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Reluktanz-Elektromotor - Dokument DE10049343A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10049343A1 12.04.2001
Titel Reluktanz-Elektromotor
Anmelder Asmo Co., Ltd., Kosai, Shizuoka, JP
Erfinder Mimura, Naohisa, Kosai, Shizuoka, JP;
Takabe, Yoshiyuki, Kosai, Shizuoka, JP;
Makita, Shinji, Kariya, Aichi, JP;
Saitou, Tomohiro, Kariya, Aichi, JP;
Yoshida, Hideji, Kariya, Aichi, JP
Vertreter Kuhnen & Wacker Patentanwaltsgesellschaft mbH, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 05.10.2000
DE-Aktenzeichen 10049343
Offenlegungstag 12.04.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2001
IPC-Hauptklasse H02K 19/06
Zusammenfassung Ein Reluktanzmotor enthält einen Stator (5) mit einer Vielzahl von ausgeprägten Statorpolen (2), einen Rotor (3) mit einer Vielzahl von ausgeprägten Rotorpolen (1), einer Vielphasenwicklung, die in dem Stator (5) montiert ist, und eine Treiberschaltung zum Treiben der Vielphasenwicklung (5a). Die Treiberschaltung beginnt mit der Zufuhr des Treiberstroms zu den Vielphasenwicklungen (5a), wenn die ausgeprägten Rotorpole (1) und die ausgeprägten Statorpole (2) übereinander gelangen. Mit anderen Worten wird der Treiberstrom den Vielphasenwicklungen (5a) zugeführt, wenn die Induktivität derselben bei Null liegt.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reluktanz-Elektromotor.

Im allgemeinen wird ein Vielphasen-Reluktanzmotor durch eine Treiberschaltung gesteuert, wie sie in Fig. 1A gezeigt ist. Die Treiberschaltung enthält eine CPU und verarbeitet Sensorsignale, die an diese von dem Vielphasen-Reluktanzmotor geliefert werden. Solch ein Reluktanzmotor besitzt eine einfache Konstruktion und sorgt für ein vergleichsweise großes Ausgangsdrehmoment. Jedoch wurde dieser aufgrund seiner hohen Drehmomentwelligkeit nur in eingeschränkten Gebieten verwendet.

Wie in Fig. 1B gezeigt ist, wird eine Phasenwicklung eines Reluktanzmotors gewöhnlich mit einem Treiberstrom beschickt, wenn ein ausgeprägter Rotorpol und ein ausgeprägter Statorpol übereinander gelangen und die Induktivität desselben anfängt zuzunehmen. Die Stromzuführung wird angehalten, wenn die Induktivität nicht zunimmt.

Der Strom, welcher der Wicklung zugeführt wird, nimmt allmählich zu nachdem der ausgeprägte Rotorpol und der ausgeprägte Statorpol übereinander gelangen, und nimmt allmählich ab, wenn der Inkrement-Winkel der Induktivität sich nahe seiner Spitze ändert. Daher ändert sich das Drehmoment durch die ausgeprägten Pole allmählich. Mit anderen Worten verläuft die Drehmomentkennlinie nicht flach. Dies verursacht hauptsächlich die oben angegebenen Drehmomentwelligkeiten.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Reluktanzmotor zu schaffen, der ein flaches oder ebenes Drehmoment erzeugt, um die Drehmomentwelligkeiten zu reduzieren.

Gemäß einem Hauptmerkmal der Erfindung enthält ein Reluktanzmotor einen Stator mit einer Vielzahl von ausgeprägten Statorpolen, einen Rotor mit einer Vielzahl von ausgeprägten Rotorpolen, eine Vielphasenwicklung, die in dem Stator montiert ist, und eine Treiberschaltung zum Treiben der Vielphasenwicklung. Die Treiberschaltung beginnt mit der Zufuhr des Treiberstroms zu einer der Phasenwicklungen, wenn die ausgeprägten Rotorpole und die ausgeprägten Statorpole, welche die eine der Phasenwicklungen besitzen, übereinander gelangen, während die Induktivität derselben Null ist. In bevorzugter Weise stoppt die Treiberschaltungen die Zufuhr des Treiberstroms vor dem Inkrementwinkel der Induktivitätsänderungen.

Bei dem oben erläuterten Reluktanzmotor sind die ausgeprägten Statorpole und die ausgeprägten Rotorpole aus laminierten Blechen aus magnetischen Material gebildet und besitzen eine Vielzahl von Schlitzen. Die Breite des Schlitzes ist in bevorzugter Weise gleich mit oder größer als ein Fünftel der Dicke des laminierten Bleches.

