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Reluktanzmotor
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(Zusatz zu P 29 25 392) Die Erfindung bezieht sich auf einen Reluktanzmotor
mit einem Kurzschlußkäfigaußenrotor nach dem Anspruch 1 der Stammanmeldung P 29
25 392, auf welche zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen Bezug genommen wird.
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Bei solchen Motoren werden beiderseits der Polmitten leitende Bahnen
für den magnetischen Fluß des Motors gebildet. Bei Reluktanzmotoren mit Kurzschlußkäfigrotor
muß man eine bessere Wicklungsverteilung, d.h. eine feinere Treppung und somit kleinere
Nutteilung und das heißt eine größere Spulenzahl aufwenden, denn sie zeigen bei
schlechterer Wicklungsverteilung, d.h. relativ wenigen Nuten, ein schlechteres Betriebsverhalten
(schlechteres Hochlaufverhalten, kleinere Drehmomente im Synchronismus). Andererseits
ist man bestrebt, gerade in der Serienfertigung die Spulenzahl zu reduzieren, um
maschinelle Bewicklung des Stators anwenden zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reluktanzmotor mit
Kurzschlußkäfigrotor im Hinblick auf diese einander widersprechenden Forderungen
zu verbessern. Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Mitteln des Anspruchs 1. Der
Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, daß die Anwendung einer relativ grob
genuteten Maschinene=twicklung überraschenderweise bei einem Außenläuferreluktanzmotor,
der Merkmale verwendet, wie sie insbesondere in der Stammanmeldung P 29 25 392 beansprucht
sind, möglich ist, so daß durch diese Kombination das Motorverhalten so gut wird
wie bei aufwendigen Wicklungen.
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Selbstverständlich wird bei Anwendung der Ausnehmungen über einem
größeren Teil der Polteilung (wie sie die Stammanmeldung auch zeigt) der Motor nicht
schlechter und ebenso sind in aufwendigerer Weise zwei Spulen pro Pol und Phase
möglich, aber die Erfindung gewährt bei geringen wirtschaftlichen Aufwendungen insbesondere
für die Serienfertigung (Maschinenwicklung) die Herstellung eines guten Motors (bei
1 Spule pro Pol und Phase).
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Besonders bei einem 2-poligen Außenrotor ist die Anwendung der Erfindung
durchaus wirkungsvoll. Das in Fig. 1 gezeichnete Ausführungsbeispiel zeigt jedoch
ein 4-poliges Rotorblech 1, wobei abwechselnd von Polmitte M1... zu Polmitte M2...
drei bzw. vier Ausnehmungen 2 - 4, 5 - 8 vorgesehen sind, jeweils im Joch des Außenrotors,
und diese drei bzw. vier Nuten jeweils symmetrisch um die Polmitte angeordnet sind
und wegen der vorgesehenen 30 Nuten tN = 2 g/30 und der notwendigen Ausrichtung
der Ausnehmungen zu den Nuten 101 - 130 es sich so ergibt. Dabei ist die mittlere
Ausnehmung 3 oder sind die beiden inneren Ausnehmungen 6, 7, die der Polmitte benachbart
sind, etwas kleiner als die von der Polmitte weiter entfernt liegenden 2, 4, wobei
die letzteren mit der zugehörigen Nut auch vereinigt sind. Dadurch ist es möglich,
die kleineren Ausnehmungen 3, 6, 7 radial so zwischen den Außenumfang U des Rotorjochs
und den Nutgrund G der jeweils zugehörigen Nut zu legen, daß doch noch eine radial
relativ breite Brücke zwischen der Ausnehmung und dem Außenumfang des Rotorjochs,
B1, und auch zwischen der Ausnehmung und dem Nutgrund, B2, entsteht. Diese Brücken
B1 und B2 dienen zur Leitung des Querflusses und sollen einen hohen magnetischen
Widerstand aufweisen. Andererseits aber muß das Blech für die Fertigungshandhabung
eine gewisse Steifigkeit aufweisen, und die extrem starken Reduzierungen des Jochquerschnitts
gerade in der Polmitte bedeuten eine Labilität solcher Außenrotorreluktanzbleche.
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Da aber die Querreaktanz in den Polmitten, wo man, wie im Ausführungsbeispiel
bei jedem zweiten Pol M2, M2, je eine Ausnehmung beiderseits der Polmitte hat, durch
einen in Umfangsrichtung längeren magnetischen Pfad gebildet wird und also auch
einen größeren Widerstand darstellt, ist diese Anordnung einer relativen Verkleinerung
der Ausnehmungen in unmittelbarer Nähe der Polmitte durchaus noch vorteilhaft praktikabel.
Außerdem können sehr wirkungsvoll diese Ausnehmungen in der und um die Polmitte,
besonders wie in Fig. 4 der Stammanmeldung schon angedeutet und hier im Ausführungsbeispiel
gestrichelt eingezeichnet, rechteckförmig (oder in Umfangsrichtung in anderer Weise
länglich geformt sein, z.B. in Form eines Langlochs) gestaltet werden.
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Dadurch werden die genannten Brücken zu in Umfangsrichtung, d.h. in
Richtung des Querflusses längeren magnetischen Leitpfaden bei doch wirkungsvoll
(zur Erhöhung der Querreaktanz), aber mäßig verringertem Querschnitt und damit von
größerem magnetischem Widerstand, obwohl ihr Querschnitt und damit die Stabilität
des Bleches immer noch relativ gut ist, jedenfalls für die Erfordernisse der Fertigung
ausreichend.
