DE1902652C3

DE1902652C3 - Hysterese-Synchronmotor mit den Luftspaltfluß vergleichmäßigenden weichmagnetischen Blättchen im Luftspalt

Info

Publication number: DE1902652C3
Application number: DE1902652A
Authority: DE
Inventors: Peter-Konrad Prof.Dr.Ing. 1000 Berlin Hermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1968-01-26
Filing date: 1969-01-15
Publication date: 1974-08-22
Also published as: FR2028368A1; CH469404A; SE358780B; DE1902653A1; NL7000599A; DE1902652B2; US3610978A; GB1302414A; DE1902652A1; BE744400A; DE1902653B2

Description

B, · d B. - B, h

nichl wesentlich überschritten wird, worin ß, der Scheitelwert der mittleren Luftspaltinduktion und B_i die Sättigungsinduktion des Blättchenmaterials bedeutet.

vollen Umlaufwinkel ?. η ergibt. Auch bei einem oxydmagnetischen Hysterese läufer, bei dem Wirbelstrome durch Oberwellen nicht auftreten können, kann durch innere Schleifen beim synchronen Lauf in oberwellenreichem Drehfcld eine Verminderung de synchronen Kippmomentes unter den theoretischen Wert stattfinden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, im Luftspalt des Synchronmotors einen weitgehend sinusförmigen Verlauf der Luftspaltinduktion zu erzielen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einem einuangs beschriebenen Hysterese-Synchronmotor darin gesehen, daß die Dicke (d) der Blättchen (B) und ihr Ar stand (A) von den Ständerzähnen so aufeinander abgestimmt sind, daß die Gleichung _d *=> £ erfüllt ist, wobei α die eine Überdeckung von Blättchen und Zahnkopf und b die Weite der ZahnkupHü.ke bedeutet.

Es ist bereits ein Hysteresemotor beschrieben worden, in dessen Luftspalt ein dünner Zwischenring in kleinem Abstand vom Ständer angeordnet und mit diesem mechanisch fest verbunden ist. Dieser Zwischenring besteht aus weichmagnetischem Material und kann einstückig ausgeführt oder in einzelne Blättchen aufgJteilt sein (USA.-Patentschrift

Di·.; Erfindung bezieht sich auf einen Hysterese-Synchronmotor, bei dem im Luftspalt vor dem Ständerzahnpolkranz ein weichmagnetischer dünner Zwischenring in kleinem Abstand vom Ständer mit die- *em mechanisch fest verbunden angeordnet ist, wobei der Zwischenring in einzelne, die Zahnlücken jeweils Überbrückende Blattchen aufgeteilt ist.

Bekanntlich soli ein solcher Hysteresemotor eine Drehmoment-Drehzahlkennlinie mit konstantem Drehmoment bis zum vollen Synchronismus besitzen. Der Vorteil dieser Motorart gegenüber Induktionsmotoren besteht darin, daß sie mit vollem Nennmoment in den Synchronismus hochläuft und bei kleinem Arbeitsmoment vollständig synchron in konstanter Phasenlage bzw. elastisch mit dem Dreh-IcId gekoppelt wie bei einem Synchronmotor in Synehronismus verbleibt, während ein Induktionsmotor gegen das Drehfeld mit einem lastabhängigen Schlupf turückbleibt.

Da im allgemeinen der Hystercseläufer aus metallischem Werkstoff besteht, werden in ihm während des •synchronen Hochlaufs Wirbelströmc induziert, so «laß sich zu dem konstanten Hysteresemoment ein «synchrones Induktionsmoment addiert, das bei Annäherung an den Synchronismus verschwindet. Dadurch wird der Anlauf beschleunigt, aber das synchrone Kippmoment nicht beeinträchtigt.

