DE2647304A1 - Elektromotor mit veraenderbarer reluktanz - Google Patents

Description

Anmelder: Societe Techniques Eleetriques Jarret "TEJ", Paris (Frankreich)

Elektromotor mit veränderbarer Reluktanz

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit veränderbarer Reluktanz und insbesondere einen derartigen Motor, der einen aus ferromagnetisehern Material bestehenden Statorkranz von Polen aufweist, die mit Induktionsspulen bestückt sind, die in vier Gruppen von gleicher Anzahl aufgeteilt sind, mit mindestens einem Rotorkranz aus ferromagnetischem Material, der äquidistante Zähne aufweist, die mit den Statorspulen zusammenwirken, mit Kommutatoreinrichtungen, die von der Rotordrehung gesteuert werden und die Stromzufuhr für die Statorspulen aus einer Gleichstromquelle verteilen, wobei die Spulen und die Kommutatorexnrichtungen so angeordnet sind, daß im Verlauf einer beliebigen Drehung um eine Zahnteilung jeder Pol zwei Kommutationsvorgängen der Stromzufuhr in entgegengesetzter Richtung ausgesetzt ist, und daß von einer Polgruppe zur anderen diese Kommutationsvorgänge um eine Zeitspanne verschoben sind, die der Zeitspanne einer Drehung um. ein Viertel einer Zahnteilung entspricht,

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Brief vom Blatt ?. Dipl.-lng. G. Sdiliebs

an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

Insbesondere aus der deutschen Patentschrift 1 538 831 vom 20. Mai 1966 und der deutschen Patentanmeldung P 22 12 219.6 vom 14. März 1972 sind die Vorteile bekannt, die derartige iviotoren für die Erzeugung eines konstanten Drehmoments bei regelbarer Geschwindigkeit haben.

Diese Maschinen sind jedoch häufig sehr laut infolge schneller Änderungen der !Statorströme und der magnetischmechanischen Kräfte. Außerdem kann die große Amplitude der Änderungen des Stroms die Gleichspannungsquelle stören.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Machteile zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird bei einem Elektromotor mit veränderbarer Reluktanz der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Statorpole äquidistant sind, jeweils eine gesonderte Spule tragen und in einer Anzahl von vier k£ angeordnet sind (wobei k ^ 2 und t eine beliebige Zahl ist), daß die Rotorzähne in einer Anzahl von Im angeordnet sind (wobei m eine ungerade Zahl über 4 k ist), und daß die Kommutationseinrichtungen derart angeordnet sind, daß sie eine Permutation der Stromversorgung zwischen zwei Statorpolen bei jeder Drehung um jr- der Zahnteilung erzeugen, und daß m so gewählt ist, daß in jedem Augenblick, außer in den Statorzonen unmittelbar nach oder vor der Kommutation, die stromversorgten Pole mit den nicht stromversorgten Polen abwechseln.

Wie man aus dem Nachfolgenden deutlich ersieht, sind die magnetisch-mechanischen Kräfte dabei besser entlang dem luftspalt verteilt und die Verformung des Rotors bleibt ebenso wie die Verformung des Stators im wesentlichen konstant, was zur Wirkung hat, daß der von der Haschine erzeugte Lärm wesentlich verringert wirdo

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Brief vom B.aft 3 Dipl.-lng. G. Sdiliebs

^an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

Vorteile ergeben sich aus dem angenähert abwechselnden Verlauf der Stromversorgung der Statorpöle hinsichtlich der Verbindung der entsprechenden Spulen mit den Eommutationseinrichtungen derart, daß die Kagnetflußrichtung in radialer Sichtung von einem Paar benachbarter Pole zum folgenden sich ändert. Dies erlaubt eine Einsparung an ferromagnetisehern Material durch Verringerung der Querschnitte des Statorkranzes und des Rotorkranzes.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:

Pig. 1 in einem Schnitt in sehematischer Darstellungsweise die Hälfte eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit veränderbarer Reluktanz (ohne Kommutatoreinrichtungen),

]?ig. 2 ein Drittel dieses Motors in der Seitenansicht in vereinfachter Darstellungsweise, wobei die Art des Zusammenwirkens der Statorpole und der Rotorzähne zu erkennen ist (mit den Kommutatoreinrichtungen) , und

Figo 3 ein Zeitdiagramm der Kommutation.

