DE1929816A1

DE1929816A1 - Elektrische Maschine,insbesondere Reluktanzmotor

Info

Publication number: DE1929816A1
Application number: DE19691929816
Authority: DE
Inventors: William Fong
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1968-06-13
Filing date: 1969-06-12
Publication date: 1970-07-02
Also published as: GB1270807A; FR2010832A1; CH492330A

Description

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

Elektrische Maschine, insbesondere Reluktanzmotor

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Reluktanzmotor, dessen Ständer eine ein Magnetfeld mit einer Anzahl von Polpaaren erzeugende Wicklung und dessen Läufer eine kurzgeschlossene Wicklung und den Magnetfluß führende Teile mit Sperren für den Magnetfluß aufweist,, welch letztere einerseits die Richtung des Direktflusses zwischen jeweils abwechselnd aufeinanderfolgenden Polpaaren nicht kreuzen und andererseits den Quadraturfluß kreuzen.

- 1 003827/1092

ι.

Derartige Maschinen besitzen einen Ständer mit einer einphasigen oder mehrphasigen Wicklung zur. Erzeugung eines pulsierenden oder umlaufenden, mehrpoligen Magnetfeldes und einen Läufer mit einer Käfigwicklung oder mit einer kurzgeschlossenen Wicklung ähnlich den Rotorwicklungen, wie sie von Asynchronmotoren her bekannt sind. Der Läufer weist eine anisotrope bzw. ungleichförmige Verteilung des magnetischen Materiales in Übereinstimmung mit dem vom Ständer erzeugten vielpoligen Magnetfeld auf. Durch die ungleichmäßige Verteilung des Magnetmateriales ergeben sich für den Magnetfluß Wege mit kleinem magnetischem Widerstand, wenn der Rotor mit Bezug auf das Magnetfeld des Stators eine bestimmte Stellung einnimmt, welcher sich hierdurch ergebende Magnetfluß im folgenden mit Direktfluß bezeichnet wird. Ferner ergeben sich durch eine solche ungleichmäßige Verteilung des magnetischen Materiales für den Magnetfluß Magnetflußwege mit großem magnetischem Widerstand, wenn der Rotor mit Bezug auf die genannte Direkt-) flußstellung eine um 90 elektrische Grade versetzte Stellung einnimmt, welche im folgenden als Quadraturstellung bezeichnet wird. Nach dem Einschalten eines solchen Reluktanzmotors läuft der Läufer nach Art eines Asynchronmotores bis nahe an die synchrone Drehzahl hoch, wird dann vom Magnetfeld des Ständers mitgenommen und läuft dann synchron mit diesem Magnetfeld

des Ständers weiter.

009^7/ 1 092

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei Reluktanzmaschinen der vorstehend erwähnten Art den Läufer im Sinne einer Erhöhung des Wirkungsgrades zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Rotor von Reluktanzmaschinen der eingangs erwähnten Bauart ρ Magnetflußsperren vorgesehen sind, wobei ρ die Anzahl der Statorpolpaare, jedoch nicht kleiner als 3 ist.

Zweckmäßigerweise sind die genannten Magnetflußsperren gemäß der Erfindung rund um die Rotorachse herum vorzugsweise nahe des Rotorumfanges symmetrisch angeordnet und entsprechen die von den Enden der einzelnen Magnetflußsperren und die von den Enden einander benachbarter Magnetflußsperren mit Bezug auf die Rotorachse eingeschlossenen Winkel, im Bogenmaß ausgedrückt, dem jeweiligen Wert von -£- .

Ferner können gemäß der Erfindung Hilfs-Flußsperren vorgesehen sein, um welche die genannten, als Hauptflußsperren bezeichenbaren Magnetflußsperren herumgreifen, indem sie beispielsweise zu diesen parallel verlaufen. Außerdem kann der Rotor gemäß der Erfindung mit Axialnuten versehen sein, die innerhalb der durch die Enden der einzelnen

- 3 009827/1092

Magnetflußsperren begrenzten Sektoren und/öder innerhalb der durch die Enden jeweils einander benachbarter Magnetflußsperren begrenzten Sektoren am Rotorumfang liegen.

