DE19848790A1 - Motor mit geschalteter Reluktanz sowie Motorsteuerungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor mit geschalteter Reluk­ tanz (mit geschaltetem magnetischem Widerstand) und spezi­ eller betrifft sie einen billigen Motor mit geschalteter Reluktanz, der als universeller Industriemotor verwendet werden kann. Die Erfindung betrifft auch einen derartigen Motor, der als Hochgeschwindigkeitsmotor geeignet ist, wobei bei derartigen Motoren die Zentrifugalkraft hinsichtlich der Rotorstabilität, bei nicht massivem Rotor ein Problem dar­ stellt. Die Erfindung betrifft ferner ein Motorsteuerungs­ system.

Wenn im Folgenden von einer in Grad ausgedrückten Breite die Rede ist, ist darin eine winkelbezogene Ausdehnung entlang der Drehrichtung des Rotors zu verstehen. Wenn von Statorpo­ len oder Rotorpolen die Rede ist, sind darunter jeweils vor­ stehende Pole zu verstehen.

Um die Hochdrehzahl-Welle einer Werkzeugmaschine, z. B. ei­ nes Bearbeitungszentrums, zu drehen, benötigt ein Motor einen Rotor mit einem Durchmesser von ungefähr 100 mm und mindestens 30.000 U/Min.

Bei der angegebenen Verwendung ist es derzeit üblich, einen Induktionsmotor einzusetzen. Damit der Rotor der Zentrifu­ galkraft standhält, wird sein Schlitz häufig geschlossen ge­ halten, und die Spulenenden am Rotor sind häufig verstärkt.

Jedoch sind diese herkömmlichen Systeme teuer, und sie ver­ wenden in unvermeidlicher Weise eine verstärkte Struktur, die nur die zweitbeste Lösung ist, wobei einiges an Motor­ eigenschaften geeignet ist.

Es erfolgten Versuche zum Verbessern der Strukturen derarti­ ger herkömmlicher verstärkter Motoren. Zu diesem Zweck sind Untersuchungen an Motoren mit geschalteter Reluktanz, be­ treffend ihre Möglichkeiten hinsichtlich erhöhter Rotorfes­ tigkeit, üblich, wobei einige der sich ergebenden Ideen in die Praxis überführt sind.

Ein typisches Beispiel solcher herkömmlicher Motoren mit ge­ schalteter Reluktanz ist in Fig. 23 der beigefügten Zeich­ nungen dargestellt. In Fig. 24 ist ein Ansteuerungsalgorith­ mus für den Motor veranschaulicht. Ein Rotor 2 liegt in Form eines einfachen Laminatkörpers vor, der aus mehreren axial angeordneten Siliziumstahlscheiben besteht. Wegen der erhöh­ ten Festigkeit des Rotors 2 bietet dieser herkömmliche Motor eine Handhabe zum Erzielen hoher Drehzahlen.

Ein Stator 1 des Motors von Fig. 23 verfügt über sechs Pole 20 mit jeweils einer Breite von ungefähr 30°. Sechs Wicklun­ gen sind mit jeweils einer Windung an einem jeweiligen der Pole 20 des Stators angebracht. Der Rotor 2 verfügt über vier Pole 21 mit jeweils einer Breite von ungefähr 30°.

Im Betrieb werden zum Erzeugen eines Drehmoments in Gegen­ uhrzeigerrichtung in Fig. 23 Ströme so zugeführt, daß sie in den mit TC1, TC2 sowie TF1, TF2 bezeichneten Wicklungen fließen, um die Rotorpole anzuziehen. Dabei sind die in die Wicklungen TC1, TC2 fließenden Ströme sowie die in die Wick­ lungen TF1, TF2 fließenden Ströme einander entgegengesetzt, so daß durch den Rotor 2 unbeeinflußte Magnetflüsse hin­ durchlaufen. Ferner endet die Erzeugung des Drehmoments, wenn die Rotorpole die den Wicklungen TC1, TC2 zugeordneten Statorpole erreicht haben, wenn sich der Rotor 2 in Gegen­ uhrzeigerrichtung dreht. Dabei nähern sich diejenigen Rotor­ pole, die den genannten in Gegenuhrzeigerrichtung am nächs­ ten sind, den Statorpolen, denen die mit TE1, TE2 gekenn­ zeichneten Wicklungen zugeordnet sind; wenn den Wicklungen TC1, TC2 kein Strom zugeführt wird, während den Wicklungen TE1, TE2 sowie TB1, TB2 ein Strom zugeführt wird, wird ein Drehmoment in Gegenuhrzeigerrichtung erzeugt. Demgemäß wer­ den ausreichende Drehmomente erzeugt, wenn geeignete aufein­ anderfolgende Ströme so zugeführt werden, daß sie nachein­ ander in den einzelnen Statorwicklungen fließen.

In ähnlicher Weise werden zum Erzeugen eines Drehmoments in Uhrzeigerrichtung in Fig. 23 Ströme so zugeführt, daß sie in den durch TB1, TB2 gekennzeichneten Wicklungen so flie­ ßen, daß die Rotorpole angezogen werden.

Eine Änderung des zu erzeugenden Drehmoments hängt vom Strom durch jede Wicklung und der Relativposition des Stators und Rotors ab, hängt jedoch im Prinzip nicht von der Drehzahl des Rotors ab.

Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 5, die eine übliche, bei der Erfindung zu verwendende Schaltung zeigt, ein prakti­ sches Beispiel eines Leistungsverstärkerabschnitts eines An­ steuerungssystems für den Motor mit geschalteter Reluktanz gemäß Fig. 23 beschrieben. Eine Wicklung WA entspricht den Wicklungen TA1, TA2 von Fig. 23, und eine Wicklung WD ent­ spricht den Wicklungen TD1, TD2 von Fig. 23; diese zwei Wicklungen WA, WD weisen einander entgegengesetzte Wick­ lungsrichtungen auf. Der Strom IAD, wie er in den Wicklungen WA, WD fließen soll, wird durch eine PWM(Impulsbreitenmodu­ lation)-Steuerung unter Verwendung der Differenz zwischen einem Sollstrom und dem Iststrom IAD wie bei einer normalen, nicht dargestellten Motorstromregelung genau in Bezug auf den Stromsollwert geregelt. Gemäß mikroskopischer Betrach­ tungsweise wird dadurch eine Spannung an die Wicklungen WA, WD angelegt, daß Transistoren 8, 9 in den EIN-Zustand über­ führt werden, so daß der Strom IAD zunimmt. Wenn die Tran­ sistoren 8, 9 auf den AUS-Zustand geschaltet werden, werden durch den zu diesem Zeitpunkt fließenden Strom hervorgerufe­ ne magnetische Energie und dynamische Energie über Dioden 10, 11 an Gleichspannungsquellen VS, VL zurückgeliefert, um den Strom zu verringern. Wenn der vorstehende Vorgang wie­ derholt wird, kann der mittlere Strom der Ströme IAD in Be­ zug auf den Stromsollwert kontrolliert werden. Die Stromre­ gelung für die restlichen zwei Phasen erfolgt auf dieselbe Weise.

Von den in den Fig. 5 und 23 zum Bezeichnen der Wicklungen und Ströme verwendeten Symbolen kennzeichnen die Buchstaben A, B, C, D, E, F die einzelnen Statormagnetpole des Motors.

Der Ansteuerungsalgorithmus für den Motor mit geschalteter Reluktanz gemäß Fig. 23 ist in Fig. 24 veranschaulicht. Die horizontale Achse RA kennzeichnet die Winkelposition des Ro­ tors in Fig. 23. Um ein Drehmoment in Gegenuhrzeigerrichtung zu erzeugen, werden Ströme mit den Eigenschaften der Fig. 24a, 24b und 24c durch die zugehörigen Wicklungen ge­ schickt. Um ein Drehmoment in Uhrzeigerrichtung zu erzeugen, werden die Ströme mit den Eigenschaften der Fig. 24d, 24e und 24f durch die zugehörigen Wicklungen geschickt. In jedem Fall führt eine größere Stromamplitude zu einem größeren Drehmoment.

Zu Vorteilen herkömmlicher Motoren mit geschalteter Reluk­ tanz gehören die folgenden: (1) die Herstellkosten sind ge­ ring, da die Motorstruktur einfach ist und insbesondere die Struktur der Statorwicklungen einfach ist; (2) die Gesamt­ länge des Motors ist relativ klein, da die Spulenenden der Statorwicklungen verkürzt werden können; (3) Drehung mit ho­ her Drehzahl kann auf physikalische Weise erzielt werden, da der Rotor ausreichende Festigkeit aufweist; und (4) die Treiberschaltung kann vereinfacht werden, da der Ansteue­ rungsalgorithmus einfach ist, so daß nur unidirektionaler Stromfluß erforderlich ist.

Jedoch gehen mit derartigen herkömmlichen Motoren bestimmte Nachteile einher. Z. B. ist ein Kontrollalgorithmus dazu er­ forderlich, die Beziehung zwischen der zugeführten elektri­ schen Energie und der innerhalb des Motors angesammelten ma­ gnetischen Energie und der mechanischen Ausgangsenergie zu glätten, um große Drehmoment-Welligkeiten zu beseitigen. Bei der Bemühung, dieses Problem zu überwinden, wurde ein Strom­ regelungsverfahren vorgeschlagen, bei dem der Strom so kom­ pensiert wird, daß Drehmoment-Welligkeiten kompensiert wer­ den, wobei der kompensierte Strom dann den zugehörigen Wick­ lungen zugeführt wird. Jedoch erzeugt dieses vorgeschlagene Stromregelungsverfahren zusätzliche Probleme. Ferner würde das durch die einzelnen Statorpole erzeugte intermittierende Drehmoment zusammen mit den Drehmoment-Welligkeiten zu einer Statorverformung beitragen, wodurch Schwingungen und Geräu­ sche während des Motorbetriebs vergrößert wären. Wie es aus den Eigenschaften der Fig. 24a bis 24f erkennbar ist, ist es tatsächlich möglich, ein Drehmoment entgegengesetzt zum gewünschten zu erzeugen.

Für Drehung mit hoher Geschwindigkeit ist ein Stromschalter sehr hoher Geschwindigkeit wesentlich. Auch müssen die Zu­ führung und Rückgewinnung der magnetischen Energie innerhalb des Motors häufig ausgeführt werden, wodurch nur ein be­ grenzter Leistungsfaktor erzielbar ist.

Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Motor mit geschalteter Reluktanz und ein verbessertes Steue­ rungssystem zu schaffen, die die oben beschriebenen Probleme überwinden.

Diese Aufgabe ist hinsichtlich des Motors durch die Lehren der unabhängigen Ansprüche 1, 2, 4 und 7 gelöst, und sie ist hinsichtlich des Motorsteuerungssystems durch die Lehren der unabhängigen Ansprüche 10 und 12 gelöst.

Als allgemeines, vorteilhaftes Merkmal zeigt der verbesserte Motor, ausgehend vom Gesichtspunkt eines Grundalgorithmus her, weniger Drehmoment-Welligkeit, da an den einzelnen Ro­ torpolen zu erzeugende Momente für die Rotorachse kontinu­ ierlich sein können.

Bei einer speziellen Motorstruktur der Erfindung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, sind Erregerwicklungen unabhängig von Drehmomentwicklungen mit jeweils einer Windung für jeden Statorpol vorhanden, und den Erregerwicklungen aller Stator­ pole werden Erregerströme zugeführt, wie es in Fig. 4 darge­ stellt ist.

Alternativ können die Erregerwicklungen an den einzelnen Statorpolen weggelassen sein, und stattdessen kann an jedem Statorpol ein Permanentmagnet vorhanden sein, wie es in Fig. 9 dargestellt ist.

Wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, beträgt die Breite der Statorpole ungefähr 30°, und es liegen sechs Sta­ torpole vor. Außerdem beträgt die Breite der Rotorpole 40°, mit einem Strukturversatz von 5°, und die Anzahl der Rotor­ pole beträgt 4.

Dieser Motor kann mit einem Drehmoment-Regelungsabschnitt zum Regeln eines Drehmomentstroms, wie er in jeder Drehmo­ mentwicklung des Stators fließen soll, versehen sein.

Die Erregerwicklungen können weggelassen sein, und die Dreh­ momentwicklung kann einen Drehmomentstrom-Regelungsabschnitt zum Überlagern des Erregerstroms für die Drehmomentwicklung aufweisen.

Um jeden Statorpol sind zwei Sätze von Wicklungen ange­ bracht, und Transistoren werden in den EIN-Zustand über­ führt, um einem Satz von Statorwicklungen Spannung und Strom zuzuführen, um den Strom zu erhöhen. Um den Strom zu ernied­ rigen, wird ein Transistor in den AUS-Zustand überführt, um Energie über eine Diode mittels der durch den anderen Satz von Statorwicklungen induzierten Spannung, wobei die Wick­ lungen elektromagnetisch gekoppelt sind, an die Spannungs­ quellen zurückzuliefern, wodurch der Statorgesamtstrom ver­ ringert wird.

Als Maßnahme zum Minimieren von Drehmoment-Welligkeiten ist der Rotor oder Stator axial in mehrere Teile unterteilt, die in der Drehrichtung um 1/2 des Zyklus der Frequenzkomponente der vom Motor erzeugten Drehmoment-Welligkeiten verschoben sind.

Für Drehung mit hoher Drehzahl führen Zwischenabgriffe der um die Statorpole herum angebrachten Wicklungen nach außen, oder an jedem Statorpol sind zwei oder mehr Sätze von Wick­ lungen angebracht, und der Motor ist mit einer Umschaltstufe versehen, um zwischen einem ersten Zustand, in dem diese Wicklungen in Reihe geschaltet sind, und einem zweiten Zu­ stand umzuschalten, in dem eine Wicklung mit einem Teil ei­ ner anderen Wicklung verbunden ist.

Bei einer anderen speziellen Motorstruktur, wie sie in Fig. 17 dargestellt ist, umfaßt der Stator sechs Statormagnetpo­ le mit einer Breite, die kleiner als 60° ist, jedoch im We­ sentlichen 60° entspricht. Um jeden Statormagnetpol herum sind Erregerwicklungen angebracht. Diese Erregerwicklungen sind auf solche Weise in Reihe geschaltet, daß jedes be­ nachbarte Paar Erregerwicklungen entgegengesetzte Wicklungs­ richtung aufweist (in invertiert-serieller Verbindung). Um die Statormagnetpole herum angebrachte Drehmomentwicklungen sind von dreiphasigem Typ, und sie sind um 180° regelmäßig voneinander beabstandet. Diese Drehmomentwicklungen bilden ein Paar mit invertiert-serieller Verbindung, und sie stehen einander in Bezug auf den Drehmittelpunkt des Rotors diame­ tral gegenüber. Der Rotor verfügt über zwei Rotorpole mit einer Breite von 60 bis 120°.

Ein beispielhaftes Regelungssystem für den Motor ist mit einer Drehmomentstrom-Ansteuerungsschaltung versehen, die dafür sorgt, daß dann, wenn ein Solldrehmoment positiv ist, ein Strom mit einer dem Solldrehmoment entsprechenden Stärke in der Drehmomentwicklung des Statormagnetpols fließt, an der sich das Ende der zugehörigen Rotorpole in Gegenuhrzei­ gerrichtung befindet, und die dafür sorgt, wenn das Soll­ drehmoment negativ ist, daß der Strom in den Drehmoment­ wicklungen des Statorpols fließt, an denen das Ende der zu­ gehörigen Rotorpole in Uhrzeigerrichtung liegt.

Es wird auch ein Regelungsalgorithmus zum Verändern eines Drehmomentstroms vorgeschlagen.

Bei einem anderen speziellen Motor mit geschalteter Reluk­ tanz sind gemeinsame Wicklungen mit jeweils einer Windung für jeden Statorpol vorhanden, die sowohl als Erreger- als auch Drehmomentwicklungen dienen.

