DE19715942A1 - Elektrische Maschine mit einem zweigeteilten geschalteten Reluktanzmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit elektrischen Maschinen, welche einen Stator und einen Rotor haben, wobei die Pole des Stators und des Rotors jeweils in einer Mehrzahl von Längsabschnitten unterteilt sind und jeder Polabschnitt eine unterschiedliche Polgestalt im Radialquerschnitt hat, wodurch ein Nenndrehmoment­ profil für jede Maschinenphase bereitgestellt wird, welches die kombinierten magnetischen Wechselwirkungen von zugeordneten Längspolabschnitten des Stators und des Rotors umfassen.

Nach dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen, wie ge­ schaltete Reluktanzmotoren, bekannt, welche auf der Basis von sich verändernder Reluktanz in mehreren Magnetkreisen arbeiten. Typischerweise haben derartige Maschinen doppelte Vorsprünge, das heißt, jede Maschine hat Pole sowohl am Stator als auch am Rotor. Die Statorpole werden typischerweise von elektrischen Wicklungen zur Bildung der Phasen der Maschine umgeben, und bei üblichen Auslegungsformen sind die Statorwicklungen auf diame­ tral gegenüberliegenden Polen zur Bildung einer Maschinenphase in Serie geschaltet. Die Rotorpole sind in ähnlicher Weise um den Umfang des Rotor paarweise diametral gegenüberliegend an­ geordnet.

Wenn eine Statorphase erregt wird, versucht das erhaltene Ma­ gnetfeld, das nächstliegende Rotorpolpaar in Richtung zu einer Ausrichtposition zu den Polen der erregten Statorphase zu drüc­ ken, wodurch ein Drehmoment auf den Rotor aufgebracht wird, dessen Profil selbst von mehreren Einflußgrößen abhängig ist, welche die Gestalt der Pole und ihre relativen Drehpositionen sowie die Art und Weise umfassen, mit der die Statorphase selbst erregt wird, beispielsweise der an den Statorwicklungen angeleg­ te Strom. Wenn man aufeinanderfolgende Statorphasen hinterein­ ander erregt und bei einer zylindrischen Ausführungsform, kann der Rotor derart mit einer Druckkraft beaufschlagt werden, daß er sich aufgrund der erhaltenen und sich überlappenden Drehmo­ mentprofile kontinuierlich dreht.

Leider ist das Nenndrehmomentprofil für jede Statorphase derart, daß sich die überlappenden Drehmomentprofile selbst miteinander kombinieren, so daß man ein sich veränderndes Gesamtabgabedreh­ moment für die Maschine erhält. Hierzu wird nach dem Stand der Technik gelehrt, daß die Amplitude des an der jeweiligen Stator­ wicklung anliegenden elektrischen Stroms als eine Funktion der relativen Winkelposition des Rotors variiert wird (dies wird manchmal als "Stromaufabnahmeabstimmung" bezeichnet), wodurch Maschinenphasendrehmomentprofile erzeugt werden, welche in Kom­ bination ein nahezu konstantes Maschinenabgabedrehmoment erge­ ben. Bei dieser vorstehend umrissenen Vorgehensweise sind zu­ sätzliche elektronische Schaltungen erforderlich, mittels denen die relative Winkelposition des Rotors erfaßt wird und der ange­ legte Strom in Abhängigkeit hiervon moduliert bzw. verändert wird. Diese zusätzlichen Schaltungen vergrößern die Kosten und die Komplexität der erhaltenen Maschine wesentlich.

Daher besteht ein Bedürfnis nach einer elektrischen Maschine, bei der eines oder mehrere der vorstehend genannten Probleme überwunden sind oder die Auswirkungen dieser Probleme abge­ schwächt sind.

