DE3522525A1 - Ankerrueckwirkungskompensierter reluktanzmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen ankerrückwirkungskompen­ sierten Reluktanzmotor nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Ein solcher Reluktanzmotor ist aus der DE-AS 12 03 378, Fig. 8 bekannt, dessen Ständerwicklung netzgespeist ist und der zum asynchronen Selbstanlauf einen genuteten Läufer mit Käfigwicklung aufweist. Der geblechte Läufer hat einen ersten, die Welle umgebenden zusammenhängenden Jochteil mit ausgeprägten Polen sowie zwischen den Polen angeordnete geblechte zweite Jochteile, die vom ersten Jochteil durch erste Permanentmagnete getrennt und gegen den Luftspalt zum Ständer von zweiten Perma­ nentmagneten begrenzt sind, wobei die jeweils zwischen zwei benachbarten Polen angeordneten ersten und zweiten Permanentmagneten gleichsinnig radial magnetisiert sind, derart, daß sie gemeinsam mit Permanetmagneten in den ausgeprägten Polen die feldverzerrende Anker­ rückwirkung in den Polbereichen und den Querfluß in jeder Pollücke weitgehend aufheben.

Bei Reluktanzmotoren erregt die Ständerdurchflutung in der Pollücke das Feld über die Pole und die Ständer­ durchflutung unter den Polen erzeugt in dem besagten Feld das motorische Drehmoment. Um eine ausreichende erregende Ständerdurchflutung unterbringen zu können, sind entsprechend breite Pollücken erforderlich. Um eine brauchbare Drehmomentausnutzung des Reluktanz­ motors zu erhalten, soll die Ständerdurchflutung unter den Polen etwa so groß sein wie die Ständerdurchflu­ tung in den Pollücken, wobei sich relativ starke Feld­ verzerrungen mit erheblichen Flußminderungen ohne eine Ankerrückwirkungskompensation ergeben würden.

Beim bekannten kompensierten Reluktanzmotor ist zwar die Ankerrückwirkung unterdrückt, es besteht aber noch der durch die relativ breiten Pollücken bedingte Nachteil einer verhältnismäßig geringen Ausnutzung des Motors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besser ausgenutzten, kleiner bauenden, in seinen einzelnen Wicklungssträngen polradlageabhängig stromrichterge­ speisten Reluktanzmotor zu schaffen, der ebenfalls durch Permanetmagnete ankerrückwirkungskompensiert ist und bei dem der durch die relativ breiten Pollücken­ bereiche bedingte Nachteil der Ausnutzungsminderung vermieden wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Dabei ist für die erfindungsgemäße Wirkung eine Kurz­ schlußwicklung im Läufer nicht erforderlich und es sind die zwischen den ersten und zweiten Jochteilen angeord­ neten und die dem Luftspalt benachbarten Permanentmag­ nete in den Pollücken so bemessen, daß im Bereich der Pole das Luftspaltfeld bei gegebenem Ständerstrom etwa konstant bleibt und in den Pollücken entgegen der mag­ netisierenden Wirkung des Ständerstrombelages ein Luft­ spaltfeld annähernd gleicher Stärke entsteht. Damit wird in der Pollücke mit dem dort vorhandenen Ständer­ strombelag ein zusätzlicher Drehschub in gleicher Richtung wie im Polbereich erzeugt.

Die Änderung der Drehmomentrichtung erfolgt durch Umkehr der Stromrichtung in den Wicklungssträngen über den Pol­ lückenbereichen, d.h. über den zweiten Permanetmagneten, bei dort gleichbleibender Feldrichtung. Damit kehrt sich die Feldrichtung unter den Polen um und bei dort gleichbleibender Stromrichtung auch die Drehmomentrich­ tung. Damit ist die Kompensation der Ankerrückwirkung in beiden Drehmomentrichtungen wirksam und in beiden Drehmomentrichtungen die volle Ausnutzung erreicht.

Weitere Einzelheiten sind anhand eines schematisch dar­ gestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil des geradlinig dargestellten Umfangs eines Reluktanzmotors für eine bestimmte Ständer­ durchflutung in sechs Nuten je Polteilung, die je einem von sechs Wicklungssträngen zugehören

Fig. 2 den zugehörigen Verlauf des Ständerstrombelages A und der Luftspaltinduktion B _L

Fig. 3 den Verlauf des magnetischen Potentials P ₁ an der Ständeroberfläche sowie des magnetischen Potentials P ₂ des Läufers für die eine Drehmoment- und Umfangskraftrich­ tung F.

