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Title:
RELUCTANCE MOTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/020411
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a reluctance motor (1) comprising a rotor (3) and a stator (6), whereby the rotor (3) has rotor segments (10) that, in free-standing areas, are provided with an essentially rectangular design and have the shape of a segment of a circle. In order to improve a reluctance motor of the aforementioned type, in particular, with regard to the design of the rotor, the invention provides that the transition of the face (12) into the opposing flat sides (13) is rounded in the horizontal section. The invention also provides that the reluctance motor is balanced by removing material from the flat sides of the rotor segments and has a rotor comprised of a multitude of thin sheets axially placed one atop the other. The rotor comprises a sensor disk, whereby a sensor shaping having a specific peripheral offset is assigned to each rotor segment.

Inventors:
CALDEWEY UWE (DE)
LIENENLUEKE PAUL (DE)
THEUERMANN VOLKER (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/051788
Publication Date:
March 03, 2005
Filing Date:
August 13, 2004
Export Citation:
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Assignee:
VORWERK CO INTERHOLDING (DE)
CALDEWEY UWE (DE)
LIENENLUEKE PAUL (DE)
THEUERMANN VOLKER (DE)
International Classes:
H02K7/04; H02K19/10; H02K29/10; (IPC1-7): H02K1/24; H02K15/16; H02K19/10; H02K29/08
Foreign References:
US4698537A1987-10-06
US5432390A1995-07-11
EP0625819A11994-11-23
US5780945A1998-07-14
US6520012B12003-02-18
EP0817355A21998-01-07
DE10020946A12001-11-15
DE20022406U12001-11-22
US5808389A1998-09-15
Other References:
See also references of EP 1656725A1
Attorney, Agent or Firm:
Müller, Enno (Corneliusstrasse 45, Wuppertal, DE)
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Claims:
ANSPRÜCHE
1. Reluktanzmotor (1) mit einem Rotor (3) und einem Stator (6), wobei der Ro tor (3) Rotorsegmente (10) aufweist, die in freistehenden Bereichen im We sentlichen rechteckig geformt sind mit einer stirnseitigen kreisabschnittför migen Gestaltung, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang der Stirnsei te (12) in die gegenüberliegenden Flachseiten (13) im Grundriss abgerundet gestaltet ist.
2. Reluktanzmotor nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch ge kennzeichnet, dass die Übergänge in Umfangsrichtung jeweils jenseits einer geradlinigen Verlängerung der Flachseiten (13) ausgebildet sind.
3. Reluktanzmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Abrundung zwischen 0,3 und 2 mm liegt.
4. Reluktanzmotor (1) nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass selektiv auf einer oder mehreren Flachseiten (13) der Rotorsegmente (10) zum Wuchten des Rotors (3) Material entfernt ist, gegebenenfalls in unterschiedlichem Ausmaß.
5. Reluktanzmotor nach Anspruch 4 oder insbesondere danach, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Materialentfemung durch Ausfräsung erreicht ist.
6. Reluktanzmotor (1) nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) aus einer Vielzahl von dünnen Blechen (11), die axial übereinander angeordnet sind, zusammengesetzt ist.
7. Reluktanzmotor nach Anspruch 6 oder insbesondere danach, dadurch ge kennzeichnet, dass die Bleche (11) miteinander verklebt sind.
8. Reluktanzmotor nach einem oder mehreren der Anspruche 7 bis 8 oder ins besondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklebung aufgrund einer BacklackBeschichtung der Bleche (11) erreicht ist.
9. Reluktanzmotor (1) nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wobei weiter dem Rotor (3) eine Geberscheibe (4) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Rotorsegment (10) eine Geberausformung (18) zugeordnet ist, wobei jedoch jedenfalls eine Axialflanke (21) einer Geberaus formung (18) bezüglich einer Flachseite (13) des zugeordneten Rotorsegmen tes (10) einen Umfangsversatz von 7, 5° aufweist.
10. Reluktanzmotor nach Anspruch 9 oder insbesondere danach, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Geberausformung (18) sich über einen Umfangswin kel von 30° erstreckt.
11. Reluktanzmotor nach den Ansprüchen 9 bis 10 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geberausformung (18) einen Verwirbe lungsabschnitt (20) ausformt.
12. Reluktanzmotor nach den Ansprüchen 9 bis 11 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geberausformung (18) im Grundriss linear verlaufend ausgebildet ist.
Description:
Reluktanzmotor Die Erfindung betrifft zunächst einen Reluktanzmotor mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor Rotorsegmente aufweist, die in freistehenden Bereichen im Wesentlichen rechteckig geformt sind mit einer stirnseitigen kreisabschnittformigen Gestaltung.

