DE3049582A1

DE3049582A1 - Pole lamination form for external rotor reluctance motor - gives flux paths with asymmetrical permeance to assist with run up

Info

Publication number: DE3049582A1
Application number: DE19803049582
Authority: DE
Inventors: Martin 7742 St Georgen Burgbacher
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1979-06-23
Filing date: 1980-12-31
Publication date: 1981-12-24

Abstract

The rotor ring lamination has the permeance of the flux path between poles (M1,M2,M1',M2') modified by the addition of cut outs at the pole centres. These cut outs are asymmetrical between neighbouring poles, three slots (2,3,4) in one pole (M1,M1') and four (5,6,7,8) in the next M2,M2'). The resistance to quadrature fluxes is increased, which improves the machine performance, whilst at the same time the mechanical capabilities of the laminations are not brought below the acceptable minimum for safe operation.

Description

Reluktanzmotor Reluctance motor

(Zusatz zu P 29 25 392) Die Erfindung bezieht sich auf einen Reluktanzmotor mit einem Kurzschlußkäfigaußenrotor nach dem Anspruch 1 der Stammanmeldung P 29 25 392, auf welche zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen Bezug genommen wird.(Addition to P 29 25 392) The invention relates to a reluctance motor with a squirrel cage outer rotor according to claim 1 of parent application P 29 25 392, to which reference is made to avoid unnecessary repetition.

Bei solchen Motoren werden beiderseits der Polmitten leitende Bahnen für den magnetischen Fluß des Motors gebildet. Bei Reluktanzmotoren mit Kurzschlußkäfigrotor muß man eine bessere Wicklungsverteilung, d.h. eine feinere Treppung und somit kleinere Nutteilung und das heißt eine größere Spulenzahl aufwenden, denn sie zeigen bei schlechterer Wicklungsverteilung, d.h. relativ wenigen Nuten, ein schlechteres Betriebsverhalten (schlechteres Hochlaufverhalten, kleinere Drehmomente im Synchronismus). Andererseits ist man bestrebt, gerade in der Serienfertigung die Spulenzahl zu reduzieren, um maschinelle Bewicklung des Stators anwenden zu können.In such motors there are conductive paths on both sides of the pole centers formed for the magnetic flux of the motor. For reluctance motors with squirrel cage rotors you have to have a better winding distribution, i.e. a finer step and thus smaller Slot pitch and that means using a larger number of coils, because they show at poorer winding distribution, i.e. relatively few slots, poorer operating behavior (poor start-up behavior, lower torques in synchronism). on the other hand the aim is to reduce the number of coils, especially in series production, in order to to be able to use mechanical winding of the stator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reluktanzmotor mit Kurzschlußkäfigrotor im Hinblick auf diese einander widersprechenden Forderungen zu verbessern. Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Mitteln des Anspruchs 1. Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, daß die Anwendung einer relativ grob genuteten Maschinene=twicklung überraschenderweise bei einem Außenläuferreluktanzmotor, der Merkmale verwendet, wie sie insbesondere in der Stammanmeldung P 29 25 392 beansprucht sind, möglich ist, so daß durch diese Kombination das Motorverhalten so gut wird wie bei aufwendigen Wicklungen.The invention is based on the object of having a reluctance motor Squirrel cage rotor in view of these contradicting requirements to improve. The invention solves the problem with the means of claim 1. The Invention is therefore based on the knowledge that the application of a relatively rough grooved machine development surprisingly in an external rotor reluctance motor, the features used, as claimed in particular in the parent application P 29 25 392 is possible, so that this combination makes the engine behavior so good as with complex windings.

