbereich der Schlitze 7 bezüglich ihres Beitrags zur Drehmomentbildung optimal ausgenutzt.
Die bogenförmigen Schlitze 7 sind nicht notwendigerweise rund oder rundlich ausgeführt, sie können vielmehr auch eine polygonale Grundform aufweisen. Damit weist der Schlitz 7 in seinem Verlauf von der Mitte einer Nut 2 zur Mitte eines Zahns 3 zumindest einen Knick auf. Vorteilhafterweise ist in einem dadurch entstehenden geraden Abschnitt eines Schlitzes 7 der Permanentmagnet 8 untergebracht und durch den abknickenden Schlitz 7 gleichzeitig fixiert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind zumindest die Schlitze 7, in denen sich Permanentmagnete 8 befinden mit einer amagnetischen Vergussmasse 10 gefüllt, wie es prinzipiell in der Figur dargestellt ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Permanentmagnet 8 eines Schlitzes 7 aus mehreren Einzelmagneten zusammensetzt ist.
Die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete 8 ist in der Figur durch den Pfeil 11 angedeutet.

Claims

Reluktanzsynchronmaschine mit einem Stator (1) und einem Rotor (5), wobei sich zwischen Stator (1) und Rotor (5) ein Luftspalt befindet, wobei der Stator (1) zum Luftspalt weisende Zähne (3) mit zwischen den Zähnen (3) liegende Nuten (2) aufweist, wobei der Rotor (5) bzgl. seines Querschnitts mehrere Bereiche (6) aufweist mit jeweils mehreren im wesentlichen sehnenförmig oder bogenförmig verlaufenden Schlitzen (7), wobei jeder Schlitz (7) im Rotor (5) bezüglich der Nuten (2) des Stators (1) so angeordnet ist, dass die eine Endseite der Schlitze (7) eines Bereichs (6) gegenüber Nuten (2) des Stators (1) steht, während die andere Seite der Schlitze (7) dieses Bereichs (6) gegenüber Zähnen (3) des Stators (1) steht.
Reluktanzsynchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (7) eines Bereichs (6) im Wesentlichen parallel verlaufen.
Reluktanzsynchronmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (7) in Richtung Luftspalt der Reluktanzsynchronmaschine jeweils einen Steg (9) aufweisen.
Reluktanzsynchronmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Schlitze (7) eines Bereichs (6) mit Permanentmagneten (8) versehen ist.
Reluktanzsynchronmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichne, dass die Schlitze (7) nur im Mittenbereich mit Permanentmagneten (8) versehen sind.
Reluktanzsynchronmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich die mittleren Schlitze (7) eines Bereichs (6) mit Permanentmagneten (8) versehen sind.