Reluktanzmotoren der in Rede stehenden Art sind bekannt. So wird bspw. auf die DE 100 35 540 AI verwiesen. Dort ist ein Reluktanzmotor dargestellt und beschrieben, dessen Rotor mit vier winkelmäßig gleichmäßig verteilt angeord- neten Rotorsegmenten versehen ist. Diese Rotorsegmente ragen, bezogen auf die Rotordrehachse, radial nach außen ab und weisen einen im Wesentlichen rechteckigen Grundriss auf, wobei die radial nach außen weisende Stirnseite im Grundriss kreisabschnittformig gestaltet ist.

Im Hinblick auf den zuvor beschriebenen Stand der Technik wird eine techni- sche Problematik der Erfindung darin gesehen, einen Reluktanzmotor der in Rede stehenden Art insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung des Rotors weiter zu verbessern.

Diese Problematik ist zunächst und im Wesentlichen durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass der Übergang der Stirnseite in die gegenüberliegenden Flachseiten im Grundriss abgerundet ge- staltet ist. Es liegen entsprechend entgegen den Lösungen aus dem Stand der Technik keine scharfkantigen Eckbereiche zwischen Stirnseite und Flachseiten der Rotorsegmente vor. Vielmehr sind diese Eckbereiche abgerundet, so dass im Zuge der Fertigung des Reluktanzmotors das Einsetzen des Rotors in den Stator vereinfacht ist. Im Zuge des Einsetzens des Rotors in den Stator ergibt sich kein Verhaken, was bei scharfkantigen Eckbereichen auch zu Beschädi-

gungen führen könnte. Da das Abrunden der Eckbereiche grundsätzlich eine gewisse Materialeinbuße bedeutet, ist insofern eine Verbreiterung der Eckbereiche vorgesehen, welche verbreiterten Eckbereiche mit der erfindungs- gemäßen Verrundung versehen sind. Demzufolge bleibt die gewünschte Run- dung ohne Einfluss auf die Motorcharakteristik. So istvorgesehen, dass die Übergänge in Umfangsrichtung jeweils jenseits einer geradlinigen Verlänge- rung der Flachseiten ausgebildet sind. So weisen die Rotorsegmente im Be- reich der Übergänge eine quer zur Radialerstreckung der Rotorsegmente ge- messene Breite auf, die etwa dem 1,1 bis 3,3-fachen, bevorzugt dem 1,2-fachen der in selber Richtung gemessenen Breite der Rotorsegmente im Bereich der Flachseiten entspricht. Diesbezüglich ist weiter bevorzugt, dass der Radius der Abrundung zwischen 0,3 und 2 mm liegt, weiter bevorzugt bei etwa 0, 5 mm.

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Reluktanzmotor nach den Merkma- len des Oberbegriffs des Anspruchs 1, bei welchem zur Vereinfachung eines Auswuchtens des Rotors vorgeschlagen wird, dass selektiv auf einer oder meh- reren Schmalseiten der Rotorsegmente zum Wuchten des Rotors Material ent- fernt ist, gegebenenfalls in unterschiedlichem Ausmaß. Hierdurch ist ein Wuchten auf einem relativ großen Außendurchmesser erreicht, wobei nur ei- ne geringe Materialentnahme erforderlich ist. Je nach Gegebenheit können auf einer Flachseite eines Rotorsegments auch mehrere, gegebenenfalls unter- schiedlich große Ausnehmungen vorgesehen werden. Als besonders vorteil- haft erweist sich diesbezüglich, dass eine Materialentfernung durch Aus- fräsung erreicht ist.