Abweichend hiervon können gemäß der Erfindung auch zwei Sätze Hilfsflußsperren vorgesehen sein, wobei jeder Satz eine der Anzahl der Rauptflußsperren entsprechende Anzahl von HiIfsflußsperren aufweisen kann und wobei der eine Satz der Hilfsflußsperren im wesentlichen parallel zu den Hauptflußsperren angeordnet und von diesen umgeben sein kann, während der andere Satz der Hilfsflußsperren in den jeweils zwischen einander benachbarten Hauptflußsperren gelegenen Sektoren untergebracht ist.

Mehrere Äusführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgebildeter Rotoren von Reluktanzmaschinen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 bis 4 sehematische Stirnansichten gestanzter Rotorbleche von Reluktanzmaschinen mit drei bzw. vier bzw. fünf bzw. sechs Polpaaren,

Pig. 5 eine sehematische Stirnansicht

eines gestanzten Rotorbleches

- 4 009827/1092

für eine dreipolige Reluktanzmaschine, welche Hilfssperren für den Magnetfluß und axial verlaufende Umfangsnuten aufweist, und die

Pig. 6 bis 10 schematische Stirnansichten

weiterer Ausführungsformen erfindungsgemäßer Rotoren von Reluktanzmaschinen.

Zunächst wird auf Pig. 1 der Zeichnungen Bezug genommen, in welcher ein gestanztes Blech eines Rotors dargestellt ist, welcher für die Verwendung in einem Motor bestimmt ist, dessen Stator eine Wicklung mit drei Polpaaren aufweist, d.h. die gesamte Anordnung stellt eine sechspolige Maschine dar. Das gestanzte Rotorblech weist drei Plußsperren 1, 2 und 3 auf, die nahe des Rotoraußenumfanges rund um die Rotorachse herum symmetrisch angeordnet sind, so daß der von den Enden der einzelnen Plußsperren mit Bezug auf die Rotorachse eingeschlossene Winkel jeweils einem Bogenmaß von ^*/3 entspricht. Der von den Enden einander jeweils benachbarter Plußsperren mit Bezug auf die Rotorachse eingeschlossene Winkel beträgt ebenfalls ¹TF/?. Die Plußsperren liegen im

009827/1092

wesentlichen parallel zu dem jeweils von einem Statorpol aus durch den Stator-Rotor-Luftspalt und den Rotor hindurch zu dem jeweils angrenzenden Statorpol führenden Magnetflußweg des Direktflusses. Diese Flußsperren verlaufen jedoch quer über die Magnetflußwege des Quadraturflusses,. wobei in Fig. 1 die Polaritäten des Rotors angegeben sind, wenn dieser die Quadraturstellung einnimmt·

Die MagnetfluSsperren 1, 2 und 3 können dadurch gebildet sein, daß aus einem kreisrunden Stanzteil aus magnetischem Material Schlitze mit der in Pig. I dargestellten Form ausgestanzt Sind. Außerdem sind die gestanzten Rotorbleche rund um ihren Itofang herum mit Schlitzen bzw. öffnungen 4 zur Aufnahme von Stäben einer Käfigwicklung versehen.

Die in Fig. 1 dargestellte Rotorkonstruktion, welche für eine Maschine mit drei Palpaaren bestimmt ist, kann auch auf Maschinen mit einer größeren Anzahl von Polpaaren Anwendung finden und in Fig. 2 der Zeichnungen ist ein gestanztes, für Maschinen mit vier Polpaaren geeignetes Rotorblech schematisch dargestellt. Bei dieser in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind vier rund um den Rotor herum symmetrisch angeordnete Magnetflußsperren vorgesehen, deren Enden mit Bezug auf die Rotoraehse jeweils einen Winkel von ff"'/K einschließen.

