DE19704576A1 - Switched reluctance motor e.g. as automobile windscreen wiper motor - Google Patents
Switched reluctance motor e.g. as automobile windscreen wiper motorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Reluktanz-Motor mit einem metallischen, um eine Achse drehbaren Rotor, der auf seiner Umfangsfläche strukturiert ist, und einem den Rotor außenseitig umgebenden Stator, der zumindest einen steuerbaren Elektromagneten aufweist, dessen Nord- und Südpol mit geringem Abstand zu der strukturierten Um fangsfläche des Rotors angeordnet sind.The invention relates to a reluctance motor with a metallic rotor that can be rotated around an axis its peripheral surface is structured, and one Outside rotor surrounding stator, the at least one Controllable electromagnet, the north and South Pole a short distance from the structured Um catch surface of the rotor are arranged.
Ein derartiger Motor ist als elektrischer Antrieb mit hohem Wirkungsgrad und hoher zu erzielender Drehzahl seit einiger Zeit bekannt. Häufig wird dafür auch der Begriff "Geschalteter Reluktanzmotor" oder "Switched-Reluctance" bzw. SR verwendet.Such a motor is included as an electric drive high efficiency and high speed to be achieved since known for some time. The term is often used for this "Switched reluctance motor" or "switched reluctance" or SR used.
Ein Reluktanz-Motor nutzt die Anziehungskraft eines orts festen Elektromagneten gegenüber einem aus Metall bzw. Eisen bestehenden Rotor, der das Bestreben hat, die Stellung des geringsten magnetischen Widerstandes, d. h. minimaler Reluktanz, einzunehmen. Zu diesem Zweck besitzt der Motor einen metallischen, in der Regel zur Bildung von über den Umfang verteilten Polen mit einer Zahnung ausgebildeten Rotor, der über eine zentrale Mittelachse drehbar gelagert ist, und einen ortsfesten Stator, der den Rotor in geringem Abstand umgibt. Der Stator besitzt mehrere, über den Umfang verteilte Pole von Erregerspu len, wobei diametral gegenüberliegende Pole zur Bildung eines Nord- und Südpolpaares zusammengeschaltet sind. Wenn durch eine der Erregerspulen ein Strom fließt, wird ein elektromagnetisches Feld zwischen den gegenüberlie genden Polen erzeugt. Der Rotor versucht, die Stellung minimaler Reluktanz einzunehmen, wobei er ein Drehmoment erfährt. Die Erregerspule bleibt solange erregt, bis die Pole des Rotors relativ zu den Polen des Stators ausge richtet sind. Eine sequentielle, umlaufende Erregung der über den Umfang verteilten Pole der Erregerspulen bewirkt eine kontinuierliche Drehung des Rotors.A reluctance motor uses the attraction of a place fixed electromagnets versus one made of metal or Iron existing rotor, which has the endeavor that Position of least magnetic resistance, d. H. minimal reluctance to ingest. Owns for this purpose the engine is a metallic one, usually for formation of poles distributed over the circumference with a set of teeth trained rotor that runs over a central central axis is rotatably mounted, and a stationary stator, the surrounds the rotor at a short distance. The stator owns several poles of excitation spore distributed over the circumference len, with diametrically opposite poles for formation a north and south pole pair are interconnected. If a current flows through one of the excitation coils, an electromagnetic field between the opposite poles. The rotor tries the position to take minimal reluctance, being a torque experiences. The excitation coil remains excited until the Poles of the rotor out relative to the poles of the stator are aimed. A sequential, all-round excitement of the poles of the excitation coils distributed over the circumference a continuous rotation of the rotor.