Zudem betrifft die Erfindung einen Reluktanzmotor nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Um einen Reluktanzmotor der in Rede stehen- den Art, insbesondere hinsichtlich der Ausbildung des Rotors, verbessert aus- zugestalten, wird vorgeschlagen, dass der Rotor aus einer Vielzahl von dünnen

Blechen, die axial übereinander angeordnet sind, zusammengesetzt ist. So können gestanzte Bleche zum Einsatz kommen, welche axial übereinander an- geordnet eine variable Rotorhöhe erlauben. Durch Anordnung mehr oder we- niger Rotorbleche ist das Rotorpaket in Rotorachsrichtung variabel gestaltbar, was insbesondere die Herstellung des Rotors erleichtert. Um das durch die Bleche geschaffene Rotorpaket zu festigen, ist vorgesehen, dass die Bleche mit- einander verklebt sind. Bevorzugt wird diesbezüglich, dass die Verklebung aufgrund einer Backlackbescbichtung der Bleche erreicht ist. Durch den Ein- satz derartiger Backlackbleche und entsprechender thermischer Behandlung ist eine weitere Verbesserung der Stabilität des Rotors erreicht. Unter Backlack- blechen versteht man Bleche, welche gegebenenfalls zusätzlich zu einer beid- seitigen Isolierschicht noch eine Backlackschicht aufweist. Diese Backlack- schicht geht bei Temperaturerhöhung (Backen) in einen Klebezustand über.

Durch diese Verklebung wird eine Verbindung der Einzelrotorbleche zu einem Gesamtrotorpaket erreicht, was sich hinsichtlich der Auswuchtung und der Stabilität als vorteilhaft erweist. Auch ein Verdrehen der Einzelbleche zuein- ander wird durch die Verklebung verhindert.

Schließlich betrifft die Erfindung einen Reluktanzmotor nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wobei weiter dem Rotor eine Geberscheibe zugeordnet ist. Eine solche drehfest mit dem Rotor verbundene Geberscheibe dient zur Ermittlung der Rotorstellung, so insbesondere in Zusammenwirkung mit einer ortsfesten, durch die Geberscheibe beeinflussten Lichtschranke oder dergleichen. Um einen Reluktanzmotor der in Rede stehenden Art insbesonde- re hinsichtlich der Ausgestaltung der Geberscheibe weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass jedem Rotorsegment eine Geberausfoxmung zugeordnet ist, wobei jedoch jedenfalls eine Axialflanke einer Geberausformung bezüglich einer Flachseite des zugeordneten Rotorsegments einen Umfangsversatz von 7, 5° aufweist. Zufolge dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Betrieb

bei vierphasigen Reluktanzmotoren sowohl bei Rechts-als auch bei Linkslauf desselben gewährleistet. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß die Geberschei- be symmetrisch ausgestaltet, so dass die Breite einer Geberausformung der Spaltbreite zwischen zwei Geberausformungen entspricht. Demzufolge erge- ben sich symmetrische Gebersignale, wobei bevorzugt pro Umdrehung bei zwei vorgesehenen, zu durchfahrenden Gabellichtschranken 24 Impulse er- zeugt werden. Hieraus resultieren bei einem 8/6-Reluktanzmotor, d. h. einem Reluktanzmotor mit einem sechs Rotorsegmente aufweisenden Rotor und ei- nem acht Spulen aufweisenden Stator vier eindeutige Positionsinformationen zur Ansteuerung der vier Phasen des Stators. So ist w eiter vorgesehen, dass ein Rotorsegment sich über einen Umfangswinkel von 30° erstreckt. Auch er- gibt sich ein Vorteil daraus, dass eine Geberausformung einen Verwirbelungs- abschnitt ausformt, so weiter bevorzugt dadurch, dass eine Geberausformung in Grundriss linear verlaufend ausgebildet ist und hierbei etwa sekantenförmig an dem scheibenförmigen Grundriss der Geberscheibe anschließt. Demzufolge ist auch die Fertigung der Geberscheibe vereinfacht, da diese durch Stanzen und anschließendem Hochkanten der Geberausformungen geformt werden kann. Die geradlinig linear verlaufenden Geberausformungen führen des Wei- teren zu einer Lüfterwirkung, welche zur Reinigung der vorgesehenen und zu durchtretenden Gabellichtschranken dient. Behinderungen und Anschmut- zungen der Gabellichtschranken werden zufolge dessen insbesondere bei ho- hen Drehzahlen unterbunden. Aufgrund der erzeugten Luftturbulenzen stellt sich sogar eine automatische Reinigung der Lichtschranke ein.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen, welche lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellen, näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Reluktanzmotor in einer perspektivischen Zusammenbaudarstellung ;

