DE69317476T2

DE69317476T2 - Hochgeschwindigkeits-reluktanz-motor

Info

Publication number: DE69317476T2
Application number: DE69317476T
Authority: DE
Inventors: Itsuki Bahn
Original assignee: Sekoh Giken KK
Current assignee: Sekoh Giken KK
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1993-01-20
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: US5485047A; WO1993015550A1; EP0577843B1; EP0577843A4; DE69317476D1; EP0577843A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reluktanzmotor, der (beispielsweise) als Antriebsquelle für eine Bohrmaschine, eine kompakte Antriebsquelle, die eine Rotation mit einer hohen Geschwindigkeit erfordert, oder eine Antriebsquelle mit einer großen Ausgangsleistung verwendet werden kann, die keine genaue Steuerung erfordert, wie z.B. in einem elektrischen Auto oder einem Kranwagen.
Ein Reluktanzmotor weist so viele Nachteile einschließlich Vibrationen auf, daß wenige Reluktanzmotoren jemals praktisch verwendet worden sind, obwohl ihr Ausgangsdrehmoment groß ist und kein Magnetrotor erforderlich ist.
Das gleichzeitige Erreichen einer Größenverringerung und einer Erhöhung der Geschwindigkeit der Motorrotation ist in der Praxis sehr schwierig zu realisieren. Obwohl ein Drehmoment durch eine magnetische Anziehungskraft erhalten wird, die zwischen den magnetischen Polen des festen Läufers und den vorstehenden Polen des Rotors wirkt, ist die magnetische Anziehungskraft auf deren Mitte gerichtet. Somit werden mechanische Vibrationen erzeugt.
Derartige herkömmliche Motoren erfordern Läuferspulen, die durch Schaltelemente gesteuert werden, die mit deren beiden Enden zum Aktivieren und Deaktivieren dieser Läuferspulen verbunden sind Somit ist die Anzahl von teuren Leistungselementen erhöht und somit sind die Kosten vergrößert.
Weiterhin sind Schaltelemente, die auf der Seite eines positiven Anschlusses einer elektrischen Stromquelle vorgesehen sind, teuer, da sie elektrische Eingangssignale erfordern, die von einer anderen elektrischen Stromquelle zugeführt werden, um die den Läuferspulen zugeführten Strome zu steuern.
Ein bekannter Reluktanzmotor hat einen Rotor, der mit mehreren vorstehenden Polen versehen ist und dessen Induktanz somit groß ist. Das erhöht die Menge der magnetischen Energie, die in magnetischen Polen oder vorstehenden Polen gespeichert wird oder aus ihnen entnommen wird. Weiterhin ist die Wiederholungsfrequenz eines derartigen Energiespeicherns und -entladens während einer vollständigen Umdrehung des Rotors erhöht. Es besteht somit das Problem, daß der bekannte Reluktanzmotor trotz seines hohen Ausgangsdrehmomentes nicht in einem Hochgeschwindigkeitsbereich rotieren kann. Weiterhin besteht das andere Problem, daß die Größe des bekannten Reluktanzmotors infolge einer großen Anzahl von vorstehenden Polen nicht verringert werden kann.
Im folgenden wird eine geringe Geschwindigkeit als ca. 300 Umdrehungen pro Minute und eine hohe Geschwindigkeit bei etwa 60.000 Umdrehungen pro Minute angenommen.
Im Vergleich mit einem DC-Motor mit einem magnetischen Rotor bewirkt eine außerordentlich hohe Induktanz der Läuferspule ein langsames Ansteigen eines Anregungsstromes in einer Anfangsstufe der Stromversorgungsperiode, ebenso wie eine langsame Abfallflanke in einer Endstufe der Stromversorgungsperiode. Das erstere wird ein geringeres Ausgangsdrehmoment und die zweite ein Gegendrehmoment erzeugen.
Um das Ansteigen des Läuferstromes in der Anfangsstufe der Stromversorgungsperiode steil zu machen, wird eine Spannung einer elektrischen Stromquelle erhöht. Jedoch wird ein derartiges Ansteigen des Läuferstromes in einem Bereich nach dem magnetischen Säffigungspunkt außerordentlich steil. Aus diesem Grund erzeugt der Motor Vibrationen und elektrisches Rauschen. Weiterhin werden, da der oben beschriebene Anstiegsbereich des Läuferstromes einem Bereich entspricht, in dem das Drehmoment gering ist, nur Nachteile verstärkt. Somit besteht das Problem, daß eine Hochgeschwindigkeitsrotation infolge der oben beschriebenen Drehmomentverringerung und des Gegendrehmomentes nicht realisiert werden kann. Da die Anzahl der vorstehenden Pole groß ist, wird magnetische Energie oft zwischen Läuferspulen übertragen. Das erhöht den Wirbelstromverlust. Demgemäß besteht das Problem, daß in einem Hochgeschwindigkeitsbereich die Effizienz vermindert ist.
Wenn die angelegte Spannung erhöht wird, um die Drehgeschwindigkeit zu erhöhen, sind mehr als 600 V erforderlich. Das bedeutet, daß ein unpraktischer Motor erhalten wird.
Wenn die Anstiegs- und Abfailfianke des Läuferstromes aufgesteilt werden, um eine Beschleunigung des Motors zu realisieren, wird demgemäß der Wirbelstromverlust erhöht. Es wäre ideal, eine Halbwelle einer Sinus-Wellenform zu verwenden. Diese ist aus verschiedenen Gründen nicht einfach zu erhalten.
Weiterhin sind im allgemeinen zumindest vier vorstehende Pole des Rotors erforderlich. Somit erhöht sich die Wiederholungsfrequenz des Energiespeicherns und -entladens während einer vollständigen Umdrehung des Rotors zwischen den magnetischen Polen und den vorstehenden Polen. Somit wird die Effizienz verringert und es wird schwierig, die Motorgeschwindigkeit zu erhöhen.
Weiterhin wird eine große magnetische Anziehungskraft, die nicht zur Drehmomenterzeugung beiträgt, zwischen den magnetischen Polen und den vorstehenden Polen erzeugt. Obwohl magnetische Pole symmetrisch um eine Achse vorgesehen sind, um diese Kraft zu eliminieren, wird diese magnetische Anziehungskraft wegen der Differenz der Länge des Luftspaltes zwischen den magnetischen Polen und den vorstehenden Polen nicht vollständig unterdruckt. Hierbei entsteht ein Grund für die Vibrationen. Sogar wenn die Länge des Luftschlitzes fein eingestellt wird, wird sie infolge einer während der Benutzung des Motors auftretenden Abnutzung bald verändert.
Fig. 26 zeigt eine Draufsicht mit einem Dreiphasen-Halbwellen-Stromversorgungszustand- Reluktanzmotor. Ein Bezugszeichen 16 kennzeichnet einen festen Läufer, der aus bekannten laminierten Siliziumstahlscheiben besteht. Magnetischen Polen 16a, ....... sind Läuferspulen 17a, 17b,... zugeordnet. Ein Rotor 1 rotiert in Richtung eines Pfeiles A. Ein Bezugszeichen 5 kennzeichnet eine Drehachse 5. Wenn die Läuferspulen 17b, 17e aktiviert werden, rotiert der Rotor 1 in Richtung des Pfeiles A. Nach einer Drehung von 120º werden diese Läuferspulen deaktiviert. Als nächstes werden die Läuferspulen 17c, 17f aktiviert. Nach einer Drehung von 120º werden diese Läuferspulen deaktiviert.
Wie oben beschrieben wurde, dreht der Rotor 1 in der Reihenfolge. Läuferspulen 17a, 17d T 17b, 17e T 17c, 17f entlang dem Pfeil A. Nur zwei vorstehende Pole tragen zur Erzeugung des oben beschriebenen Drehmomentes bei und die verbleibenden vier vorstehenden Pole haben keinen Bezug zu dieser Erzeugung des Drehmomentes. Wenn alle sechs vorstehenden Pole gleichzeitig Drehmomente erzeugen, wird ein dreifaches Drehmoment erzeugt werden. Das ist jedoch nicht erreichbar.
Weiterhin werden, wenn die Läuferspulen 17a, 17d aktiviert werden, die magnetischen Pole 16a, 16d radial in Richtung der vorstehenden Pole 1a, 1e magnetisch angezogen. Somit unterliegt der feste Läufer 16 infolge dieser Anziehungskraft einer Deformation. Wenn der Rotor rotiert, unterliegt der feste Läufer infolge von weiteren Anziehungskräften, die von den magnetischen Polen 16b, 16e und 16c, 16f und ihren gegenüberliegenden vorstehenden Polen erzeugt werden, einer Deformation. Dieser Deformationsmechanismus erzeugt die Vibrationen des Motors.
Da es technisch schwierig ist, die Lufischlitzlänge zwischen den vorstehenden Polen und den magnetischen Polen auszugleichen, ändert eine von dem Rotor 1 empfangene Anziehungskraft ihre Richtung, wenn der Rotor 1 rotiert. Somit erzeugt der Rotor 1 Vibrationen in der radialen Richtung. Demgemäß wird ein Vibrationslärm erzeugt. Weiterhin wird die Lebensdauer der Lager, die für die Rotationsachse des Rotors 1 vorgesehen sind, verschlechtert. Im Falle eines Rotors mit einer hohen Ausgangsleistung können die oben beschriebenen Probleme nicht gelöst werden.
Die EP-A-0 441 970 und die US-A-4,942,345 offenbaren Reluktanzmotoren, bei denen Läuferspulen um Läuferspulenstücke gewickelt und nacheinander in Reihe mit Energie versorgt werden, um eine Drehung eines Rotors in einem festen Läufer zu liefern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Merkmale für einen Reluktanzmotor bereitzustellen, der in einem Hochgeschwindigkeitsbereich eine gute Effizienz aufweist, und der in bestimmten Ausführungsbeispielen einen geringen Durchmesser aufweist, ein großes Ausgangsdrehmoment erzeugen kann, Vibrationen unterdtückt und ein regeneratives Bremsen durchführen kann, wenn es notwendig ist.
Ein erster Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung liefert einen Hochgeschwindigkeits- Reluktanz-DC-Motor mit einem festen Läufer und einem magnetischen Rotor, mit:
zwei vorstehenden Polen, die die gleiche Breite aufweisen, an einer äußeren Randfläche des magnetischen Rotors angeordnet und in regelmäßigen Abständen um den gleichen Winkel voneinander beabstandet sind,
mehreren Schlitzen, die an einer inneren Randfläche des festen Läufers in regelmäßigen Abständen angeordnet sind,
einer Läuferspule für eine erste Phase, die aus einer einem ersten Paar der Schlitze zugeordneten Spule und einer weiteren einem zweiten Paar der Schlitze zugeordneten Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die erste Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Läuferspule für eine zweite Phase, die aus einer einem dntten Paar der Schlitze zugeordneten Spule und einer weiteren einem vierten Paar der Schlitze zugeordneten Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die zweite Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Läuferspule für eine dritte Phase, die aus einer einem fünften Paar der Schlitze zugeordneten Spule und einer weiteren einem sechsten Paar der Schlitze zugeordneten Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die dritte Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Positions-Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Drehpositionen der vorstehenden Pole und zum Erzeugen von Positions-Detektionssignalen für die erste Phase, die in gleichmäßigen Abständen in Einheiten des elektrischen Winkels voneinander beabstandet sind, von Positions-Detektionssignalen für die zweite Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die erste Phase verzögert sind, und von Positions- Detektionssignalen für die dritte Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die zweite Phase verzögert sind,
nur einem Schaltelement, das zwischen einem negativen Anschluß einer elektrischen DC- Leistungsquelle und jeder der Läuferspulen für die erste Phase, für die zweite Phase und für die dritte Phase angeordnet ist,
einer elektrischen DC-Stromquelle zum Zuflihren von elektrischem Strom zu einer seriellen Verbindungseinheit, die die Läuferspule und das Schaltelement umfaßt,
einer Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Zuflihren von Strom zu den Läuferspulen für die erste Phase, für die zweite Phase und die dritte Phase durch Anschalten entsprechender Schaltelemente, die mit den Läuferspulen für die erste Phase, für die zweite Phase und die dritte Phase verbunden sind, abhängig von den Positions-Detektionssignalen für die erste, die zweite und die dritte Phase um einen Wert der Signalbreite jedes Positions-Detektionssignales, um ein Ausgangs-Drehmoment zu erhalten,
einer ersten elektrischen Schaltung zum Übertragen von in der Läuferspule gespeicherter magnetischer Energie in einen Kondensator, und
einer Unterbrecherschaltung zum Deaktivieren der Läuferspule.
Eine erste Weiterentwicklung des ersten Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung liefert einen Hochgeschwindigkeitsmotor in einem Dreiphasen-Halbwellen-Reluktanz-DC- Motor mit einem festen Läufer und einem magnetischen Rotor, mit:
zwei vorstehenden Spulen, die die gleiche Breite aufweisen, an einer äußeren Randfläche des magnetischen Rotors angeordnet und in gleichmäßigen Abständen um den gleichen Winkel voneinander beabstandet sind,
zwölf Schlitzen Nr. 1 bis Nr. 12, die an der inneren Randfläche des festen Läufers in regelmäßigen Abständen angeordnet sind,
einer Läuferspule für die erste Phase, die aus einer dem ersten und dem vierten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem siebten und dem zehnten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die erste Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Läuferspule für die zweite Phase, die aus einer dem dritten und dem sechsten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem neunten und dem zwölften Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die zweite Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Läuferspule für die dritte Phase, die aus einer dem fünften und dem achten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem elften und dem zweiten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die dritte Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Positions-Detektionsvorrichtung zur Detektion von Drehpositionen der vorstehenden Spule und zum Erzeugen von Positions-Detektionssignalen für die erste Spule, die eine Breite von 120º aufweisen und in gleichmäßigen Abständen von 240º in Einheiten des elektrischen Winkels voneinander beabstandet sind, von Positions-Detektionssignalen für die zweite Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die erste Phase um 120º verzögert sind, und von Positions-Detektionssignalen für die dritte Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale der zweiten Phase um 120º verzögert sind,
nur einem Schaltelement, das zwischen einem negativen Anschluß einer elektrischen DC- Stromquelle und jeder der Läuferspulen für die erste Phase, für die zweite Phase und für die dritte Phase angeordnet ist,
nur einer ersten Diode, die auf der Seite positiver Spannung jeder Läuferspule in einer Vorwärtsrichtung angeordnet ist,
wobei die elektrische DC-Stromquelle zum Zuführen von elektrischem Strom zu einer seriellen Verbindungseinheit dient, die aus der ersten Diode, der Läuferspule und dem Umschaltelement besteht,
einer Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Zuführen von Strom zu den Läuferspulen für die erste Phase, für die zweite Phase und für die dritte Phase durch Anschalten entsprechender Umschaltelemente, die mit den Läuferspulen für die erste Phase, die zweite Phase und die dritte Phase verbunden sind, in Antwort auf die Positions-Detektionssignale für die erste Phase, für die zweite Phase und für die dritte Phase um den Wert der Signalbreite jedes Positions-Detektionssignales, um ein Ausgangsdrehmoment zu erhalten, einer ersten elektrischen Schaltung zum Übertragen der in der Läuferspule gespeicherten magnetischen Energie durch eine zweite Diode in den eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator von einem Verbindungspunkt des Schaltelements und der Läuferspule und zum Halten von ihr dient, um einen Anregungsstrom der Läuferspule schnell zu verringern, wenn das Schaltelement an einem Anschlußende des Positions-Detektionssignals ausgeschaltet wird,
einer zweiten elektrischen Schaltung zum Entladen von in dem eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator gespeicherter elektrostatischer Energie in die Läuferspule, die als nächstes durch das simultan aktivierte Halbleiterelement aktiviert wird, von einem Verbindungspunkt der ersten Diode und des Läuferspulenelements, um schnell einen Anregungsstrom zu dem Zeitpunkt aufzubauen, wenn die Läuferspule abhängig von dem Positions-Detektionssignal aktiviert wird, nachdem der magnetische Rotor sich um einen vorbestimmten Winkel gedreht hat,
einer Detektionsschaltung, die ein elektrisches Detektionssignal erhält, wenn der Anregungsstrom der Läuferspule einen vorbestimmten Wert überschreitet, und
einer Unterbrecherschaltung zum Deaktivieren der Läuferspule unabhängig von dem elektrischen Detektionssignal und andererseits zum Aktivieren der Läuferspule, nachdem eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist.