Als nachteilig bei einem derartigen Reluktanz-Motor hat sich der relativ aufwendige konstruktive Aufbau mit entsprechend komplizierter Steuerungselektronik erwiesen.A disadvantage of such a reluctance motor the relatively complex construction with proven correspondingly complicated control electronics.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reluk tanz-Motor der genannten Art zu schaffen, der konstruktiv einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.The invention has for its object a Reluk to create dance engine of the type mentioned, the constructive is simple and inexpensive to manufacture.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Reluktanz- Motor dadurch gelöst, daß der Nord- und der Südpol des Elektromagneten in Umfangsrichtung des Rotors in vorbe stimmtem Abstand nebeneinander angeordnet sind. Bei dem erfindungsgemäßen Reluktanz-Motor wird das elektromagne tische Feld nicht zwischen diametral gegenüberliegenden Polen aufgebaut, sondern die Pole liegen in Umfangsrich tung direkt nebeneinander. Damit ist der Vorteil eines örtlich begrenzten, genau definierten Magnetfeldes ver bunden. Darüberhinaus ist es nicht notwendig, den Rotor vollständig aus Metall bzw. Eisen auszubilden, da ledig lich die Randbereiche des Rotors im Magnetfeld liegen. Auf diese Weise kann vorgesehen sein, daß der Rotor einen Kunststoffkern aufweist, der von einem metallenen, außen seitig gezahnten Ring umgeben ist, womit der weitere Vorteil ausgezeichneter Laufeigenschaften des Rotors verbunden ist.According to the invention, this object is achieved with a reluctance Motor solved in that the north and south poles of the Electromagnets in the circumferential direction of the rotor the right distance apart. In which Reluctance motor according to the invention is the electromagnetic table field not between diametrically opposite Poles built up, but the poles are in circumferential direction right next to each other. So the advantage is one limited, precisely defined magnetic field ver bound. Furthermore, it is not necessary to use the rotor to be made entirely of metal or iron, as single Lich the edge areas of the rotor are in the magnetic field. In this way it can be provided that the rotor one Has plastic core of a metal, outside sided ring is surrounded, with which the further Advantage of excellent rotor running properties connected is.
Mit dem genannten Motor ist es gelungen, die vorteilhaf ten Prinzipien der gängigen Synchron-, Asynchron-, Gleich- und Drehstrommotoren zu vereinen. Da der Motor weder Bürsten noch Permanentmagnete aufweist, ist er universell verwendbar und dementsprechend gut den jewei ligen Anforderungsprofilen anzupassen. Da der Rotor mit dem Stator nicht direkt in Kontakt steht, ist der Motor im wesentlichen verschleißfrei und in seiner Lebensdauer nur durch die Ausgestaltung der Lager der Achse begrenzt. Der Motor zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion aus und ermöglicht eine flache Bauweise, wodurch er insbesondere in der Automobilindustrie, beispielsweise als Scheibenwischermotor gut verwendbar ist. Der Motor erreicht relativ hohe Drehzahlen und ist unempfindlich gegen flüssige Medien, so daß keine aufwendige Abdich tung, beispielsweise Spritzwasserschutz notwendig ist.With the engine mentioned, it was possible to get the advantageous principles of common synchronous, asynchronous, Combine DC and three-phase motors. Because the engine it has neither brushes nor permanent magnets universally applicable and accordingly good for each adapt current requirement profiles. Since the rotor with the motor is not in direct contact with the stator essentially wear-free and in its lifetime limited only by the design of the bearings of the axis. The engine is characterized by a simple construction and allows a flat design, which makes it especially in the automotive industry, for example is well usable as a wiper motor. The motor achieves relatively high speeds and is insensitive against liquid media, so that no complex sealing tion, for example splash protection is necessary.
Da der Motor im wesentlichen kontaktlos arbeitet, kann keine störende Funkenbildung entstehen, so daß er insge samt eine sehr gute elektromagnetische Verträglichkeit besitzt. Darüberhinaus kann der Motor in einfacher Weise einem Recycling zugeführt werden, da er keine Polmagnete enthält. Vorzugsweise ist der Motor so ausgestattet, daß seine Steuerungselektronik direkt an einen Computer oder eine sonstige Recheneinheit anschließbar ist.Since the motor works essentially without contact, it can no disruptive sparking occur, so that it is in total together with very good electromagnetic compatibility owns. In addition, the engine can be easily be recycled because it has no pole magnets contains. The motor is preferably equipped in such a way that its control electronics directly to a computer or another computing unit can be connected.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Elektromagnet von einer U-förmigen Erregerspule gebildet ist, deren Schenkel jeweils gleichmäßig mit Draht um wickelt sind und somit die Pole bilden. Um die Erreger spule in einfacher Weise herstellen und an die jeweiligen baulichen Gegebenheiten anpassen zu können, kann sie von einem einzelnen Spulenblech oder einem Paket geschichte ter, gleichartig ausgebildeter und somit kongruenter Spulenbleche gebildet sein. Durch Schichtung einer belie bigen Anzahl von Spulenblechen können Pakete und somit Erregerspulen beliebiger Dicke in einfacher Weise herge stellt werden.In a development of the invention it is provided that the Electromagnet formed by a U-shaped excitation coil is, whose thighs each with wire evenly around are wound and thus form the poles. To the pathogen Manufacture coil in a simple manner and to the respective to be able to adapt to structural conditions a single coil sheet or a package story ter, similarly trained and thus more congruent Coil sheets are formed. By layering a belie number of coil sheets can packets and thus Excitation coils of any thickness in a simple manner be put.