Andere Ziele, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung als auch die Funktionen der aufeinander bezogenen Teile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klar aus einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der anhängenden Ansprüche und der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1A ein Blockschaltbild eines Steuersystems eines typischen Reluktanzmotors,

Fig. 1B einen Graphen, der die Eigenschaften eines herkömmlichen Reluktanzmotors veranschaulicht, und

Fig. 1C einen Graphen, der die Eigenschaften eines Reluktanzmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm, welches einen Rotor und einen Stator eines Dreiphasen-Reluktanzmotors gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 3 eine teilweise vergrößerte Darstellung des Reluktanzmotors, der in Fig. 2 veranschaulicht ist;

Fig. 4 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen der Lebensdauer eines Metallstempels oder Metall-Formwerkzeugs (metal die), der Dicke eines Eisenblechs und der Weite eines Schlitzes zeigt;

Fig. 5 einen Graphen, der die Drehmomentwellen zeigt, die durch die ausgeprägten Pole mit unterschiedlichen Schlitzen erzeugt werden;

Fig. 6 ein schematisches Diagramm, welches einen Rotor- und einen Stator-Kern eines Reluktanzmotors veranschaulicht, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 ein schematisches Diagramm, welches einen Rotor- und einen Stator-Kern eines Reluktanzmotors veranschaulicht, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8A und 8B schematische Diagramme, welche die ausgeprägten Rotorpole mit unterschiedlichen Schlitzen eines Reluktanzmotors gemäß einer Abwandlung der Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen;

Fig. 9 ein schematisches Diagramm, welches einen Rotor und einen Stator-Kern eines Reluktanzmotors veranschaulicht, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 ein schematisches Diagramm, welches einen ausgeprägten Rotorpol eines Reluktanzmotors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und

Fig. 11 eine teilweise schematisches Darstellung, die einen Rotor und einen Stator-Kern eines Reluktanzmotors veranschaulicht, gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.

Ein Reluktanzmotor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird unter Hinweis auf die Fig. 1A und 1C-4 beschrieben.

Bei dem Reluktanzmotor beginnt eine Treiberschaltung, die in Fig. 1A gezeigt ist, damit jeder Phasenwicklung 4a (lediglich eine Phasenwicklung ist in Fig. 2 gezeigt) mit einem Erregerstrom zu beschicken, wenn die Induktivität der Phasenwicklung 5a gleich 0 ist wie dies in Fig. 1C gezeigt ist. Der Erregerstrom wird der Phasenwicklung 5a vor einem Phasenwinkel zugeführt und zwar vor dem Zeitpunkt, wenn die Induktivität beginnt von 0 aus anzusteigen. Der Phasenwinkel wird so eingestallt, daß er größer ist als die Drehzahl des Reluktanzmotors zunimmt. Es kann daher ein ausreichender Betrag des Erregerstroms der Phasenwicklung 5a so lange zugeführt werden, bis die Induktivität angewachsen ist. Der Phasenwicklung 5a kann auch ein konstanter Strom I zugeführt werden, wenn die ausgeprägten Pole 2, welche die Phasenwicklung 5a darauf tragen, über einen der ausgeprägten Rotorpole 1 gelangen. Wie in Fig. 1C dargestellt ist, wird das Drehmoment T unmittelbar dann erzeugt, nachdem die ausgeprägten Pole 1 und 2 übereinander gelangen. Andererseits unterbricht die Treiberschaltung die Stromzufuhr zu der Phasenwicklung 5a während der Inkrementwinkel der Induktivität konstant ist (d. h. dL/dθ ist in dem linearen Bereich konstant) oder bevor sich dieser ändert.

Das Drehmoment, welches zwischen den ausgeprägten Polen erzeugt wird, kann in der folgenden Weise ausgedrückt werden: T = (1/2) . I2 ./dL/dθ).

Da der Erregerstrom I, welcher der Phasenwicklung 5a zugeführt wird, konstant ist, verläuft die Kennlinie des Drehmoments T flach oder eben, wie dies in Fig. 1C gezeigt ist, so daß die Drehmomentwelligkeiten reduziert werden können.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, besteht ein Dreiphasen-Reluktanzmotor aus dem Rotor 3 und dem Stator 5. Der Rotor 3 besteht aus dem Rotorkern 6 aus laminierten Blechen und der Stator 5 besteht aus dem Statorkern 6 aus laminierten Blechen und Dreiphasenwicklungen 5a. Der Rotorkern 6 besitzt eine Vielzahl von ausgeprägten Rotorpolen 1 mit einer Vielzahl von radial verlaufenden Schlitzen 7, die darin ausgebildet sind. Die Vielzahl der radial verlaufenden Schlitze 7 führt zum Fließen der magnetischen Flüsse in den ausgeprägten Rotorpolen 1 in einer weichen oder sanften Form. Mit anderen Worten gestaltet die Vielzahl der Schlitze den Inkrementwinkel der Induktivität dL/dθ konstant, wodurch eine flache Drehmomentwelle erzeugt wird. Fig. 5 zeigt eine Wirkung der Schlitze 7. In Fig. 5 repräsentiert die ausgezogene Linie A eine Drehmomentkurve, wenn vierzehn Schlitze in dem Rotorpol ausgebildet sind, und die unterbrochene Linie B repräsentiert eine Drehmomentkurve, wenn sieben Schlitze ausgebildet sind. Es kann daher die Drehmomentwelligkeit effektiver unterdrückt werden, wenn die Zahl der Schlitze 7 größer wird.