Eine zweite Weiterentwicklung des ersten Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung liefert einen Hochgeschwindigkeitsmotor in einem Zweiphasen-Vollwellen-Reluktanz-DC- Motor mit einem festen Läufer und einem magnetischen Rotor, mit:
zwei vorstehenden Polen, die die gleiche Breite aufweisen, an einer äußeren Randfläche des magnetischen Rotors angeordnet und in gleichmäßigen Abständen um den gleichen Winkel voneinander beabstandet sind,
acht Schlitzen Nr. 1 bis Nr. 8, die an der inneren Randfläche des festen Läufers in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind,
einer Läuferspule der ersten Phase, die aus einer dem ersten und dem dritten Schlitz zugeordneten Spule und aus einer dem fünften und dem siebten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die erste Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Läuferspule für die zweite Phase, die aus einer dem zweiten und dem vierten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem sechsten und dem achten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die zweite Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Läuferspule für die dritte Phase, die aus einer dem dritten und dem fünften Schlitz zugeordneten Spule und einer dem siebten und dem ersten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die dritte Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Läuferspule für die vierte Phase, die aus einer dem vierten und dem sechsten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem achten und dem zweiten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die vierte Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Positions-Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Drehpositionen der vorstehenden Pole und zum Erzeugen von Positions-Detektionssignalen für die erste Phase, die eine Breite von 90º aufweisen und in gleichmäßigen Abständen von 360º in Einheiten des elektrischen Winkels voneinander beabstandet sind, von Positions- Detektionssignalen für die zweite Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale der ersten Phase um 90º verzögert sind, von Positions-Detektionssignalen für die dritte Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die zweite Phase um 90º verzögert sind, und von Positions-Detektionssignalen für die vierte Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die dritte Phase um 90º verzögert sind,
nur einem Schaltelement, das zwischen einem negativen Anschluß der elektrischen DC- Stromquelle und jeder der Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase angeordnet ist,
nur einer ersten Diode, die auf der Seite positiver Spannung jeder Läuferspule in einer Vorwärtsrichtung angeordnet ist,
wobei die elektrische DC-Stromquelle elektrischen Strom einer seriellen Verbindungseinheit zuflihrt, die aus der ersten Diode, der Läuferspule und dem Schaltelement besteht, einer Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Zuführen von Strom zu den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase durch Anschalten entsprechender Schaltelemente, die mit den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase verbunden sind, abhängig von den Positions-Detektionssignalen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase um den Wert der Signalbreite jedes Positions- Detektionssignales, um ein maximales Ausgangs-Drehmoment zu erhalten,
einer ersten elektrischen Schaltung zum Übertragen der in der Läuferspule gespeicherten magnetischen Energie durch eine zweite Diode in den eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator von einem Verbindungspunkt des Schaltelementes und der Läuferspule und zum Halten von ihr, um einen Anregungsstrom der Läuferspule schnell zu verringern, wenn das Schaltelement an einem Anschlußende des Positions-Detektionssignales ausgeschaltet wird,
einer zweiten elektrischen Schaltung zum Entladen von in dem eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator gespeicherter elektrostatischer Energie in die Läuferspule, die durch das simultan aktivierte Halbleiterelement als nächstes aktiviert wird, von einem Verbindungspunkt der ersten Diode und dem Läuferspulenelement, um schnell einen Anregungsstrom zu dem Zeitpunkt aufzubauen, wenn die Läuferspule abhängig von dem Positions-Detektionssignal aktiviert wird, nachdem der magnetische Rotor sich um einen vorbestimmten Winkel gedreht hat,
einer Detektionsschaltung, die ein elektrisches Detektionssignal erhält, wenn der Anregungsstrom der Läuferspule einen vorbestimmten Wert überschreitet, und einer Unterbrecherschaltung zum Deaktivieren der Läuferspule abhängig von dem elektrischen Detektionssignal und andererseits zum Äktivieren der Läuferspule nach einer vorbestimmten Zeit.
Weiterhin liefert eine dritte Weiterentwicklung des ersten Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung einen Hochgeschwindigkeitsmotor in einem Zweiphasen Vollwellen-Reluktanz-DC-Motor mit einem festen Läufer und einem magnetischen Rotor, mit:
zwei vorstehenden Polen, die die gleiche Breite aufweisen, an einer äußeren Randfläche des magnetischen Rotors und in regelmäßigen Abständen mit dem gleichen Winkel voneinander beabstandet angeordnet sind,
acht Schlitzen Nr. 1 bis Nr. 8, die an der inneren Randfläche des festen Läufers in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind,
einer Läuferspule für die erste Phase, die aus einer dem ersten und dem dritten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem fünften und dem siebten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei Spulen der Läuferspule für die erste Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Läuferspule für die zweite Phase, die aus einer dem zweiten und dem vierten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem sechsten und dem achten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die zweite Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Läuferspule für die dritte Phase, die aus einer dem dritten und dem fünften Schlitz zugeordneten Spule und einer dem siebten und dem ersten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die dritte Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Läuferspule für die vierte Phase, die aus einer dem vierten und dem sechsten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem achten und dem zweiten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die dritte Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,
einer Positions-Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Drehpositionen der vorstehenden Pole und zum Erzeugen von Positions-Detektionssignalen für die erste Phase, die eine Breite von 90º aufweisen und in gleichmäßigen Abständen von 360º Verzögerung in Einheiten des elektrischen Winkels voneinander beabstandet sind, von Positions-Detektionssignalen der zweiten Phase, die in Bezug auf die Positions- Detektionssignale der ersten Phase um 90º verzögert sind, von Positions-Detektionssignalen für die dritte Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale der zweiten Phase um 90º verzögert sind, und von Positions-Detektionssignalen der vierten Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale der dritten Phase um 90º verzögert sind,
einer elektrischen DC-Stromquelle, die elektrischen Strom einer seriellen Verbindungseinheit zuführt, die aus der Läuferspule und dem Schaltelement besteht,
einer Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Zuführen von Strom zu den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase durch Anschalten entsprechender Schaltelemente, die mit den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase verbunden sind, abhängig von den Positions-Detektionssignalen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase um den Wert der Signalbreite von jedem Positions- Detektionssignal von einem vorderen Ende eines Abschnittes zur Erzeugung eines positiven Drehmoments, um ein Ausgangs-Drehmoment zu erhalten,
nur einem Schaltelement, das zwischen einem negativen Anschluß der elektrischen DC- Energiequelle und jeder der Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase angeordnet ist,
einer erste Gruppe von Dioden, wobei jede der ersten Gruppe von Diode invers mit einer seriellen Verbindungseinheit verbunden ist, die aus einer der Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase besteht und einem der Schaltelemente entspricht,
einer ersten elektrischen Schaltung zum Übertragen von in der Läuferspule gespeicherter magnetischer Energie in den Kondensator durch eine zweite Gruppe von Dioden und die erste Gruppe von Dioden, wobei jede der zweiten Gruppe von Dioden mit einem Verbindungspunkt des Schaltelementes und der Läuferspule verbunden ist,
einer zweiten elektrischen Schaltung, die zwischen einer positiven Seite des Kondensators und einem positiven Anschluß der elektrischen Stromquelle angeordnet ist, zum Vergleichen und Abgleichen einer Spannung des Kondensators und einer Spannung der elektrischen Stromquelle, und
einer Unterbrecherschaltung zum Unterdrucken von Anregungsstrom der Läuferspule, um kein Ausbrennen der Läuferspule hervorzurufen.
Weiterhin liefert eine vierte Weiterentwicklung des ersten Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung einen Rotor für einen Reluktanz-Hochgeschwindigkeitsmotor mit;
einem säulenförmigen magnetischen Rotor, der aus laminierten Silizium-Stahl-Scheiben besteht,
einer Drehwelle, die an einer Mittelachse des magnetischen Rotors befestigt ist, Lager zum Tragen beider Enden der Drehwelle, so daß die Drehwelle rotieren kann,
einem ersten und einem zweiten vorstehenden Pol mit einer Breite von 90º, die an einer äußeren Randfläche des magnetischen Rotors und einander in regelmäßigen Abständen von 90º gegenüberliegend angeordnet sind,
einem festen Läufer mit einer zylindrischen Form, der aus laminierten Silizium-Stahl- Scheiben besteht, wobei die Schlitze zwei- oder dreiphasigen Läuferspulen zugeordnet sind,
einer Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Luftspaltes zwischen einer äußeren Randfläche des ersten und des zweiten vorstehenden Poles und der inneren Randfläche des festen Läufers, wobei der Luftspalt zwischen der äußeren Randfläche des ersten vorstehenden Poles und der inneren Randfläche des festen Läufers kleiner als zwischen der äußeren Randfläche des zweiten vorstehenden Poles und der inneren Randfläche des festen Läufers ist, und
einem Gegengewicht, das an dem Rotor in der Nähe des zweiten vorstehenden Poles befestigt ist, um das Rotationsgleichgewicht des Rotors aufrechtzuerhalten.
Ein zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung liefert einen Dreiphasen-Reluktanz- DC-Motor mit einem festen Läufer und einem magnetischen Rotor, mit:
n (n: positive ganzzahlige Zahl größer oder gleich 2) vorstehenden Polen der gleichen Breite, die an einer äußeren Randfläche des magnetischen Rotors angeordnet und in gleichmäßigen Abständen um den gleichen Winkel voneinander beabstandet sind,
6n Schlitzen, die an einer inneren Randfläche des festen Läufers in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind,
Läuferspulen für eine erste, eine zweite und eine dritte Phase, die den Schlitzen zugeordnet und dergestalt angeordnet sind, daß sie eine Phasendifferenz von 120º in Bezug auf den elektrischen Winkel voneinander haben,
einer Positions-Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Drehpositionen der vorspringenden Pole und zum Erzeugen von Positions-Detektionssignalen für die erste Phase, die eine Breite von 120º aufweisen und in gleichmäßigen Abständen von 240º in Einheiten des elektrischen Winkels voneinander beabstandet sind, von Positions- Detektionssignalen für die zweite Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale der ersten Phase um 120º verzögert sind, und von Positions-Detektionssignalen für die dritte Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die zweite Phase um 120º verzögert sind,
Halbleiter-Schaltelementen, die in Reihe mit den Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase verbunden sind,
einer elektrischen DC-Stromquelle, die elektrischen Strom zu den Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase und zu den Halbleiter-Schaltelementen zuführt, die in Reihe mit den Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase verbunden sind, einer Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Zuführen von Strom zu den Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase durch Einschalten entsprechender Halbleiter- Schaltelemente, die mit den Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase verbunden sind, abhängig von den Positions-Detektionssignalen für die erste, die zweite und die dritte Phase um den Wert einer Signalbreite jedes Positions-Detektionssignales,
einer ersten elektrischen Schaltung zum Übertragen von in einer Läuferspule gespeicherter magnetischer Energie durch eine Diode in einen eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator von einem Verbindungspunkt des Halbleiter-Schaltelementes und zum Halten von ihr, um einen Anregungsstrom der Läuferspule schnell zu verringern, wenn das Halbleiter-Schaltelement an einem Anschlußende des Positions-Detektionssignales ausgeschaltet wird,
einer zweiten elektrischen Schaltung zum Entladen von in dem eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator gespeicherter elektrostatischer Energie in die Läuferspule, die zum schnellen Aufbauen eines Anregungsstromes als nächstes zu einem Zeitpunkt aktiviert wird, wenn die Läuferspule abhängig von dem Positions-Detektionssignal aktiviert wird, nachdem der magnetische Rotor sich um einen vorbestimmten Winkel gedreht hat,
einer Detektionsschaltung zum Erhalten eines Detektionssignales, wenn der Anregungsstrom der Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase einen vorbestimmten Wert überschreitet, und
einer Unterbrecherschaltung zum Deaktivieren der Läuferspule in Antwort auf das Detektionssignal und andererseits zum Aktivieren der Läuferspule, nachdem der Läuferstrom sich um einen vorbestimmten Wert verringert hat.
