DE10219871A1

DE10219871A1 - Switched reluctance motor, especially fan drive, preferably for vehicles, is in form of external rotor machine in which stator is arranged centrally and enclosed by rotor

Info

Publication number: DE10219871A1
Application number: DE2002119871
Authority: DE
Inventors: Thomas Bielesch
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2003-11-20

Abstract

The switched reluctance motor (11) has a stator (3), a rotor (4) and an arrangement of stimulation coils associated with the stator. The motor is in the form of an external rotor machine in which the stator is arranged centrally and enclosed by the rotor. The stator has poles (7) whose stimulation coils (9,10) are associated with a stimulation coil arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft eine als geschalteter Reluktanzmotor ausgebildete elektrische Maschine, insbesondere Lüfterantrieb, vorzugsweise für Fahrzeuge, aber auch für andere technische Anwendungsgebiete wie beispielsweise für die Industrietechnik oder Haustechnik, mit einem Stator, einem Rotor und einer dem Stator zugeordneten Erregerspulenanordnung. The invention relates to a trained as a switched reluctance motor electric machine, in particular fan drive, preferably for Vehicles, but also for other technical applications such as For example, for industrial technology or building services, with a stator, a Rotor and a stator associated exciter coil assembly.

Aus der EP 0 531 792 ist ein Reluktanzmotor der eingangs genannten Art bekannt, der einen ringförmigen Stator aufweist. Am Statorring sind nach innen weisende Pole ausgebildet, die von Erregerspulen umgeben sind. Im Innern des Stators befindet sich ein Rotor, der ebenfalls Pole aufweist, die im Zuge der Drehbewegung des Rotors in gering beabstandete Gegenüberlage zu den Polen des Stators treten. Durch geeignete Ansteuerung der Erregerspulen wird im Stator ein magnetisches Drehfeld aufgebaut, durch das der Rotor in Drehung versetzt wird. Der Rotor stellt über die Luftspalte zwischen den Polen stellungsabhängig einen magnetischen Rückschlussweg her. Die Arbeitsweise des Reluktanzmotors beruht daher auf der Anziehungskraft eines Elektromagnets gegenüber Eisen, wobei der drehbar gelagerte Rotor versucht, den magnetischen Kreis stets dem Punkt der minimalen Reluktanz zu nähern, das heißt, es wird stets der magnetisch kleinste Widerstand angestrebt. Durch geeignetes, mittels einer elektrischen Umschalteinrichtung erfolgendes Ansteuern der Erregerspulen lässt sich die Drehzahl beeinflussen. Beispielsweise bietet sich bei relativ hohen Umgebungstemperaturen der Einsatz eines geschalteten Reluktanzmotors an, da Motoren mit permanent erregten Magneten den hohen Temperaturen auf Dauer nicht standhalten würden. Es besteht zwar die Möglichkeit, spezielle Magnetmaterialien einzusetzen, die weniger wärmeempfindlich sind, jedoch führt das zu erhöhten Kosten. Die Bauform des bekannten Reluktanzmotors ist allerdings nicht für alle Anwendungen geeignet. From EP 0 531 792 is a reluctance motor of the type mentioned known, which has an annular stator. At the stator ring are after formed inside poles, which are surrounded by excitation coils. in the Inside the stator is a rotor, which also has poles, the in the course of the rotational movement of the rotor in a small spaced Opposite to the poles of the stator step. By suitable control of the Exciting coils is built in the stator, a magnetic rotating field, through the the rotor is rotated. The rotor poses over the air gaps position-dependent a magnetic return path between the poles ago. The operation of the reluctance motor is therefore based on the Attraction of an electromagnet against iron, the rotatable Rotor mounted always tries the magnetic circuit to the point of to approach minimal reluctance, that is, it always becomes the magnetically smallest Resistance sought. By suitable, by means of an electric Switching device successive driving the excitation coils can be Influence speed. For example, offers at relatively high Ambient temperatures the use of a switched reluctance motor, since Motors with permanently excited magnets are exposed to high temperatures Duration would not withstand. It is possible, special However, to use magnetic materials that are less sensitive to heat, however This leads to increased costs. The design of the known reluctance motor however, it is not suitable for all applications.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einsatzmöglichkeiten eines geschalteten Reluktanzmotors zu erhöhen. The invention is based on the object, the applications of a to increase the switched reluctance motor.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Ausbildung des Reluktanzmotors als Außenläufer-Maschine, bei der der Stator zentral angeordnet und vom Rotor umgriffen ist. Mithin ist der Rotor ringförmig aufgebaut und drehbar gelagert, wobei er den stillstehenden, zentral angeordneten Stator -unter Ausbildung geringer Luftspalte- umgreift. Im Betrieb rotiert somit der ringförmige Rotor um den mittig angeordneten Stator. Auf diese Art und Weise ist eine Reluktanzmaschine in Außenläuferbauform geschaffen, die insbesondere bei Anwendungen eingesetzt werden kann, bei denen kurze Bauformen gefordert sind. Während bei der bekannten Innenläuferbauform auf einem herausragenden Wellenstumpf der Abtrieb erfolgt und die Baulänge vom Wellenstumpf mitbestimmt ist, wird durch die erfindungsgemäße Bauform kein Wellenstumpf benötigt, da der Kraftabtrieb direkt am äußeren Rotorring erfolgen kann. Beispielsweise können dort Lüfterschaufeln radial angeordnet sein, wodurch ein Lüfter, insbesondere für Kraftfahrzeugeinsätze, geschaffen ist. This object is achieved by the formation of the reluctance motor as External rotor machine, in which the stator is arranged centrally and by the rotor is encompassed. Thus, the rotor is of annular construction and rotatably mounted, where he the stationary, centrally located stator -unter training low air gap surrounds. During operation, the annular rotor thus rotates around the centrally located stator. In this way is one Reluctance machine created in external rotor design, in particular at Applications can be used where short designs are required are. While in the known internal rotor design on a outstanding stub shaft of the output is made and the length of the Stem shaft is codetermined, is by the design of the invention no Stub shaft needed, as the power output directly on the outer rotor ring can be done. For example, fan blades can be arranged radially there be whereby a fan, especially for automotive applications, is created.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stator Pole aufweist, denen Erregerspulen der Erregerspulenanordnung zugeordnet sind. According to a development of the invention, it is provided that the stator Pole, which exciting coils of the exciting coil assembly assigned.