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Die äquidistanten Nuten 101 - 130 sind zueinander um die Nutteilung
tN =a5/15 = 120 versetzt. Um die radiale Breite der Brücke B2 liegt der radial innere
Rand der Ausnehmungen 3, 6, 7, 3', 6', 7' vom Nutgrund G radial entfernt auf dem
Kreis vom Durchmesser D . Auf diesem Kreis liegen auch die Mitten der Ausa nehmungen
5, 8, 5', 8', während die Mitten der Ausnehmungen 2, 4, 2', 4' auf dem Kreis vom
Durchmesser Db liegt und die Zentren der der Ausnehmungen 6, 7, 6', 7' auf dem vom
Durchmesser Dc.
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Im gezeichneten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen kreisrund.
Fig. 1 zeigt natürliche Größe, so haben die Ausnehmungen 3, 6, 7 einen Durchmesser
von 6 mm, die Ausnehmungen 2, 4, 5, 8 einen von 6,8 mm. Sind die Ausnehmungen wie
gestrichelt gezeichnet rechteckig (vgl. 3', 6', 7'), so gelten die Dimensionen Da,
Db, Dc trotzdem und proportional ähnlich auch bei größeren oder kleineren als den
hier im Maßstab 1 : 1 gezeichneten und beschriebenen Maßverhältnissen.
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Fig. 2 zeigt in axialer Draufsicht den zum Rotor der Fig. 1 zugehörigen
Innenstator mit 24 Nuten mit den Wickelköpfen einer dreiphasigen Maschinenwicklung,
wobei in jeder Nut eine Spulenseite liegt und die Phasen I, II, III nacheinander
in die Nuten 201 - 224 hineingewickelt sind, so daß die Wickelköpfe jeder Phase
die der vorher eingewickelten Phase überlappen.
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Die in Figur 1 unten und oben gezeigte Anordnung der unmagnetischen
Teile (die im allgemeinen Ausnehmungen in einem üblichen serienmäßigen Blechschnitt
sind) sind in sich axialsymmetrisch zur Achse M1 M1L1 ebenso die links und rechts
gezeigten Anordnungen. Diese beiden unterschiedlichen Anordnungen oder Ausnehmungen
wechseln in Umfangsrichtung ab, wodurch eine gewisse Unsymmetrie entsteht, d.h.
die magnetischen Verhältnisse um in Umfangsrichtung aufeinander folgende Polmitten
sind alternativ verschieden. Es können aber auch mehr als zwei Typen von magnetischen
Ausprägungen (zyklisch in diesem Sinn) gegenüber dem vollsymmetrischen Erregerfeld
vorgesehen werden. Außerdem kann man die Unsymmetrie, wie sie bei der Anordnung
nach Fig. 1 vorliegt, noch erhöhen, indem man die Ausnehmungen zur Polmitte nicht
mehr symmetrisch wählt, z.B. wie es Fig. 3 zeigt, wo die Ausnehmungen 6' und 7 untereinander
gleich groß und kleiner sind als die gleich großen und gleichen Ausnehmungen 6 und
7', so daß für die Querschnitte q jeweils gilt: q6 > q6 ' q6 ? q7 q7 < q7'
q7' > q6' Wenn so zu vier (oder n) Statorpolen vier (oder n) unterschiedliche
bzw. magnetisch unterschiedlich konfigurierte oder wenigstens variable Anordnungen
der unmagnetischen Teile bzw.
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Ausnehmungen um die vier (oder n) Polmitten des Rotors vorliegen,
erhält
man nach dieser Weiterbildung der Erfindung kleinere dynamische Drehmoment-Einbrüche
beim Anlauf, weil die Feldverzerrungen räumlich ungleich verteilt sind und sich
in ihrer nachteiligen Wirkung nicht mehr unterstützen. Dies ist bei allen Drehfeld-Reluktanzmotoren
vorteilhaft.
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Die in Fig. 1 links und unten gestrichelt gezeichneten Ausnehmungen
allein ergeben auch schon eine gewisse Verbesserung des Drehmoments, insbesondere
wenn, wie links gezeichnet, zwei, und wie unten gezeichnet, eine in Umfangsrichtung
längliche Ausnehmung (unmagnetischer Teil) vorgesehen sind und dieses sich auch
über dem Umfang fortsetzt, wie z.B. in Fig. 4 eine Periode des Umfangszyklus gezeichnet
ist. Der Effekt stellt sich ein bei einer Variation gemäß Fig. 5. Die magnetischen
Verhältnisse nach Fig. 4 und 5 sind bezüglich der Achsen A und B um die Polmitten
symmetrisch. Jedoch können gewisse Störungen der Symmetrie, wie sie z.B. Fig. 3
zeigt, sogar noch Vorteile hinsichtlich der Momenten-Einbrüche bringen.
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Die Erfindung ermöglicht auch, axial kürzere Motoren bei gleichem
zylindrischem Einbauvolumen, d.h. auch gleichem Gewicht für eine bestimmte Leistung
zu bauen, weil die noch relativ gute Feldverteilung durch die Erfindung (auch in
Verbindung mit der genannten USA-Patentschrift) axial kürzere Motoren (mit einem
im Durchmesser relativ größeren zentralen Innenraum) für eine axial kompakte Unterbringung
der Lagerung zuläßt, so daß man also ein kleineres Verhältnis von L/D erreicht,
wobei L die axiale Länge und D der Durchmesser des Einbauraumes bedeuten.
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L e e r s e i t e