Nach der Erfindung weist eine elektrische Maschine einen ring­ förmigen Stator auf, welcher eine Mehrzahl von radial nach innen verlaufenden Polen bildet, wobei wenigstens ein Statorpol in zwei Längsabschnitte mit entsprechender Querschnittsgestalt unterteilt ist, und wobei die Gestalt des ersten Statorpolab­ schnitts abweichend von der Form des zweiten Statorpolabschnit­ tes ausgebildet ist. Die Maschine umfaßt ferner einen Rotor, welcher drehbeweglich in dem Stator gelagert ist und eine Mehr­ zahl von radial nach außen verlaufenden Polen bildet, wobei wenigstens ein Rotorpol in zwei Längsabschnitte mit entsprechen­ der Querschnittsgestalt unterteilt ist, die Form des ersten Rotorpolabschnitts sich von der Form des zweiten Rotorpolab­ schnitts unterscheidet und wobei die Gestalt des zweiten Rotor­ polabschnittes sich ferner dadurch auszeichnet, daß er drei Zähne hat, welche vorzugsweise radial nach außen mit dem glei­ chen Radialabstand vorstehen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die Gestalt des zweiten Rotorpolabschnittes ferner dadurch aus, daß der erste Zahn um eine radiale Linie zentrisch angeordnet ist, wel­ che den Rotorpol halbiert und ansonsten symmetrisch hierzu ge­ staltet ist. Insbesondere zeichnet sich die Gestalt des zweiten Rotorpolabschnittes dadurch aus, daß der entsprechende Umfangs­ abstand zwischen den Zähnen bei einem gegebenen Rotorpol größer als der Umfangsabstand zwischen den benachbarten Zähnen von benachbarten Rotorpolen ist.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Auslegung die unterteilten Sta­ torpole einer gegebenen Maschinenphase wie unter Einsatz einer üblichen Phasenfolgeeinrichtung erregt werden, erzeugt die ma­ gnetische Wechselwirkung zwischen den ersten Polabschnitten des erregten Stators und den ersten Polabschnitten der unterteilten Rotorpole, welche innerhalb eines Bereiches von 180° hiervon beabstandet sind, ein Drehmoment, welches nur in eine erste Richtung wirkt, da jeder Hauptrotorpolabschnitt eine Druckkraft in Richtung zu der Ausrichtung mit dem zugeordneten, erregten Hauptstatorpolabschnitt erfährt. In signifikanter Weise erzeugt jedoch die magnetische Wechselwirkung zwischen den zweiten Pol­ abschnitten des erregten Stators und den zweiten Polabschnitten dieser unterteilten Rotorpole ein Drehmoment, welches zu diesem Zeitpunkt in der ersten Richtung wirkt, und welches zu anderen Zeitpunkten in eine zweite Richtung entgegengesetzt gerichtet zur ersten Richtung wirkt, da jeder zweite Rotorpolabschnitt eine Druckkraft zur Ausrichtung mit dem zugeordneten, erregten zweiten Statorpolabschnitt erfährt. Insbesondere zeichnet sich die magnetische Wechselwirkung zwischen dem erregten zweiten Statorpolabschnitt und dem zweiten Rotorpolabschnitt dann, wenn der letztgenannte eine Druckkraft zu einer Ausrichtposition in Richtung zu einer zuvor ausgerichteten Position erfährt, dadurch aus, daß das Drehmoment zuerst von einem Wert in der Nähe von Null, welcher in die erste der ausgerichteten Position nahelie­ gende Richtung wirkt, auf einen ersten Spitzenwert ansteigt, welcher in die erste Richtung wirkt, und daß dann dieser auf einen Nullwert abfällt und wiederum auf einen zweiten Spitzen­ wert ansteigt, welcher in die zweite Richtung wirkt, und dann wiederum auf einen Wert von nahezu Null abfällt. Dann erfolgt ein Anstieg auf einen dritten Spitzenwert, welcher in die erste Richtung wirkt, und dann erfolgt wiederum ein Abfall auf einen Wert von nahezu Null, welcher in die erste und zu der Ausricht­ position benachbarte Richtung wirkt.

Das Drehmomentprofil der erregten Maschinenphase gleicht dem kombinierten Drehmomentprofil der ersten Polabschnitte und der zweiten Polabschnitte, wobei das Drehmomentprofil der zweiten Polabschnitte das Drehmomentprofil der ersten Polabschnitte, welche den unausgerichteten und den ausgerichteten Positionen benachbart liegen, vergrößert. In Abhängigkeit von der Quer­ schnittsgestalt und dem Umfangsabstand der Zähne der zweiten Rotorpolabschnitte kann das Drehmomentprofil der zweiten Pol­ abschnitte ferner dazu dienen, das erste Polabschnittdrehmoment­ profil am Spitzenwert "zu glätten bzw. abzuflachen". Als Folge hiervon erhält man bei einer Erregung der aufeinanderfolgenden Maschinenphasen in Abfolge ein relativ konstantes Abgabedrehmo­ ment von der Maschine, welche ansonsten einfach ausgelegt ist, und sich billig herstellen läßt sowohl hinsichtlich der Kon­ struktion als auch der Arbeitsweise.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung erge­ ben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in welcher gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszei­ chen versehen sind. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht eines Vier-Pha­ sen geschalteten Reluktanzmotors nach der Erfindung

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Motors längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Motors längs der Linie 3- 3 in Fig. 1;

Fig. 4 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Motors zur Verdeutlichung eines zweiten Rotorpolabschnitts in einer nicht ausgerichteten Position relativ zu einem zweiten Statorpolabschnitt einer erregten Statorphase (wobei der Umriß des ersten Statorabschnitts und des ersten Rotorpolabschnitts ferner zur Verdeutlichung mit gebrochener Linie dargestellt ist);

Fig. 5 eine vergrößerte Ausschnittsansicht ähnlich jener von Fig. 4, wobei aber der zweite Rotorpolabschnitt in einer Position zwischen der nicht ausgerichteten Posi­ tion und der ausgerichteten Position relativ zu einem erregten zweiten Statorpolabschnitt gezeigt ist;

Fig. 6 eine vergrößerte Ausschnittsansicht ähnlich jener nach Fig. 4, wobei aber der zweite Rotorpoloabschnitt in einer ausgerichteten Position relativ zu einem erreg­ ten zweiten Statorpolabschnitt gezeigt ist;

Fig. 7 ein schematisches Diagramm zur Verdeutlichung der Drehmomentprofile, welche durch die ersten und die zweiten Polabschnitte einzeln und in Kombination bei einer gegebenen Maschinenphase des Motors nach Fig. 1 erzeugt werden; und

Fig. 8 ein schematisches Diagramm entsprechend jenem nach Fig. 7 zur weiteren Verdeutlichung der Überlappung der Drehmomentprofile der anderen Phasen.