Dagegen werden durch zeitliche und räumliche Überwellen des erregenden Drehfeldes zusätzliche Wirbelströme im Läufer induziert, die bei Synchronismus der Drehzahl mit der Grundwclle nicht vcrschwinden und die das synchrone Kippmoment unter den theoretischen Wert senken, der sich aus der Ummagnetisierungsarbeit des Läufers geteilt durch den

Die bei dieser bekannten Anordnung vorgesehenen, den Polfluß vergleichmäßigenden einzelnen Blcchabschnitte sind voneinander nur durch schmale Spalte getrennt. Im Gegensatz dazu sind die die einzelnen Bleche unter den Ständerpolen trennenden Spalte bei der Erfindung bewußt breiter gewählt. Das hat folgenden Grund: Die Bleche stellen magnetisch eine Äquipotentialfläche dar. Liegen nun zwei solcher Flächen nebeneinander — jede mit einem bestimmten, gegenüber dem Neber.bloch jedoch unterschiedlichen Potential —, so treten damit in der am Umfang verteilten Läuferinduktion ausgeprägte Treppensprünge zur Annäherung der Luftspaltinduktion an die Sinuskurve auf. Bei der Erfindung sind die Spalte erfindungswesentlich bewußt breiter gemp^ht, so daß die Läuferinduktion besser der Sinuskr.rve verteilt über den Umfang genähert werden kann. Der damit verbundene Vorteil, daß auf Grund einer derartigen Unterteilung des Zwischenringes der praktische Effekt dem gleichkommt, den man bei dreifacher Zahnzahl erreicht hinsichtlich der Glättung des sinusförmigen Verlaufs der Luftspaltinduktion ist der genannten Entgegenhaltung nicht zu entnehmen.

An Hand einer Zeichnung sei ein schcmatisches Ausführungsbcispicl der Erfindung erläutert. Es zeigt

F i g. I den theoretischen Drehmomentverlauf eines Hysterese-Synchronmotors über der Drehzahl.

F i g. 2 und 3 über eine Abwicklung eines Hysterese-Synchronmotors den Verlauf magnetischer Kenngrötkn und

F i g. 4 konstruktive Bemessungseinzelheiten des erfindungsgemäßen Gegenstandes.

Die F i g. 1 verdeutlicht, daß ein Hystcrcse-Synchronmotor theoretisch eine Drehmoment-Drchzahlkennlinie mit konstantem Drehmoment bis zum vollen Synchronismus aufweist. Die Fig. 2 zeigt irn oberen Teil die Abwicklung eines Abschnittes eines Hysterese-Synchronmotors und darunter das sich stufenweise verändernde, im Mittel sinusförmig verlaufende Ständerpotential w_s/, das stetig sinusförmig

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verlaufende, etwas phasenverschobene kleinere LUuferpotential «_t und die aus der Differenz dieser Potentiale und dem zahnmodulierten Luftspaltwiderbtand sich ergebende Luftspaltinduktion B₁ bei nicht erfmdungsgemäßcr Ausführung des Zwischenring!·, Am Verlauf der Luftspaltinduktion B₁ erkennt man stellenweise die Zahnlückcneinbrüchö E und an anderen Stellen die >Dachschräge« D unter den Zähnen. In F i g. 3 ist die abschnittsweise Unterteilung des Zwischenrings gemäß der Erfindung in ihrer Wirkung to dargestellt. Der Zwischenring ist in einzelne, die Zahnlücken überbrückende und nur an den Rändern der Zähne diese mit geringem magnetischen Spalt überdeckende Einzelblättchen B aufgeteilt. Die Lükken zwischen den Einzelblättchen B stellen also nicht nur eine die Wirbelstromverluste vermindernde elektrische Isolation dar, sondern sie sind so breit, daß das Potential der darunter frei werdenden Zahnober fläche direkt zum Läufer hin einen merklichen Anteil des Zahnflusses übergehen läßt, der nicht durch die magnetischen Blättchen des Zwischenringes beeinflußt wird. An Stellen hoher Nutdurchflrtung bilden diese Blättchen eine Art magnetischen Spannungsteiler, da jedes Blättchen auf der Strecke der Zahnlücke abgesättigt wird und dieser Sättigungsfluß an den magnetischen Spalten zu den Nachbarzähnen einen Zusatzfluß bedingt, der magnetische* Potentialdifferenzen unterschiedlichen Vorzeichens bewirkt. Die volle Zahnteilung wird somit in vier Teile unterteilt, von denen zwei durch die Überdeckungsbereiche von Blättchen und Zahn gebildet werden, einer von der Zahnlücke und der letzte von der offen liegenden Zahnnäche zwischen den Blättchen. Infolge des Potentialgefälles, das der Sättigungsfluß der Blättchen an den Überdeckungsstellen hervorruft, werden die drei Teile über der Zahnfläche abgestufte magnetische Potentiale annehmen, so daß die verbleibende Potentiahtufe über der Zahnlücke erheblich weniger steil ausfällt als ohne solche magnetischen Spannungsteilerblättchen. 4^

Die Wirkung des erfindungsgemäß unterteilten Zwischenringes ist dann praktisch die gleiche wie die, die bei dreifacher Zähnezahl erreicht werden könnte bezüglich der Glättung des sinusförmifjen Verlaufes der Luftspaltmduktion B_x. Sie ist aber viel einfacher herstellbar, da eine vielnutige Wicklung teurer ist als eine solche mit wenigen Nuten und da der erreichbare Kupferfüllfaktor der Nuten bei vielen schmalen und tiefen Nuten äußerst schlecht würde.

