DE2438248A1

DE2438248A1 - PERMANENT MAGNETICLY EXCITED SYNCHRONOUS MACHINE

Info

Publication number: DE2438248A1
Application number: DE19742438248
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Volkrodt
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1974-08-08
Filing date: 1974-08-08
Publication date: 1976-02-19
Also published as: FR2281666A1; IT1040472B; CH586967A5

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen,SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen,

Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50Berlin and Munich Werner-von-Siemens-Str. 50

Unser Zeichen:Our sign:

VPA 74/3176 Le/ShuVPA 74/3176 Le / Shu

Dauermagneterregte SynchronmaschinePermanent magnet excited synchronous machine

Die Erfindung betrifft eine dauermagneterregte Synchronmaschine, bei der die Dauermagnete in einem Käfigläufer untergebracht sind. Die Käfigwicklung soll dabei einen nur sehr kleinen Wirkwiderstand haben, damit der Drehzahlschlupf, der beim Synchronisieren der Eigen- und Fremdträgheitsmomente zu überwinden ist, möglichst klein ist. Andererseits ist beim synchronen Anlauf die Verlustwärme W. = c . I . n_Q (1 + k), wobei I das Trägheitsmoment, n_Q die synchrone Drehzahl und k das Verhältnis Ständer- zu Läuferwirkwiderstand R₁ / Rp' sind. Um die Hochlaufverlustwärme insbesondere bei hohen Drehzahlen kleinzuhalten, ist folglich bei einem vorgegebenen Ständerwicklungswiderstand R₁ ein möglichst großer Läuferwiderstand Rp'erforderlich. Die Forderungen hinsichtlich Rp'sind also für den Anlauf- und Synchronisiervorgang einander völlig konträr.The invention relates to a permanent magnet synchronous machine in which the permanent magnets are housed in a squirrel cage. The cage winding should only have a very small effective resistance so that the speed slip that has to be overcome when synchronizing the intrinsic and external moments of inertia is as small as possible. On the other hand, with synchronous start-up, the heat loss is W. = c. I. n _Q (1 + k), where I is the moment of inertia, n _{Q is} the synchronous speed and k is the ratio of stator to rotor resistance R ₁ / Rp '. In order to keep the run-up heat loss small, especially at high speeds, a rotor resistance Rp 'which is as large as possible _{is consequently required for a given stator winding resistance R 1.} The requirements with regard to Rp 'are therefore completely contrary to each other for the start-up and synchronization process.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, das vorgenannte Problem zu lösen, d.h. eine dauermagneterregte Synchronmaschine so auszubilden, daß der Läuferwiderstand beim Anlauf groß und beim Synchronisieren klein ist. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der die Dauermagnete enthaltende Läufer mit zwei verschiedenartigen Käfigwicklungen versehen ist, deren eine nahe dem Luftspalt zwischen Ständer und Läufer angeordnet eine kleine Streuung Χ_ΔΓί und einen hohen Widerstand R. aufweist, während die zweite Wicklung weiter vom Luftspalt weg angeordnet ist, einen großen Nutquerschnitt hat und demzufolge eine große Streuung Χ_σ^» sowie einen kleinen Widerstand R_a aufweist. Die erstgenannte Wicklung übernimmt den asynchronen Anlauf (Index A), bildet also den Anlaufkäfig. Die zweitgenannte Wicklung übernimmt vornehmlich das Synchronisieren (Index S), bildet also den Synchronisierkäfig. Bei kleinem Drehzahlschlupf wird die Streureanktanz X»<< = S . co . L_ praktisch zu Null und der Läuferstrom verteilt sich ohne Stromverdrängung mit glei-The object of the invention is to solve the aforementioned problem, ie to design a permanent magnet synchronous machine in such a way that the rotor resistance is high when starting and low when synchronizing. The object is achieved in that the rotor containing the permanent magnets is provided with two different types of cage windings, one of which is arranged near the air gap between the stator and the rotor and has a small scatter Χ _ΔΓί and a high resistance R., while the second winding is further away from the air gap is arranged, has a large groove cross-section and accordingly has a large scatter Χ _σ ^ »and a small resistance R _a . The first-mentioned winding takes over the asynchronous start-up (index A), i.e. forms the start-up cage. The second winding mentioned primarily takes over the synchronization (index S), so it forms the synchronization cage. If the speed slip is small, the leakage tolerance is X »<< = S. co . L_ practically to zero and the rotor current is distributed without current displacement with the same

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eher Stromdichte auf die Anlauf- und Synchronisierkäfigwicklung.rather current density on the starting and synchronizing cage winding.