Ferner ist es von Vorteil, wenn der Rotor Pole aufweist, die über einen magnetischen Rückschlussweg untereinander verbunden sind. Der Rückschlussweg wird vom Rotormaterial gebildet, das vorzugsweise ferromagnetisch ausgebildet ist. Furthermore, it is advantageous if the rotor has poles which have a magnetic return path are interconnected. Of the Inference path is formed by the rotor material, preferably ferromagnetic is formed.

Mittels einer elektrischen Umschalteinrichtung werden die Erregerspulen zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes erregt. Diese Drehfelderzeugung führt zur Drehmomentbeaufschlagung des Rotors. In Abhängigkeit von der Ansteuerung lässt sich die Drehzahl einstellen; die Höhe des Erregerstromes der Erregerspulen bestimmt die Größe des magnetischen Flusses und damit das Abtriebsdrehmoment des Reluktanzmotors. By means of an electrical switching device, the excitation coils for Generation of a rotating magnetic field excited. This rotary field generation leads to the torque application of the rotor. Depending on the Activation can be set the speed; the height of the Excitation current of the exciting coils determines the size of the magnetic flux and so that the output torque of the reluctance motor.

Vorzugsweise weist die Umschalteinrichtung Leistungselektronik- Halbleiterbauteile auf, so dass ein optimaler Betrieb möglich ist. Durch winkelgerechtes Weiterschalten der durch die Erregerspulen fließenden Phasenströme lässt sich ein ständiges Drehmoment am Rotor erzeugen, wobei aufgrund der Leistungselektronik sogar ein 4-Quadrantenbetrieb möglich ist. Preferably, the switching device has power electronics Semiconductor components, so that optimal operation is possible. By angle-appropriate indexing of flowing through the excitation coils Phase currents can generate a constant torque on the rotor, wherein Due to the power electronics even a 4-quadrant operation is possible.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung anhand der Figur. The drawing illustrates the invention of an embodiment in a schematic representation of the figure.

Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine als geschalteter Reluktanzmotor 1 ausgebildete elektrische Maschine 2. Diese weist einen zentral angeordneten, feststehenden Stator 3 auf, der von einem ringförmig ausgebildeten Rotor 4 umgeben ist. Der Rotor 4 ist mittels nicht dargestellter Lager drehbar um eine Mittelachse 5 gelagert. Die Drehmöglichkeit ist mittels der Pfeile 6 angedeutet. Es liegt aufgrund der vorstehenden Angaben die Bauform einer Außenläufer-Maschine (11) vor. The figure shows a schematic representation of a cross section through an electrical machine 2 designed as a switched reluctance motor 1 . This has a centrally arranged, stationary stator 3 , which is surrounded by a ring-shaped rotor 4 . The rotor 4 is rotatably mounted about a central axis 5 by means not shown bearing. The possibility of rotation is indicated by the arrows 6 . It is based on the above information, the design of an external rotor machine ( 11 ) before.

Im Einzelnen bestehen Stator 3 und Rotor 4 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus weichmagnetischem Material. Es können aber auch andere magnetisierbare Materialien verwendet werden. Der Stator 3 ist mit sechs radial nach außen ragenden Polen 7 versehen, die gleichmäßig winkelbeabstandet zueinander liegen. Der Rotor 4 weist acht radial nach innen gerichtete Pole 8 auf, die ebenfalls gleichmäßig winkelbeabstandet zueinander angeordnet sind. Aufgrund der sechs Pole 7 des Stators 3 liegen in Bezug zur Mittelachse 5 jeweils zwei Pole 7 diametral einander gegenüber. Entsprechendes gilt für die Pole 8 des Rotors 4, das heißt, auch dort stehen sich in Bezug auf die Mittelachse 5 jeweils zwei Pole 8 diametral gegenüber. Auf diese Art und Weise kommt es bei einer Drehung des Rotors 4 um den Stator 3 zu fluchtenden Gegenüberlagen von einander diametral gegenüberliegenden Polpaaren 7, 8; dies ist beispielsweise für die in der Figur dargestellte Drehstellung in vertikaler Richtung gegeben. Die Pole 7 und 8 bestehen vorzugsweise aus lamelliertem Material. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass Stator 3 und Rotor 4 einschließlich der Pole 7 und 8 insgesamt lamelliert ausgebildet sind. Zudem kann der Stator 3 bzw. der Rotor 4 auch mit einer von der Darstellung abweichenden Anzahl von Polen ausgeführt sein. In detail, stator 3 and rotor 4 in the illustrated embodiment of soft magnetic material. However, other magnetizable materials can be used. The stator 3 is provided with six radially outwardly projecting poles 7 , which are uniformly angularly spaced from each other. The rotor 4 has eight radially inwardly directed poles 8 , which are also arranged uniformly angularly spaced from each other. Due to the six poles 7 of the stator 3 , two poles 7 are diametrically opposite each other with respect to the central axis 5 . The same applies to the poles 8 of the rotor 4 , that is, there are also two poles 8 diametrically opposite with respect to the central axis 5 there . In this way, it comes with a rotation of the rotor 4 to the stator 3 to be aligned opposing diametrically opposed pole pairs 7 , 8 ; This is given, for example, for the rotational position shown in the figure in the vertical direction. The poles 7 and 8 are preferably made of laminated material. Alternatively, it can also be provided that the stator 3 and the rotor 4, including the poles 7 and 8 , are formed as a whole laminated. In addition, the stator 3 or the rotor 4 can also be designed with a number deviating from the representation of the number of poles.

