Reluktanzmotor

Die Erfindung betrifft einen Reluktanzmotor mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor einzelne Rotorpole aufweist und die Rotorpole eine gekrümm- te Außenkontur besitzen, wobei weiter in der Außenkontur ein stufenartiger übergang ausgebildet ist, zur Erzielung einer Vorzugsdrehrichtung beim Anlaufen des Motors.

Reluktanzmotoren sind bekannt. Insbesondere bei schnelllaufenden Reluktanz- motoren ist zur Erzielung einer Vorzugsdrehrichtung in der Außenkontur ein stufenartiger übergang, ein sogenannter stepped air-gap ausgeformt. Eine solche Stufe weist hierbei ein Radialmaß von wenigen μm auf. So bspw. ein Maß zwischen 10 und 80 μm, weiter bspw. 50 μm.

In Hinblick auf den zuvor beschrieben Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, einen Reluktanzmotor der in Rede stehenden Art, insbesondere hinsichtlich seines Anlaufverhaltens zu verbessern.

Diese Problematik ist zunächst und im Wesentlichen durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass die gekrümmte Außenkontur spiralförmig verläuft. Zufolge dieser Ausgestaltung ist zugleich der Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator spiralförmig ausgebildet. Das Anlaufen des Rotors ist hierdurch sichergestellt, auch dann, wenn zum Anlaufen des- selben kein hohes Drehmoment erforderlich ist. Dies ist bspw. bei Staubsaugern bzw. beim Betrieb eines Lüfters der Fall. Durch die spiralförmige Außenkontur kann der Rotor etwas weiter gedreht werden als dies mit Bezug auf eine Phase normalerweise möglich ist. Dies stellt den Anlauf sicher. Zur Anpassung an ein gegebenenfalls höheres Anlaufmoment kann die Radiusreduzierung in der Spi- rale vergrößert werden.

Die Gegenstände der weiteren Ansprüche sind nachstehend in Bezug zu dem Gegenstand des Anspruchs 1 erläutert, können aber auch in ihrer unabhängigen Formulierung von Bedeutung sein.

So ist in einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes vorgesehen, dass die gekrümmte Außenkontur durch den stufenartigen übergang in einen größeren und einen kleineren Abschnitt unterteilt ist. So umfasst bspw. der kleinere Abschnitt etwa Sechstel bis ein Drittel des Umfangsabschnitts eines Rotorpols. Bevorzugt wird diesbezüglich, dass der größere Abschnitt in seiner Kontur spiralförmig verläuft, so dass dieser Abschnitt weiter bevorzugt sich über zwei Drittel bis fünf Sechstel des Umfangabschnitts eines Rotorpols erstreckt. Der kleinere Abschnitt der gekrümmten Außenkontur verläuft bevorzugt kreislinienabschnittförmig mit einer von der Rotorachse ausgehenden Radiuslinie. Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Ausgestaltung, bei welcher ein Radius der Kontur sich ausgehend von dem stufenartigen übergang vergrößert. Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Radiusdifferenz des spiralförmigen Abschnitts zwischen einem Viertel und drei Viertel des stufenartigen übergangs zuzüglich des Differenzradiusmaßes liegt. Die Radiusdifferenz liegt demzufolge entsprechend zwischen einem Viertel und drei Viertel des maximalen Radiusmaßes im spiralförmigen Abschnitt. Bevorzugt wird diesbezüglich, dass die Radiusdifferenz einem Zehntel bis dem Doppelten des Maßes des stufenartigen übergangs entspricht. So liegt weiter bevorzugt das Radiusmaß im Bereich von 20 bis 100 μm, bevorzugt 50 μm. Die spiralförmige Radialmaßänderung umfasst im Sinne der Erfindung auch bspw. eine stufenförmige Veränderung anstelle einer kontinuierlichen oder auch eine nicht lineare Radialmaßänderung im Zuge des Spiralverlaufs. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist ein Reluktanzmotor, insbesondere ein schnelllaufender zweipha- siger Reluktanzmotor, mit spezieller Rotorgeometrie geschaffen, wobei der Rotor bzw. dessen Rotorpole im Bereich der gekrümmten Außenkontur sowohl einen stufenartigen übergang (stepped air-gap) als auch einen hiervon ausgehenden spiralförmigen Verlauf aufweisen. In der Gegenüberstellungsposition

von Statorpol und Rotorpol ist der Luftspalt zufolge vorliegender Erfindung an der Stelle größter radialer Erstreckung der Spirale verringert, was eine wirksame partielle Verkürzung der Feldlinien zwischen Stator und Rotor zur Folge hat.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche lediglich zwei Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Rotor eines Reluktanzmotors mit zuzuordnender Rotorwelle sowie einem Gehäuselagerteil, den Rotor in einer ersten Ausführungsform darstellend;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende perspektivische Darstellung, jedoch eine zweite Ausführungsform des Rotors betreffend;

Fig. 3 in einer Einzeldarstellung ein Rotorblech des Rotors gemäß der Ausführungsform in Fig. 2 in Ansicht;

Fig. 4 die Draufsicht auf den aus einzelnen Rotorblechen zusammengesetzten Rotor mit Blick auf einen Rotorpol;

Fig. 5 in einer schematischen Darstellung einen 2-phasigen Motor.