Fig. 2 den Reluktanzmotor in einer perspektivischen Explo sionsdarstel- lung ; Fig. 3 den Rotor mit einer drehfest angeordneten Geberscheibe und einem gleichfalls drehfest angeordneten Lüfter in perspektivischer Einzeldarstellung ; Fig. 4 den vergrößerten Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3 ; Fig. 5 die Draufsicht auf den Rotor mit Blick auf die Geberscheibe ; Fig. 6 die Seitenansicht hierzu ; Fig. 7 den Schnitt gemäß der Linie VII-VII in Fig. 5 ; Fig. 8 ein Rotorblech in Draufsicht ; Fig. 9 die Herausvergrößerung des Bereichs 1X in Fig. 8 ; Fig. 10 das Rotorblech in perspektivischer Darstellung ; Fig. 11 die Geberscheibe in einerEinzeldraufsicht ; Fig. 12 die Seitenansicht der Geberscheibe ; Fig. 13 eine perspektivische Darstellung der Geberscheibe.

Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu den Fig. 1 und 2 ein Re- luktanzmotor 1, welcher im Wesentlichen besteht aus einem auf einen Ro- torachskörper 2 drehfest aufsteckbaren Rotor 3, einer gleichfalls auf den Ro- torachskörper 2 aufsteckbaren und drehfest mit dem Rotor 3 verbindbaren Ge- berscheibe 4 sowie einem auf der der Geberscheibe 4 gegenüberliegenden Seite des Rotors 3 drehfest mit diesem anordbaren Lüfter 5, einem Stator 6 mit einem zweiteiligen Statorabdeckkörper 7 zur Aufnahme von nicht dargestellten Sta- torspulen und zwei beidseitig des Stators 6 an diesem befestigbare, die Enden des Ro torachskörpers 2 lagernden Brücken 8,9.

Der dargestellte Reluktanzmotor 1 ist ein sogenannter 8/6-Reluktanzmotor und weist somit einen Rotor 3 mit sechs Rotorsegmenten 10 und einen Stator 6 mit acht nicht näher dargestellten Statorspulen auf.

Die Rotorsegmente 10 sind winkelgleichmäßig um den Rotorgrundkörper ver- teilt und ragen radial ab, wobei der Rotor 3 aus einer Vielzahl von axial über- einander angeordneten, gleichen Rotorblechen 11 besteht. Jedes Rotorblech 11 ist bevorzugt ein Stanzteil und ist darüber hinaus mit einer einseitigen Back- lack-Beschichtung versehen. Mittels dieser Beschichtung werden die überein- ander angeordneten Rotorbleche 11 durch Hitzebeaufschlagung miteinander verklebt, zur Bildung des Rotors 3.

Jedes Rotorsegment 10 ist im Grundriss im Wesentlichen rechteckig geformt mit einer kreisabschnittformigen Gestaltung der Stirnseite 12 und zwei parallel verlaufenden Flachseiten 13. Jedes Rotorsegment 10 geht in den Übergängen von den Flachseiten 13 in die Stirnseite 12 in eine Verbreiterung über, in wel- cher Verbreiterung der Übergang in die Stirnseite 12 abgerundet ist. Die Ver- rundung trägt das Bezugszeichen 14. Zufolge der endseitigen Verbreiterung des Rotorsegments 10 sind die Übergänge in Umfangsrichtung jeweils jenseits

einer geradlinigen Verlängerung der Flachseiten 13 ausgebildet (vgl. insbeson- dere Vergrößerungsdarstellung in Fig. 9).

