DE602004006934T2

DE602004006934T2 - Selbstanlaufender Reluktanzsynchronmotor

Info

Publication number: DE602004006934T2
Application number: DE602004006934T
Authority: DE
Inventors: Seung-Do Han; Hyoun-Jeong Shin; Jun-Ho Sinjeong-Dong Yangcheon-Gu Ahn
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2024-01-08
Also published as: JP4167197B2; US20050077801A1; CN1324791C; US7161270B2; DE602004006934D1; JP2005124383A; EP1524755B1; KR100565220B1; CN1607712A; KR20050035783A; EP1524755A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen selbstanlaufenden Reluktanzsynchronmotor, und genauer auf einen selbstanlaufenden Reluktanzsynchronmotor, in dem eine Magneteinheit zwischen einem Stator und einem Käfigläufer frei drehbar installiert ist und die Magneteinheit und der Käfigläufer synchron betrieben werden.
Ein einphasiger selbstanlaufender Synchronmotor mit Permanentmagneten, der durch die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld einer Spule und einem sekundären Leiter gestartet wird, ist bekannt ( EP 1 267475 A2 ).
Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst der herkömmliche Induktionsmotor einen Motoraufbau 1, der als ein Gehäuse dient, einen Stator 2, der entlang einer inneren Umfangsoberfläche des Motoraufbaus 1 angeordnet ist, und ein Wechselstrom-Kurzschlussläufermotor 3, der drehbar und fußend auf einer Drehwelle 4 im Zentrum des Stators 2 angeordnet ist.
Der Stator 2 ist gebildet aus einer Schichtstruktur einer Vielzahl von Siliziumstahlblechen, und ist versehen mit einer Vielzahl von Spulenwicklungszähnen 5 darin. Eine Vielzahl von Schlitzen 6 sind zwischen den Spulenwicklungszähnen 5 mit einem bestimmten Intervall gebildet, und eine Spule 7 ist auf die Spulenwicklungszähne 5 durch die Schlitze 6 gewickelt.
Der Rotor 3 ist aus einer Schichtstruktur einer Vielzahl von Siliziumstahlblechen gebildet, ein Läuferstabloch 9 ist an dem geschichteten Blech mit einem bestimmten Intervall gebildet, und ein Läuferstab 10 aus Aluminium ist in das Läuferstabloch 9 eingesetzt. Ein Endring 11 ist mit beiden Enden verbunden, den oberen und unteren Abschnitten des Läuferstabs 10.
Der Betrieb des herkömmlichen Induktionsmotors wird wie folgt erklärt. Wenn an die Spule 7 eine Energiequelle angelegt wird, wird ein sich drehendes Magnetfeld durch einen Strom erzeugt, der in der Spule 7 fließt, und ein Induktionsstrom wird an dem Läuferstab 10 erzeugt. Durch eine Wechselwirkung zwischen dem erzeugten sich drehenden Magnetfeld und dem Induktionsstrom wird ein Drehmoment an dem Läufer 3 erzeugt, und das Drehmoment wird durch die Drehwelle 4 ausgegeben.
Jedoch werden in dem herkömmlichen Induktionsmotor ein Strom zum Erzeugen des sich drehenden Magnetfeldes und ein Induktionsstrom, der von dem Läufer erzeugt wird, durch die mit einer externen Energiequelle verbundene Spule zugeführt. Aufgrund dieses ersten von der Spule des Stators erzeugten Verlustes und eines zweiten von dem Läuferstab des Läufers erzeugten zweiten Verlustes wird ein übermäßiger Stromverlust erzeugt, was den Wirkungsgrad des Motors verringert. Des Weiteren wird zusätzlicher Lärm erzeugt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen selbstanlaufenden Reluktanzsynchronmotor bereitzustellen, der in der Lage ist, Lärm zu verringern und seinen Wirkungsgrad zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch einen selbstanlaufenden Reluktanzsynchronmotor, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Verbesserungen dieses Motor und weitere Merkmale davon sind Gegenstand der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung liegt darin, eine Magneteinheit frei drehbar zwischen einem Stator und einem Käfigläufer anzuordnen, Polzahlen des Stators, der Magneteinheit und des Käfigläufers einheitlich zu bilden, und somit die Magneteinheit und den Käfigläufer synchron zu betreiben.
Gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin verkörpert und umfassend beschrieben ist, wird ein selbstanlaufender Reluktanzsynchronmotor vorgesehen, der umfasst: einen Einphasenstator, der an einer inneren Umfangsoberfläche eines Motoraufbaus angeordnet ist und auf dem eine Hauptspule und eine Nebenspule gewickelt sind; eine Magneteinheit, die frei drehbar entlang einer inneren Umfangsoberfläche des Stators angeordnet ist, um einen Luftspalt zum Stator aufrecht zu erhalten, und ein Käfigläufer, der mit einer Drehwelle an einem zentralen Abschnitt davon versehen ist, um entlang einer inneren Umfangsoberfläche der Magneteinheit drehbar zu sein, der mit einem Käfigläufer an einem Randabschnitt davon versehen ist, und der mit magnetischen Barrieren versehen ist, die die selben Polzahlen aufweisen, wie die Magneteinheit.
Die beigefügten Zeichnungen, die enthalten sind, um für ein weiteres Verständnis der Erfindung zu sorgen, und die in diese Patentschrift aufgenommen sind und ein Teil davon darstellen, verdeutlichen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
In den Zeichnungen ist:
1 eine Längsschnittansicht, die einen Induktionsmotor gemäß dem herkömmlichen Stand der Technik zeigt;
2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II der 1;
3 eine Längsschnittansicht, die einen selbstanlaufenden Reluktanzsynchronmotor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV der 3;
5 eine Sicht, die einen herausgenommenen Hauptteil von 4 zeigt;
6 ein Graph, der einen synchronen Betrieb einer Magneteinheit und eines Käfigläufers für ein Drehmoment und eine Drehzahl zeigt;
7 ein Graph, der einen synchronen Betrieb der Magneteinheit und des Käfigläufers für Betriebszeit und Drehzahl zeigt;
8 eine Längsschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform des Käfigläufers in dem selbstanlaufenden Reluktanzsynchronmotor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
9 eine Längsschnittsansicht, die noch eine weitere Ausführungsform des Käfigläufers in dem selbstanlaufenden Reluktanzsynchronmotor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in den 3 bis 5 gezeigt, umfasst der selbstanlaufende Reluktanzsynchronmotor gemäß der vorliegenden Erfindung: ein einphasiger Stator 110, der an einer inneren Umfangsoberfläche eines Motoraufbaus 101 angeordnet ist, und auf dem eine Hauptspule 113 und eine Nebenspule 114 gewickelt sind; eine Magneteinheit 120, die frei drehbar entlang einer inneren Umfangsoberfläche des Stators 110 angeordnet ist; und ein Käfigläufer 130, der mit einer Drehwelle 102 an einem zentralen Abschnitt davon versehen ist, um entlang einer innere Umfangsoberfläche der Magneteinheit 120 drehbar zu sein, der mit einem Käfigläuferstab 115 an einem Randabschnitt davon versehen ist, und der mit magnetischen Barrieren 201 und 202 versehen ist, die dieselben Polzahlen aufweisen, wie die Magneteinheit 120.
Der Stator 110, die Magneteinheit 120, und der Käfigläufer 130 sind so angeordnet, dass sie immer konstante Intervalle G1 und G2 einhalten.
Eine Drehwellenlager 103 ist zwischen der Drehwelle 102 und dem Motoraufbau 101 angeordnet, um so zu verhindern, dass die Drehwelle 102 von dem Motoraufbau 101 beeinflusst wird.
Der Stator 110 ist gebildet aus einer Schichtstruktur einer Vielzahl von Siliziumstahlblechen, und ist versehen mit einer Vielzahl von Spulenwicklungszähnen 111 darin. Eine Vielzahl von Schlitzen 112 sind zwischen den Spulenwicklungszähnen 111 mit einem bestimmten Intervall gebildet, und die Hauptspule 113 und die Nebenspule 114 sind auf den Spulenwicklungszähnen 111 durch die Schlitze 112 gewickelt.
Die zwischen dem Stator 110 und dem Käfigläufer 130 durch ein sich drehendes Magnetfeld frei drehbar angeordnete Magneteinheit 120 ist wie folgt aufgebaut:
Zunächst ist ein zylindrischer Ringmagnet 121 zwischen dem Stator 110 und dem Käfigläufer 130 und einer nicht magnetischen Substanz mit einer Tassenform angeordnet, ein Auflager 122 ist an ein Ende des Ringmagnets 121 gekoppelt. Des Weiteren ist auch ein Lager 123 mit Kraft in ein Zentrum des Auflagers eingesetzt, um drehbar mit einer äußeren Umfangsoberfläche der Drehwelle 102 gekoppelt zu sein.
