DE1638499A1 - Reluktanzmotor - Google Patents

Description

N. 95
Augsburg, den 19. Oktober 1967

National Research Development Corporation, Kingsgate House, 66-74· Victoria Street, London S.W.1, England

Reluktanzmot or

Die Erfindung betrifft Reluktanzmotoren. Derartige Motoren besitzen einen Ständer mit einer einphasigen oder mehrphasigen Wicklung, die zur Erzeugung eines umlaufenden oder pulsierenden, mehrpoligen magnetischen Feldes dient, sowie einen Läufer mit einer Käfigwicklung ähnlich den Wicklungen, wie sie von Asynchronmotoren her bekannt sind. Der Läufer weist eine ungleichförmige Verteilung des magnetischen Materials in Übereinstimmung mit dem vom Ständer erzeugten vielpoligen magnetischen Feld auf, derart, daß der Läufer während des Betriebes nach der Art eines Asynchron motors bis nahe an die synchrone Drehzahl hochläuft und

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dann vom magnetischen JeId des Ständers in Synchronismus gezogen wird, um synchron mit dem Ständerfeld ".weiterzulaufen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst v/erden, die Läuferkonstruktion im Sinne einer .Erhöhung des Wirkungsgrades und einer Erleichterung der Herstellung gegenüber den Lauf erkonstruktionen bekannter liaschinen zu verbessern und insbesondere zu ermöglichen, daß der Läufer in Verbindung mit polumschaltbar en Stand ervTicklungen ver-.vendet und bei jeder der jeweils wählbaren Polzehlen betrieben werden kann.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Reluktanzmotor aus, dessen Ständer eine Wicklung bestimmter Polpaarzahl bzw. eine zwischen verschiedenen Polpaarzahlen uaschaltbare Stander^vicklung aufweist und dessen aus magnetischem 7/erkstoff gefertigter Läufer eine Käfigwicklung und mehrere, den magnetischen EIuS in einer Richtung behindernde Sperren aufweist, die jeweils zu einer einzigen Durchmesserlinie des Läufers symmetrisch verlaufen und sämtlich zu einer einzigen, hierzu senkrechten Durchmesserlinie symmetrisch angeordnet sind_o Ein derartiger Reluktanzmotor ist gemäß der Erfindung dadurch, gekennzeichnet,

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daß die Zahl der Sperren nicht großer als die Polpaarzahl bzw. im Falle einer polumschaltbaren Ständerwicklung nicht größer als die Summe der unterschiedlichen Polpaarzahlen ist, wobei solche Polpaarzahlen nicht mitgerechnet werden, welche ganzzahlig in einer anderen Polp^crzahl enthalten sind.

Erfindungsgemäß ist also die Ζε-hl der den Fluß in einer bestimmten Richtung behindernden Sperren des Läufers bei einem Ständer, dessen Wicklung ein magnetisches Feld der Polpaarzahl ρ erzeugt, nicht größer als ρ und die einzelnen Sperren verlaufen einerseits ,jeweils einzeln symmetrisch su einer einzigen Durchaesserlinie des Läufers und sind andererseits svnmetrisch zu einer hierzu senkrechten Durchnesserlinie angeordnet.

äi: einer Ausführungsforis der Erfindung sind die

WinkelStellungen der Enden dieser FluSsrerren jeweils mit Bezug p-uf die genannte gemeinsrme Durcirzesser-Symnietrielinie so gewählt, dr-3 sich ein Winkel von ί «.„, genessen in 3ogenmaß ergibt, wobei *c_n - ^ (2n - 1) ist, wenn η die Werte aller ganzen Zahlen von 1 bis ρ einschließlich haben kann. Hieraus ergibt sich, daß der umfangsmäßige Abstand zwischen den Enden benachbarter FluSsperren jeweils gleich ist.

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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Ständer mit einer 7/icklung ausgestattet, die ein magnetisches Feld ergibt, das entweder p. oder Pp Polpaare haben kann, was wiederum durch Polumschaltung· erreicht wird. Hierbei wird beispielsweise ein Verfahren angewendet, welches als Pol-Amplituden-Modulation bekanntgeworden ist. Wenn p₂ kein ganzzahliges Vielfaches der Polpaarzahl p. ist, be-_Λ sitzt der Läufer .p. + pp Flußsperren. Ist jedoch p~ ein ganzzahliges Vielfaches von p^, so sind nur p~ Flußsperren vorgesehen. Ist die Anordnung in dieser Weise getroffen, so kenn der Läufer, mit einem magnetischen Drehfeld synchron laufen, welches entweder p. Polpaaren oder p~ Polpaaren zugeordnet ist.