Wie in den Pig. 1 und 2 gezeigt, .weist ein Elektromotor mit veränderbarer Reluktanz im wesentlichen folgende Teile auf:

- einen Stator 1, der einen aus ferromagnetischem Material bestehenden Kranz von äquidistanten Polen 11 hat, deren Anzahl gleich einem Mehrfachen von zwölf ist (hier 3x12) und die jeweils mit einer Induktionsspule 12 versehen sind;

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Brief vom 8.att 4 Dipl.-lng. G. Sdiliebs

an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

- einen Rotor 2, der einen ebenfalls aus ferromagnetischem Material bestehenden Kranz aufweist, der äquidistante Zähne 21 trägt, deren Anzahl gleich demselben Mehrfachen wie vorstehend angegeben von siebzehn ist (hier 3x17)j

- Kommutatoreinrichtungen, die durch drei Kommutatoren

I, II und III gebildet werden (nur in Fig. 2 dargestellt), die Jeweils vier statische Unterbrecher haben (Transistoren oder Thyristoren). Diese Unterbrecher werden durch eine (nicht dargestellte) elektronische Einrichtung gesteuert, die die Stellung der Zähne des Rotors in Bezug auf die Pole des Stators erfaßt und das Öffnen oder Schließen der Unterbrecher auslöst, und zwar zeitlich gestaffelt, wie später noch genauer dargelegt wird.

In Figo 2 ist ein Winkelausschnitt 2 77/3 (120°) dargestellt, wobei angenommen wird, daß der Rotor im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie durch den Pfeil F dargestellt ist j zwölf beliebige aufeinander folgende Pole des Stators sind mit Pi-p-ip ^^ezöichnet und siebzehn aufeinander folgende Zähne des Rotors sind mit d^-d^ bezeichnet, wobei der Augenblick dargestellt ist, in dem die Achse des Zahnes d.. mit der Achse des Pols p., zusammenfällt. Ss ist auch gezeigt, wie die zwölf aufeinander folgenden Pole P-i-P-io mit ihren Spulen mit den Kommutatoren I, II, III verbunden sind, und zwar jeweils vier mit jedem der Kommutatoren. Man erkennt, daß alle Spulen nur mit einem ihrer Enden mit den Kommutatoren verbunden sind, während ihr zweites Ende mit einem gemeinsamen inneren Punkt der Maschine ohne Verbindung nach außen verbunden ist„

Da zwölf Polschritte demselben Zentrumswinkel entsprechen wie siebzehn Zahnschritte, kann man für die dargestellte Rotorstellung leicht die Winkel berechnen, die von den Zähnen durchlaufen werden müssen, um die in der Bewegungsrichtung nächstliegenden Pole zu erreichenο

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Brief vom B'at» 5 Dipl.-lng. G. Schüebs

an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

Dieses Zurückbleiben der Zähne hinter den PolenT-St⁺lDr einzelnen in der folgenden Tafel 1 angegeben:

TAFEL 1 .

Abstand des Zahnes , - ·

el gegenüber dem Pol ^pt ^: . ° ^d2 " ' ^P2 ^:23 (Τ2~ΤΦ~ ⁵ Zwölftel der Zahnteilung ^d3 ■ ** *q m-τΦ-™

12" t/= ¹⁵

^d5 "" ■ ^p^ ^sf ί«-^^{Β 3}

^d6 ^M P₅ ..--β

^d7 ⁿ P6 ¹^

^d8 ^M P₆' ·»

^d9 " P₇ ⁶

^d1O ^M P₈ «

^d11 " P9 ¹⁶

^d12 P₉ . ⁴-

^d13 ^M ΡΙΟ -9'.

^d15 ■ " ■ Pi! ²

^di6 " P12 . 7;.

^d17 " Pi ¹²

¹' gegenüber dem ·
folgenden Pol

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Brief vom Blatt 6 Dipl.-Ing. G. Schliebs

an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

Man erkennt, daß man in der dritten Spalte der Tafel beim Übergang von einem Zahn zum folgenden in vertikaler Richtung fortschreitend 5 hinzufügt und den Rest nimmt, den man bei der Division der so erhaltenen Zahl durch 12 erhält.

