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Reluktanzaotor mit in Beipenten unterteiltem Iaufer.
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So wurden bereite neuartige Sfflhromaoohjmen,9 insbesondere
Reluktanzmotoren vorgeachlagenj bei denen eine Autteilung den Läufere in
einzelne Seipente bzw. Läuferkemstüoka tentgelegt ist# derart# des* nich im Läuferumfang,
abgesehen von den pollücken der letzten Besmmteinabezu eine Sleichgängige
Zähntellung ergibt','die der Zehnteilung dev*-Stfflere nahezu entspricht% aber etwas
kleiner iat.
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Eine Vollständige übereinatineung von 8tänder- und Läufergehateilung
wurde ausgenahlossent weil sie zu Pendelzc*4nten t(Dirt und weil
bei gleicher Zähnteilung m 8tänder und Läufer die eit des Drehacmentes
je PolradwJmkel keine monotone lunktion ist, sonde= innerhalb des
Volrad-Winkelbereiches einen Zahnes zu- und abnimmtg so dase bei bestiimten Belastungen
den Motors Pendelschwing=gen angeregt werden.
Die Aufgabe der Erfindung
besteht darin) bei vollständigor Übereinstimung der Zahnteilung von St,änder und
Läufer innerhalb jedes einzelnen Polos der 2p Pole des Läufern einer
solchen #87ichromaschine das Auftreten von' Pendelmonenten zu vermeiden.
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Die Erfindmg'eeez'ieht sich auf einen Relukühtetor mit in Begnenten
unterteilten Muferl bei dem innerhalb jedes eiiwolnen Polbereichen der
2p Pole den Läufers die Zahnteilung Yon Ständer und Läufer übereinstimmen.
Erfindungsge-m säen sind die Läufersäbne einen Polos gegenüber den Läuferzähnen
den benachbarten Polen um einen ganzzahligen Bruchteil einer zahnteilung
t den Ständers gegeneinander versetzt. Irrbesondere erreicht man bei einer Versetzung
um tIkp bzw. um «-2'Jvieohen benachbarten Po16n"eete:Llhafte yormen den Idiuters.
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Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungebeispiel der
Erfindung erläutert, -rig. 1 zeigt eine JusfUhrungsform für eine vierpolig0
Maschine% also mit Polpaarzahl.p » 2 mit 36 offenen Ständernuten 2
und 8 Läufergähnen je Pol. Die Wicklung ist durch Schattierung angedeutet.
Der Läufer 3 trägt auf der Welle 4 ein sternförmiges Mittelnegment mit vier
Zähnen 6 bis 91- die aus der vierzähligen 87mmetrie so weit gegeneinander
versetzt sind, daso zwischen den Mittellinion der Zähne 6 und 7 bzw.
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8 und 0.*je 8 1/2 Ständerzahnteilungen t eingeschlossen
sind, zwischen denen der Zähne 7 und 8 bzw. 6 und
9 dagegen 1/2 -Ständer#q#ahnteilungen t. Die weiteren Läuferzähne werden
von u-förmigen läufersegmenten derart gebildet, daso die
Zahnteilung
den Läufern innerhalb des einzelnen Poles mit der Zahnteilung des Ständers-1
genau Übereinstimmt. Die läufersymmetrie ist also keine vierzählige, sondern nur
noch eine zweizählige. Eine systematische Untmeht den Läufers entsteht bei
zweizähliger Symmetrie nicht, sofern pt 2 ist. Die drei dargestellten u-Mm,#gen
Läufernogaente zwischen den Zähnen 6 und 7 bzw. zwischen
8 und 9
stimmen Jedoch nicht mehr mit den entsprechenden vier Läuforsognenten