Ein anderes Beispiel eines Regelungssystems für den Motor verfügt über eine Stromtreiberschaltung für eine gemeinsame Wicklung zum Erzielen eines Erregerstroms in solcher Weise, daß der Motor gemäß einem Erregersollsignal erregt wird, um einen Drehmomentstrom in solcher Weise zu erhalten, daß er eine dem Solldrehmoment entsprechende Stärke aufweist, wo­ durch ein Drehmoment in Gegenuhrzeigerrichtung repräsentiert ist, wenn der Wert positiv ist, und wobei der Strom in der gemeinsamen Wicklung jedes Statorpols fließt, an dem das Ende des zugehörigen Pols in Gegenuhrzeigerrichtung liegt, wenn das Solldrehmoment positiv ist, oder am Ende des zuge­ hörigen Pols in Uhrzeigerrichtung liegt, wenn das Solldreh­ moment negativ ist, wobei dafür gesorgt wird, daß ein zu­ sammengesetzter Strom, der die Summe aus dem Erregerstrom und dem Drehmomentstrom ist, in jeder gemeinsamen Wicklung fließt.

Bei einem speziellen Aufbau des Motors, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, sind Erregerwicklungen mit jeweils einer Windung an jedem der Statorpole vorhanden, und sie sind in Reihe geschaltet, und den entsprechenden Erregerwicklungen aller Statorpole werden Erregerströme zugeführt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.

Alternativ können die Erregerwicklungen von den einzelnen Statorpolen weggelassen werden, und stattdessen kann jeweils ein Permanentmagnet an einem Statorpol vorhanden sein, wie in Fig. 9 dargestellt, um den Motor zu erregen.

Wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, beträgt die Breite eines Statorpols ungefähr 30°, und die Anzahl dersel­ ben beträgt 6. Die Breite der Rotorpole beträgt 40°, mit einem Strukturversatz von 5°, und die Anzahl derselben be­ trägt 4.

Ein Steuerungssystem, das dafür sorgt, daß in jeder Stator­ drehmomentwicklung im Motor mit geschalteter Reluktanz ein Drehmomentstrom fließt, steuert die Amplitude des Drehmo­ mentstroms entsprechend dem Drehwinkel des Rotors. Diese Stromamplitudensteuerung, nämlich die Stromvariation, wird durch einen Stromsteuerungsabschnitt zum Verändern des Stroms durch die Drehmomentwicklung jedes Statorpols ausge­ führt, während der zugehörige Rotorpol genau in oder außer­ halb gegenüberstehender Beziehung zum Statorpol über seine Umfangsfläche steht. Genauer gesagt, ist der Stromsteue­ rungsabschnitt so betreibbar, daß er, während kraftvollem Betrieb, einen Drehmomentstrom in den Drehmomentwicklungen an jedem Statorpol auf solche Weise steuert, daß die Strom­ stärke des Drehmomentstroms ausgehend von null auf eine Stromstärke IP1 entsprechend einem Drehmoment-Sollwert TCM ansteigt, während jeder Statorpol innerhalb der Breite der zugehörigen Rotoraussparung liegt, daß der Drehmomentstrom in der entsprechenden Drehmomentwicklung fließt, um ein Drehmoment zu erzeugen, während jeder Rotorpol jeden Stator­ pol erreicht, wie er von der entsprechenden Drehmomentwick­ lung umgeben ist, und daß der Drehmomentstrom ausgehend von der Stromstärke IP1 auf null verringert wird, während jeder Statorpol innerhalb der Breite des zugehörigen Rotorpols liegt, und um auch, während eines Rückgewinnungsvorgangs, den Drehmomentstrom in der Statorwicklung jedes Statorpols auf solche Weise zu steuern, daß der Drehmomentstrom in der Statorwicklung fließt, wenn seine Stromstärke von null auf eine einem Drehmoment-Sollwert TCM entsprechende Drehmoment­ stromstärke IP1 ansteigt, während jeder Rotorpol innerhalb der Breite des zugehörigen Statorpols liegt, daß ein Rück­ gewinnungs-Drehmoment erzeugt wird, während jeder Rotorpol vom zugehörigen, von der Drehmomentwicklung umgebenen Sta­ torpol wegbewegt wird, und daß der Drehmomentstrom in den Statorwicklungen an jedem Statorpol ausgehend von der Dreh­ momentstromstärke IP1 auf null verringert wird, während je­ der Statorpol innerhalb der Breite der zugehörigen Rotoraus­ sparung liegt, wenn jeder Statorpol vom zugehörigen Rotorpol wegbewegt wird.

Alternativ können die Erregungswicklungen weggelassen und der Erregerstrom kann in den Drehmomentswicklungen überla­ gert werden. Der Vorteil dieser Alternative ist es, daß die Motorwicklungsstruktur und die Treiberschaltungsstruktur beim Fehlen von Erregerwicklungen vereinfacht sind. Anderer­ seits wird die Belastung der Erregerstromkomponente von der Treiberschaltung für den Drehmomentstrom getragen, die je­ doch großen Schaltungsumfang hat.

Bei einer Motorstruktur ohne Erregerwicklung kann die Erre­ gerstromkomponente zum Erzeugen eines Drehmoments entgegen zum Solldrehmoment weggelassen werden.

Um jeden Statorpol herum sind zwei Sätze von Wicklungen an­ gebracht, und Transistoren werden in den EIN-Zustand über­ führt, um einem Satz von Statorwicklungen Spannung und Strom zur Stromerhöhung zuzuführen. Um den Strom zu erniedrigen, wird der Transistor in den AUS-Zustand überführt, um den Spannungsquellen über eine Diode mittels der durch den ande­ ren Satz von Statorwicklungen, die elektromagnetisch gekop­ pelt sind, induzierten Spannung Energie zurückzuliefern, um dadurch den Gesamtstatorstrom zu verringern.

Als Maßnahme zum Minimieren von Drehmoment-Welligkeiten kann der Rotor oder der Stator axial in Hälften unterteilt sein, die in der Drehrichtung um 1/2 des Zyklus der Frequenzkompo­ nente der vom Motor erzeugbaren Drehmoment-Welligkeiten ver­ setzt sind. Ferner wird ein ähnlich unterteilter Rotor oder Stator diesem unterteilten Rotor oder Stator überlagert, um ein Doppelpaarlaminat auszubilden, bei dem das folgende Paar in der Drehrichtung um 1/2 des Zyklus der Frequenzkomponente in Bezug auf das vorangehende Paar versetzt ist. Das Ergeb­ nis liegt darin, daß die zwei Frequenzkomponenten der Dreh­ moment-Welligkeiten weiter minimiert werden können.

Für Drehung mit hoher Drehzahl sind Zwischenabgriffe der um die Statorpole angebrachten Wicklungen nach außen geführt, oder zwei oder mehr Sätze von Wicklungen sind an jedem Sta­ torpol angebracht, und der Motor ist mit einer Umschaltstufe zum Umschalten zwischen einem ersten Zustand, in dem diese Wicklungen in Reihe geschaltet sind, und einem zweiten Zu­ stand, in dem eine Wicklung mit einem Teil einer anderen Wicklung verbunden ist, versehen. So ist es durch Steuern der Niederspannungswicklungen möglich, eine Drehung mit ho­ her Drehzahl zu steuern.

Obwohl die Polarität jedes Rotorpols von der Winkelposition des Rotors abhängt, liefert ein Zweipolrotor dauernd kon­ stanten Magnetfluß. Daher ist es möglich, die magnetische Energie innerhalb des Motors unabhängig von der Drehposition des Rotors im Wesentlichen konstant zu machen. Wenn der Er­ regerstrom zugeführt wird, damit er in allen in Reihe ge­ schalteten Erregerwicklungen fließt, verringert sich für einige der Erregerwicklungen der magnetische Fluß abhängig von der Drehung des Rotors, wodurch eine negative Spannung erzeugt wird, während gleichzeitig der magnetische Fluß in den restlichen Erregerwicklungen zunimmt, um eine positive Spannung zu erzeugen. Demgemäß ist die Gesamtspannung an den in Reihe geschalteten Erregerwicklungen nur der Spannungsef­ fekt des Wicklungswiderstands, so daß im Wesentlichen keine Spannung erzeugt wird, die eine Variation des magnetischen Flusses verursacht. Demgemäß reicht eine sehr einfache Erre­ gungssteuerung des Treibersystems aus. Was den Spalt zwi­ schen benachbarten Statormagnetpolen betrifft, ist dessen schlechter Einfluß klein, wenn er klein ist, und selbst wenn er groß ist, ist es möglich, den schlechten Einfluß durch Versetzen des Rotors oder Stators zu minimieren.

Da eine Drehmomenterzeugung durch magnetische Anziehung er­ zielt wird, ist es möglich, ein gewünschtes Drehmoment an einem Statormagnetpol, der einem Rotorpol gegenübersteht, dadurch zu erzeugen, daß der Drehmomentwicklung des Stator­ magnetpols ein Drehmomentstrom zugeführt wird. Durch sukzes­ sives Wiederholen dieses Vorgangs hinsichtlich der Drehmo­ mentwicklungen der restlichen Statormagnetpole können auf­ einanderfolgende Drehmomente erzielt werden.

Der Statormagnetpol liegt vollständig innerhalb oder außer­ halb einer Gegenüberstehungsbeziehung hinsichtlich der ge­ samten Umfangsflächen des zugehörigen Rotorpols, d. h., daß keine Induktionsspannung in den Wicklungen erzeugt wird. Durch Variieren des Stroms durch die Drehmomentwicklungen unter Verwendung des Drehwinkelbereichs ist es möglich, eine Stromsteuerung mit weniger Drehmoment-Welligkeiten auszufüh­ ren.

Ferner werden als Maßnahme zum Verringern der Gesamtkosten des Motors mit geschalteter Reluktanz und des Treibersystems mehrere Rückgewinnungswicklungen an jedem Statormagnetpol angebracht. Um einen Teil der magnetischen Energie des Sta­ tormagnetpols zum Antreiben des Rotors zu nutzen und um ei­ nen Teil der restlichen magnetischen Energie an die Span­ nungsquelle zurückzuliefern, besteht eine Motorenergie-Rück­ gewinnungsschaltung aus mehreren Dioden, die jeweils zwi­ schen einer Rückgewinnungswicklung und der Spannungsquelle des Motors in Reihe geschaltet sind. Jede Diode verfügt über eine mit der Niederspannungsseite der Spannungsquelle ver­ bundene Anode und eine mit der Hochspannungsseite der Span­ nungsquelle verbundene Kathode. Diese Motorenergie-Rückge­ winnungsschaltung hat einfache Struktur, da die Anzahl ent­ weder der Leistungstransistoren oder der Dioden auf 3 ver­ ringert werden kann, im Vergleich mit 6 bei einer herkömmli­ chen Rückgewinnungsschaltung.

Die Prinzipien der Erfindung sind bei Anwendung auf einen Motor mit geschalteter Reluktanz und ein zugehöriges Steue­ rungssystem von besonderem Nutzen, und bevorzugte Ausfüh­ rungsbeispiele derselben werden nun im Einzelnen unter Be­ zugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Beispiels eines typi­ schen erfindungsgemäßen Motors mit geschalteter Reluktanz;

Fig. 2 ist ein Diagramm, das Oberflächen von Rotorpolen des Motors von Fig. 1 als Abwicklung in eine Ebene in der Dreh­ richtung des Motors zeigt;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motorsteuerungssystems zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Feldstrom- Steuerabschnitts FD zeigt;

Fig. 5 ist ein Schaltbild, das eine Stromverstärkerschaltung PW eines Stromsteuerungsabschnitts zeigt;

Fig. 6 ist ein Kurvenbild, das die magnetischen Eigenschaf­ ten des Magnetmaterials des Motors zeigt;

Fig. 7a bis 7f sind Diagramme zu Steuerungseigenschaften des erfindungsgemäßen Steuerungssystems;

Fig. 8a bis 8f sind Diagramme zu Steuerungseigenschaften des erfindungsgemäßen Steuerungssystems;

Fig. 9 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Mo­ tors mit geschalteter Reluktanz;

Fig. 10 ist eine Schnittansicht eines anderen erfindungsge­ mäßen Motors mit geschalteter Reluktanz;

Fig. 11a bis 11f sind Diagramme zu Steuerungseigenschaf­ ten des erfindungsgemäßen Steuerungssystems;

Fig. 12a bis 12f sind Diagramme zu Steuerungseigenschaf­ ten des erfindungsgemäßen Steuerungssystems;

Fig. 13 ist eine Schnittansicht noch eines anderen erfin­ dungsgemäßen Motors mit geschalteter Reluktanz;

Fig. 14 ist ein Schaltbild, das Wicklungen einer Spannungs­ verstärkerschaltung PW sowie diese Schaltung bei einem er­ findungsgemäßen Motor mit geschalteter Reluktanz zeigt;

Fig. 15a bis 15g sind Diagramme zu Steuerungseigenschaf­ ten des erfindungsgemäßen Steuerungssystems;

Fig. 16 ist ein Diagramm, das den Aufbau der Wicklungen ei­ nes erfindungsgemäßen Motors mit geschalteter Reluktanz zeigt;

Fig. 17 ist eine Schnittansicht, die einen Motor gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, der durch ein erfindungsgemäßes Steuerungssystem gesteuert wird;

Fig. 18a bis 18e sind Diagramme zu Steuerungseigenschaf­ ten des erfindungsgemäßen Steuerungssystems;

Fig. 19a bis 19e sind Diagramme zu Steuerungseigenschaf­ ten des erfindungsgemäßen Steuerungssystems;

Fig. 20 ist eine Schnittansicht, die einen anderen Motor zeigt, der noch ein anderes Ausführungsbeispiel bildet, das durch das erfindungsgemäße Steuerungssystem zu steuern ist;

Fig. 21 ist ein Blockdiagramm, das ein Motorsteuerungssystem gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 22a bis 22d sind Diagramme zu Steuerungseigenschaf­ ten des erfindungsgemäßen Steuerungssystems;

Fig. 23 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Motors mit geschalteter Reluktanz und

Fig. 24a bis 24f sind Diagramme zu Steuerungseigenschaf­ ten des herkömmlichen Motors mit geschalteter Reluktanz.

Die Bezugszahl 1 in Fig. 1 bezeichnet einen einen Rotor um­ gebenden Stator, der mit sechs Statorpolen 20 versehen ist, von denen jeder eine Breite von im Wesentlichen 30° auf­ weist. Um jeden Statorpol 20 herum sind Erregerwicklungen und Drehmomentwicklungen angebracht. Innerhalb der Erreger­ wicklungen gilt folgende Zusammenfassung:

• - WAF: HA3, HA4;
• - WBF: HB3, HB4;
• - WCF: HC3, HC4;
• - WDF: HD3, HD4;
• - WEF: HE3, HE4; und
• - WFF: HF3, HF4.

Innerhalb der Drehmomentwicklungen gilt folgende Zusammen­ fassung:

• - WAT: HA1, HA2;
• - WBT: HB1, HB2;
• - WCT: HC1, HC2;
• - WDT: HD1, HD2;
• - WET: HE1, HE2; und
• - WFT: HF1, HF2.

Dabei bezeichnen A, B, C, D, E und F die einzelnen Statorpo­ le.

Sowohl der Stator 1 als auch der Rotor besteht aus Silizium­ stahlscheiben, die entlang ihren Achsen aufeinanderlaminiert sind.

Der Rotor ist mit vier um eine Rotorwelle 2 herum angeordne­ ten Rotorpolen 21 versehen, die jeweils eine Breite von un­ gefähr 40° aufweisen und einzeln während des Laminiervor­ gangs um 5° versetzt wurden.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Umfangsflächen der vier Ro­ torpole in Abwicklung in die Drehrichtungsebene des Rotors zeigt. Demgemäß beträgt die Breite jedes Rotorpols ein­ schließlich der versetzten Teile ungefähr 50°, wie in Fig. 2 dargestellt.