In der dargestellten Stellung des Rotors führen die Kommutatoren I, II, III die folgenden Schaltungen aus bzw. behalten die Schaltzustände bei:

- der Strom zu dem Pol p^ wird unterbrochen, dessen Achse mit der des Zahnes d^ zusammenfällt;

- der Strom zu dem Pol p₇ wird eingeschaltet, wobei die Achse des ankommenden Zahnes dq in Bezug auf die Achse des. Pols p₇ um eine halbe Zahnteilung zurückgesetzt ist (sechs Zwölftel der Teilung);

- der auf die Pole pg, p^., p., p_g, p₂ geschaltete Strom wird aufrechterhalten, wobei die ankommenden Zähne d_ß, d_1E-, d(-, d^p» ^2 ^mi"fc ihren Achsen in Bezug auf die Achsen dieser Pole um 1, 2, 3, 4» 5» 6 Zwölftel der Zahnteilung jeweils zurückgesetzt sind j

- die Pole P₁₂' Ρκ> Pio> Ρ·*» Pr ^weräerL stromlos gehalten.

Man erkennt, daß im Laufe von zwei Drehbewegungen um ein Zwölftel der Zahnteilung.des Rotors, die die dargestellte Stellung unmittelbar einschließen, die in den beiden folgenden Zeilen jeweils unterstrichenen Pole mit Strom versorgt werden:

P₁ Vg P₅ P4 P5 P6 ^P7 ^P8 ^P9, ^P1O ^PH ^P12

P₁ P₂ P3 P4 P₅ P(5 P7 ^P8 ^P9 ^P1O ^PH ^P12

wobei in diesen beiden Fällen genau sechs von zwölf Polen mit Strom versorgt werden und die nicht mit Strom versorgten Pole erkennbar mit den vorangegangenen abwechseln.

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Brief vom Blatt 7 Dipl.-Ing. G. Schliefen

_an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

Um die Drehung des Rotors sicherzustellen, müssen die Kommutatoren - wie man leicht erkennt - nacheinander die in der folgenden Tafel 2 angegebenen Verbindungen herstellen:

TAPBI 2

Rotorsteilung Unterbrechung Einschalten des

des Stroms zu Stroms zu dem dem Pol Pol

dargestellte Rotorstellung "P₁ P7 nach einer Drehung um 1 Zwölftel _p - _p der Zahnteilung ^ ¹²

^P5 ^p1O

P₉ P₃ P₂ P₈ P₇ P₁

^p12 ^P6 P₅ P_{1 Λ}

^P1O ^P4 P₃ P₉

η	2	π
It	3	η
It	h	η
η	5	tt
tt	6	ti
η	7	ti
η	8	U
ti	9	tt
Il	10	Il
ti	11	11

Man erkennt, daß man in der zweiten und dritten Spalte dieser Tafel von einer Stellung zur nächsten gelangt, indem

man

- vertikal in absteigender Richtung 5 (=17-12) hinzufügt und den Rest nimmt, der sich aus der Division der so erhaltenen Summe durch 12 ergibt;

- horizontal in beliebiger Richtung sich bewegend 6 (=-?r) hinzufügt und den Rest nimmt, der sich aus der Division der so erhaltenen Summe durch 12 ergibt.

Wie die Pig« 2 zeigt, werden die Konimutationsvorgänge im Takt der Drehbewegungen um jeweils ein Zwölftel der

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Brief vom Statt β Dipl.-Ing. G. Sdiliebs

^an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

Zahnteilung ausgeführt

- durch den Kommutator I für eine Permutation der Stromversorgung der Pole p.., p„j

- durch den Kommutator III für eine Permutation des Ausgangs der Pole p_g, P_1g;

- durch den Kommutator II für eine derartige Permutation der Pole P₁₁, p^i

- durch den Kommutator I erneut für eine derartige Permutation der Pole ρ , P_1Q usw„, wobei die Kommutatoren in unveränderbarer Reihenfolge arbeiten (hier I,III, II, wenn man die Verteilung der Pole auf die Kommutatoren zugrunde legt, wie sie in Pig. 2 dargestellt ist).

Mt anderen Worten, die Kommutationen erfolgen nach dem in Fig. 5 gezeigten Schema.

T/enn man mit k die Anzahl der Kommutatoren bezeichnet, mit 4 k£ die Anzahl der Statorpole und mit m die Anzahl der Zähne, dann entspricht die dargestellte Kombination den Werten k = 3 m = 17

die Anzahl der Pole ist dann 4 x 3 x ß = 12 2 (hier 36) und die Anzahl der Zähne 17t (hier 51).

