DE69600160T2 - Anker für eine Reluktanzmaschine - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen verbesserten Rotor zur Anwendung in Reluktanzmaschinen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine starre Rotorbaugruppe für Reluktanzmaschinen, in welcher ein Stützkäfig aus leitendem Material vorgesehen ist, um die Funktion der Reluktanzmaschine zu verbessern.
• In bekannten Reluktanzmaschinen ist eine Stapel von Rotorblechen, die eine durch sie hindurchführende mittlere Bohrung besitzen, auf einer Metallwelle befestigt. Wenn sich der Rotor dreht, entwickelt sich entlang der Welle ein Drehmoment, welches zur Ausführung nutzbarer Arbeit verwendet werden kann. Ein Beispiel einer typischen Rotorwellenbaugruppe des Standes der Technik ist in den Figuren IA und IB dargestellt. Wie in Figur IA erkennbar ist, besitzt ein Stapel von Rotorblechen 10 mit nach außen vorstehenden Bereichen 11, die als Rotorpole bezeichnet werden, eine durch sie hindurchführende Bohrung 14. Das andere Teil der Rotorwellenbaugruppe ist eine Metallwelle 12, welche in typischer Weise aus einem harten metallischen Material, z. B. aus Stahl, hergestellt ist. Die Welle ist in der Mittelbohrung 14 des Stapels von Rotorblechen 10 angeordnet, um eine Rotor-/Wellen-Kombination, wie sie in Figur IB dargestellt ist, herzustellen.
• US-A-3995203 offenbart einen geschichteten Rotor für eine Reluktanzmaschine, umfassend einen Stapel von Rotorblechen, welche Rotorpole bilden, sowie elektrisch leitende Platten, die in den Zwischenpolbereichen angeordnet sind.
• Ein Problem bei der Anwendung der bekannten Rotor-/Wellen-Kombination in Reluktanzmaschinen besteht darin, daß bei hohen Geschwindigkeiten beträchtliche mechanische Spannungen auf die Bleche, die den Rotorstapel bilden, wirken. Diese Spannungen resultieren größtenteils aus den Zentrifugalkräften, die durch die hohe Rotationsgeschwindigkeit auf den Rotor ausgeübt werden. Diese Spannungen können zum Reißen der Rotorbleche, z.B. entlang der mit der gestrichelten Linie 16 in Figur IA dargestellten Achse, führen. Ein weiteres bekanntes Problem, welches beim Einsatz von Reluktanzmotoren bei hohen Geschwindigkeiten auftritt, ist der Wirbelstromverlust des Rotors.
• In der Vergangenheit wurden verschiedene Versuche unternommen, um Rotoren zu entwickeln, bei welchen die genannten Probleme bei der Anwendung hoher Geschwindigkeiten vermindert werden. Der bekannteste Versuch besteht darin, den Rotordurchmesser zu vermindern. Dies führt jedoch zu einer verminderten Leistung, wenn nicht die Länge des Rotors entsprechend vergrößert wird, um dasselbe aktive Volumenverhältnis zu einer vorgegebenen Leistung zu erhalten. Wenn der Rotor verlängert ist, wird auch die Welle länger und dünner, was zu einer verminderten Starrheit des Rotors und daraus folgend zu einer verminderten zulässigen Höchstgeschwindigkeit führt. Dies steht im Gegensatz zur Forderung nach einer Hochgeschwindigkeitskonstruktion, welche die Anwendung einer hohen Maxialgeschwindigkeit zuläßt.
• Ein anderer bekannter Versuch besteht darin, die Dicke des Rotor-Stützbleches 18 zu verstärken. Wenn die Dicke dieses Teiles erhöht wird, ist es jedoch notwendig, den Durchmesser der Mittelbohrung 14 zu vermindern, was zu einer dünneren und biegsameren Welle führt. Obwohl der Rotorblechstapel den Spannungen durch die hohe Geschwindigkeit besser standhält, führt die Verwendung einer dünneren Welle oft zu einer unerwünschten Vibration und Biegefähigkeit der Rotor-/Wellen-Kombination und dadurch zu einem Rotor mit sehr geringer zulässiger Höchstgeschwindigkeit.
