DE2017197B1

DE2017197B1 - Reluctance rotor with a short-circuit cage and with poles pronounced in the nominal range for a single-phase motor

Info

Publication number: DE2017197B1
Application number: DE2017197A
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Dr Ing 8700 Wurzburg Stepina
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1970-04-10
Filing date: 1970-04-10
Publication date: 1971-12-16

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reluktanzläufer mit einem Kurzschlußkäfig und mit im Nennbetrieb ausgeprägten Polen für einen Einphase.nmotor mit einem bewickelten Ständer. The invention relates to a reluctance rotor with a squirrel cage and with pronounced poles in nominal operation for a single-phase motor with a wound Stand.

Bekannte Reluktanzmotoren der obengenannten Art (Elektrische Maschine 44 [1965], H. 12, S. 355) sind nach Art von Synchronmotoren aufgebaut, d. h. Known reluctance motors of the type mentioned above (electrical machine 44 [1965], no. 12, p. 355) are constructed in the manner of synchronous motors, i. H.

sie besitzen ausgeprägte Pole gleich einer Synchronschenkelpolmaschine, was einer Luftspaltänderung am Umfang des Läufers gleichzusetzen ist.they have pronounced poles like a synchronous salient pole machine, which is equivalent to a change in the air gap on the circumference of the rotor.

Weiterhin'sind bei bekannten Motoren (E + M 85 [1968], H. 12, S. 555 bis 558) Flußführungen bzw. Furthermore, in known engines (E + M 85 [1968], no. 12, p. 555 to 558) river guides or

Flußsperren vorhanden, um die Wirkung der unterschiedlichen Luftspalte noch zu vergrößern. Um den Hochlauf derartiger Motoren zu erreichen, sind die Pole der Reluktanzmotoren mit Nuten' ausgestattet, in die die Stäbe eines als Aluminiumspritzgußkörper ausgebildeten Kurzschlußkäfigs eingespritzt werden Auch ein derartiger Kurzschlußkäfig kann die Schwierigkeiten, die beim Anlauf von Reluktanzmotoren, insbesondere Kondensator-Reluktanzmotoren, auftreten, nicht beseitigen. Das Anlaufmoment ist bei diesen Motoren in bestimmten Läuferlagen sogar negativ. Diese Schwierigkeiten vergrößern sich mit der Maschinengröße, weil mit ihr der Unterschied zwischen den Strombelägen der Haupt- und Hilfsphase beim Anzug wächst. Man kann daher die üblichen Reluktanzmotoren mit B etriebskondensator nur für sehr kleine Leistungen bauen.Flow barriers exist to counteract the effect of the different air gaps still to enlarge. In order to achieve the ramp-up of such motors, the poles are The reluctance motors are fitted with slots' into which the rods of an aluminum die-cast body trained short-circuit cage are injected Also such a short-circuit cage the difficulties that arise when starting reluctance motors, especially capacitor reluctance motors, occur, not eliminate. The starting torque for these motors is certain Runner positions even negative. These difficulties increase with the size of the machine, because with it the difference between the power levels of the main and auxiliary phases grows with the suit. You can therefore use the usual reluctance motors with operating capacitors only build for very small services.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Anlaufverhalten von Reluktanzmotoren der obengenannten Art, insbesondere solchen Motoren, die mit Kondensatoren betrieben werden, ohne großen Aufwand zu verbessern. The invention is based on the object of the start-up behavior of Reluctance motors of the above type, especially those motors that use capacitors can be operated without much effort to improve.

Dies'gelingt'bei einem'Reluktanzmotor der obengenannten Art dadurch, daß die zwischen den Polen der Längsachse liegenden Winkelbereiche des Läufers, die die Querachse bilden, im Nennbetrieb magnetisch gesättigte Zonen enthalten. In the case of a reluctance motor of the type mentioned above, this 'succeeds' by that the angular ranges of the rotor lying between the poles of the longitudinal axis, which form the transverse axis, contain magnetically saturated zones in nominal operation.

Die Erfindung nutzt das nichtlineare Verhalten des aktiven Eisens aus, so daß es ohne weiteres möglich ist, den magnetischen Leitwert des Läufers am Umfang gesehen bei kleinen Induktionerr-etwa gleich zu halten und bei größeren Luftspaltinduktionen, beispielsweise 23000 Gauß, je Polpaar zwei Maximal-und zwei Minimalwerte zu erreichen. Die magnetisch gesättigten Zonen können mit Vorteil durch verringerte Zahnbreiten bei gleicher Nutteilung gebildet werden. Diese Methode sowie auch die der unter schiedlichen Nutteilung kann mit Vorteil praktisch ohne Mehraufwand verwirklicht werden. The invention uses the non-linear behavior of the active iron off, so that it is easily possible to determine the magnetic conductance of the rotor In terms of the circumference, it should be kept roughly the same for small inductors and for larger ones Air gap inductions, for example 23000 Gauss, two maximum and two per pole pair To achieve minimum values. The magnetically saturated zones can with advantage Reduced face widths can be formed with the same slot spacing. This method as well even that of the different groove spacing can be used with advantage with practically no additional effort be realized.