Auch bei dem erfindungsgemäßen Reluktanz-Motor sollte der Stator mehrere über den Umfang des Rotors verteilte Erregerspulen aufweisen, die vorzugsweise jeweils den genannten Aufbau besitzen. Die Anordnung der Erregerspu len über den Umfang des Rotors ist von den baulichen Gegebenheiten abhängig. Für die einzelnen Erregerspulen sollten unterschiedliche Ausrichtungen relativ zu der Strukturierung oder Verzahnung des Rotors vorliegen, um in allen Relativlagen zwischen Rotor und Stator ein ausreichendes, möglichst gleichförmiges Drehmoment zu erhalten. Dieser Versatz der Erregerspulen kann entweder durch deren nicht-gleichförmige Anordnung in Umfangsrich tung und/oder durch geeignete Wahl der Anzahl der Erre gerspulen und der Rotorzähne erreicht werden. Wenn mehr als eine Erregerspule vorgesehen ist, sollte der Quotient aus der Rotorzahnzahl und der Erregerspulenanzahl keine ganze Zahl sein, so daß sich für jede Spule in jeder Stellung des Rotors unterschiedliche Betriebszustände ergeben. Je kleiner der genannte Quotient ist, dessen Grenzwert gegen 1 geht, desto besser ist da Anlauf- und Drehmomentverhalten des Reluktanz-Motors.Also in the reluctance motor according to the invention, the Stator several distributed over the circumference of the rotor Have excitation coils, which preferably each have the structure mentioned. The arrangement of the excitation track len about the circumference of the rotor is from the structural Conditions dependent. For the individual excitation coils should have different orientations relative to the The rotor is structured or interlocked in order to in all relative positions between the rotor and stator sufficient, as uniform a torque as possible receive. This offset of the excitation coils can either by their non-uniform arrangement in the circumferential direction tion and / or by appropriate choice of the number of Erre coils and the rotor teeth can be reached. If more the quotient should be provided as an excitation coil none from the number of rotor teeth and the number of excitation coils be an integer, so that for each coil in each Position of the rotor different operating states surrender. The smaller the quotient mentioned, the Limit value goes towards 1, the better there is start-up and Torque behavior of the reluctance motor.
Wie bereits erwähnt, ist es für den Rotor vorteilhaft, diesen außenseitig mit einer Zahnung auszubilden, wobei sich in der Praxis als Verhältnis der Zahnbreite zu der Breite der zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen ausgebil deten Zahnlücke vorteilhafter Weise 1 : 1 ergeben hat. Jedoch können auch andere Verhältnisse vorgesehen sein.As already mentioned, it is advantageous for the rotor to form this outside with a toothing, wherein in practice as the ratio of the tooth width to the Width of the formed between successive teeth deten tooth gap has advantageously 1: 1. However, other relationships can also be provided.
Auch der Rotor kann in einfacher Weise hergestellt und an gewünschte bauliche Gegebenheiten angepaßt werden, wenn er aus einem einzelnen Rotorblech oder einem Paket ge schichteter, kongruenter Rotorbleche gebildet ist, wie das im Zusammenhang mit der Ausgestaltung der Erreger spulen erläutert wurde.The rotor can also be manufactured and attached in a simple manner desired structural conditions are adjusted if he from a single rotor plate or a package stratified, congruent rotor plates is formed, such as this in connection with the design of the pathogen coils was explained.