Der Käfigläufer 130 ist aus einer Schichtstruktur einer Vielzahl von Siliziumstahlblechen gebildet, und mit einer Ausbuchtung 203 versehen, die dieselbe Polzahl wie die Magneteinheit 120 an einer äußeren Umfangsoberfläche davon aufweist.
Ein Vielzahl von magnetischen Barrieren 201, 202 sind an der Auflageoberfläche des Käfigläufers 130 mit Ausnahme des Käfigläuferstabes 115 gebildet.
Die magnetischen Barrieren 203 sind als eine kreisförmigen Bogenform zwischen der Drehwelle 102 und der Ausbuchtung 131 gebildet, und ein Luftzwischenraumabschnitt 133 ist zwischen jeder Ausbuchtung 131 gebildet.
Die magnetischen Barrieren 203 werden zu einer Umfangsrichtung des Käfigläufers 130 hin auf der Basis der Drehwelle 102 allmählich groß, und drei Paare magnetischer Barrieren 203 sind auf der Basis jeder d-Achse angeordnet.
Eine Vielzahl von Käfigläuferstablöchern 116 sind mit einem bestimmten Intervall an einem Randabschnitt des Käfigläufers 130 gebildet, und der Käfigläuferstab 115 aus Al oder Cu wird mittels eines Druckgussverfahrens in das Käfigläuferstabloch 116 eingesetzt. Auch ist ein Endring 117 mit beiden Enden verbunden, den oberen und unteren Abschnitten des Käfigläuferstabs 115.
Im Folgenden wird der Betrieb des selbstanlaufenden Reluktanzsynchronmotors gemäß der vorliegenden Erfindung wie folgt beschrieben.
Wenn an die Hauptspule 113 eine Energiequelle angelegt wird, wird die Magneteinheit 120 frei durch einen Strom gedreht, der in der Hauptspule 113 fließt.
Zu dieser Zeit wird das Auflager 122 frei auf der Basis der Drehwelle 102 durch dessen Lager 123 gedreht, und die Magneteinheit 120 wird frei gedreht, da der Ringmagnet 121 mit dem Auflager 120 gekoppelt ist.
Die Magneteinheit 120 wird gedreht, und erzeugt gleichzeitig ein sich drehendes Magnetfeld mit großem magnetischem Fluss, wodurch der Käfigläufer 130 gedreht wird.
Das heißt, durch das sich drehende Magnetfeld des Stators 110 wird die Magneteinheit von einem Zustand geringer Trägheit betrieben, gedreht und synchronisiert. Zur gleichen Zeit erzeugt die Magneteinheit 120 ein sich drehendes Magnetfeld und führt dem Käfigläufer 130 einen ein Drehmoment erzeugenden magnetischen Fluss zu, wodurch der Käfigläufer 130 gedreht wird.
Zu dieser Zeit wird, da die Magneteinheit 120 die selben Polzahlen aufweist, wie der Käfigläufer 130, der Käfigläufer 130 ohne einen Schlupf mit einer zu der Magneteinheit 120 synchronen Geschwindigkeit betrieben.
Wie zuvor erwähnt, kann die synchrone Geschwindigkeit als 120·F/P ausgedrückt werden (hier bezeichnet F eine Frequenz einer Energiequelle (Hz) und P bezeichnet Polzahlen). Wenn die Frequenz der Energiequelle konstant sein soll, wird die synchrone Geschwindigkeit durch die Polzahlen bestimmt. Da die Polzahlen des Stators 110, die Polzahlen der Magneteinheit 120, und die Polzahlen des Käfigläufers 130 zueinander gleich sind, wird die Magneteinheit 120 mit dem Stator 110 synchronisiert, und der Käfigläufer 130 wird mit der Magneteinheit 120 synchronisiert.
In 6 zeigt eine dünne durchgezogene Linie den Käfigläufer, eine gestrichelte Linie zeigt eine Belastung der Drehwelle, und eine dicke durchgezogene Linie zeigt einen synchronen Betrieb der Magneteinheit und des Käfigläufers.