Die Erfindung ist auch auf Anordnungen mit drei oder vier Drehfelddrehzahlen anwendbar, wenn ein Läufer vorgesehen ist, der eine Anzahl von Flußsperren besitzt, die der dunrae der durch die Ständerwicklung vorgegebenen Polpaarzahlen gleich ist. Bildet jedoch irgendeine Polpaarzahl ein ganzzahliges Vielfaches einer anderen Polpaarzahl, so bleibt die jeweils kleinere Polpaarzahl eu£er Betracht.Ergibt beispielsweise die Gtanderwicklung eine Polpaarzahl von 2, oder 4, so genügt es, wenn am Läufer sieben (d.h. 3 + 4) Flußsperren vorgesehen sind.

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Im folgenden wird die Erfindung durch die BeSchreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

Die Figuren
bis 6 ·

schematische querschnitte durch Läufer von Reluktanzmotoren nach der Erfindung mit den Polpaarzahlen 1, 2, 3, 4·, 5 und 6,

Figur

einen Querschnitt durch einen Läufer für einen polumschaltbaren, durch PoI-Amplituden-Modulation auf andere Polzahlen umstellbaren Motor, welcher mit sechs Oder acht Polen betrieben wird, und

Figur 8

eine gegenüber der Maschine nach Figur abgewandelte Ausführungsform der Erfindung.

In Figur 1 ist ein Läufer 1 eines Reluktanzmotors dargestellt, der eine Käfigwicklung trägt, die aus am umfang des Läufers angeordneten Leiterstäben 2 gebildet ist« Der Läufer ist in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Ständer an-

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geordnet, der eine gebräuchliche, am Innenumfang verteilte Wicklung trägt, v/elch letztere ein zweipoliges magnetisches Drehfeld erzeugt. D^ies bedeutet -also, ds£ die ±-olp aar zahl· ρ im vorliegenden Fall 1 ist« Der Läufer v:eist eine Flui:sperre 3 auf, welche auf einer Durchmesserlinie TV liegt. Die Sperre 3 ist demgemäß sowohl zu der Durchmesserlinie ZX¹ , v;e_lche senkrecht zu der Linie TV verläuft, eis auch zu der letzteren symmetrisch angeordnet.

Figur 2 zeigt einen Läufer, welcher in einem Ständer verwendet wird, dessen Wicklung ein vierpoliges magnetisches Drehfeld ergibt, d.h. die PoIp-erzähl beträgt 2. Der Läufer nach Figur 2 der Zeichnungen besitzt zv-ei Fiui;sperren M- und 5, '■velche beide jev/eils einzeln s^Tirtetrisch zur Durchmesserlinie XX¹ angeordnet sind und mit Bezug aufeinander symmetrisch zur Durchmesserlinie TV liegen» Die zerren M- und sind so gekrümmt, da£ sie der bevorzugten FluJEricLtung durch den Läufer hindurch folgen. Dieses Lerkir^l ist ζν/ε-r v/icLtig, tritt jedoch gegenüber den vorstehend beschriebenen Ilerkmalen in seiner Bedeutung zurück. Die Winkel zwischen den Enden der Flußsperren 4 und 5 einerseits und der Durchmesser- / linie XX¹ andererseits betragen im Bogenmaß -q— bzw. sich aus der oben angegebenen Formel ergibt.

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Figur 3 der Zeichnungen zeigt einen Läufer 'zur Verwendung in Verbindung mit einem sechspoiigen Ständer-Drehfeld. Die Polp?arz?hl ρ betrögt -^lso 3 und demgemäß sind drei Flußsperren ö, 7 und S vorgesehen. Die Flußsperre 7 nimmt die gleiche Steliun- ein .vie die Fluisx^erre 3 nach Figur 1 der Zeichnungen, v.ohrend die Jlußsperren 6 und S gekrümmt sind und an den Enden gegenüber der Durchmesserlinie XX' einen Ainkel von —r— bzw. ^- einnehmen, wie sich

c * ο '

ebenfalls aus der obiger. Formel ergibt.