Jeder der Schlitze 7 kann in einem offenen Schlitze ausgebildet sein, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist, so daß das Ende desselben den äußeren Rand des ausgeprägten Poles erreicht. Die offenen Schlitze beseitigen den magnetischen Pfad, der den äußeren Rand des Rotorpols 1 durchläuft, wodurch der effektive magnetische Pfad zwischen dem Rotorpol 1 und dem Statorpol 2 verbessert wird.

Die Vielzahl der Schlitze 7 wird durch eine Preßmaschine mit einem Metal- Formwerkzeug (metal die) ausgebildet, wenn die laminierten Bleche dadurch gebildet werden. Es wurde herausgefunden, daß sich die Lebensdauer des Metall- Formwerkzeugs erhöht oder die Zahl der Schußzeiten. D. h. das maximale Verhältnis zwischen der Dicke b von jedem der Laminierten Bleche und der Weite a von jedem der Schlitze sollte gleich mit oder kleiner sein 5. Mit anderen Worten sollte die Weite a des Schlitzes 7 gleich sein mit oder größer sein als 1/5 der Dicke b des laminierten Bleches.

Der Reluktanzmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird unter Hinweis auf Fig. 6 beschrieben.

Eine Vielzahl von Schlitzen ist in den ausgeprägten Statorpole 2 anstelle der Schlitze 4 ausgebildet, die in den ausgeprägten Rotorpolen 1 ausgebildet sind.

Eine Reluktanzmotor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7 gezeigt. Die Schlitze 7 sind sowohl in den Rotorpolen 1 als auch in den Statorpolen 2 ausgebildet. Die Länge von jedem Schlitz 7 in dem gleichen Pol kann ebenfalls geändert werden. Wie in den Fig. 8A und 8B gezeigt ist, kann eine Vielzahl von Schlitzen 7 in unterschiedlicher Weise in unterschiedlichen laminierten Blechen 3a und 3b ausgebildet sein. Es sind daher die Schlitze 7 von einem laminierten Blech zwischen den Schlitzen 7 eines anderen laminierten Bleches angeordnet, um dadurch im wesentlichen die gleiche Wirkung zu erzielen, wie sie unter Hinweis auf Fig. 5 beschrieben wurde.

Ein Reluktanzmotor gemäß einer vierten Ausführungsform wird unter Hinweis auf Fig. 9 beschrieben. Die Schlitze 7, die in einem ausgeprägten Rotorpol 1a ausgebildet sind, sind hinsichtlich der Zahl, der Position oder hinsichtlich der Weite von den Schlitzen 7 verschieden, die in einem anderen ausgeprägten Rotorpol 1b ausgebildet sind.

Ein Reluktanzmotor gemäß einer fünften Ausführungsform wird unter Hinweis auf die Fig. 10A und 10B beschrieben. Es werden laminierte Bleche aufgestapelt, so daß ein Abschnitt des Bleches entsprechend einem Rotorpol 1a, der in Fig. 9 gezeigt ist, auf einen Abschnitt des Bleches gelegt wird, der einem anderen Rotorpol 1b entspricht, der in Fig. 9 gezeigt ist. Als ein Ergebnis besitzt ein laminiertes Blech unterschiedliche Schlitze und zwar hinsichtlich der Zahl, der Position oder hinsichtlich der Größe gegenüber denjenigen des benachbarten laminierten Bleches. Wie in Fig. 10C gezeigt ist, kann ein ausgeprägter Rotorpol 1 aus zwei Blöcken von laminierten Blechen, die unterschiedliche Schlitze besitzen, gebildet sein. Dies ist auch wirksam, um die Drehmomentwelligkeiten zu reduzieren.