Fig. 3 zeigt ein Drehzahl-Regelungssystem für den Motor. NRM bezeichnet dabei den Motor von Fig. 1.

E bezeichnet einen Codierer zum Erfassen des Drehwinkels des Rotors, um ein Positionserfassungssignal PS auszugeben.

PSC bezeichnet einen Geschwindigkeits-Erfassungsabschnitt zum Erfassen eines Geschwindigkeitssignals VEL auf Grundlage des Positionserfassungssignals PS.

VC bezeichnet einen Geschwindigkeits-Steuerungsabschnitt aus einem Geschwindigkeitsregler VCC, der ein Drehmoment-Soll­ signal TCM auf Grundlage eines eingegebenen Geschwindig­ keits-Sollwerts VCM sowie das Geschwindigkeitssignal VEL enthält, sowie aus einem Feldstromregler FCC besteht, der den Geschwindigkeits-Sollwert VCM und das Geschwindigkeits­ signal VEL erhält und einen Feldstrom-Sollwert FCM ausgibt.

FD bezeichnet einen Feldstrom-Steuerungsabschnitt, der dafür sorgt, daß der Feldstrom ID an den Motor NRM in Überein­ stimmung mit dem Feldstrom-Sollwert FCM steht. Der Feld­ strom-FCM ist ein konstanter Wert, wenn sich der Motor NRM mit einer Drehzahl unter einem vorbestimmten Grundwert dreht, und es ist ein allmählich mit der Drehzahl des Motors abnehmender Wert, wenn diese Drehzahl größer als der Grund­ wert ist. Dies, da die Motorinduktionsspannung unter die Versorgungsspannung fällt, wenn die Drehzahl größer als der Grundwert ist. Das typische, sogenannte Felddämpfungs-Steue­ rungsverfahren zum Verringern des Feldstrom-Sollwerts FCM abhängig von der Drehzahl ist ein Verfahren, bei dem der Feldstrom-Sollwert FCM eine Kehrwertfunktion der Drehzahl des Motors ist, wenn die Drehzahl über dem Grundwert liegt. Wenn der Drehmoment-Sollwert klein ist, ist er als kleiner Feldstrom-Sollwert nicht nur hinsichtlich einer möglichen Erwärmung des Motors wirkungsvoll, sondern auch zum Minimie­ ren einer möglichen Drehmoment-Welligkeit.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Weise zeigt, gemäß der eine Leistungsschaltung mit den einzelnen Erregerwicklungen im Feldstrom-Steuerungsabschnitt FD verbunden ist. Jede Erre­ gerwicklung WAF, WBF, WCF, WDF, WEF, WFF, wie sie um einen jeweiligen Statorpol herum angebracht sind, ist umgekehrt in Bezug auf diejenigen an den benachbarten Statorpolen gewi­ ckelt, so daß jedes benachbarte Paar von Statorpolen als N- und S-Pol gepolt ist, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wenn ein Gleichstrom durch diese Erregerwicklungen fließt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Die Bezugszahl 5 bezeichnet eine Feldstrom-Regelungsschaltung zum geeigneten Regeln eines Feldstroms ID. 6 bezeichnet einen Treibertransistor und 4 bezeichnet eine Schwungraddiode.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, bleibt die Fläche derjeni­ gen Teile, in denen die Rotorpole den Statorpolen gegenüber­ stehen, unabhängig von der Drehposition des Rotors konstant, und jeder Statorpol ist als N- oder S-Pol polarisiert, so daß der Absolutwert des magnetischen Flusses immer konstant ist, obwohl die Polarität desselben abhängig von der Winkel­ position des Rotors zwischen N- und S-Pol wechselt. Wenn ein Erregerstrom in den einzelnen Erregerwicklungen fließt, die alle in Reihe geschaltet sind, ändert sich der Gesamtmagnet­ fluß des Motors selbst dann nicht, wenn sich der Motor dreht, und daher nimmt in einigen Erregerwicklungen der ma­ gnetische Fluß ab, wodurch eine negative Spannung erzeugt wird, während gleichzeitig in anderen Erregerwicklungen der magnetische Fluß ansteigt, wodurch eine positive Spannung erzeugt wird. Dies sorgt dafür, daß die Gesamtspannung der in Reihe geschalteten Erregerwicklungen einen Spannungsef­ fekt auf die Widerstandskomponente der Wicklungen hat, je­ doch aufgrund einer Änderung des magnetischen Flusses im We­ sentlichen keinerlei Spannung erzeugt. Daher reicht eine sehr einfache Erregungssteuerung durch den Feldstrom-Steue­ rungsabschnitt aus, wie in Fig. 4 dargestellt. Ferner ist, wenn ein solcher Widerstand der Erregerwicklungen ausgewählt wird, daß (Spannung VS-VL) = (Erregerstrom ID)×(Gesamtwi­ derstand der Erregerwicklungen) gilt, nur ein Verbinden der Erregerwicklungen mit der Spannungsquelle erforderlich, so daß auch die Erregerschaltung FD von Fig. 4 nicht erforder­ lich ist.

Dasselbe Ergebnis, wie es oben beschrieben ist, kann auch dann erzielt werden, wenn jede der dreiphasigen Erregerwick­ lungen in zwei Sätze unterteilt ist und jeweils mit einer Erregerstrom-Treiberschaltung verbunden ist. Für die Erre­ gerschaltung FD besteht keine Beschränkung auf die in Fig. 4 dargestellte Konfiguration.

Der Funktionsvorteil des Motors von Fig. 1 besteht darin, daß, da zwischen den Erregerwicklungen automatisch magneti­ sche Energie ausgetauscht wird, die Belastung des Drehmo­ mentstrom-Regelungssystems im Vergleich zum Fall des her­ kömmlichen Konzepts verringert ist, bei dem die Spannungsbe­ lastung der Erregerstrom-Treiberschaltung im herkömmlichen Steuerungssystem zunimmt, insbesondere bei einer Steuerung bei hohen Drehzahlen.

Der Effekt, daß kein Drehmoment erzeugt wird, beruht da­ rauf, daß die magnetische Energie gewährleistet, daß an entgegengesetzten Enden des Rotors erzeugte positive und ne­ gative Drehmomente einander aufheben. Daher wird im Motor insgesamt kein Drehmoment aufgrund eines magnetischen Wider­ stands erzeugt, während in den Erregerwicklungen nur ein Er­ regerstrom fließt. Wenn ein Statorpol und ein Rotorpol ge­ geneinander hin oder voneinander weg bewegt werden, tritt in ihrem Grenzbereich eine leichte Diskontinuität auf, jedoch ist eine Drehmoment-Welligkeit im Wesentlichen klein. Ein möglicher negativer Einfluß dieser Drehmoment-Welligkeit kann dadurch minimiert werden, daß der Rotor oder Stator versetzt wird.

Wie es unten beschrieben ist, kann ein Drehmoment dadurch erzeugt werden, daß ein Drehmomentstrom addiert wird, wäh­ rend der Erregerstrom in den Erregerwicklungen fließt. Dabei ist der Leistungsfaktor des Drehmomentstroms groß, da der Strom und die Spannung hinsichtlich der zeitlichen Phase im Wesentlichen zusammenfallen.

TC bezeichnet einen Drehmoment-Regelungsabschnitt, der auf das Drehmoment-Sollsignal TCM und das Positionserfassungs­ signal PS reagiert, um einzelne Phasenstrom-Sollwerte IADS, IBES, ICFS für den Motor NRM sowie Spannungs-Mitkopplungs­ signale VAD, VBE, VCF für die einzelnen Phasen als Endspan­ nung jeder Phase auszugeben.

TD bezeichnet einen Stromregelungsabschnitt, der pro Phase die Differenz zwischen den erfaßten Werten des Stromsoll­ werts IADS und des Stroms IAD erhält, um einen Prozeß, wie eine PI-Regelung durch einen Stromregler ICR auszuführen, wobei er dann das Spannungsmitkopplungssignal VAD addiert und das Spannungs-Sollwertsignal an die Leistungsverstärker­ schaltung PW ausgibt. Dieser Ablauf wird auch für die rest­ lichen Phasen ausgeführt.

Die Leistungsverstärkerschaltung PW reagiert, für die Phase des Stroms IAD, auf die Eingabe des Spannungs-Sollwertsig­ nals, um die unten beschriebenen Transistoren 8, 9 der Fig. 5 durch einen ganz normalen PWM-Vorgang anzusteuern, und sie liefert einen Strom IAD an den Motor NRM.

Fig. 5 zeigt die Art, gemäß der die Leistungsschaltungen der Leistungsverstärkerschaltung PW mit den einzelnen Drehmo­ mentwicklungen des Stators verbunden sind. WAT bezeichnet die mit HA1, HA2 gekennzeichneten Drehmomentwicklungen, und WDT bezeichnet die mit HD1, HD2 gekennzeichneten Drehmoment­ wicklungen. 8 und 9 bezeichnen Treibertransistoren, und 10, 11 bezeichnen Rückgewinnungs-Schwungraddioden. Die Drehmo­ mentwicklungen WAT und WDT sind zueinander entgegengesetzt gewickelt und in Reihe geschaltet. Die Stromrichtung der Er­ regerwicklungen sowie die Stromrichtung der Drehmomentwick­ lungen in jedem Statorpol stimmen überein. Wenn der Drehmo­ mentstrom IAD fließt, werden die Transistoren 8, 9 einge­ schaltet; wenn die Transistoren 8, 9 ausgeschaltet sind, wird der Strom IAD über die Schwungraddioden 10, 11 an die Spannungsquellen VS, VL zurückgeliefert. VL ist eine Bezugs­ potentialleitung für die Leistungsschaltungen.

Im Ergebnis dieser PWM-Steuerung wird der Strom IAD hin­ sichtlich des durch die PWM-Steuerung verarbeiteten Strom­ sollwert IADS pulsierend, jedoch wird der allgemeine Strom entsprechend dem Sollwert geregelt. Demgemäß stimmt die mittlere Stromstärke mit dem Strom-Sollwert IADS überein.

Hinsichtlich einer Stromregelung für den Strom IBE der Wick­ lungen WBT, WET sowie für den Strom ICF der Wicklungen WCT, WFT führt die Leistungsverstärkerschaltung PW denselben Pro­ zeß wie für den Strom IAD aus.

Nun wird die Beziehung zwischen dem Erregerstrom und dem Drehmomentstrom und der magnetischen Energie innerhalb des Motors quantitativ beschrieben. Fig. 6 ist ein Kurvenbild, das magnetische Eigenschaften des Motors als Modell zeigt; die Horizontalkoordinate zeigt die elektromotorische Kraft H, und die Vertikalkoordinate zeigt die Magnetflußdichte B. Wenn der Erregerstrom auf solche Weise in den Erregerwick­ lungen fließt, daß die elektromotorische Kraft den Wert H0 aufweist, hat die Magnetflußdichte im erregten Magnetkreis des Motors den Wert B0, wobei der Arbeitspunkt X0 ist. Die magnetische Energie innerhalb des magnetischen Kreises ist durch ein Dreieck OX0B0 angegeben. Wenn der Drehmomentstrom aufgrund der Differenz zwischen H1 und H0 in den Drehmoment­ wicklungen fließt, wird der Arbeitspunkt auf X1 verschoben, so daß die Änderung der magnetischen Energie innerhalb des Motors klein ist, nämlich 0 in Fig. 6. Demgemäß ist die In­ duktivität klein, und die Steuerbarkeit ist hoch, da nämlich die Änderung des magnetischen Flusses aufgrund des Drehmo­ mentstroms bei der Änderungssteuerung des Drehmomentstroms klein ist.

In den Fig. 7a bis 7f sowie 8a bis 8f ist die Bezie­ hung zwischen der Drehmomenterzeugung und dem Strom in einer einzelnen Drehmomentwicklung als Charakteristikbeziehung zwischen der einzelnen Stromstärke und dem Drehwinkel RA dargestellt.

In Fig. 1 bezeichnet RA den Winkel zwischen der horizontalen Mittellinie des Rotors und dem Ende der Drehung des Rotor­ pols in Gegenuhrzeigerrichtung.

Die Beziehung zwischen der Drehmomenterzeugung und dem Strom in einer einzelnen Drehmomentwicklung ist in den Fig. 7a bis 7f sowie 8a bis 8f als Charakteristikbeziehung zwischen der einzelnen Stromstärke und dem Drehwinkel RA dargestellt.

Zunächst hat der Wert des Erregerstroms ID unabhängig vom Drehwinkel RA den konstanten Wert ID1.

Wenn angenommen wird, daß der Drehwinkel RA allmählich aus­ gehend von null zunimmt, anders gesagt, daß dich der Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, wird ein konstantes Drehmo­ ment erzeugt, da die einzelnen Ströme in den entsprechenden Wicklungen mit einer Phasendifferenz von 60° hinsichtlich des Rotordrehwinkels RA fließen, wie es in den Fig. 7a, 7b und 7c dargestellt ist. In den Fig. 7d, 7e und 7f ist der Bereich des Rotordrehwinkels RA von 30 bis 150° vergrößert dargestellt, und in Beziehung hierauf erfolgt nun eine detaillierte Beschreibung. Durchgezogene Linien reprä­ sentieren den fließenden Strom, und strichpunktierte Linien repräsentieren die durch die Drehmomentwicklung induzierte Spannung.

Die Beschreibung beginnt mit der durch die Wicklung jeder Phase induzierten Spannung.

Wenn sich der Rotor mit konstanter Drehzahl in der Gegenuhr­ zeigerrichtung CCW dreht, ist die durch die Drehmomentwick­ lungen WAT, WDT induzierte Spannung proportional zum Ände­ rungsverhältnis des jede Wicklung durchsetzenden magneti­ schen Flusses. Daher wird, wie es in Fig. 7d dargestellt ist, während sich RA im Bereich von 30 bis 35° befindet, eine negative Spannung erzeugt, wenn der versetzte Teil am Ende des Rotors gegenüber der Position verstellt wird, in der er dem Statorpol gegenübersteht. Innerhalb eines Be­ reichs von 35 bis 60° wird eine konstante Spannung -V1 indu­ ziert, wenn der Rotorpol gegenüber der Position verstellt wird, in der er dem Statorpol gegenübersteht, und innerhalb des Bereichs von 60 bis 65° nimmt die Spannung allmählich auf null ab, wenn das Ende des versetzten Teils des Rotor­ pols gegenüber dem gegenüberstehenden Statorpol verstellt wird. Innerhalb des Bereichs von 65 bis 75° wird keine Span­ nung erzeugt, wenn der Rotorpol nicht dem Statorpol gegen­ übersteht; innerhalb des Bereichs von 75 bis 80° steigt er­ neut eine positive Spannung an, wenn der versetzte Teil am Ende des Rotors innerhalb der Breite des gegenüberstehenden Statorpols positioniert wird; schließlich wird im Bereich von 80 bis 105° eine konstante Spannung V1 induziert, wenn der Rotorpol durch die Drehung mit zunehmender Überlappungs­ breite gegenübersteht. Innerhalb des Bereichs von 105 bis 110° nimmt die Spannung allmählich auf null ab, wenn das En­ de des versetzten Teils des Rotors in Gegenuhrzeigerrichtung (CCW) gegenüber dem Statorpol verstellt wird; und innerhalb des Bereichs von 110 bis 120° wird keine Spannung erzeugt, da der Statorpol innerhalb der Breite des Rotorpols liegt. Dann wird der Prozesszyklus wiederholt.