Um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, dem der Rotor nacheilt, ist eine Fortschaltung der einzelnen Erreger spulen notwendig. Während einer Beschleunigungszeit ist jeweils nur eine von allen vorhandenen Erregerspulen aktiviert. Die Umschaltung zur Aktivierung der nächsten Erregerspule kann dann entweder synchron und/oder asyn chron erfolgen. Um im ersten Fall die Erregerspulen bzw. die Stärke des durch sie erzeugten magnetischen Feldes steuern zu können, muß die Ausrichtung der Zahnung des Rotors relativ zu der jeweiligen Erregerspule bekannt sein. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem Stator zumindest ein die Ausrichtung des Rotors erfassen der Sensor zugeordnet ist, der ein entsprechendes Posi tionssignal an eine Steuerungselektronik für die Erreger spule abgibt. Als Sensor kann beispielsweise ein Induk tivgeber, ein Hallsensor oder jeder andere berührungslose Detektor verwendet werden, der die Anzahl der am Sensor vorbeibewegten Zähne des Rotors erfaßt und ein ent sprechendes Zählsignal an die Steuerungselektronik über mittelt. Aufgrund dieses Zählsignals werden die Erreger spulen zum exakt richtigen Zeitpunkt über Leistungstran sistoren durchgeschaltet. Durch einfache Umschaltung der Spulenreihenfolge, zum Beispiel durch Rückwärtszählen oder Teiltausch der Reihenfolge läßt sich in einfacher weise die Drehrichtung des Motors ändern. Da die genannte Steuerung auf der leistungsschwachen Steuerseite der Elektronik geschieht, können aufwendige und teure Lei stungsschalter entfallen.To create a rotating magnetic field that the rotor lagging behind is a progression of the individual pathogens winding necessary. During an acceleration time only one of all available excitation coils activated. Switching to activate the next one Excitation coil can then be either synchronous and / or asyn chronological. In the first case, the excitation coils or the strength of the magnetic field generated by them To be able to control the alignment of the teeth of the Rotors known relative to the respective excitation coil be. This is achieved in that the Stator at least one detect the orientation of the rotor the sensor is assigned to a corresponding posi tion signal to control electronics for the exciters dispenses coil. An induc tiv encoder, a Hall sensor or any other non-contact Detector used, the number of the sensor passing teeth of the rotor detected and a ent speaking counting signal to the control electronics averages. Because of this count signal, the exciters spool through power oil at exactly the right time sistors switched through. By simply switching the Coil order, for example by counting down or partial swapping of the order can be done more easily change the direction of rotation of the motor. Because the said Control on the underperforming tax side of the Electronics happens, can be complex and expensive lei No need for a switch.
Bei der asynchronen Arbeitsweise wird dem Motor ein rotierendes Magnetfeld vorgegeben, was durch einen exter nen Taktgenerator erfolgen kann, und der Motor versucht, dem Magnetfeld hinterherzueilen.In the asynchronous mode of operation, the motor is turned on rotating magnetic field specified by an external clock generator and the engine tries to to run after the magnetic field.
In beiden Fällen ist eine einfache und ausgesprochen kostengünstige Drehzahlregelung durch Spannungsregelung an der Leistungsseite und/oder durch Taktfrequenzvorga ben, zum Beispiel von einem Eprom, einem Generator etc. möglich. Darüberhinaus kann vorgegeben sein, nur jeden n-ten Impuls des Sensors weiterzuverarbeiten, wodurch der Motor ein vorgegeben verändertes Leistungsverhalten erfährt.In both cases it is simple and pronounced Cost-effective speed control through voltage regulation on the power side and / or by clock frequency ben, for example from an Eprom, a generator, etc. possible. In addition, it can be specified, only everyone to process the nth pulse of the sensor, whereby the Engine a predetermined changed performance experiences.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß auf der Achse, d. h. auf der gleichen Achswelle in ver schiedenen Axialebenen, mehrere gleich- oder verschieden artige Rotoren mit einem gegenseitigen Versatz in Dreh richtung angeordnet sind, denen jeweils zumindest ein Stator zugeordnet ist. Auf diese Weise wird einerseits eine übermäßige Flächenausdehnung nur eines Rotors bei steigender Anzahl der Erregerspulen vermieden, anderer seits sind die Gleichlaufeigenschaften des Motors durch das nunmehr in drei Dimensionen wirksame, wandernde Magnetfeld wesentlich verbessert. Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß sich durch Änderung der Ausgestaltung und der Anzahl der Rotoren und der Erregerspulen die Kenngrößen des Motors in weiten Grenzen variieren lassen, wobei lediglich standardisierte Bauteile verwendet wer den, die eine kostengünstige Serienfertigung ermöglichen. Dies wird durch den Aufbau der Rotoren und/oder der Erregerspulen aus jeweils zumindest einem, vorzugsweise mehreren Rotor- bzw. Spulenblechen noch unterstützt. Bei Verwendung mehrerer Rotoren muß nicht jedem Rotor ein o.g. Positionssensor zugeordnet sein, wenn der gegensei tige Winkelversatz der Rotoren in Drehrichtung bekannt ist.In a further development of the invention it can be provided that on the axis, d. H. on the same axle shaft in ver different axial planes, several identical or different like rotors with a mutual offset in rotation direction are arranged, each of which at least one Stator is assigned. This way, on the one hand an excessive surface area of only one rotor increasing number of excitation coils avoided, others on the one hand, the synchronism properties of the engine are through the now wandering, effective in three dimensions Magnetic field significantly improved. Another advantage it follows that by changing the design and the number of rotors and excitation coils Allow engine parameters to vary within wide limits, where only standardized components are used the one that enables cost-effective series production. This is due to the structure of the rotors and / or Excitation coils each of at least one, preferably several rotor or coil plates are still supported. At Using multiple rotors does not have to be one rotor o.g. Position sensor to be assigned if the opposite angular offset of the rotors in the direction of rotation is known is.
Vorzugsweise weisen die Rotoren unterschiedliche Abmes sungen, insbesondere eine unterschiedliche Zähnezahl und/oder unterschiedliche Zahnbreiten und/oder unter schiedliche Lückenbreiten auf und ihnen kann eine unter schiedliche Anzahl von Erregerspulen mit gegebenenfalls unterschiedlichem Versatzmaß zugeordnet sein. Auf diese Weise ist eine direkte Auswertung und Ansteuerung möglich und es ergibt sich ein sicheres Anlaufverhalten in jeder Position, ein höheres Drehmoment bei erhöhter Schrittzahl bzw. Sensorimpulsfrequenz, eine schnelle, gleichförmige Beschleunigung und eine konstruktiv einfache Steuerung.The rotors preferably have different dimensions solutions, especially a different number of teeth and / or different tooth widths and / or under different gap widths and you can one under different number of excitation coils with if necessary be assigned to different offsets. To this Direct evaluation and control is possible in this way and there is a safe start-up behavior in everyone Position, a higher torque with an increased number of steps or sensor pulse frequency, a fast, uniform Acceleration and a structurally simple control.
Es ist festzuhalten, daß die Charakteristik des Motors sowohl einen Synchronbetrieb, einen Asynchronbetrieb und auch einen gemischten Betrieb erlaubt. Darüber hinaus kann ein Gleichlauf beliebig vieler Motoren im Parallel betrieb durch gegenseitige Steuerung der Motoren erreicht werden. It should be noted that the characteristics of the engine both a synchronous operation, an asynchronous operation and mixed operation is also permitted. Furthermore can synchronize any number of motors in parallel operation achieved through mutual control of the motors will.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:Further details and features of the invention are from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. It demonstrate:
Fig. 1a bis 1d die grundsätzliche Funktions weise des Reluktanz-Motors in schematischer Darstellung, FIG. 1a to 1d, the basic function as the reluctance motor in a schematic representation;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Reluktanz-Motors mit zwei Erregerspulen, Fig. 2 is a schematic representation of a reluctance motor with two exciting coils,
Fig. 3 einen Reluktanz-Motor mit drei Erregerspulen, Fig. 3 shows a reluctance motor having three excitation coils,
Fig. 4 einen Reluktanz-Motor mit fünf Erregerspulen und Sen soren und Fig. 4 shows a reluctance motor with five excitation coils and sensors and sen
Fig. 5 einen Schnitt durch einen Rotor mit Kunststoffkern. Fig. 5 shows a section through a rotor with a plastic core.