Die entsprechenden Verhältnisse für die andere Drehmo­ ment- und Umfangskraftrichtung F′ ist in den Fig. 4 bis 6 dargestellt.

Fig. 7 und 8 Motoren mit Läufern mit mehr als drei Teilpolen.

Der geblechte Ständer 1 ist gleichmäßig genutet und be­ wickelt. Die Wicklungsstränge 2 in den Pollückenbe­ reichen erzeugen mit ihrer Ständerdurchflutung über die geblechten Jochteile 3 und 4 einen Fluß. Zur Kompen­ sation der Ankerrückwirkung sind radial gepolte Perma­ nentmagnete 5 bzw. 5′ abwechselnd unterschiedlicher Polrichtung zwischen beiden Jochteilen 3 und 4 in den Pollückenbereichen vorgesehen. Das zusammenhängende geblechte erste Jochteil 3 hat soviele ausgeprägte Teilpole 7 wie die von der Ständerwicklung bestimmte Polzahl. Zwischen den Teilpolen 7 des Jochteils 3 sind jeweils die zweiten Jochteile 4 mit endseitigen ausge­ prägten Teilpolen 4 A, 4 B angeordnet und von diesen durch einen Luftspalt getrennt. Zwischen den Joch­ teilen 4 und dem Luftspalt zum Ständer sind zusätzliche Permanetmagnete 6, 6′ angeordnet, die jeweils die gleiche Polrichtung wie die kompensierenden Permanent­ magnete 5, 5′ aufweisen und so bemessen sind, daß sie zusammen mit der Ständerdurchflutung der Wicklungsteile 2 ein zusätzliches Drehmoment ergeben.

Entsprechend der in Fig. 1 angedeuteten Ständerdurch­ flutung der Wicklungsstränge 2 und 2′ ergibt sich ge­ mäß Fig. 2 ein Ständerstrombelag A, sowie eine Luft­ spaltinduktion B _L .

Der Ständerstrombelag A bedingt ein in Fig. 3 gezeigtes magnetisches Potential P ₁ an der Ständeroberfläche. Das ebenfalls in Fig. 3 gezeigte magnetische Potential P ₂ des Läufers ist durch das magnetische Potential des Jochteiles 3 mit den Teilpolen 7 festgelegt und geht aus Symmetriegründen in der Mitte der Pole durch Null. Das magnetische Potential der Teilpole 4 A, 4 B der Jochteile 4 ist durch die kompensierenden Permanet­ magnete 5, 5′ um einen dem Ständerstrombelag A ent­ sprechenden Betrag verschoben, so daß sich unter Ver­ nachlässigung der Abstufung vom mittleren Teilpol 7 zu den beidseitig benachbarten Teilpolen 4 A, 4 B der mag­ netische Potentialverlauf P ₂ gemäß Fig. 3 ergibt, der außerhalb der Pollückenbereiche parallel zu P ₁ verläuft. Im Bereich konstanten Abstandes der beiden magnetischen Potentiale P ₁ und P ₂ ergibt sich im Bereich der Teil­ pole 7, 4 A und 4 B eine konstante Luftspaltinduktion B _L gemäß Fig. 2.

Die drehmomenterzeugenden Permanentmagnete 6, 6′ ver­ größern die magnetisierende Kraft zwischen den Joch­ teilen 4 und dem Ständer 1 so, daß die in Fig. 3 ge­ zeigte Verschiebung des magnetischen Potentials P ₂ eintritt wobei die Potentialdifferenz P ₂-P ₁ den um die Dicke der Permanetmagneten 6, 6′ vergrößerten Luftspalt magnetisieren muß. Dabei ist bei Magnetmaterial hoher Energiedichte, z. B. Samarium-Kobalt, U _r U _o .

Für die andere Drehmomentrichtung gilt entsprechendes gemäß den Fig. 4 bis 6.

Statt der in den Fig. 1 und 4 gezeigten Unterteilung der einzelnen Pole in jeweils drei Teilpole können mit einem zusammenhängenden inneren Jochteil 7 ohne Teilpole auch Pole aus zwei Teilpolen nur der Jochteile 4 gebildet werden.

