DE709905C - Hysteresemotor - Google Patents

Hysteresemotor

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Publication number
DE709905C
DE709905C DEA87464D DEA0087464D DE709905C DE 709905 C DE709905 C DE 709905C DE A87464 D DEA87464 D DE A87464D DE A0087464 D DEA0087464 D DE A0087464D DE 709905 C DE709905 C DE 709905C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hysteresis
rotor
core
sleeve
magnetic
Prior art date
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Expired
Application number
DEA87464D
Other languages
English (en)
Inventor
Wayne J Morrill
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AEG AG
Original Assignee
AEG AG
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Filing date
Publication date
Priority claimed from US153356A external-priority patent/US2183404A/en
Application filed by AEG AG filed Critical AEG AG
Application granted granted Critical
Publication of DE709905C publication Critical patent/DE709905C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/02Synchronous motors
    • H02K19/04Synchronous motors for single-phase current
    • H02K19/08Motors having windings on the stator and a smooth rotor without windings of material with large hysteresis, e.g. hysteresis motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

  • Hysteresemotor Es sind bereits Synchronmotoren bekannt, deren Läufer aus zwei Eisensorten mit verschiedenen magnetischen Eigenschaften bestehen. Diese Synchronmotoren verdanken ihre Entstehung der Erkenntnis, daß das Synchronisiermoment -etwa proportional der Hysteresekonstante des Materials ist, während das Anlaufmoment mit der Permeabilität ansteigt. Da man somit immer ein Kompromiß, zwischen Synchronisier- und Anlaufmoment machen muß, so kann bei den bekannten Motoren der Nachteil dadurch beseitigt werden, daß man den Läufer aus zwei Ringern. herstellt, die verschiedene magnetische Eigenschaften haben. Der eine Ring dient zur Erzeugung eines hohen Synchronisiermomentes, während der andere Ring ein gutes Anlaufmoment hervorruft.
  • Erfindungsgemäß soll nun das Drehmoment von Motoren, die teilweise oder ganz nach dem - Hystereseprinzip arbeiten, durch den besonderen mechanischen Aufbau des Läufers, der ebenfalls aus zwei Eisensorten von verschiedenen 'magnetischen Eigenschaften besteht, verbessert werden. Der Läufer soll einen zylindrischen Kern aus magnetisch gut leitendem Material haben und von einer Hülse, die hohe Hystereseverluste verursacht und nur schwer magnetisiert werden kann, umgeben sein.
  • Bei den Hysteresemotoren der früheren Art wird der Läufer aus Hysteresematerial hergestellt. Es ist bekannt, daß der Flu3 zwischen den Ständerpolen durch das Läufermaterial im allgemeinen in Richtung der Peripherie geht. Um das größte Drehmoment für ein bestimmtes Material in einem solchen Läufer zu erreichen, muß die Flußdichte sehr hoch sein. Aus diesem Grunde wird das Material aus dem Inneren des Läufers soweit wie möglich entfernt, um die Flußdichte an der Peripherie zu ,vergrößern. Damit nun ein großer Fluß durch den relativ langen Weg des Läufermaterials geleitet werden kann, muß ein Stahl benutzt werden, der leicht magnetisiert werden kann. Ein solcher Stahl verursacht -aber nicht die höchsten Hystereseverluste. Deshalb wird erfindungsgemäß eine Läuferkonstruktion vorgesehen, die hohe Hystereseverluste ergibt, so daß das Drehmoment verbessert wird. Außerdem können durch den Vorschlag der Erfindung bei Läufern, die Wicklungen in ihren Nuten haben, die Nutengeräusche vermindert werden.
  • Die Erfindung wird in den Abbildungen beispielsweise veranschaulicht. Fig. i zeigt einen Teilschnitt eines Hysteresemotors; Fig. a stellt eine Kombination eines Hysteresemotors mit einem Kurzschlußläufermotor dar; Fig.3 zeigt die Hystereseschleife von Wolframstahl und einer Legierung aus Eisen, Nikkel und Aluminium; Fig. 4 stellt eine Läuferkonstruktion der früheren Art mit offenen Nuten dar; in Fig.5 sind einige Verbesserungen zu sehen, die erfindungsgemäß gegenüber Fig. 4. möglich sind; Fig. 6 zeigt eine einfache Hysteresedrehmomentkupplung, bei der das allgemeine Prinzip der Erfindung angewandt ist.