Ein geschalteter Vierphasen-Reluktanzmotor 10 nach der Erfindung ist schematisch in Fig. 1 gezeigt. Dieser umfaßt einen im all­ gemeinen ringförmigen Stator 12 und einen Rotor 14, welcher konzentrisch drehbeweglich in dem Stator 12, beispielsweise mit Hilfe von Lagern 16 gelagert ist, welche fest an den proximalen zugeordneten Längsenden des Stators 12 vorgesehen sind. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird der Stator 12 von einem Schichtstapel aus einem magnetisch permeablen Material, wie Eisen, gebildet ("Schichten 18").

Wie am deutlichsten aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, wird eine Mehrzahl von radial nach innen verlaufenden Polen 20 an dem Stator 12 durch radiale Verlängerungen der einzelnen Laminate bzw. Schichten 18 gebildet, welche an dem Innenumfang des Sta­ tors in diametral gegenüberliegenden Paaren angeordnet sind. Ein elektrischer Leiter ist um die jeweiligen Statorpole 20 gebildet (in Fig. 1 ist aus Übersichtlichkeitsgründen nur einer gezeigt), wobei die erhaltenen Statorwicklungen 22 von diametral gegenüberliegenden Statorpolen 20, welche dem Stator 12 zugeord­ net sind, zur Bildung einer Maschinenphase in Reihe geschaltet sind. Jede Maschinenphase kann einzeln erregt werden, und wenn die aufeinanderfolgenden Maschinenphasen aufeinanderfolgend er­ regt werden, erhält man eine Drehbewegung des Rotors 14 in dem Stator 12. Obgleich nach der Darstellung der Stator 12 gemäß der bevorzugten Ausführungsform acht Pole 20 hat, kann natürlich eine größere oder kleinere Anzahl von Polen 20 in Abhängigkeit von der jeweils speziellen Ausgestaltung der Maschine vorgesehen sein.

Wie aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, ändern sich die Gestalt der einzelnen Laminate 18 des Stators und somit die Pole 20, welche hierdurch gebildet werden, vorzugsweise entlang der Längserstreckung des Stators derart, daß jeder Statorpol 20 in Längsrichtung in einen ersten Statorpolabschnitt 24a und einen zweiten Statorpolabschnitt 24b unterteilt wird. Alternativ kann der Stator 12 so betrachtet werden, daß er in Längsrichtung in einen ersten Statorabschnitt und einen zweiten Statorabschnitt unterteilt wird, wobei jeder Statorabschnitt eine Mehrzahl von Polen 20 hat, welche diesem zugeordnet sind. Bezüglich des er­ sten Statorpolabschnitts 24a und des zweiten Statorpolabschnitts 24b können diese somit abwechselnd als erster Statorabschnitt und zweiter Statorabschnitt gebildet werden, wobei jeder Stator­ abschnitt jeweils eine Mehrzahl von Polen hat.

Somit bildet bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erste Polabschnitt 24a des Stators im Radialschnitt einen einzigen. "Zahn", welcher einen im allgemeinen rechteckförmigen Körperabschnitt und einen schmaleren, das heißt "geringfügig" konischen vorderen "Endbereich 26a" hat. Der zweite Polabschnitt 24b des Stators bildet im Radialschnitt einen einzigen Zahn, welcher einen im allgemeinen rechteckförmigen Basisabschnitt, einen sich konisch erweiternden Zwischenabschnitt und einen schmaleren konisch verlaufenden "Endbereich 24b" hat. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform beläuft sich die Brei­ te des vorderen Endes 26b des jeweiligen Statorpols 20 entlang des zweiten Abschnitts 24b auf etwa ein Sechstel der Nennbreite des vorderen Endbereichs 26a des jeweiligen Statorpols 20 ent­ lang des ersten Abschnitts 24a. Die radial am weitesten innen­ liegende Fläche des jeweiligen Statorpols 20 ist vorzugsweise geringfügig konkav ausgebildet, so daß ein Nenn-"Bohrung" ge­ bildet wird, in welcher der Rotor 14 aufgenommen wird.

Die Vorteile der Veränderung der Querschnittsgestalt des jewei­ ligen Statorpols 20 entlang der Längserstreckung des Stators 12 und insbesondere die Vorteile der konisch sich erweiternden Zahnausbildung der jeweiligen zweiten Abschnitte 24b des Stator­ pols werden nachstehend noch näher erläutert werden.