Als nächstes wird der Strom durch die Drehmomentwicklungen WAT, WDT beschrieben. Als praktisches Verfahren, das sich mit dem Stromfluß beschäftigt, wird der Strom so gesteuert, daß er sich innerhalb des Zeitbereichs ändert, in dem keine Spannung erzeugt wird, was bewirkt, daß kein Drehmoment auftritt. Da die Form der Stromänderung einen Einfluß auf das Motordrehmoment innerhalb dieser Zeitspanne hat, ist es möglich, den Strom stark und leicht zu ändern, wenn die Ma­ ximalspannung anliegt. Der Strom wird von null auf IP1 er­ höht, während sich der Rotordrehwinkel RA im Bereich von 60 bis 75° befindet, und dann wird er konstant auf IP1 gehal­ ten, während sich RA im Bereich von 75 bis 110° befindet, und schließlich wird er von IP1 auf null gesenkt, während sich RA im Bereich von 110 bis 120° befindet. Da die Leis­ tung das Produkt aus dem Strom und der Spannung ist, wird ein Drehmoment proportional zur Spannung innerhalb des RA-Bereichs von 75 bis 110° erzeugt, wenn dem Motor Energie zu­ geführt wird.

Die Spannung und der Strom hinsichtlich der restlichen Dreh­ momentwicklungen WBT, WET sind in Fig. 7e dargestellt. Ih­ re Phasen sind um 60° gegenüber denjenigen gemäß Fig. 7d versetzt. In ähnlicher Weise sind die Spannung und der Strom für die Drehmomentwicklungen WCT, WFT in Fig. 7f darge­ stellt, und ihre Phasen sind um 120° gegenüber denen von Fig. 7d verzögert. Das Gesamtdrehmoment der drei Phasen gemäß den Fig. 7a, 7b und 7c hat unabhängig vom Dreh­ winkel des Rotors einen konstanten Wert.

Nun wird die Art beschrieben, gemäß der ein der Stromampli­ tude IP1 entsprechendes Drehmoment in Uhrzeigerrichtung kon­ tinuierlich erzeugt wird, wenn sich der Rotor in der Gegen­ uhrzeigerrichtung CCW dreht. Dies ist der Fall, da der Motor einen Rückgewinnungsvorgang ausführt.

Zunächst hat der Erregerstrom ID unabhängig vom Drehwinkel RA konstant den Wert ID1.

Wenn angenommen wird, daß der Drehwinkel RA allmählich aus­ gehend von null zunimmt, d. h., daß sich der Rotor in Ge­ genuhrzeigerrichtung dreht, wird ein konstantes Drehmoment erzeugt, da in den entsprechenden Wicklungen einzelne Strom­ flüsse mit einer Phasendifferenz von 60° bezüglich des Ro­ tordrehwinkels RA vorliegen, wie es in den Fig. 8a, 8b und 8c dargestellt ist. Der Bereich des Rotordrehwinkels RA von 30 bis 150° ist in den Fig. 8d, 8e und 8f ver­ größert dargestellt, und nun erfolgt unter Bezugnahme auf diese Figuren eine detaillierte Beschreibung. Durchgezogene Linien repräsentieren den fließenden Strom, während gestri­ chelte Linien die durch die Drehmomentwicklung induzierte Induktionsspannung repräsentieren.

Die durch die Wicklungen der einzelnen Phasen induzierten Induktionsspannungen sind bezüglich der Drehrichtung und des Erregerstroms dieselben wie diejenigen gemäß den Fig. 7d, 7e und 7f.

Als nächstes wird der Strom durch die Drehmomentwicklung WAT, WDT beschrieben. Gemäß einem praxisgerechten Verfahren, das sich mit dem Stromfluß beschäftigt, wird der Strom so gesteuert, daß er sich innerhalb des Zeitbereichs ändert, in dem keine Spannung erzeugt wird, was dafür sorgt, daß kein Drehmoment auftritt. Die Richtung des Drehmoments ist entgegengesetzt zu der im Fall gemäß den Fig. 7a bis 7f, und demgemäß ist die zeitliche Lage für den Stromfluß eben­ falls entgegengesetzt.

Gemäß Fig. 8d wird der Erregerstrom auf dem konstanten Wert IP1 gehalten, während sich der Rotordrehwinkel RA im Bereich von 30 bis 65° befindet, und dann wird er im Bereich von 65 bis 75° von IP1 auf null verringert und schließlich im Bereich von 75 bis 110° auf null gehalten und im Bereich von 110 bis 120° von null auf IP1 erhöht. Da die Leistung das Produkt aus dem Strom und der Spannung ist, ist die Leistung im Bereich von 75 bis 110° negativ, so daß Energie an die Spannungsquelle zurückgeliefert wird und in diesem Bereich ein Bremsdrehmoment erzeugt wird. Die Stärke dieses Bremsdrehmoments ist proportional zur Spannung.

Die Spannung und der Strom der restlichen Drehmomentwicklun­ gen WBT, WET sind dergestalt, wie es in Figur Be darge­ stellt ist, und ihre Phasen sind um 60° gegenüber denjenigen gemäß Fig. 8d verzögert. In ähnlicher Weise sind die Span­ nung und der Strom der Drehmomentwicklungen WCT, WFT derge­ stalt, wie es in Fig. 8f dargestellt ist, und ihre Phasen sind um 120° gegenüber denjenigen gemäß Fig. 8d verzögert. Das Gesamtdrehmoment der drei Phasen gemäß den Fig. 8a, 8b und 8c hat unabhängig vom Drehwinkel des Rotors einen negativen konstanten Wert. Demgemäß wird ein konstantes Bremsdrehmoment erzeugt.

Von den Induktionsspannungen, die in den Fig. 7d bis 7f sowie 8d bis 8f durch strichpunktierte Linien darge­ stellt sind, kann die Induktionsspannung während des Strom­ flusses in jeder Phase als Spannungsmitkopplungssignal VAD, VBE, VCF behandelt werden.

Die Drehmomenterzeugung steht in Zusammenhang mit dem Strom in jeder Phase sowie mit der Drehposition, jedoch besteht kein Zusammenhang mit der Drehrichtung und der Drehzahl.

Fig. 9 zeigt einen anderen Motor mit geschalteter Reluktanz gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der Motor von Fig. 9 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß die Erregerwicklungen weggelas­ sen sind und stattdessen Permanentmagnete 22 in jeden Sta­ torpol eingesetzt sind, um elektromotorische Kräfte zu er­ zeugen. Das Ansteuerungssystem und das Steuerungsverfahren für diesen Motor sind im Wesentlichen denen für den Motor von Fig. 1 ähnlich. Beim Fehlen der Erregerwicklungen kann ein verbesserter Motorwirkungsgrad erzielt werden. Ferner ist der Motor dieses Ausführungsbeispiels als Servomotor ge­ eignet, der im Fall eines Spannungsausfalls oder im Notfall durch eine dynamische Bremse angehalten werden muß. Beim Motor von Fig. 1, der frei von einem Permanentmagnet ist, ist es schwierig, eine dynamische Bremse auszubilden.

Fig. 10 zeigt noch einen anderen Motor mit geschalteter Re­ luktanz gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.

Beim Motor von Fig. 10 sind die Erregerwicklung und die Drehmomentwicklung an einem Stator als Verbundwicklung kom­ biniert, in der die Summe aus dem Erreger- und Drehmoment­ strom fließt.

Ein nicht dargestelltes Drehzahl-Regelungssystem für diesen Motor ist identisch mit dem von Fig. 3, mit der Ausnahme, daß der Feldstrom-Regelungsabschnitt weggelassen ist und stattdessen im Drehmoment-Regelungsabschnitt auch die Erre­ gerstromkomponente für jede Statorwicklung erhalten wird und zur Drehmomentstromkomponente addiert wird, um einzelne Strom-Sollwerte IADS, IBES, ICFS zu erzeugen.

In den Fig. 11a bis 11f ist die Beziehung zwischen der Drehmomenterzeugung und dem Strom in einer einzelnen Drehmo­ mentwicklung als Charakteristikbeziehung zwischen der ein­ zelnen Stromstärke und dem Drehwinkel RA dargestellt.

Nun wird die Art beschrieben, gemäß der kontinuierlich ein Drehmoment in Gegenuhrzeigerrichtung erzeugt wird, das der Stromamplitude IP1 entspricht.

Wenn der Drehwinkel RA allmählich ausgehend von null zu­ nimmt, d. h., wenn sich der Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, werden die Ströme IAD, IBE, ICF durch die einzelnen Statorwicklungen so eingestellt, wie dies in den Fig. 11a, 11b und 11c dargestellt ist. Der Bereich des Rotordreh­ winkels RA von 30 bis 150° ist in den Fig. 11d, 11e und 11f mit vergrößertem Maßstab dargestellt.

Zunächst sind die durch die gestrichelten Linien in den Fig. 11d, 11e und 11f dargestellten Induktionsspannungen, hinsichtlich der zusammengesetzten Ströme, identisch mit de­ nen der Fig. 7d, 7e und 7f mit der Ausnahme, daß der Strom IAD, IBE, ICF durch jede Statorwicklung die Summe aus jedem Strom gemäß Fig. 7d, 7e und 7f sowie der Erre­ gerstromkomponente ID1 ist. Die erhaltene Drehmomentcharak­ teristik ist ebenfalls identisch mit der der Fig. 7d, 7e und 7f, mit der Ausnahme, daß die Strombelastung jedes Transistors in der Leistungsverstärkerschaltung PW von Fig. 5 erhöht ist, wenn dieser Motor durch das Drehzahl-Rege­ lungssystem kontrolliert ist, wobei die Tendenz besteht, daß Schwingungen und Geräusche des Motors zunehmen, wenn die Stromregelung im Drehzahl-Regelungssystem durch den Lastteil des Erregerstroms bei Drehung mit hoher Drehzahl gegenüber dem Idealwert verzögert ist.

Die Fig. 12a bis 12f sind zeitbezogene Diagramme, die die Art zeigen, gemäß der der Motor von Fig. 10 durch ein Steuerungsverfahren kontrolliert wird, das von dem der Fig. 11a bis 11f verschieden ist.

Beim Steuerungsverfahren der Fig. 11a bis 11f wird kein Drehmoment in Richtung des Drehmoment-Sollwerts erzeugt, aber selbst dort existiert eine Stromkomponente zum Erzeugen eines umgekehrten Drehmoments. Demgemäß hat beim Steuerungs­ verfahren der Fig. 12a bis 12f die Stromkomponente die­ ses umgekehrten Drehmoments den Wert null.

Als nächstes wird die Art beschrieben, gemäß der kontinuier­ lich ein Drehmoment in Gegenuhrzeigerrichtung erzeugt wird, das der Stromamplitude IP1 entspricht.

Wenn der Drehwinkel RA allmählich von null aus ansteigt, an­ ders gesagt, wenn sich der Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, werden die Ströme IAD, IBE, ICF durch die einzelnen Statorwicklungen so kontrolliert, wie es in den Fig. 12a, 12b und 12c dargestellt ist. Der Bereich des Rotordreh­ winkels RA von 30 bis 150° ist in den Fig. 12d, 12e und 12f vergrößert dargestellt.

Der Strom IAD ist auf null gehalten, während sich der Rotor­ drehwinkel im Bereich von 0 bis 65° befindet, er wird dann im Bereich von 65 bis 75° von null auf IP2 erhöht, und er wird innerhalb des Bereichs von 65 bis 110° auf IP2 gehal­ ten. In ähnlicher Weise ist in den Fig. 11a bis 11f die durch die Wicklung induzierte Induktionsspannung mit strich­ punktierten Linien dargestellt, und vom Drehzahl-Regelungs­ system wird dem Motor die Leistung zugeführt, die das Pro­ dukt aus der Spannung und dem Strom ist. Ein Teil dieser Leistung entspricht magnetischer Energie innerhalb des Mo­ tors, und der andere Teil der Leistung entspricht einem Drehmoment, das vom Motor als mechanische Ausgangsleistung erzeugt wird. Innerhalb des Bereichs von 75 bis 80° nimmt die Spannung allmählich zu, wenn das versetzte Ende des Ro­ torpols in die Breite des gegenüberstehenden Statorpols ein­ tritt, und die magnetische Energiekomponente der Leistung wird im Motor angesammelt, während die gesamte restliche Leistung in mechanische Energie umgesetzt wird. Innerhalb des Bereichs von 80 bis 105° wird die Leistung (ID1×V1/2) innerhalb des Motors als magnetische Energie angesammelt, während die restliche Leistung in mechanische Energie umge­ setzt wird. Der Begriff "mechanische Energie" betrifft hauptsächlich dynamische Energie und eine reelle Last auf der Lastseite, einschließlich dem Rotor. Innerhalb des Be­ reichs von 110 bis 120° nimmt der Strom IAD von IP2 auf null ab. In diesem Bereich liegt der Rotorpol genau dem zugehöri­ gen Statorpol gegenüber, so daß keinerlei Anziehung in Drehrichtung oder ein Drehmoment in Bezug aufeinander er­ zeugt wird, wenn eine negative Leistung, die das Produkt aus der Spannung und dem Strom ist, dem Motor zugeführt wird. D. h., daß magnetische Energie innerhalb des Motors an die Leistungsverstärkerschaltung PW zurückgeliefert wird. So wird dem Motor mechanische Energie zugeführt, wenn dem Motor von der Leistungsverstärkerschaltung magnetische Energie zu­ geführt wird, und umgekehrt. Gemäß Fig. 12d wird, abwei­ chend von Fig. 11d, der Strom ID1 auf null gehalten, wäh­ rend sich der Rotordrehwinkel RA im Bereich von 0 bis 650 befindet, und das Drehmoment in Uhrzeigerrichtung, das ein umgekehrtes Drehmoment ist, ist null. Daher ist beim Steue­ rungsverfahren gemäß den Fig. 12a bis 12f das Drehmoment größer als beim Steuerungsverfahren der Fag. 11a bis 11f, da kein umgekehrtes Drehmoment erhalten werden kann.

Bei diesem Beispiel ist jedoch die Drehzahl im Hochdrehzahl­ bereich, wie mit diesem Steuerungsalgorithmus erzielbar, be­ grenzt, und zwar teilweise, da es erforderlich ist, magneti­ sche Energie innerhalb kurzer Zeit auf der Seite der Leis­ tungsverstärkerschaltung PW umzusetzen, nämlich im Bereich von 110 bis 120°, und teilweise, da die Spannung VS der Leistungsverstärkerschaltung begrenzt ist.

Der Strom IBE wird auf dieselbe Weise wie der Strom IAD mit einer zeitlichen Lage kontrolliert, die phasenmäßig um 60° gegenüber dem Strom IAD verzögert ist, und der Strom ICF wird auf dieselbe Weise mit einer zeitlichen Lage kontrol­ liert, die phasenmäßig um 120° gegenüber dem Strom IAD ver­ zögert ist. Anschließend wird derselbe Steuerungsvorgang für jede Phase entsprechend dem Rotordrehwinkel RA wiederholt.

Das Steuerungsverfahren gemäß den Fig. 12a bis 12f ist dahingehend von Vorteil, daß kein umgekehrtes Drehmoment erzeugt wird, und im Ergebnis ist das Drehmoment für den ge­ samten Motor erhöht, jedoch besteht ein Nachteil darin, daß die Strombelastung jedes Transistors in der Leistungsver­ stärkerschaltung PW gegenüber der beim Steuerungsverfahren gemäß den Fig. 7a bis 7f erhöht ist, und es besteht die Tendenz, daß Schwingungen und Geräusche des Motors erhöht sind, wenn die Stromsteuerung durch das Drehzahl-Regelungs­ system durch die Lastkomponenten des Erregerstroms und der Spannung bei Drehung mit hoher Drehzahl gegenüber einem idealen Wert verzögert ist.

