DE19850952A1 - Reluktionsmotor - Google Patents

Description

Der Gegenstand der Erfindung ist kein Elektromotor im konventionellen Sinn, Aufgabe des Reluktionsmotors ist nicht die Umwandlung elektrischer Energie in mechanische, sondern die Nutzung statischer Energie magne­ tischer Gleichfelder, insbesondere von Permanentmagneten hierfür, dies mit Hilfe von Permeabilitätsgefällen bei reduzierter Gegeninduktion.

Wie bei Transformatoren ist bei Elektromotoren in deren Magnetkreis eine Wechselwirkung von Induktion und Gegeninduktion gegeben, ein Permanent­ magnet ändert daran nichts, dieser spart lediglich Erregerleistung ein, der Wirkungsgrad bleibt dennoch unter 100%. Eine Änderung in Bezug auf die einzubringende Energie ist beim Reluktionsmotor dadurch möglich, daß diese direkte Kopplung umgangen und dadurch eine geringere Rückwirkung erreicht wird, für diese Aufgabe benötigt er allerdings eine Elektronik.

Beschreibung

Die Kraftwirkung eines Magnetfeldes auf einen ferromagnetischen Körper ist bekanntlich neben der Feldstärke von der Permeabilität des Körpers abhängig, wird diese zugunsten eines benachbarten Körpers vermindert, wirkt Kraft in dessen Richtung, ohne daß dieser ein Gegenfeld einbringt. Beim Reluktionsmotor erfolgt dies gemäß der Prinzipdarstellung in Fig. 1 dadurch, daß sich zwischen den Magnetpolen 1 des Rotors Segmente mit Blechkernen 2 im Stator befinden, deren Wicklungen 3 von der Rotor-Position gesteuert, nacheinander bestromt werden. Der Magnetfluß der linken Rotorpole verläuft durch die kurzen Schenkel und insbesondere der querliegende Mittelschenkel, welcher die Wicklung trägt, ist davon nicht betroffen. In dieser Position erfolgt nun die Bestromung der Wicklung und deren Magnetfeld kann den Kern aufgrund seines kleinen magnetischen Widerstandes im Verhältnis zu dem des über Luftspalte anliegenden Rotor­ feldes, die einen hohen magnetischen Widerstand bilden, für sich bean­ spruchen und das bedeutet für das Rotorfeld eine Reluktion, weshalb sein Magnetfeld den Weg über das unbestromte Nachbarsegment sucht und ein Drehmoment dahin ausübt, wie es idealisiert bei dem rechten Polpaar dar­ gestellt ist. Die im Kern gespeicherte Energie wird nach dem Abschalten als Rückstrom zurückgewonnen.

Die Kerne befinden sich also nur teilweise im Rotorfeld, sind über einen Luftspalt lose daran angekoppelt und bieten dem Magnetfluß einen Umweg.

Den weichmagnetischen Eigenschaften der Kernbleche kommt hierbei wesent­ liche Bedeutung zu. Eine Serienschaltung von zwei Kernen nach Fig. 2, die über das lamellierte Flußleitstück 4 verbunden sind und eine gemeinsame Wicklung tragen können, wie in der Seitenansicht Fig. 2a dargestellt ist, reduziert die erforderliche Aussteuerung der Kerne, beziehungsweise ver­ doppelt den Effekt und ermöglicht eine vorteilhafte Bauweise in der Art, daß mehrere solcher Anordnungen aneinandergereiht lange Segmente bilden, die mit durchgehenden Wicklungssträngen ausgestattet sind.

Die Kernbleche gemäß Fig. 2 können als Polschuhe ausgebildet sein, jedoch weisen angesetzte, lamellierte Polschuhe eine günstigere Flußverteilung in den Kernen auf, aus demselben Grund soll die Scherung der Kernbleche quer zum Rotorfeld, also in den Jochen erfolgen.

Zugunsten des Drehmomentverlaufes ist ein ungerades Teilungsverhältnis der Rotorpolpaare zu den Statorsegmenten erforderlich, in Fig. 3 ist eine 2 : 5 Teilung dargestellt, entsprechend Fig. 1 und in Fig. 4 eine mit 3 : 8, wobei die Geometrie der 3 : 8 Teilung dem Rückstrom eine längere Periode einräumt.

Die Grundschaltung der für 8 Segmente benötigten Elektronik ist in Fig. 5 dargestellt: Der Pfeil symbolisiert Positionsgeber, welche über eine ge­ eignete Ansteuerung die Halbleiter 5 schalten und die Wicklungen an den jeweiligen Zweig der symmetrischen Betriebsspannung legen, der Rückstrom fließt nach Abschaltung über die Dioden 6 in den gegenpoligen.

Eine Drehzahlregelung durch Variation der Betriebsspannung ist vor allem in Hinsicht auf die Induktivität und Nutzung des Rückstromes nur einge­ schränkt möglich, hierfür bietet sich eine verkürzte Einschaltdauer an. Getaktete Strombegrenzung für jede Wicklung bringt Umschaltverluste, ist aber bereits im Anlauf geboten, bei blockiertem Rotor wird jedoch über die jeweilige Diode Strom in den Gegenpol der Betriebsspannung gepumpt, dies führt ohne Schutzmaßnahmen zu einer Überspannung.

Im Prinzip kann das Magnetfeld des Rotors in der querliegenden Wicklung keine Spannung induzieren, es wirkt jedoch auf deren Querfeld im Rahmen der oben erwähnten Gegeninduktion und fördert zunächst den Stromanstieg, dieser Einfluß nimmt im Zuge der Rotorbewegung ab, weil sein Magnetfluß den Weg durch das unbestromte Nachbarsegment wahrnimmt, welches zunächst keinen Widerstand entgegensetzt.

Werden bei Nenndrehzahl zwei benachbarte Wicklungen über einen Kondensa­ tor an den Nullpunkt der Stromversorgung gelegt, kann eine abklingende Spannungsüberhöhung erreicht und der Stromverlauf beeinflußt werden.

Die Bereitstellung der Permeabilitätsgefälle beansprucht weniger Energie als das Rotorfeld daran einbringt, es entsteht dadurch ein Zugewinn. Der Wirkungsgrad steigt mit dem der Kerne progressiv an; ohne Rotorfeld ist er Null.

Diese Erfindung beschränkt sich nicht auf die vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiele, Abwandlungen des Basisprinzips sind möglich.

Claims (5)

1. Reluktionsmotor, folgendermaßen gekennzeichnet dadurch, daß der Rotor mindestens zwei Magnetpole (1) mit achsgleich versetzten Gegenpolen besitzt und im Stator mindestens fünf Segmente aufweist, die aus zwei lamellierten, ferromagnetischen Blechkernen (2) gebildet werden, welche auf der einen Seite über ein ebenfalls lamelliertes Flußleitstück (4) verbunden sind, auf der gegenüberlie­ genden Seite als Polschuhe ausgebildet sein können und eine Wicklung (3) auf dem querliegenden Mittelschenkel tragen.

2. Nach Anspruch 1 durch eine Wicklung die beide Mittelschenkel umfaßt.

3. Nach Anspruch 1 durch Aneinanderreihung mehrerer solcher Einheiten mit durchgehenden, gemeinsamen Wicklungssträngen.

4. Nach Anspruch 1 durch angesetzte, lamellierte Polschuhe.

5. Nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch, daß von der Rotorposition gesteuert, elektronische Schalter (5) eine Wicklung an einen Pol der symmetrischen Betriebsspannung legen und anschließend der Rückstrom über Dioden (6) deren Gegenpol zugeführt wird.