CH669484A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Reluktanz-Motor gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Reluktanz-Motor besteht aus einem Stator für eine oder mehrere Phasen, wobei jede Phase einen oder mehrer Pole aufweisen kann, der wiederum jeweils eine oder mehrere Wicklungen beinhaltet. In jeder Phase sind die Wicklungen entweder in Reihe, parallel oder in Reihe und parallel geschaltet. Der Stator umgibt den Rotor, der im allgemeinen hervorragende Pole umfasst, die im Aufbau symmetrisch oder asymmetrisch sind, um ein Anlassmoment zu ergeben.

Durch Zufuhr von Gleichstrom-Impulsen — mit Hilfe eines Kommutators — zu jeder Phase in vorbestimmten Winkelintervallen im Rotor erhält man das erforderliche Drehmoment des Motors. Diese Winkelintervalle im Motor werden mittels eines Rotor-Positions-Sensors abgetastet, der Signale an eine Steuervorrichtung weiterleitet, die ihrerseits eine Leistungsstufe pro Phase steuert.

In manchen Fällen ist es wünschenswert, dass ein Motor bei niedriger Drehzahl und entsprechend höherem Drehmoment betrieben wird. Bei bekannten Bauarten von Motoren wird dies durch Vergrösserung der Anzahl der Phasen erreicht, und damit der Anzahl der Pole am Stator. Dies bedingt jedoch mehr Wicklungen und erfordert sowohl mehr Arbeitsstunden als auch mehr Kupfer, was wiederum einen häufig nicht unbeträchtlichen Anstieg der Herstellungskosten des Motors nach sich zieht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reluktanz-Motor mit wenig Phasen in Bezug auf seine Drehzahl zu schaffen, d.h. mit so wenig Wicklungen wie möglich.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der Reluktanz-Motor gemäss der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale auf.

Besondere Ausführungsformen dieses Motors sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 beschrieben.

Der vorliegende Motor ist in der Lage, bei niedriger Drehzahl und entsprechend hohem Drehmoment umzulaufen; dabei ist er jedoch von einfachem und billigem Aufbau, da wenige Spulenwicklungen und somit auch relativ wenig Kupfer benötigt werden.

Die Erfindung ist am einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Fig. 1 bis 3 beschrieben, wobei Fig. 1 einen Reluktanz-Motor bekannter Bauart zeigt, der dreiphasig ist mit sechs Statorpolen und vier Rotorzähnen, wobei Fig. 2 einen anderen Reluktanz-Motor bekannter Bauart zeigt, der zweiphasig ist mit vier Statorpolen und zwei Rotorzähnen und wobei schliesslich Fig. 3 einen Reluktanz-Motor gemäss der Erfindung zeigt, für zwei Phasen mit vier Statorpolen und sechs Rotorzähnen, wobei sich die Statorpole in zwei Zähne pro Pol verzweigen. Alle drei Motoren sollen vom geschalteten Typus sein, umfassend eine Kommutation sowie einen Rotor-Positions-Sensor bekannter Bauart.

Es sei unterstellt, dass die drei in den Figuren dargestellten Motoren bei einer Drehzahl von 3 000 Upm laufen. Der in Fig. 1 dargestellte Motor umfasst sechs Pole sowie auch sechs Wicklungsspulen 21. Der Motor ist dreiphasig, und die Pole arbeiten paarweise. Rotor 22 hat vier Rotorzähne 23-26. Hilfszähne für das Startmoment sind bei dem dreiphasigen Reluktanz-Motor nicht notwendig. Bei dieser Motorbauart beträgt die Kommuta-tionsfrequenz bei 3 000 Upm 600 Hz.

Fig. 2 zeigt einen Reluktanz-Motor ebenfalls bekannter Bauart. Dies ist ein zweiphasiger Motor mit vier Polen und vier Wicklungsspulen im Stator. Die beiden Rotorzähne 31 und 32 sind mit Hilfszähnen 33 und 34 ausgestattet, um ein definiertes Startmoment herbeizubringen. Läuft dieser Motor — wie die in Fig. 1 dargestellte Variante — bei 3 000 Upm um, so erzeugt er ein wesentlich geringeres Moment als die in Fig. 1 dargestellte Variante. Die Kommutations-Frequenz ist jedoch geringer — genau gesagt 200 Hz —, was insofern vorteilhaft ist, als die Wirbelstromverluste geringer sind, was wiederum den Wirkungsgrad des Motors verbessert.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Reluktanz-Motors gemäss der Erfindung. Das gewählte Beispiel zeigt einen Zweiphasen-Motor mit vier Polen und zwei Zähnen pro Pol. Für gewisse Zwecke ist es vorteilhaft, eine andere Anzahl von Phasen auszuwählen, eine andere Anzahl von Polen pro Phase, oder zwischen zwei oder drei Zähnen pro Pol zu wählen. Der Vorteil der gezahnten Pole ist im allgemeinen dann am grössten, wenn zwei oder drei Zähne pro Pol vorhanden sind. Sind mehr Zähne pro Pol vorhanden, so ist die Kommutations-Frequenz derart hoch, dass der Gewinn an Einfachheit, geringerer Drehzahl und Drehmoment durch steigende Wirbelstromverluste aufgezehrt werden kann.