• Ein weiteres Problem bei den Versuchen, Hochgeschwindigkeitsrotoren herzustellen, besteht darin, daß Bleche, die den Rotor bilden, geglüht werden müssen, um Bleche mit ausreichender mechanischer Festigkeit zu erhalten. Wie die Fachwelt weiß, erfolgt das Glühen der Rotorbleche sowohl wegen der mechanischen Festigkeit als auch wegen der magnetischen Eigenschaften. Leider ist es so, daß die Kühlverfahren, welche zu Blechen mit hoher mechanischer Festigkeit führen, oft die magnetischen Eigenschaften der Bleche beeinträchtigen. Demzufolge erhält man, weil die mechanische Festigkeit der Rotorbleche ein wichtiger Faktor bei diesen bekannten Rotoren ist, und die Rotorbleche deshalb aus Festigkeitsgründen geglüht werden müssen, oft einen Rotor mit verminderten magnetischen Eigenschaften. Solche unterhalb des Optimums liegenden magnetischen Merkmale können zur Unwirtschaftlichkeit des Motors führen.
• Ein weiterer Versuch des Standes der Technik besteht darin, den Durchmesser der mittleren Bohrung 14 zu belassen, jedoch das Stützblech 18 des Rotors zu verstärken, indem der Abstand zwischen den Polen verringert wird. Während dieser Versuch zu einer Rotoranordnung führt, die fester ist als die bekannten Anordnungen, ergibt sich ein Ansteigen der Minimalinduktanz der Maschine, was zu einem Leistungsabfall führt. Der Leistungsabfall kann durch Verlängerung des Rotors ausgeglichen werden, dies führt äber zum Auftreten der bereits oben erläuterten Probleme.
• Noch ein weiterer Versuch, der beim Stand der Technik unternommen wurde, ist in US-Patent 6 053 666 (Kliman u. a.) beschrieben, in welchem ein Rotor aus nichtmagnetischen nichtleitenden Stützteilen 19, die in Räume zwischen den Rotorpolen 11 eingefügt sind, wie dies in Figur 1C erkennbar ist, hergestellt wird. Die Stützteile 19, welche die Rotorbleche abstützen, helfen, die Zentrifugalkräfte, die auf die Bleche ausgeübt werden, abzufangen, vermindern die Luftwiderstandsverluste und ermöglichen eine höhere Maximalgeschwindigkeit. Ein anderes Merkmal dieser Anordnung besteht darin, daß die Welle weggelassen und das Stützblech des Rotors dementsprechend verstärkt werden kann, ohne die Abstände zwischen den Polen zu vermindern, jedoch gleichzeitig die Wirbelstromverluste zu reduzieren. Ein Problem dieser Anordnung besteht darin, daß der Fluß von den Polen des Stators noch durch die Zwischenpolbereiche verläuft, anstatt daß im wesentlichen der gesamte Fluß durch die Rotorpole fließt. Dieser Verlauf des Flusses durch die Zwischenpolbereiche vermindert die Leistung der Maschine.
• Die vorliegende Erfindung schafft eine Rotorbaugruppe entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
• Es wird eine Rotorbaugruppe für eine Reluktenzmaschine geschaffen, die einen Stapel von Rotorblechen mit einer Anzahl von Rotorpolen umfaßt. Die Rotorbaugruppe kann auch einen Käfig mit einer Endplatte sowie Stützstäbe umfassen, welche axial innerhalb der Zwischenpolbereiche, welche zwischen den benachbarten Polen des Rotors liegen, verbunden sind. Die Stützstäbe sind aus elektrisch leitendem Nichteisenmaterial gefertigt und nicht unbedingt von den Rotorpolen isoliert. Eine zweite Endplatte kann mit den Stützstäben verbunden sein und ein Isoliermaterial besitzen oder ein Hindernis bilden, so daß sich keine leitenden Kreise um die Rotorpole bilden.
