DE4008446C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Stators für einen mehrphasigen, elektronisch kommutierten Reluktanzmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 46 84 867 bekannt.

Reluktanzmotoren sind Maschinen mit doppelt ausgeprägten Polen; das heißt, sie haben mehrere gleichzeitig wirkende Pole sowohl auf dem Stator als auch auf dem Rotor. Weiterhin sind Spulen auf dem Stator vorhanden, aber es gibt keine Spulen oder Magnete auf dem Rotor. In einem Reluktanzmotor weist jede Motorphase wenigstens zwei diametral gegenüberliegende Statorpole auf, auf die jeweils eine Spule gewickelt ist. Die Statorpolspulen, die jede Phasenwicklung des Motors bilden, sind in Reihe oder parallel geschaltet, so daß, wenn eine Phasenwicklung erregt wird, der Magnetfluß, der in den zugehörigen Paaren von Statorpolen erzeugt wird, sich additiv vereinigt. Bei Erregung einer Motorphase, indem den zugehörigen Statorpolspulen Strom zugeführt wird, entsteht eine magnetische Anziehungskraft zwischen den erregten Statorpolen und den nächstgelegenen Rotorpolen, wodurch der Rotor in Drehung versetzt wird. Der Strom in der erregten Motorphasenwicklung wird ausgeschaltet, bevor die Rotorpole sich durch die Ausrichtungsstellung drehen; anderenfalls würde die magnetische Anziehungskraft ein negatives oder ein Bremsmoment erzeugen. Eine kontinuierliche Drehung des Rotors wird dadurch erreicht, daß benachbarte Motorphasen der Reihe nach ein- und ausgeschaltet werden. Um die Motorphasen zu erregen, werden den Motorphasenwicklungen durch einen Wandler Gleichstromimpulse zugeführt, die mit der Rotorbewegung synchronisiert sind.

Beispielsweise sind Wandler für elektronisch kommutierte Reluktanzmotoren in der US-PS 46 84 867 beschrieben. Im allgemeinen werden bei der Fertigung eines derartigen Reluktanzmotors die Spulen als Untereinheiten gewickelt und dann auf die Statorpole aufgebracht. Hierbei ist nachteilig, daß dieses übliche Motormontageverfahren notwendigerweise Zwischenräume zwischen den Polen ungenutzt läßt. Das heißt, damit eine Spule, die auf einen Statorpol aufgebracht wird, neben eine Spule paßt, die zuvor auf einen benachbarten Statorpol aufgebracht worden ist, ist die Breite der Spule eingeschränkt. Infolgedessen sind für einen bestimmten Reluktanzmotor der maximal erzielbare Fluß und somit das Ausgangsdrehmoment begrenzt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren gemäß der eingangs genannten US-PS 46 84 687 derart auszugestalten, daß der zwischen den Polen gebildete Zwischenraum durch mehr Spulenwicklungen ausgenutzt wird, um einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Magnetflußerzeugung in signifikanter Weise vergrößert wird. Somit wird das Drehmoment pro Stromeinheit proportional erhöht, wodurch ein Reluktanzmotor mit erhöhtem Wirkungsgrad entsteht. Zusätzlich werden durch Verwendung der zweistufigen Wicklungen, um einen wesentlich größeren Teil des Zwischenraumes zwischen den Polen auszunutzen, die Leiterverluste pro zugeführter Energieeinheit verkleinert, wodurch der Wirkungsgrad des Reluktanzmotors weiter verbessert wird.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung eines üblichen Reluktanzmotors.

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen Reluktanzmotor und stellt die Stromrichtung in einer Motorphasenwicklung und die Richtung des dabei entstehenden Magnetflusses dar.

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch einen Reluktanzmotor mit Statorpolspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen elektronisch kommutierten Reluktanzmotor 10 mit üblichen Statorpolspulen. Als Beispiel ist der Reluktanzmotor 10 als eine dreiphasige Maschine dargestellt, wobei jede Motorphase zwei diametral gegenüberliegende Statorpole aufweist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung auf elektronisch kommutierte Reluktanzmotoren mit jeder Phasenzahl und somit jeder Zahl von Statorpolen anwendbar ist.

Wie in Fig. 1 ferner gezeigt ist, enthält der Reluktanzmotor 10 einen Rotor 14, der entweder in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung in einem Stator 15 drehbar ist. Der Rotor 14 weist zwei Paare diametral gegenüberliegender Rotorpole 16a, 16b und 18a, 18b auf. Der Stator 15 hat drei Paare diametral gegenüberliegender Statorpole 20a, 20b, 22a, 22b und 24a, 24b. Übliche Statorpolspulen 26a, 26b, 28a, 28b, 30a bzw. 30b sind auf die Statorpole 20a, 20b, 22a, 22b, 24a bzw. 24b aufgebracht. Die Statorpolspulen auf jedem Paar gegenüberliegender oder zusammengehöriger Statorpolpaare sind in Reihe oder parallel geschaltet, um eine Motorphasenwicklung zu bilden. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, erzeugt der Strom I in jeder Phase ein magnetisches Feld, das durch die Pfeile 32 und 34 angedeutet ist. Beispielsweise sind, wie gezeigt, die Wicklungen 26a und 26b in Reihe geschaltet, so daß der Strom I in der angegebenen Richtung fließt.