Selbstverständlich wird bei Anwendung der Ausnehmungen über einem größeren Teil der Polteilung (wie sie die Stammanmeldung auch zeigt) der Motor nicht schlechter und ebenso sind in aufwendigerer Weise zwei Spulen pro Pol und Phase möglich, aber die Erfindung gewährt bei geringen wirtschaftlichen Aufwendungen insbesondere für die Serienfertigung (Maschinenwicklung) die Herstellung eines guten Motors (bei 1 Spule pro Pol und Phase).Of course, when using the recesses over a larger part of the pole pitch (as the parent application also shows) the motor does not two coils per pole and phase are both worse and more complex possible, but the invention is particularly effective with low economic outlay for series production (machine winding) the production of a good motor (at 1 coil per pole and phase).

Besonders bei einem 2-poligen Außenrotor ist die Anwendung der Erfindung durchaus wirkungsvoll. Das in Fig. 1 gezeichnete Ausführungsbeispiel zeigt jedoch ein 4-poliges Rotorblech 1, wobei abwechselnd von Polmitte M1... zu Polmitte M2... drei bzw. vier Ausnehmungen 2 - 4, 5 - 8 vorgesehen sind, jeweils im Joch des Außenrotors, und diese drei bzw. vier Nuten jeweils symmetrisch um die Polmitte angeordnet sind und wegen der vorgesehenen 30 Nuten tN = 2 g/30 und der notwendigen Ausrichtung der Ausnehmungen zu den Nuten 101 - 130 es sich so ergibt. Dabei ist die mittlere Ausnehmung 3 oder sind die beiden inneren Ausnehmungen 6, 7, die der Polmitte benachbart sind, etwas kleiner als die von der Polmitte weiter entfernt liegenden 2, 4, wobei die letzteren mit der zugehörigen Nut auch vereinigt sind. Dadurch ist es möglich, die kleineren Ausnehmungen 3, 6, 7 radial so zwischen den Außenumfang U des Rotorjochs und den Nutgrund G der jeweils zugehörigen Nut zu legen, daß doch noch eine radial relativ breite Brücke zwischen der Ausnehmung und dem Außenumfang des Rotorjochs, B1, und auch zwischen der Ausnehmung und dem Nutgrund, B2, entsteht. Diese Brücken B1 und B2 dienen zur Leitung des Querflusses und sollen einen hohen magnetischen Widerstand aufweisen. Andererseits aber muß das Blech für die Fertigungshandhabung eine gewisse Steifigkeit aufweisen, und die extrem starken Reduzierungen des Jochquerschnitts gerade in der Polmitte bedeuten eine Labilität solcher Außenrotorreluktanzbleche.The application of the invention is particularly important in the case of a 2-pole outer rotor quite effective. However, the embodiment shown in FIG. 1 shows a 4-pole rotor lamination 1, alternating from pole center M1 ... to pole center M2 ... three or four recesses 2 - 4, 5 - 8 are provided, each in the yoke of the outer rotor, and these three or four slots are each arranged symmetrically around the pole center and because of the 30 grooves provided tN = 2 g / 30 and the necessary alignment of the recesses to the grooves 101-130 it results in this way. Here is the middle one Recess 3 or are the two inner recesses 6, 7, which are adjacent to the pole center are slightly smaller than the 2, 4 further away from the pole center, where the latter are also combined with the associated groove. This makes it possible the smaller recesses 3, 6, 7 radially so between the outer circumference U of the rotor yoke and to put the groove base G of the respective associated groove, that still a radial relatively wide bridge between the recess and the outer circumference of the rotor yoke, B1, and also between the recess and the groove base, B2, arises. These bridges B1 and B2 are used to conduct the transverse flux and should have a high magnetic level Have resistance. On the other hand, however, the sheet metal must be used for production handling have a certain rigidity, and the extremely strong reductions in the yoke cross-section especially in the center of the pole mean an instability of such outer rotor reluctance sheets.