Die Fig. 1a bis 1d zeigen einen Reluktanz-Motor, der einen aus Metall und insbesondere Eisen bestehenden Rotor 11 aufweist, der auf einer nicht näher dargestellten Achse 13 angebracht und über diese drehbar gelagert ist. Auf seiner Umfangsfläche ist der Rotor 11 mit gleichmäßig verteilten Zähnen 15 versehen, wobei die Breite ZB der Zähne 15 der Breite ZL der zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen ausgebildeten Zahnlücken 15a entspricht. Figs. 1a to 1d show a reluctance motor, which has a group consisting of metal and in particular iron rotor 11 that is mounted on a not shown axis 13 and rotatably supported on this. On its circumferential surface the rotor is provided with evenly spaced teeth 15 11, wherein the width Eg of the teeth 15 of the width of the ZL formed between successive teeth tooth spaces corresponding to 15 a.
Nahe der Umfangsfläche des Rotors 11 ist eine einen Stator 12 bildende Erregerspule 14 angeordnet, die eine U-förmige Gestalt besitzt, wobei ihre freien Schenkel 14a und 14b dem Rotor 11 zugewandt sind. Die Schenkel 14a und 14b sind in nicht dargestellter Weise umwickelt und bilden somit Spulen. Wenn die Wicklungen von Strom durch flossen sind, stellt sich eine Magnetfeld ein, wobei einer der Schenkel den Nordpol und der andere Schenkel den Südpol bildet. Die Stärke des möglichen Magnetfeldes ist durch die Strichstärke der schematisch dargestellten Magnetfeldlinie M angedeutet.Arranged near the circumferential surface of the rotor 11 is an excitation coil 14 , which forms a stator 12 and has a U-shaped shape, its free legs 14 a and 14 b facing the rotor 11 . The legs 14 a and 14 b are wrapped in a manner not shown and thus form coils. When the windings of current flow through, a magnetic field is established, one of the legs forming the north pole and the other leg forming the south pole. The strength of the possible magnetic field is indicated by the line width of the schematically represented magnetic field line M.
Wie Fig. 1a zeigt, befindet sich der Rotor 11 relativ zur Erregerspule 14 nicht im "magnetischen Gleichge wicht", da die Zähne 15 nicht symmetrisch zu den Schenkeln 14a und 14b ausgerichtet sind. Der Rotor 11 hat das Bestreben, die Position minimaler Reluktanz einzunehmen, weshalb auf ihn ein Drehmoment wirkt, das in Fig. 1a symbolisch mit einem Pfeil angedeutet ist. Zur Verdeut lichung der Drehbewegung des Rotors 11 ist einer der Zähne mit einem Punkt gekennzeichnet.As shown in Fig. 1a, the rotor 11 is relative to the excitation coil 14 not in the "magnetic Gleichge weight", since the teeth 15 are not aligned symmetrically to the legs 14 a and 14 b. The rotor 11 tends to assume the position of minimal reluctance, which is why a torque acts on it, which is symbolically indicated in FIG. 1a by an arrow. To illustrate the rotation of the rotor 11 , one of the teeth is marked with a dot.
In der in Fig. 1b dargestellten Lage befindet sich der Rotor 11 in der magnetischen Gleichgewichtslage. Das Magnetfeld kommt hier am stärksten zur Geltung, da die größtmögliche Menge des ferromagnetischen Materials des Rotors im direkten Magnetfluß liegt. Um den Motor nicht abzubremsen, wird die Erregerspule und somit das Magnet feld in dieser Stellung abgeschaltet.In the position shown in FIG. 1b, the rotor 11 is in the magnetic equilibrium position. The magnetic field comes into its own here most, since the greatest possible amount of the ferromagnetic material of the rotor lies in the direct magnetic flux. In order not to brake the motor, the excitation coil and thus the magnetic field is switched off in this position.