Eine Weiterentwicklung des zweiten Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung liefert einen Dreiphasen-Vollwellen-Reluktanz-DC-Motor, mit:
n (n. positive ganze Zahl größer oder gleich 2) ersten und zweiten vorstehenden Polen, die die gleiche Breite aufweisen, an der äußeren Randfläche des magnetischen Rotors auf beiden Seiten von ihm und in gleichmäßigen Abständen um den gleichen Winkel voneinander beabstandet angeordnet sind,
6n Schlitzen, die in regelmäßigen Abständen an einer inneren Randfläche eines zylindrischen ersten festen Läufers angeordnet sind,
Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase, die mit den 6n Schlitzen verbunden sind und dergestalt angeordnet sind, daß sie eine gegenseitige Phasendifferenz von 120º voneinander aufweisen,
einem zweiten festen Läufer mit im wesentlichen dem gleichen Aufbau wie der erste feste Läufer, wobei Schlitze des zweiten festen Läufers Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase zugeordnet sind,
einer Einrichtung zum Verschieben einer ersten Position, an der die Schlitze des ersten festen Läufers den ersten vorstehenden Pole um einen elektrischen Winkel von 180º gegenüberliegen, von einer zweiten Position, an der die Schlitze des zweiten festen Läufers den zweiten vorstehenden Polen gegenüberliegen,
einer Positions-Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Drehpositionen der ersten vorstehenden Pole und zum Erzeugen von Positions-Detektionssignalen für die erste Phase, die eine Breite von 120º aufweisen und voneinander in regelmäßigen Abständen von 240º in Einheiten des elektrischen Winkels beabstandet sind, von Positions- Detektionssignalen für die zweite Phase, die gegenüber den Positions-Detektionssignalen für die erste Phase um 120º verzögert sind, und von Positions-Detektionssignalen für die dritte Phase, die von den Positions-Detektionssignalen für die zweite Phase um 120º verzögert sind, und weiterhin zum Erzeugen von Positions-Detektionssignalen für die erste Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die erste Phase um 180º verzögert sind, von Positions-Detektionssignalen für die zweite Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die zweite Phase um 180º verzögert sind und von Positions-Detektionssignalen für die dritte Phase, die in Bezug auf die Positions- Detektionssignale für die zweite Phase um 180º verzögert sind,
Halbleiter-Schaltelementen, die in Reihe mit den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte, die erste, die zweite und die dritte Phase verbunden sind,
einer elektrischen DC-Stromquelle zum Zuführen von elektrischem Strom zu den Läuferspulen und den Halbleiter-Schaltelementen, die in Reihe mit den Läuferspulen verbunden sind,
einer Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Zuflihren von Strom zu den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte, die erste, die zweite und die dritte Phase durch Anschalten entsprechender Halbleiter-Schaltelemente, die in Reihe mit den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte, die erste, die zweite und die dritte Phase verbunden sind, abhängig von den Positions-Detektionssignalen für die erste, die zweite, die dritte, die erste, die zweite und die dritte Phase um den Wert der Signaibreite jedes Positions Detektionssignales,
einer ersten elektrischen Schaltung zum Ubertragen von in der Läuferspule gespeicherter magnetischer Energie durch eine Diode in einen eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator von einem Verbindungspunkt des Halbleiter-Schaltelementes und zum Halten von ihr, um einen Anregungsstrom der Läuferspule schnell zu verringern, wenn das Halbleiter-Schaltelement an einem Anschlußende des Positions-Detektionssignales ausgeschaltet wird,
einer zweiten elektrischen Schaltung zum Entladen von in dem eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator gespeicherter elektrostatischer Energie in die Läuferspule, die zum schnellen Aufbau eines Anregungsstromes als nächstes zu einem Zeitpunkt aktiviert wird, wenn die Läuferspule abhängig von dem Positions-Detektionssignal aktiviert wird nachdem der magnetische Rotor sich um einen vorbestimmten Winkel gedreht hat,
einer Detektionsschaltung, die ein Detektionssignal erhält, wenn ein Anregungsstrom der Läuferspule für die erste, die zweite und die dritte Phase einen vorbestimmten Wert überschreitet,
einer ersten Unterbrecherschaltung zum Deaktivieren der Läuferspule abhängig von dem Detektionssignal und andererseits zum Aktivieren der Läuferspulen, nachdem der Läuferstrom um einen vorbestimmten Wert abgesunken ist, und
einer zweiten Unterbrecherschaltung, die im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die erste Unterbrecherschaltung aufweist, zum Aufrechterhalten des Läuferstromes der Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase auf einem vorbestimmten Wert.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Läuferspulen deaktiviert werden, in den Läuferspulen gespeicherte magnetische Energie in einen zu ladenden, eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator übertragen. Demgemäß wird eine Zeitdauer zum Unterdrücken von magnetischer Energie so gering, daß kein Gegendrehmoment erzeugt wird. Weiterhin steigt, da eine hohe Spannung des Kondensators an die als nächstes aktivierte Läuferspule angelegt wird, ein Anregungsstrom dieser Läuferspule steil an. Demgemäß erfolgt keine Drehmoment- Verringerung. Das ermöglicht es, daß sich der Motor mit einer hohen Geschwindigkeit drehen kann.
Wenn die Anzahl der vorstehenden Pole 2 ist, wird die Anzahl der Wiederholungen der Übertragung von magnetischer Energie pro Umdrehung des Rotors gering. Somit kann der Wirbelstromverlust bei einer Hochgeschwindigkeitsdrehung auf einen geringen Wert vermindert werden, wodurch vermieden wird, daß die Effizienz sinkt.
Das Vorsehen einer Unterbrecherschaltung hat die folgenden Funktionen ebenso wie die normale Funktion der Aufrechterhaltung des Stromes in der Läuferspule auf einem vorbestimmten Wert.
Wenn der Stromwert einer Läuferspule einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird ein mit dieser Läuferspule verknüpftes Schaltelement ausgeschaltet. Ein Teil der in der Läuferspule gespeicherten magnetischen Energie kann als elektrostatische Energie in einen eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator übertragen werden. Demgemäß wird elektrostatische Energie proportional zur Unterbrecherfrequenz geladen und gehalten. Weiterhin wird magnetische Energie dem eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator hinzugefügt, wenn die Läuferspule an dem Anschlußende des Positions- Detektionssignales deaktiviert wird.
Diese elektrostatische Energie bewirkt, daß sich der Läuferstrom der nächsten aktivierten Läuferspule schneller aufbaut.
Obwohl der Anstieg des Anregungsstromes an einem Zwischenabschnitt seiner Aufbaukurve infolge der Wirbelstromverluste der magnetischen Pole und der Kupferverluste der Läuferspulen abstumpft, die auftreten, wenn magnetische Energie zwischen den Läuferspulen übertragen wird, erlauben die oben beschriebenen Gegenmaßnahmen es, die Signalform des Aufbaustromes rechteckig zu machen, um dieses Problem zu lösen. Es ist besonders effektiv in dem Fall, in dem die Spannung der elektrischen Stromquelle gering ist. Weiterhin kann die Anzahl der teuren Schaltungskomponenten auf die Hälfte verringert werden, da in einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung nur ein Schaltelement an der Seite des negativen Anschlusses der elektrischen Stromquelle zum Aktivieren jeder Läuferspule vorgesehen ist. Weiterhin kann, da das Schaltelement an der Seite des negativen Anschlusses der elektrischen Stromquelle vorgesehen ist, der Schaltungsaufbau der Stromversorgungs-Steuerschaltung vereinfacht werden. Darüber hinaus kann eine Signalform des Anregungsstromes der Läuferspule mit einer Form ausgebildet werden, die ähnlich der Halbwelle einer Sinuswelle ist. Weiterhin kann ein Gegendrehmoment vermieden werden. Somit kann sich der Motor mit einer hohen Geschwindigkeit drehen.
Weiterhin ist die Anzahl der Wiederholungen der Übergabe von magnetischer Energie pro Umdrehung des Rotors gering, wenn die Anzahl der vorstehenden Pole zwei ist. Somit kann der Wirbelstromverlust bei einer Hochgeschwindigkeitsdrehung auf einen geringen Wert verringert werden, wodurch vermieden wird, daß sich die Effizienz vermindert. Weiterhin kann der Durchmesser des Motors verringert werden.
In Fig. 20 ist eine Luftschlitzlänge zwischen einer äußeren Randfläche eines vorstehenden Poles 1a und einer inneren Randfläche eines festen Läufers 16 geringer, als eine Luftschlitzlänge zwischen einer äußeren Randfläche eines vorstehenden Poles 1b und einer inneren Randfläche des festen Läufers 16, und zwar um einen eingestellten Wert. Demgemäß wird während der Drehung des Motors eine magnetische Anziehungskraft, von der der vorstehende Pol 1a in Richtung des festen Läufers angezogen wird, größer als eine andere magnetische Anziehungskraft, von der der vorstehende Pol 1b in Richtung des festen Läufers angezogen wird. Ein Vektor B repräsentiert einen Unterschied dieser zwei magnetischen Anziehungskräfte. Da der Vektor B synchron mit dem Rotor rotiert, rotiert eine Drehwelle 5, während sie gegen die Lager gedruckt wird. Somit können Vibrationen unterdrückt werden.
Die oben erwähnte Druckkraft wird in einem Bereich ausgewählt, in dem die Lager nicht beschädigt werden. Jedoch ist die Zentrifugalkraft des Rotors 1 wegen der oben beschriebenen Anordnung im Bezug auf die Drehwelle 5 nicht ausgewogen. Um dieses Problem zu lösen, sind Metallplättchen 1c auf beiden Seiten des Rotors 1 als Gleichgewichtsgewichte befestigt, wie in den Zeichnungen dargestellt ist. Somit können Vibrationen unterdrückt werden.
Weiterhin können alle vorstehenden Pole des Rotors konstant ein Ausgangsdrehmoment erzeugen. Somit kann ein großes Ausgangsdrehmoment erhalten werden. Der Wert des Ausgangsdrehmomentes wird dreimal so groß sei wie der des in Fig. 26 gezeigten herkömmlichen Motors. Obwohl die Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausflihrungs beispiel wegen ihrer großen Anzahl von Spulen nicht auf einen kleinen Motor anwendbar sein kann, kann sie für einen großen Motor verwendet werden, wie z.B. für ein elektrisches Auto, das eine Ausgangsleistung von 10 kW oder mehr hat.
Als Ergebnis der Differenzierung einer Luftschlitzlänge zwischen den magnetischen Polen und dem vorstehenden Pol, der auf einer Seite des Rotors vorgesehen ist, von einer anderen Luftschlitzlänge zwischen den magnetischen Polen und dem vorstehenden Pol, der auf der anderen Seite des Rotors vorgesehen ist, dreht sich ein Vektor der magnetischen Anziehungskraft, der in einer Radialrichtung des Rotors wirkt, immer so, daß er nach außen zeigt. Somit werden die Vibrationen verringert und die Lagerung sind davor geschützt, frühzeitig abgenützt zu werden.
Mit der obigen Anordnung können Kräfte, die von dem festen Läufer durch magnetische Pole und gegenüberliegende vorspringende Pole empfangen werden, ebenso in radialer Richtung ausgeglichen werden. Somit kann eine Deformation der Läuferspule vermieden werden. Zwei feste Läufer können auf beiden Seiten eines Rotors angeordnet sein, wodurch ein Dreiphasen-Vollwellen-Motor realisiert ist.
Demgemäß wird es möglich, einen Motor mit einer großen Ausgangsleistung zu erhalten, der weniger Brummdrehmoment aufweist.
Wenn eine Läuferspule deaktiviert wird, wird die in dieser Läuferspule gespeicherte magnetische Energie in einen eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator übertragen. Somit verringert sich der Anregungsstrom der Läuferspule sofort. Als nächstes kann eine hohe Spannung dieses eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensators an die nächste aktivierte Läuferspule angelegt werden, um einen Anregungsstrom steil ansteigen zu lassen. Somit kann eine Drehmomentverringerung und ein Gegendrehmoment unterdrückt werden. Der Motor kann mit einer hohen Geschwindigkeit (20.000 Umdrehungen pro Minute) rotieren und ist somit praktisch verwendbar.
Wie oben erwähnt wurde, kann ein Motor gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden vorteilhaften Auswirkungen haben:
Wenn die Anzahl der vorstehenden Pole zwei ist, wird es möglich, einen Motor bereitzustellen, der einen geringen Durchmesser aufweist und bei dem die Wirbelstromverluste in einem Hochgeschwindigkeitsbereich vermindert sind. In einem Hochgeschwindigkeitsbereich können weiterhin Vibrationen vermieden werden.
Weiterhin können, da die Aktivierung jeder Läuferspule in einigen Ausführungsbeispielen durch nur ein einziges Stromelement gesteuert werden kann, das an der Seite eines negativen Anschlusses der elektrischen Stromquelle vorgesehen ist, die Gesamtkosten der Stromversorgungs-Steuerschaltung auf einen geringen Wert vermindert werden.
Es ist möglich, einen Motor zu erhalten, der mit einer hohen Geschwindigkeit (bis ungefähr 100.000 Umdrehungen pro Minute) rotieren kann, ohne daß eine Drehmomentverringerung und ein Gegendrehmoment erzeugt werden.
Weiterhin kann die Unterbrecherschaltung nicht nur einen Läuferstrom auf einem vorbestimmten Wert halten oder eine konstante Geschwindigkeitssteuerung erlauben, sondern Kupferverluste der Läuferspulen und Wirbelstromverluste der magnetischen Kerne kompensieren, die auftreten, wenn die magnetische Energie zwischen den Läuferspulen unter Verwendung von in der Läuferspule gespeicherter magnetischer Energie übertragen wird. Somit ist es möglich, die Anstiegsflanke und die Abfallflanke des Läuferstromes bemerkenswert steil auszubilden. Somit kann ein Motor mit einem hohen Ausgangsdrehmoment in einem Hochgeschwindigkeitsbereich erhalten werden. Weiterhin ist es möglich, einen Motor durch eine elektrische Stromquelle mit einer geringen Spannung anzutreiben.
