DE19650717A1 - Elektromotor mit variabler Reluktanz - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich im allgemeinen mit Elektromotoren und insbesondere mit einer verbesserten Statorpolauslegung für einen Elektromotor mit variabler Reluktanz.

Elektromotoren sind an sich bekannte Einrichtungen, welche elektrische Energie in mechanische Drehenergie umwandeln. Um dies zu erreichen, stellen Elektromotoren elektromagnetische Felder bereit und steuern diese derart, daß man die gewünschte mechani­ sche Drehbewegung erhält. Es gibt verschiedene Bauarten von Elektromotoren, welche jeweils unterschiedliche Einrichtungen nutzen, welche diese elektromagnetischen Felder bereitstellen und steuern. Folglich ändern sich die Betriebscharakteristika der Elektromotore von Bauart zu Bauart und gewisse Typen von Elektromotoren sind zur Ausführung von gewissen Aufgaben besser geeignet als andere.

Synchronmotore bilden eine Hauptklasse von Elektromotoren. Die zwei Hauptkomponenten eines Synchronmotors sind (1) ein stationä­ res Teil, welches ein rotierendes elektrisches Feld erzeugt, und welches im allgemeinen als Stator bezeichnet wird, und (2) ein drehbares Teil, welches durch das rotierende Magnetfeld angetrie­ ben wird und im allgemeinen als Rotor bezeichnet wird. Syn­ chronmotore zeichnen sich dadurch aus, daß die Drehgeschwindig­ keit des Rotors in direktem Verhältnis zu der Frequenz der elektrischen Eingangssignale steht, welche an diesem Rotor an­ liegen, und somit ein direktes Verhältnis zu der Drehgeschwindig­ keit des elektromagnetischen Feldes gegeben ist. So lange somit die Frequenz des anliegenden elektrischen Eingangssignales konstant ist, wird der Rotor mit einer konstanten Drehgeschwin­ digkeit angetrieben. Bei dieser weitgefaßten Definition jedoch können die Auslegungsformen und die Betriebsweisen von elek­ trischen Synchronmotore stark variieren.

Eine Bauart eines elektrischen Synchronmotors ist ein Motor mit einer variablen Reluktanz. Motoren mit variabler Reluktanz arbeiten nach dem Prinzip, daß ein Magnetfeld, welches um eine Komponente erzeugt wird, welche von einem magnetisch permeablen Material gebildet wird, eine mechanische Kraft auf diese Komponente ausübt. Diese mechanische Kraft drückt die Komponente in einer solchen Weise, daß sie mit dem Magnetfluß (Kraftlinien) ausgerichtet ist, welcher durch das Magnetfeld erzeugt wird. Unter Einsatz des Stators zur Bereitstellung und zur Drehbewegung eines magnetischen Feldes um einen Rotor, welcher von einem magnetisch permeablen Material gebildet wird, läßt sich der Rotor derart antreiben, daß er sich relativ zum Stator dreht. Der Widerstand beim Durchgang dieses Magnetflusses von dem Stator zum Rotor wird als Reluktanz bezeichnet. Die Größe dieser Reluktanz ändert sich mit der Drehposition des Rotors relativ zum Stator. Die Elektromotoren dieser Bauart werden im allgemeinen als Motore mit variabler Reluktanz bezeichnet.

Bei einem üblichen Motor mit variabler Reluktanz ist der Stator im allgemeinen hohl und zylindrisch ausgebildet. Er hat ferner eine Mehrzahl von radial nach innen verlaufenden Polen, welche sich in Längsrichtung über die gesamte Längserstreckung hinweg erstrecken. In ähnlicher Weise ist der Rotor im allgemeinen zylindrisch ausgebildet und hat eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufenden Polen, welche in Längsrichtung sich über die gesamte Längserstreckung erstrecken. Der Stator und der Rotor sind beide aus einem magnetisch permeablen Material ausgebildet.

Eine Wicklung aus einem elektrischen Leiter ist um den jeweiligen Statorpol vorgesehen. Beim Durchleiten von Impulsen eines elektrischen Stromes durch die jeweiligen Statorwicklungen in einer Abfolge können die Statorpole selektiv derart magnetisiert werden, daß die Rotorpole angezogen werden. Folglich dreht sich der Rotor relativ zum Stator.