zwischen den Zähnen 7 und 8 bzw. 6 und 9 überein. Insbesondere
sind auch die Pollücken zWiachen den Polen mit den Mittelzähnen 6 und
7 bzw. 8 und 9 von der Grösse 1 1/2 t und somit grönner
als die Poll-UeXen zwischen den Polen mit den Mittelzähnen 7 und
8 bzw. 6 und 9, die nur 1/2 t betragen. Eine noch feinere Versetzung
der Läuferzähne zu den Stände9##en bei benachbarten Polen"'.'.e#ßibt sich, wenn
die Läuferpole gegenüber ihren Nachbarn um 1/4 t versetzt sind% wobei eine ganze
Zahl -3 S 113 ints wie das in Yig. 2 und Pig. 3 für einen Reluktansmotor
mit 24 Btändernuten dargestellt ist. Die Versetzungen benachbarter PQI* werden erkennbar
bei Drohung des läutern um eine volle ]Polteilung-, hier bei Muchinen
mit der *Polpaarrabl p m 2 also um 90 0 . Eine Versetzung von -1/4
soll also heissen, dass d:Lerralative Lage der Zähne eines Idtuferpolos vor den
Zähnen den Ständers bei einer Dreh=S Yca 90c -t/4 die gleiche ist
wie vor der Drohung. Die Summe der genannten vier Versetzungen muas daher Null sein*
da Ja nach 4.90c) -, 360c Drohung die gleiche Ständer-Itäufer-Zahnstell:ung
ohne Versetzung erreicht sein Muse. Ausserdem. aues die aufsumnierte Verset=g
vier unterschiedliche Werta
aufweisen, wenn der Vorteil der Vormeidmg
von Fvndelmomenten erreicht werden soll. Bei Versetzung um t/2, wie*.-'n Fig.
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verschwinden zwar die Pendelmomente mit Zahnfrequenz_ftl die bei
N Ständerzähnen und p Polpaaren den Wert ft fx/p hat, nicht aber die
höheren Hamenischen £t2 2NIP.*; 44 - 4N/P4f usw. Bei einer Versetzung um
t/4 verschwindet dagegen euch £t2" Die aufeu»iortin Versetzungen zu der Ausführung
nach Pig. 2 sind -1/4; -1/21 -3/4 und 0 unter Zugrundelegung einer Versetzung
benachbarter Idiuterpole um -1/4 t, -I:/4t, -1/4t, + 3/4 t, die zu Pig.
5 -1/21 -1/41 -3/4 und 0 unter gleichartiger Zugrundelegung von -1/2t,
+1/4t% -1/2t +3/4t. In beiden Pällen kommen also keine Viederholungen in den Summenwerten
vor.. Beide Ausführungen aind bezüglich der Unterdrückung von Pendelsomenten daher
gleich gut. Bezüglich der zu kompensierenden Unvuaht den Läufern ist dagegen
die nach Fig. 3 vorzuziehen.
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Der ges«te Aufbau den läutern wird nämlich bei solchen Ver-Satzungen
um t/4 bei ]Polpmwzahl p '1 2 una7mätrisch unddaher mit einer gyat«atischen
Unwucht behaftetg die durch Auswuchtgewichte an b&IiliW Seiten des'Mutern ausgegliehen
werden mus3. Da ein solcher Notor mit ein« Taktigeber für den Wechselrichter
versehen worden imas, um die Voahaelrichterf:mquenz selbsttäti15 der Motordrehzahl
anzupassen, kann eine kenstruktive Kombination zwischen den erforderlichen AuiBwur.Ütmassen
und den Bauelementen für diese Vechselrichterimpalsgabe durcbSeführt werden» e Die
Abstimmung der ßtirke der einzelnen Uutersegmemte emd
die Gr8ese
der Abstände zwischen den Begaenten im Läuferinneren wird nicht gleichmässig gegliedert
sondern stufenweise so abgestimmt, dass bei sinuafbrmigem Strom- und Induktionsbelag
am Ständerumfang jedes Läufersagniont gleiche Induktion erfährt und die Ständerdurchflutung,
die ebenfalls sinunförnig verteilt istg auch zwischen den Läufersogmenten gleiche
Querfeldstärken hervorruft.
