FI88231B - Reluktansmotor - Google Patents

Description

88231

Reluktanssimoottori Reluktansmotor

Keksinnön kohteena on reluktanssimoottori kytketyn tasavirran yhtä tai useampaa vaihetta varten, jonka tyyppi on määritetty oheisen päävaatimuksen johdannossa.

Reluktanssimoottori muodostuu staattorista yhtä tai useampaa vaihetta varten, missä jokaista vaihetta varten voi olla yksi tai useampi napa ja kussakin yksi tai useampi käämi. Jokaisen vaiheen käämit ovat joko sarjaan kytketyt, rinnakkain kytketyt tai sarjarinnankytketyt. Staattori ympäröi roottorin, jossa yleensä on selvät navat, jotka ovat joko symmetriset tai epäsymmetriset käynnistysmomentin antamiseksi.

Syöttämällä tasavirtapulsseja nk. kommutointilaitteen avulla kullekin vaiheelle tiettyjen roottorin ennalta määrättyjen kulmavälien aikana saavutetaan moottorin haluttu vääntömoment-ti. Nämä kulmavälit tunnistetaan roottoriasentoanturin avulla, joka antaa signaaleja ohjausyksikköön, joka vuorostaan säätää yhtä voima-askelta jokaista vaihetta kohden.

Tietyissä tapauksissa on toivottavaa, että moottori on ajettavissa alhaisella kierrosluvulla ja vastaavalla korkeammalla : vääntömomentilla. Tämä suoritetaan tunnetuilla moottoreilla lisäämällä vaiheiden lukumäärää ja siten staattorin napojen ’"· lukumäärää. Tämä tarkoittaa kuitenkin, että saadaan enemmän ' käämejä, mikä taas tarkoittaa sekä enemmän työtä että enemmän kuparia, joka taas vuorostaan usein tarkoittaa moottorin olen-naista kallistumista.

Tämän keksinnön tarkoituksena on siksi määrittää reluktanssi-moottori, jossa on vähän vaiheita suhteessa kierroslukuun, eli siinä on mahdollisimman vähän käämejä.

Keksintö ratkaisee tämän ongelman siten kuin oheisen päävaatimuksen tunnusmerkkiosassa mainitaan. Tällöin lähdetään siitä, . . että keksinnön mukaisessa reluktanssimoottorissa on staattori 2 88231 jossa on kaksi käämiä yhtä tai useampaa vaihetta varten, jotka käämit on järjestetty kahden tai useamman navan ympäri jokaista vaihetta kohden ja sillä tavalla, että navat ympäröivät roottorin jossa on kaksi tai useampaa roottorinapaa. Keksintö tunnetaan siitä, että moottori on kommutointityyppiä ja siinä on roottorin asennon anturi, ja tämä yhdessä sen kanssa, että staattorin navat ovat haarautuneet ja muodostavat hampaita siten, että napaa kohden on kaksi tai enintään kolme hammasta. Tällä saavutetaan se, että moottori saa alhaisen kierrosluvun ja vastaavasti korkean momentin, mutta moottori kuitenkin on yksinkertainen ja halpa siitä syystä, että siihen sisältyy vähän käämivyyhtejä ja siten suhteellisen vähän kuparia.

Keksinnön eräässä erityisen edullisessa suoritusmuodossa on moottori kaksivaiheinen ja siinä on kaksi napaa vaihetta kohden ja kaksi hammasta napaa kohden, ja jokaisen navan molemman hampaan välinen etäisyys on suurempi kuin kahden sellaisen vierekkäisen hampaan välinen etäisyys, jotka hampaat sijaitsevat eri mutta vierekkäisillä navoilla. Tässä suoritusmuodossa on eduksi jos roottorin navat on täydennetty apu-navoilla hyvin määritetyn käynnistysmomentin aikaansaamiseksi.

Keksintö selitetään alla tarkemmin viitaten liitteinä oleviin kuvioihin, missä kuvio 1 esittää tunnetun tekniikan mukaisen reluktanssimoottorin, joka on kolmivaiheinen ja jossa on kuusi staattorinapaa ja neljä roottorinapaa, ja missä kuvio 2 esittää toisen tunnetun tekniikan mukaisen reluktanssimoottorin, joka on kaksivaiheinen ja jossa on neljä staattorinapaa ja kaksi roottorinapaa, sekä missä lopuksi kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen reluktanssimoottorin kahta vaihetta varten, jossa moottorissa on neljä staattorinapaa ja kaksi roottorinapaa ja jossa stattorinavat ovat haarautuneet kahdeksi hampaaksi napaa kohden. Kaikki kolme moottoria edellytetään olevan kytkettyä tyyppiä kommutointineen ja roottorin asennon anturineen tunnetun tekniikan mukaan.

Kaikki kuvioiden mukaiset kolme moottoria oletetaan toimivan 3 88231 kierrosluvulla 3000 kierrosta minuutissa. Kuviossa 1 kuvatussa moottorissa on kuusi napaa ja samaten kuusi käämivyyhtiä 21. Moottori on kolmivaiheinen ja navat toimivat pareittain yhdessä. Roottorissa 22 on neljä roottorinapaa 23...26. Kolmivaiheisissa reluktanssimoottoreissa ei tarvita apunapoja käyn-nistysmomenttia varten. Kierrosluvulla 3000 kierrosta minuutissa on kommutointifrekvenssi tässä moottorimuunnoksessa 600 Hz.