Wiederum Bezug nehmend auf die Fig. 2 und 3 umfaßt der Rotor 14 einen Schaft 28 und einen Schichtstapel aus magnetisch durch­ lässigem Material, wie Eisen ("Schichten 30"), welche starr an dem Schaft bzw. der Welle 28 angebracht sind und sich mit dieser drehen. Eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufenden Polen 32 wird an der Rotoranordnung 14 ausgebildet (über radial nach außen verlaufende Verlängerungen der einzelnen Laminate 30), welche ebenfalls diametral paarweise angeordnet sind. Wie im Zusammenhang mit dem Stator 12 erläutert worden ist, kann der Rotor 14 mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Polen 32 als bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform mit zehn vorgesehenen Polen 32 ausgebildet sein. Es ist noch zu erwähnen, daß es bei geschalteten Reluktanzmotoren an sich bekannt ist, eine unterschiedliche Anzahl von Polen 32 an dem Rotor 14 im Vergleich zu jener an dem Stator 12 vorzusehen.

Wie bei dem Stator 12 kann die Gestalt der einzelnen Laminate 30 des Rotors sich entlang der Längserstreckung des Rotors 14 der­ art ändern, daß jeder Rotorpol 32 jeweils in Längsrichtung in einen ersten Rotorpolabschnitt 34a und einen zweiten Längsro­ torabschnitt 34b unterteilt wird. Alternativ kann man den Rotor 14 derart betrachten, daß er in Längsrichtung in einen ersten Rotorabschnitt und einen zweiten Rotorabschnitt unterteilt ist, wobei der jeweilige Rotorabschnitt eine Mehrzahl von Polen 32 hat, welche diesem zugeordnet sind. Unter Bezugnahme auf den ersten Statorpolabschnitt 34a und den zweiten Statorpolabschnitt 34b kann man somit eine abwechselnde Anordnung wie bei dem er­ sten Rotorabschnitt und dem zweiten Rotorabschnitt haben, wobei jeder Rotorabschnitt jeweils eine Mehrzahl von Polen hat. Somit bildet bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erste Rotorabschnitt 34a im Radialschnitt einen einzigen Zahn, welcher eine im allgemeinen trapezförmige Gestalt im Querschnitt hat, und einen konisch verlaufenden und geringfügig mit einem Radius versehenen "Endbereich 36a" hat. Der zweite Abschnitt 34b des Rotors bildet im Radialschnitt drei radial nach außen ver­ laufende Zähne 38, 40 an dem "Endbereich 36b" eines ansonsten im allgemeinen rechteckförmig ausgebildeten Körpers, was nachste­ hend noch näher in Verbindung mit den Fig. 4 bis 6 erläutert wird. Die radial zu äußerst liegenden Flächen des jeweiligen Rotorpols 32 sind vorzugsweise geringfügig konvex ausgebildet, um einen effektiven äußeren Rotordurchmesser zu haben, welcher derart beschaffen und ausgelegt ist, daß er innerhalb einer "Bohrung" geringfügig kleiner als die Bohrung der Statoranord­ nung aufgenommen ist. Wie somit in Fig. 2 gezeigt ist, weisen die dem ersten Rotorabschnitt zugeordneten Pole einen Zahn auf. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weisen die Pole 32 des zweiten Ro­ torabschnitts jeweils drei Zähne auf.

Die Fig. 4 bis 6 sind vergrößerte Ausschnittsansichten des Motors 10 zur Verdeutlichung des zweiten Abschnitts 34b eines gegebenen Rotorpols 32 jeweils in einer nicht ausgerichteten Position, einer Zwischenposition und einer ausgerichteten Po­ sition unter Zuordnung zu dem zweiten Abschnitt 24b eines gege­ benen Statorpols 20. Das vordere Ende 36b jedes zweiten Rotor­ polabschnitts 34b umfaßt einen zentralen Zahn 38, welcher für sich zu dem Rotorpol 32 entlang einer radialen Linie 42 zen­ triert ist, welche den Pol 32 halbiert. Die Breite des zentralen Zahns 38 an dem radial am weitesten außen liegenden Teil ist vorzugsweise geringfügig größer als die Breite des vorderen Endes 26b des jeweiligen Statorpols 20 entlang des zweiten Ab­ schnitts 24b.

Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind ferner der zentrale Zahn 38 und der jeweilige Seitenzahn 40 symmetrisch relativ zu der Radiallinie 42 ausgebildet, wobei der Umfangs­ abstand zwischen dem zentralen Zahn 38 und dem jeweiligen Sei­ tenzahn 40 über einem gegebenen Pol 32 etwa gleich dem Umfangs­ abstand zwischen benachbarten Seitenzähnen 40 der benachbarten Pole 32 ist. Bei der vorliegenden Erfindung kommt jedoch ein zweiter Rotorpolabschnitt 34b in Betracht, wobei der Umfangs­ abstand zwischen den Zähnen 38, 40 über einem gegebenen Pol 32 im wesentlichen gleich dem Umfangsabstand zwischen den Seiten­ zähnen 40 von benachbarten Polen 32 ist. Wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, braucht der Zwischenraum zwischen dem zentralen Zahn 38 und dem jeweiligen Seitenzahn eines gege­ benen, zweiten Rotorpolabschnitts 34b nicht symmetrisch relativ zu dem Mittelpunkt des Zwischenraums ausgebildet zu sein.