Bei der erfindungsgemässen, in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist Stator 1 für zwei Phasen gestaltet, wobei jede Phase zwei Wicklungsspulen 7, 9 und 8, 10 um jeden der Pole 3, 5 und 4, 6 aufweist. Die Pole sind in zwei Zähne 12, 13 usw. verzweigt. Die Zähne sind derart angeordnet, dass — im dargestellten Ausführungsbeispiel — die Zähne ein- und desselben Poles den zweifachen gegenseitigen Abstand wie zwei einander benachbarte Zähne verschiedener Pole haben. Stator 1 umgibt auch Rotor 2, der bei der gewählten Gestalt des Stators mit sechs identischen Zähnen 11 sowie mit sechs Hilfszähnen 14 ausgestattet ist, unmittelbar auf die letztgenannten folgend. Im dargestellten Ausführungsbeispiel läuft der Motor im Gegenzei-gersinn um.

Die Variante des Motors gemäss der Erfindung, so wie in Fig. 3 dargestellt, entspricht bezüglich der Komplexheit und der Herstellungskosten dem Motor bekannter Bauart gemäss Fig. 2, hat jedoch bei derselben Geschwindigkeit annähernd das doppelte Drehmomentpotential. Der in Fig. 1 veranschaulichte Motor erziehlt annähernd dieselbe Leistung wie derjenige gemäss der Erfindung und gemäss der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform. Bei derselben Drehzahl haben die Motoren diesel-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

669 484

ben Drehmomente und Kommutationsfrequenzen; der Motor gemäss der Erfindung ist jedoch billiger in der Herstellung.

Die Anwendung gezahnter Pole ist von anderen Motor-Bau-arten bekannt, hauptsächlich von Stufenmotoren. Solche Moto- s ren sind jedoch keine Kommutatormotoren, sondern im allgemeinen von der Stepper-Motor-Bauart. Ein Wechselstrommotor dieser Bauart ist in US-PS 4 035 680 beschrieben.

Das Kommutationsprinzip als solches, mittels welchem ein Rotor-Positions-Sensor, beispielsweise vom optischen Typus, io eine Steuervorrichtung betreibt, an welche die Ausgangsstufen angschlossen sind, ist bekannt, und beispielsweise in GB-PS 1 597 790 beschrieben. An dieser Stelle sei auch erwähnt, dass eine hohe Kommutationsfrequenz an die Winkelgenauigkeit des Rotor-Positions-Sensors erhebliche Anforderungen stellt. Ein zu frühes oder zu spätes Einschalten des Motors führt zu verringertem Wirkungsgrad.

Es versteht sich, dass der Rotor nicht von dem Stator umgeben sein muss. Im Prinzip kann sich der Rotor genauso gut aussen befinden.

v

1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

669 484

1. Reluktanz-Motor vom Kommutator-Typus mit wenigstens zwei Phasen, bestehend aus einem Stator mit Wicklungen (7, 8, 9,10), die um je einen Statorpol (3, 4, 5, 6) herum angeordnet sind, einem Motor (2), der Rotorzähne (11) umfasst, und ausgerüstet mit einer Rotor-Positions-Abtastungsanord-nung, wobei der Stator als geschlossener Magnetkreis ausgelegt ist und die Statorpole für die verschiedenen Phasen aufeinanderfolgend am Statorumfang gegenüber dem Rotorumfang angeordnet sind, so dass jedem Pol Pole benachbart sind, die einer anderen Phase zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Statorpol wenigstens zwei Zähne aufweist und dass die Abstände zwischen den Zähnen benachbarter Statorpole kleiner sind als die Abstände der Zähne (12, 13) jedes einzelnen Statorpols.

2. Reluktanz-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Statorzähne pro Pol zwei beträgt.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Reluktanz-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Statorzähne pro Pol drei beträgt.

4. Reluktanz-Motor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor vom Zweiphasen-Typus mit zwei Polen pro Phase ist.

5. Reluktanz-Motor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem als Zweiphasen-Motor ausgebildeten Motor die Rotorzähne (11) eine unsymmetrische Form zur Erzielung eines Start-Drehmomentes aufweisen.

6. Reluktanz-Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor den Stator umgibt.