Als alternatives Verfahren zum Zuführen von Energie von der Leistungsverstärkerschaltung zum Motor im Bereich hoher Drehzahlen kann der Strom IAD auf solche Weise gesteuert werden, daß ein Strom über dem gemäß Fig. 12d fließt, wenn die Anschlußspannung des Motors niedrig ist, während sich der Rotordrehwinkel RA im Bereich von 60 bis 80° befin­ det, und er abnimmt, bevor der Drehwinkel 105° erreicht hat. Dieselbe Steuerung kann für die Ströme IBE, ICF der restli­ chen Phasen erfolgen. Dabei nimmt jedoch die Drehmoment-Wel­ ligkeit zu, so daß Schwingungen und Geräusche zunehmen. Da die Frequenzen von Schwingungen und Geräuschen im Bereich hoher Drehzahlen hoch sind, ist eine praxisgerechte Konzep­ tion möglich, jedoch abhängig vom Verwendungszweck.

Fig. 13 zeigt einen weiteren Motor mit geschalteter Reluk­ tanz gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der Motor dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 1 dahingehend, daß die Beziehung zwischen der Breite der einzelnen Rotorpole und derjenigen der ein­ zelnen Statorpole umgekehrt ist. Genauer gesagt, ist im Ro­ tor jeder Pol mit einer Breite von 30° um 5° versetzt und hat demgemäß eine maximale Breite, d. h. von einem Ende zum anderen, von 40°. Die Breite der Statorpole beträgt 50°.

Mit dem Motor dieses Ausführungsbeispiels ist es wie mit dem der Fig. 1 möglich, eine kleine Drehmoment-Welligkeit da­ durch zu erzielen, daß der Strom durch die Drehmomentwick­ lung an jedem Statorpol variiert wird, während sich der zu­ gehörige Rotorpol in vollkommener oder vollkommen fehlender Gegenüberstehungsbeziehung hinsichtlich des Statorpols um dessen Umfangsfläche befindet. Ferner kann, ähnlich wie beim Motor von Fig. 1, die Drehmomentwicklung auch als Erreger­ wicklung dienen.

Dieser Motor ist im Vergleich mit dem Motor von Fig. 1 da­ hingehend von Vorteil, daß die Rotorträgheit minimiert wer­ den kann, wobei er jedoch im Vergleich zum Motor gemäß Fig. 1 dahingehend von Nachteil ist, daß die Statorwicklungen aufgrund der Form der Statorpole schwierig herzustellen sind, ohne daß der Raum zwischen den Windungen der Stator­ wicklungen erhöht wird.

Fig. 14 veranschaulicht die Weise, gemäß der jede der Strom­ verstärkerschaltungen eines Feldstrom-Regelungsabschnitts mit einer jeweiligen Statorwicklung bei einem weiteren Motor mit geschalteter Reluktanz gemäß einem fünften Ausführungs­ beispiel der Erfindung verbunden ist.

Beim Motor dieses Ausführungsbeispiels sind Windungspaare WA, WAG; WB, WBG; WC, WCG; WD, WDG; WE, WEG; WF, WFG um je­ den Statorpol herum angebracht. Die Wicklungen jedes Paars sind magnetisch gekoppelt.

Die Fig. 15a bis 15g sind zeitbezogene Diagramme, die einen wichtigen Teil eines PWM-Steuerungsvorgangs für den Leistungsverstärkerabschnitt der Fig. 5 und 14 veranschauli­ chen. T steht für den Zyklus des Steuerungsvorgangs. Wenn angenommen wird, daß der PWM-Vorgang mit 10 kHz ausgeführt wird, ist der Zyklus, in dem jeder Transistor einen EIN/AUS-Schalt­ vorgang ausführt, die sehr kurze Zeit von 100 µs. Die Fig. 15a, 15b und 15c zeigen ein Beispiel für den PWM-Betrieb des Leistungsverstärkerabschnitts von Fig. 5. Spe­ ziell zeigt Fig. 15a Sollwertsignale TAD betreffend die Transistoren 8, 9; Fig. 15b zeigt eine an die Wicklungen anzulegende Spannung VPW, und Fig. 15c zeigt einen beim PWM-Vorgang gesteuerten Strom IAD. Die Fig. 15d, 15e, 15f und 15g veranschaulichen ein Beispiel eines PWM-Vor­ gangs für den Stromverstärkerabschnitt in Fig. 14. Speziell zeigt Fig. 15d Sollwertsignale TAD betreffend einen Tran­ sistor 12; Fig. 15e zeigt eine an die Wicklungen anzule­ gende Spannung; Fig. 15f zeigt einen beim PWM-Vorgang ge­ steuerten Strom IAD, und Fig. 15g zeigt einen beim PWM-Vorgang gesteuerten Strom IAG. Wenn die Ströme IAD, IAG ge­ mäß den Fig. 15f und 15g kombiniert sind, hat der sich ergebende zusammengesetzte Strom denselben Wert wie der Strom IAD gemäß Fig. 15c. Genauer gesagt, wird der Tran­ sistor 12 in den EIN-Zustand überführt, wenn der Strom IAD bezüglich der Statorpole fließt, und wenn der Transistor 12 in den AUS-Zustand überführt wird, wenn der Strom IAD zu­ nimmt, fällt dieser Strom IAD auf null, da der Strompfad nicht mehr vorhanden ist. Gleichzeitig wird auch in den Wicklungen WAG, WDG eine Spannung erzeugt, und daher fließt der Strom IAG über eine Diode 13. Dieser Strom nimmt allmäh­ lich ab, wenn ein Teil desselben an die Gleichstromquellen VS, VL zurückfließt. Durch Wiederholen dieses PWM-Steue­ rungsvorgangs werden die Ströme IAD, IAG auf genaue Weise gesteuert. Anschließend wird derselbe Steuerungsvorgang für die restlichen Phasen ausgeführt.

Der Leistungsverstärkerabschnitt gemäß Fig. 14 ist, im Ver­ gleich mit dem gemäß Fig. 5, dahingehend von Vorteil, daß die Anzahl der Transistoren und Dioden auf die Hälfte ver­ ringert werden kann, um die Kosten der Steuerungsschaltung zu verringern, wobei er jedoch dahingehend nachteilig ist, daß die Statorwicklungen kompliziert sind, was ihren Wider­ stand erhöht und dadurch den Motorwirkungsgrad verringert.

Fig. 16 zeigt eine Art, gemäß der die Motorwicklungen von Fig. 5 unterteilt und so verbunden werden können, daß Zwi­ schenteile der Statorwicklungen unter Verwendung von Schal­ tern bei einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgewählt werden können. Teilweise weil der Strom während einer Drehung mit niedriger Drehzahl in jeder Wicklung fließt und teilweise weil die Anschlußspannung des Motors während Drehung mit hoher Drehzahl erhöht ist, ist die un­ terteilte Motorwicklung mit den mittleren Teilen der Stator­ wicklung verbunden, um die Anschlußspannung für den Motor abzusenken, so daß der Strom auf einfache Weise zugeführt werden kann, wodurch Betrieb mit hoher Drehzahl erzielt wird. Genauer gesagt, sind, wie es in Fig. 16 dargestellt ist, in internen Wicklungen und Schaltungen zwischen den An­ schlüssen PAD1, PAD2 des Motors die Statorwicklungen WAT, WDT von Fig. 5 jeweils in zwei Sätze, nämlich WA1, WA2 sowie WD1, WD2, unterteilt, und durch den Schalter kann eine Aus­ wahl zwischen dem Anschluß SWH für hohe Drehzahlen und dem Anschluß SWL für niedrige Drehzahlen erfolgen. Derselbe Vorgang wird für die restlichen zwei Phasen ausgeführt.

Nun wird eine Maßnahme zum Minimieren der Drehmoment-Wellig­ keit im Motor mit geschalteter Reluktanz gemäß Fig. 1 be­ schrieben. In der vorstehenden Beschreibung sind die Eigen­ schaften des Motors von Fig. 1 modellmäßig angegeben. Tat­ sächlich verbleiben jedoch Drehmoment-Welligkeitskomponen­ ten, die nicht unter Verwendung nur der obengenannten einfa­ chen Theorie beseitigt werden können, und zwar teilweise weil den jeweiligen magnetischen Widerständen entsprechende magnetische Flüsse in den Spalten zwischen den Umfangsflä­ chen und axialen Flächen der Rotorpole und Statorpole exis­ tieren und teilweise weil die magnetischen Eigenschaften der Siliziumstahlscheiben des Motors nichtlineare magnetische Sättigungseigenschaften sind. Die verbliebenen Drehmoment- Welligkeitskomponenten sind hinsichtlich ihrer jeweiligen Hochfrequenzkomponenten unterscheidbar, und die Rotorstruk­ tur ist in solcher Weise verbessert, daß diese unterteilten Drehmoment-Welligkeitskomponenten einander aufheben, wodurch sie verringert sind. Unter der Annahme, daß in den Zyklen TRP1, TRP2 Drehmoment-Welligkeitskomponenten existieren, wird nun ein Verfahren erläutert, gemäß dem diese Komponen­ ten verringert werden. Der Rotor, der in Form eines Laminats aus axial angeordneten Siliziumstahlscheiben besteht, wird axial in Viertel RT1, RT2, RT3, RT4 unterteilt. Die zwei Viertel RT1 und RT2 sind um eine Ganghöhe TRP1/2 in der Drehrichtung versetzt und die zwei Viertel RT3 und RT4 sind ebenfalls in der Drehrichtung um die Ganghöhe TRP1/2 ver­ setzt. Das erste Paar Viertel RT1, RT2 sowie das zweite Paar Viertel RT3, RT4 sind um die Ganghöhe TRP2/2 in der Dreh­ richtung gegeneinander versetzt. So ist es theoretisch mög­ lich, eine Verringerung der Drehmoment-Welligkeiten dadurch zu erzielen, daß die einzelnen Hochfrequenzkomponenten der Drehmoment-Welligkeiten unabhängig aufgehoben werden. Ferner können in jede axiale Grenzfläche der Motorviertel RT1, RT2, RT3 und RT4 unmagnetische Körper, wie solche aus rostfreiem Stahl, eingesetzt werden, so daß die wechselseitige magne­ tische Kopplung verringert werden kann, um die Drehmoment- Welligkeiten noch wirkungsvoller zu minimieren. Alternativ kann, anstatt daß der Rotor axial in Viertel unterteilt wird und die Rotorviertel in der Drehrichtung versetzt wer­ den, der Stator axial in Unterteile unterteilt werden, und diese Unterteile können in der Drehrichtung versetzt werden.

Beim in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind Drehmoment-Welligkeiten durch einen Rotorversatz verringert. Als wirkungsvolles Alternativverfahren können die Ecken je­ des Rotorpols, die in der Drehrichtung voneinander beabstan­ det sind, als Vieleck so ausgebildet sein, daß eine Fächer­ form ausgebildet ist. Eine Charakteristik mit wenig Drehmo­ ment-Welligkeit kann dadurch realisiert werden, daß diese alternativ mit der oben genannten Maßnahme zum Minimieren von Drehmoment-Welligkeiten kombiniert wird.

Fig. 17 zeigt einen zusätzlichen Motor mit geschalteter Re­ luktanz gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.

In Fig. 17 bezeichnet 1H einen mit sechs Statormagnetpolen versehenen Stator, von denen jeder eine Breite aufweist, die im Wesentlichen 60° entspricht, aber kleiner als dieser Wert ist. Um die Statormagnetpole herum sind mit HA3, HA4; HB3, HB4; HC3, HC4; HD3, HD4; HE3, HE4; HF3, HF4 gekennzeichnete Erregerwicklungen sowie mit HA1, HA2; HB1, HB2; HC1, HC2; HD1, HD2; HE1, HE2, HF1, HF2 gekennzeichnete Drehmomentwick­ lungen angebracht.

Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Rotor, der mit einem Paar entgegengesetzter Pole mit einer Breite versehen ist, die im Wesentlichen 80° entspricht, aber kleiner als dieser Wert ist. Solange die Breite PA der Rotorpole im Bereich von 60 bis 120° liegt, ist in jeder Drehposition ein positives/­ negatives Drehmoment möglich. Wie es unten beschrieben wird, kann der Grenzwert für die Breite der Statormagnetpole oder der Rotorpole durch Versetzen des Rotors oder Stators vari­ iert werden.

Als Drehzahl-Steuerungssystem für den Motor wird die Schal­ tung gemäß Fig. 3 verwendet.

Die Beziehung zwischen der Drehmomenterzeugung und dem Strom durch jede Wicklung ist in den Fig. 18a bis 18e sowie den Fig. 19a bis 19e hinsichtlich der Charakteristiken für die Einzelstromstärken und den Drehwinkel RA veranschau­ licht.

Nun wird die Art beschrieben, gemäß der ein Drehmoment in Gegenuhrzeigerrichtung, das der Stromstärke IP1 entspricht, kontinuierlich erzeugt wird. Zunächst hat der Erregerstrom ID unabhängig vom Drehwinkel RA die konstante Stärke ID1, wie es in Fig. 18d dargestellt ist.

Wenn angenommen wird, daß der Drehwinkel RA allmählich aus­ gehend von null erhöht wird, d. h., daß sich der Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, hat der Strom IAD durch die Wicklungen WAT, WDT den Wert IP1, und die restlichen Ströme IBE, ICF sind null, wenn RA null ist. Wenn der Drehwinkel RA im Bereich von 0 bis 30° liegt, erzeugen die Wicklungen WAT, WDT ein Drehmoment.

Der Strom IBE durch die Wicklungen WBT, WET nimmt zu, wenn RA 20° erreicht, und er ist bis auf IP1 erhöht, wenn RA 30° erreicht. Während dieser Zeit wird kein Drehmoment erzeugt, da der Rotorpol noch nicht den zugehörigen Statormagnetpol der Wicklungen WBT, WET erreicht hat, wobei es sich um einen vorbereitenden Vorgang für eine anschließende Drehmomenter­ zeugung handelt.

Wenn sich der Drehwinkel RA im Bereich von 30 bis 90° befin­ det, erzeugen die Wicklungen WBT, WET ein Drehmoment. Gleichzeitig fällt der Strom IAD im Bereich von 30 bis 40° von IP1 auf null. Während dieser Zeit wird nichts Wesentli­ ches zur Erzeugung eines Drehmoments beigetragen, da der Statormagnetpol, um den herum die Wicklungen WAT, WDT ange­ bracht sind, dem zugehörigen Rotorpol über seine gesamte Fläche gegenübersteht.

Innerhalb des Bereichs von 80 bis 90° nimmt der durch die Wicklungen WC, WF fließende Strom ICF von null auf IP1 zu, um sie zur Erzeugung eines Drehmoments bereitzumachen, und innerhalb des Bereichs von 90 bis 150° wird aufgrund des Stroms ICF ein Drehmoment erzeugt. Gleichzeitig wird der Strom IBE innerhalb des Bereichs von 90 bis 100° von IP1 auf null verringert.

Anschließend kann, wenn die einzelnen Ströme in den entspre­ chenden Wicklungen fließen, ein konstantes Drehmoment in Ge­ genuhrzeigerrichtung mit weniger Drehmoment-Welligkeiten kontinuierlich erzeugt werden.

In jedem der Charakteristikdiagramme der Fig. 18a bis 18e kennzeichnen gestrichelte Linien die Induktionsspan­ nung, die proportional zur Änderung des jede Motorwicklung durchsetzenden Magnetflusses ist. Demgemäß ist die Amplitude der Induktionsspannung proportional zur Drehzahl. Ein Span­ nungsabfall aufgrund einer Änderung eines möglichen Leckma­ gnetflusses an den Wicklungen sowie aufgrund des Wicklungs­ widerstands kann vernachlässigt werden. Von den durch ge­ strichelte Linien in den Fig. 18a bis 18e dargestellten Induktionsspannungen kann die Induktionsspannung während eines Stromflusses in jeder Phase als Spannungsmitkopplungs­ signal IADS, IBES, ICFS behandelt werden. Auch kann zum Spannungsmitkopplungssignal ein Signal addiert werden, das der Induktionsspannung in dem Bereich ohne Stromfluß ent­ spricht. Jedoch ist im Allgemeinen ein derartiges Spannungs­ mitkopplungssignal nicht erforderlich, obwohl das einer ne­ gativen Spannung entsprechende Spannungsmitkopplungssignal vom Schaltungstyp abhängt. Für eine genauere Steuerung kann zu diesen Induktionsspannungssignalen auch die Spannungskom­ ponente addiert werden, die einer Änderung des Leckmagnet­ flusses jeder Wicklung sowie der Spannungsabfallkomponente des Wicklungswiderstands entspricht, um ein Spannungsmit­ kopplungssignal zu erzeugen.