Figur 4 zeigt einen Läufer für einon Ständer mit einer achtpoligen Feldwicklung. Die Fclp-arz-hl betragt also ·<· und deagemüB sind vier FIu.':sperren °, 10, "-">. und 12 vorgesehen. In diesem Falle liegt keine einz·. Ine Flufisperre euf einer Durchmesserlinie und ?.lle vier Sperren trind gekrümmt. Me von den Enden der Sperren 9 und 12 eingenommenen Kinkel gegenüber der Durclimesserlinie "JZV betrijen -^- bsw. -^^-, während die ".Vinkel, die *ven den verbleib^riden irerr^n 1C und 11 eingenomnen werden, im BogenasB ^- bsv;. ^i- betragen.

V/eiter zeigt Figur 5 der Zeichnungen einen Läufer für ein sehnpoliges Ständerfeld, d.h. ρ ist gleich 5 und demgemäß

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sind fünf Flußsperren vorgesehen. Eine dieser Sperren, nämlich, die mit 15 "bezeichnete Sperre, erstreckt sich längs der Durehmesserlinie YX' , während die vier anderen Sperren symmetrisch zu beiden Seiten der Durehmesserlinie ΪΥ¹ angeordnet sind. In diesem Falle "betragen nun die Winkel OC^ und ot-c (entsprechend den von den kürzesten Flußsperren eingenommenen WinkelStellungen) im Bogenmaß ?fe- und -T^C, während die Winkel fx. und pc^ (entsprechend den 7/inkelstellungen der Enden der dazwischenliegenden Fluß-

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sperren) im Bogenmaß *£- und 4^- betragen.

Figur 6 zeigt den Läufer eines Motors, dessen Ständer ein zwölfpoliges Feld erzeugt, d.h. ρ = 6 und folglich sind auch sechs Flußsperren vorhanden. Eine zentrele, längs einer Durclxmesserlinie verlaufende Flußsperre ist nicht vorgesehen. Die Enden der Flußsperren nehmen ',Yinkelstellun en <&,,, oCp, oC^, OC^, OC₁- undOCg ein, deren Winkel jeweils Werte von

Es sei darauf hingewiesen, defi bei sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung die Reluktanz des

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Läufers in Richtung der magnetischen Längsachse bedeutend geringer als in Richtung der Querachse ist, welche gegenüber der Längsachse einen Winkel von 90 elektrischen Graden einnimmt. In den Zeichnungsfiguren sind die Polaritäten des Läufers bei der Stellung in der Querachsenrichtung angedeutet.

Die im Zusammenhang mit den Zeichnungsfiguren 1 bis beschriebene Konstruktion kann auch so abgewandelt werden, daß sie für polumschaltbare Motoren brauchbar ist. Ist beispielsweise der Ständer so ausgebildet, daß sich eine Polpaarzahl von entweder p,. oder Pp ergibt und ist keine der beiden Polpaarzahlen ein ganzzahliges Vielfaches der jeweils anderen Polpaarzahl, so sind am Läufer p. + Pp Flußsperren vorzusehen. Ist beispielsweise ein Motor so aufgebaut, daß er entweder mit sechs Polen oder mit acht Polen betrieben werden kann, so daß ρ^, « 3 und Pp » 4, so sind am Läufer sieben Flußsperren vorzusehen, welche in ihrer Anordnung einer Überlagerung der in Figur 3 gezeigten Flußsperren mit den in Figur 4- -gezeigten Flußsperren entsprechen. Das Ergebnis dieser Überlagerung ist in Figur 7 der Zeichnungen wiedergegeben.

Ist eine größere Polpaarzahl p~ ein ganzzahliges Vielfaches

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einer kleineren Polpaarzahl ρ ^, so muß lie Anzahl der Flußsperren lediglich der Zahl Pp entsprechen, da die für die größere Polpaarzahl vorgesehenen Flußsperren auch den über die magnetische -uerachse verlaufenden Fluß hinsichtlich der kleineren Polpaarzahl behindern.

Die Erfindung ist auch auf Kombinationen von Polpaerzählen entsprechend drei Drehfelddrehzahlen anwendbar, indem entweder eine bestimmte Zohl von Flußsperren vorgesehen wird, welche der Summe sämtlicher vorkommender PoIp5erzählen gleich ist, oder welche der Summe von nur z?;ei der vorkommenden Polpearzahlen gleich ist, v;enn nämlich eine der Polpaarzahlen ein ganzzahliges Vielfaches einer anderen Polpaarzahl ist. 3o ist beispielsweise die in Figur 7 der Zeichnungen gezeigte Konstruktion, die für sechspoligen Betrieb und für achtpoligen 3etrieb vorgesehen ist, auch für eine Kombination von vierpoligem, sechspoligem und achtpoligem Betrieb verwendbar, da die größte Polzahl ein ganzzahliges "Vielfaches der kleinsten Polzahl ist.