Der Läuferstrom kann ähnlich einer Sinuswelle ausgebildet sein, wie durch die Kurven 31a, 31b, ... von Fig. 18 dargestellt ist, wodurch Wirbelströme reduziert werden und die Effizienz des Motors erhöht wird. Weiterhin können alle vorstehenden Pole des Rotors während der Drehung immer ein Ausgangsdrehmoment erzeugen. Somit kann ein hohes Ausgangsdrehmoment erhalten werden. Das kann besonders nützlich für einen Motor mit einem großen Durchmesser sein. Die oben beschriebene Anordnung ermöglicht, Vibrationen des festen Läufers, die aus seiner Deformation resultieren, und Vibrationen des Rotors zu unterdrücken, die in einer radialen Richtung auftreten, und ermöglicht weiterhin ein regeneratives Bremsen, wenn das erforderlich ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht eines Dreiphasen-Halbwellen-Reluktanzmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine Weiterentwicklung mit einem festen Läufer und einem Rotor des Motors von Fig. 1,
Fig. 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer Positions-Detektionsvorrichtung,
Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer herkömmlichen Stromversorgungs- Steuerschaltung zum Aktivieren/Deaktivieren von Läuferspulen,
Fig. 5 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Aktivieren/Deaktivieren von Läuferspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer weiteren Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Aktivieren/Deaktivieren von Läuferspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer weiteren Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Aktivieren/Deaktivieren von Läuferspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer weiteren Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Aktivieren/Deaktivieren von Läuferspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 zeigt ein Zeitdiagramm mit Läuferstromen,
Fig. 10 zeigt ein Zeitdiagramm mit Positions-Detektionssignalen,
Fig. 11 zeigt eine Draufsicht eines Zweiphasen-Vollwellen-Reluktanzmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 12 zeigt eine Weiterentwicklung mit einem festen Läufer und einem Rotor des Motors von Fig. 11,
Fig. 13 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer Positions-Detektionsvorrichtung,
Fig. 14 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Aktivieren/Deaktivieren von Läuferspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 15 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer weiteren Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Aktivieren/Deaktivieren von Läuferspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 16 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer weiteren Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Aktivieren/Deaktivieren von Läuferspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 17 zeigt ein Zeitdiagramm mit Läuferströmen,
Fig. 18 zeigt ein Zeitdiagramm mit Läuferströmen von in den Fig. 14 und 15 gezeigten Läuferspulen,
Fig. 19 zeigt ein Zeitdiagramm mit Positions-Detektionssignalen,
Fig. 20 zeigt eine Draufsicht eines Zweiphasen-Vollwellen-Reluktanzmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 21 zeigt eine Weiterentwicklung mit einem festen Läufer und einem Rotor des Motors von Fig. 20,
Fig. 22 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer Positions-Detektionsvorrichtung,
Fig. 23 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Aktivieren/Deakivieren von Läuferspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 24 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer weiteren Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Aktivieren/Deaktivieren von Läuferspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 25 zeigt ein Zeitdiagramm mit einem Läuferstrom,
Fig. 26 zeigt eine Draufsicht mit einem festen Läufer und einem Rotor eines herkömmlichen Reluktanzmotors,
Fig. 27 zeigt eine Weiterentwicklung mit einem festen Läufer und einem Rotor eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung,
Fig. 28 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht von Fig. 27,
Fig. 29 zeigt eine Draufsicht eines festen Läufers und eines Rotors eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung,
Fig. 30 zeigt eine Querschnittsansicht mit einem Dreiphasen-Vollwellen-Reluktanzmotor,
Fig. 31 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer Positions-Detektionsvorrichtung,
Fig. 32 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer Positions-Detektionsvorrichtung zum Erhalten von Positions-Detektionssignalen, die für normale/umgekehrte Drehungen verwendet werden,
Fig. 33 zeigt ein Zeitdiagramm mit Positions-Detektionssignalen, Läuferströmen und Drehmomentkurven,
Fig. 34 zeigt einen Graph mit einer Anregungsstromkurve,
Fig. 35 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Aktivieren/Deaktivieren von Läuferspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 36 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer weiteren Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Aktivieren/Deaktivieren von Läuferspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 37 zeigt ein Schaltungsdiagramm mit einer weiteren Stromversorgungs-Steuer schaltung zum Aktivieren/Deaktivieren von Läuferspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 38 zeigt ein Zeitdiagramm mit Positions-Detektionssignalen.
Unter Bezug auf Fig. 1 und die folgenden Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert. In einigen Fällen kennzeichnen gleiche Bezugszeichen in jeweiligen Zeichnungen die gleichen Komponenten und werden somit nicht doppelt erklärt. In der folgenden Beschreibung sind alle Winkel als elektrische Winkel anzusehen.
Zuerst wird ein Aufbau eines Dreiphasen-Halbwellen-Reluktanzmotors erklärt, in dem die vorliegende Erfindung ausgeführt ist. Fig. list eine Draufsicht, die einen festen Läufer und einen Rotor zeigt.
In Fig. 1 kennzeichnet das Bezugszeichen 1 einen Rotor, der mit mehreren vorstehenden Polen 1a, 1b, ... ausgestattet ist, die die gleiche Breite von 180º (d.h. 90º in Einheiten eines mechanischen Winkels) aufweisen und voneinander in regelmäßigen Abständen von 360º beabstandet sind.
Der Rotor 1 besteht aus gut bekannten laminierten Silizium-Stahl-Scheiben und hat eine Drehwelle 5. Ein fester Läufer 16 ist mit zwölf Schlitzen 16a, 16b, ... und 17a, 17b, ... ausgestattet, die in regelmäßigen Abständen voneinander beabstandet sind. Ein Bezugszeichen 9 kennzeichnet einen Zylinder, der als äußeres Gehäuse dient.
Die Schlitze 16a, 16b und 17a, 17b sind jeweils von einer Spule umwickelt. Zwei Spulen sind in Reihe oder parallel verbunden, um eine Läuferspule für eine erste Phase zu bilden. in diesem Ausführungsbeispiel sind diese zwei Spulen in Reihe verbunden.
Die Schlitze 16c, 16d und 17c, 17d sind jeweils von einer Spule umwickelt. Die zwei Spulen sind in Reihe verbunden, um eine Läuferspule für die zweite Phase zu bilden. Weiterhin sind die Schlitze 16e, 16f und 17e, 17f jeweils mit einer Spule umwickelt. Diese zwei Spulen sind in Reihe verbunden, um die Läuferspule für die dritte Phase zu bilden.
Schlitze 17e, 17d, 17f und 16c sind schematisch als Kreise mit einer unterbrochenen Linie dargestellt. Ein Winkel zwischen zwei unterbrochenen Linien 7a, 7b beträgt 90º in Einheiten eines mechanischen Winkels und ein Winkel zwischen weiteren unterbrochenen Linien 7c, 7d beträgt ebenso 90º in Einheiten eines mechanischen Winkels.
Ein Pfeil A kennzeichnet eine Rotationsrichtung des Rotors 1. Vorstehende Pole 1a, 1b haben eine Winkelbreite von 90º in Einheiten eines mechanischen Winkels und sind im gleichen Abstand voneinander beabstandet.
Fig. 2 ist eine Weiterentwicklung, die den Rotor 1 und die Läuferspulen zeigt. In Fig. 2 dienen Läuferspulen 9a, 9b als die vorher beschriebene Läuferspule für die erste Phase. Läuferspulen 9c und 9d und Läuferspulen 9e, 9f dienen ak die vorher beschriebenen Läuferspulen für die zweite und die dritte Phase.
Bezugszeichen 8a, 8b und 8c, 8d und 8e, 8f stellen Abnahmeanschlüsse für die Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase dar.
Der feste Läufer besteht ebenso wie der Rotor 1 aus gut bekannten laminierten Silizium Stahl-Scheiben.
Mit unterbrochenen Linien 1c, 1d schraffierte Abschnitte sind mit einem Kunststoffmaterial gefüllt, um Reibungsverluste durch Luft in einem Hochgeschwindigkeits-Drehbereich zu verringern.
Im folgenden werden Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase als Läuferspulen 32a, 32b bzw. 32c bezeichnet.
Wenn die Läuferspule 32b aktiviert wird, werden die vorstehenden Pole 1a, 1b magnetisch angezogen und der Rotor 1 rotiert in einer Richtung A. Wenn der Rotor 1 sich um 120º gedreht hat, wird die Läuferspule 32b deaktiviert und die Läuferspule 32c wird aktiviert wenn sich der Rotor 1 um 120º weitergedreht hat, wird die Läuferspule 32c deaktiviert und die Läuferspule 32a wird aktiviert.
Ein Stromversorgungszustand wird bei jeder Umdrehung um 120º in der Reihenfolge Läuferspule 32a T Läuferspule 32b T Läuferspule 32c zyklisch alterniert, so daß der Motor als Dreiphasen-Halbwellenmotor angetrieben werden kann.
In diesem Fall werden symmetrisch angeordnete magnetische Pole als N-Pole und S-Pole magnetisiert, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Da zwei gleichzeitig erregte magnetische Pole immer mit entgegengesetzten Polaritäten magnetisiert werden, werden magnetische Leckströme, die in nicht erregten magnetischen Polen fließen, einander entgegengesetzt und somit wird die Erzeugung eines Gegendrehmomentes vermieden.
Die Spulen 10a, 10b und 10c sind Positions-Detektionselemente zum Detektieren der Positionen der vorstehenden Pole 1a, 1b und sind an dem Läufer 16 befestigt, wie in den Zeichnungen dargestellt ist. Ihre Spulenoberflächen sind über einen Luftschlitz den Seitenflächen der vorstehenden Pole 1a, 1b gegenüberliegend angeordnet. Die Spulen 10a, 10b und 10c sind voneinander um 120º entfernt angeordnet. Die Spule besteht aus einem Luftkern mit 100 Wicklungen, der einen Durchmesser von 5 mm aufweist.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zum Erhalten von Positions-Detektionssignalen von den Spulen 10a, 10b und 10c. In Fig. 3 stellen die Spule 10a und Widerstände 15a, 15b und 15c eine Brückenschaltung dar. Diese Brückenschaltung wird abgeglichen, wenn die Spule 10a den vorstehenden Polen 1a, 1b nicht direkt gegenüberliegt Demgemäß sind ein Ausgang eines Tiefpaßfilters, der aus einer Diode 11a und einer Kapazität 12a besteht, und ein Ausgang eines Tiefpaßfilters, der aus einer Diode 11b und einer Kapazität 12b besteht, gleich und somit erhält ein Ausgang des Operationsverstärkers 13 einen niedrigen Pegel.
Ein Oszillator 10 erzeugt Oszillationen von ungefähr 1 MHz. Wenn die Spule 10a den vorstehenden Polen 1a, 1b, ... direkt gegenüberliegt, wird eine Impedanz infolge von Eisenverlusten (d.h. Wirbelstromverlusten und Hystereseverlusten) verringert. Somit wird ein Spannungsabfall in dem Widerstand 15a groß und damit erreicht der Ausgang des Operationsverstärkers 13 einen hohen Pegel.
Eingänge der Blockschaltung 18 sind durch Kurven 33a, 33b, ... in einem Zeitdiagramm von Fig. 10 dargestellt und durch eine Invertierungsschaltung 13a zugeführte Eingänge sind mit invertierten Kurven der Kurven 33a, 33b, ... identisch. Blockschaltungen 14a, 14b in Fig. 3 haben jeweils den gleichen Aufbau wie die oben beschriebenen Blocksehaltungen einschließlich der Spulen 10b, 10c. Der Oszillator 10 kann in diesen Blockschaltungen gemeinsam verwendet werden.
Ein Ausgang der Blockschaltung 14a und ein Ausgang der Invertierungsschaltung 13b werden der Blocksehaltung 18 zugeführt und ihre Ausgangssignale werden zu Kurven 34a, 34b, ..., wie in Fig. 10 gezeigt, und zu invertierten Kurven der Kurven 34a, 34b.
Ein Ausgang der Blockschaltung 14b und ein Ausgang der Invertierungsschaltung 13c werden der Blockschaltung 18 zugeführt und ihre Ausgangssignale werden zu Kurven 35a, 35b, ... wie in Fig. 10 gezeigt sind, und zu invertierten Kurven der Kurven 35a, 35b. Die Kurven 34a, 34b werden in ihren Phasen um 120º in Bezug auf die Kurven 33a, 33b, verzögert. Auf die gleiche Weise werden die Kurven 35a, 35b in ihren Phasen um 120º in Bezug auf die Kurven 34a, ....... verzögert.
Die Blockschaltung 18 ist eine Schaltung, die herkömmlicherweise in einer Steuerschaltung eines Dreiphasen-Y-Halbleitermotors verwendet wird. Das heißt, die Blockschaltung 18 ist eine Logikschaltung, die elektrische Rechteckwellenformsignale mit 120º Breite in Antwort auf die oben beschriebenen Positions-Detektionssignale an Anschlüssen 18a, 18b, 18c erzeugt. Ausgänge der Anschlüsse 18a, 18b und 18c sind in Fig. 10 durch Kurven 36a, 36b, ..., Kurven 37a, 37b, ... bzw. Kurven 38a, 38b, ... gezeigt. Der gleiche Effekt kann erhalten werden, wenn eine Aluminiumplatte, die synchron mit dem Rotor 1 von Fig. 1 rotiert und den gleichen Aufbau hat, anstelle der vorstehenden Pole 1a, 1b, ... verwendet wird, die den Spulen 10a, 10b und 10c gegenüberliegen.
Diese Positions-Detektionssignale können ebenso unter Verwendung von nur zwei Spulen 10a und 10b erhalten werden, was als nächstes erläutert wird.
In Fig. 2 rotiert eine Aluminiumplatte 3, die Vorsprünge 3a, 3b (mit einer Breite von 120º) an ihrem äußeren Randabschnitt aufweist, einstückig mit dem Rotor 1. Spulen 10a, 10b liegen Flächen der Vorsprünge 3a, 3b über einen Luftschlitz gegenüber.
Wenn die Spule 10a den Vorsprüngen gegenüberliegt, wird ein Ausgang des Operationsverstärkers 13 zu Kurven 36a, 36b, ... von Fig. 10.
Wenn die Spule 10b den Vorsprüngen gegenüberliegt, wird der Ausgang des Operationsverstärkers 13 zu Kurven 37a, 37b, ... von Fig. 10.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 13 und der Ausgang der Blockschaltung 14a werden miteinander in einer UND-Schaltung addiert. Durch Invertieren eines Ausgangs der UND-Schaltung durch eine Invertierungsschaltung werden elektrische Signale der Kurven 38a, 38b, ... erhalten. Demgemäß wird es möglich, Positions-Detektionssignale für die erste, die zweite und die dritte Phase zu erhalten. Somit kann der gleiche Zweck erreicht werden.
Als nächstes wird eine Stromversorgungssteuerung der Läuferspulen unter Bezug auf Fig. 5 erläutert. Untere Enden der Läuferspulen 32a, 32b und 32c sind mit Transistoren 20a, 20b und 20c verbunden. Die Transistoren 20a, 20b, 20c dienen als Halbleiter- Schaltelemente und können durch andere Haibleiterelemente mit der gleichen Wirkung ersetzt werden. Eine elektrische DC-Stromquelle führt elektrischen Strom von ihrem positiven und negativen Anschluß 2a, 2b zu.
Dieses Ausführungsbeispiel liefert einen vereinfachten Schaltungsaufbau, bei nur ein Transistor (Transistor 20a, 20b oder 20c) an einem unteren Ende jeder Läuferspule vorgesehen ist, d.h. auf einer Seite eines negativen Anschlusses der elektrischen DC- Stromquelle.
Fig 4 zeigt eine herkömmliche Schaltung, in der Transistoren 19a, 19b, ... an beiden Enden der Läuferspulen 6a und 6b vorgesehen sind. Demgemäß ist die Anzahl von Transistoren doppelt so hoch wie die Anzahl von Spulen. Da die Transistoren 19a, 19b, als Leistungselemente dienen, wird diese herkömmliche Schaltung teuer. Die an der Seite des positiven Anschlusses vorgesehenen Transistoren 19a, 19b erfordern eine andere elektrische Stromquelle, um eine Stromversorgungssteuerung in Antwort auf Eingangssignale von Anschlüssen 19-1, 19-2 durchzuführen. Das ist ein anderer Grund der Erhöhung der Schaltungskosten. Das heißt, in einer derartigen herkömmlichen Schaltung treten zwei Arten von Nachteilen auf.