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Diese letztere Bedingung ause nur angenähert erfüllt werden. i"besendere
ist der Raum zwischen den Segnenten auch abhän-Sig von der Zahl der Sogmantel die
zwischen benachbarten lAuferpolen an der Volle vorbei von einem Pol zum Nachbarpol,
geführt worden. Diese Zahl :Lot in Wig. 2 unterschiedlich für den Raum zwischen
den Sternzähnen 6 und 7 bzwv 8 und 9 einer-Seite, weil
so sich um zwei U-förmige Sogmente handelt, und den Raum zwieohen
den Sternzähnen 7 und 8 bzw. 6 und 9
andererseits, wo
nur ein weiteres Segment eingebaut ist. Bei gleicher Läuferinduktion in allen Sogmenten
steht daher fUr die Beipentlücke an den Stellen mit nur einen U-förmigen Segment
sehr Raum zur VertUgung ala an den Stellen 9 po denen zwei Segmente eingefülo
sind. In allgemeinen wird daher der Begnentswischenraus auch durch diese konstruktive
Ungleichmännigkeit der.Zwiechenpolraum-Aufteilung mitbestimmt.
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Yig. 2 liest aber erkennen* dann die Segmentstärke und die Beguentabstände
in den Bereichen zwischen den sternzähndn 7
und 8 bzw. 9 und
6 von aussen nach innen zunehmen, und zwar in einer Weise, die dem Umstand
angepasst ist, daus trach oowohl die magnetischen Sogmantflüsse als auch die magnetische
Potentialdifferens zwischen benachbarten Segmenton vcn den
aussen
liegenden kurzen Segmenten bis zu dem Innen liegtenden sternförmigen Segment zunehmen.
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Sofern es sich um einen Reluktanzmotor handelt, der bei fester Notstrequenz
in der Lage istg nach dem Einschalten der Netzspannung aus dem Stillstand heraus
asynchron hochaUaufen und in den Synchronismus einzurasten, wie auch bei Roluktaannotoren
herkömmlicher Bauweise üblich, ist die Wtoilung den Läuferquerschnittee auf Gesamteisetquerschnitt
und geneatquerechnitt der Idicken zwischen den Sesmenten nach =deren Gesichtspunkten
durchzuführen als bei ReluL-tanzaotoren# die von einem Vee#selrichter gespeist
werden, dessen Prequens äer Jeweiligen läuferdrehzahl go angepasst wird#
dann der Motor von Stillstand au*-stets im 8ynohronism'us seiner Drehzahl
mit der betreffenden Speiselrequenz arbeitet. Im erateren Fall benötigt man
in Läufer einen Käfig, wie er von KUiglkuter-Äeywhrozmotoren her bekennt ist. PUr
. j ist in den Igeken zwischen den Läufersegdiesen Läuferkäfif senten hinreichend
Platz vorhanden. Fig. 1 stellt einen solchen Motor dar, bei dem die
Käfigstäbe durch die Schattierungen 10 angedeutet sind. Yür den a97nohronen
Hochlauf ist es nun wesentlichi dann das Verhältnis das magnetischen
Läuferwiderstanden in querrichtung,1 d.h. durch den magnetischen Ylueo; der &la
Querteldstärke zwischen den Begnenten zustande komtl nicht allzu groes gegenüber
demjenigen der Längsrichtung Ist, der fast nur durch den magnetischen luftspaltwiderstand
der Maschine bedingt ist. Bei derartigen asynchron hochlaufenden Reluktanzmotoren
muse also ein sol-Wher Komprimiaavert I%r das Verhältnis zwischen magnetischem (Zuerwiderstand
und magnetischem Längswiderstand im Läufer gewählt
worden, dass
sowohl der asynchrone 1100111auf -na.--h reichend starkem Lastmament gewährleistet
bleibt-imd dass Kippaoment bei 97nehronem Lauf, das umso grösser %,jj-rdg je gröseer
dieses magnetische Widerstandsverhältnis istl# dennoch den erforderlichen, höchatmöglizhen
Wert behält. Konatruktiv läuft dieser Kompromias darauf hinaus, dass der eiseafreie
eorzehnitt des Läufers in der Hauptsache dicht unterhalb der läuferoberfläche
konzentriert wird, wo er zur Aui)2ahme von Egfigstäben zur Verfügung steht, dags
dagegen der Segmentabstand iln Läuferirmern nach den für den Hochlauf erforder-.lieben
Gesichtspunkten verringert wird, so daso die Joche der Begwente stärker ausgelegt
worden können als das nach Masogabe den magnetischen Spannungsabfalls im
Läufereisen an sieh erforderlich wim. Aueserdem wird bei Motoren gr38serer Leistung-,
#mabesondere den Mittelsternes des liäufereisens" so viel Querschnitt zur Verfügung
stehen, daas hier Durchbrüche 13. angebracht werden Unnen, die in an sich bekannter
Weise für den XUlluftzutritt zu radialen ßpalten innerhalb das Uuferpaketes
dienen.