Unter Bezugnahme auf 6, wenn der Käfigläufer und die Drehzahl der Drehwelle einen Punkt 'a' der synchronen Geschwindigkeit erreichen, wird immer die Drehzahl auf der vertikalen Linie des Punkts 'a' beibehalten, unabhängig von einer Belastung, um dadurch einen Synchronisationsbetrieb durchzuführen.
In 7 zeigt die dünne durchgezogene Linie den Käfigläufer und eine dicke durchgezogene Linie zeigt die Magneteinheit.
Bezugnehmend auf 7 sind die Drehzahl des Käfigläufers und die Drehzahl der Magneteinheit voneinander verschieden bis zu einer Anfangszeit b, um so einen Schlupf zu erzeugen. Jedoch wird nach einem bestimmten Zeitpunkt 'c' die Drehzahl des Käfigläufers dieselbe wie die Drehzahl der Magneteinheit.
Das heißt, der Käfigläufer und die Magneteinheit werden synchron betrieben, indem sie mit derselben synchronen Geschwindigkeit gedreht werden, um keinen Schlupf zu erzeugen. Danach wird ein zweiter Stromverlust nicht erzeugt, und dadurch sind ein Betrieb mit geringem Lärm und ein Betrieb mit hohem Wirkungsgrad möglich.
In 8 sind eine Vielzahl von inneren magnetischen Barrieren 301 als eine kreisförmige Bogenform an einer inneren Seite eines Käfigläufers 330 gebildet. Die inneren magnetischen Barrieren 301 weisen dieselbe Polzahl wie eine Magneteinheit 320 auf.
In 9 ist eine Vielzahl äußerer magnetischer Barrieren 402 an einer äußeren Umfangsoberfläche eines Käfigläufers 430 gebildet. Eine Ausnehmung 403 ist zwischen den äußeren magnetischen Barrieren 402 gebildet.
Wie zuvor erwähnt, ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Magneteinheit frei drehbar zwischen dem Stator und dem Käfigläufer installiert, und die Polzahlen des Stators, die Polzahlen der Magneteinheit, und d e Polzahlen des Käfigrotors sind gleich zueinander, um somit die Magneteinheit und den Käfigläufer synchron zu betreiben, wodurch ein Betrieb mit geringem Lärm und ein Betrieb mit hohem Wirkungsgrad mit geringen Kosten möglich gemacht wird.

Claims

Ein selbstanlaufender Reluktanzsynchronmotor, umfassend: einen Einphasenstator (110), der an einer inneren Umfangsoberfläche eines Motoraufbaus (101) angeordnet ist und auf dem eine Hauptspule (113) und eine Nebenspule (114) gewickelt sind; eine Magneteinheit (120, die frei drehbar entlang einer inneren Umfangsoberfläche des Stators (110) angeordnet ist, um einen Luftspalt (G) zum Stator aufrecht zu erhalten; und und ein Käfigläufer (130), der mit einer Drehwelle (102) an einem zentralen Abschnitt davon versehen ist, um entlang einer inneren Umfangsoberfläche der Magneteinheit (120) drehbar zu sein, der mit einem Käfigläuferstab (115) an einem Randabschnitt davon versehen ist, und der mit magnetischen Barrieren (210, 202; 301; 402) versehen ist, die dieselben Polzahlen aufweisen, wie die Magneteinheit (120; 320; 420).
Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Barrieren 210, 202; 301; 402) dieselbe Polzahl wie eine Magneteinheit (120; 320; 420) an der äußeren Umfangsoberfläche und an einer inneren Seitenoberfläche davon aufweisen.
Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Barrieren (210, 202; 301; 402) an der äußeren Umfangsoberfläche und einer inneren Seitenoberfläche des Käfigläufers (130) gebildet sind.
Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausbuchtung (131; 403) zwischen den magnetischen Barrieren (210, 202; 301; 402) gebildet ist.
Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Barrieren (210, 202; 301; 402) mit einem bestimmten Intervall (G) an der inneren Seitenoberfläche des Käfigläufers (130) gebildet sind.
Synchronmotor nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Barrieren (210, 202; 301; 402) als eine kreisförmige Bogenform gebildet sind.
Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Barrieren (210, 202; 301; 402) zu einer Umfangsrichtung des Käfigläufers (130) hin größer werden.