Bei der Schaltung, die die vorliegenden Eigenschaften aufweist, ist es im Gegensatz dazu möglich, die Schaltungskosten zu verringern. Wenn eine Läuferspule aktiviert wird, steigt ihr Anregungsstrom infolge einer großen Induktivität langsam an. Obwohl in der Läuferspule gespeicherte magnetische Energie durch Dioden 6c, 6d der elektrischen DC Stromquelle zurückgegeben wird, wenn sie deaktiviert wird, ist auch der Stromabfall in diesem Fall langsam. Demgemäß werden die Rotationsgeschwindigkeit und -effizienz verringert. Obwohl derartige Nachteile durch eine Erhöhung der Spannung einer elektrischen DC-Stromquelle gelöst werden können, würde das Drehen eines Motors mit mehreren Zehntausend Umdrehungen pro Minute mit einem Ausgang von 1 kW eine zu hohe Spannung erfordern, beispielsweise mehr als 1.000 V, was ein Hindernis für einen praktischen Gebrauch darstellt. Die vorliegende Erfindung kann auch ein solches Hindernis beseitigen.
Details von Fig. 5 werden im folgenden erläutert. Positions-Detektionssignale von Kurven 36a, 36b, ..., Kurven 37a, 37b, ... und Kurven 38a, 38b, ... in Fig. 10 werden über Anschlüsse 42a, 42b und 42c eingegeben. Die Antwort auf diese Eingangssignale, die durch UND-Schaltungen 24a, 24b, 24c geführt werden, werden Transistoren 20a, 20b, 20c angeschaltet, um Läuferspulen 32a, 32b, 32c zu aktivieren.
Über den Anschluß 40 wird eine Referenzspannung zugeführt, die einen Läuferstrom spezifiziert. Durch Veränderung einer Schaltung des Anschlusses 40 kann ein Ausgangsdrehmoment geändert werden. Wenn ein Schalter (nicht gezeigt) für den elektrischen Strom eingeschaltet wird, erreicht ein Ausgang eines Operationsverstärkers 40a einen niedrigen Pegel, da ein Eingang eines positiven Anschlusses eines Operationsverstärkers 40a niedriger. als der seines negativen Anschlusses ist. Da auch ein Eingang einer Invertierungsschaltung 28b einen niedrigen Pegel hat, erreicht ein Ausgang der Invertierungsschaltung 28b einen hohen Pegel. Demgemäß wird der Transistor 20a eingeschaltet, um die Läuferspule 32a zu aktivieren. Ein Widerstand 32a ist zur Detektion von Läuferstrom vorgesehen, der in den Läuferspulen 32a, 32b und 32c fließt.
Blockschaltungen G, H stellen jeweils eine elektrische Schaltung zur Steuerung der Aktivierung/Deaktivierung der Läuferspulen 32b, 32c dar. Diese Schaltungen umfassen dem Transistor 20a entsprechende Transistoren 20b, 20c und der Diode 49a entsprechende Dioden 49b, 49c.
Eine der oben beschriebenen Positions-Detektionssignalkurven ist als eine Kurve 36a in einem Zeitdiagramm von Fig. 9 gezeigt. Der Läuferspule 32a wird während einer Zeitperiode, die dieser Kurve 36a in Fig. 4 entspricht, ein Anregungsstrom zugeführt. Ein Pfeil 23a zeigt einen Stromversorgungswinkel von 120º.
In einer Anfangsstufe der Stromversorgungsperiode wird das Ansteigen des Anregungsstromes infolge der Induktivität der Läuferspule verzögert. Wenn der Strom gestoppt wird, wird in der Läuferspule gespeicherte Energie im Fall von Fig. 4 durch Dioden 6c, 6d entladen, um in die elektrische Stromquelle zurückzukehren. Somit fallt der Strom ab, wie durch die zweite Hälfte der Kurve 25, d.h. einer rechten Seite der unterbrochenen Linie J gezeigt ist.
Ein Abschnitt, in dem ein positives Drehmoment erzeugt wird, ist ein durch einen Pfeil 23 gezeigter 180º-Abschnitt. Somit wird ein Gegendrehmoment erzeugt, so daß das Ausgangsdrehmoment und die Effizienz verringert werden. Dieses Phänomen wird bemerkenswert, wenn sich die Geschwindigkeit erhöht. Es ist somit zu fürchten, daß der Motor in einem Hochgeschwindigkeitsbereich nicht praktisch verwendet werden kann.
Das liegt daran, daß eine Zeitdauer eines Abschnittes 23 zur Erzeugung eines positiven Drehmomentes proportional zu einer Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit klein wird, während eine Zeitdauer eines Abschnittes zur Erzeugung eines Gegendrehmomentes nicht variiert, sogar wenn die Motorgeschwindigkeit zu einer hohen Geschwindigkeit wird.
Dieselbe Erklärung ist auf die Stromversorgungs-Betriebsweise der Läuferspulen auf der Basis anderer Positions-Detektionssignale 37a, 38a anzuwenden.
Da ein Anstiegsabschnitt der Kurve 25 ebenso verzögert wird, wird ein Ausgangsdrehmoment verringert. Das heißt, es wird eine Drehmomentverringerung erzeugt. Das liegt daran, daß die magnetischen Pole und die vorstehenden Pole so zusammenwirken, daß sich der magnetische Weg schließt und sie eine hohe Induktivität haben.
Der Reluktanzmotor hat den Nachteil, daß seine Drehgeschwindigkeit trotz des Vorteils eines großen Ausgangsdrehmomentes nicht erhöht werden kann. Dieser Nachteil resultiert aus dem oben beschriebenen Gegendrehmoment und der Drehmomentverringerung.
Eine Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eliminiert den obigen Nachteil durch das zusätzliche Vorsehen einer Rückfluß-Verhinderungsdiode 49a, einer eine kleine Kapazität aufweisenden Kapazität 41a, von Dioden 49a, 21a, von Halbleiter elementen 4a, 4b, 5a und anderen, die in Fig. 5 gezeigt sind, und nur ein Halbleiter- Schaltelement (20a, 20b oder 20c), das die Aktivierung/Deaktivierung jeder Läuferspule steuert, ist auf der Seite negativer Spannung der elektrischen DC-Stromquelle vorgesehen.
Wenn der Strom an dem Abschlußende der Kurve 36a beendet ist, wird in der Läuferspule 32a gespeicherte magnetische Energie durch die Diode 21a zur Kapazität 41a entladen, um sie mit einer hohen Spannung mit in der Zeichnung gezeigten Polaritäten aufzuladen, ohne durch die Funktionsweise der Rückfluß-Verhinderungsdiode 49a auf die Seite der elektrischen DC-Stromquelle zurückzukehren. Demgemäß klingt die magnetische Energie rasch ab und der Strom nimmt rasch ab.
Die in dem Zeitdiagramm von Fig. 9 gezeigten Kurven 27, 27a und 27b stellen gemeinsam eine Kurve des in der Läuferspule 32a fließenden Stromes dar. Die beiden unterbrochenen Linien sind um 120º beabstandet. Der Läuferstrom nimmt rasch ab) wie die Kurve 27b, und somit wird kein Gegendrehmoment erzeugt. Die Kapazität 41a wird auf eine hohe Spannung aufgeladen und auf dieser Spannung gehalten.
Als nächstes wird in Antwort auf das Positions-Detektionssignal der Kurve 36b der Transistor 20a eingeschaltet, um die Läuferspule 32a wieder zu aktivieren. Eine Spannung, die der Summe der geladenen Spannung der Kapazität 41a und der Spannung der elektrischen DC-Stromquelle (einer Spannung zwischen den Anschlüssen 2a und 2b) äquivalent ist, wird in diesem Fall an die Läuferspule 32a angelegt; somit bildet sich schnell ein Anregungsstrom der Läuferspule 32a aus.
Dank dieser Funktionsweise bildet sich der Anregungsstrom abrupt aus, wie durch die Kurve 27 gezeigt ist. Der Anstiegsabschnitt des Stromes 27 wird an seinem Zwischenabschnitt langsam oder gemäßigt, da die magnetische Energie infolge von Kupferverlusten der Spulen und Eisenverlusten von magnetischen Kernen in thermische Energie transformiert wird, wenn die magnetische Energie zwischen Läuferspulen übergeben wird. Eine Gegenmaßnahme zum Eliminieren eines derartigen Nachteiles wird weiter unten diskutiert werden. Wie oben erläutert wurde, werden die Drehmomentverringerung und das Gegendrehmoment eliminiert. Weiterhin wird, da der Anregungsstrom im wesentlichen eine rechteckige Wellenform erhält, ein Ausgangsdrehmoment erhöht. Die Funktionsweise des SCR (siliziumgesteuerter Gleichrichter) 5a und der Transistoren 4a, 4b wird als nächstes erläutert.
Wenn ein Positions-Detektionssignal von dem Anschluß 42a eingegeben wird, wird der Transistor 20a eingeschaltet. Eine Blockschaltung 4 wird mit einem Positions-Detektionssignal versorgt. Diese Blockschaltung 4 umfaßt eine differentielle Schaltung und eine monostabile Schaltung. Ein differentieller Puls, der von einem Aufbauabschnitt eines Positions-Detektionssignales erzeugt wird, aktiviert die monostabile Schaltung. Transistoren 4a, 4b, die von einem elektrischen Signal mit einer vorbestimmten Breite angeschaltet werden, führen einen Gatestrom dem SCR 5a zu, um ihn anzuschalten. Somit fließt ein Entladungsstrom in der Reihenfolge: positive Elektrode der Kapazität 41a T SCR 5a T Läuferspule 32a T Transistor 20a T Diode 21d T negative Elektrode der Kapazität 41a. Bei Beendigung des Entladens werden der SCR 5a und die Transistoren 4a, 4b ausgeschaltet.
Als nächstes wird eine Unterbrecherschaltung erklärt. Wenn der Läuferstrom der Läuferspule 32a sich erhöht und sich somit der Spannungsabfall in dem Widerstand 22a, der den Läuferstromwert detektiert, erhöht, und die Referenzspannung des Referenzspannungsanschlusses 40 (d.h. einer Eingangsspannung des negativen Anschlusses des Operationsverstärkers 40a) überschreitet, schaltet ein Ausgang des Operationsverstärkers 40a auf einen hohen Pegel. Demgemäß erzeugt die differentielle Schaltung 40b einen differentiellen Puls, um die mono stabile Schaltung 28a zu aktivieren, deren Ausgang zu einem elektrischen Puls mit einer vorbestimmten Breite wird. Wenn dieser elektrische Ausgangspuls durch die Invertierungsschaltung 28b in einen elektrischen Puls mit einem niedrigen Pegel umgesetzt wird, wird ein Ausgang der UND-Schaltung 24a zu einem Niedrig-Pegel-Signal mit der gleichen Breite, während dem der Transistor 20a deaktiviert wird. Demgemäß verringert sich ein in der Läuferspule fließender Strom und dann fließt dieser Strom durch die Diode 21a in die Kapazität 41a, um sie aufzuladen. Wenn der Ausgang der monostabilen Schaltung 28a erlischt, kehren die Ausgänge der Invertierungsschaltung 28b und der UND-Schaltung 24a auf einen hohen Pegel zurück. Somit schaltet sich der Transistor 20a ein, um den Anregungsstrom der Läuferspule 32a zu erhöhen. Wenn der Läuferstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, schaltet ein Ausgang des Operationsverstärkers 40a wieder auf einen hohen Pegel. Der Transistor 20a schaltet sich während einer vorbestimmten Zeitdauer aus, die der Ausgangspulsbreite der monostabilen Schaltung 28a entspricht. Somit verringert sich der Läuferstrom. Die Wiederholung eines derartigen Zyklus stellt eine Unterbrecherschaltung dar, bei der der Anregungsstrom auf einem vorbestimmten Pegel aufrechterhalten wird, der von der Referenzspannung des Referenzspannungsanschlusses 40 reguliert wird.
Ein von der Kurve 27a von Fig. 9 gekennzeichneter Abschnitt stellt einen unterbrechungszusteuernden Strom dar. Es ist ebenso möglich, eine Konstantgeschwindigkeitssteuerung mittels einer herkömmlichen Einrichtung zu realisieren, die die Referenzspannung des Referenzspannungsanschlusses 40 mit einer der Drehgeschwindigkeit proportionalen Spannung steuert.
Während dem oben beschriebenen Unterbrechungsbetriebsschritt wird die Kapazität 41a in Antwort auf Ausgangspulse von der monostabilen Schaltung 28a wiederholt geladen, um ihre Ladespannung zu erhöhen und elektrostatische Energie zu speichern. Wenn der Transistor 20a am Abschlußende eines Positions-Detektionssignales abschaltet, wird die ganze in der Läuferspule 32a gespeicherte magnetische Energie in die Kapazität 41 geladen. Weitere elektrostatische Energie, die der Unterbrecherfrequenz und der Stromdämpfüngsmenge entspricht, wird weiterhin der Kapazität 41a hinzugefügt. Diese große Menge elektrostatischer Energie kann Energieverluste, beispielsweise die vorher beschriebenen Kupferverluste von Läuferspulen und Eisenverluste von magnetischen Polen beim Aufbauen von Läuferstrom kompensieren, wenn die Läuferspule 32a als nächstes aktiviert wird.
Demgemäß baut sich der Anregungsstrom auf, wie durch eine unterbrochene Linie 27c in Fig. 9 gezeigt ist, dessen Anstieg so steil ist, daß seine Wellenform im wesentlichen rechteckig wird. Somit kann ein Ausgangsdrehmoment erhöht werden. Die Kapazität der Kapazität 41a, die Frequenz des Unterbrecherstromes und die Ausgangspulsbreite der monostabilen Schaltung 28a müssen eingestellt werden, um die oben beschriebene Funktionsweise und die oben beschriebenen Wirkungen zu bringen.
UND-Schaltungen 24b, 24c und Transistoren 20b, 20c führen ebenfalls eine Unterbrechungssteuerung von Läuferstrom durch, der den Läuferspulen 32b, 32c zugeführt wird. Weiterhin führen Blockschaltungen G, H eine Stromversorgungssteuerung durch, um die Anstiegs- und Abfallsflanke des Anregungsstromes jeder Läuferspule steil zu machen.
Eine Stromversorgung zu jeder Läuferspule kann von jedem Zeitpunkt innerhalb eines Bereiches eines Abschnittes von ungefahr 30º beginnen, der an dem Punkt beginnt, an dem die vorstehenden Pole den magnetischen Polen gegenübertreten. Eine Einstellung wird durch in Betracht ziehen der Rotationsgeschwindigkeit, Effizienz und des Ausgangsdrehmomentes ausgeführt, um die Befestigungspositionen der Detektionsspulen 10a, 10b und 10c zu verändern, die auf der Läuferseite angebracht sind, um als Positions- Detektionselemente zu dienen.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wird es möglich, einen Motor mit einer hohen Geschwindigkeit mit einer guten Effizienz und einem hohen Ausgang als Dreiphasen-Halbwellen-Stromversorgungs-Motor anzutreiben.