Kuviossa 2 esitetään reluktanssimoottori joka myös on tunnettua tyyppiä. Moottori on kaksivaiheinen ja staattorissa on neljä napaa ja neljä käämivyyhtiä. Molemmassa roottorinavassa 31 ja 32 on apunavat 33 ja 34 määritetyn käynnistysmomentin aikaansaamiseksi. Kun tämä moottori pyörii samalla kierros-luvulla kuin edellä kuviossa 1 esitetty muunnos, eli 3000 kierrosta minuutissa, tämä moottori antaa olennaisesti alhaisemman vääntömomentin kuin mitä kuviossa 1 esitetty muunnos antaa. Kommutointifrekvenssi jää kuitenkin alhaisemmaksi, eli tarkemmin 200 Hz, mikä on etu siinä mielessä, että pyörre-virtahäviöt jäävät pienemmiksi mikä taas osaltaan parantaa hyötysuhdetta.

Kuviossa 3 esitetään keksinnön mukaisen reluktanssimoottorin eräs suoritusmuoto. Kuvatussa esimerkissä on valittu kaksi-vaihemoottori missä on neljä napaa ja kaksi hammasta napaa kohden. Eräissä yhteyksissä voi toinen vaihelukumäärä, toinen määrä napoja vaihetta kohden ja kaksi tai kolme hammasta napaa kohden olla edullista. Hammastettujen napojen suurin etu saavutetaan yleensä kun hampaita on kaksi tai kolme napaa kohden. Jos hampaita on enemmän, nousee kommutointifrekvenssi niin korkeaksi, että lisääntyvät pyörrevirtahäviöt saattavat kuluttaa sen edun, mikä saavutetaan yksinkertaisuuden, alhaisen kierrosluvun ja momentin kautta.

Kuviossa 3 esitetyssä keksinnön suoritusesimerkissä on stat-tori järjestetty kahta vaihetta varten, missä kummallakin vaiheella on kaksi käämivyyhtiä 7, 9 ja vastaavasti 8, 10 oman napansa 3, 5 ja vastaavasti 4, 6 ympärillä. Navat haaroittuvat 4 88231 ja päättyvät kahteen hampaaseen 12, 13 jne. Nämä hampaat ovat siten järjestetyt, että kuvatussa esimerkissä ne hampaat, jotka kuuluvat samalle navalle sijaitsevat kaksi kertaa niin etäällä toisistaan kuin ne vierekkäiset hampaat, jotka sijaitsevat eri navoilla. Staattori 1 ympäröi roottorin 2, joka valitussa staattoriasetelmassa on varustettu kuudella samanlaisella navalla 11, sekä näihin suorassa yhteydessä olevalla kuudella apunavalla 14. Valitussa esimerkissä moottori pyörii vastapäivään.

Kuviossa 3 esitetty keksinnön mukainen moottorimuunnos vastaa monimutkaisuudeltaan ja valmistuskustannuksiltaan kuviossa 2 esitettyä tunnettua moottoria, mutta sillä on samalla kierros-luvulla noin kaksinkertainen mahdollinen vääntömomentti. Kuvion 1 mukaisella moottorilla on likimain samat suoritusarvot kuin keksinnön mukaisella kuviossa 3 esitetyllä moottorilla. Samalla kierrosluvulla niillä on sama vääntömomentti ja kommutointi frekvenssi, mutta keksinnön mukainen moottori on valmistukseltaan halvempi.

Hammastettujen napojen käyttö on tunnettua toisentyyppisten moottoreiden, etenkin askelmoottoreiden, yhteydessä, mutta nämä moottorit eivät ole kommutointimoottoreita, vaan pääsääntöisesti askelmoottoreita. Tällainen vaihtovirtatyyppinen moottori on esitetty US-patenttijulkaisussa 4 035 680.

Itse kommutointiperiaate, missä roottorin asennon esimerkiksi optista tyyppiä oleva anturi ohjaa säätöyksikön, johon on kytketty tehovaiheita, on tunnettu ja selitetään esimerkiksi GB-patenttijulkaisussa 1 597 790. Tässä voidaan myös mainita että korkea kommutointi frekvenssi asettaa roottorin asento-anturin kulmatarkkuudelle suuria vaatimuksia. Liian aikaiset ja/tai liian myöhäiset kytkemiset ja katkaisut johtavat moottorin huonontuneeseen hyötysuhteeseen.

On vielä katsottava selväksi, että roottorin ei tarvitse olla staattorin ympäröimä, vaan että roottori periaatteessa yhtä hyvin voi sijaita uloimpana.

Claims (4)

5 88231

1. Pyörimistä valvovien elimien säätämillä tasavirtapulsseilla syötetty reluktanssimoottori, jossa on ainakin kaksi vaihetta ja jossa on staattori (1) ja roottori (2), jolloin staattori on toteutettu jatkuvana magneettisena piirinä, ja staattorin eri vaiheita varten sovitetut navat on järjestetty peräkkäin roottorin kehää pitkin siten, että jokaisen navan vieressä on napoja, jotka liittyvät toiseen vaiheeseen ja siten, että diametraalisesti vastakkaiset navat liittyvät samaan vaiheeseen, jolloin kussakin staattorinavassa on ainakin kaksi hammasta (12, 13) staattorinapaa kohden, ja missä roottorissa on hampaat (11), jotka on sovitettu toimimaan yhdessä staattorin hampaiden kanssa, tunnettu siitä, että vierekkäisten staattorinapojen hampaiden väliset etäisyydet ovat lyhyemmät kuin minkä tahansa staattorinavan hampaiden väli.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reluktanssimoottori, tunnettu siitä, että kunkin navan staattorihampaiden lukumäärä on kaksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen reluktanssimoottori, tunnettu siitä, että kunkin navan staattorihampaiden lukumäärä on kolme.

4. Kaksivaiheinen reluktanssimoottori jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaan, tunnettu siitä, että roottori-hampaat (11) ovat muodoltaan epäsymmetriset ja siinä on lisä-hampaat (14) käynnistysmomentin muodostamiseksi. 6 88231