• Weiterhin wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Rotorbaugruppe geschaffen, die hochleitfähige Stützstäbe besitzt. Die Stützstäbe können mit dem Stapel von Rotorblechen elektrisch verbunden oder von diesen isoliert sein. Während des Betriebes der Maschine werden die hochleitfähigen Stützstäbe zu Übertragungsbarrieren, die den Durchgang des Flusses durch die Zwischenpolbereiche des Rotors verhindern und die Effizienz des Motors erhöhen.
• In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Rotorbaugruppe geschaffen, welche durch mindestens ein Band aus Fasermaterial zusammengehalten wird, welches um die Stützstäbe und den Stapel von Rotorblechen angeordnet ist, um diese zusammenzuhalten. Die Bänder können innerhalb von Nuten in den Stützstäben angeordnet sein.
• In einer weiteren Form umfaßt die Rotorbaugruppe erste und zweite Käfigteile, von denen jedes Stützstabteile aufweist, die axial zwischen den Rotorpolen ausgerichtet sind. Die Stützstabteile der Käfigteile sind miteinander verbunden. Die Käfigteile können beide aus Isoliermaterial oder leitendem Material bestehen, oder ein Teil kann aus Isoliermaterial und das andere aus leitendem Material hergestellt sein. Wenn beide Käfigteile aus leitendem Material hergestellt sind, wird ein Isolierteil in der Weise zwischen ihnen angeordnet, daß sich kein leitender Kreis um die Rotorpole bildet. Die Stützstabteile können mit einem hochleitfähigem Material beschichtet und/oder mit einer Faserbindung gehalten sein.
• Weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen nun durch eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen verdeutlicht werden. Die Zeichnungen zeigen:
• Die Figuren 1A bis 1C stellen eine bekannte Rotorbaugruppe für einen Reluktanzmotor dar;
• Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Rotorbaugruppe mit Stützstäben in Explosionsdarstellung;
• die Figuren 3A und 3B zeigen allgemein die entsprechenden Ausbildungen des Flusses bei einer bekannten Rotorbaugruppe und einer erfindungsgemäßen Rotorbaugruppe;
• Figur 4 ist eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemaßen Rotorbaugruppe mit Stützstäben, die mit einem hochleitfähigen Material beschichtet sind;
• Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Rotorbaugruppe;
• Figur 6 ist eine Schnittdarstellung einer Rotorbaugruppe mit Stützstäben, die erfindungsgemäß mit einer Faserbindung verspannt sind; und
• Figur 7 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfmdung in Explosionsdarstellung, in welcher zwei speziell geformte halbe Käfigteile verwendet werden, um die Rotorbaugruppe zu bilden.
• Die vorliegende Erfindung schafft eine verbesserte Rotorbaugruppe zur Anwendung in Reluktanzmaschinen. In der Baugruppe nach der vorliegenden Erfmdung wird die Rotorwelle der bekannten Reluktanzmaschinen weggelassen und die Starrheit des Rotors wird durch Stützstäbe, die durch die Zwischenpolbereiche hindurchgehen, erhalten oder verbessert. Diese Stäbe bilden einen "Käfig" oder eine "äußere Welle", welche(r) die Rotorbleche zusammenhält. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Stäbe, die den Käfig bilden, elektrisch leitend, so daß Wirbelströme während des Betriebes des Motors in den Stäben fließen. Diese Wirbelströme verhindern zeitweilig den Fluß durch die Zwischenpolbereiche des Rotors, vermindern vorübergehend die Minimalinduktanz des Motors und erhöhen die Motorleistung.
• Während die vorliegende Erfindung auf alle Formen von Reluktanzmaschinen, sowohl auf Motoren als auch auf Generatoren, anwendbar ist, konzentriert sich hier die Diskussion auf Reluktanzmotoren als eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung in gleicher Weise auf Generatoren anwendbar ist.
• Figur 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotorbaugruppe, in welcher ein Stapel von speziell konstruierten Rotorblechen 22 in einem Stützkäfig 20, der aus Stützstäben 21 gebildet ist, angeordnet wird. Eine Endplatte 24 hält den Blechstapel 22 zusammen.