Wiederum Bezug nehmend auf die Fig. 4 bis 6 sowie auf die Fig. 7 und 8 sollen nunmehr die Vorteile bei der Verwendung von unterteilten Stator- und Rotorpolen 20, 32 gemäß der vor­ anstehenden Beschreibung erläutert werden. Wenn nach der Erfin­ dung die unterteilten Statorpole 20 einer gegebenen Maschinen­ phase erregt werden, beispielsweise unter Einsatz einer üblichen Phasenfolgeeinrichtung (nicht gezeigt), erzeugt die magnetische Wechselwirkung zwischen den erregten ersten Polabschnitten 24a des Stators und den ersten Polabschnitten 34a der unterteilten Rotorpole 32, welche in einem Winkelbereich von 180° liegen (siehe Fig. 4) ein Drehmoment, welches nur in einer ersten Richtung 44 wirkt, da der jeweilige erste Rotorpolabschnitt 34a in Richtung einer Ausrichtposition zu dem zugeordneten, erreg­ ten, ersten Statorpolabschnitt gedrückt wird (siehe Fig. 5 und 6). Das durch die magnetische Wechselwirkung der ersten Polabschnitte 24a, 34a des Stators 12 und des Rotors 14 erzeugte Drehmomentprofil, welches über den elektrischen Winkelgraden aufgetragen ist (wobei eine elektrische Nullgrad-Position eine nicht ausgerichtete Position darstellt) ist dort als Kurvenzug 46 in Fig. 7 verdeutlicht.

Wie sich bei der erfindungsgemäßen Auslegung unter Berücksichti­ gung der Fig. 4 bis 6 ergibt, erzeugt die magnetische Wech­ selwirkung zwischen den zweiten Polabschnitten 24b des erregten Stators und den zweiten Polabschnitten 34b der unterteilten Rotorpole 32 (wie in den Fig. 4 bis 6 gezeigt ist) ein Dreh­ moment, welches zu gewissen Zeiten in die erste Richtung 44 und zu anderen Zeiten in eine zweite Richtung 48 entgegengesetzt gerichtet zu der ersten Richtung 44 wirkt, da der zweite Rotor­ polabschnitt 34b in Richtung zu der Ausrichtung mit dem zugeord­ neten, erregten, zweiten Statorpolabschnitt 24b gedrückt wird.

Die magnetische Wechselwirkung zwischen dem erregten, zweiten Statorpolabschnitt 24b und dem zweiten Rotorpolabschnitt 34b unter der Bedingung, daß der letztgenannte von einer unausge­ richteten Position bezüglich der zuvorgenannten in Richtung zu einer ausgerichteten Position gedrückt wird, zeichnet sich ins­ besondere dadurch aus, daß das Drehmoment zuerst ausgehend von einem Wert von nahezu Null wirkend in die erste Richtung zu der Annäherung zu der nicht ausgerichteten Position (Fig. 4) auf einen ersten Spitzenwert ansteigt, welcher in der ersten Rich­ tung 44 wirkt, dann auf den Wert von Null abfällt sowie dann auf einen zweiten Spitzenwert ansteigt, welcher in die zweite Rich­ tung 48 (Fig. 5) wirkt, dann wiederum auf einen Wert von Null abfällt, dann auf einen dritten Spitzenwert ansteigt, welcher in die erste Richtung 44 wirkt, und dann schließlich auf einen Wert von etwa Null abfällt, welcher in die erste Richtung zu der Nähe der ausgerichteten Position wirkt (Fig. 6). In diesem Zusam­ menhang sei angemerkt, daß die Größe des zweiten Spitzenwerts selbst von der Form des Zwischenraums zwischen dem zentralen Zahn 38 und dem jeweiligen Seitenzahn 40 bei einem gegebenen zweiten Rotorpolabschnitt 34b und insbesondere von der Form des Zwischenraums abhängig ist, welcher durch die Fläche des zuge­ ordneten Seitenzahns 40 begrenzt wird. Das durch die magnetische Wechselwirkung der zweiten Polabschnitte 24b, 34b des Stators 12 und des Rotors 14 erzeugte Drehmomentprofil ist als Kurvenzug 50 in Fig. 7 wiedergegeben.