Der Rotor 11 läuft aufgrund seiner Massenträgheit und/oder der Wirkung anderer, nicht dargestellter Erre gerspulen weiter, bis er die Position gemäß Fig. 1c erreicht, in der ein Zahn mittig zwischen den Schenkeln 14a und 14b der Erregerspule 14 angeordnet ist. In dieser Stellung wirkt das Magnetfeld nicht oder nur in sehr geringem Maße, da die Angriffsfläche des Rotors sehr gering ist. Hierbei ist das Magnetfeld noch ausgeschal tet, da der Rotor noch ausreichend Schwung besitzt. Sobald der Rotor 11 die in Fig. 1c dargestellte Mittel stellung passiert hat, wird die Erregerspule 14 wieder aktiviert, so daß sich ein Magnetfeld aufbaut, das auf den Rotor ein Drehmoment ausübt, wie in Zusammenhang mit Fig. 1a erläutert wurde. Anschließend beginnt der Zyk lus, wie er in den Fig. 1a bis 1d dargestellt ist, erneut.The rotor 11 runs due to its inertia and / or the effect of other, not shown excitation gerspulen until it reaches the position shown in FIG. 1c, in which a tooth is arranged centrally between the legs 14 a and 14 b of the excitation coil 14 . In this position, the magnetic field does not work or only to a very small extent, since the surface of the rotor is very small. Here the magnetic field is still switched off since the rotor still has sufficient momentum. As soon as the rotor 11 has passed the central position shown in FIG. 1c, the excitation coil 14 is reactivated, so that a magnetic field builds up, which exerts a torque on the rotor, as explained in connection with FIG. 1a. The cycle then begins again, as shown in FIGS . 1a to 1d.
Um einen möglichst gleichmäßigen Lauf des Rotors zu erhalten, sollten über den Umfang mehrere Erregerspulen verteilt angeordnet sein. Wie Fig. 2 zeigt, sind bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Erregerspulen vorgesehen, deren Aufbau in Zusammenhang mit Fig. 1 bereits erläutert wurde. Dabei muß sichergestellt sein, daß die Erregerspulen 14 in jeder Position des Rotors 12 andere Relativpositionen zu den ihnen zugewandten Zähnen des Rotors einnehmen. Dies wäre bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem der Rotor eine gerade Anzahl von Zähnen besitzt, nicht der Fall, wenn die beiden Erregerspulen diametral gegenüberliegend angeordnet wären. Es ist deshalb vorgesehen, zwischen den beiden Erregerspulen einen geringfügigen, von der diametralen 180°-Lage abweichenden Versatz vorzusehen. Der Versatz ist nicht notwendig, wenn der Quotient aus der Anzahl der Rotorzähne und der Anzahl der Erregerspulen unganzzahlig ist. Die Funktionsweise des in Fig. 2 dargestellten Reluktanzmotors entspricht der des Motors gemäß den Fig. 1a bis 1d.In order to keep the rotor running as evenly as possible, several excitation coils should be arranged distributed over the circumference. As shown in FIG. 2, two excitation coils are provided in the exemplary embodiment shown here, the structure of which has already been explained in connection with FIG. 1. It must be ensured that the excitation coils 14 assume different positions relative to the teeth of the rotor facing them in each position of the rotor 12 . In the exemplary embodiment shown, in which the rotor has an even number of teeth, this would not be the case if the two excitation coils were arranged diametrically opposite one another. It is therefore envisaged to provide a slight offset which deviates from the diametrical 180 ° position between the two excitation coils. The offset is not necessary if the quotient of the number of rotor teeth and the number of excitation coils is an integer. The mode of operation of the reluctance motor shown in FIG. 2 corresponds to that of the motor according to FIGS. 1a to 1d.
Die Erregerspulen 14 weisen relativ zum Rotor 18 einen geometrischen Versatz auf. Die Steuerelektronik schaltet die erste Erregerspule zu dem im Zusammenhang mit den Fig. 1a bis 1d erläuterten Zeitpunkt. Die durch Aus schalten der ersten Erregerspule negativ induzierte Rückschlagspannung wird in die zweite Erregerspule umge leitet und zur weiteren Beschleunigung des Rotors 11 ausgenutzt.The excitation coils 14 have a geometric offset relative to the rotor 18 . The control electronics switches the first excitation coil at the point in time explained in connection with FIGS. 1a to 1d. The flashback voltage induced negatively by switching off the first excitation coil is diverted into the second excitation coil and used for further acceleration of the rotor 11 .
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unter scheidet sich von dem vorgenannten Ausführungsbespiel lediglich dadurch, daß drei Erregerspulen 14 über den Umfang des Rotors 11 verteilt sind, wobei auch hier durch entsprechenden gegenseitigen Versatz der Erregerspulen 14 sichergestellt ist, daß diese jeweils unterschiedliche Relativpositionen zu den ihnen in einem betrachteten Zustand zugewandten Zähnen des Rotors einnehmen. Auch in diesem Fall ist der Versatz nicht notwendig, wenn der Quotient aus der Anzahl der Rotorzähne und der Anzahl der Erregerspulen unganzzahlig ist.The embodiment shown in Fig. 3 differs from the aforementioned exemplary embodiment only in that three excitation coils 14 are distributed over the circumference of the rotor 11 , and here, too, is ensured by corresponding mutual offset of the excitation coils 14 that these each have different relative positions to the teeth facing them in a considered state of the rotor. In this case, too, the offset is not necessary if the quotient of the number of rotor teeth and the number of excitation coils is an integer.