• Anders als die Rotorbleche, die in den meisten bekannten Rotorbaugruppen verwendet werden, besitzen die erfindungsgemäßen Rotorbleche nicht unbedingt eine durch diese hindurchgehende Mittelbohrung, um eine Welle aufzunehmen. Die Beschränkung oder Beseitigung dieser Mittelbohrung ermöglicht erfindungsgemäß die Konstruktion von Rotorblechen mit einem relativ dicken Rotorstützblech. Dieses relativ große Rotorstützblech vermindert sowohl die Flußdichte im Rotor als auch die Wirbelstromverluste im Rotorstützblech. Weiterhin sind, weil das Rotorstützblech im Vergleich zu bekannten Rotorbaugruppen größer ist, die Zentrifugalspannungen des Rotorstützbleches geringer als jene, die in den meisten bekannten Rotorbaugruppen auftreten, und der Rotordurchmesser muß nicht ganz so klein wie bei einer bekannten Rotorbaugruppe ähnlicher Größe gehalten werden.
• Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Rotorbleche besteht in der Beseitigung der Bohrung flir die Welle, was die Festigkeit des Rotorblechstapels beträchtlich erhöht.
• Infolge der speziellen Konstruktion der erfindungsgemäßen Rotorbleche ist es möglich, den Rotorschlitz tiefer zu gestalten, als dies bei bekannten Rotorbaugruppen ausführbar war. Diese Vergrößerung der Tiefe des Rotorschlitzes vermindert die Minimalinduktanz der Maschine und erhöht deren elektromagnetischen Wirkungsgrad.
• In der Ausführungsform nach Figur 2 wird der Stapel von Rotorblechen 22 innerhalb eines Käfigs 20 angeordnet, der aus Stützstäben 21 gebildet wird, z. B. den Stützstäben 21, die im wesentlichen die Zwischenpolbereiche des Rotors ausfüllen. In der Ausführungsform nach Figur 2 sind die Stützstäbe mit einer Endplatte 24 verbunden, die an einem Ende der Rotorbaugruppe angeordnet ist.
• Beim Aufbau einer erfindungsgemäßen Rotorbaugruppe sollten die Materialien für die Stützstäbe 21 sorgfältig ausgewählt werden. Im wesentlichen sollten die Stützstäbe 21 nicht aus ferromagnetischem Material gebildet sein, weil dieses Material den elektromagnetischen Wirkungsgrad des Motors beeinträchtigen könnte. Geeignete Materialien für die Stützstäbe 21 sind Edelstahl, Titan, hochfeste Aluminiumlegierungen, Messing, Keramik, Kohlenstoff, hochfester Kunststoff und ähnliche Materialien. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfmdung umfassen die Stützstäbe 21 ein elektrisch leitendes Material. In einer solchen Ausführungsform erzeugt der normale Betrieb der Maschine Wirbelströme in dem leitenden Material, aus welchem die Stützstäbe 21 gebildet sind. Diese Wirbelströme haben die Wirkung, die Minimalinduktanz der Maschine zu vermindern, wenn die Stützstäbe 21 sich an den Statorpolen des Stators vorbeidrehen. Dies verhindert einen Fluß von den Statorpolen durch die Zwischenpolbereiche des Rotors und erhöht den erwünschten Fluß von den Statorpolen durch die Rotorpole. Der Nutzeffekt dieser Verhinderung des Flusses durch die Verwendung eines leitenden Käfigs 20 liegt in einer erhöhten Motorleistung und einem besseren Wirkungsgrad des Motores.
• Die Fachwelt kann erkennen, daß die Leistung einer geschalteten Reluktanzmaschine zum Teil von der Größe des Flusses durch die Rotorpole abhängt. Im allgemeinen gilt, daß je größer der Fluß durch die Rotorpole ist, auch das maximal mögliche Drehmoment um so größer wird. In typischen geschalteten Reluktanzmaschinen neigt der Fluß dazu, daß dieser, wenn sich ein Rotorpol einem Statorpol nähert, vom Statorpol sowohl durch den Rotorpol als auch durch die Zwischenpolbereiche verläuft. Dies ist allgemein in Figur 3A dargestellt. In Figur 3A entspricht die Dichte der Flußlinien in einem bestimmten Bereich der Größe des Flusses durch diesen Bereich. Es ist dort auch ein Fluß vom Statorpol durch den Zwischenpolbereich des Rotors vorhanden. Der Fluß durch den Rotorpol ist allgemein erwünscht und trägt zur Entwicmung des Drehmomentes des Motors bei. Der Fluß durch die Zwischenpolbereiche des Rotors ist jedoch im allgemeinen unerwünscht und vermindert die Effizienz des Motors. Die erfindungsgemäße Rotorbaugruppe vermindert die Größe des unerwünschten Flusses durch die Zwischenpolbereiche des Rotors.