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Bei einem Motor dagegen, der für den Betrieb init einem Wechselrichter
vorgesehen ist, dessen Prequenz stets auf Synchronismus mit der der Motordrehzahl
entsprechenden Prequenz durzh einen Geber-gehalten wird, ist kein Käfig im läufer
erforderlich. Die Fis. 2 und 3 stellen einen derartigen Roluktanzmotor dar.
In diesen ?ällen wird das magnetische Widerstandsverhältnis so grose wie 1möglich
gemacht. Die Segmentsl.ärken werden den ein--Melnen Beszentflilegen 2,0 Ungepasst,
dasa die Eisen-AW im Läufer merklich =ter dem AW-Bedarf der ßtänderzähne
bleiben, und die Induktion in allen Begnenten etwa äio gi.eirhe ist =d dags
die
Segmantabstede so abgestuft worden, dass ein maximaler magnetischer Querwideretand
im Iäufer entsteht.' Für die optimale Auslegung dor Profile der Läufersegmente
in den Zähnen selbst gelten ähnliche Richtlinien wie bei Kätigläufer-Afflehronnaschinen.
Diean.der Iäuferoberfläche sichtbaren Zehnlücken sollen möglichst klein seint
um einen kleinen Zarterechen Faktor für die Iaftspalt-AV zu erhalten.
Anderereeita darf durch den Querfluas in der Nähe der Zahnlücken der Geaamtquerfluse
zwischen den Läufersogmenten nicht nennenavort-erhöht werden, Aue-BerstellungegrUnden
wird *an die Zahnlücken des Uufers in einer gewissen radialen Tiefe von etwa-
093 bis 1 » als Parallslopalt senkrecht zur IdLuteroberfläche ipstalten,
um eine wohldefinierte Zabe des
Spaltes am läuferumtang und eine vohldefinierte
Spältweite konstruktiv sicherstellen zu können. Die anachliessende Erweiterung der
Seigentlücke auf den ia radialen Teil der U-Uhenakel vorgesehenen Wort wird
mit einer Behrägung des Zahnprofilee von solcher ßteilheit ausgefUhrtl dass der
Zahnflusog dör-sich periodisch ah der Zahnepitze einseitig konzentrieren kam, an
keiner Stelle den Segnentes eine höhere Induktion bewirkt als in der Zabaspitze
selbst.
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Als Vorteil des ertindungegenkenen Roluktenzmotors
in Vorgleich mit Reluktanzmotoren Ubltohor Bauweise ist der wesentlich höhere
leistungstaktor zu nenneng als Vorteil in Vergleich mit den Asynahromotor
der vollständige Synchronismus bei etwa" gleichem-Leiatungefaktor und als Vorteil
im Vergleich mit Synchronaotoren mit gleichstromerregtem Polrad der Wegfall von
Schleifringen und Gleichstromerregung. Im Vergleich mit
87nahronmotoren
mit Dauermagnotpolrädern ist der erfind=gsgemässe Roluktanzmotor billiger in der
Herstellung und störunanfälliger, weil er nicht durch Stromstösse abmagnetisiert
worden kann wie die meisten Dauermagnetmotoren.