Fig. 4 zeigt einen Reluktanz-Motor 10 mit fünf, über den Umfang des Rotors 12 gleichmäßig verteilten Erregerspulen 14, die jeweils einen gegenseitigen Versatz von 720 aufweisen. Zwischen den Erregerspulen ist jeweils ein Sensor 17 in Form beispielsweise einer Reflexlicht schranke vorgesehen, die das an den Rotorzähnen 15 re flektierte Licht erfaßt und somit genaue Informationen über die aktuelle Ausrichtung des Rotors 12 liefert. Um das Reflexionsverhalten der Zähne 15 von dem der Zahn lücken 15a deutlich zu unterscheiden, sind die Rotorzähne 15 auf ihrer Außenseite weiß oder reflektierend lackiert, während die Zahnlücken mit einer absorbierenden Beschich tung, insbesondere einer matt-schwarzen Lackierung verse hen sind. Die Sensoren 17 geben ein Steuersignal an eine nicht dargestellte Steuerungselektronik, die die Erregung und somit den Magnetfluß in den Erregerspulen 14 steuert. FIG. 4 shows a reluctance motor 10 with five excitation coils 14 , which are evenly distributed over the circumference of the rotor 12 and each have a mutual offset of 720. Between the excitation coils, a sensor 17 is provided in the form of, for example, a reflected light barrier, which detects the light reflected on the rotor teeth 15 and thus provides precise information about the current orientation of the rotor 12 . In order to clearly distinguish the reflection behavior of the teeth 15 from that of the tooth gaps 15 a, the rotor teeth 15 are painted white or reflective on their outside, while the tooth gaps are provided with an absorbent coating, in particular a matt black coating. The sensors 17 give a control signal to a control electronics, not shown, which controls the excitation and thus the magnetic flux in the excitation coils 14 .
Alternativ dazu können sämtliche zur Positions- und Bestimmungserkennung der einzelnen Rotorzähne geeigneten Sensoren verwendet werden, was der Auswahlfreiheit der Sensoren zur Funktionssicherheit in Abhängigkeit des jeweiligen Anforderungsprofils dient.Alternatively, all of the position and Appropriate identification of the individual rotor teeth Sensors are used, which the freedom of choice Functional safety sensors depending on the serves the respective requirement profile.
Fig. 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Ro tors. Während bei den bisher genannten Ausführungsbei spielen der Rotor vollständig aus Metall besteht und insbesondere durch Schichtung einer Vielzahl mit Metall blechen zu einem Paket gebildet ist, ist bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Kunststoffkern 18 vorgesehen, der außenseitig von einem metallenen, gezahn ten Ring 19 umgeben ist, der an schematisch dargestellten Befestigungspunkten 16 mit dem Kunststoffkern 18 verbun den ist. Die außenliegenden, relativ zum Kunststoffkern 18 größere Masse des gezahnten Rings 19 verleiht dem Rotor sehr gute Laufeigenschaften. Der Kunststoffkern 18 ist von der Achse 13 durchdrungen, die ebenfalls aus Kunststoff bestehen und mit dem Kunststoffkern 18 ein stückig verbunden sein kann. Fig. 5 shows an alternative embodiment of a ro tor. While in the previously mentioned Ausführungsbei play the rotor consists entirely of metal and is formed in particular by layering a plurality of metal sheets to form a package, a plastic core 18 is provided in the embodiment shown in Fig. 5, the outside of a metal, toothed th Ring 19 is surrounded, the verbun at schematically illustrated attachment points 16 with the plastic core 18 is the. The external, relatively larger mass of the toothed ring 19 relative to the plastic core 18 gives the rotor very good running properties. The plastic core 18 is penetrated by the axis 13 , which also consist of plastic and can be integrally connected to the plastic core 18 .
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