• Figur 3B zeigt eine erfindungsgemäße Rotorbaugruppe, bei der sich ein Rotorpol einem Statorpol nähert. In dieser Ausführungsform ist der Stützstab 21 aus einem hochleitfähigem Material gebildet (oder mit einem hochleitlähigen Material beschichtet), so daß Wirbelströme in dem Stützstab 21 erzeugt werden, wenn sich der Rotor dreht. Diese Wirbelströme machen den Stützstab 21 zu einem Hindernis für den Fluß, welches die Größe des Flusses, welcher vom Statorpol durch den Zwischenpolbereich des Rotors verläuft, beträchtlich reduziert. Im allgemeinen ist der Fluß, der sonst durch den Zwischenpolbereich des Rotors verlaufen würde (und die Effizienz des Motors vermindert), blockiert oder derart umgeleitet, daß er durch einen Rotorpol fließt und zur Drehmomenterzeugung und Erhöhung der Effizienz des Motors beiträgt.
• Es wird darauf hingewiesen, daß die Figuren 3A und 3B lediglich die komplexen Flußbilder eines geschalteten Reluktanzmotors in allgemeiner Form zeigen. Diese Figuren sollen der Veranschaulichung dienen und geben nicht die komplexen Flußbilder präzise wider, die in einem geschalteten Reluktanzmotor bestehen.
• Erfmdungsgemäße Ausführungsformen, in welchen die Stützstäbe 21 elektrisch leitend sind, werden auch durch Stützstabe ermöglicht, die mit einem hochleitfähigen Material beschichtet sind. Eine solche Ausführungsform ist in Figur 4 dargestellt, welche eine zusammengebaute Rotorbaugruppe, wie sie z.B. in Figur 2 dargestellt ist, im Querschnitt zeigt. In dieser Ausführungsform ist der Stapel von Rotorblechen 22 in einem Käfig eingeschlossen, welcher durch Stützstäbe 21 gebildet wird. Erfindungsgemäß wird ein hochleitfähiges Material (z.B. Silber) verwendet, um die Stützstäbe 21 des Käfigs 20 mit einer äußeren Beschichtung 29 zu versehen. Diese leitfähige Beschichtung 29 hat den Effekt, den Wirbelstromfluß auf der Oberfläche der Stützstäbe 21, welcher zu einer verstärkten Behinderung des magnetischen Flusses führt, wenn der Rotor sich dreht, zu verstärken. In dieser Ausführungsform sind die Stützstäbe aus einem nichtleitenden Isoliermaterial, z. B. Kunststoff oder Keramik hergestellt. Wie bereits zuvor erwahnt wurde, soll die Struktur des gesamten Käfigs nicht zu einem elektrisch leitenden Kreis um die Rotorpole führen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer hochleitfähigen Beschichtung besteht darin, daß die Wirbelströme im wesentlichen entlang eines verlustlosen Pfades fließen, wodurch der Betrag der I²R- Verluste und der im Rotor erzeugten Wärme vermindert wird.
• Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen, in denen die Stützstäbe 21 hochleitfähig sind oder in denen die Stützstäbe 21 mit einer leitfähigen Beschichtung versehen sind, ist es im allgemeinen erwünscht, die Stützstäbe 21 oder die Beschichtung elektrisch so leitfähig wie möglich zu machen. Dies ist deshalb erforderlich, weil die erhöhte Leitfähigkeit sowohl zu größeren Wirbelströmen als auch zu einer größeren Blockierungswirkung des Flusses führt. Es ist möglich, die Stützstäbe aus einem ersten Material mit hoher mechanischer Festigkeit (z. B. Titan oder Keramik) zu bilden, und dann die Stützstäbe mit einem hochleitfähigen Material, z. B. Silber, zu beschichten oder zu plattieren. Weiterhin sollten in der erfindungsgemaßen Ausführungsform, in welcher die Stützstäbe hochleitfähig sind, die Stützstäbe, zumindest an einem Ende, voneinander isoliert werden, um die Bildung eines elektrischen Kurzschlusses um einen Rotorpol zu verhindern. In ähnlicher Weise werden die Stützstäbe 21 vom Stapel von Rotorblechen 22 isoliert. Wie oben erwähnt wurde, ist es jedoch erfindungsgemäß nicht notwendig, die Stützstäbe 21 von den Rotorblechen 22 elektrisch zu isolieren.
• In der vorliegenden Erfindung werden die Stützstäbe im allgemeinen so kombiniert, daß sie einen Käfig bilden, in welchem die Rotorbleche angeordnet sind. Im wesentlichen sind viele Kombinierungsmöglichkeiten der Stützstäbe denkbar mit der einzigen Einschränkung, daß sie nicht so miteinander kombiniert werden sollten, daß irgend ein elektrischer Kreis um den gesamten oder irgendeinen Teil eines Rotorpoles gebildet wird. Ein solcher elektrischer Kurzschluß könnte Veränderungen des Flusses im Rotor behindern und die Funktion des Rotor beeinträchtigen.
• Eine Mögllchkeit zur Kombinierung der Stützstäbe (gleichgiiltig ob hochleitfähig oder nicht) um einen Käfig 20 zu bilden, ist in Figur 2 dargestellt. In Figur 2 ist erkennbar, daß die Stützstäbe 21 mit einer Endplatte 24 verbunden sind, um einen Käfig zu bilden, in welchem der Rotorblechstapel 22 angeordnet ist. Vom Käfig 20 geht ein Wellenelement 28 ab, das verwendet werden kann, um den Rotor mit einem Verbraucher zu verbinden, so daß eine Nutzleistung von der Reluktanzmaschine abgenommen werden kann. Ein Zapfen 27 steht aus der Endplatte 24 hervor, welcher in einem Lager aufgenommen werden kann. In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist die Endplatte 24 aus keramischem Material hergestellt und besitzt äußere Bohrungen 25, die so angeordnet sind, daß sie mit entsprechenden Bohrungen 26 im Käfig 20 ausgerichtet sind, durch welche eine Schraube oder ein anderes Verbindungselement eingesetzt werden kann, um die Endplatte 24 mit dem Käfig 20 zu verbinden. In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform isoliert die aus nichtleitendem Keramikmaterial bestehende Endplatte die Stützstäbe 21 voneinander.
• Alternative Ausführungsformen kommen in Betracht, in welchen die Endplatte aus leitendem Material besteht. In diesen Ausführungsformen sind einige andere Mittel zur Isolierung der Stützstäbe 21 voneinander vorgesehen (z. B. muß, wenn die Endplatte 24 aus Metall besteht, diese von den Stützstäben 21 isoliert werden, indem eine isolierende Sperre innerhalb der Endplatte angeordnet oder mit dieser verbunden wird). Dies ist wichtig, damit die Gesamtkonstruktion des Käfigs nicht zu einem elektrisch leitendem Kreis um die Rotorpole führt, weil eine solche Struktur dazu neigt, den magnetischen Fluß vom Rotor fernzuhalten und dadurch den Wirkungsgrad zu vermindern.
• Bei der vorliegenden Erfindung brauchen, obgleich die Stützstäbe 21 zumindest an einem Ende voneinander isoliert sein müssen, die Stützstäbe von den Rotorblechen nicht vollständig isoliert werden, sondern sie können mit diesen elektrisch verkoppelt sein. Dies unterscheidet sich vollkommen von den Käfigen, die in Induktionsmotoren verwendet werden, bei welchen es höchst unerwünscht ist elektrisch leitende Kreise innerhalb des Käfigs zu bilden. Ein vollständig montierter Rotor, in welchem die Ausführungsform nach Figur 2 Anwendung findet, ist in Figur 5 dargestellt.