Aufgrund der geometrischen Auslegung der üblichen Motore mit variabler Reluktanz ist es erwünscht, daß der durch die elek­ tromagnetischen Felder erzeugte Magnetfluß sich in Umfangs­ richtung um den Stator und den Rotor in einer Ebene erstreckt, welche im allgemeinen senkrecht zur Längsachse des Motors ist. Jeglicher magnetischer Fluß, welcher parallel zur Längsachse des Motors verläuft (was häufig als Wirbelverlustströme bezeichnet wird), trägt nicht zur Anziehung der Rotorpole in Richtung auf die Statorpole bei und daher wird hierdurch das Leistungsvermögen des Motors vermindert. Um die Größe dieser unerwünschten Wirbelströme herabzusetzen, ist es bekannt, sowohl den Stator als auch den Rotor aus einer Mehrzahl von relativ dünnen Schicht­ gebilden aus einem magnetisch permeablen Material herzustellen. Jedes dieser Laminate hat eine Querschnittsgestalt, welche der gewünschten Querschnittsgestalt des Stators und des Rotors entspricht. Die Laminate sind fest miteinander zur Bildung des Stators und des Rotors verbunden.

Wenn man eine Bauart eines Elektromotors für einen spezifischen Anwendungszweck auswählt, sind einige Grunderfordernisse von Bedeutung. Ein Grunderfordernis ist die Effizienz des Motors, das heißt das Verhältnis von mechanischer Abgabeleistung (Drehmoment bei Elektromotoren und Kraft bei linearen Elektromotoren) zur eingespeisten elektrischen Energie. Ein zweites Erfordernis stellt die maximale Drehmomentgröße oder maximale Kraftgröße dar, welche von dem Elektromotor erzeugt werden kann. Eine dritte Einflußgröße wird von den physikalischen Abmessungen des Elek­ tromotors gebildet. Es ist ersichtlich, daß es erwünscht ist, die Effizienz und das Abgabedrehmoment des Elektromotors zu steigern, während man die physikalische Größe derselben reduzieren möchte oder man wenigstens eine solche Auslegung haben möchte, daß diese nicht größer ist. Eine vierte Einflußgröße ist die Variations­ größe des Drehmoments, welches durch den Motor während des Betriebs erzeugt wird, was häufig als Drehmomentwelligkeit bezeichnet wird. Die Drehmomentwelligkeit tritt infolge der aufeinanderfolgenden Erregung und Entregung der verschiedenen Phasenwicklungen des Motors auf. In idealer Weise wird die Größe der Drehmomentwelligkeit beim Betrieb auf einem Minimum gehalten, so daß das durch den Motor erzeugte Drehmoment im wesentlichen gleichmäßig ist.

Die Erfindung befaßt sich mit einer verbesserten Auslegungsform eines Elektromotors mit variabler Reluktanz. Der Motor umfaßt einen hohlen zylindrischen Stator, welcher eine Mehrzahl von radial nach innen verlaufenden Polen hat. Jeder Statorpol ist im Querschnitt im allgemeinen rechteckförmig ausgebildet und in zwei Statorzähne am Rand der am weitesten innen liegenden Ende dadurch gegabelt, daß ein zentraler, in Längsrichtung verlaufender Schlitz vorgesehen ist. Die äußeren Umfangsränder der Statorpol­ zähne sind an ihren entsprechenden Verbindungsstellen mit den Seiten des Statorpols abgeschrägt. Ein Statorpolzwischenraum mit einer entsprechenden Breite wird zwischen benachbarten Statorpo­ len gebildet. Eine Schlitzbreite wird bei dem jeweiligen Statorpol zwischen den benachbarten und in Längsrichtung verlaufenden Rändern des Schlitzes bestimmt. Das Verhältnis der Statorpol-Spaltbreite zu der Statorpol-Schlitzbreite liegt in einem Bereich von etwa 1,8 bis etwa 2,3. Ein zylindrischer Rotor ist koaxial in dem Stator zur Ausführung einer relativen Drehbewegung gelagert. Der Rotor hat eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufenden Polen, welche an diesem ausgebildet sind. Jeder Rotorpol ist im Querschnitt im allgemeinen rechteckförmig ausgebildet. Die äußeren Umfangsränder der Rotorpole sind an ihren jeweiligen Verbindungsstellen mit den Seiten des Rotorpols abgeschrägt, um ein konisch ausgebildetes Ende zu bilden. Jeder Rotorpol hat eine Breite, welche auf der Außenumfangsfläche gemessen wird, und die zwischen zwei abgeschrägten Rändern bzw. Kanten vorhanden ist. Die Rotorpole bestimmen auch die Teilung, welche von einem Punkt an einem ersten Rotorpol mit dem gleichen Punkt am benachbarten Rotorpol gemessen wird. Das Verhältnis der Rotorpolbreite zur der Rotorpolteilung liegt in einem Bereich von etwa 0,40 bis etwa 0,47. Vorzugsweise hat ein Motor N Statorpole und 2·N Statorpolzähne, und es wird ein Rotor bei einem solchen Motor 20 eingesetzt, welcher (2·N)+2 Rotorzähne hat.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Aus­ führungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung eines Teils eines üblichen Elektromotors mit variabler Reluktanz,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines üblichen Elek­ tromotors mit variabler Reluktanz nach Fig. 1 zu­ sammen mit einer externen Steuerschaltung,