In Fig. 9 gezeigte Kurven 26a, 26b und 26c stellen gemeinsam eine Stromversorgungskurve für die Läuferspule dar. Eine Lücke zwischen einer unterbrochenen Linie 26-1 und einer unterbrochenen Linie 26-2 stellt eine 120º-Breite des Positions-Detektionssignales dar. Eine Lücke zwischen der unterbrochenen Linie 26-1 und einer unterbrochenen Linie 26-3 stellt eine 180º-Breite des Abschnittes zum Erzeugen des Ausgangsdrehmomentes dar.
Kurven 9a, 9b und 9c zeigen Ausgangsdrehmomentkurven. Am Punkt der unterbrochenen Linie 26-1 wird der Stromversorungs-Betriebsschritt begonnen und die vorstehenden Pole treten gleichzeitig den magnetischen Polen gegenüber Die Kurve 9a stellt einen Fall dar, in dem ein der Läuferspule zugeführter Strom klein ist. Sein Drehmoment wird relativ flach. Jedoch verschiebt sich, wie durch die Kurven 9b, 9c gezeigt ist, ein Spitzenwert des Drehmomentes zu einer linken Seite, wenn sich der Stromwert erhöht und ebenso wird die Breite des Spitzenwertes schmal.
Hinsichtlich der oben beschriebenen Drehmomenteigenschaften und des Versorgungsstromwertes ist es von Vorteil, die Befestigungspunkte der Positions-Detektionsspulen 10a, 10b und 10c einzustellen, um einen Anfangszeitpunkt des Stromversorgungs- Betriebsschrittes auf einen Zwischenpunkt eines eine Breite von 30º aufweisenden Abschnittes einzustellen, der an dem Punkt beginnt, an dem die vorstehenden Pole den magnetischen Polen gegenübertreten.
Die Ladespannung der Kapazität 41a wird größer, wenn sich ihre Kapazität verringert. Somit kann mit der eine geringe Kapazität aufweisenden Kapazität 41a der Anregungsstrom der Läuferspule steil aufgebaut und steil gesenkt werden. Der Motor kann somit in einem Hochgeschwindigkeitsbereich arbeiten. Dann wird der Nachteil des herkömmlichen Reluktanzmotors eliminiert. Es ist vorzuziehen, eine Kapazität auszuwählen, die eine Kapazität aufweist, mit der die Transistoren in der Schaltung nicht beschädigt werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Kapazität 41a entfernt und eine eine geringe Kapazität aufweisende Kapazität 47a vorgesehen werden, wie durch eine unterbrochene Linie in der Zeichnung dargestellt ist. Diese modifizierte Schaltung wird eine ähnliche Funktion und einen ähnlichen Effekt bringen.
Die Unterbrecherschaltung ist unter Zwischenschalten eines Schaltelementes 16 in Reihe an der Seite 2b eines negativen Anschlusses der elektrischen Stromquelle und durch Zuführen des Ausganges der Invertierschaltung 28b zu einem Masse-Eingangsanschluß 16a von ihr aufgebaut. In diesem Fall sind die UND-Schaltungen 24a, 24b und 24c nicht vorhanden. Eingangssignale der Anschlüsse 42a, 42b und 42c führen die Steuerung der Aktivierung/Deaktivierung der Transistoren 20a, 20b und 20c aus.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Stromversorgungs-Steuerschaltung für den Dreiphasen-Halbwellen-Stromversorgungszustandmotor gemäß der vorliegenden Erfindung wird als nächstes unter Bezug auf Fig. 6 erläutert. Positions-Detektionssignale von Kurven 36a, 36b, ... 37a, 37b, ..., 38a, 38b, ... von Fig. 10 werden von Anschlüssen 42a, 42b, 42c eingegeben. Ein 120º breiter Anregungsstrom wird den Läuferspulen 32a, 32b, 32c nacheinander zugeführt.
Der Operationsverstärker 40a, die Differenzierungsschaltung 40b, der Widerstand 22a und der Referenzspannungsanschluß 40 sind die gleichen Komponenten wie die, die durch die gleichen Bezugszeichen in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel gekennzeichnet wurden. Diese Komponenten stellen eine Unterbrecherschaltung dar, die den Läuferstrom auf einem vorbestimmten Pegel hält.
Wenn der Anregungsstrom infolge eines dem Anschluß 42a eingegebenen Signales beendet wird, wird in der Läuferspule gespeicherte magnetische Energie durch die Dioden 21a, 21d in die eine geringe Kapazität aufweisende Kapazität 47a entladen, die mit in der Zeichnung gekennzeichneten Polaritäten auf eine hohe Spannung aufgeladen wird. Der Transistor 20a wird in diesem Fall in einem ausgeschalteten Zustand gehalten
Wenn sich der Rotor um 240º dreht, wird der Transistor 20c in Antwort auf ein Eingangssignal am Anschluß 42c eingeschaltet, um eine Stromversorgung zu der Läuferspule 32c zu aktivieren. In diesem Moment führt die Kapazität 47a ihre geladene hohe Spannung der Läuferspule 32c zu, um den Anregungsstrom schnell aufzubauen.
Das Ansteigen des Anregungsstromes wird steil, wenn sich die Kapazität der Kapazität 47a verringert. Jedoch sollte die Kapazität der Kapazität 47a so gewählt sein, daß Durchbrennspannungen anderer Halbleiterelemente nicht überschritten werden.
In der Kapazität 47a gespeicherte elektrostatische Energie wird durch die Läuferspule 32c, den Transistor 20c, den Widerstand 22a und die Diode 219 entladen. Wenn der Transistor 20a ausgeschaltet wird, wird die in der Läuferspule 32a gespeicherte magnetische Energie durch die Dioden 21a, 21d und den SCR 23a übertragen, um die Kapazität 47a auf eine hohe Spannung aufzuladen.
Wenn das Positions-Detektionssignal des Anschlusses 42a dem Gate des SCR 23a zugeführt wird, wird magnetische Energie der Läuferspule 32a während dem Unterbrechungsbetrieb des wiederholt an- und ausgeschalteten Transistors 20a stetig in der Kapazität 47a gespeichert.
Wie weiter unten erläutert wird, entlädt die Kapazität 47b, wenn sie auf eine hohe Spannung aufgeladen ist, ihre elektrostatische Energie durch die Läuferspule 32a und die Diode 21a zur Kapazität 47a, um sie aufzuladen. Jedoch kann, wenn der SCR 23a in diesem Moment ausgeschaltet wird, diese Entladung verhindert werden.
Wenn der Transistor 20c eingeschaltet wird, wird ein Eingangssignal des Anschlusses 42c dem Gate des SCR 23c zugeführt, um den SCR 23c einzuschalten. Demgemäß wird magnetische Energie der Läuferspule 32c während dem Unterbrecherbetrieb stetig in der Kapazität 47c gespeichert.
Wenn die Stromversorgung zur Läuferspule 32c beendet ist, wird in der Läuferspule 32c gespeicherte magnetische Energie durch die Dioden 21c, 21f in die Kapazität 47c entladen, um diese auf eine hohe Spannung aufzuladen. Wenn sich der Rotor um 240º gedreht hat, wird der Transistor 20b bei einer Signaleingabe an den Anschluß 42b angeschaltet, um die Läuferspule 32b zu aktivieren. In diesem Moment führt die Kapazität 47c ihre geladene hohe Spannung der Läuferspule 32b zu, um das Ansteigen des Anregungsstromes steil zu gestalten. In diesem Fall durchquert der Entladestrom eine Diode 21i.
Wenn die Stromversorgung zu der Läuferspule 32b beendet ist, wird in der Läuferspule 32b gespeicherte magnetische Energie durch die Dioden 21b, 21e in die Kapazität 47b entladen, um sie auf eine hohe Spannung aufzuladen. Wenn sich der Rotor um weitere 240º dreht, wird der Transistor 20a bei Signaleingabe an dem Anschluß 42a angeschaltet. In diesem Moment führt die Kapazität 47b ihre geladene hohe Spannung durch die Diode 21h der Läuferspule 32a zu, um das Aufbauen des Anregungsstromes scharf zu gestalten. Wenn magnetische Energie in eine entsprechende eine geringe Kapazität aufweisende Kapazität entladen wird, wenn die Stromversorgung zu jeder Läuferspule beendet wird, wird der Abfall des Anregungsstromes steil.
Wie aus der obigen Erklärung zu erkennen ist, werden eine Drehmomentverringerung und ein Gegendrehmoment sicher vermieden und somit kann ein Motor erhalten werden, der mit einer hohen Effizienz in einem Hochgeschwindigkeitsbereich betrieben werden kann. Weiterhin kann die Schaltung mit geringen Kosten hergestellt werden, da nur ein Energieumschaltelement, das normalerweise teuer ist, auf der Seite einer negativen Spannung jeder Läuferspule erforderlich ist.
Durch hohe Spannungen der Kapazitäten 47a, 47b, 47c baut sich ein den Läuferspulen 32c, 32a, 32b zugeführter Anregungsstrom schnell auf Eingangssignale (d.h. Positions- Detektionssignale) der Anschlüsse 42a, 42b, 42c werden jeweils den SCRs 23a, 23b, 23c zugeführt. Demgemäß speichern während dem Unterbrecherbetrieb mit Ein- und Ausschalten der Transistoren 20a, 20b, 20c die Kapazitäten 47a, 47b, 47c stetig magnetische Energie entsprechender Läuferspulen entsprechend der Unterbrecherfrequenz. Dieses Speichern in den Kapazitäten 47a, 47b, 47c kompensiert den Energieverlust, d.h. den Kupferverlust und den Eisenverlust, der auftritt, wenn magnetische Energie zwischen Läuferspulen übertragen wird, so daß der Läuferstrom steil ansteigt. Der gleiche Zweck wird sogar dann erreicht, wenn die Kapazitäten 47a, 47b, 47c durch Kapazitäten 46a, 46b, 46c ersetzt werden, wie durch eine unterbrochene Linie in der Zeichnung angedeutet ist. In diesem Fall müssen diese Kapazitäten 46a, 46b, 46c an der Seite ihrer negativen Elektroden Schaltungen aufweisen, die den SCRs 23a, 23b, 23c und den Dioden 219, 21h, 21i entsprechende Komponenten aufweisen.
Auf die gleiche Weise wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen verhindern die Dioden 49a, 49b, 49c das Zurückfließen von Strom auf die Seite der elektrischen DC-Stromquelle wegen der hohen Spannung der Kapazitäten 47a, 47b, 47c. Die SCRs 23b, 23c und die Dioden 21h, 21i sind mit dem SCR 23a bzw. der Diode 219 fünktionell identisch.
Fig. 7 zeigt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der in Fig. 6 gezeigten Schaltung. Wenn die Transistoren 20a, 20b, 20c sich am Abflußende des Positions-Detektionssignales anschalten, werden die Kapazitäten 41a, 41b, 41c durch Dioden 21a, 21b, 21c auf eine hohe Spannung aufgeladen. In diesem Fall wird, wenn Transistoren 4a, 4b, und der SCR 5a in Antwort auf einen elektrischen Puls einer vorbestimmten Breite angeschaltet werden, der am Anfang des von dem Anschluß 42c eingegebenen Positions-Detektionssignales von einer Blockschaltung 4 erhalten wird, eine geladene hohe Spannung der Kapazität 41a an die Läuferspule 32c angelegt, um den Läuferstrom steil aufzubauen. Der Transistor 20c wird in diesem Zustand angeschaltet.
Die Transistoren 4b, 4c empfangen ebenfalls elektrische Pulse, die am Anfang von Positions-Detektionssignalen erhalten werden, die von den Anschlüssen 42a, 42b eingegeben werden, durch ähnliche Einrichtungen an ihren Basisanschlüssen 4-2, 4-3.
Somit schalten sich die SCRs 5b, 5c während einer diesen elektrischen Pulsen entsprechenden Zeitdauer an. Die hohe Spannung der Kapazitäten 41b, 41c kann somit den Anregungsstrom der Läuferspulen 32a, 32b steil aufbauen.
Die Funktion der Unterbrecherschaltung ist ähnlich wie der von Fig. 6. Demgemäß kann eine Stromversorgungssteuerung auf die gleiche Weise wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 durchgeführt werden.
Als nächstes wird das Ausführungsbeispiel von Fig. 8 erläutert. Kapazitäten 47a, 47b, 47c oder ihre Ersatzelemente 46a, 46b, 46c, die als Ladeeinrichtungen zum Speichern magnetischer Energie dienen, wenn die Läuferspulen deaktiviert sind, sind ähnlich denen von Fig. 6. Einrichtungen zum Entladen von elektrostatischer Energie, die in den Kapazitäten 47a, 47b, 47c mit einer hohen Spannung gespeichert ist, zu Läuferspulen sind ebenfalls ähnlich denen von Fig. 7. Der Transistor 4b empfängt an seinem Basisanschluß 4- 1 einen elektrischen Puls, der am Anfang eines an dem Anschluß 42c eingegebenen Positions-Detektionssignales erhalten wird. Somit schalten sich die Transistoren 4b, 4a und der SCR 5a während einer dem elektrischen Puls entsprechenden Zeitdauer ein. Demgemäß steigt ein Anregungsstrom der Läuferspule steil an, wenn sich der Transistor 20c anschaltet.
Blockschaltungen 58a, 58b sind identisch mit der Treiberschaltung des oben beschriebenen SCR 5a. Die Blockschaltung 58a schaltet sich in Antwort auf einen am Anfang des Eingangssignales am Anschluß 42a erhaltenen elektrischen Pulses während einer diesem elektrischen Puls entsprechenden Zeitdauer ein. Die Blockschaltung 58b schaltet sich in Antwort auf einen am Anfang des Eingangssignales des Anschlusses 42b erhaltenen elektrischen Pulses während einer diesem elektrischen Puls entsprechenden Zeitdauer ein. Somit kann der Anregungsstrom der entsprechenden Läuferspule steil ansteigen. Die Unterbrecherschaltung arbeitet in der gleichen Weise wie in dem früheren Ausführungsbeispiel.
Sogar wenn eine der Blockschaltungen 58a, 58b weggelassen wird, kann der Zweck des vorliegenden Ausführungsbeispiels erfüllt werden.
Als nächstes wird ein Aufbau eines Zweiphasen-Vollwellen-Reluktanzmotors erläutert, in dem die vorliegende Erfindung ausgeführt ist. Fig. 11 ist eine Draufsicht, die einen festen Läufer und einen Rotor zeigt.
In Fig. 11 kennzeichnet das Bezugszeichen 1 einen Rotor, der mit mehreren vorstehenden Polen 1a, 1b, ... ausgestattet ist, die die gleiche Breite von 180º (d.h. 90º in Einheiten des mechanischen Winkels) aufweisen und voneinander in regelmäßigen Abständen von 360º beabstandet sind.