Optimale Werte für das Anlaufverhalten des Reluktanzmotors ergeben sich, wenn in -den magnetisch gesättigten Zonen die Zahnbreiten kleiner oder gleich ein Fünftel der Nutteilung sind. Hierbei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die magnetisch gesättigten Zonen 30 bis 50 O/o des Läuferumfanges einnehmen. Um eine gleichmäßige Verteilung des elektrisch leitenden Materials im Läuferkäfig zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Nuttiefen in den magnetisch gesättigten Zonen verringert und die Nutteilungen vergrößert sind. Wird die Leitwertänderung vom Pol ausgehend stufenförmig, d. h. im wesentlichen kontinuierlich vorgenommen, so ergeben sich gegenüber der sprunghaften Änderung günstigere elektromagnetische Verhältnisse, jedoch ist die Auslegung und auch die Herstellung des Stanzwerkzeuges aufwendiger. Optimal values for the start-up behavior of the reluctance motor result if the tooth widths are smaller or equal in the magnetically saturated zones are a fifth of the slot pitch. It is also advantageous if the Magnetically saturated zones occupy 30 to 50% of the runner's circumference. To a to achieve uniform distribution of the electrically conductive material in the rotor cage, it is advantageous if the groove depths in the magnetically saturated zones are reduced and the groove pitches are enlarged. The change in conductance is based on the pole stepped, d. H. made essentially continuously, so result more favorable electromagnetic conditions compared to the sudden change, however, the design and also the production of the punching tool is more complex.

An-Hand der Zeichnung-verdep fünf Figuren flinf v'ers'6hidene AusführuiigsbeiSpie:leL :' den Läuferschnitt des erfindungsgemäßen Reluktanzmotors dargestellt. On the basis of the drawing, five figures of five different examples of execution: leL : 'the armature section of the reluctance motor according to the invention is shown.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 sind die durch die Längsachse 1 und die Querachse 2 bestimmten Winkel mit 3 und 4 bezeichnet. Im Bereich des Winkels 3, d. h. der Längsachse zugeordnet, sind in dem Blechschnitt schmale Nuten bei gleicher Nutteilung und in dem Bereich des Winkels 4 breite Nuten bei ebenfalls gleicher Nutteilung vorgesehen. Die Nutteilang ist mit 5 und die Breite der Zähne im Bereich 4 mit 6 bezeichnet. Es ist ersichtlich, daß die Breite 6 kleiner als die Breite 7 der Zähne im Bereich des Winkels ist. Weiterhin ist aus Fig. 1 zu entnehmen, daß die beiden der Querachse zugeordneten Winkel 4 in ihrer Summe unter 1800, d.h. unter 50 50°/o des Gesamtwinkels liegen: In F i g. 2 ist eine der F i g. 1 ähnliche, jedoch vierpolige Ausführung (P = 2) wiedergegeben. Die Polachsen 1 und 2 (längs und quer) sowie die diesen zugeordneten Winkel 3 und 4 wechseln hier periodisch ab. Die Winkel 3 und 4 sind entSprechend der doppelten Polpaarzahl bei dieser Ausführung halb so groß wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1. Das Verhältnis der Nutteilung entsprechend der Strecke 5 zur Zahnbreite entsprechend der Strecke 6 soll hier <5 sein. In the embodiment according to FIG. 1 are those through the longitudinal axis 1 and the transverse axis 2 designated angles 3 and 4. In the area of the angle 3, d. H. assigned to the longitudinal axis, narrow grooves are the same in the sheet metal section Groove pitch and 4 wide grooves in the area of the angle are also the same Groove division provided. The groove part is 5 and the width of the teeth in the range 4 denoted by 6. It can be seen that the width 6 is smaller than the width 7 of the teeth is in the area of the angle. Furthermore, it can be seen from Fig. 1 that the two angles 4 assigned to the transverse axis in their sum less than 1800, i.e. less than 50 50 ° / o of the total angle lie: In F i g. 2 is one of the F i g. 1 similar, however four-pole version (P = 2) reproduced. The polar axes 1 and 2 (longitudinal and transverse) and the angles 3 and 4 assigned to these alternate here periodically. The angles 3 and 4 are half the number of pole pairs in this version, corresponding to twice the number of pole pairs large as in the embodiment according to FIG. 1. The ratio of the groove pitch accordingly the distance 5 to the tooth width corresponding to the distance 6 should be <5 here.