Fig. 3 eine schematische Endansicht ähnlich von Fig. 2 von einem Elektromotor mit variabler Reluktanz nach der Erfindung, und

Fig. 4 eine vergrößerte schematische Seitenansicht eines Teils des in Fig. 3 gezeigten Elektromotors mit variabler Reluktanz.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist in den Fig. 1 und 2 ein üblicher Elektromotor mit variabler Reluktanz gezeigt, welcher insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Dieser Motor 10 umfaßt einen Stator 11, welcher im allgemeinen hohl ausgebildet und zylin­ drisch ausgestaltet ist. Eine Mehrzahl von radial nach innen verlaufenden Polen, welche insgesamt mit 12 bezeichnet sind, ist an dem Stator 11 ausgebildet und diese Pole erstrecken sich in Längsrichtung über die gesamte Längserstreckung hinweg. Die Statorpole 12 sind vorzugsweise in Form von gegenüberliegenden Paaren vorgesehen, wie dies beispielsweise in Fig. 2 mit A1 und A2 , B1 und B2, C1 und C2 und D1 und D2 gezeigt ist. Diese acht Statorpole 12 sind bei dem dargestellten Stator 11 vorgesehen. Es ist jedoch bekannt, den Stator 11 entweder mit einer größeren oder auch einer kleineren Anzahl von Statorpolen 12 auszustatten.

Jeder Statorpol 12 ist im Querschnitt im allgemeinen recht­ eckförmig ausgebildet. Die radial am weitesten innenliegenden Flächen der Statorpole 12 sind geringfügig gekrümmt, so daß sie einen Innendurchmesser beschreiben. Der Stator 11 und die Statorpole 12 sind aus einem magnetisch permeablen Material, wie Eisen, hergestellt. Wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, stellen die jeweiligen Statorpolpaare A1 und A2, B1 und B2, C1 und C2 und D1 und D2 eine Phase zur Erregung des Motors 10 mit variabler Reluktanz während des Betriebs dar. Somit hat der Motor 10 vier elektrische Phasen zur Erregung. Jedoch ist es bekannt, einen solchen Motor 10 mit einer größeren oder kleineren Anzahl von elektrischen Phasen zur Erregung auszustatten. Der Stator 11 kann aus einer Mehrzahl von relativ dünnen Laminaten aus einem magnetisch permeablen Material, wie vorstehend beschrieben, ausgebildet sein.

Ein zylindrischer Rotor 13 ist in dem Stator 11 zur Ausführung einer relativen Drehbewegung koaxial gelagert. Der Rotor 10 hat eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufenden Polen, welche insgesamt mit 14 bezeichnet sind und welche an diesem ausgebildet sind. Wie bei den Statorpolen 12 verlaufen die Rotorpole 14 über die gesamte Längserstreckung des Rotors 13 hinweg in Längs­ richtung, und bilden vorzugsweise gegenüberliegende Paare, wie die Paare X1 und X2, Y1 und Y2 und Z1 und Z2. Somit sind sechs Rotorpole 14 bei dem dargestellten Rotor 13 vorgesehen. Es ist jedoch bekannt, den Rotor 13 mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Rotorpolen 14 auszustatten. Im allgemeinen ist die Anzahl der Rotorpole 14 unterschiedlich von der Anzahl der Statorpole 12.

Jeder Rotorpol 14 ist im allgemeinen im Querschnitt recht­ eckförmig ausgebildet. Die radial am weitesten außenliegenden Flächen der Rotorpole 14 sind geringfügig gekrümmt, so daß sie einen Außendurchmesser beschreiben. Der Außendurchmesser, welcher von den Rotorpolen 14 gebildet wird, ist vorzugsweise geringfügig kleiner als der Innendurchmesser, der durch die Statorpole 12 definiert wird. Somit ist ein radialer Spalt zwischen den Statorpolen 12 und den Rotorpolen 14 vorhanden, wenn diese zueinander ausgerichtet sind. Die Größe dieses radialen Spalts ist vorzugsweise relativ klein bemessen. Der Rotor 13 und die Rotorpole 14 sind auch aus einem magnetisch permeablen Material, wie Eisen, hergestellt. Der Rotor 13 kann von einer Mehrzahl von relativ dünnen Laminatteilen aus einem magnetisch permeablen Material gebildet werden, wie dies voranstehend beschrieben ist.