In den Figuren 1 und 2 sind in zwei Ausführungsformen Rotoren 1 für jeweils einen Reluktanzmotor dargestellt. Diese Rotoren 1 sind drehfest auf einer Rotorwelle 2 halterbar, welch letztere wiederum gelagert ist in einem Motorgehäuseteil 3. Die Rotorwelle 2 bildet zugleich die Rotordrehachse x.

Während in der Figur 1 der Rotor 1 sechspolig ausgebildet ist und entspre- chend sechs Rotorpole 4 aufweist, die über dem Umfang gleichmäßig verteilt als radial abragende Abschnitte ausgeformt sind, besitzt der Rotor 1 in der in

der Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsform lediglich zwei sich gegen- berliegende Rotorpole 4.

Die Rotoren 1 sind in üblicher Weise zusammengesetzt aus einzelnen Rotorble- chen 5, welche bspw. als Blechteile ausgestanzt sind. Eine mittige Bohrung 6 dient zur form- bzw. kraftschlüssigen Aufnahme der Rotorwelle 2.

Ein Rotorblech 5 für einen Rotor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform ist in Figur 3 in einer Einzeldarstellung in Ansicht gezeigt. Es ist zu erkennen, dass zunächst jeder Rotorpol 4 eine gekrümmte Außenkontur 7 aufweist. Diese setzt sich über das Umfangsmaß aus einem größeren Abschnitt 8 und einem kleineren Abschnitt 9 zusammen, wobei die Unterteilung zwischen größerem Abschnitt 8 und kleinerem Abschnitt 9 durch einen stufenartigen übergang 10 gebildet ist.

Der kleinere Abschnitt 9 erstreckt sich etwa über ein Drittel des gesamten Erstreckungsmaßes der gekrümmten Außenkontur 7. Mit Bezug auf die Darstellung in Figur 3 beginnt dieser kleinere Abschnitt 9 mit dem linken Ende der gekrümmten Außenkontur 7 und erstreckt sich in Uhrzeigerrichtung kreisli- nienförmig bis zum stufenartigen übergang 10. über diesem gesamten kleineren Abschnitt 9 erstreckt sich die Außenkontur über einen gleichbleibenden Radius r, welcher sich auf die Rotorachse x bezieht.

Der stufenartige übergang 10 erstreckt sich in Radialrichtung über die Außen- kontur des kleineren Konturabschnittes 9 hinaus. Es ist hierbei ein radiales überstandsmaß a des stufenartigen übergangs 10 von etwa 50 μm gewählt.

Von dem radial äußeren Ende des stufenartigen übergangs 10 erstreckt sich in Uhrzeigerrichtung der größere Abschnitt 8 der gekrümmten Außenkontur, dies mit ansteigendem Radius. Entsprechend verläuft der größere Abschnitt 8 spiralförmig sich zum dem stufenartigen übergang 10 abgewandten Ende der Au-

ßenkontur 7 vergrößernd. An diesem, dem stufenartigen übergang 10 abgewandten Ende weist der größere Abschnitt 8 einen Radius ri auf, welcher größer ist als die Summe des Radius r im Bereich des kleineren Abschnitts 9 plus dem Radialmaß a des stufenartigen übergangs 10.

In Figur 3 ist in strichpunktierter Linienart eine gleichbleibende Außenkontur- linie mit einem Radius ri dargestellt, ausgehend von dem dem stufenartigen übergang 10 abgewandten Ende des größeren Abschnitts 8. Die hieraus resultierende Radius differenz d - gemessen in radialer Verlängerung zum Stufen- maß a - beträgt in der dargestellten Ausführungsform etwa dem Stufenmaß a, also etwa 50 μm.

Der gegenüberliegende Rotorpol 4 ist entsprechend außenkonturmäßig geformt.

Zufolge der beschriebenen Rotorpolausgestaltung, insbesondere der Konturgestaltung der Rotorpole 4 ist ein verbessertes Anlaufverhalten des Rotors 1 in einem Reluktanzmotor erreicht. Neben dem bekannten stufenförmigen übergang 10 ist im Bereich zwischen dem Rotorpol 4 und dem im Betrieb hierzu korres- pondierenden Statorpol 11 ein spiralförmiger Luftspalt 12 ausgebildet (vgl. Fig. 5). Das zum Radialmaß des Rotors proportionale Anlauf moment verliert sich nicht in den kritischen Drehwinkeln 0°, 90°, 180° oder 270°. Es bleibt vielmehr ein Drehmoment bestehen, das zu einem sicheren Anlaufen auch aus diesen Stellungen heraus ausreichend ist.

Bei einem wie in Fig. 5 schematisch dargestellten 2-phasigen Motor mit vier Statorpolen 11 und zwei Rotorpolen 4 sind die Rotorpole 4 einschließlich des kleineren Konturabschnitts (9) - stepped air-gap - anhand eines Winkels ß in ihrer radialen Breite b ausgelegt. Dieser Winkel ß ist, ausgehend von der Rotor- Mittelachse x, über beide äußere Enden eines Rotorpols 4 gebildet und beträgt zwischen 85° und 95°, bevorzugt 90°. Bei gleichmäßiger umfangsmäßiger Sta-

torpol-/ Freiraum Verteilung ergibt sich hieraus eine gegenüber einem Statorpol 11 vergrößerte Breite b eines Rotorpols 4.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.