Allgemein gilt, daß Pole mit einer geraden Anzahl von Teilpolen einen pollosen inneren Jochteil bedingen und eine der halben Anzahl der Teilpole entsprechende Anzahl weiterer Jochteile mit beidendseitigen Polvorsprüngen erfordern, wobei zwischen den ersten, zweiten usw. Jochteilen im wesentlichen ankerrückwirkungskompensie­ rende Permanetmagnete und zwischen den Polvorsprüngen der äußersten Jochteile drehmomentbildende Permanent­ magnete angeordnet sind.

Ein solches Ausführungsbeispiel für vier Teilpole ist in Fig. 7 gezeigt, bei dem der Ständer 1 mitsamt seinen Wicklungssträngen 2, 2′ dem Ständer in den Fig. 1 und 4 weitgehend entspricht, mit der Ausnahme, daß hier acht Wicklungsstränge vorhanden sind. Die Zahl der Wicklungs­ stränge hat jedoch für die erfindungsgemäße Funktion keine wesentliche Bedeutung.

Der Läufer besteht aus einem zusammenhängenden inneren Jochteil 8 ohne Teilpole sowie getrennten zweiten und dritten Jochteilen 9, 10 mit beidendseitigen Polvor­ sprüngen, die die Teilpole 9 A, 9 B bzw. 10 A, 10 B bilden. Die Permanentmagnete sind mit 11, 12 und 13 (11′, 12′, 13′) bezeichnet. Die Permanentmagnete 11 und 12 (11′, 12′) sind so bemessen, daß unter Berücksichtigung des von ihnen zu führenden Flußes aus der Pollücke zwischen den zusammengehörigen Teilpolen eines Poles jeweils eine dem Ständerstrombelag entsprechende magnetische Spannung herrscht. Der jeweils äußerste Permanetmagnet 13 (13′) ist so bemessen, daß in seinem Bereich ein ausreichend kräftiger Luftspaltfluß entsteht, der einen erheblichen Beitrag zum Drehmoment des Motors leistet.

Entsprechendes gilt für Pole mit ungerader Anzahl von Teilpolen bei Verwendung von zusammenhängenden inneren Jochteilen mit Polvorsprüngen als mittlere Teilpole.

Ein Ausführungsbeispiel für fünf Teilpole je Polbereich mit ebenfalls drei Jochteilen 8, 9 und 10 sowie Perma­ nentmagneten 11, 12 und 13 (11′, 12′ und 13′)ist in Fig. 8 gezeigt.

Zur Verringerung von Pulsationsverlusten im Läufer und der Kommutierungsinduktivität der Ständerspulen können zwischen den Teilpolen und im Bereich der Pollücke lei­ tende Teile eines Dämpferkäfigs untergebracht sein.

Claims (5)

1. Ankerrückwirkungskompensierter Reluktanzmotor mit gleichmäßig genutetem bewickeltem Ständerblechpaket sowie einem geblechten Läufer, bestehend aus einem zusammenhängenden inneren Jochteil sowie zwischen den Polen in den jeweiligen Pollückenbereichen angeordneten weiteren Jochteilen, die jeweils zwischen gleichsinnig radial gepolten Permanetmagneten liegen, von denen der jeweils äußere an den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer grenzt, dadurch gekennzeichnet, daß für einen polradlageabhängig stromrichtergespeisten Reluktanzmotor der jeweils äußere Permanentmagnet (6, 6′, 13, 13′) eine stärkere Flußdichte als die im wesent­ lichen kompensierenden inneren Permanentmagnete (5, 5′; 11, 11′; 12, 12′) aufweist und mit der ständerseitigen Erregerdurchflutung (2) im Pollückenbereich ein Dreh­ moment erzeugt, das das Drehmoment im Polbereich unab­ hängig von der Drehmomentrichtung unterstützt.

2. Reluktanzmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Jochteile (4, 10) beidseitige ausgepräg­ te Teilpole (4 A, 4 B; 10 A, 10 B) von einer der Höhe der zugeordneten Permanetmagnete (6, 6′; 13, 13′) entspre­ chenden Höhe aufweisen.

3. Reluktanzmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Polen mit einer ungeraden Anzahl von Teilpolen der innere Jochteil (3, 8) ausgeprägte, angeformte Teil­ joche (7, 14) als mittlere Teilpole aufweist.

4. Reluktanzmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Polen mit einer geraden Anzahl von Teilpolen der innere Jochteil teilpollos ausgebildet ist.

5. Reluktanzmotor nach Anspurch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Teilpolen und im Bereich der Pollücken sich axial erstreckende Leiter als Teile eines Dämpfer­ käfigs untergebracht sind.