Der Radius r der Abrundung 14 beträgt in dem dargestellten Ausführungsbei- spiel etwa 0, 5 mm.

Zum Wuchten des Rotors 3 ist dieser im Bereich der Flachseiten 13 der Rotor- segmente 10 mit Ausfräsungen 15 in unterschiedlichem Ausmaß sowohl bezüg- lich der in Rotorachsrichtung gemessenen Länge als auch hinsichtlich der Tiefe versehen. Auch sind, wie in Fig. 3 zu erkennen, mehrere Ausfräsungen 15 im Bereich einer Flachseite 13 möglich.

Die drehfest mit dem Rotor 3 auf dem Rotorachskörper 2 befestigte Geber- scheibe 4 übernimmt die Funktion einer Halteplatte für den aus einzelnen Ro- torblechen 11 bestehenden Rotor 3 und dient somit zur Erhöhung der axialen Festigkeit des Rotors 3. Hierzu steht die Nabe 16 der Geberscheibe 4 gegen- über dem Scheibengrundkörper 17 vor, so dass beim Aufziehen auf den Ro- torachskörper 2 eine Vorspannung im elastischen Bereich auf das Rotorpaket erreicht wird.

Auf der der Geberscheibe 4 abgewandten Seite des Rotors 3 ist der drehfest mit diesem angeordnete Lüfter 5 vorgesehen, welcher zusammen mit der Geber- scheibe 4 das Rotorblechpaket fasst. Der Lüfter 5 ist hierzu auf einen gekerbten Abschnitt des Rotorachskörpers 2 aufgebracht.

Die Geberscheibe 4 ist durch Stanzen und anschließendem Hochkanten von Geberausformungen 18 gebildet, woraus resultiert, dass die Geberausformun- gen 18 im Grundriss linear verlaufend ausgebildet sind und in etwa sekanten- artig dem Rand des Scheibengrundkörpers 17 zugeordnet sind.

Jede Geberausformung 18 erstreckt sich in einem Umfangswinkel von 30°.

Demzufolge ist die zwischen zwei Geberausformungen 18 verbleibende Spalt- breite gleich einer Geberausformungsbreite, so dass eine symmetrische Geber- scheibe 4 ausgeformt ist.

Zufolge dieser Ausgestaltung der Geberscheibe 4 werden bei einer Umdre- hung des Rotors 3,24 Impulse-bei Anordnung von zwei durch die Geberaus- formungen 18 zu durchtretenden Gabellichtschranken 19-erzeugt. Es ergeben sich vier eindeutige Po sitionsinformationen zur Ansteuerung der vier Phasen. des mit acht Statorwicklungen versehenen Stators 6.

Durch die geradlinig verlaufende Anordnung der Geberausformungen 18 die- nen diese zugleich als Verwirbelungsabschnitte 20. Durch diese ist eine Lüf- terwirkung erreicht, mittels welcher eine automatische Reinigung der Ga- bellichtschranken 19 erzielt wird.

Die Zuordnung der Geberscheibe 4 zum Rotor 3 ist so gewählt, dass bei glei- cher Anzahl von Geberausformungen 18 und Rotorsegmenten 10 jede Ge- berausformung 18 so ausgerichtet ist, dass eine Axialflanke 21 einer Geberaus- formung 18 bezüglich einer Flachseite 13 des zugeordneten Rotorsegments 10 einen Umfangsversatz von 7, 5° aufweist (siehe Winkel Alpha in Fig. 5). Durch diesen Winkelversatz ist ein problemloser Betrieb des vierphasigen Reluk- tanzmotors 1 sowohl im Rechts-als auch im Linkslaufbetrieb ermöglicht.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offen- barung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehö- rigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollin- haltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.




 
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