Da die Breite der Statormagnetpole 60° beträgt und die Brei­ te der Rotorpole 80° beträgt, ist es möglich, die Periode des Stromflusses dadurch zu erweitern, daß der vordere Stromanstieg um z. B. ungefähr 5° vorgezogen wird und der hintere Stromanstieg um z. B. ungefähr 5° verzögert wird, so daß das durch den Motor erzeugte Drehmoment konstant ist. Angesichts des zunehmenden Erfordernisses, den Strom bei ho­ hen Drehzahlen zu variieren, ist eine Erweiterung der Strom­ flußperiode hinsichtlich des Sicherstellens einer Zeittole­ ranz bei der Stromsteuerung wirkungsvoll. Durch Vergrößern der Breite der Statormagnetpole um z. B. ungefähr 90° ist es möglich, die zeitliche Toleranz bei der Stromsteuerung zu erhöhen. Jedoch würde die begrenzte Erweiterbarkeit der Stromflußperiode die Kupferverluste des Motors erhöhen, so daß kein wirkungsvoller Motorbetrieb erzielbar wäre.

Demgemäß ist es zum Verringern der Motorverluste und damit zum Erhöhen der Ausgangsleistung des Motors bevorzugt, die Stromflußperiode zu minimieren, wobei die Zeittoleranz für die Stromsteuerung als Grenze vorgegeben ist. Genauer ge­ sagt, besteht ein wirkungsvolles Verfahren darin, wie es durch die Charakteristikdiagramme der Fig. 18a bis 18e veranschaulicht ist, die Stromflußperiode während Drehung mit niedriger Drehzahl zu verringern, sie jedoch mit zuneh­ mender Drehzahl in solcher Weise zu erhöhen, daß eine vor­ gegebene Zeittoleranz bei der Stromsteuerung erzielt werden kann.

Wenn Strom, wie der Strom IBE in den Wicklungen WBT, WET, während sich RA im Bereich von 20 bis 30° befindet, in den Wicklungen fließt, ohne daß ein Drehmoment erzeugt wird, wird magnetische Energie angesammelt, und bald danach wird ein Teil der angesammelten magnetischen Energie in Rotati­ onsenergie umgesetzt, wodurch der Ansteuerungswirkungsgrad eines Treibersystems erhöht wird.

Nun wird die Art beschrieben, gemäß der kontinuierlich ein Drehmoment in Uhrzeigerrichtung erzeugt wird, das dem Strom IP1 entspricht. Zunächst hat der Erregerstrom ID unabhängig vom Drehwinkel RA den konstanten Wert ID1, wie es in Fig. 19d dargestellt ist.

Wenn angenommen wird, daß der Drehwinkel RA allmählich zu­ nimmt, hat der Strom ICF durch die Wicklungen WCT, WFT, bei RA vom Wert null, den Wert IP1, und die restlichen zwei Ströme IAD, IBE sind null. Während sich RA im Bereich von 0 bis 50° befindet, erzeugen die Wicklungen WCT, WFT ein Dreh­ moment.

Der Strom IAD durch die Wicklungen WAT, WDT beginnt anzu­ steigen, wenn RA 40° erreicht, und er ist auf IP1 angestie­ gen, wenn RA 50° erreicht hat. Während dieser Zeit trägt im Wesentlichen nichts zur Erzeugung eines Drehmoments bei, da der Statormagnetpol, um den herum die Wicklungen WAT, WDT angebracht sind, dem zugehörigen Rotorpol über die ganze Fläche gegenübersteht. Dies ist ein Vorbereitungsvorgang für anschließende Drehmomenterzeugung.

Die Wicklungen WHT, WDT erzeugen ein Drehmoment, während sich RA im Bereich von 50 bis 110° befindet. Während dieser Zeit erzeugen die Wicklungen WCT und WFT kein wesentliches Drehmoment, wenn RA zwischen 50 und 60° beträgt, da der Sta­ tormagnetpol, um den die Wicklungen WCT, WFT herum ange­ bracht sind, dem zugehörigen Rotorpol nicht genau gegenüber­ steht.

Der in den Wicklungen WBT, WET fließende Strom IBE nimmt von null auf IP1 zu, wenn sich RA im Bereich von 100 bis 110° befindet, wodurch Bereitschaft zum Erzeugen eines Drehmo­ ments besteht, und durch den Strom IBE wird ein Drehmoment erzeugt, während sich RA im Bereich von 110 bis 170° befin­ det. Außerdem nimmt der Strom IAD von IP1 auf null ab, wäh­ rend sich RA im Bereich von 110 bis 120° befindet.

Anschließend kann, wenn einzelne Ströme in den entsprechen­ den Wicklungen fließen, kontinuierlich ein konstantes Dreh­ moment in Gegenuhrzeigerrichtung mit weniger Drehmoment-Wel­ ligkeiten erzeugt werden.

In den Diagrammen der Fig. 19a bis 19e bezeichnen ge­ strichelte Linien eine Induktionsspannung proportional zur Änderung des jede Motorwicklung durchsetzenden Magnetflus­ ses. Demgemäß erzeugt der Motor elektrische Energie, um ei­ nen Rückgewinnungsvorgang auszuführen, und zwar teilweise, weil die Leistung das Produkt aus einem positiven Strom und einer negativen Spannung ist, und teilweise weil ein Dreh­ moment in Uhrzeigerrichtung erzeugt wird, während sich der Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung dreht. Die Amplitude dieser Induktionsspannung ist proportional zur Drehzahl. Ein Span­ nungsabfall aufgrund einer Änderung eines möglichen Leckma­ gnetfluß es der Wicklungen sowie aufgrund des Wicklungswi­ derstands wird vernachlässigt. Von den durch gestrichelte Linien in den Fig. 19a bis 19e gekennzeichneten Induk­ tionsspannungen kann die Induktionsspannung während Strom­ flusses in jeder Phase als Spannungsmitkopplungssignal VAD, VBE, VCF behandelt werden.

Die in den Fig. 19a bis 19e dargestellten Charakteristi­ ken, wie in Zusammenhang mit dem Betrieb, bei dem ein Dreh­ moment in Gegenuhrzeigerrichtung erzeugt wird, beschrieben, sind dergestalt, daß die Periode des Stromflusses erweitert werden kann. Die Charakteristik muß von der Breite der Ro­ torpole abhängen.

Die Erzeugung eines Drehmoments steht in Zusammenhang mit dem Strom in jeder Phase und der Drehposition, jedoch steht sie nicht in Zusammenhang mit der Drehrichtung und der Dreh­ zahl.

Es existiert ein solcher Bereich von Drehwinkeln RA, daß der Statormagnetpol genau der gesamten Umfangsfläche des zu­ gehörigen Rotorpols gegenübersteht, oder dies nicht der Fall ist, wobei in keiner Wicklung eine Induktionsspannung er­ zeugt wird. Durch Variieren des Stroms durch die Drehmoment­ wicklungen unter Verwendung dieses Drehwinkelbereichs ist es z. B. möglich, eine Stromsteuerung mit weniger Drehmoment- Welligkeiten auszuführen.

Nun wird eine Stromsteuerung beschrieben, bei der die in Fig. 17 dargestellten Rotorunterteilungen in der Drehrich­ tung individuell um 10° versetzt sind. Das Versetzen des Ro­ tors oder Stators minimiert Drehmoment-Welligkeiten, wie sie vom Spalt zwischen benachbarten Statormagnetpolen herrühren. Das durch gestrichelte Linien in den Fig. 18a bis 18e sowie 19a bis 19e dargestellte Spannungsmitkopplungssig­ nal verfügt über rechteckigen Verlauf, da die Rotorpole über ihren gesamten Umfang genau den Statormagnetpolen gegenüber­ stehen, wenn sie die Statormagnetpole erreicht haben, so daß der magnetische Fluß schrittweise variiert. Ein Ver­ setzen minimiert sowohl die Unbestimmtheit des Signals in Grenzflächenbereichen, in denen das Spannungsmitkopplungs­ signal hinsichtlich des Rotordrehwinkels RA mit rechteckigem Verlauf variiert, sowie eine Schwierigkeit hinsichtlich ei­ ner momentanen Spannungsvariation.

Fig. 18e ist ein Diagramm, das den Strom IAD und die In­ duktionsspannung in den Wicklungen zeigt, wenn ein Drehmo­ ment in Gegenuhrzeigerrichtung erzeugt wird, wenn der Rotor mit einem Versatz von 10° in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird. Wenn, wie eben angegeben, angenommen ist, daß der Ro­ tor einen Versatz von 10° aufweist, steigt die Änderungsrate des Magnetflusses linear an, wenn die Fläche der einander gegenüberstehenden Umfangsflächen allmählich zunimmt, wenn der Versatz-Umfangsteil des Rotors die Statormagnetpole er­ reicht, und die Änderungsrate des Magnetflusses bleibt kon­ stant, nachdem die Statormagnetpole an den Versatzteilen des Rotors vorbeigelaufen sind. Im Ergebnis kann das sich schrittweise ändernde Spannungssignal dadurch in einen tra­ pezförmigen Signalverlauf geändert werden, daß das Span­ nungsmitkopplungssignal allmählich variiert wird, um dadurch die Unbestimmtheit des Signals im Grenzflächenbereich und Schwierigkeiten mit einer plötzlichen Spannungsänderung zu minimieren. Je höher die Drehzahl ist, ein umso besseres Ergebnis kann erzielt werden.

Wenn der Strom IAD im Bereich geändert wird, in dem keine Induktionsspannung in den Wicklungen erzeugt wird, ist der Einfluß einer Stromänderung auf das Drehmoment klein. Dem­ gemäß würde das Variieren des Stroms um den Bereich herum, in dem tatsächlich eine Spannung erzeugt wird, ausreichen.

Es wurde eine Phase beschrieben, in der der Strom IAD fließt. Die restlichen zwei Phasen sind um 120° bzw. 240° hinsichtlich des Rotordrehwinkels RA verzögert, und der Steuerungsvorgang für diese restlichen Phasen ist identisch mit dem für die erstgenannte Phase.

Fig. 19e ist ein Charakteristikdiagramm, das den Strom IAD und die Induktionsspannung in den Wicklungen zeigt, wenn ein Drehmoment in Uhrzeigerrichtung erzeugt wird, wenn der Rotor mit einem Versatz von 10° in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird. In ähnlicher Weise kann wiederum das Spannungssignal auf einen trapezförmigen Verlauf geändert werden, und Schwierigkeiten hinsichtlich der Stromsteuerung können mini­ miert werden. Die restlichen zwei Phasen sind hinsichtlich des Rotordrehwinkels RA um 120° bzw. 240° verzögert, und der Steuerungsvorgang für diese restlichen Phasen ist identisch mit dem für die erstgenannte Phase.

Fig. 20 zeigt einen anderen Motor mit geschalteter Reluktanz gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der Motor dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 17 dahingehend, daß eine gemeinsame Wicklung sowohl als Erregerwicklung als auch als Drehmomentwicklung im Stator dient. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Wert, der die Summe aus dem Erregerstrom ID und jedem Dreh­ momentstrom ist, als gemeinsamer Wicklungsstrom jeder Phase eingestellt.

Fig. 21 zeigt ein Drehzahl-Regelungssystem für diesen Motor, das identisch mit dem in Fig. 3 dargestellten ist, mit der Ausnahme, daß kein Feldstrom-Regelungsabschnitt vorhanden ist.

Die Beziehung zwischen der Drehmomenterzeugung und dem Strom durch jede Wicklung ist im Charakteristikdiagramm der Fig. 22 hinsichtlich der Stromstärke in Bezug auf den Drehwinkel RA dargestellt.

Nun wird die Art beschrieben, gemäß der ein Drehmoment in Gegenuhrzeigerrichtung kontinuierlich erzeugt wird, das der Stromamplitude IP1 entspricht. Wenn angenommen wird, daß der Drehwinkel RA allmählich zunimmt, anders gesagt, daß sich der Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, hat der Strom IAD durch die Wicklungen WAT, WDT den Wert IP2, und die restlichen Ströme IBE, ICF haben den Wert ID1, wie es in Fig. 22a dargestellt ist. Die Stärke IP2 entspricht der Summe aus dem Erregerstrom ID1 und dem Drehmomentstrom IP1, wie in Fig. 18 dargestellt. Während RA im Bereich von 0 bis 30° liegt, erzeugen die Wickl 13494 00070 552 001000280000000200012000285911338300040 0002019848790 00004 13375ungen WAT, WDT ein Drehmoment.

Der Strom IBE durch die Wicklungen WBT, WET beginnt anzu­ steigen, wenn RA 20° erreicht, und die Stromstärke ist auf IP2 angestiegen, wenn RA 30° erreicht hat. Innerhalb dieses Bereichs hat der Rotorpol noch nicht den zugehörigen Stator­ magnetpol der Wicklungen WBT, WET erreicht, so daß kein Drehmoment erzeugt wird.

Wenn RA innerhalb des Bereichs von 30 bis 90° liegt, erzeu­ gen die Wicklungen WBT, WET ein Drehmoment. Innerhalb des Bereichs von 30 bis 40° fällt der Strom IAD von IP2 auf ID1. Zu diesem Zeitpunkt wird im Wesentlichen kein Drehmoment er­ zeugt, da der Statormagnetpol, um den herum die Wicklungen WAT, WDT angebracht sind, über seine gesamte Umfangsfläche dem Rotorpol gegenübersteht. Innerhalb des Bereichs von 80 bis 90° nimmt der durch die Wicklungen WCT, WFT fließende Strom ICF von ID1 auf IP2 zu, wodurch Bereitschaft zum Er­ zeugen eines Drehmoments besteht, und innerhalb des Bereichs von 90 bis 150° erzeugt der Strom ICF ein Drehmoment. Inner­ halb des Bereichs von 90 bis 100° fällt der Strom IBE von IP2 auf ID1.

In ähnlicher Weise kann, für jeden fließenden Strom, konti­ nuierlich ein konstantes Drehmoment in Gegenuhrzeigerrich­ tung mit weniger Drehmoment-Welligkeiten erzeugt werden. Die Polarität des Rotorpols hängt von der Polarität des zugehö­ rigen Statormagnetpols ab. Die Verteilung der Polaritäten der Rotorpole ist in Fig. 20 dargestellt, und sie ändert sich bei Drehung des Rotors.

In jeder der Fig. 22a bis 22d bezeichnen gestrichelte Linien Induktionsspannungen abhängig vom jede Motorwicklung durchsetzenden Magnetfluß. Demgemäß ist die Stärke der In­ duktionsspannung proportional zur Drehzahl. Ein Spannungsab­ fall aufgrund einer Änderung des Leckmagnetflusses der Wick­ lung und des Wicklungswiderstands ist vernachlässigt. Die durch gestrichelte Linien in Fig. 22 dargestellten Induk­ tionsspannungen sind auch Spannungsmitkopplungssignale VAD, VBE, VCF der einzelnen Phasen. Um eine genauere Steuerung zu erzielen, kann zu diesen Induktionsspannungssignalen auch die Spannungskomponente addiert werden, die der Änderung des Leckmagnetflusses jeder Wicklung und der Spannungsabfallkom­ ponente des Wicklungswiderstands entspricht, um ein Span­ nungsmitkopplungssignal zu erzeugen.