Im-Gegensatz zu, den Ausführungsbeispielen nach Fig.l und 2 ist der Blechschnitt nach Fig. 3 mit einer ungleichen Nutteilung ausgestattet. Im Bereich der Winkel 3 ist die Nütteilung 5~größêr' als im Bereich der Winkel 4 und -deshalb mit 5' bezeichnet. In contrast to the embodiments according to Fig.l and 2 is the Sheet metal section according to Fig. 3 equipped with an unequal groove division. In the area the angle 3 is the groove division 5 'larger than in the area of the angle 4 and therefore denoted by 5 '.

Die Zahnbreiten 6 im Bereich der Winkel 4 sind somit kleiner als die Zahnbreiten 7 im Bereich der Winkel 3. Die Nutform ist bei allen Nuten in beiden Winkelbereichen gleich, so daß der Schnitt als Hackschnitt hergestellt werden kann.The tooth widths 6 in the area of the angle 4 are therefore smaller than that Tooth widths 7 in the area of the angle 3. The groove shape is in both of the grooves Angular ranges equal so that the cut can be made as a chopping cut.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig.4 und 5 sind die Nutflächen so gewählt, daß eine gleichmäßige Verteilung des elektrisch leitenden Materials des Läuferkäfigs am Umfang erreicht wird. In the exemplary embodiments according to FIGS. 4 and 5, the groove surfaces are chosen so that a uniform distribution of the electrically conductive material of the rotor cage is reached on the circumference.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 sind aus diesem Grunde die Nuten im Winkelbereich 4 weniger tief ausgeführt als die'Nuten im Winkelbereich 3. In the embodiment according to FIG. 4 are the grooves for this reason in the angular range 4 is made less deep than the grooves in the angular range 3.

Ebenfalls ist die Nutteilung im Winkelbereich 4 unterschiedlich, was durch die Strecken 8 und 9 zum Ausdruck kommt. Aus Fertigungsgründen sind die breiten Nuten im Bereich der Querachse geschlossen 'ausgeführt. Die erwünschte optimale Wirkung wird wieder dadurch erreicht, daß für jeden Zahn in der Querachse die obenangegebene Beziehung gilt. Die Höhe des geschlossenen Steges 10- istmöglichst klein auszuführen.Likewise, the groove division in the angular range 4 is different, what through the lines 8 and 9 is expressed. For manufacturing reasons, the wide Grooves in the area of the transverse axis closed '. The desired optimal Effect is again achieved by the fact that for each tooth in the transverse axis the above-mentioned Relationship applies. The height of the closed web 10 should be made as small as possible.

Aus F i g. 5 ist eine Ausführung zu entnehmen, bei der zwischen der- Längs- una:cler:Querachse eine abgestufte Nutteilung und auch eine abgestufte Nuttiefe der einzelnen Nuten vorgesehen ist. From Fig. 5 shows an embodiment in which between the Longitudinal and transverse axis has a graduated groove division and also a graduated groove depth of the individual grooves is provided.

Beim,Anzug der Maschine ist die Sättigung im Luftspalt klein und der -Läufer verhält sich wie ein symmetrischer Käfigläufer einer Asynchronmaschine. When starting the machine, the saturation in the air gap is small and the rotor behaves like a symmetrical squirrel cage rotor of an asynchronous machine.

Mit steigender Drehzahl wächst die Induktion im Luftspalt, die schmalen Zähne werden in der Querachse gesättigt und der Läufer verhält sich wie ein Läufer eines normalen Reluktanzmotors mit ausgeprägten Polen. Hierdurch ist es möglich, sowohl gute Eigenschaften beim Anzug als auch im Betriebszustand, d. h. beim synchronen Lauf, zu erreichen.With increasing speed, the induction in the air gap grows, the narrow ones Teeth are saturated in the transverse axis and the runner behaves like a runner of a normal reluctance motor with pronounced poles. This makes it possible both good properties when tightening and in operation, d. H. with synchronous Run to achieve.

Claims

Patent claims:

1. Reluctance rotor with a squirrel cage and with in nominal operation pronounced poles for a single-phase motor with a wound stator, thereby characterized in that the angular ranges lying between the poles of the longitudinal axis (1) (4) of the rotor, which form the transverse axis (2), magnetically saturated in nominal operation Zones included.

2. reluctance motor according to claim 1, characterized in that the magnetically saturated zones due to reduced tooth widths (6) with the same zero position (5) are formed.

3. reluctance motor according to claim 1, characterized in that the magnetically saturated zones are formed by a smaller slot pitch (5 ').

4. reluctance motor according to claim 2 or 3, characterized in that that in the magnetically saturated zones the tooth widths are less than or equal to Fifths of the slot pitch are.

5. reluctance motor according to one of claims 2 to 4, characterized in that that the groove depths in the magnetically saturated zones are reduced and the groove pitches (8, 9) are enlarged.

6. Reluctance motor according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the magnetically saturated zones occupy 30 to 50% of the rotor circumference.