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Ein Roluktanzmotor der beschriebenen Art mit übereinstimmender Zahnteilung
im Ständer und im Läufer innerhalb jedes einzelnen Poles kam an sich
auch durch Sohrägung-den Läuferpaketen gegenüber den Ständerpeket vonPendelmonenten
befreit werden, selbst vonn die Zähnteilung am gesamten Läuferumfang mit
der des Ständere übereinstimmte Diese Lösung den Probleie der Pendelmomen.»
to erscheint einfacher als die erfindungegezässe. Tatsächlich aber ist in der Serientertigung
kein Unterschied bezUglich der Berstellungekosten vorhanden, weil man in beiden
Fällen einen aus Einzelnegnenten aufgebauten 14ufer mit Eilte eines Koliplottaohnitten
so herstellen wird, daso gunächst ein ringt8rmiger Zuommenhalt der ßegnente in Komplotteahnitt
stehenbleibt, der einen grösseren Aussendurohmesser hat als der herzustellen-de
Idufer. Der Iäufer wird mit diesen zusammenhängenden Begmenten aus Einzelblochen
anachliessend gestapelt und auf die Welle aufgezogen, dann mit einem Bindemittel
vergosseng wobei es sich um ein Metall (Siluzin)" wie bei Kärigläufermotoren
handeln kann, oder um ein Gieseharz, vorzugsweise Querzaraldite Erst nach dieser,
den mechanischen Zusammenhalt bewirkenden Ausfüllung der Begnentlücken wird da=
der Läufer auf a einen Solldurchmeseer abgedreht, wonach dabei am Läuferumfeng
die Zahnlücken zwischen den Begmenten frei werden.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungegewässen Versetzung der 2GRuferpole
Jeweils um Bruchteile einer Zahnteilung bei
übereinstimmender Zahnteilung
von Ständer und Läufer innerhalb des Poles gegenüber einer Lösung mit gegenüber
dem Ständer geaehrägtem Läuferpaket ist der wesentlich bessere Wirkungegrad der
erfindungegeaässen Ausführung. Infolge der Läuferschrägung ergeben sich hämlich
exiale magnetische Wochselpotentidle von Zahnfrequenz in den Läufiersegnenten, die
zu azialen Voahaelflünnen,9 also zu magnetischen Flüssen führen" die auf der Bleehabene
senkrecht stehen. Diese Störtl.Usne erzeugen erhebliche Virbelstromverluste, weil
die Lmellie der Begnente, für sie nicht wirksam ist. Der Läufer einer solchen Naschine
erzeugt daher auch im Synchronismus erhebliche V:Lrbeletrcmvc.rluatog die
den Wirkungsgrad der Naschine verschlechterni Dieser Effekt ist insbesondere
auch wirkeam bei Kleizmotoren mit niedrigen Ständernutzahlene für die ßrfindun esedenke
von besonderer Nutzanwendung ist.
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Um den erfindungegezässen Läufer eines Reluktanzmoters trotz
des in getrennte Sogmente unterteilten verklebten Läufereisene eine mechanische
Festigkeit zu geben, die derjenigen eines Läufers bisheriger Konstruktion entsprichti
wird einem weiteren Erfindungsgedanken entsprechend das lamellierte Läuferpaket
in einzelne Stapel unterteilt, zwischen denen vorzugsweise metallische, aber unbedingt
nicht ferromagnetisches nicht Gegmentierte, durchlaufende Bleche eingeklebt werden,
so daso sich die Pliehkräfte nicht nur über radialen Klebschichtkräften an den lamellierten
Segnentoberflächens sondern Insbesondere über Schubkräften an den Klebschichten
zwischen den Oberflächen.der Begnentbleche und der durchlaufenden Metallbleche abfangen.
Diese durchlaufenden Bleche-können zur Steigerung
der Scherfestigkeit
glocht sein und auch Löcher enthalten die den Kühlluftdurchtritt an den Kühlkanälen
11 nach Fig. 1
gewährleisten.