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iieluktanzmotor Reluktanzmotoren weisen einen meist geblechten, mi
t Ausnehmungen versehener, Läuf er auf . 'wobei diese Ausnehmungen so am
Außenumfang angeordnet und gestaltet sind, da2 eine im wesentlichen spiegelsymmetrische
Querschnittsform entsteht. Die Erfindu-i- bezieht sich auf eine elektrische 'Maschine
mit Ri-,luktanzlä-*tjfer, Liie ins,beson.dere als Schrittmotor geeignet ist. sie
ist dadu,i,ch.,-ekennzeichnet" daß der l#eluktanzl:-i'ufer mit derart angeordneten
und einseitig geformten Ausnehmungen versehen ist, daß sein #)uersc'tinitt,sprofil
keine spiegelsymmetrische, sondern eine ,m nur polarsymmetrische Form aufweist.
Im
einfachsten Fall wird dazU von einem herkömmlichen ReluktanzlUufer ausgehend, an
die durch die Reluktanznu ten gebildeten Pole jeweils eine einseitige Verlängerung
in Form einer Polspitze angeordnet, welche in Richtung des Nachbarpotes ragt. Ein
derartiger Läufer weist beispielsweise in zweipoliger Ausführung einen Z-förmigen
bei 4-poliger Ausführung einen hakenkreuzförmigen lQuerschnitt auf.
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Anhand dei- Zeichnung, in der neben mehreren Prinzipskizzen auch Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Reluktanzläufer dargestellt C2 C2 .',ind, wird das besondere Betriebsverhalten
eines solchen Motors erläutert.
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Pigur 1 zeigt einen CI-poligen Läufer mit einseitig angeordneten
r# r-11 Polspit--en 2 und 21,.der innerhalb eines 6-nutigen bewickelten tänderpaketes
7, drenbar angeordnet ist. Die'jeweils nur um einen Inderzahn gewickelten -pulen
4 bis 9 der Wicklung sind so -eschaltet, daß Jeweils gegenüberliegende Spulen
einen Wicklung84-strang bilden. Die Spulen 4 und 7 bilden also einen er'sten,
die, ,3pulen 5 und 8 einen zweiten und die Spulen 6 und
9 einen dritten.-Otrang.
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Erregt man beispielsweise nur das . Jpulei-"pitar 4 und
7, wie-es durch entsprechende Dur-chfliitungs'#zeichenI.#)und(D'in den--betice-.Ufen-d-eiij-Spulen
angedeutet ist, so nimmt-de-# Z-Läufer 1 die in Figur-l-d-ai---' gestellte
station;:re. Lage ein. Der Verlauf des--Magnetflusses ist C)
durch die geatrichelt
eingezelichneten Kraftlinienwege angedeü*e-t-#."
Wird nun die Erregung
vom Spulenpaar 4 - 7 auf die Spulen 6 und 9
umgeschaltet, so
erg.eben sich die in Figur .21 gezeigten Verhältnisse. Der Z-Läufer habe
zunächst noch die gleiche Relativlage. Der Magnetfluß tritt vom Jtänder in die Polspitze
2 des Läufers 1 ein, verläuft durch diese., durchsetzt den Mittelschenkel
des Läufers 1,
gelangt-zur gegenüberliegenden Polspitze '21 und tritt wieder
in den erregten Ständerteil innerhalb der Spule 6 ein. Der gesamte Läufer
ist also dann vom Magnetfluß durchsetzt. Nachdem aber der Fluß bekanntlich das Bestreben
hat, den magnetischen diderstand seines Efades zu verringern, wird ein im Uhrze-Jt--,erdrehsinn
wirkendes Reaktionsmoment M auf den Läufer ausgeübt, welches ihn i-n die in Figur
4 gezeichnete Endlage dreht. Die Pigur -i zeigt den Läufer in einer Zwischen3tellung.
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Betrachtet man die Figuren 1 bis 4, so erkennt man, (laß sich
der, Läufer insgesamt um einen inkel von lf'0 0 nach rechts gedreht hat.
Die Achse den Erregerfeldes wurde jedoch nur vom 3pulenpaar it - 7
auf
das Spulenpaar 6 - 9 verlegt, und damit -am nur 600 nach links
gedreht. Man siebt also, daß ein de-rartiger Motor infolje der erfindungegemäßen
Formgebung mit einseitgen Reluktanznuten bei Betrieb als Schrittmotor jeweils
doppelt so große Schritte macht, wie es dem Weiterschalten der elektrischen Durch.L*«lutunE,
en.tspricht, wobei seine Drehung dem Dreheinn der ieldachse des Ständers entgegengesetzt
ist und in Richtung der Folspitzen erfolgt.