Das gesamte Einzelphasen-Drehmomentprofil, welches durch die magnetische Wechselwirkung der Pole 20, 32 des Stators 12 und des Rotors 14 erzeugt wird, und somit das gesamte Einzelphasen-Drehmomentprofil für den Motor 10 ist die Summe der Einzelpha­ sen-Drehmomentprofile 46, 50 des ersten Stator-/Rotorpolab­ schnitts 24a, 34a und der zweiten Stator-/Rotorpolabschnitte 24b, 34b. Das gesamte Einzelphasen-Drehmomentprofil für den Motor 10 ist als Kurvenzug 52 in Fig. 7 wiedergegeben. Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird bestätigt, daß der zweigeteilte Motor 10 nach der Erfindung ein flacheres Drehmomentprofil 40 als ein Motor liefert, bei dem Stator-/Rotorpole zum Einsatz kommen, welche nur eine Gestaltsgebung im radialen Querschnitt haben. Es ist anzunehmen, daß die zweiten Polabschnitte 24b, 34b in der Länge nicht mehr als 10% der Gesamtlänge der Stator- /Rotorpole 20, 32 jeweils vergrößert zu sein brauchen, um eine nennenswerte Verbesserung hinsichtlich des insgesamt von der Maschine abgegebenen Drehmoments nach Fig. 7 zu erreichen.

Fig. 8 zeigt Kurvenzüge 46, 50, 52, welche mit jenen der Fig. 7 übereinstimmen. Ferner sind dort Überlappungen mit dem Dreh­ momentprofil der anderen Phasen verdeutlicht. In signifikanter Weise verbessern die Phasenüberlappungspunkte 54, 56 des kom­ binierten Drehmomentprofils 52 das Leistungsvermögen gegenüber den Überlappungspunkten 48, 60 des einzigen (ersten) Abschnitts­ drehmomentprofils 46 dahingehend, daß es enger zentriert zwi­ schen den ausgerichteten und nicht ausgerichteten Positionen des Rotors 14 relativ zu dem Stator 12 liegt (dargestellt auf der Abszisse in Fig. 8 mit einem elektrischen Phasenwinkel von 90°).

Während voranstehend eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung erläutert worden ist, ist die Erfindung natürlich hierauf nicht beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderun­ gen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Während die Erfindung zuvor im Zusammenhang mit einem Vierphasen, ge­ schalteten Reluktanzmotor 10 erläutert worden ist, kann die Erfindung auch in Verbindung mit irgendeiner anderen Maschine zum Einsatz kommen, welche wenigstens zwei Phasen hat (d. h. eine gewählte Maschinenphase, welche zwischen Betriebsarten umzu­ schalten ist, und eine nicht gewählte Maschinenphase, welche nur während einer Mehrphasenbetriebsart arbeitet), sowie in Verbin­ dung mit anderen an sich bekannten elektrischen Maschinen und/ oder Einrichtungen.

Claims (24)

1. Elektrische Maschine, welche folgendes aufweist:
einen ringförmigen Stator (12), welcher in einen er­ sten Statorabschnitt (24a) und einen zweiten Statorab­ schnitt (24b) mit jeweiliger Querschnittsgestalt und axial beabstandet unterteilt ist, wobei die ersten und zweiten Statorabschnitte (24a, 24b) jeweils eine zugeord­ nete Mehrzahl von radial nach innen verlaufenden Polen (20) hat, und wobei die Gestalt der Pole (20) des ersten Statorabschnitts (24a) sich von der Gestalt der Pole des zweiten Statorabschnitts (24b) unterscheidet;
einen Rotor (14), welcher drehbeweglich in dem Sta­ tor (12) gelagert ist und in einen ersten Rotorabschnitt (34a) und einen zweiten Rotorabschnitt (34b) mit zugeord­ neter Querschnittsgestalt und axial beabstandet unter­ teilt ist, wobei die ersten und zweiten Rotorabschnitte (34a, 34b) jeweils eine zugeordnete Mehrzahl von radial nach außen verlaufenden Polen (32) hat, und wobei die Gestalt der Pole des ersten Rotorabschnitts (34a) sich von der Gestalt der Pole des zweiten Rotorabschnitts (34b) unterscheidet; und
wobei die Gestalt des jeweiligen Pols (32) des er­ sten Rotorabschnitts (34b) sich durch einen radial nach außen vorspringenden Zahn auszeichnet und sich die Ge­ stalt jedem Pols (32) des zweiten Rotorabschnitts (34b) durch drei radial nach außen vorspringende Zähne (38, 40) auszeichnet.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gestalt des jeweiligen Pols (32) des zweiten Rotorabschnitts (34b) sich ferner dadurch aus­ zeichnet, daß ein erster Zahn (38) von den drei Zähnen (38, 40) zentrisch um eine radiale Linie angeordnet ist, welche den Rotorpol (32) halbiert.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gestalt des jeweiligen Pols (32) des zweiten Rotorabschnitts (34b) symmetrisch zu der Radiallinie ausgebildet ist, welche den Rotorpol (32) halbiert.

4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gestalt des jeweili­ gen Pols (32) des zweiten Rotorabschnitts (34b) ferner dadurch auszeichnet, daß der jeweilige Umfangsabstand zwischen den Zähnen an einem gegebenen Rotorpol größer als der Umfangsabstand zwischen den benachbarten Zähnen von benachbarten Rotorpolen (32) ist.