Wie bereits erwähnt wurde, werden während der Fertigung eines typischen Reluktanzmotors die Statorpolspulen als formgewickelte Spulen gewickelt und dann auf die zugehörigen Statorpole aufgebracht. Die Windungszahl und die Leiterart, die zur Herstellung der Spulen auf einen bestimmten Reluktanzmotor verwendet werden, hängen von der jeweiligen beabsichtigten Anwendung ab. Für Wicklungen, die aus einer relativ kleinen Anzahl von Windungen eines dicken Leiters aufgebaut sind, werden diese jeweils in eine vorbestimmte Spulenform gebracht, die der Größe der Statorpole entspricht, wobei die Steifigkeit des dicken Leiters die Form der Spule beibehält, nachdem die Leiter formgewickelt worden sind. Die Leiter, die die formgewickelte Spule bilden, sind dicht gepackt. Alternativ kann in Abhängigkeit von dem Reluktanzmotor und seiner beabsichtigten Verwendung eine formgewickelte Spule aus vielen Windungen eines dünnen Leiters gewickelt werden, vorausgesetzt, daß die Windungen um einen nichtmetallischen Kern gewickelt werden, um die Spulenform zu bewahren.

Um die formgewickelten Spulen auf die Statorpole aufzubringen, wie es beschrieben wurde, gibt es eine maximale Spulenbreite W₁, die einen ausreichenden Spielraum für die Anbringung der benachbarten Spulen erlaubt. Somit ist ein wesentlicher Teil von jedem Zwischenraum 36 nicht durch Spulen beansprucht, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Diese Einschränkung hinsichtlich des nutzbaren Zwischenraumes begrenzt ihrerseits den maximal erreichbaren Fluß und somit das Ausgangsdrehmoment.

Fig. 3 zeigt einen Reluktanzmotor 38, der die zweistufigen Statorpolspulen gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet. Jede Statorpolwicklung weist äußere Spulen 40a, 40b, 42a, 42b, 44a bzw. 44b und innere Spulen 50a, 50b, 52a, 52b, 54a bzw. 54b auf. Die äußere Spulen und die inneren Spulen sind getrennt formgewickelt. Um die Ausnutzung jedes Zwischenraumes 36 zwischen zwei Polen zu maximieren, haben die inneren und äußeren Spulen jeweils einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Darüber hinaus ist für Reluktanzmotoren gleicher Bemessung die Breite W₁ der inneren Spulen gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorzugsweise gleich derjenigen der konventionellen Spulen, die in Fig. 1 gezeigt sind. Weiterhin ist wie bei den konventionellen Spulen die innere Spule so bemessen, daß sie direkt, d. h. eng, um den Statorpol paßt. Bei den Abmessungen der inneren Spulen, wie sie hier beschrieben sind, muß die Höhe H₂ der äußeren Spulen kleiner als die Höhe H₁ der inneren Spulen sein, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die äußeren Spulen sind so bemessen, daß sie direkt um die inneren Spulen passen, und die Breite W₂ der äußeren Spulen ist durch den für die Montage erforderlichen Spielraum begrenzt, wie es nachfolgend näher erläutert wird.

Bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die äußeren Spulen 40a, 40b, 42a, 42b, 44a und 44b auf Statorpole 20a, 20b, 22a, 22b, 24a bzw. 24b aufgebracht, bevor irgendwelche inneren Spulen angebracht werden. Wenn sich jede äußere Spule in ihrer Lage um den entsprechenden Statorpol herum befindet, wird jede innere Spule 50a, 50b, 52a, 52b, 54a und 54b in eine äußere Spule 40a, 40b, 42a, 42b, 44a bzw. 44b eingesetzt, die genau zwischen den Statorpol und die äußere Spule paßt. Jede äußere Spule wird dann mit der zugehörigen inneren Spule in Reihe geschaltet, um die gleiche allgemeine Wickelrichtung beizubehalten. Schließlich werden die diametral gegenüberliegenden Statorpolspulen in Reihe oder parallel geschaltet, je nach Wunsch, so daß die entstehenden magnetischen Felder ähnlich denjenigen des konventionellen Reluktanzmotors sind, die in Fig. 2 gezeigt sind.

Es sind jedoch noch weitere Ausführungsbeispiele möglich. Beispielsweise kann eine dreistufige Spule verwendet werden, die eine innere Spule, eine mittlere Spule und eine äußere Spule aufweist. Um einen Stator mit einer dreistufigen Spule zu bauen, werden die Wicklungsstufen in folgender Weise nacheinander auf den Statorpolen angebracht: alle äußeren Spulen, alle mittleren Spulen und schließlich alle inneren Spulen. In entsprechender Weise können vier Wicklungsstufen, fünf Wicklungsstufen usw. aufgebaut werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Herstellen eines Stators für einen mehrphasigen, elektronisch kommutierten Reluktanzmotor, dessen Stator ein Joch und mehrere Paare einstückig damit ausgebildeter, gegenüberliegender, polschuhloser Statorpole aufweist, auf die jeweils eine konzentrierte Statorpolspule aufgebracht ist, wobei jede Motorphase wenigstens ein Paar gegenüberliegender Statorpole mit den darauf gewickelten Spulen aufweist, die jeweils mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt versehen und so gewickelt sind, daß sie direkt um einen der Statorpole passen, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere äußere Spulen derart formgewickelt werden, daß sie jeweils einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen und um die entsprechende innere Spule passen,
daß jede äußere Spule um einen der Statorpole herum angeordnet wird,
daß jede innere Spule eingesetzt wird,
daß die inneren Spulen und die äußeren Spulen elektrisch in Reihe geschaltet werden,
und daß die Statorpolspulen, die der gleichen Motorphase angehören, elektrisch miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe jeder äußeren Spule kleiner gemacht wird als die Höhe der inneren Spule.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Spule jeweils direkt um die entsprechende innere Spule herum paßt.