- 6 009827/1092

In gleicher Weise zeigen die Fig. 3 urid Ψ gestanzte Rotorbleche nach der Erfindung für Rotoren von Maschinen ait fünf bzw. sechs Polpaaren. Das in Fig. 5 dargestellte Rotorstanzteil weist fünf Magnetflußsperren auf und der von den Enden der einzelnen Flußsperren mit Bezug auf die Rotoraohse eingeschlossene Winkel beträgt W"/5· In dem in Fig. 4 dargestelltes! Rotorblech sind sechs MagnetfluS-sperren gebildet und der von den Enden der einzelnen Flußsperren mit Bezug auf die Rotorachse eingeschlossene Winkel befci'Sgt ^ /6» Bsi allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind in der Zeichnung die Polaritäten angei* wenn der Rotor die Quadr&turstellung

Fig. 5 der Zeichnungen zeigt schematised, ein gestanztes Rotorblech für eine Maschine roit drei Polpaaren, welches zusätzlich su den Merkmalen des in Fig. 1 dargestellten Rotorbleohes weitere Merkmale aufweist. Bas in Fig. 5 dargestellte Rotorblech weist ähnlich der Darstellung in Fig. 1 drei MagnetfluSsperren 1, 2 und 3 und zusätzlich hierzu drei Hilfs-Flußspex'ren 6, 7 und 8 auf ₉ welch letztere zu den Hauptflußsperren I₉ 2 und 3 im wesentlichen parallel verlaufen und jeweils innerhalb der von den Enden dieser HauptfluSsperren mit Bezug auf die Rotorachse eingeschlossenen Winkel liegen. Das Stanzteil

009827/10 92

weist ferner an seinem Umfang Nuten 9 auf, die, innerhalb der von den Enden der MagnetfluBsperren begrenzten Sektoren in Rotor-Axialrichtung verlaufen. Ferner sind am Umfang des Rotorbleches Nuten 10 vorgesehen, welche in Umfangsrichtung breiter als die Nuten 9 sind und welche innerhalb von durch die Enden jeweils aneinander angrenzender Flußsperren begrenzten Sektoren axial zum Rotor verlaufen.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Rotors für einen Reluktanzmotor mit einem sechspoligen Stator* d.h. der Stator weist drei Polpaare (p = 3) auf. Das in Fig. 6 dargestellte Stanzteil eines erfindungsgemäßen Rotors weist drei Hauptflußsperren 22 und eine Vielzahl von am Rand dieses Rotorbleches vorgesehenen Schlitzen 21 zur Aufnahme einer Käfigwicklung auf. Wie oben erwähnt, beträgt der von den Enden der einzelnen Hauptflußsperren 22 mit Bezug auf die Rotorachse eingeschlossene Winkel im Bogenmaß 7Γ/3 und beträgt der von den Enden der einander jeweils benachbarten Hauptflußsperren mit Bezug auf die Rotorachse eingeschlossene Winkel ebenfalls 7Γ /3· Diese Hauptflußsperren 22 bewirken eine Verkleinerung der magnetischen Quadraturreaktanz. Es ist ersichtlich, daß eine so weitgehend wie mögliche Verkleinerung dieses Wertes erwünscht ist und eine solche weitere Verkleinerung der Reaktanz wird gemäß der Erfindung durch einen zusätzlichen Satz Hilfssperren 23 erreicht, welche jeweils innerhalb der

- 8 009827/1092

Enden der einzelnen Hauptflußsperren 22 verlaufen. Zusätzlich hierzu ist ein nochmals weiterer Satz Hilfssperren 24 vorgesehen, die jeweils zwischen den Enden einander jeweils benachbarter Hauptflußsperren 22 liegen. Diese HiIfs-Plußsperren 24 haben vorzugsweise eine größere Weite als die Hilfs-Plußsperren 25. Die von den Enden der Magnetflußsperren 22 und 25 und die von den Enden der Magnetflußsperren 22 und 24 mit Bezug auf die Rotorachse jeweils eingeschlossenen Winkel brauchen nicht gleich groß zu sein und können jeden geeigneten Wert haben. Voraussetzung ist lediglich, daß hierdurch die Quadraturreaktanz so weit wie möglich verkleinert wird.