Ein Reluktanzmotor gemäß einer sechsten Ausführungsform wird inter Hinweis auf Fig. 11 beschrieben. Offene Schlitze 7 sind in dem Rotorpol 1 derart ausgebildet, daß die Weite der Schlitze 4 an der Frontseite des Rotorpols 1 in der Drehrichtung des Rotors 3 größer wird als die Weite der Schlitze 7 an der rückwärtigen Seite. Diese Konstruktion erhöht den effektiven Luftspalt, so daß eine abrupte Zunahme in dem Magnetfluß verhindert werden kann, wodurch eine magnetische Sättigung an der Frontseite verhindert wird. Da die Weite der Schlitze an der rückwärtigen Seite so klein wie möglich ausgebildet wird, um den effektiven Luftspalt zu reduzieren und um den effektiven Magnetfluß ohne magnetische Sättigung zu erhöhen, kann das Ausgangsdrehmoment daran gehindert werden, abzufallen oder abzunehmen.

Größere Öffnungsschlitze 7 können in dem Rotorpol 1 auf gegenüberliegenden Seiten des Rotorpols 1 in der Drehrichtung des Rotors 3 ausgebildet sein, um eine magnetische Sättigung desselben zu verhindern, wenn der Rotorpol 1 sich in beiden Richtungen dreht.

Bei der vorangegangenen Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist die Erfindung unter Hinweis auf spezifische Ausführungsformen desselben offenbart. Es ist jedoch offensichtlich, daß verschiedene Abwandlungen und Änderungen bei den spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem breiten Rahmen und Lehre der Erfindung, wie sie in den anhängenden Ansprüchen festgehalten ist, abzuweichen. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist demzufolge lediglich in einem veranschaulichenden Sinn anstatt einschränkend, zu verstehen.


Anspruch[de]
  1. 1. Reluktanzmotor, mit einem Stator (5) mit einer Vielzahl von ausgeprägten Statorpolen (2), einem Rotor (3) mit einer Vielzahl von ausgeprägten Rotorpolen (1), einer Vielzahl von Phasenwicklungen (5a), die in dem Stator (5) montiert sind, und einer Treiberschaltung zum Treiben der Phasenwicklungen (5a), dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung mit der Zufuhr des Treiberstroms zu einer der Vielzahl der Phasenwicklungen (5a) beginnt bevor die ausgeprägten Rotorpole (1) und diejenigen der ausgeprägten Statorpole (2), welche die genannte eine der Phasenwicklungen (5a) besitzen, übereinander gelangen, so daß der Treiberstrom vollständig zugeführt werden kann während die Induktivität der einen der Vielphasenwicklungen (5a) nahezu Null beträgt.
  2. 2. Reluktanzmotor nach Anspruch 1, bei dem die Treiberschaltung die Zufuhr des Treiberstroms vor dem Inkrementwinkel der Induktivität-Änderungen stoppt.
  3. 3. Reluktanzmotor nach Anspruch 1, bei dem die ausgeprägten Statorpole (2) und die ausgeprägten Rotorpole (1) aus laminierten Blechen aus magnetischen Material gebildet sind, und einer der Statorpole (2) und der Rotorpole (1) eine Vielzahl von Schlitzen (7) aufweist, von denen jeder eine Weite besitzt, die gleich ist mit oder größer ist als ein Fünftel der Dicke von jedem der laminierten Bleche.
  4. 4. Reluktanzmotor nach Anspruch 1, bei dem die Treiberschaltung die Zufuhr des Treiberstroms stoppt bevor einer der ausgeprägten Rotorpole (1) und der genannte eine der ausgeprägten Statorpole (2), der eine der Vielphasenwicklungen (5a) besitzt, einander vollständig treffen.
  5. 5. Reluktanzmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schlitze (7) ein offener Schlitz ist, der sich zu dem Außenrand der Pole hin erstreckt.
  6. 6. Reluktanzmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Schlitze (7) von einem der laminierten Bleche hinsichtlich der Position verschieden ist von einem anderen dazu benachbarten Blech.
  7. 7. Reluktanzmotor nach Anspruch 3, bei dem der ausgeprägte Rotorpol (1) aus zwei Blöcken von laminierten Blech gebildet ist, und einer der Blöcke eine Vielzahl von Schlitzen (7) aufweist, die in der Position voneinander verschieden sind.
  8. 8. Reluktanzmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Schlitze (7) von einem der ausgeprägten Pole (1, 2) hinsichtlich der Position verschieden von anderen ausgeprägten dazu benachbarten Polen ist.
  9. 9. Reluktanzmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Schlitze (7) dafür ausgebildet ist, einen größeren effektiven Luftspalt an einer Seite des ausgeprägten Rotorpols (1) in einer Drehrichtung als auf der anderen Seite zu erzeugen.
  10. 10. Reluktanzmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seite die Frontseite des ausgeprägten Pols (1) in der Drehrichtung ist.






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