5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der jeweiligen Pole des zweiten Rotorabschnitts (34b) sich ferner da­ durch auszeichnet, daß ein zweiter Zahn (40) und ein dritter Zahn (40) der drei Zähne (38, 40) sich nach außen um denselben radialen Abstand wie der erste der drei Zähne (38, 40) erstreckt.

6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Rotorabschnitt (34a, 34b) von einem Schichtstapel (18, 20) aus magne­ tisch permeablem Material gebildet wird.

7. Elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Einrichtung zum Erregen wenigstens eines Pols (20) des ersten Stator­ abschnitts (24a) und wenigstens eines zugeordneten Pols des zweiten Statorabschnitts (24b) vorgesehen ist, wenn wenigstens ein Pol (32) des ersten Rotorabschnitts (34a) und wenigstens ein zugeordneter Pol des zweiten Rotor­ abschnitts (34b) innerhalb eines Stromverlaufs von etwa 180° liegen, daß die magnetische Wechselwirkung zwischen dem erregten Pol des ersten Statorabschnitts (24a) und dem Pol des ersten Rotorabschnitts (34a) ein Drehmoment erzeugt, welches nur in eine erste Richtung (44) wirkt, wenn der Pol des ersten Rotorabschnitts von einer nicht ausgerichteten Position bezüglich des Pols des ersten Statorabschnitts in Richtung zu einer ausgerichteten Position zu diesem gedrückt wird, und daß die magnetische Wechselwirkung zwischen dem erregten Pol des zweiten Statorabschnitts (24b) und dem Pol des zweiten Rotorab­ schnitts (34b) ein Drehmoment erzeugt, welches zeitweilig in die erste Richtung (44) und zu anderen Zeiten in eine zweite Richtung (48) entgegengesetzt gerichtet zu der ersten Richtung (44) wirkt, wenn der Pol des zweiten Rotorabschnitts (34b) von einer nicht ausgerichteten Position bezüglich des Pols des zweiten Statorabschnitts (24b) in Richtung zu einer ausgerichteten Position zu demselben gedrückt wird.

8. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die magnetische Wechselwirkung zwischen dem erregten Pol des zweiten Statorabschnitts (24b) und dem Pol des zweiten Rotorabschnitts (34b), wenn der Pol des zweiten Rotorabschnitts (34b) von einer unausgerichteten Position bezüglich des Pols des zweiten Statorabschnitts (34b) in Richtung einer ausgerichteten Position mit die­ sem gedrückt wird, dadurch auszeichnet, daß das Drehmo­ ment zuerst ausgehend von einem Wert von etwa Null wir­ kend in die erste Richtung zur Annäherung in die unaus­ gerichtete Position auf einen ersten Spitzenwert an­ steigt, welcher in die erste Richtung wirkt, dann auf einen Wert von Null abfällt, dann auf einen zweiten Spit­ zenwert ansteigt, welcher in die zweite Richtung (48) wirkt, dann auf einen Wert von Null abfällt, dann auf einen dritten Spitzenwert ansteigt, welcher in die erste Richtung (44) wirkt und dann auf einen Wert von etwa Null abfällt, welcher in die erste Richtung (44) zur Annähe­ rung zu der ausgerichteten Position wirkt.

9. Elektrische Maschine, welches folgendes aufweist:
einen ringförmigen Stator (12), welcher in einen er­ sten Statorabschnitt (24a) und einen zweiten Statorab­ schnitt (24b) axial beabstandet unterteilt ist, wobei jeder der Statorabschnitte (24a, 24b) eine zugeordnete Mehrzahl von radial nach innen verlaufenden Polen (20) hat, und wobei die Pole (20) des ersten Statorabschnitts (24a) eine unterschiedliche Gestalt im radial Querschnitt gegenüber den Polen (20) des zweiten Statorabschnitts (24b) haben, und wobei die Gestalt der Pole des zweiten Statorabschnitts (24b) einen einzigen schmalen Zahn bil­ det; und
einen Rotor (14), welcher drehbeweglich im Stator (12) gelagert ist und in einen ersten Rotorabschnitt (34a) und einen zweiten Rotorabschnitt (34b) axial be­ abstandet unterteilt ist, wobei jeder Rotorabschnitt eine zugeordnete Mehrzahl von radial nach außen verlaufenden Polen (32) hat, und wobei die Pole des ersten Rotorab­ schnitts (34a) eine unterschiedliche Gestalt im radialen Querschnitt im Vergleich zu den Polen des zweiten Rotor­ abschnitts (34b) haben; und
wobei die Gestalt jedes Pols (32) des ersten Rotor­ abschnitts (34a) sich durch einen radial nach außen vor­ springenden Zahn auszeichnet und sich die Gestalt des je­ weiligen Pols des zweiten Rotorabschnitts (34b) durch einen zentralen Zahn (38) und ein Paar von Seitenzähnen (40) auszeichnet.

10. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zentrale Zahn (38) jedes Pols (32) des zweiten Rotorabschnitts (34b) zentrisch um eine radiale Linie angeordnet ist, welche den Rotorpol (32) halbiert.