Der Rotor 1 besteht aus bekannten laminierten Silizium-Stahl-Scheiben und hat eine Drehachse 5. Ein fester Läufer 16 ist mit acht Schlitzen 16a, 16b, ... ausgestattet, die voneinander in regelmäßigen Abständen beabstandet sind. Ein Bezugszeichen 6 stellt einen Zylinder dar, der als äußeres Gehäuse dient.
Die Schlitze 16a, 16c und 16e, 16g sind jeweils durch eine Spule umwickelt. Zwei Spulen sind in Reihe oder parallel verbunden, um eine Läuferspule für die erste Phase zu bilden. In diesem Ausführungsbeispiel sind diese zwei Spulen in Reihe verbunden.
Die Schlitze 16b, 16d und 16f, 16h sind jeweils von einer Spule umwickelt. Diese zwei Spulen sind in Reihe verbunden, um eine Läuferspule für die zweite Phase zu bilden.
Weiterhin sind die Schlitze 16c, 16e und 16g, 16a jeweils mit einer Spule umwickelt. Diese zwei Spulen sind in Reihe verbunden, um eine Läuferspule für die dritte Phase zu bilden. Schlitze 16g, 16f und 16h, 16b sind jeweils von einer Spule umwickelt. Diese zwei Spulen sind in Reihe verbunden, um eine Läuferspule für die vierte Phase zu bilden.
Ein Zweiphasen-Motor besteht allgemein aus Läuferspulen für die erste und für die zweite Phase. Da jede Phase durch Doppeldrahtwindungen gebildet ist, ist es möglich, die erste Phase als aus einem Satz von zwei Läuferspulen aufgebaut und die zweite Phase ebenfalls aus einem Satz von zwei Läuferspulen aufgebaut zu betrachten. Diese Läuferspulen werden in der vorliegenden Beschreibung als Läuferspulen für die erste und die dritte, und die zweite und die vierte Phase bezeichnet. Die Reihenfolge der Stromversorgung ist von der ersten Phase zur zweiten Phase zur dritten Phase und zur vierten Phase. Die Wiederholung dieser zyklischen Stromversorgung resultiert in der Erzeugung eines Ausgangsdrehmomentes.
Ein Pfeil A kennzeichnet eine Drehrichtung des Rotors 1. Vorstehende Pole 1a, 1b haben eine Winkelbreite von 90º in Einheiten des mechanischen Winkels und sind voneinander um den gleichen Abstand beabstandet.
Fig. 12 ist eine Weiterentwicklung, die den Rotor 1 und die Läuferspulen zeigt. In Fig. 12 dienen die Läuferspulen 9a, 9b als die vorher beschriebene Läuferspule für die erste Phase. Läuferspulen 9c, 9d, Läuferspulen 9e, 9f und Läuferspulen 9g, 9h dienen jeweils als die vorher beschriebenen Läuferspulen für die zweite, die dritte und die vierte Phase.
Bezugszeichen 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f und 8g, 8h stellen herausstehende Anschlüsse für die Läuferspulen der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten Phase dar.
Der feste Läufer 16 besteht aus bekannten laminierten Silizium-Stahl-Scheiben, genauso wie der Rotor 1.
Die durch unterbrochene Linien 1c, 1d schraffierten Abschnitte sind mit Kunststoffmaterial gefüllt, um die Luftreibungsverluse in einem Hochgeschwindigkeits-Drehbereich zu verringern.
Im folgenden werden die Läuferspulen der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten Phase als Läuferspulen 32a, 32b, 32c bzw. 32d bezeichnet.
Wenn die Läuferspule 32c aktiviert wird, werden die vorstehenden Pole 1a, 1b magnetisch angezogen und der Rotor rotiert in einer Richtung A. Wenn der Rotor 1 sich um 90º gedreht hat, wird die Läuferspule 32c deaktiviert und die Läuferspule 32d wird aktiviert. Wenn sich der Rotor 1 um weitere 90º dreht, wird die Läuferspule 32d deaktiviert und die Läuferspule 32a wird aktiviert.
Ein Stromversorgungszustand wird jede 90º-Drehung in der folgenden Reihenfolge alterniert: Läuferspule 32a T Läuferspule 32b T Läuferspule 32c T Läuferspule 32d. Demgemäß kann der Motor als Zweiphasen-Vollwellenmotor betrieben werden.
In diesem Fall werden symmetrisch angeordnete magnetische Pole zu N-Polen und S-Polen magnetisiert, wie in der Zeichnung gezeigt ist. Da zwei gleichzeitig erregte magnetische Pole immer so magnetisiert werden, daß sie einander entgegengesetzte Polaritäten haben, werden leckende magnetische Flüsse, die nicht erregte magnetische Pole durchqueren, einander entgegengesetzt und somit wird vermieden, daß ein Gegendrehmoment erzeugt wird.
Spulen 10a und 10b sind Positions-Detektionselemente zum Detektieren von Positionen der vorstehenden Pole 1a und 1b und sind an dem Läufer 16 befestigt, wie in den Zeichnungen dargestellt ist. Ihre Spulenflächen liegen Seitenflächen der vorstehenden Pole 1a, 1b über einen Luftschlitz gegenüber. Die Spulen 10a und 10b sind voneinander um 90º beabstandet. Die Spule ist eine Luft spule mit 100 Wicklungen und weist eulen Durchmesser von 5 mm auf.
Fig. 13 zeigt eine Vorrichtung zum Erhalten von Positions-Detektionssignalen von den Spulen 10a und 10b. In Fig. 13 stellen die Spule 10a und Widerstände 15a, 15b und 15c eine Brückenschaltung dar. Diese Brückenschaltung wird abgeglichen, wenn die Spule 10a den vorstehenden Polen 1a, 1b nicht direkt gegenüberliegt Demgemäß werden ein Ausgang eines Tiefpaßfilters, der aus einer Diode 11a und einer Kapazität 12a besteht, und ein Ausgang eines Tiefpaßfilters, der aus einer Diode 11b und einer Kapazität 12b besteht, gleich und somit erreicht ein Ausgang des Operationsverstärkers 13 einen niedrigen Pegel.
Ein Oszillator 10 erzeugt Oszillationen von etwa 1 MHz Wenn die Spule 10a den vorstehenden Polen 1a, 1b, ... direkt gegenüberliegt, wird die Impedanz infolge von Eisenverlusten (d.h. Wirbelstromverlusten und Hystereseverlusten) verringert. Damit wird ein Spannungsabfall in dem Widerstand 15a groß und somit erreicht der Ausgang des Operationsverstärkers 13 einen hohen Pegel.
Eingänge der Blockschaltung 18 sind durch Kurven 33a, 33b, ... in einem Zeitdiagramm von Fig. 19 gezeigt, und durch eine Invertierungsschaltung 13a zugeführte Eingangskurven 35a, 35b, ... sind mit invertierten Kurven der Kurven 33a, 33b, ... identisch. Die Blockschaltung 14a in Fig. 13 hat den gleichen Aufbau wie die oben beschriebene Blockschaltung einschließlich der Spule 10b. Der Oszillator 10 kann von diesen Blockschaltungen gemeinsam verwendet werden.
Ein Ausgang der Blockschaltung 14a und ein Ausgang der Invertierungsschaltung 13b werden der Blockschaltung 18 eingegeben und ihre Ausgangssignale werden Kurven 34a, 34b, ... wie in Fig. 19 gezeigt, und invertierte Kurven 36a, 36b, ... der Kurven 34a, 34b.
Die Kurven 34a, 34b, ... sind in ihrer Phase um 90º in Bezug auf die Kurven 33a, 33b, verzögert. Kurven 37a, 37b, ... zeigen den Ausgang einer UND-Schaltung, der zwei Signale der Kurven 33a, 33b, ... und der Kurven 36a, 36b, ... eingegeben werden. Kurven 38a, 38b, ... zeigen den Ausgang einer UND-Schaltung, der zwei Signale der Kurven 33a, 33b, ... und der Kurven 34a, 34b, ... eingegeben werden. Kurven 39a, 39b, ... und Kurven 40a, 40b werden auf die gleiche Weise erhalten.
Die oben beschriebene Schaltung ist als die Blockschaltung 18 beschrieben. Anschlüsse 18a, 18b, ... erzeugen Signalkurven 38a, 38b, ..., die unten gezeigt sind.
Der gleiche Zweck wird durch Verwendung einer Aluminiumplatte mit dem gleichen Aufbau anstelle des Rotors 1 von Fig. 11 erreicht, der den Spulen 10a, 10b gegenüberliegt
Als nächstes wird die Stromversorgungssteuerung der Läuferspulen unter Bezug auf Fig. 19 erläutert. Untere Enden der Läuferspulen 32a, 32b, 32c und 32d sind mit Transistoren 20a, 20b, 20c und 20d verbunden. Die Transistoren 20a, 20b, 20c und 20d dienen als Halbleiter-Umschaltelemente und können durch andere Halbleiterelemente ersetzt werden, die den gleichen Effekt haben. Eine elektrische DC-Stromquelle führt elektrische Energie von ihrem positiven und ihrem negativen Anschluß 2a, 2b zu.
Dieses Ausführungsbeispiel liefert einen vereinfachten Schaltungsaufbau, bei dem nur ein Transistor (Transistor 20a, 20b, 20c oder 20d) an einem unteren Ende jeder Läuferspule vorgesehen ist, d.h. auf der Seite eines negativen Anschlusses der DC-Stromquelle. Fig. 4 zeigt eine herkömmliche Schaltung, die bereits in der obigen Beschreibung erläutert wurde und nicht mehr erklärt wird.
Details der Fig. 15 werden nachstehend erläutert. Positions-Detektionssignale von Kurven 37a, 37b, ..., von Kurven 38a, 38b, ..., von Kurven 39a, 39b, ... und von Kurven 40a, 40b, in Fig. 19 werden von Anschlüssen 42a, 42b, 42c und 42d eingegeben. In Antwort auf diese durch UND-Schaltungen 24a, 24b, 24c und 24d geführte Eingangssignale werden Transistoren 20a, 20b, 20c und 20d eingeschaltet, um Läuferspulen 32a, 32b, 32c und 32d zu aktivieren.
Am Anschluß 41 wird eine einen Läuferstrom spezifizierende Referenzspannung zugeführt. Durch Verändern der Spannung des Anschlusses 41 kann ein Ausgangsdrehmoment verändert werden. Wenn ein Schalter (nicht gezeigt) für den elektrischen Strom eingeschaltet wird, erreicht ein Ausgang eines Operationsverstärkers 41a einen niedrigen Pegel, da ein Eingang eines positiven Anschlusses des Operationsverstärkers 41a niedriger als der seines negativen Anschlusses ist. Wenn ein Eingang einer Invertierungsschaltung 28b sich auf einem niedrigen Pegel befindet, erreicht ein Ausgang der Invertierungsschaltung 28b einen hohen Pegel. Demgemäß schaltet sich der Transistor 20a ein, um die Läuferspule 32a zu aktivieren. Ein Widerstand 22 ist zum Detektieren von in den Läuferspulen 32a, 32b, 32c und 32d fließendem Läuferstrom vorgesehen. Eine Blockschaltung N stellt eine elektrische Schaltung zum Steuern der Aktivierung/Deaktivierung der Läuferspulen 32b bzw. 32c dar. Die Blockschaltung N umfaßt Transistoren 20b, 20d, die den Transistoren 20a, 20c entsprechen, und Dioden 49c, 49d, die den Dioden 49a, 49b entsprechen.
Eine der oben beschriebenen Positions-Detektionssignalkurven von Fig. 19 ist als eine Kurve 33a in einem Zeitdiagramm von Fig. 17 gezeigt. Der Läuferspule 32a wird während einer dieser Kurve 33a in Fig. 4 entsprechenden Zeitdauer ein Anregungsstrom zugeführt. Ein Pfeil 23 zeigt einen Stromversorgungswinkel von 180º.
In einer Anfangsstufe der Stromversorgungsperiode wird das Ansteigen des Anregungsstromes infolge der Induktanz der Läuferspule verzögert. Wenn der Strom angehalten wird, wird in der Läuferspule gespeicherte magnetische Energie durch Dioden 6c, 6d im Fall von Fig. 4 entladen und kehrt zur elektrischen Stromquelle zurück. Somit nimmt der Strom ab, wie durch eine zweite Hälfte der Kurve 25 gezeigt ist, d.h. einer rechten Seite der unterbrochenen Linie J.
Ein ein positives Drehmoment erzeugender Abschnitt ist ein durch einen Pfeil 23 gezeigter 180º-Abschnitt; somit wird in einem Abschnitt eines Pfeiles 23a ein Gegendrehmoment erzeugt, das das Ausgangsdrehmoment und die Effizienz verringert. Dieses Phänomen wird beachtlich, wenn die Geschwindigkeit erhöht wird, was den praktischen Gebrauch in einem Hochgeschwindigkeitsbereich schwierig macht.
Wenn die Breite der Kurve 33a proportional zu einer Erhöhung der Drehgeschwindigkeit klein wird, wird ein Aufbauabschnitt der Kurve 25 ebenso verzögert und ein Ausgangsdrehmoment wird verringert. Das heißt, es wird eine Drehmomentverringerung erzeugt. Das kommt daher, daß die magnetischen Pole und die vorstehenden Pole miteinander wechselwirken und den magnetischen Weg schließen, so daß eine große Induktanz entsteht.
Obwohl der Reluktanzmotor einen Nachteil dahingehend aufweist, daß seine Drehgeschwindigkeit trotz des Vorteiles eines großen Ausgangsdrehmomentes nicht erhöht werden kann, resultiert dieser Nachteil aus dem oben beschriebenen Gegendrehmoment und der Drehmomentverringerung.
Eine Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insofern bemerkenswert, als der oben erwähnte Nachteil durch das zusätzliche Vorsehen von einen Rückfluß verhindernden Dioden 49a, 49b, eine geringe Kapazität aufweisenden Kapazitäten 41c, 41d, Dioden 21a, 21b, Halbleiterelementen 4a, 4b, 5a und anderen in Fig. 16 gezeigten Elementen, eliminiert wird, wobei nur ein Halbleiter-Umschaltelement (20a, 20b, 20c und 20d), das die Äktivierung/Deaktivierung jeder Läuferspule steuert, auf der Seite einer negativen Spannung der elektrischen DC-Stromquelle vorgesehen ist.
An den Anschlüssen 42a, 42b, ... eingegebene Positions-Detektionssignale sind als Kurven 37a, 37b, ..., Kurven 38a, 38b, ..., Kurven 39a, 39b, ... und Kurven 40a, 40b, ... in Fig. 19 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel haben die Positions-Detektionssignale eine Breite von 90º.