• Die Verwendung der erfmdungsgemäßen Rotorbaugruppe bietet verschiedene Vorteile. Insbesondere wird die Starrheit des Rotors (und dadurch die maximal zulässige Geschwindigkeit) bedeutend erhöht, wenn, wie bei typischen Rotorbaugruppen des Standes der Technik, das Käfigelement 20 einen größeren Durchmesser als die Welle 12 aufweist, wodurch extrem hohe Rotorgeschwindigkeiten möglich sind. Außerdem kann, wenn keine innere Welle für den Rotor vorgesehen ist, die Dicke der Stützplatte des Rotors (d.h. der Bereich, der in Figur 1A als Element 18 dargestellt ist) vergrößert werden, ohne die Zwischenpolbereiche des Rotors und damit den Wirkungsgrad des Motors zu vermindern. Dementsprechend ist es möglich, eine verbesserte Rotorbaugruppe mit verminderten Wirbelstromverlusten zu schaffen.
• Die mechanische Festigkeit der einzelnen Rotorbleche in den erfindungsgemäßen Rotorbaugruppen ist bei weitem unkritischer als in bekannten Baugruppen, weil der größte Teil der Zentrifugalkraft durch die Stützstäbe 21 des Käfigs 20 entsteht. Weil die mechanische Festigkeit der Rotorbleche nicht das Hauptproblem bei den erfindungsgemäßen Rotorbaugruppen ist, können diese nach dem Erfordernis der besten magnetischen Eigenschaften geglüht werden, ohne die Festigkeit der Rotorbaugruppe berücksichten zu müssen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Fläche der Stäbe am Luftspalt abgerundet oder rund gestaltet werden kann, um eine Rotorbaugruppe zu schaffen, die weniger Luftwiderstandsverluste aufweist und auch weniger Geräusche verursacht.
• Bei besonders hohen Geschwindigkeiten kann es notwendig sein, die Stützstäbe 21 gegen das Wirken von Zentrifugalkräften, die durch die hohe Rotationsgeschwindigkeit entstehen, zu verspannen. Dies kann durch Einsatz von Bändem aus festen Fasern (z. B. Kevlar oder isolierten Kohlenstoffasern) um den Umfang des Stapels der Rotorbleche und der Stützstäbe 21 erfolgen. Diese Ausführungsform ist in Figur 6 dargestellt, welche einen Käfig 20 zeigt, der mit der Endplatte 24 verbunden ist. Die Stützstäbe 21 des Käfigs 20 sind mit einer Nut oder einem Schlitz 30 versehen und ein Faserband 32 ist aus Festigkeitsgründen innerhalb der Nut angeordnet. Diese Verwendung einer Bandage erhöht weiter die Festigkeit des Rotors und ermöglicht eine noch höhere Rotationsgeschwindigkeit.
• Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 7 dargestellt. In dieser Ausführungsform werden im Gegensatz zur Verwendung einer Endplatte zwei Käfighälften 80 und 82, von denen jede Stützstabhälften 81 und 83 aufweisen, eingesetzt. Die Stützstabhälften können elektrisch leitend oder mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet sein, um zeitweise "Flußblockierungen", wie zuvor beschrieben, zu bilden. Die Stützstabhälften 81 und 83 sind so angeordnet und bemessen, daß sie um einen Stapel von Rotorblechen 22 passen. Der Stapel von Rotorblechen kann in derselben Weis aufgebaut sein, wie dies zuvor unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben wurde.
• In dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Ausnehmungen 85 in dem Halbkäfigteil 80 zur Aufnalune von Stiften 86, die aus dem Halbkäfigteil 82 hervorstehen, vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 sind Schlitze 88 vorgesehen, um ein Faserband (nicht dargestellt) aufzunehmen und die Rotorbaugruppe gegen Spannungen durch Zentrifugalkräfte ähnlicher Weise zu verspannen, wie dies unter Bezugnahme auf Figur 6 beschrieben wurde.