Ein elektrischer Leiter ist um jeden Statorpol 12 gewickelt. Wie schematisch in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein erstes Paar von Wicklungen 15 und 16 an den gegenüberliegenden Statorpolen A1 und A2 jeweils vorgesehen. Zweite, dritte und vierte Paare von Wicklungen (nicht gezeigt) sind in ähnlicher Weise an den weiteren Statorpolpaaren B1 und B2, C1 und C2, D1 und D2 vorgesehen. Die Wicklungen 15 und 16 sind mit einer elektrischen Stromimpulserzeugungsschaltung 17 entweder in Reihe geschaltet (wie dargestellt) oder parallel geschaltet verbunden. Die Stromimpulserzeugungsschaltung 17 ist von üblicher Bauart und ist derart ausgelegt, daß selektiv elektrische Stromimpulse durch die Wicklungen 15 und 16 erzeugt werden. Ähnliche Stromimpuls­ erzeugungsschaltungen 17 (nicht gezeigt) sind für die anderen Paare von Wicklungen an den Statorpolpaaren B1 und B2, C1 und C2 und D1 und D2 vorgesehen.

Die zeitliche Steuerung, die Größe und die Polarität der elektrischen Stromimpulse, welche von den vier Stromimpuls­ erzeugungsschaltungen 17 erzeugt werden, werden durch die Drehposition des Rotors 13 relativ zum Stator 11 bestimmt. Um dies zu erreichen, ist ein üblicher Sensor 18 vorgesehen, welcher ein Signal erzeugt, welches die relative Drehposition wiedergibt. Die Stromimpulserzeugungsschaltungen 17 sprechen auf das Rotorpositionssignal an, um die Stromimpulse für die verschiede­ nen Paare von Wicklungen 15 und 16 des Motors 10 auf eine vorbestimmte Weise, wie dies nachstehend beschrieben ist, zu erzeugen. Als Folge hiervon dreht sich der Rotor 13 relativ zu dem Stator 11. Alternativ kann der Rotorpositionssensor 18 weggelassen werden und die Stromimpulserzeugungsschaltungen 17 können nach einer üblichen Phasenfolge (nicht gezeigt) aktiviert werden, welche sich unabhängig von der Drehposition des Rotors 13 vorgeben läßt.

Wenn elektrischer Strom an die Wicklungen 15 und 16 über die Stromimpulserzeugungsschaltung 17 angelegt wird, werden sowohl der Stator 11 als auch der Rotor 13 magnetisiert. Die Wicklungen 15 und 16 sind in Gegenrichtungen gewickelt, so daß der Statorpol A1 (welcher auf der Wicklung 15 liegt) erregt wird, um einen magnetischen Nordpol zu bilden, während der Statorpol A2 (an welchem die Wicklung 16 angeordnet ist) erregt wird, um einen magnetischen Südpol zu bilden. Als Folge hiervon wird ein magnetischer Kreis zwischen diesen gegenüberliegenden Statorpolen A1 und A2 erzeugt. Folglich wird der Magnetfluß (Kraftlinien) zwischen dem Nordstatorpol A1 und dem Südstatorpol A2 erzeugt. Der magnetische Fluß geht durch den Nordstatorpol A1 über den nächstliegenden Rotorpol X1 durch den Körper des Rotors 13 und von dem gegenüberliegenden Rotorpol X2 zu dem Südstatorpol A2. Der magnetische Kreis zwischen den Nordstatorpolen A1 und den Südstatorpolen A2 wird durch den ringförmigen Teil des Stators 11 vervollständigt.