Da aber die Querreaktanz in den Polmitten, wo man, wie im Ausführungsbeispiel bei jedem zweiten Pol M2, M2, je eine Ausnehmung beiderseits der Polmitte hat, durch einen in Umfangsrichtung längeren magnetischen Pfad gebildet wird und also auch einen größeren Widerstand darstellt, ist diese Anordnung einer relativen Verkleinerung der Ausnehmungen in unmittelbarer Nähe der Polmitte durchaus noch vorteilhaft praktikabel. Außerdem können sehr wirkungsvoll diese Ausnehmungen in der und um die Polmitte, besonders wie in Fig. 4 der Stammanmeldung schon angedeutet und hier im Ausführungsbeispiel gestrichelt eingezeichnet, rechteckförmig (oder in Umfangsrichtung in anderer Weise länglich geformt sein, z.B. in Form eines Langlochs) gestaltet werden.But since the transverse reactance is in the pole centers, where, as in the exemplary embodiment at every second pole M2, M2, each has a recess on both sides of the pole center a longer magnetic path is formed in the circumferential direction and thus also represents greater resistance, this arrangement is of relative miniaturization the recesses in the immediate vicinity of the pole center are still advantageously practicable. In addition, these recesses in and around the pole center, especially as already indicated in FIG. 4 of the parent application and here in the exemplary embodiment Drawn in dashed lines, rectangular (or in a different way in the circumferential direction be elongated, e.g. in the form of an elongated hole).

Dadurch werden die genannten Brücken zu in Umfangsrichtung, d.h. in Richtung des Querflusses längeren magnetischen Leitpfaden bei doch wirkungsvoll (zur Erhöhung der Querreaktanz), aber mäßig verringertem Querschnitt und damit von größerem magnetischem Widerstand, obwohl ihr Querschnitt und damit die Stabilität des Bleches immer noch relativ gut ist, jedenfalls für die Erfordernisse der Fertigung ausreichend.As a result, the mentioned bridges become in the circumferential direction, i.e. in Direction of the transverse flux longer magnetic conductive paths but effective (to increase the cross reactance), but moderately reduced cross-section and thus from greater magnetic resistance, although their cross-section and thus stability of the sheet is still relatively good, at least for the requirements of production sufficient.

Die äquidistanten Nuten 101 - 130 sind zueinander um die Nutteilung tN =a5/15 = 120 versetzt. Um die radiale Breite der Brücke B2 liegt der radial innere Rand der Ausnehmungen 3, 6, 7, 3', 6', 7' vom Nutgrund G radial entfernt auf dem Kreis vom Durchmesser D . Auf diesem Kreis liegen auch die Mitten der Ausa nehmungen 5, 8, 5', 8', während die Mitten der Ausnehmungen 2, 4, 2', 4' auf dem Kreis vom Durchmesser Db liegt und die Zentren der der Ausnehmungen 6, 7, 6', 7' auf dem vom Durchmesser Dc.The equidistant grooves 101-130 are relative to one another around the groove pitch tN = a5 / 15 = 120 offset. The radially inner one lies around the radial width of the bridge B2 Edge of the recesses 3, 6, 7, 3 ', 6', 7 'from the groove base G radially away on the Circle of diameter D. The centers of the recesses also lie on this circle 5, 8, 5 ', 8', while the centers of the recesses 2, 4, 2 ', 4' on the circle from Diameter Db is and the centers of the recesses 6, 7, 6 ', 7' on the from Diameter Dc.

Im gezeichneten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen kreisrund. Fig. 1 zeigt natürliche Größe, so haben die Ausnehmungen 3, 6, 7 einen Durchmesser von 6 mm, die Ausnehmungen 2, 4, 5, 8 einen von 6,8 mm. Sind die Ausnehmungen wie gestrichelt gezeichnet rechteckig (vgl. 3', 6', 7'), so gelten die Dimensionen Da, Db, Dc trotzdem und proportional ähnlich auch bei größeren oder kleineren als den hier im Maßstab 1 : 1 gezeichneten und beschriebenen Maßverhältnissen.In the illustrated embodiment, the recesses are circular. Fig. 1 shows natural size, so the recesses 3, 6, 7 have a diameter of 6 mm, the recesses 2, 4, 5, 8 one of 6.8 mm. Are the recesses like dotted and rectangular (see 3 ', 6', 7 '), the dimensions Da, Db, Dc anyway and proportionally similar even with larger or smaller than the here on a scale of 1: 1 drawn and described dimensional relationships.