  • In Fig. i ist ein vierpoliger Motor mit einem Hystereseläufer zu sehen. Der Ständer besteht aus der gewöhnlichen Konstruktion und enthält den lamellierten magnetischen Ständerbau I0, der nach innen vorspringende Spaltpole i i mit abschirmenden Bändern 12 an den Austrittsteilen der Spaltpolstücke hat. Eine Einphasenwicklung, bestehend aus den Spulen 13, ist um die Polstücke gewickelt und so geschaltet, daß abwechselnd Nord- und Südpole an den vier Polstücken entstehen. Der Fluß dringt durch den Läufer gemäß den punktierten Linien. Somit wird ein vierpoliges Wechsel- oder Drehfeld hervorgerufen.
  • Der Läufer besteht aus einer äußeren Hülse i .i von Material mit hohem Hystereseverlust, das relativ schwer zu magnetisieren ist, aber eine hohe Koerzitivkraft hat, z. B. 4oo Gilbert/cm. Eine Legierung, die aus 10 bis 12 % Aluminium, 2o % Nickel und im übrigen aus Eisen besteht, ist für die Hülse 14 geeignet. Es kann jedoch auch anderes Material benutzt werden. Im allgemeinen ist ein Dauermagnetmaterial, welches die höchsten Hystereseverluste hat, am schwierigsten zu magnetisieren, und die radiale Dicke der Hülse 14 hängt von den Charakteristiken des gebrauchten Materials ab. Die äußere zylindrische Hülse 14 ist an dem inneren zylindrischen Kernteil 15 von guter magnetischer Leitfähigkeit befestigt, der zunächst für die Leitung des Läuferflusses in Richtung der Peripherie zwischen den Polstücken dient. Der Kern 15 kann aus Material bestehen, das mäßige Hystereseverluste hat.
  • Die Frage, ob der Läuferkern 15 lamelliert oder nichtlamelliert ausgeführt werden soll, wird durch folgende Überlegungen beantwortet. Wenn ein Material von relativ geringem Widerstand benutzt wird und der Motor hauptsächlich im oder dicht beim Synchronismus arbeiten soll, wobei Wirbelströme im Läufer im allgemeinen unerwünscht sind. wird man vorteilhaft den Läuferkern 15 lamellieren. Wenn der Motor aber häufig angelassen wird oder für hohen Schlupfbetrieb benötigt wird, werden die Wirbelströme das Drehmoment vergrößern und den Fluß durch den Läufer nicht unterdrücken. In diesem Falle braucht der Kern 15 nicht lamelliert werden. Bei kleinen Motoren kann das Kernmaterial an die Welle angrenzen. Bei größeren Motoren wird an Kernmaterial gespart, wenn dasselbe an einem Armsystem. wie die Fig. i es zeigt, befestigt wird. Wenn ein Läuferkernmaterial, z. B. Wolframstahl, benutzt wird, das hohe Hystereseverluste hat, aber auch eine hinreichend gute Flußleitfähigkeit besitzt, um den Fluß durch die äußere Hülse und zwischen die Polstücke zu leiten, wird das Armsystem vorteilhaft aus nichtmagnetischem Material hergestellt, um die Flußdichte im Kern 15 zu erhöhen und sich den größtmöglichen Hystereseverlust zunutze zu machen wie bei den früheren Hystereseläufern, die keine ,äußere Hülse 14 hatten.
  • Bei den früheren Hysteresemotoren wurde gewöhnlich ein relativ großer Luftspalt vorgesehen. Erfindungsgemäß, kann die äußere Hülse 14 diesen bis zu einem gewissen Betrag ersetzen, so daß der wirkliche Luftspalt vorteilhaft verkleinert wird. Es wird also ein hohes Hysteresedrehmoment durch die Hülse 14 erreicht und gleichzeitig der magnetische Widerstand verringert. Der Hauptzweck des Kernes 15 besteht darin, einen hinreichend guten Weg für den Fluß zwischen den Polstücken zu bilden. Wenn die Hülse 14 genügend dick ausgeführt wird, um eine befriedigende Durchdringung des Flusses durch den Kern 15 zu verhüten, ist es besser, für den Kern 15 ein Material, z. B. Siliciumstahl, :u benutzen; das eine gute Flußleitfähigkeit hat, um die Flußdichte in dem hohen Hysteesematerial der Hülse 14 zu erhöhen. Die Arten der Materialverbindungen werden sich mit Rücksicht auf die verschiedenen magnetischen Eigenschaften und die gewünschten Motorcharakteristiken ändern. Im allgemeinen kann gesagt werden, daß. die Länge des Läuferflußweges in dem Material mit hohem Hystereseverlust relativ kurz ist.