Der Widerstand hinsichtlich des Durchgangs des magnetischen Flusses von Nordstatorpolen A1 zu dem nächstgelegenen Rotorpol X1 (und in ähnlicher Weise von dem Südstatorpol A2 zu dem nächstgelegenen Rotorpol X2) wird als Reluktanz bezeichnet, wie dies vorstehend beschrieben worden ist. Die Größe dieser Reluktanz ändert sich mit der Drehposition der Rotorpole 14 relativ zu den Statorpolen 12. Die Reluktanz ist am kleinsten, wenn die Rotorpole 14 radial zu den Statorpolen 12 ausgerichtet sind, wie dies mit A1, X1 und A2, X2 in Fig. 2 verdeutlicht ist. Folglich wird bei der Erzeugung der magnetischen Schaltung der vorstehend beschriebenen Art ein Drehmoment erzeugt, welches versucht, die gegenüberliegenden Rotorpole X1 und X2 zu den erregten gegenüberliegenden Statorpolen A1 und A2 auszurichten, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Um eine Drehbewegung des Rotors 13 relativ zum Stator 11 zu bewirken, wird der elektrische Stromfluß zu dem ersten Paar von Wicklungen 15 und 16 an den Statorpolen A1 und A2 abgeschaltet, und ein elektrischer Stromfluß zu dem zweiten Paar von Wicklungen an den Statorpolen B1 und B2 wird angelegt. Als Folge hiervon wird B1 erregt, um einen magnetischen Nordpol zu bilden, und B2 wird erregt, um einen magnetischen Südpol zu bilden. Diese Erregung zieht die nächstgelegenen Rotorpole Y1 und Y2 an, so daß diese mit den erregten Statorpolen B1 und B2 ausgerichtet werden. Folglich dreht sich der Rotor 13 relativ zum Stator 11. Um diese Drehbewegung des Rotors 13 fortzusetzen, werden die Statorpole B1 und B2 entregt, und die Statorpole C1 und C2 werden erregt. Somit werden die Rotorpole Z1 und Z2 von den Statorpolen C1 und C2 angezogen. Durch sequentielles Erregen der Statorpole 12 auf diese Weise werden die Rotorpole 14 sequentiell angezogen. Als Folge hiervon dreht sich der Rotor 13 relativ zum Stator 11 in eine Richtung (bei der dargestellten Ausführungsform in Gegen­ uhrzeigerrichtung), welche entgegengesetzt zu der Richtung gerichtet ist (bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform in Uhrzeigerrichtung), in welcher die Statorpolpaare A1 und A2, B1 und B2, C1 und C2 und D1 und D2 erregt werden.

Wie vorstehend angegeben ist, werden die zeitliche Abfolge und die Größe der Stromimpulse in Abhängigkeit von der Drehposition des Rotor 13 relativ zum Stator 11 gesteuert. Dies bedeutet beispielsweise, daß der an der Wicklung eines speziellen Statorpols 12 erzeugte Stromimpuls zu Beginn auf eine maximale Größe ansteigt und dann im wesentlichen abfällt, bevor der angezogene Rotorpol 14 ausgerichtet ist. Beispielsweise läßt sich der an der ersten Wicklung erzeugte Stromimpuls graduell herabsetzen, wenn der durch die nächste Wicklung erzeugte Stromimpuls graduell größer wird. Hierdurch wird der Übergang eines Rotorpols 14 nach dem Anziehen eines Statorpols 12 geglättet. Als Folge hiervon dreht sich der Rotor 13 mit einer relativ konstanten Geschwindigkeit ohne eine Stotterbewegung von Phase zu Phase.

Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Stator 11 mit acht Statorpolen 12 versehen, während der Rotor 13 mit sechs Rotorpolen 14 versehen ist. Aus der vorstehenden Be­ schreibung ist zu ersehen, daß jedes mal dann, wenn eines der Statorpolpaare A1 und A2, B1 und B2, C1 und C2 und D1 und D2 erregt wird, der Rotor 13 sich um 15° relativ zum Stator 11 dreht. Somit müssen die Statorpolpaare A1 und A2, B1 und B2, C1 und C2 und D1 und D2 in Abfolge sechs mal erregt werden, um dem Rotor 13 eine vollständige Umdrehung zu erteilen. Da die Dreh­ geschwindigkeit des Rotors 13 direkt der Frequenz der an die Statorpole 12 angelegten Impulse zugeordnet ist, arbeitet der Motor 10 als ein Synchronmotor. Durch Verändern der Anzahl von Statorpolen 12 und Rotorpolen 14 läßt sich die Drehgeschwindig­ keit des Rotors 12 bezüglich der Frequenz der an den Stator 11 angelegten Stromimpulse variieren. Wie vorstehend angegeben ist, sind die Auslegungsweise und die Arbeitsweise des Motors 10 mit variabler Reluktanz von üblicher Gattung.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 ist eine schematische Endansicht ähnlich Fig. 2 von einem Elektromotor mit variabler Reluktanz nach der Erfindung dargestellt, welche insgesamt mit 20 bezeichnet ist. Der Motor 20 nach der Erfindung umfaßt einen Stator 21, welcher im allgemeinen hohl und zylindrisch ausgebil­ det ist. Eine Mehrzahl von radial nach innen verlaufenden Polen, welche insgesamt mit 22 bezeichnet sind, ist an dem Stator 21 ausgebildet, und diese Pole erstrecken sich über die gesamte Längserstreckung in Längsrichtung. Bei der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform sind Statorpole in drei Sätzen von gegenüberliegenden Paaren vorgesehen, wie dies in Fig. 3 mit A1 und A2, B1 und B2, C1 und C2 bezeichnet ist. Somit sind sechs Statorpole 22 bei dem dargestellten Stator 21 vorgesehen. Wie jedoch nachstehend noch näher erläutert wird, kann der Stator 21 entweder mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Statorpolen 22 versehen sein. Speziell Bezug nehmend auf Fig. 3 ist eine Auslegungsform eines Statorpols 22 näher dargestellt. Wie dort gezeigt ist, ist der Statorpol 22 im allgemeinen rechteckförmig im Querschnitt ausgebildet. An ihren radial am weitesten innenliegenden Enden jedoch ist jeder Statorpol 22 in zwei Statorpolzähne 22a und 22b mittels eines zentralen, in Längs­ richtung verlaufenden Schlitze 22c gegabelt, welcher einen halbkreisförmigen Querschnitt hat. Somit werden zwölf Statorpol­ zähne 22a und 22b bei dem dargestellten Stator 21 vorgesehen. Die radial am weitesten innenliegenden Flächen der Statorpolzähne 22a und 22b sind geringfügig gekrümmt, so daß sie einen Innendurch­ messer beschreiben. Die äußeren Umfangsränder der Statorpolzähne 22a und 22b sind abgeschrägt, wie dies bei 22d angedeutet ist, und zwar an ihren jeweiligen Übergangsstellen zu den Seiten des Statorpols 22. Somit ist jeder Statorpol 22 mit einem konisch ausgebildeten Ende versehen.

Ein Statorpolzwischenraum mit einer entsprechenden Breite wird definiert, welche mit W1 in Fig. 3 gezeigt ist, und zwar zwischen benachbarten Statorpolen 22. Die Statorpol-Zwischen­ raumbreite W1 wird am inneren radialen Rand der Statorpole 22 gemessen sowie zwischen dem äußeren Umfangsrand des Statorpol­ rands 22a eines Statorpols 22 und dem äußeren Umfangsrand des Statorpols 22b eines benachbarten Statorpols 22. Eine Schlitz­ breite, welche mit W2 in Fig. 1 bezeichnet ist, ist zwischen den jeweiligen Statorpolen 22 vorgegeben. Die Statorpol-Schlitzbreite W2 wird zwischen benachbarten und in Längsrichtung verlaufenden Rändern des Schlitzes 22c gemessen. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform liegt das Verhältnis der Statorpol- Zwischenraumbreite W1 zu der Statorpol-Schlitzbreite W2 in einem Bereich von etwa 1,8 bis etwa 2,3. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß die Statorpol-Zwischenraumbreite W1 etwa zwei mal größer als die Statorpol-Schlitzbreite W2 ist.

Der Stator 21 und die Statorpole 22 sind aus einem magnetisch permeablen Material, wie Eisen, ausgebildet. Wie nachstehend noch näher angegeben ist, stellt jedes der Statorpolpaare A1 und A2, B1 und B2 und C1 und C2 eine Phase zur Erregung des Motors 20 mit variabler Reluktanz im Betriebszustand dar. Somit hat der dargestellte Motor 20 drei elektrische Phasen zur Erregung. Wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, kann der Motor 20 mit einer größeren oder kleineren Anzahl von elektrischen Phasen zur Erregung betrieben werden. Der Stator 21 kann von einer Mehrzahl von relativ dünnen Laminaten aus einem magnetisch permeablen Material gebildet werden, wie dies voranstehend angegeben ist.

Ein zylindrischer Rotor 23 ist koaxial in dem Stator 21 zur Ausführung einer relativen Drehbewegung hierzu gelagert. Der Rotor 23 hat eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufenden Polen, welche insgesamt mit 24 bezeichnet sind. Wie die Statorpo­ le 22 verlaufen die Rotorpole 24 ebenfalls in Längsrichtung über die gesamte Längserstreckung des Rotors 23 hinweg, und sie sind vorzugsweise in Form von gegenüberliegenden Paaren vorgesehen. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind sechs Rotorpole 24 am Rotor 23 vorgesehen. Wie jedoch nachstehend noch näher angegeben wird, kann der Rotor 23 mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Rotorpolen 24 versehen sein.