In F^;g.2 und 3 ist um 90" phasenverschoben gegen ß, die Läuferlängsinduktion B₁ mit eingetragen, die sich bei einem Ringläufer entsprechend der Integrution der Luf.spaltflußdielue über den Läuferumfang ergibt:

S(B -B_tl)äx.

sowie die Längsfeldstärke H_L im Läufer, deren fangsintegral das Läuferpotential

«t = SH_Ldx

ergibt, und die daher gegenüber diesem ebenfalls um 90 räumlich verschoben ist. d_u ist hierin die Dicke des ringförmigen Läufers, B₁ die Luftspaltmduktion, B_s, die Läuferstreufeldindukticin an der vom Ständer angewandten Seite. Die Läuferkoordinate χ beginnt auf dem Ständerumfang am Luftspalt mit beliebigem Nullpunkt. In F i g. 3 sind die Stellen der Zahnmitte im Verlauf des Zahnpotentials W₄, im Kurvenzug stark ausgezogen. In den dazwischenliegenden Strekken ist die Luftspaltinduktion der Potentialdifferenz /wischen dem Potential der Blättchen W₆, und dem des Läufers (~>_L proportional. Der Verlauf von (-)„, ist im Kurvenzug jeweils S-förmije gekrümmt dargestellt, wie es der Wirkung der Absauigung des Blättchens an stromführenden Nuten und dem magnetischen Übergangswiderstand zu den Zähnen hin entspricht. Als Dimcnsionierungsregel für die Bemessung der Dicke d dieser Blättchen und des magnetischen festen Spaltes Λ zu den Ständerzähnen gilt die Formel

6=^2a-d. b

Hierin ist α die eine Überdeckung des Blättchens mit dem Nachbarzahn und b die Nutweite, wie es F i g. 4 veranschaulicht. Außerdem wird die Dicke d der Blättchen so gewählt, daß das Produkt aus Sättigungsinduktion B_s und Blättchendicke zwischen dem Wert des Scheitelwertes der mittleren Luftspaltinduktion S₁ und der Nutbreite und dem Doppelten dieses

Wertes liegt

- b

ß, < d B„ < B, b.

Der räumliche Winkel zwischen U₁ und B₁ ist mit 30 bis 35° dargestellt, das entspricht einer mittleren Qualität des Hystcresematerials, bei dem die Scheitelieldstärke der ümmagnetisierungsschleife das 1,7-bis 2tache der Koerzitivfeldstärke ist. Die dargestellten Kurven entsprechen etwa experimentellen Daten eines 24nutigen Hysterese-Synchronmotors.

Die Erfindung führt zu einer besonders vorteilhaften Konstruktion bei rasch laufenden Hystercsc-Scheibenmotoren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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ti Patentansprüche:

k I. Hysterese-Synchronmotor, bei dem im Luft-

% epalt vor dem Ständerzahnpolkranz ein weich-

. magnetischer dünner Zwischenring in kleinem

' Abstand vom Ständer mit diesem mechanisch fest

f", verbunden angeordnet ist, wobei der Zwischen-

ä ring in einzelne, die Zahnlücken jeweils über-

brückende Blättchen aufgeteilt ist, dadurch «»

5j gekennzeichnet, daß die Dicke (</) der

"J Blättchen (B) und ihr Abstand (A) von den

£. Ständerzähnen so aufeinander abgestimmt sind,

daß die Gleichung . <% * erfüllt ist, wobei a

V « ο *5

§ die eine Überdeckung von Blättchen und Zahn-

kopf und b die Weite der Zahnkopflücke be-

^?- deutet.
2. Hysteresemotor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, 'laß die Dicke (d) der Blättchen (B) so gewählt v.?rd, daß die Grenzbedingung