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Optimierte Magnetpolanordnung bei Laeufern fuer dauermagneterregte Synchronmotoren zur Reduzierung der Drehmomentwelligkeit

IP.com Disclosure Number: IPCOM000031518D
Published in the IP.com Journal: Volume 4 Issue 10 (2004-10-25)
Included in the Prior Art Database: 2004-Oct-25
Document File: 3 page(s) / 94K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Bei dauermagneterregten Synchronmaschinen koennen Drehmomentwelligkeiten (durch Reluktanzkraefte von Magneten mit Statorzaehnen) sowie Pendeldrehmomente (durch Oberwellen des Luftspaltfeldes) auftreten. Bei der derzeitigen aequidistanten Aufbringung von Magnetpolen auf einem Motorlaeufer entstehen neben der gewuenschten magnetischen Grundwelle jedoch auch alle ungeradzahligen Oberwellen im Luftspalt. Ferner resultieren auch aus der Staenderwicklung im Luftspalt magnetische Oberwellen. Diese Oberwellen sind im Motorbetrieb verantwortlich fuer eine stoerende Drehmomentwelligkeit. Aber auch schon im stromlosen Zustand entstehen durch die Laeuferoberwellen und den Statornuten stoerende Reluktanzkraefte. Bisher werden diese negativen Auswirkungen durch Kombination folgender Massnahmen reduziert: Staender- oder Laeuferschraegung, Staffelung der Magnetpole, Teilpolbedeckung der Magnetpole, spezielle Luftspaltgeometrien, veraenderliche Magnethoehe usw. Ein anderer Ansatz besteht in der Verwendung von Laeufern mit zwei unterschiedlichen Polluecken ohne Ergreifung weiterer Massnahmen.

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S

Optimierte Magnetpolanordnung bei Laeufern fuer dauermagneterregte Synchronmotoren zur Reduzierung der Drehmomentwelligkeit

Idee: Matthias Braun, DE-Bad Neustadt; Holger Schunk, DE-Bad Neustadt; Rolf Vollmer, DE-Bad

Neustadt

Bei dauermagneterregten Synchronmaschinen koennen Drehmomentwelligkeiten (durch Reluktanzkraefte von Magneten mit Statorzaehnen) sowie Pendeldrehmomente (durch Oberwellen des Luftspaltfeldes) auftreten. Bei der derzeitigen aequidistanten Aufbringung von Magnetpolen auf einem Motorlaeufer entstehen neben der gewuenschten magnetischen Grundwelle jedoch auch alle ungeradzahligen Oberwellen im Luftspalt. Ferner resultieren auch aus der Staenderwicklung im Luftspalt magnetische Oberwellen. Diese Oberwellen sind im Motorbetrieb verantwortlich fuer eine stoerende Drehmomentwelligkeit. Aber auch schon im stromlosen Zustand entstehen durch die Laeuferoberwellen und den Statornuten stoerende Reluktanzkraefte.

Bisher werden diese negativen Auswirkungen durch Kombination folgender Massnahmen reduziert: Staender- oder Laeuferschraegung, Staffelung der Magnetpole, Teilpolbedeckung der Magnetpole, spezielle Luftspaltgeometrien, veraenderliche Magnethoehe usw. Ein anderer Ansatz besteht in der Verwendung von Laeufern mit zwei unterschiedlichen Polluecken ohne Ergreifung weiterer Massnahmen.

Vorgeschlagen wird nun, die magnetischen Pole des Motorlaeufers mit mindestens drei unterschiedlichen Polteilungen zu versehen und so die stoerenden Oberwellen zu vermeiden oder zu minimieren. Zunaechst koennen in einem ersten Schritt die Magnetweite konstant gehalten und nur die Schwerpunkte der Pole variiert werden, so dass fuer die einzelnen Pole Magnete mit gleichen Abmessungen verwendet werden koennen. Zur Beeinflussung weiterer Oberwellen wird die Magnetweite der einzelnen Pole variiert. Die beschriebene Positionierung der Magnete auf der Laeuferoberflaeche kann entweder Massnahmen wie beispielsweise Schraegung des Stators oder Rotors unnoetig machen oder zusammen mit den bisherigen Massnahmen zu einer deutlichen Verringerung der Drehmomentwelligkeit fuehren.

Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben mittels dessen ausgewaehlte Oberwellen im Luftspalt (hervorgerufen durch die Laeufermagnete) minimiert oder gaenzlich reduziert werden koennen. Die Abbildung 1 zeigt eine Polverteilung nach dem hier vorgestellten Verfahren fuer einen achtpoligen Motorlaeufer. Auf der x-Achse dieser Abbildung ist der Winkel ueber 360°mech und auf der y-Achse die magnetische Flussdichte (auf Bmax bezogen) dargestellt. Die Winkel ϕ1 bis ϕ16 bezeichnen die Positionen, an denen sich die Spruenge der Pole befinden.

Die Fourierkoeffizienten des Laeuferfeldes berechnen sich nach

ak

und

=1 ) cos( * d k

2

0

f

ϕ

π

∫ϕ π ϕ

  ) (

bk

Die Oberwellenkoeffizienten fuer obiges Luftspaltfeld werden wie folgt berechnet:

π

∫ϕ π ϕ

=1 ) sin( d k

2

0

f

ϕ

  ) (

ak

Und

π

2

1

4

3

6

5

8

7

=

1(sin( *

k

   - ⋅

      ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ


)

sin(

...