Jeder Rotorpol 24 ist im Querschnitt im allgemeinen recht­ eckförmig ausgebildet. Die radial zu äußerst liegenden Flächen der Rotorpole 24 sind geringfügig gekrümmt, so daß sie einen Außendurchmesser beschreiben. Der Außendurchmesser, welcher durch die Rotorpole 24 bestimmt ist, ist vorzugsweise nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser, der von den Statorpolen 22 gebildet wird. Somit wird ein radialer Zwischenraum zwischen den Statorpolen 22 und den Rotorpolen 24 gebildet, wenn diese zueinander ausgerichtet sind. Die Größe dieses radialen Zwischen­ raums ist vorzugsweise relativ klein. Der Rotor 23 und die Rotorpole 24 sind auch aus einem magnetisch permeablen Material, wie Eisen, ausgebildet. Die äußeren Umfangsränder der Rotorpole 24 sind abgeschrägt, wie dies bei 24a angedeutet ist, und zwar an ihren Übergangsstellen zu den Seiten des Rotorpols 24. Somit ist jeder Rotorpol 24 mit einem konisch ausgebildeten Ende versehen. Der Rotor 23 kann von einer Mehrzahl von relativ dünnen Laminaten gebildet werden, welche aus einem magnetisch permeablen Material bestehen, wie vorstehend angegeben ist.

Jeder Rotorpol 24 bestimmt eine Breite, welche mit W3 in Fig. 4 bezeichnet ist. Die Breite W3 eines Rotorpols 24 wird an der Außenumfangsfläche gemessen, welche zwischen zwei abgeschrägten Rändern 24a liegt. Die Rotorpole 24 haben auch eine Teilung, welche mit P in Fig. 4 bezeichnet ist. Die Teilung P der Rotorpole 24 wird von einem Punkt aus gemessen (die Übergangs­ stelle zwischen dem links abgeschrägten Rand 24a und der Außenumfangsfläche in Fig. 4) an einem ersten Rotorpol 24 zu dem gleichen Punkt an dem benachbarten Rotorpol 24. Bei der darge­ stellten bevorzugten Ausführungsform liegt das Verhältnis der Rotorpolbreite W3 zu der Rotorpolteilung P in einem Bereich von etwa 0,40 bis 0,47. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß die Breite W3 des Rotorpols 24 geringfügig kleiner als die Hälfte der Teilung P der Rotorpole 24 ist.

Wie ähnlich in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein elektrischer Leiter um den jeweiligen Statorpol 22 gewickelt. Diese Wicklungen sind in den Fig. 3 und 4 aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen. Dennoch ist ein erstes Paar von Wicklungen (nicht gezeigt) an den gegenüberliegenden Statorpolen A1 und A2 jeweils vorgesehen.

Zweite und dritte Paare von Wicklungen (nicht gezeigt) sind in ähnlicher Weise an den anderen Statorpolpaaren B1 und B2, C1 und C2 vorgesehen. Die Wicklungen sind mit der elektrischen Strom­ impulserzeugungsschaltung 17 verbunden und werden, wie vor­ beschrieben, derart betrieben, daß der Rotor 23 eine Drehbewegung relativ zu dem Stator 21 ausführt.

Wie vorstehend angegeben ist, ist der dargestellte Stator 21 mit sechs Statorpolen 12 (zwölf Statorzähne 22a und 22b) versehen, und ist für einen Dreiphasenbetrieb geschaltet, während der dargestellte Rotor 23 mit vierzehn Rotorpolen 24 versehen ist. In verallgemeinerter Form ausgedrückt hat der Motor 20 N Statorpole 22. Entsprechend der jeweiligen Gabelung der Statorpo­ le 22 in zwei Statorpolzähne 22a und 22b hat der Motor 20 N Statorpole 22, welche 2·N Statorpolzähne 22a und 22b haben. Ein Rotor 23 wird bei einem Motor 20 eingesetzt, welcher (2·N)+2 Rotorzähne 24 hat. Somit ist der dargestellte Motor 20 mit sechs [N=6] Statorpolen 22 versehen, hat zwölf [2·6] Statorpolzähne 22a und 22b und vierzehn [(2·6)+2] Rotorzähne 24.