Schließlich kann man den der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken auch auf Polkombinationen entsprechend vier Drehfelddrehzahlen anwenden, wobei man die Zahl der erforderlichen Flußsperren stets euf einen annehmbaren ',Vert verringern kenn_s

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nachdem eine oder mehrere der größeren Polsahlen häufig ganzzahlige Vielfache der kleineren Polzahlen sind, D'er Läufer nach Figur 7 der Zeichnungen kann demgemäß für folgende Polkombinationen Verwendung finden: 6/8, 4/6, 2/6, 2/V6, 4/6/8 und 2/4/6/8.

Aus den Figuren 1 bis 6 der Zeichnungen ist zu entnehmen, daß die Durchmesserlinie ICX' stets mit der Sichtung zweier magnetischer Querachsen zusBW&eniX'alLt. Bei der Aus führung s form nach Figur 7 der Zeichnungen, welche sowohl für sechspolige als auch für achtpolige Drehfelder bestiaist ist, fallen die Querachsen für beide Betriebsfille mit der Durchmesserlinie XX¹ zusanmen. DemgemäE können die beiden äu£eren Pnare von Flußsperren 24, 25 und 29, 3C durch axiale Kuten ersetzt v/erden, wie sie bei den Läufern bekannter Heiukt---nz:notoren zu finden sind. Eine derartige Konstruktion ist in Fi^ur 8 der Zeichnungen gezeigt, bei welcher die jeweils 14u5eren Ps-are von Flußsperren nach Figur 7 der Zeichnungen durch axiele Ernten 31 und 32 ersetzt sind.

Es sei darauf hingewiesen, de?, auch im Falle von Maschinen für eine einzige SreMeldirehzahl jede der außenliegenden FluBsperren in gleicher 7/eise durch eine axiale

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Nut ersetzt werden kann. Im allgemeinen wird man geeignete Kombinationen von Flußsperren und Axialnuten wählen, wobei die oben dargelegten Gesichtspunkte zu berücksichtigen sind. Die Flußsperren haben vorzugsweise die in den Zeichnungen im Querschnitt gezeigte Gestalt von im Läufermaterial vorgesehenen inneren Luftspalten.

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Claims (4)

1. Patentansprüche;

   Reluktanzmotor, dessen Ständer eine Wicklung bestimmter Polpaarzahl bzw. eine zwischen verschiedenen Polpaarzahlen umschaltbare Ständerwicklung aufweist und dessen aus magnetischem Werkstoff gefertigter Läufer eine Käfigwicklung und mehrere, den magnetischen Fluß in einer Richtung behindernde Sperren aufweist, die jeweils zu einer einzigen Durchmesserlinie des Läufers symmetrisch verlaufen und sämtlich zu einer einzigen hierzu senkrechten Durchmesserlinie symmetrisch angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß .die Zahl der Sperren (3 bzw. 4-, 5 bzw. 6, 7» 8 bzw. 9 bis 12 bzw. 13 bis 17 bzw. 18 bis 23 bzw. 24 bis 30) nicht größer als die Polpaarzahl (p) bzw. im Falle einer polumschaltbaren otänderwicklung nicht größer als die Summe der unterschiedlichen Polpaar zahlen (p^,, Pp) ist, wobei solche Polpaarzahlen nicht mitgerechnet werden, welche ganzzahlig in einer anderen Polpaarzahl enthalten sind.
2. 2. Reluktanzmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Sperren eine gebogene Form haben und an ihren Enden in Radialebenen des Läufers einmünden.

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3. 3. Reluktanzmotor nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch. gekennzeich.net, daß die Enden ge ".veils benachbarter Sperren am Läuferumfang jeweils gleichen Aost nd voneinander haben.
4. 4. Reluktanzmotor nach Anspruch 1 oder ?, 1:-durch gekennzeichnet, daß die Zahl cer Sperren um eine gerade Zahl kleiner als die Polpssrz&hl (p) cder die ouame der Polpaarzahlen (p., p_o ...) ist und dsß im Bereich der einander gegenüberliegenden Enden der gen-einsomen Symmetrielinie (XX') der einzelnen ^r^vven ^m Läufer ,jev/eils einen bestimmten Umfangsabscr-ni-tt einnehmende Uuten (31, 32) vorgesehen sind (li^ta? S).

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