• Wie schon erläutert wurde, ist es wichtig, daß keinerlei geschlossene elektrische Kreise durch den Rotorkäfig gebildet werden. Dementsprechend sollten die Materialien, aus welchen die Halbkäfigteile 80 und 82 bestehen, entweder beide elektrisch nichtleitend, eines elektrisch leitend und das andere elektrisch nichtleitend, oder wenn sie beide elektrisch leitend sind, mit einem Isolierteil versehen sem, das an der Verbindung der beiden Hälften so angeordnet ist, daß kein geschlossener elektrischer Kreis gebildet wird. Weiterhin sollte in Ausführungsformen, bei denen elektrisch leitende Beschichtungen verwendet werden, um die Ausbildung von Wirbelströmen zu begünstigen, und den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen, die Beschichtung am Käfig so angeordnet sein, daß kein geschlossener elektrischer Kreis entsteht.
• In der vorstehenden Beschreibung wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle beispielhafte Ausführungsformen dargestellt. Es ist jedoch offensichtlich, daß zahlreiche Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von einem weiteren Schutzumfang der Erfindung, wie er in den anliegenden Patentansprüchen zum Ausdruck kommt, abzuweichen. So ist die vorliegende Erfindung z. B. bei Reluktanzmaschinen anwendbar, deren Anzahl an Stator- und Rotorpolen von den zuvor dargestellten Maschinen abweichen. Weiterhin ist die vorliegende Erfmdung auf Reluktanzmaschinen anwendbar, deren Phasenanzahl von den zuvor beschriebenen und in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen dargestellten, abweichen. Weiterhln ist die vorliegende Erfindung, obgleich die vorstehenden Beispiele Maschinen zeigen, bei denen der Rotor innerhalb einer Bohrung eines Stators dargestellt ist, auch bei "invertierten Maschinen" (d.h. bei Maschinen, bei denen der Rotor auf der Außenseite des Stators läuft) anwendbar, wobei die Stützteile wiederum zwischen den Enden des Rotors in den Zwischenpolbereichen verlaufen. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind dementsprechend mehr in einem erläuternden als in einem beschränkenden Sinne zu verstehen.

Claims (11)

1. Rotorbaugruppe für eine Reluktanzmaschine umfassend: einen Stapel von Rotorblechen (22) mit einer Anzahl von Rotorpolen, welche Zwischenpolbereiche bilden; sowie eine Anzahl von elektrisch leitenden, nichtmagnetisierbaren Teilen (21), die in den Zwischenpolbereichen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile so angeordnet sind, daß um jeden Rotorpol kein leitender Kreis gebildet wird, und daß jedes Teil an mindestens einem anderen Teil an dem einen oder anderen Ende des Stapels befestigt ist, wobei die befestigten Teile mit einer Flanschwelle (27/28) verbunden sind, die an dem Ende des Stapels vorsteht, an welchem die Teile befestigt sind.

2. Rotorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elektrisch leitende Teil ein erstes Ende bildet, und daß die Baugruppe weiterhin eine erste Endplatte (24) umfaßt, die mit jedem ersten Ende von jedem der Teile verbunden ist.

3. Rotorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Teile mit ersten und zweiten Endplatten an den entgegengesetzten Enden der Teile verbunden sind.

4. Rotorbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und zweiten Flanschwellen (27/28) an einer der entsprechenden Endplatten (24) angeordnet ist.

5. Rotorbaugruppe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gruppe von Teilen (81) an der ersten Endplatte und eine zweite Gruppe von Teilen (83) an einer zweiten Endplatte befestigt ist, um erste und zweite Käfigbereiche (80/82) zu bilden.

6. Rotorbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Käfigbereiche zwischen den Endplatten miteinander verbunden sind.

7. Rotorbaugruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teil eine Oberflächenbeschichtung aus leitendem Material aufweist.

8. Rotorbaugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material Silber ist.

9. Rotorbaugruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein Band (30) aufweist, welches die elektrisch leitenden Teile und den Stapel von Rotorblechen umgibt.

10. Rotorbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Band in einer umlaufenden Nut (32) aufgenommen ist, die in einige der Bleche des Stapels und in die Teile eingeformt ist.

11. Rotorbaugruppe nach den Ansprüchen 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Käfigteil aus elektrisch leitendem Material und das zweite Käfigteil aus Isoliermaterial gebildet ist.