Pies ist nicht die einzig mögliche Kombination. Man kann beispielsweise die Kombination k-m aus folgenden Gruppen wählen

2-12, 3-19, 4-23

wobei in diesen Fällen-die Reihenfolgen der Kommutationen der Pole für 8 Pole, 12 Pole und 16 Pole jeweils sind

- 1, 4, 7, 2, 5, 8, 3, 6 (Periode 11-8=3)

- 1, 8, 3, 10, 5, 12, 7, 2, 9, 4, 11, 6 (Periode 19-12=7)

- 1,8,15,6,13,4,11,2,9,16,7,14,5,12,3,10 (Periode 23-16=7).

Wenn man das Vorangegangene berücksichtigt (annäherndes Abwechseln der mit Strom versorgten Pole und der nicht

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Brief vom Blatt 9 Dipl.-Ing. G. Sdilbbs

an das Deutsche Patentamt, München " Patentanwalt

-AV 2847304

mit Strom versorgten Pole), ist es von Interesse, die Verbindungen der Statorspulen derart herzustellen, daß die Richtung des Magnetflusses in den Polen (wobei diese Richtung konstant ist wie die Richtung des Stromes in der entsprechenden Spule) von einem Paar benachbareter Pole zu dem folgenden abwechselt. So verläuft der Magnetfluß (in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien dargestellt) immer beispielsweise vom Inneren zum ÄuSeren der Pole p^, p_?, Pc, Pg, Pq, P^q und in entgegengesetzter Richtung gegenüber der vorangehend genannten Richtung in den Polen p,, Pa» P7» Pqi P-1-1» P-i2* ^^s^^ier kompensieren sich die resultierenden Magnetflüsse in dem Statorkranz und dem Rotorkranz, so daß man gegenüber sonst gleichen Verhältnissen mit schwächeren Querschnitten des ferromagnetisehen Materials auskommt.

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Leerseite

Claims (2)

1. Brief vom Platt 1 O Dipl.-Ing. G. Schliebs

   ^an das Deutsche Pa.ten.tamt, München Patentanwalt

   Patentanspräche

   Elektromotor mit veränderbarer Reluktanz, mit einem aus ferromagnetischem Material bestehenden dtatorkranz von Polen, die mit Induktionsspulen bestückt sind, die in vier Gruppen von gleicher Anzahl aufgeteilt sind, mit mindestens einem Rotorkranz aus ferromagnetischem Material, der äquidistante Zähne aufweist, die mit den Statorspulen zusammenwirken, mit Konimut at or einrichtungen, die von der Ro tor drehung gesteuert werden und die Stromzufuhr für die Statorspulen aus einer Gleichstromquelle verteilen, wobei die Spulen und die Kommutatoreinrichtungen so angeordnet sind, daß im Verlauf einer beliebigen Drehung um eine Zahnteilung jeder Pol zwei Kommutationsvorgängen der Stromzufuhr in entgegengesetzter Richtung ausgesetzt ist, und daß von einer Polgruppe zur anderen diese !Commutationsvorgänge um eine Zeitspanne verschoben sind, die der Zeitspanne einer Drehung um ein Viertel einer Zahnteilung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorpole (11) äquidistant sind, jeweils eine gesonderte Spule (12) tragen und in einer Anzahl υοώ. 4 kß angeordnet sind (wobei k ^ und £ eine beliebige Zahl ist), daß die Rotorzähne (21) in einer Anzahl von Cm angeordnet sind (wobei m eine ungerade Zahl über 4 k ist) und daß die Kommutatoreinrichtungen (I, II, III) derart angeordnet sind, daß sie eine Permutation der Stromversorgung zwischen zwei Statorpolen bei jeder Drehung um der Zahnteilung erzeugen, und daß m so gewählt ist, daß in jedem Augenblick, außer in den Statorzonen unmittelbar nach oder vor der !Commutation, die stromversorgten Pole mit den nicht stromversorgten Polen abwechselnο

   ORIGINAL INSPECTED

   709S17/0797

   Brief vom Blatt 1 Ί Dipl.-Ing. G. Sdiliebs

   ^an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
2. 2. Elektromotor nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination k-m aus den G-ruppen 2-11, 3-17, 3-19, 4-23 ausgewählt ist.

   Elektromotor nach i-insxDruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ütatorspulen (12) mit den Kommutationseinrichtungen (I, II, III) derart verbunden sind, daß die magnetische Flußrichtung in radialer Sichtung sich von einem Paar von benachbarten Polen zum folgenden äjidert.

   709817/0797