Der durch die erfindungsgemäße Anordnung erzielte Effekt, nämlich großer Widerstand des Läufers beim Anlauf und kleiner resultierender Läuferwiderstand beim Synchronisieren, ist um so wirksamer, je höher die Speisefrequenz und damit die synchrone Drehzahl n_Q des Motors ist (dies wegen der Frequenzabhängigkeit der die Stromaufteilung bewirkenden Läuferstreureaktanzen X.^ und XgV ). Die vorgeschlagene Lösung ist daher insbesondere bei hochtourigen, höherfrequenten Dauermagnet-Synchronmaschinen, wie sie vor allem von der Chemiefasertechnik verlangt werden, besonders wirksam.The effect achieved by the arrangement according to the invention, namely the high resistance of the rotor when starting and the smaller the resulting rotor resistance when synchronizing, is all the more effective the higher the supply frequency and thus the synchronous speed n _{Q of} the motor (this is because of the frequency dependency of the current distribution Rotor leakage reactances X. ^ and XgV). The proposed solution is therefore particularly effective in particular in the case of high-speed, higher-frequency permanent magnet synchronous machines, as are required above all by chemical fiber technology.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Synchronmaschine dargestellt, wobei Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Maschine mit Innenläufer und Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Maschine mit Außenläufer zeigen, während Fig. 3 ein Ersatzschaltbild ist.In the drawing are two embodiments of the invention Synchronous machine shown, FIG. 1 showing a cross section through a machine with an internal rotor and FIG. 2 showing a Show cross-section through a machine with external rotor, while FIG. 3 is an equivalent circuit diagram.

In Fig. 1 sind mit 1 der Ständer und mit 2 der die Dauermagnete 3 enthaltende Läufer bezeichnet. Der Läufer sitzt auf einem Wellenstück 4 und ist erfindungsgemäß mit zwei Käfigwicklungen 5 und 6 versehen. Die Wicklung 5 ist in an sich bekannter Weise in Nuten mit kreisförmigem Querschnitt nahe dem Luftspalt zwischen Ständer und Läufer vorgesehen und bildet, wie vorstehend erläutert, den Anlaufkäfig. Die Wicklung 6 ist in Nuten mit verhältnismäßig großem rhombenförmigem Querschnitt untergebracht und bildet den Synchronisierkäfig.In Fig. 1, 1 denotes the stator and 2 denotes the rotor containing the permanent magnets 3. The runner sits on one Shaft piece 4 and is provided with two cage windings 5 and 6 according to the invention. The winding 5 is in a manner known per se provided in grooves with a circular cross-section near the air gap between the stator and rotor and forms, as above explained the start-up cage. The winding 6 is accommodated in slots with a relatively large diamond-shaped cross section and forms the synchronizing cage.

In Fig. 2 ist mit 7 eine feststehende Welle bezeichnet, die einen Innenständer 8 trägt. 9 ist ein Außenläufer, in dem Dauermagnetschalen 10 untergebracht sind. 11 ist der erfindungsgemäße Anlauf- und 12 der Synchronisierkäfig.In FIG. 2, 7 designates a stationary shaft which carries an inner stand 8. 9 is an outrunner in which permanent magnet shells 10 are housed. 11 is the start-up cage according to the invention and 12 is the synchronizing cage.

Die Abmessungen der Nutquerschnitte für die beide"» Käfigwicklungen 5 und 6 bzw. 11 und 12 werden zweckmäßig so gewählt,The dimensions of the groove cross-sections for the two "» cage windings 5 and 6 or 11 and 12 are expediently chosen so that

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daß der Anlaufwiderstand etwa das vierfache des Synchronisierwiderstandes beträgt.that the starting resistance is about four times the synchronizing resistance amounts to.

3 Ansprüche
3 Figuren3 claims
3 figures

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Claims

VPA 74/3176 claims

1.) Permanent magnet synchronous machine, characterized in that the rotor (2, 9) containing the permanent magnets (3, 10) is provided with two different types of cage windings (5, 6, 11, 12), one of which is near the air gap between the stator and the rotor arranged has a small scatter (Xa ^) and a high resistance (R _A ), while the second winding is arranged further away from the air gap, has a large slot cross-section and has a large scatter (Xg rf) and a small resistance (R _g ) .

2. Machine according to claim 1, characterized in that the grooves for the first-mentioned winding forming the start-up cage (5, 11) have a circular cross-section, while the grooves for the latter, which form the synchronizing cage Winding (6, 12) have a rhombic cross-section.

3. Machine according to claim 1 or 2, characterized by such a dimension of the groove cross-sections for the two cage windings, that the starting resistance is about four times the synchronizing resistance.

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