Von einer Klemme A führt ein Spulendraht zu einer Erregerspule 9, die einen Pol 7 des Stators 3 umgibt. Das Wicklungsende führt zum Wicklungsanfang einer Erregerspule 10, die einen diametral gegenüberliegenden Pol 7 umgibt. Das Spulenende der Erregerspule 10 ist zu einer Klemme B geführt. Mit dieser vorstehend erläuterten Erregerspulenanordnung soll lediglich das Funktionsprinzip verdeutlicht werden. In der tatsächlichen Ausführung des Reluktanzmotors 1 ist jeder Pol 7 mit einer Erregerspule versehen, wobei mittels einer nicht dargestellten elektrischen Umschalteinrichtung, die in Leistungselektronik-Halbleitertechnik aufgebaut ist, die einzelnen Pole 7 durch Erregung der zugeordneten Erregerspulen durch geeignete, winkelgerechte Weiterschaltung elektrisch angesteuert werden. Betrachtet man den in der Figur dargestellten Zustand, und geht man davon aus, dass an den Klemmen A, B eine Gleichspannung angelegt ist, so wird sich ein Stromfluss einstellen, der die Erregerspulen 9 und 10 durchsetzt, wobei sich aufgrund des unterschiedlichen Drehsinns der beiden Erregerspulen 9, 10 an dem einen Pol 7 ein magnetischer Nordpol und an dem anderen Pol 7 ein magnetischer Südpol ausbildet. In der in der Figur dargestellten Stellung liegen die erwähnten Pole 7 den entsprechenden Polen 8 des Rotors 4 unter Ausbildung geringer Luftspalte gegenüber, so dass die Pole 8 zusammen mit dem übrigen, ringförmigen Körper des Stators 3 einen magnetischen Rückschlussweg bilden. Ist durch geeignete Ansteuerung der einzelnen Erregerspulen 9, 10 der Pole 7 des Stators 3 sichergestellt, dass durch winkelgerechtes Weiterschalten ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird, so wird in entsprechender Weise der Rotor 4 dem magnetischen Drehfeld folgen, so dass an ihm ein Abtriebsdrehmoment abgenommen werden kann. From a terminal A leads a coil wire to an excitation coil 9 , which surrounds a pole 7 of the stator 3 . The winding end leads to the winding start of an excitation coil 10 , which surrounds a diametrically opposite pole 7 . The coil end of the excitation coil 10 is guided to a terminal B. With this excitation coil arrangement explained above, only the functional principle is to be clarified. In the actual embodiment of the reluctance motor 1 , each pole 7 is provided with an exciter coil, wherein by means of an electrical switching device, not shown, which is constructed in power electronics semiconductor technology, the individual poles 7 are electrically driven by excitation of the associated excitation coils by suitable, angular corrective switching. Considering the state shown in the figure, and assuming that at the terminals A, B, a DC voltage is applied, a current flow will set, which passes through the excitation coils 9 and 10 , wherein due to the different sense of rotation of the two Exciter coils 9 , 10 to which a pole 7 forms a magnetic north pole and at the other pole 7 forms a magnetic south pole. In the position shown in the figure, the mentioned poles 7 are opposite the corresponding poles 8 of the rotor 4 with the formation of small air gaps, so that the poles 8 together with the rest, annular body of the stator 3 form a magnetic return path. Is ensured by suitable control of the individual excitation coils 9 , 10 of the poles 7 of the stator 3 , that a magnetic rotating field is generated by correct angle switching, so in a corresponding manner the rotor 4 follow the magnetic rotating field, so that at him an output torque can be removed ,

Claims

1. As a switched reluctance engine trained electrical machine, in particular fan drive, preferably for vehicles, with a stator, a rotor and a stator associated exciter coil assembly, characterized by the training as Außenläufer- machine ( 11 ), in which the stator ( 3 ) arranged centrally and is encompassed by the rotor ( 4 ).

2. reluctance motor according to claim 1, characterized in that the stator ( 3 ) has poles ( 7 ), which excitation coils ( 9 , 10 ) are associated with an exciting coil arrangement.

3. Reluctance motor according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 4 ) has poles ( 8 ) which are interconnected via a magnetic return path.

4. reluctance motor according to one of the preceding claims, characterized by an electrical switching device, the excitation coils ( 9 , 10 ) drives for a rotating field generation.

5. reluctance motor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the switching device in power electronics Semiconductor technology is executed.