Nun werden alternative Steuerungsverfahren beschrieben.

In den Fig. 22a, 22b und 22c kann der Erregerstrom ID1 den Wert null haben, wie es durch gestrichelte Linien darge­ stellt ist. In diesem Fall hat die durch strichpunktierte Linien (mit zwei Punkten) gekennzeichnete Induktionsspannung notwendigerweise den Wert null, da nämlich der Erregerstrom null ist. Bei dieser Alternative kann ein größeres Drehmo­ ment als bei der Stromstärke erzielt werden, wie sie durch die durchgezogenen Linien in den Fig. 22a, 22b und 22c dargestellt ist. Das durch den Erregerstrom ID1 zu erzielen­ de Drehmoment entspricht der Energiekomponente einer Charak­ teristik betreffend die elektromotorische Kraft H und die Magnetflußdichte B, wobei es sich um die Hälfte des Drehmo­ ments handelt, wie es durch den Drehmomentstrom hinsichtlich derselben Stromstärke erzielt wird.

Dabei ist das Spannungsmitkopplungssignal IADS, IBES, ICFS das Signal, wie es in den Fig. 22a, 22b bzw. 22c durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Das der Induktionsspan­ nungskomponente entsprechende Spannungsmitkopplungssignal, das durch die strichpunktierten Linien mit zwei Punkten dar­ gestellt ist, ist nicht erforderlich.

Nun werden der Motor von Fig. 20 und die Steuerungscharakte­ ristik der Fig. 22a, 22b und 22c ausgehend von einem energetischen Gesichtspunkt beschrieben, und zwar unter der Voraussetzung, daß der kleinste Magnetfluß-Durchsetzungs­ teil zwischen den Statorpolen und den Rotorpolen im Wesent­ lichen bei der Sättigungsmagnetflußdichte beim Erregerstrom ID1 erregt wird und daß die Magnetcharakteristik betreffend die elektromotorische Kraft H und die Magnetflußdichte B von jeden Statormagnetpol und jeden Rotorpol aufbauenden Si­ liziumstahlscheiben dergestalt ist, daß die Magnetfluß­ dichte B linear mit einem Anstieg der elektromotorischen Kraft H zunimmt und im Wesentlichen konstant ist, wenn der Wert der Sättigungsmagnetflußdichte erreicht ist.

Wenn die Stromstärken der einzelnen Phasen dergestalt sind, wie es durch durchgezogene Linien in den Fig. 22a, 22b und 22c dargestellt ist, ist die vom Steuerungssystem von Fig. 21 an den Motor zu liefernde Leistung P1 durch die fol­ gende Gleichung 1 ausgedrückt, da die Phase des Stroms IAD als Winkelpunkt wirkt, z. B. Rotordrehwinkel RA = 180°:

Gleichung 1

P1 = IP2)×(Induktionsspannung VA)
= (IP1 + ID1)×(Induktionsspannung VA).

Hinsichtlich P1 sind (IP1)×(Induktionsspannung VA) und 1/2 von (ID1)×(Induktionsspannung VA) die mechanische Energie, die als Drehmoment auszugeben ist. Der restliche Wert 1/2 von (ID1)×(Induktionsspannung VA) ist die magnetische Energie innerhalb des Motors, die vom Treibersystem von Fig. 21 in den Motor zu liefern ist.

Indessen ist die vom Motor an das Treibersystem von Fig. 21 zurückzuliefernde Leistung P2 dergestalt, wie es durch die folgende Gleichung 2 ausgedrückt ist, wenn die Phase des Stroms ICF wirkt:

Gleichung 2

P2 = -(ID1)×(Induktionsspannung VA).

1/2 von P2 ist die an das Treibersystem von Fig. 21 als Drehmoment und umgekehrtes Drehmoment zurückzuliefernde me­ chanische Energie, und der restliche Wert 1/2 von P2 wird von innerhalb des Motors an das Treibersystem von Fig. 21 zurückgeliefert.

Im Ergebnis kann die mechanische Ausgangsleistung P3 des Mo­ tors durch die folgende Gleichung 3 ausgedrückt werden:

Gleichung 3

P3 = P1-P2
= (IP1)×Induktionsspannung VA).

In den Fig. 22a, 22b und 22c kann, im Bereich, in dem die Stromstärke jeder Phase dem Erregerstrom ID1 entspricht, diese Stromstärke den Wert null haben, wie es durch gestri­ chelte Linien dargestellt ist. Der Motor von Fig. 20 und die Steuerungseigenschaften gemäß den Fig. 22a, 22b und 22c werden nun ausgehend von einem energetischen Gesichts­ punkt beschrieben. Wenn die Stromstärken der einzelnen Pha­ sen dergestalt sind, wie es durch die durchgezogenen Linien in den Fig. 22a) 22b und 22c dargestellt ist, hat die vom Steuerungssystem von Fig. 21 an den Motor zu liefernde Leistung P1 den durch die folgende Gleichung P4 ausgedrück­ ten Wert, wenn die Phase des Stroms IAD als Winkelpunkt wirkt, mit z. B. Rotordrehwinkel RA = 180°:

Gleichung 4

P1 = (IP2)×(Induktionsspannung VA)
= (IP1 + ID1)×(Induktionsspannung VA).

Hinsichtlich P1 bilden (IP1)×(Induktionsspannung VA) und 1/2 von (ID1)×(Induktionsspannung VA) die als Drehmoment auszugebende mechanische Energie. Der restliche Wert 1/2 von (ID1)×(Induktionsspannung VA) ist die mechanische Energie innerhalb des Motors, die vom Treibersystem von Fig. 21 in den Motor zu liefern ist.

Indessen hat die vom Motor an das Treibersystem von Fig. 21 zurückzuliefernde Leistung P2 den Wert null, und zwar teil­ weise weil der Strom ICF den Wert null hat und teilweise weil kein Erregerstrom fließt, d. h., weil die Induktions­ spannung null ist, was bewirkt, daß keine Energie eingege­ ben oder ausgegeben wird.

Im Ergebnis kann die mechanische Ausgangsleistung P3 des Mo­ tors durch die folgende Gleichung 5 ausgedrückt werden:

Gleichung 5

P3 = P1-(ID1)×(Induktionsspannung VA)×1/2-P2
= P1-(ID1)×(Induktionsspannung VA)×1/2
= (IP1 + ID1/2)×(Induktionsspannung VA).

Hinsichtlich P2 ist 1/2 von (ID1)×(Induktionsspannung VA) die magnetische Energie innerhalb des Motors, die nicht zum Ausgangsdrehmoment beiträgt.

Der Motor von Fig. 20 ist dahingehend von Vorteil, daß die Wicklungen gegenüber dem Fall des Motors von Fig. 17 verein­ facht sind und daß die Steuerungsschaltung die Erreger­ schaltung von Fig. 4 nicht benötigt, weswegen sie verein­ facht ist. Nachteile bestehen dahingehend, daß die Spannung an den Motoranschlüssen während einer Drehung mit hoher Drehzahl höher als beim Motor von Fig. 17 ist, was die Be­ lastung des Stromregelungsabschnitts erhöht, und daß nur die Erregerstromkomponente des Motorstroms erhöht ist, was es erforderlich macht, das Stromführungsvermögen des Strom­ regelungsabschnitts zu erhöhen. Demgemäß ist, da der Motor von Fig. 17 und der Motor von Fig. 20 abhängig von der Dreh­ zahl und der Ausgangsleistung Vor- und Nachteile aufweisen, der Motor von Fig. 3 im Allgemeinen bei Drehung mit hoher Drehzahl oder dann von Vorteil, wenn die Ausgangsleistung hoch ist.

Als nächstes wird die Stromsteuerung mit dem Rotor von Fig. 20 beschrieben, der in der Drehrichtung einen Versatz von 10° aufweist. Wenn der Rotor um 10° gedreht wird, nimmt die Änderungsrate des Magnetflusses linear zu, da die Fläche der einander gegenüberstehenden Umfangsflächen allmählich zu­ nimmt, wenn der Versatz-Umfangsteil des Rotors die Stator­ magnetpole erreicht, und die Änderungsrate des Magnetflusses bleibt konstant, nachdem die Statormagnetpole an den ver­ setzten Teilen des Rotors vorbeigelaufen sind. Im Ergebnis kann das sich sprungweise ändernde Spannungssignal dadurch in einen trapezförmigen Signalverlauf geändert werden, daß das Spannungsmitkopplungssignal allmählich geändert wird, um dadurch die Unbestimmtheit des Signals im Grenzflächenbe­ reich sowie Schwierigkeiten einer plötzlichen Spannungsände­ rung zu minimieren.

Fig. 22d zeigt eine spezielle Steuerungscharakteristik für die Phase des Stroms IAD. Die Induktionsspannung bildet eine Charakteristik, wie sie durch gestrichelte Linien in Fig. 22d dargestellt ist. Wie oben beschrieben, kann der durch durchgezogene Linien gekennzeichnete Strom IAD so geändert werden, wie es durch die gepunkteten Linien dargestellt ist, in welchem Fall die durch strichpunktierte Linien (mit zwei Punkten) gekennzeichnete Induktionsspannung den Wert null hat.

Die restlichen zwei Phasen der Ströme IBE, ICF sind um 120° bzw. 240° hinsichtlich des Rotordrehwinkels RA verzögert, und der Steuerungsvorgang für diese restlichen Phasen ist identisch mit dem für die erstgenannte Phase.

Es sind verschiedene Modifizierungen und Änderungen an den vorstehend angegebenen Motoren mit geschalteter Reluktanz und Steuersystemen möglich.

Z. B. kann jeder beispielhaft im Steuerungssystem von Fig. 3 dargestellte Arithmetikabschnitt aus einem Mikroprozessor und einem Speicher zum Speichern eines Steuerungsmusters be­ stehen, womit dieselbe Steuerung realisierbar ist. Andere Alternativen sind Fuzzysteuerungen und Steuerungen mit einem Neuralnetzspeicher.

Das Verfahren zum Erfassen der Drehposition des Rotors kann sensor- und berührungslos erfolgen.

Beim Steuern einer Drehung des Motors mit hoher Drehzahl kann der Erregerstrom geschwächt werden, d. h. die Feldstär­ ke kann geschwächt werden, was eine weite Auswahl von Anwen­ dungen ermöglicht.

Die Anzahl der Statorpole und der Rotorpole kann auf drei bzw. zwei verringert werden, oder sie kann auch erhöht wer­ den.

Obwohl bei bestimmten beschriebenen Ausführungsbeispielen der Rotor mit Versatz aufgebaut ist, kann alternativ der Stator mit Versatz aufgebaut sein. Der Rotor kann axial in mehrere Teile unterteilt sein, die mit kleiner Ganghöhe in der Drehrichtung versetzt sind, wobei sich dasselbe Ergebnis wie bei einem beschriebenen Versatzaufbau ergibt.

Ferner kann eine automatische Umschaltung des Steuerungsmo­ dus erfolgen, um eine bessere Anpassung an die Drehzahlbe­ dingungen eines Motors zu erzielen. Dieses alternative Ver­ fahren wird durch ein Verfahren veranschaulicht, bei dem der Steuerungsalgorithmus zwischen einem solchen für Drehung mit niedriger Drehzahl und einem solchen mit hoher Drehzahl um­ geschaltet wird, und durch ein Verfahren, bei dem allmählich von einer Drehung mit niedriger Drehzahl auf eine solche mit hoher Drehzahl übergegangen wird, und umgekehrt.

Mit dem Motor mit geschalteter Reluktanz und dem Steuerungs­ system gemäß der Erfindung ist es möglich, Drehmoment-Wel­ ligkeiten zu verringern, um dadurch ein Antriebssystem mit weniger Schwingungen und Geräuschen zu realisieren. Um einen dreiphasigen Induktionsmotor zu steuern, erfordern übliche Leistungsverstärkerabschnitte im Allgemeinen sechs Transis­ toren und sechs Dioden. Jedoch sind bei der Erfindung nur drei Transistoren und drei Dioden erforderlich, so daß ein billiges Steuerungssystem realisiert werden kann und ein An­ trieb mit höherer Drehzahl erzielt werden kann. Ferner ist es durch Maßnahmen zum Minimieren von Drehmoment-Welligkei­ ten möglich, Motoren bei höheren Drehzahl ruhiger anzutrei­ ben.

Claims (15)

1. Motor mit geschalteter Reluktanz gekennzeichnet durch:

• (a) einen Rotor (2, 3);
• (b) einen den Rotor umgebenden Stator (1) mit mehreren Sta­ torpolen (20), die mit im Wesentlichen gleichmäßigem Abstand entlang dem Innenumfang des Stators angeordnet sind;
• (c) eine Erregerwicklung, die um jeden Statorpol herum ange­ bracht ist;
• (d) eine Drehmomentwicklung, die um jeden Statorpol herum angebracht ist; und
• (e) eine Erregerschaltung zum Hindurchschicken eines Gleich­ stroms durch die Erregerwicklungen, die in Reihe geschaltet sind.

2. Motor mit geschalteter Reluktanz gekennzeichnet durch:

• (a) einen Rotor (2, 3);
• (b) einen den Rotor umgebenden Stator (1) mit mehreren Sta­ torpolen (20), die mit im Wesentlichen gleichmäßigem Abstand entlang dem Innenumfang des Stators angeordnet sind;
• (c) mehrere Permanentmagnete (22), die in einem Teil jedes Statorpols angeordnet sind; und
• (d) eine Drehmomentwicklung, die um jeden Statorpol herum angebracht ist.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß:

• - die Statorpole (20) jeweils eine bestimmte Breite in der Drehrichtung des Rotors (2, 3) aufweisen;
• - der Stator mehrere Statoraussparungen aufweist, die je­ weils zwischen ein benachbartes Paar von Statorpolen einge­ fügt sind;
• - der Rotor (2, 3) mehrere Rotorpole (21) aufweist, die um ihn herum angeordnet sind und eine Breite aufweisen, die größer als die Breite der Statorpole ist, und er mehrere Ro­ toraussparungen aufweist, die zwischen jeweils einem benach­ barten Paar von Rotorpolen eingebettet sind und eine Breite aufweisen, die größer als die Breite der Statorpole ist;
• - eine Stromsteuerungsschaltung vorhanden ist, um bei Dreh­ moment-Erzeugungsbetrieb durch die Drehmomentwicklung an je­ dem Statorpol einen Drehmomentstrom in solcher Weise hin­ durchzuschicken, daß dieser von null auf eine Drehmoment­ stromstärke IP1 ansteigt, die einem Drehmoment-Sollwert TCM entspricht, während jeder Statorpol innerhalb der Breite je­ der Rotoraussparung liegt, bis der zugehörige der Statorpole erreicht wird, daß ein Drehmoment erzeugt wird, während je­ der Rotorpol einen jeweiligen, von der entsprechenden Dreh­ momentwicklung umgebenen Statorpol erreicht, und der Drehmo­ mentstrom von IP1 auf null fällt, während der Statorpol in­ nerhalb der Breite des Rotorpols liegt, und um auch während eines Rückgewinnungsbetriebs den Drehmomentstrom in der Sta­ torwicklung an jedem Statorpol auf solche Weise zu steuern, daß der Drehmomentstrom von 0 auf eine Drehmomentstromstär­ ke IP1, die einem Drehmoment-Sollwert TCM entspricht, fällt, während jeder Statorpol innerhalb der Breite des zugehörigen Rotorpols liegt, daß ein Drehmoment erzeugt wird, während jeder Rotorpol vom durch die entsprechenden Drehmomentwick­ lungen umgebenen Statorpol wegläuft, und daß der Drehmo­ mentstrom von der Drehmomenstromstärke IP1 auf null fällt, während jeder Statorpol innerhalb der Breite jeder Rotoraus­ sparung liegt, wenn sich der Rotorpol vom zugehörigen Sta­ torpol wegbewegt.