  • Um -die magnetischen Eigenschaften der verschiedenen Materialien, die in der Verbendung benutzt werden können, zu erläutern, wird auf die Kurven der Fig.3 verwiesen, die die oberen Hälften der charakteristischen Hysteresisschleifen von Wolframstahl (Kurve a) und der obenerwähnten Legierung (Kurve b) zeigen. Die Ordinate stellt die Flußdichte (Induktion) in Gauß und die Abszisse die Feldstärke in Gilbert/cm dar. Die Feldstärke von Wolframstahl wurde, um die Kurve a zu erhalten, auf den Wert von I000 Gilbert/cm gebracht, wobei die Flußdichte 17 65o Gauß erreichte. Die Feldstärke der Legierung wurde auf den Wert von. 2ooo Gilbert/cm gebracht, um die Kurve b zu erhalten, wobei die Flußdichte nur 12 25o Gauß erreichte. Die Kurven zeigen also, daß Wolframstahl leichter zu magnetisieren ist als die Legierung. Bei I000 Gilbert/cm beträgt die durchschnittliche Flußdichte der Legierung etwa die Hälfte der Flußdichte von Wolframstahl; die Legierung wird also einen viel größeren Hystereseverlust hervorrufen.
  • Es soll angenommen werden, daß in Fig. i die äußere Hülse i q. aus einer Materiallegierung besteht, die -die Charakteristik der Kurve b (Feg. 3) ergibt, und daß der Kern 15 aus Wolframstahl (Kurve a, Fig.3) hergestellt ist. - Wenn der Läufer (Feg. i) ,ganz aus der Legierung bestehen würde, würde die Flußdichte zwischen den Polstücken und dem Läufer bei einer bestimmten Feldstärke wesentlich geringer sein. Der Vorteil, der sich bei Benutzung von Material mit hohem Hystereseverlust ergibt, würde durch den geringeren Fluß beseitigt. Wenn andererseits der Läufer ganz aus Wolframstahl hergestellt wäre, würde die Flußdichte im Läufer nur unbedeutend anwachsen, da die größere Strecke des Flußweges schon aus Wolframstahl besteht; auch die Hystereseverluste uvurden kleiner. Bei einer Kombination von Material mit hohem Hystereseverlust i q. mit magnetisch gut leitendem Material 15 kann eine relativ hohe Läuferflußdichte in beiden Materialien erreicht werden. Außerdem entstehen hohe Hystereseverluste und dementsprechend ein Hysteresedrehmoment, das im Gegensatz zu den früheren Hysteresemotoren mit - dem weiten Luftspalt viel größer ist. Die äußere Hülse i ¢ verkleinert nicht den Läuferfluß, da sie eine bessere magnetische Leitfähigkeit als der Luftspalt hat. Der Luftspalt zwischen Hülse 14 und den Polstücken ist so klein wie möglich zu machen.