Fig. 2 zeigt in axialer Draufsicht den zum Rotor der Fig. 1 zugehörigen Innenstator mit 24 Nuten mit den Wickelköpfen einer dreiphasigen Maschinenwicklung, wobei in jeder Nut eine Spulenseite liegt und die Phasen I, II, III nacheinander in die Nuten 201 - 224 hineingewickelt sind, so daß die Wickelköpfe jeder Phase die der vorher eingewickelten Phase überlappen.FIG. 2 shows, in an axial plan view, that associated with the rotor of FIG. 1 Inner stator with 24 slots with the winding heads of a three-phase machine winding, with one side of the coil in each slot and phases I, II, III one after the other are wound in the grooves 201-224 so that the end windings of each phase overlap those of the previously wrapped phase.

Die in Figur 1 unten und oben gezeigte Anordnung der unmagnetischen Teile (die im allgemeinen Ausnehmungen in einem üblichen serienmäßigen Blechschnitt sind) sind in sich axialsymmetrisch zur Achse M1 M1L1 ebenso die links und rechts gezeigten Anordnungen. Diese beiden unterschiedlichen Anordnungen oder Ausnehmungen wechseln in Umfangsrichtung ab, wodurch eine gewisse Unsymmetrie entsteht, d.h. die magnetischen Verhältnisse um in Umfangsrichtung aufeinander folgende Polmitten sind alternativ verschieden. Es können aber auch mehr als zwei Typen von magnetischen Ausprägungen (zyklisch in diesem Sinn) gegenüber dem vollsymmetrischen Erregerfeld vorgesehen werden. Außerdem kann man die Unsymmetrie, wie sie bei der Anordnung nach Fig. 1 vorliegt, noch erhöhen, indem man die Ausnehmungen zur Polmitte nicht mehr symmetrisch wählt, z.B. wie es Fig. 3 zeigt, wo die Ausnehmungen 6' und 7 untereinander gleich groß und kleiner sind als die gleich großen und gleichen Ausnehmungen 6 und 7', so daß für die Querschnitte q jeweils gilt: q6 > q6 ' q6 ? q7 q7 < q7' q7' > q6' Wenn so zu vier (oder n) Statorpolen vier (oder n) unterschiedliche bzw. magnetisch unterschiedlich konfigurierte oder wenigstens variable Anordnungen der unmagnetischen Teile bzw.The arrangement of the non-magnetic shown in Figure 1 below and above Parts (which are generally recesses in a standard standard sheet metal cut are) are axially symmetrical to the axis M1 M1L1 as well as the left and right arrangements shown. These two different arrangements or recesses alternate in the circumferential direction, which creates a certain asymmetry, i.e. the magnetic conditions around pole centers following one another in the circumferential direction are alternatively different. But there can also be more than two types of magnetic Characteristics (cyclical in this sense) compared to the fully symmetrical excitation field are provided. You can also see the asymmetry, as seen in the arrangement according to Fig. 1 is present, still increase by not making the recesses to the pole center selects more symmetrically, e.g. as shown in Fig. 3, where the recesses 6 'and 7 one below the other are the same size and smaller than the same size and the same recesses 6 and 7 ', so that the following applies to the cross-sections q: q6> q6' q6? q7 q7 <q7 ' q7 '> q6' If so to four (or n) stator poles four (or n) different ones or magnetically differently configured or at least variable arrangements the non-magnetic parts or

Ausnehmungen um die vier (oder n) Polmitten des Rotors vorliegen, erhält man nach dieser Weiterbildung der Erfindung kleinere dynamische Drehmoment-Einbrüche beim Anlauf, weil die Feldverzerrungen räumlich ungleich verteilt sind und sich in ihrer nachteiligen Wirkung nicht mehr unterstützen. Dies ist bei allen Drehfeld-Reluktanzmotoren vorteilhaft.There are recesses around the four (or n) pole centers of the rotor, receives according to this development of the invention, smaller dynamic torque drops at start-up, because the field distortions are spatially unevenly distributed and spread out no longer support them in their adverse effect. This is the case with all rotating field reluctance motors advantageous.

