DE6811162U - Dynamoelektrische maschine mit reluktanzwirkung. - Google Patents

Description

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N. 132

Augsburg, den I5. Dezember I97O

National Research Development Corporation, Kingsgate House, 66-74 Victoria Street, London S.W.l, England

Dynamoelektrische Maschine mit Reluktanzwirkung

Die Neuerung betrifft dynamoelektrische Maschinen, welche mit Reluktanzwirkung arbeiten.

Derartige mit Reluktanzwirkung arbeitende rotierende elektrische Maschinen weisen im allgemeinen an einem Teil, normalerweise dem Stator, eine einphasige oder mehrphasige,

über dem Umfang verteilte V/echsel Stromwicklung sowie einen Rotor auf, welcher zwei ihm eigentümliche Richtungen kleinsten bzw,, größten magnetischen Widerstandes besitzt, die jeweils als Längsachse bzw. als Querachse bezeichnet werden. Wird die Wechselstromwicklung an dem einen Teil der Maschine erregt, so daß eine magnetomotorische Kraft entsteht, so hat der andere Teil der Maschine das Bestreben, sich derart auszurichten, daß seine Längsachse mit der Hauptachse dieser magnetomotorischen Kraft zusammenfällt. Dieses Bestreben des Läufers, sich auszurichten, ermöglicht die Erzeugung eines Drehmoments und damit einer Motorwirkung. Zur Erzielung guter Ergebnisse muß der magnetische Widerstand in der genannten Längsrichtung besonders klein gemacht werden, während der magnetische Widerstand in Querrichtung besonders groß sein soll. Hierdurch erhält man einen Motor mit größtem Drehmoment und mit kleinstem Magnetisierungsstrom, was den größten Leistungsfaktor und den besten Wirkungsgrad zur Folge hat.

Es ist bereits eine mit Reluktanzwirkung arbeitende rotierende elektrische Maschine vorgeschlagen worden, deren Stator eine über dem Umfang verteilte ein- oder mehrphasige elektrische Wechselstromwicklung und deren Rotor den von dieser Wicklung erzeugten magnetischen FIuB führende Teile

aus ferromagnetischem Werkstoff aufweist, welche derart ausgebildet sind, daß der gegenüber dem Stator dargebotene magnetische Widerstand des Rotors jeweils von dessen Stellung gegenüber dem Stator abhängig ist und welche die Form von Blechpaket ι haben, deren Schichtungsebenen im wesentlichen parallel zur Achse des Rotors verlaufen.

Durch die Neuerung soll die Aufgabe gelöst werden, bei einer elektrischen Maschine der erwähnten Art den magnetischen Widerstand in Richtung der Querachse weiter zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils zwischen den einzelnen Blechen der Blechpakete dünne Schichten aus unmagnetischen Werkstoff angeordnet sind. Diese zwischengelagerten unmagnetischen Schichten können elektrisch leiten oder auch nichtleitend ausgebildet sein.

Es wird sich zeigen, daß durch eine solche magnetische Isolation der einzelnen Blechpaketschichten das magnetische Potential der Rotoroberfläche im Bereich der Querachsenrichtung dem magnetischen Potential an der entsprechenden,

gegenüberliegenden Stelle der Statoroberfläche angenähert werden kann. Die sich dann über den Luftspalt hinweg ergebende magnetische Potentialdifferenz ist außerordentlich klein. Der resultierende Kraftfluß wird auf einen äußerst niedrigen Wert herabgesetzt. Der magnetische Widerstand in Querachsenrichtung hat demzufolge einen maximalen Wert«, Hierdurch wiederum ist es möglich, die Polbreite in Umfangsrichtung etwas zu vergrößern, wodurch eine entsprechende leichte Verringerung des magnetischen Widerstandes in Richtung der Längsachse erzielt wird. Die zuletzt genannte Wirkung ist aber nicht von so großer Bedeutung wie die zuvor erwähnte Steigerung des magnetischen Widerstandes in Richtung der Querachse.