Der dargestellte Motor 20 ist ein Motor mit einer Einzelperiode, bei dem jedes Paar von Phasenwicklungen eine individuelle und diskrete Bewegung des Rotors 23 relativ zu dem Stator 21 bewirkt, und bei dem nur ein Paar von Phasenwicklungen für die Ausführung dieser Bewegung erregt wird. Wie an sich bekannt ist, kann der Motor 20 auch so ausgelegt werden, daß er zwei oder mehr Perioden hat. Beispielsweise kann der Motor 20 als Motor mit zwei Perioden ausgelegt werden, welcher zwölf Statorpole 21 hat und welcher im Dreiphasen-Betrieb geschaltet ist. Bei diesem Beispiel werden zwei Paare von Statorpolen gleichzeitig bei dem jeweiligen Phasenbetrieb erregt. Somit kann ein Motor hierbei so betrachtet werden, daß er [2·12] oder vierundzwanzig Statorzähne 22 und 2·[(2·6)+2] oder achtundzwanzig Rotorzähne 24 hat.

Es hat sich gezeigt, daß ein Motor 20 mit der vorstehend beschriebenen Geometrie gewisse gewünschte Eigenschaften hat. Zum einen hat sich gezeigt, daß der Motor 20 eine relativ höhere Drehmomentdichte als übliche Motoren bei vergleichbarer Größe und Geometrie hat. Zum zweiten hat sich gezeigt, daß der Motor 20 eine relativ geringere Drehmomentwelligkeit als übliche Motoren bei vergleichbarer Größe und Geometrie hat. Somit ergibt sich, daß der Motor 20 effizienter als übliche Motore bei vergleich­ barer Größe und Geometrie ist.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Modifikationen und Abänderungen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims (10)

1. Elektromotor mit variabler Reluktanz, welcher folgendes aufweist:
einen hohlen Stator (21), welcher aus einem magnetisch permeablen Material ausgebildet ist und eine innere Fläche umfaßt, welche eine Mehrzahl von radial nach innen ver­ laufenden Polen (22) hat, welche daran ausgebildet sind, wobei jeder Statorpol (22) gegabelt ist und zwei radial nach innen verlaufende Zähne (22a, 22b) bildet;
einen Rotor (23), welcher aus einem magnetisch perme­ ablen Material ausgebildet ist und eine äußere Fläche umfaßt, welche eine Mehrzahl von radial nach außen ver­ laufenden Polen (24) hat, welche daran ausgebildet sind, wobei jeder Rotorpol (24) eine Rotorpolbreite (W3) bildet, und wobei ein Verhältnis von Rotorpolbreite (W3) zur Rotorpolteilung (P) in einem Bereich von etwa 0,40 bis etwa 0,47 liegt;
eine Einrichtung zum Lagern des Rotors (23) zur Ausführung einer Drehbewegung in dem Stator (21); und
eine Wicklung aus einem Draht, welche um die jeweilige Mehrzahl von Statorpolen (22) angeordnet ist, wobei die Wicklungen derart ausgelegt sind, daß sie mit einer Steuer­ schaltung zum selektiven Anlegen eines elektrischen Stromes derart verbunden ist, daß zugeordnete elektromagnetische Felder als eine Mehrzahl von sequentiellen erregten Phasen erzeugt werden, wobei das elektromagnetische Feld, das von den jeweiligen Wicklungen erzeugt wird, bewirkt, daß ein Rotorpol sich in Richtung zu der Position mit minimaler Reluktanz relativ zu einem Statorpol bewegt, welcher mit einer Wicklung versehen ist, wodurch bewirkt wird, daß sich der Rotor relativ zum Stator dreht.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorpol (22) in zwei Zähne mittels eines Schlitzes (22c) gegabelt ist, welcher eine Schlitzbreite (W2) defi­ niert, und daß Statorpole (22) eine Statorpol-Zwischenraum­ breite (W1) definieren, wobei ein Verhältnis von Statorpol- Zwischenraumbreite (W1) zur Schlitzbreite (W2) in einem Bereich von etwa 1,8 bis etwa 2,3 liegt.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die äußeren Umfangsränder des jeweiligen Stator­ zahns (22a, 22b) abgeschrägt sind.

4. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Statorpol (22) derart ausgebildet ist, daß er ein konisch verlaufendes Ende hat.

5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Umfangsränder des jeweili­ gen Rotorpols (24) abgeschrägt sind.

6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Rotorpol (24) derart ausgebildet ist, daß er ein konisch verlaufendes Ende hat.

7. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Rotorpole (24) gleich dem Zweifachen der Anzahl der Statorpolzähne (22a, 22b) plus zwei ist.

8. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (21) sechs Statorpole und zwölf Statorzähne und der Rotor (23) vierzehn Rotorpole hat.

9. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Rotorpole (24) gleich dem Zweifachen der Anzahl der Statorzähne (22a, 22b) plus zwei ist.

10. Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die äußeren Umfangsränder des jeweiligen Rotorpols (24) abgeschrägt sind.