4. Motor mit geschalteter Reluktanz gekennzeichnet durch:

• (a) einen Rotor (2, 3);
• (b) einen Stator (1), der den Rotor umgibt und eine Anzahl NS von Statorpolen (20) aufweist, die mit im Wesentlichen gleichmäßigem Abstand um den Innenumfang des Stators herum angeordnet sind und eine Breite in der Drehrichtung des Ro­ tors aufweisen; und
• (c) eine Drehmomentwicklung, die um einen jeweiligen Stator­ pol herum angebracht ist;
  • - wobei der Rotor eine Anzahl NR von um ihn herum angeordne­ ten Rotorpolen (21) aufweist, wobei die Anzahl NR kleiner als die Anzahl NS von Statorpolen ist und wobei die Rotorpo­ le eine Breite aufweisen, die größer als die Breite der Sta­ torpole ist; und der Rotor eine Anzahl NR von Rotorausspa­ rungen aufweist, die zwischen jeweils einem benachbarten Paar von Rotorpolen eingebettet sind und eine Breite aufwei­ sen, die im Wesentlichen der Breite der Rotorpole ent­ spricht.

5. Motor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Strom­ steuerungsschaltung zum Steuern, während eines Drehmoment- Erzeugungsvorgangs, eines Drehmomentstroms in den Drehmo­ mentwicklungen an jedem Statorpol (20) auf solche Weise, daß die Stromstärke dieses Drehmomentstroms von einem Erre­ gerstrom ID1 auf eine Stromstärke IP2, entsprechend einem Drehmoment-Sollwert TCM, ansteigt, während jeder Statorpol in der Mitte der zugehörigen Rotoraussparung liegt, daß der Drehmomentstrom in der entsprechenden Drehmomentwicklung fließt, um ein Drehmoment zu erzeugen, während jeder Rotor­ pol jeden von der entsprechenden Drehmomentwicklung umgebe­ nen Statorpol erreicht, und daß der Drehmomentstrom von der Stromstärke IP2 auf den Erregerstrom ID1 fällt, während je­ der Statorpol innerhalb der Breite des zugehörigen Rotorpols liegt, und um auch während eines Rückgewinnungsvorgangs den Drehmomentstrom in der Statorwicklung an jedem Statorpol auf solche Weise zu steuern, daß der Drehmomentstrom in den Statorwicklungen fließt, wenn seine Stromstärke von einem Erregerstrom ID1 auf einen Drehmomentstrom IP2, entsprechend einem Drehmoment-Sollwert TCM, erhöht wird, während jeder Statorpol innerhalb der Breite des zugehörigen Rotorpols liegt, daß ein rückgewinnendes Drehmoment erzeugt wird, während jeder Statorpol vom zugehörigen Rotorpol wegbewegt wird, und daß der Drehmomentstrom in den Statorwicklungen an jedem Statorpol von der Drehmomentstromstärke IP2 auf den Erregerstrom ID1 fällt, während jeder Statorpol innerhalb der Breite der zugehörigen Rotoraussparung liegt, wenn der Statorpol vom zugehörigen Rotorpol wegbewegt wird.

6. Motor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Strom­ steuerungsschaltung zum Steuern, während eines Drehmoment- Erzeugungsvorgangs, eines Drehmomentstroms durch die Drehmo­ mentwicklung an jedem Statorpol (20) auf solche Weise, daß die Stromstärke des Drehmomentstroms von null auf eine Stromstärke OP2, entsprechend einem Drehmoment-Sollwert TCM, ansteigt, während der Statorpol innerhalb der Breite der zu­ gehörigen Rotoraussparung liegt, die zwischen jedes benach­ barte Paar von Rotorpolen eingebettet ist, wenn sich der Rotor dreht, daß der Drehmomentstrom in den Drehmomentwick­ lungen fließt, um ein Drehmoment zu erzeugen, während jeder Rotorpol den durch die entsprechende Drehmomentwicklung um­ gebenen Statorpol erreicht, und daß der Drehmomentstrom von der Stromstärke OP2 auf null fällt, während jeder Statorpol innerhalb der Breite des zugehörigen Rotorpols liegt, und um, während eines Rückgewinnungsvorgangs, den Drehmoment­ strom in der Statorwicklung auf solche Weise zu steuern, daß die Stärke des Drehmomentstroms von null auf eine Dreh­ momentstromstärke IP2, entsprechend einem Drehmoment-Soll­ wert TCM, ansteigt, um durch die Statorwicklungen zu flie­ ßen, während jeder Statorpol innerhalb der Breite des zuge­ hörigen Rotorpols liegt, daß ein Rückgewinnungs-Drehmoment erzeugt wird, während jeder Statorpol vom zugehörigen Rotor­ pol wegbewegt wird, und daß der Drehmomentstrom in der Sta­ torwicklung von der Drehmomentstromstärke IP2 auf null fällt, während jeder Statorpol innerhalb der Breite liegt, die zwischen jedem benachbarten Paar von Rotorpolen einge­ bettet ist, wenn jeder Statorpol vom zugehörigen Rotorpol wegbewegt wird.

7. Motor mit geschalteter Reluktanz gekennzeichnet durch:

• (a) einen Rotor (2, 3);
• (b) einen Stator (1), der den Rotor umgibt und mehrere Sta­ torpole (20) aufweist, die mit im Wesentlichen gleichmäßigem Abstand entlang dem Innenumfang des Stators angeordnet sind;
• (c) einer positiven Wechselrichter-Spannungsquelle zum An­ steuern des Motors;
• (d) einer negativen Wechselrichter-Spannungsquelle zum An­ steuern des Motors;
• (e) Wicklungen auf der Spannungsversorgungsseite, die an je­ dem Statorpol angebracht sind;
• (f) einen Transistor, der in Reihe zu den Wicklungen auf der Spannungsversorgungsseite zwischen die positive Spannungs­ quelle und die negative Spannungsquelle geschaltet ist;
• (g) Wicklungen zur Energierückgewinnung, die an jedem Sta­ torpol parallel zu den Wicklungen auf der Spannungsversor­ gungsseite angebracht sind und diesen elektromagnetisch ent­ gegengesetzt sind;
• (h) eine Diode (13), die in Reihe mit einer der Energierück­ gewinnungs-Wicklungen zwischen der positiven Spannungsquelle und der negativen Spannungsquelle verbunden ist, wobei die Anode der Diode zur negativen Spannungsquelle zeigt; und
• (i) eine Stromsteuerungsschaltung zum Steuern des Drehmo­ mentstroms in den Wicklungen auf der Spannungsversorgungs­ seite und den Energierückgewinnungs-Wicklungen durch Schal­ ten der Transistoren zwischen dem EIN- und dem AUS-Zustand.

8. Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2, 3) und/oder der Stator (1) axial in mehrere Teile unterteilt sind, die in der Dreh­ richtung des Rotors um 1/2 des Zyklus der Frequenzkomponente einer im Motor erzeugten Drehmoment-Welligkeit aufeinander­ folgend versetzt sind.

9. Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an jedem Statorpol (20) angebrach­ ten Wicklungen einen Zwischenabgriff aufweisen, der nach außen führt, oder daß sie aus zwei oder mehr Wicklungssät­ zen bestehen, und daß der Motor ferner eine Umschaltstufe zum Umschalten zwischen einem Zustand, in dem alle Wicklun­ gen in Reihe geschaltet sind, und einem Zustand, in dem ein Teil der Wicklungen in Reihe geschaltet ist, aufweist.

10. Motorsteuerungssystem zum Steuern eines Motors mit sechs Statormagnetpolen mit jeweils einer Breite von im We­ sentlichen 60° oder weniger hinsichtlich des Rotordrehwin­ kels, Erregerwicklungen, die mit jeweils mindestens einer Windung auf die Statormagnetpole gewickelt sind, Drehmoment­ wicklungen, die mit jeweils mindestens einer Windung auf jeden Statormagnetpol gewickelt sind, und zwei Rotorpolen mit jeweils einer Breite im Bereich von 60 bis 120° hin­ sichtlich des Rotordrehwinkels, gekennzeichnet durch:

• (a) eine Erregerstrom-Treiberschaltung, die so ausgebildet ist, daß sie die Erregerwicklungen in Reihe schaltet, um jeder Erregerwicklung einen Gleichstrom zuzuführen, um den Motor entsprechend einem Erregerstrom-Sollwertsignal zu er­ regen; und
• (b) eine Drehmomentstrom-Treiberschaltung, die dafür sorgt, wenn ein Drehmoment-Sollwert positiv ist, daß ein Strom mit einer Stärke entsprechend dem Drehmoment-Sollwert in der Drehmomentwicklung des Statormagnetpols fließt, an dem sich das in Gegenuhrzeigerrichtung liegende Ende des zugehörigen Rotorpols befindet, und um dafür zu sorgen, daß, wenn der Drehmoment-Sollwert negativ ist, ein Strom in den Drehmo­ mentwicklungen des Statormagnetpols fließt, bei dem das in Uhrzeigerrichtung liegende Ende des zugehörigen Rotorpols liegt.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

• - dann, wenn der Drehmoment-Sollwert positiv ist, während sich der Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, der Drehmo­ mentstrom in der Drehmomentwicklung jedes Statormagnetpols auf solche Weise gesteuert wird, daß der Drehmomentstrom zunimmt, während das in Gegenuhrzeigerrichtung zeigende Ende jedes Rotorpols in Gegenuhrzeigerrichtung bezüglich des in Uhrzeigerrichtung liegenden Endes des zugehörigen Statorma­ gnetpols liegt, und daß der Drehmomentstrom in der Drehmo­ mentwicklung jedes Statormagnetpols fällt, während das in Uhrzeigerrichtung zeigende Ende des Rotorpols in Gegenuhr­ zeigerrichtung bezüglich des in Gegenuhrzeigerrichtung zei­ genden Endes des zugehörigen Statormagnetpols liegt; und
• - dann, wenn der Drehmoment-Sollwert negativ ist, während sich der Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, der Drehmo­ mentstrom in der Drehmomentwicklung an jedem Statormagnetpol auf solche Weise gesteuert wird, daß der Drehmomentstrom zunimmt, während jeder Statormagnetpol innerhalb der Breite des zugehörigen Rotorpols liegt, und der Drehmomentstrom fällt, während kein Statormagnetpol irgendeinem Rotorpol über deren Umfangsflächen gegenübersteht.

12. Motorsteuerungssystem zum Steuern eines Motors mit ei­ nem Rotor (2, 3) mit zwei Rotorpolen (21) mit jeweils einer Breite im Bereich von 60 bis 120° hinsichtlich des Rotor­ drehwinkels, einem Stator (1), der den Rotor umgibt und sechs Statormagnetpole (20) aufweist, von denen jeder eine Breite von im Wesentlichen 60° oder weniger hinsichtlich des Rotordrehwinkels aufweist, gemeinsamen Wicklungen, die mit jeweils mindestens einer Windung um die Statormagnetpole herum angebracht sind, und einer Treiberschaltung für einen Strom für die gemeinsame Wicklung; dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung für den Strom für die gemeinsame Wicklung so ausgebildet ist, daß sie einen solchen Erreger­ strom bildet, daß der Motor entsprechend einem Erregungs- Sollsignal erregt wird, um einen Drehmomentstrom zu erhal­ ten, der eine Stärke entsprechend einem Drehmoment-Sollwert aufweist und in der gemeinsamen Wicklung jedes Statorpols fließt, bei dem das in Gegenuhrzeigerrichtung zeigende Ende des zugehörigen Rotorpols liegt, wenn der Drehmoment-Soll­ wert positiv ist, oder das in Uhrzeigerrichtung liegende En­ de des zugehörigen Rotorpols liegt, wenn der Drehmoment- Sollwert negativ ist, und um einen zusammengesetzten Strom zu liefern, der die Summe aus dem Erregerstrom und dem Dreh­ momentstrom ist und der in jeder gemeinsamen Wicklung fließt.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

• - dann, wenn der Drehmoment-Sollwert positiv ist, während sich der Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, der Drehmo­ mentstrom durch die Drehmomentwicklung an jedem Statorma­ gnetpol auf solche Weise gesteuert wird, daß er zunimmt, während das in Gegenuhrzeigerrichtung liegende Ende jedes Rotorpols in Gegenuhrzeigerrichtung bezüglich des in Uhrzei­ gerrichtung liegenden Endes des zugehörigen Statormagnetpols liegt, und daß der Drehmomentstrom in der gemeinsamen Wick­ lung an jedem Statormagnetpol fällt, während das in Uhrzei­ gerrichtung zeigende Ende des Rotorpols in Gegenuhrzeiger­ richtung bezüglich des in Gegenuhrzeigerrichtung zeigenden Endes des zugehörigen Statormagnetpols liegt; und
• - dann, wenn der Drehmoment-Sollwert negativ ist, während sich der Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, der Drehmo­ mentstrom in der gemeinsamen Wicklung an jedem Statormagnet­ pol auf solche Weise gesteuert wird, daß er zunimmt, wäh­ rend jeder Statormagnetpol innerhalb der Breite des zugehö­ rigen Rotorpols liegt, und der Drehmomentstrom fällt, wäh­ rend kein Statormagnetpol einem Rotorpol über deren Umfangs­ flächen hinweg gegenübersteht.

14. System nach einem der Ansprüche 11 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• - dann, wenn der Drehmoment-Sollwert positiv ist, während sich der Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, der Drehmo­ mentstrom in der Drehmomentwicklung an jedem Statormagnetpol auf solche Weise gesteuert wird, daß er zunimmt, während das in Gegenuhrzeigerrichtung zeigende Ende jedes Rotorpols in Gegenuhrzeigerrichtung bezüglich des in Uhrzeigerrichtung zeigenden Endes des zugehörigen Statormagnetpols zeigt und der Drehmomentstrom in der gemeinsamen Wicklung an jedem Statormagnetpol fällt, während das in Uhrzeigerrichtung zei­ gende Ende des Rotorpols um den Winkel YDA in Gegenuhrzei­ gerrichtung bezüglich des in Gegenuhrzeigerrichtung zeigen­ den Endes des zugehörigen Statormagnetpols liegt;
• - dann, wenn der Drehmoment-Sollwert negativ ist, während sich der Rotor in Gegenuhrzeigerrichtung dreht, der Drehmo­ mentstrom in der gemeinsamen Wicklung an jedem Statormagnet­ pol auf solche Weise gesteuert wird, daß er zunimmt, wäh­ rend das in Uhrzeigerrichtung zeigende Ende jedes Rotorpols um den Winkel YDA in Uhrzeigerrichtung bezüglich des in Uhr­ zeigerrichtung zeigenden Endes des zugehörigen Statormagnet­ pols liegt, und daß der Drehmomentstrom fällt, während das in Uhrzeigerrichtung zeigende Ende jedes Rotorpols um den Winkel YDA in Uhrzeigerrichtung bezüglich des in Gegenuhr­ zeigerrichtung zeigenden Endes des zugehörigen Statormagnet­ pols liegt; und
• - der Winkel YDA klein ist, wenn die Drehzahl des Motors klein ist, während er groß ist, wenn seine Drehzahl groß ist.

15. System nach einem der Ansprüche 10 oder 12, mit mehre­ ren an jedem Statormagnetpol angebrachten Rückgewinnungs­ wicklungen, gekennzeichnet durch mehrere Dioden, die jeweils in Reihe zwischen jede der Rückgewinnungswicklungen und eine Spannungsquelle für den Motor geschaltet sind, um einen Teil der magnetischen Energie jedes Statormagnetpols dazu zu ver­ wenden, den Motor drehend anzutreiben, während der andere Teil der magnetischen Energie an die Spannungsquelle zurück­ geliefert wird) wobei jede der Dioden eine mit der Nieder­ spannungsseite der Spannungsquelle verbundene Anode sowie eine mit der Hochspannungsseite der Spannungsquelle verbun­ dene Kathode aufweist.