Im folgenden wird die Neuerung durch öie Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 einen vierpoligen Rotor für einen

Reluktanzmotor nach der Neuerung,

Fig. 2 eine Abbildung zur Erläuterung

der Herstellungsweise des Rotors nach Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Raumform eines vier

poligen Rotors für eine elektris ehe Maschine nach der Neuerung,

die Fig. 4,5

und 6 jeweils verschiedene Raumformen

von zweipoligen Rotoren für elektrische Maschinen nach der Neuerung und

Fig. 7 nochmals eine andere Raumform |

ι eines vierpoligen Rotors für

eine neuerungsgemäße elektrische Maschine,

In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine vierpolige, mit Reluktanzwirkung arbeitende elektrische Maschine dargestellt, welche einen Stator 1 mit einer nicht im einzelnen abgebildeten vierpoligen, ein- oder mehrphasigen Wechselstromwicklung beispielsweise bekannter Art und einen Rotor 2 aufweist, der auf einer Welle

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sitzt und Innerhalb des Stators 1 drehbar gelagert 1st. Der Rotor 2 enthält Teile aus magnetIslerbarem Material, die so ausgebildet sind, daß sie Kraftflußwege von kleinstem magnetischem Widerstand für den Kraftfluß darbieten, der von den Statorwicklungen, welche durch gestrichelte Linien 4 angedeutet sind, erzeugt wird, wenn sich der Rotor mit Bezug auf das magnetische Feld des Stators in einer bestimmten Stellung befindet, die als Längsachsenstellung zu bezeichnen ist. Zu diesem Zwecke sind vier Blechpakete 5 vorgesehen, deren einzelne Blechschichten sich im wesentlichen parallel zur Drehachse des Rotors erstrecken, wobei jedes Blechpaket in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise so abgebogen ist, daß bei der in Fig. 1 gezeigten Längsachsenstellung des Rotors von den Blechpaketen Wege für den magnetischen Kraftfluß festgelegt werden. Zwischen den einzelnen Blechen der Pakete 5 sind dünne Schichten aus nichtmagnetischem Werkstoff 6 angeordnet, wobei als elektrisch leitendes Material zweckmäßigerweise Kupfer oder Aluminium verwendet werden kann. Man sieht, daß nach Verdrehen des Rotors um 90 elektrische Grade in die Querachsenstellung der magnetische Fluß nun nicht nur die Blechschichten 5 aus magnetischem Material senkrecht zu deren Richtung sondern aucn die zwischen den aus magnetischem Werkstoff bestehenden Schichten angeordneten

unmagnetischen Zwischenschichten 6 zu durchqueren hat. Hierdurch wird die Reluktanz in Querachsenrichtung ganz beträchtlich heraufgesetzt.

Die verbleibenden Räume 7 des Rotors 2 werden mit Leitermaterial, beispielsweise mit Kupfer oder Aluminium oder beiden Werkstoffen ausgefüllt, um ein besseres Asynchronverhalten zu erzielen.

Eine Ilerstellungsmöglichkeit des Rotors für die Maschine nach Fig. 1 ist in Fig. 2 der Zeichnungen erläutert. Auf einen zylindrischen Dorn 11 wird ein Wickel 10 aus kornorientiertem, magnetisch anisotropem Material aufgebracht und gleichzeitig mit diesem Aufwickelvorgang wird ein sehr dünner Streifen aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, zusammen mit dem Streifen aus magnetischem Material mit eingewickelt. Der fertige Wickel besteht daher aus abwechselnden Schichten von magnetischem Material und nichtmagnetischem Material. Der Wickel wird dann längs der Linien 1J> in vier gleiche Sektoren zerschnitten, die umgedreht und in der aus Fig. 1 der Zeichnungen ersichtlichen Weise zusammengebaut werden, wonach die zylindrische Form herausgedreht wird. Die sich

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schließlich ergebende Form der abgedrehten Oberfläche des Rotors ist in Pig. 2 durch gekrümmte Linien 14 angedeutet.

Anstelle der geblechten Pakete mit der besonderen, in Fig. 1 gezeigten Form können auch Blechpakete anderer Gestalt verwendet werden, wofür ein Beispiel in Fig. 3 der Zeichnungen angegeben ist. Abgesehen von dem Unterschied in der Form der Blechpakete stimmt der Aufbau des Rotors nach Fig. 3 im wesentlichen mit der Rotorform nach Fig. 1 überein.