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Dienes._V.erhalten tritt all.erdings nur dann auf, wenn die Ichse
der Erregerdurchflutung durch Umschaltung entgegengesetzt zum
| Uhrzeigerdrehsinn gedreht wird. Würde man nämlich von der Stellung |
| nach Figur 1 ausgehend das ipulenpaar 5 8 erregen,
also die |
| Feldachse um 60 0 im Uhrzeigersinn verdrehen, so würde
auch.der- |
| Läufer um den gleichen Winkelbetrag nachfolgen. In diesem Fall |
| bestünde in seinem Verhaltenkein Unterschied zu einem herkömmlichen |
| Reluktanzmotor. |
| Der e-i#'L'j.nduni:#,sgemäße Läufer. dreht sich alsQ upgbh4ngig
dayon, in |
| welcher Drehrichtung das Ständeifeld weiter e..-Achaltet wird,
stets |
| im Uhrzeigersinn. Peim Weitergchalten des 'Stä girfeldes
entgegen- |
| gesetzt dem Uhrzeigerdrehsinn s-ind Jedoch die ichritte Jeweils. |
| doppelt so groß.- |
| Das auf de-n 'jäu.Ll'er wirk"e,14.g #,#,#ehmoment läßt
sich,Jurch besondere- |
| Formgebung des, Läufers noch vergrößern. So ist es z.B. mögl#ph, |
| den Luftspalt nach den Polspitzen hin zu erweitern und/oder
magAe- |
| tische Engpässe vorzusehen, die'insbesonderg eine örtliche
Sätti- |
| gung, bewirken unJ/oder zuaätzlictie in Richtung der Magnetpfade
ve,#..z |
| laufende ..'cl-,.lilu-ze anz-.zordnen und/oder Bleche, mit
eg#gtiocher Vg'V, |
| zuAarichtung,- z.B. kaltgewalzte lcqrnoi7ientiertg
]#lgoh# zu Verleel##= |
| c#ep L4nd/Qder ähnliche Maßnahmen vorzune.hmgn. |
| -#ujugrdeg läßt sieh auc Stä deir, x. #in |
| das, Li#ufgrd.r.!#hmqmpnt u |
| nd dig g 9,iiie#e# ##e# |
| y#prlehme,n, so et, nd 0 |
| -.äu fe ag durch gin nightzy #i |
| beis.pipla-e,9,ise inzbg?qnderg ginagitig |
| t g EV- d l'a |
örtlich unterschiedliche Durchflutungen wirken
- und ähnliches
mehr.
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Die Figuren-5 und 6 zeigen #usführungsformen von Blechschnitten
für 2-polige Reluktanzläufer. Das Läuferblech 1 nach Figur.5 unterscheidet
sich von dem in den Prinzipakizzen Figuren 1 - 4 gezeichneten Z-Läufer im
wesentlichen nur durch eine Wellenbohrunli, 10 und die Nietlöcher
11. Die Polspitzen 2 und 21 sind derart gekrümmt, daß sich ein zu den Spitzen
hin erweiterter Luftspalt ergibt.
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Das Blech nach Figur 6 weist ebenfalls eine-Wellenbohrung-10
auf, hat jedoch keine-Polspitzen mehr. Die gegenüberliegenden Reluktanznuten 12
und 121 sind so gestaltet, daß deren Tiefe a unmittelbar neben der Polflanke
13 bzw. lil am grössten ist und sich längs des Umfanges allmählich auf Null
verringert; Mit S ist der zur Kontur der Ständerböhrung vorhand-ene kleinste
Luftspalt an der Polflanke 13 bzw. 131 bezeichnet. An den übrigen
Stellen des Läuferumfanges ve - rgrößert sich der wirksame Luftspalt um die
je-
weilige radiale Höhe der Reluktaiiznut,en 12'bzw, 121. Auch ein Läufer
mit de,-artiger Außenkontur hat das anhand von.Fig'. 1 - 4 beschriebene Verhalten.
Zusätzlich ist diese Wirkung noch durch die Sc 1 1 1 - itze'l 4 -- b-zw-.
- 141 verstärkt I 'welche denVerlauf'der magnetischen Kraftlinien beeinflussen
und z.B. magnetische Engpässe an den 3tellen il und A' bewirken.
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Anstatt den Reluktanzmotor stufenweise-jeweil# iii hür einem
Wicklungsstrang
zu erregen und-ihn als Schrittmotor zu verwenden,-ist es auch möglich, ihn so zu
gesitalt en', daß im Ständer ein Dre hfeld oder Wechselfeld auftritt. Dies ist z.B.
dann der Fall,-wenn man die drei Spulenpaare 4 .7, 5 - 8-und 6 der
Maschine nach Figuren 1 bis 4 an je eine Phase eines Drehstromaysteme
anschließt. Das Betriebsverhalten ist dann ähnlich#wie anhand der Fig.
1 bis 4 erläutert. Es treten dann in den einzelnen Phasen jeweils zeitlich
und räumlich phasenverschobene Durchflutungen auf. Die Figur 7 entspricht
einem Zeitpunkt, in dem das Spulenpaar 4 - 7 seinen Maximalstrom und die
übrigen ipulen jeweils einen itrom halber Größe führen. Die unterschiedlichen Durchflutungen
sind durch verschieden stark eingezeichnete Durchflutungszeichen angedeutet und
auch insofern berücksichtigt, als innerhalb der Spulen 4 -# 7 zwei magnetische
Kraftlinien und in den übrigen #;pulen nur eine Kraftlinie eingezeichnet ist. Die
Stellung des Läufers und der Verlauf des Magnetflusses entspricht den in Figur
1 dargestellten Verhältnissen fÜr einsträngige Erregung. Wenn nun das Ständerdrehfeld
mit CD e-iner durch die Netzfrequenz und 2olzahl bestimmten Drehzahl n entgegengesetzt
dem Uhrzeigerdreheinn umläuft,so wird - ähnlich wie zuvor bei schrittweiser
Umschaltung - ein im Uhrzeigerdrehsinn auf den Läufer wirkendes Reaktionsmoment
auftreten,"welches eine Rotation des LLufers mit der Drehzahl n 2 = 2
n 1 bewirkt. Der Läufer wird also mit der doppelten Synchrondrefizahl in
Gegenrich.tung zum Ständerdrehfeld umlaufen-. Bei 2-poliger Ausführung und e'iner
Speisefrequenz von 50 fIz beträgt die Läuferdrehzahl beispielsweise*
6000 U/min. Allerdings läuft ein derartiger Notor nicht von selbst' auf die
doppeltsynchrone Drehzahl hoch,- so daß er künstlich synehr
Qnisiert
bzw. über einen regelbaren Frequenzumformer angelassen werden muß..