Die in Fig. 1 links und unten gestrichelt gezeichneten Ausnehmungen allein ergeben auch schon eine gewisse Verbesserung des Drehmoments, insbesondere wenn, wie links gezeichnet, zwei, und wie unten gezeichnet, eine in Umfangsrichtung längliche Ausnehmung (unmagnetischer Teil) vorgesehen sind und dieses sich auch über dem Umfang fortsetzt, wie z.B. in Fig. 4 eine Periode des Umfangszyklus gezeichnet ist. Der Effekt stellt sich ein bei einer Variation gemäß Fig. 5. Die magnetischen Verhältnisse nach Fig. 4 und 5 sind bezüglich der Achsen A und B um die Polmitten symmetrisch. Jedoch können gewisse Störungen der Symmetrie, wie sie z.B. Fig. 3 zeigt, sogar noch Vorteile hinsichtlich der Momenten-Einbrüche bringen.The recesses shown in dashed lines on the left and below in FIG alone also result in a certain improvement in the torque, in particular if, as shown on the left, two, and as shown below, one in the circumferential direction elongated recess (non-magnetic part) are provided and this is also continues over the circumference, as drawn for example in Fig. 4 a period of the circumference cycle is. The effect occurs with a variation according to FIG. 5. The magnetic Relationships according to FIGS. 4 and 5 are with respect to the axes A and B about the pole centers symmetrical. However, certain disturbances of the symmetry, such as for example Fig. 3 shows, even bring advantages with regard to the moment dips.

Die Erfindung ermöglicht auch, axial kürzere Motoren bei gleichem zylindrischem Einbauvolumen, d.h. auch gleichem Gewicht für eine bestimmte Leistung zu bauen, weil die noch relativ gute Feldverteilung durch die Erfindung (auch in Verbindung mit der genannten USA-Patentschrift) axial kürzere Motoren (mit einem im Durchmesser relativ größeren zentralen Innenraum) für eine axial kompakte Unterbringung der Lagerung zuläßt, so daß man also ein kleineres Verhältnis von L/D erreicht, wobei L die axiale Länge und D der Durchmesser des Einbauraumes bedeuten.The invention also enables axially shorter motors with the same cylindrical installation volume, i.e. also the same weight for a certain performance to build because the still relatively good field distribution through the invention (also in Connection with the mentioned USA patent) axially shorter motors (with a relatively larger central interior space in diameter) for axially compact accommodation the storage, so that a smaller ratio of L / D is achieved, where L is the axial length and D is the diameter of the installation space.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims Reluctance motor with a stator having a plurality of poles, at least one coil per pole and phase being provided so that a rotating magnetic field is formed in the air gap during operation; with a squirrel cage outer rotor which has a large number of pole pitches, each pole pitch having two pole ends, between which the pole arc extends over the pole center, with magnetic flux guiding paths to the air gap at the rotor side between the Extend manure grooves and wherein in a loading ranging from 0.2 to H576Eachen of the pole arc around the pole centers non-magnetic, the yoke height of the rotor reducing sub-areas which are aligned with the rotor grooves are provided, in particular according to the German patent application P 29 25 392, characterized in that these sub-areas in their spatial structure are designed differently with regard to their magnetic resistance in the case of successive pole pitches on the rotor circumference.

2. reluctance motor according to claim 1, characterized in that this Subareas with respect to the respective pole centers in the case of successive ones on the rotor circumference Pole pitches in an unequal way in terms of angles (i.e. in different angles Distance) are offset to the respective pole center.