Fig. 4 der Zeichnungen zeigt ein Konstruktionsbeispiel für eine zweipolige Maschine und dieser Rotor kann auch für eine zusammengesetzte Maschine mit zwei- und vierpoligem Betrieb verwendet werden. Die allgemeine Form der Blechpakete des Rotors nach Fig. 4 ist ähnlich wie diejenige des vierpoligen Rotors nach Fig. 1 der Zeichnungen. Gegebenenfalls können jedoch an die Stelle der beiden einstückigen Blechpakete 21 und 22 nach Fig. 4 der Zeichnungen je zwei Blechpakete treten,, die jeweils annähernd die halbe Dicke der Pakete nach Fig. 4 der Zeichnungen aufweisen. Eine solche Anordnung ist in Pig. 5 der

Zeichnungen gezeigt. Hierbei sind die Räume zwischen benachbarten Blechpaketen 2j5 und 24 bzw. 25 und 26 mit elektrisch leitendem Material ausgefüllt. Anstelle der in den vorstehend erläuterten Zeichnungsfiguren gezeigten gekrümmten Blechpakete können jedoch auch in der aus Fig. 6 ersichtlichen Weise gestreckte Blechpakete verwendet werden.

Fig. 7 der Zeichnungen zeigt schließlich eine weitere Rotorkonstruktion für eine vierpolige Maschine. Der Rotor ist um eine zentrische Welle 30 drehbar gelagert und weist acht Blechpakete auf, die von Jl bis 38 numeriert sind. Jedes der Blechpakete enthält Schichten bzw. Bleche aus magnetisierbarer!! Material, die jeweils parallel zur Läuferachse gerichtet sind und zwischen den einzelnen Schichten des jeweiligen Paketes liegt nichtmagnetischer Werkstoff, vorzugsweise ein elektrisch leitender Werkstoff, beispielsweise also Kupfer oder Aluminium. Die einzelnen Blechpakete sind jeweils annähernd um 90° abgebogen und bilden so einen vierpoligen Rotor. Die Zwischenräume zwischen den Paketen sind mit Leitermaterial, beispielsweise in Form von Kupferstäben 39* ausgefüllt. Auch in den übrigen Räumen des Rotors, welche in Fig. 7 durch die schraffierten Flächen 40 und 41 angedeutet sind, ist Kupfer oder ein anderes Leitermaterial, zweckmäßig Aluminium, angeordnet.

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Anstelle eines Miteinwickelns gesonderter Schichten von nichtmagnetischem Werkstoff kann man neuerungsgemäß die magnetischen Schichten auch mit einer Schicht aus entsprechendem Werkstoff belegen, bevor die Pakete hergestellt werden.

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1.

Claims (2)

Sohutzansprüche:

1. Mit Reluktanzwirkung arbeitende rotierende elektrische Maschine, deren Stator eine über den Umfang verteilte ein- oder mehrphasige elektrische Wechselstromwicklung und deren Rotor den von dieser Wicklung erzeugten magnetischen Fluß führende Teile aus ferromagnetische!)! Werkstoff aufweist, welche derart ausgebildet sind, daß der gegenüber dem Stator dargebotene magnetische Widerstand des Rotors jeweils von dessen Stellung gegenüber dem Stator abhängig ist und welche die Form von Blechpaketen haben, deren Schichtungsebenen im wesentlichen parallel zur Achse des Rotors verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen den einzelnen Blechen der Blechpakete (5 bzw. 21, 22, bzw. 23, 24, 25, 26 bzw. 31 bis 38) dünne Schichten (6) aus unmagnetischem Werkstoff angeordnet sind.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Blechen angeordneten, aus unmagnetischem Werkstoff bestehenden Schichten elektrisch leitend ausgebildet sind.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Blechpakete (5 bzw. 21, 22 bzw. 23, 2.K, 25 bzw. 26 bzw. ?1 bis 38) derart gebogen sind, daß sie jeweils einen Kraftflußweg zwischen benachbarten Polen bilden (Pig. 1 bis 5 und 7).

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