11. Elektrische Maschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gestalt jedes Pols (32) des zweiten Rotorabschnitts (34b) symmetrisch zu der Radiallinie ausgebildet ist, welche den Rotorpol (32) halbiert.

12. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsabstand zwischen dem zentralen Zahn (38) und dem jeweiligen Seitenzahn (40) jedes Pols (32) des zweiten Rotorabschnitts (34b) größer als der Umfangsabstand zwischen den Seitenzähnen (40) der benachbarten Pole des zweiten Rotorabschnitts (34b) ist.

13. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenzähne (40) jedes Pols des zweiten Rotorabschnitts (34b) sich um den glei­ chen radialen Abstand wie der zentrale Zahn (40) nach außen erstrecken.

14. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Rotorabschnitt (34a, 34b) von einem Schichtstapel (18, 20) aus magne­ tisch permeablem Material gebildet wird.

15. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahn jedes Pols des zwei­ ten Statorabschnitts (24b) zentrisch um eine radiale Linie angeordnet ist, welche den Statorpol (20) halbiert.

16. Elektrische Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Breite des radial zu äußerst liegenden Abschnitts des zentralen Zahns (38) jedes Pols des zwei­ ten Rotorabschnitts (34b) größer als die Breite des radi­ al am weitesten innen liegenden Abschnitts des Zahns jedes Pols des zweiten Statorabschnitts (24b) ist.

17. Rotor für einen Elektromotor, welcher folgendes aufweist:
eine Welle (28);
einen ersten, ringförmigen Rotorabschnitt (34a), welcher konzentrisch zur Welle (28) angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt eine erste Mehrzahl von radial nach außen weisenden Polen (32) bildet, und jeder Pol der ersten Mehrzahl von Polen eine erste Gestalt im Radial­ querschnitt hat, welche sich durch einen einzigen Zahn auszeichnet;
einen zweiten, ringförmigen Rotorabschnitt (34b), welcher konzentrisch zu der Welle (28) angeordnet und axial beabstandet von dem ersten Rotorabschnitt (34a) angeordnet ist, wobei der zweite Abschnitt (34b) eine zweite Mehrzahl von radial nach außen weisenden Polen bildet und jeder Pol der zweiten Mehrzahl von Polen eine zweite Gestalt im Radialquerschnitt hat, welche sich durch drei radial nach außen vorspringende Zähne (38, 40) auszeichnet.

18. Rotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahn (38) bei jeder der zweiten Mehrzahl von Polen zen­ trisch um eine radiale Linie angeordnet ist, welche den jeweiligen Pol (32) halbiert.

19. Rotor nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gestalt symmetrisch zur Radiallinie ist, welche den jeweiligen Pol (32) halbiert.

20. Rotor nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Umfangsabstand zwischen den Zähnen der jeweiligen zweiten Mehrzahl von Polen größer als der Um­ fangsabstand zwischen den Zähnen der benachbarten Polen ist.

21. Rotor nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens einer von den ersten und den zweiten Rotorabschnitten (34a, 34b) von einem Schicht­ stapel (18, 20) aus magnetisch permeablem Material gebil­ det wird.

22. Rotor nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Mehrzahl von Polen an dem ersten Rotorabschnitt (34a) axial zu der zweiten Mehrzahl von Polen auf dem zweiten Rotorabschnitt (34b) ausgerichtet ist.

23. Rotor nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge des zweiten Rotorabschnitts (34b) um etwa 10% kleiner als die kombinierten Längserstrec­ kungen der ersten und zweiten Rotorabschnitte (34a, 34b) ist.

24. Elektrische Maschine, welche folgendes aufweist:
einen ringförmigen Stator (12), welcher in einen er­ sten Statorabschnitt (24a) und einen zweiten Statorab­ schnitt (24b) mit entsprechender Querschnittsgestalt und axial beabstandet unterteilt ist, wobei die ersten und die zweiten Statorabschnitte (24a, 24b) jeweils eine Mehrzahl von radial nach innen weisenden Polen (20) hat, und wobei die Gestalt der Pole des ersten Statorabschnitts (24a) sich von der Gestalt der Pole des zweiten Stator­ abschnitts (24b) unterscheidet; und
einen Rotor (14), welcher drehbeweglich in dem Sta­ tor (12) gelagert ist und in einen ersten Rotorabschnitt (34a) und einen zweiten Rotorabschnitt (34b) mit entspre­ chender Querschnittsgestalt und axial beabstandet unter­ teilt ist, wobei die ersten und zweiten Rotorabschnitte (34a, 34b) jeweils eine zugeordnete Mehrzahl von radial nach außen verlaufenden Polen (32) hat und wobei die Gestalt der Pole des ersten Rotorabschnitts (34a) sich von der Gestalt der Pole des zweiten Rotorabschnitts (34b) unterscheidet; und
wobei die Gestalt des jeweiligen Pols (32) des zwei­ ten Rotorabschnitts (34b) sich durch drei radial nach außen vorspringende Zähne (38, 40) auszeichnet.