  • Der oben beschriebene Hysteresemotor kann als ein Synchronmotor gemäß dem Prinzip der magnetischen Remanenz angesehen werden, da die äußere Hülse mehr oder weniger dauernd magnetisiert wird und auf ihrer Peripherie Nord- und Südpole entstehen, wodurch synchrone Drehzahlen erreicht werden können. Die Fig.2 und 5 zeigen eine andere Einrichtung, bei der der Läufer eine Kurzschlußwicklung besitzt. Der Ständer hat eine Wicklung 16, die in Nuten 17 eingelegt ist. Der Läufer hat eine Hülse 18 aus Material mit hohem Hystereseverlust (Kurve b, Fig. q.), die etwas dünner. als in Fig. i ausgeführt ist, einen inneren Kern i 9 von guter magnetischer Leitfähigkeit, z. B. Siliciumstahl, und eine Kurzschlußwicklung mit den Stäben 2o in den Nuten 2 i und den Endringen 22. Die Hülse 18 hat dieselbe Aufgabe zu erfüllen wie in Fig. i die Hülse 1q.. Außerdem werden aber noch andere Vorteile in mechanischer und magnetischer Hinsicht erreicht. Die Kurzschlußwicklung ist gegen die Zentrifugalkraft besser geschützt, und es können offene Nuten gewählt werden, die leichter gestanzt werden und eine bessere Montage der Kurzschlußwicklung ermöglichen. Trotzdem werden dieselben Vorteile wie bei teilweise oder ganz geschlossenen Nuten erzielt, d. h. die Nutengeräusche werden vermindert.
  • Die Entstehung der Nutengeräusche bei offenen oder teilweise geschlossenen Nuten ist bekannt. Um die Geräusche zu beseitigen, werden manchmal ganz geschlossene Nuten gewählt,die jedoch den Nachteil haben, daß sie teilweise in Hinsicht auf die Läuferwicklung wegen der guten Leitfähigkeit des Materials einen magnetischen Kurzschluß bilden. Dadurch, daß, -die Hülse 18 von hoher Hysteresis, aber relativ schlechter magnetischer Leitfähigkeit die offenen Läufernuten umgibt (s. Fig.2 und 5), werden die Geräusche vermindert, ohne daß ein magnetischer Kurzschluß auftritt. Die Drehmomente, hervorgerufen durch die Hysteresis und die Induktion der Läuferwieklung vereinigen sich zu einem hohen Motordrehmoment. Die Hülse kann um den Läufer gegossen oder getrennt hergestellt und dann warm auf den Kern i g aufgezogen oder auf andere Weise hergestellt werden. Wenn der Läufer eine Wicklung erhält, ist es besser, zunächst die Hülse auf den Kern zu setzen und dann erst die Wicklungsstäbe in die Nuten zu legen, damit eine stabile Läuferkonstruktion erreicht wird.
  • Fig. 6 zeigt eine sehr einfache Hysteresiskupplung. Ein magnetisches Feld wird durch das Glied 24., das aus einem Stabmagneten an der Welle 25 besteht, erzeugt. Ein Kern 26 aus Eisen ist an der Welle 27 befestigt und wird von dem Fluß, des Stabmagneten durchüossen. Zwischen dem Kern 26 und dem Magneten 24 befindet sich ein dünner schalenförmiger Teil 28 aus Material von hoher Hysteresis. Kern 26 erzeugt einen hohen Fluß durch das Material 28, so daß ein großes Hysteresedrehmoment entsteht, wenn eine relative Drehung zwischen Kern und Magnetfeld erfolgt. Kern 26 ist mit Teil 28 fest verbunden.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Hysteresemotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer einen zylindrischen Kern aus magnetisch gut leitendem Material hat und von einer Hülse, die hohe Hystereseverluste verursacht und nur schwer magnetisiert werden kann, umgeben ist.
  2. 2. Hysteresemotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferkern offene Wicklungsnuten hat und diese durch die Hülse geschlossen werden.
DEA87464D 1937-07-13 1938-07-14 Hysteresemotor Expired DE709905C (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US709905XA 1937-07-13 1937-07-13
US153356A US2183404A (en) 1937-07-13 1937-07-13 Hysteresis torque motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE709905C true DE709905C (de) 1941-08-29

Family

ID=26751716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEA87464D Expired DE709905C (de) 1937-07-13 1938-07-14 Hysteresemotor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE709905C (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1121205B (de) * 1954-07-02 1962-01-04 Siemens Ag Hysterese-Motor
DE1189645B (de) * 1956-04-19 1965-03-25 Erwin Moerz Laeufer fuer elektrische Klein-Synchronmotoren
DE1272435B (de) * 1955-12-15 1968-07-11 Sonceboz Sa Selbstanlaufender Synchronmotor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1121205B (de) * 1954-07-02 1962-01-04 Siemens Ag Hysterese-Motor
DE1272435B (de) * 1955-12-15 1968-07-11 Sonceboz Sa Selbstanlaufender Synchronmotor
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