Pig. 7 der Zeichnungen zeigt eine nochmals weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors bzw. eines gestanzten Bleches eines solchen Rotors, wobei bereits mit Bezug auf die Darstellung in Pig«. 6 beschriebene Teile wieder mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind. Diese in Pig. 7 dargestellte Ausführungsform weist zusätzlich zu den Hilfs-Plußsperren 25 und 24 weitere Flußsperren 25 und 26 auf, die innerhalb der Flußsperren 25 bzw. innerhalb der Plußsperren 24 jeweils im wesentlichen parallel zu diesen verlaufen.

Pig. 8 zeigt eine nochmals weitere Ausführungsform des in Fig. 6 dargestellten Rotors mit am Rotorumfang

00982 ?n 0 92

in axialer Richtung verlaufenden Nuten 27, die jeweils in den zwischen den Enden der einzelnen Hauptflußsperren gelegenen RotorSektoren gebildet sind.

Das in Pig. 9 sehematiseh dargestellte Rotorblech einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung weist in den Rotorsektoren zwischen den Enden jeweils benachbarter ™ Haupt flußsperren axial zum Rotor verlaufende Nuten 28 auf.

Fig. 10 zeigt eine nochmals weitere Ausführungsform eines .erfindungsgemäßen Rotors« an dessen Umfang sowohl axial verlaufende Nuten 27 nach der in Fig. 8 der Zeichnungen dargestellten Art als auch axial verlaufende Nuten 28 nach der in Fig«, 9 gezeigten Art vorgesehen sind.

In die verschiedenen axial verlaufenden Rotornuten der verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nach der Erfindung kann elektrisches Leitermaterial eingelegt sein, welches zwecks Bildung der Käfigwicklung in an sich bekannter Weise an stirnseitige Ringe angeschlossen 1st.

- 10 -

009827/1092

Claims

Patentansprüche;

1.1Elektrische Maschine, insbesondere Reluktanzmotor, dessen Ständer eine ein Magnetfeld mit einer Anzahl von Polpaaren erzeugende Wicklung und dessen Läufer eine kurzgeschlossene Wicklung und den Magnetfluß führende Teile mit Sperren für den Magnetfluß aufweist, welch letztere einerseits die Richtung des Direktflusses zwischen jeweils abwechselnd aufeinanderfolgenden Polpaaren nicht kreuzend und andererseits den Quadraturfluß kreuzend verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß ρ Flußsperren (1, 2, 3 bzw. 22) vorgesehen sind, wobei ρ die Anzahl der Statorpolpaars, jedoch nicht kleiner als 3 ist.

2. Reluktanzmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Magnet fluß sperren (1, 2, J> bzw. 22) rund um die Rotorachse herum vorzugsweise nahe des Rotorumfanges symmetrisch angeordnet sind und daß die von den Enden der einzelnen Magnetflußsperren und die von den Enden einander benachbarter Magnetflußsperren mit Bezug auf die Rotorachse eingeschlossenen Winkel, Im Bogenmaß ausgedrückt,

jeweils dem Wert von entsprechen.

J. Reluktanzmotor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch von den genannten, als Hauptflußsperren bezeichenbaren Magnetflußsperren (1, 2, 3 bzw. 22) umgebene und vorzugs-

009827/1092

- li -

weise parallel zu diesen verlaufende Hilfs-Flußsperren (6, 7/8 bzw. 25, 25)(Fig. 5 bis 10).

4. Reluktanzmotor nach einem der Ansprüche 1 bis J5, gekennzeichnet durch am Außenumfang des Rotors in den zwischen den Enden der einzelnen Hauptflußsperren (1, 2, bzw. 22) gelegenen Sektoren gebildete Axialnuten (9) (Fig. 5, 8, 10).

5. Reluktanzmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch am Außenumfang des Rotors in den zwischen den Enden jeweils einander benachbarter Hauptflußsperren (l, 2, 3 bzw. 22) gelegenen Sektoren gebildete Axialnuten (10) (Fig. 5, 9, 10).

6. Reluktanzmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch in den zwischen den Enden jeweils einander benachbarter Hauptflußsperren (22) gelegenen Sektoren vorgesehene weitere Hilfsflußsperren (24, 26) (Fig. 6 bis 10).

- 12 -

009827/1092

Leerseite