Wenn der Strom an dem Abschlußende der von dem Anschluß 42a zugeführten Signalkurve 37a beendet ist, wird in der Läuferspule gespeicherte magnetische Energie durch die Diode 21a in die Kapazität 41c entladen, um diese mit in der Zeichnung gezeigten Polaritäten auf eine hohe Spannung aufzuladen, die vom Zurückfließen auf die Seite der elektrischen DC-Stromquelle durch die Funktion der einen Rückfluß vermeidenden Diode 49a gehindert ist. Demgemäß fällt die magnetische Energie steil ab und der Strom fällt steil ab.
In dem Zeitdiagramm von Fig. 17 gezeigte Kurven 27a, 27b stellen gemeinsam eine Stromkurve dar, die in der Läuferspule 32a fließt. Beide unterbrochenen Linien sind um 90º beabstandet. Der Läuferstrom nimmt steil ab, wie die Kurve 47b, und somit wird kein Gegendrehmoment erzeugt. Die Kapazität 41c wird auf eine hohe Spannung aufgeladen und auf dieser Spannung gehalten.
Als nächstes wird in Antwort auf die von dem Anschluß 42c zugeführte Positions- Detektionssignalkurve 39a von Fig. 19 der Transistor 20c angeschaltet, um die Läuferspule 32c zu aktivieren. Eine Blockschaltung 4 umfaßt eine monostabile Schaltung, die von einem differentiellen Puls in einem Anfangsabschnitt der Kurve 39a aktiviert wird. In Antwort auf einen elektrischen Puls, der an einem Anfangsabschnitt eines Eingangssignales in den Anschluß 42c gegeben ist, werden Transistoren 4a, 4b, SCR 5a aktiviert. Dann wird die hohe Spannung der Kapazität 41c an die Läuferspule 32c angelegt, um einen Läuferstrom schnell aufzubauen. Wenn der Transistor 20c am Abschlußende der Kurve 39a deaktiviert wird, wird in der Läuferspule 32c gespeicherte magnetische Energie über eine Diode 21b in eine eine geringe Kapazität aufweisende Kapazität 41d übertragen.
Als nächstes wird in Antwort auf das von dem Anschluß 42a eingegebene Positions- Detektionssignal die Läuferspule 32a aktiviert. Die hohe Spannung der Kapazität 41d wird an die Läuferspule 32a angelegt, um einen Läuferstrom schnell aufzubauen. Dioden 21c, 21d dienen als Komponenten von Entladeschaltungen für die Kapazitäten 41c, 41d. Als nächstes wird der Grund, warum die SCR 5a erforderlich ist, erläutert. Wenn die SCR 5a weggelassen wird, wird die Kapazität 41d nicht geladen, wenn die Läuferspule 32c deaktiviert wird. Das liegt daran, daß die magnetische Energie der Läuferspule 32c in der folgenden Reihenfolge entladen wird. Diode 21b T Läuferspule 32a T Diode 21a T Läuferspule 32c.
Da eine Spannung, die der Summe der geladenen Spannung der Kapazität 41a und der Spannung der elektrischen DC-Stromquelle (einer Spannung zwischen den Anschlüssen 2a, 2b) äquivalent ist, in diesem Fall an die Läuferspule 32a angelegt wird, steigt ein Anregungsstrom der Läuferspule 32a steil an.
Durch diese Funktion steigt der Anregungsstrom steil an, wie durch die Kurve 27 von Fig. 17 gezeigt ist. Der Anstiegsabschnitt des Stromes 27 wird an seinem Zwischenabschnitt langsam oder gemäßigt, da die magnetische Energie infolge des Kupferverlustes der Spulen und des Eisenverlustes der magnetischen Kerne in thermische Energie transformiert wird, wenn die magnetische Energie zwischen den Läuferspule übertragen wird. Eine Gegenmaßnahme zum Eliminieren eines derartigen Nachteiles wird weiter unten diskutiert werden. Wie oben erläutert ist, werden die Drehmomentverringerung und das Gegendrehmoment vermieden und die Bewegungsform des Anregungsstromes wird im wesentlichen rechteckig, wodurch ein Ausgangsdrehmoment erhöht wird.
Eine Blockschaltung N ist eine Stromversorgungs-Steuerschaltung für die Läuferspulen 32b, 32d, die der Stromversorgungs-Steuerschaltung für die Läuferspulen 32a, 32c ähnlich ist.
Die Läuferspulen 32b, 32d werden in Antwort auf Signalkurven 38a, 38b, ... und Kurven 40a, 40b, ... von Fig. 19 aktiviert oder deaktiviert, die als die von den Anschlüssen 42b, 42d zugeführten Positions-Detektionssignale dienen.
Als nächstes wird eine Unterbrecherschaltung erläutert. Wenn sich der Läuferstrom der Läuferspule 32a erhöht und somit der Spannungsabfall am Widerstand 22, der den Läuferstromwert detektiert erhöht, so daß er die Referenzspannung des Referenzspannungsanschlusses 41 (d.h. eine Eingangsspannung des negativen Anschlusses des Operationsverstärkers 41a) überschreitet, schaltet ein Ausgang des Operationsverstärkers 41a auf einen hohen Pegel. Demgemäß erzeugt die differentielle Schaltung 41b einen differentiellen Puls, um die monostabile Schaltung 28a zu aktivieren, deren Ausgang ein elektrischer Puls mit einer vorbestimmten Breite wird. Wenn dieser ausgegebene elektrische Puls durch die Invertierungsschaltung 28b in einen elektrischen Puls mit einem niedrigen Pegel umgesetzt wird, wird ein Ausgang der UND-Schaltung 24 zu einem Niedrig-Pegelsignal mit der gleichen Breite, während der der Transistor 20a aktiviert wird.
Demgemäß verringert sich ein in der Läuferspule fließender Strom und dann fließt dieser Strom durch die Diode 21a in die Kapazität 41a, um sie aufzuladen. Wenn der Ausgang der monostabilen Schaltung 28a verschwindet, kehren die Ausgänge der Invertierungsschaltung 28b und der UND-Schaltung 24a zu einem hohen Pegel zurück. Somit schaltet sich der Transistor 20a ein, so daß er den Anregungsstrom der Läuferspule 32a erhöht.
Wenn der Läuferstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, schaltet ein Ausgang des Operationsverstärkers 41a wieder auf einen hohen Pegel. Der Transistor 20a schaltet sich während einer vorbestimmten Zeitdauer aus, die der Breite des Ausgangspulses der monostabilen Schaltung 28a entspricht. Somit verringert sich der Läuferstrom. Die Wiederholung eines derartigen Zyklus erfolgt durch eine Unterbrecherschaltung, wobei der Anregungsstrom auf einem vorbestimmten Pegel aufrechterhalten wird, der von der Referenzspannung des Referenzspannungsanschlusses 41 reguliert wird.
Ein von der Kurve 27a von Fig. 17 gekennzeichneter Abschnitt ist ein Abschnitt, der unterbrechergesteuert ist. Es ist ebenso möglich, eine Konstantgeschwindigkeitssteuerung durch eine herkömmliche Einrichtung zu realisieren, die die Referenzspannung des Referenzspannungsanschlusses 41 entsprechend einer Spannung steuert, die proportional zur Drehgeschwindigkeit ist.
Während dem oben beschriebenen Unterbrecherbetrieb wird die Kapazität 41c in Antwort auf Ausgangspulse von der monostabilen Schaltung 28a wiederholt geladen, so daß sich ihre Ladespannung erhöht und sie elektrostatische Energie speichert. Wenn sich der Transistor 20a an dem Abschlußende eines Positions-Detektionssignales ausschaltet, wird die gesamte in der Läuferspule 32a gespeicherte magnetische Energie in die Kapazität 41c geladen. Weitere elektrostatische Energie, die der Unterbrecherfrequenz und einer Stromdämpfüngsmenge entspricht, wird weiterhin der Kapazität 41c hinzugefügt. Diese große Menge von elektrostatischer Energie kann Energieverluste, d.h. vorher beschriebene Kupferverluste der Läuferspulen und Eisenverluste der magnetischen Pole beim Aufbauen von Läuferstrom kompensieren, wenn die Läuferspule 32c als nächstes aktiviert wird.
Demgemäß bildet sich der Anregungsstrom so aus, wie durch eine unterbrochene Linie 27c von Fig. 17 gezeigt ist, wobei sein Ansteigen so steil ist, daß seine Wellenform im wesentlichen rechteckig wird. Somit kann ein Ausgangsdrehmoment erhöht werden. Die Kapazität der Kapazität 41c, die Frequenz des Unterbrecherstroms und die Breite des Ausgangspulses der monostabilen Schaltung 28a müssen so eingestellt werden, daß sie die oben beschriebenen Funktionen und Wirkungen haben.
UND-Schaltungen 24b, 24c, 24d und Transistoren 20b, 20c, 20d führen ebenso eine Unterbrechersteuerung der den Läuferspulen 32b, 32c, 32d zuzuführenden Läuferströmen durch.
Eine Stromversorgung zu jeder Läuferspule kann von irgendeinem Zeitpunkt innerhalb eines Abschnittes von ungefähr 45º, nachdem die vorstehenden Pole den magnetischen Polen gegenüberliegen, begonnen werden. Eine Einstellung wird durch Berücksichtigung der Drehgeschwindigkeit, der Effizienz und des Ausgangsdrehmomentes ausgeführt, um die Befestigungspositionen der Detektionsspulen 10a und 10b zu verändern, die an der Läuferseite befestigt sind, um als Positions-Detektionselemente zu dienen. Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wird es möglich, einen Motor mit einer hohen Geschwindigkeit mit einer guten Effizienz und einem großen Ausgang anzutreiben.
In Fig. 17 gezeigte Kurven 26a, 26b und 26c stellen gemeinsam eine Stromversorgungskurve für die Läuferspule dar. Eine Lücke zwischen einer unterbrochenen Linie 26-1 und einer unterbrochenen Linie 26-2 stellt eine 90º-Breite des Positions-Detektionssignales dar. Kurven 9-1, 9-2 und 9-3 zeigen Ausgangsdrehmomentkurven. Die Kurve 9-1 stellt einen Fall dar, in dem ein der Läuferspule zugeführter Strom gering ist. Sein Drehmoment wird relativ flach. Jedoch verschiebt sich, wie durch die Kurven 9-2, 9-3 gezeigt ist, ein Spitzenwert des Drehmomentes nach links, wenn sich der Stromwert erhöht, und weitherin wird die Breite des Spitzenwertes geringer.
Hinsichtlich der oben beschriebenen Drehmoment-Eigenschaften und des oben beschriebenen Wertes des zugeführten Stromes ist es vorzuziehen, einen Anfangs- Zeitpunkt der Stromversorgung auf einen Punkt bei ungefähr 90º, nachdem die vorstehenden Pole beginnen, den magnetischen Polen gegenüberzuliegen, durch Einstellen der Befestigungspunkte der Positions-Detektionsspulen 10a, 10b einzustellen.
Die Ladespannung der Kapazität 41c erhöht sich mit der Verringerung ihrer Kapazität. Somit kann mit der eine geringe Kapazität aufweisenden Kapazität 41c der Anregungs- Strom der Läuferspule steil ansteigen und steil abfallen. Der Motor kann somit in einem Hochgeschwindigkeitsbereich arbeiten und der Nachteil des herkömmlichen Reluktanzmotors kann eliminiert werden. Es ist vorzuziehen, die Kapazität der Kapazität so auszuwählen, daß sie die Transistoren in der Schaltung nicht beschädigt.
Zwei Kapazitäten 41c, 41d des vorliegenden Ausführungsbeispieles können durch eine Kapazität ersetzt werden, die durch Dioden 21a, 21b entladen wird.
Die Unterbrecherschaltung kann ebenso unter Weglassen der UND-Schaltungen 24a, 24b, ... von Fig. 15 und durch Vorsehen eines durch eine unterbrochene Linie 16 gezeigten Umschaltelementes aufgebaut sein, um einen Basisanschluß 16a des Umschaltelementes durch einen Ausgang der Invertierungsschaltung 28b zu steuern.
Als nächstes wird ein Ausführungsbeispiel von Fig. 16 erläutert. Obwohl die Kapazitäten 41c, 41d von Fig. 15 parallel mit Läuferspulen verbunden sind, ist nur eine Kapazität 47a parallel mit den Transistoren 20a, 20c in Fig. 16 verbunden, um eine ähnliche Funktion und Wirkung zu erhalten. Die durch die gleichen Bezugszeichen wie die Komponenten von Fig. 15 gekennzeichneten Komponenten haben die gleiche Funktion und Wirkung und werden nicht näher erläutert.
Wenn die Läuferspulen 32a, 32c deaktiviert werden, wird in diesen Läuferspulen 32a, 32c gespeicherte magnetische Energie über Dioden 21a, 21b, 21c und 21d in eine Kapazität 47a übertragen, um die Kapazität 47a mit in der Zeichnung gezeigten Polaritäten auf eine hohe Spannung aufzuladen. Demgemäß fällt der Läuferstrom steil ab.
Wenn entweder der Transistor 20a oder der Transistor 20c in Antwort auf die den Anschlüssen 42a, 42c zugeführten Positions-Detektionssignale (d.h. Kurven 37a, 37b, und Kurven 39a, 39b, ... von Fig. 19) aktiviert wird, wird die hohe Spannung der Kapazität 47a einer der Läuferspulen 32a, 32c zugeführt, damit der Läuferstrom steil ansteigt.
Eine Blockschaltung P ist eine Stromversorgungs-Steuerschaltung für die Läuferspulen 32b, 32d, die der Stromversorgungs-Steuerschaltung für die Läuferspulen 32a, 32c ähnlich ist. Wie in der obigen Beschreibung erläutert ist, kann der Zweck des vorliegenden Ausführungsbeispieles erfüllt werden.
Als nächstes wird ein in Fig. 14 gezeigtes Ausführungsbeispiel erläutert. In Fig. 14 empfangen die Anschlüsse 42a, 42b, ... Positions-Detektionssignale der Kurven 37a, 37b, ..., Kurven 38a, 38b, ... Kurven 39a, ....... und Kurven 40a, 40b, ... von Fig. 19.
In Antwort auf die Positions-Detektionssignale werden die Transistoren 20a, 20b, eingeschaltet, um die Läuferspulen 32a, 32b, ... zu aktivieren.
Wenn die Signalkurve 37a dem Anschluß 42a eingegeben wird, erhöht sich der Läuferstrom der Läuferspule 32a, wie durch eine Kurve 25a von Fig. 17 gezeigt ist. Wenn der Reluktanzmotor eine große Induktanz hat, wie weiter oben beschrieben wurde, baut sich der Läuferstrom langsam auf, wie durch die Kurve 25a gezeigt ist.
Wenn die Läuferspule 32a an dem Abschlußende der Kurve 37a (d.h. am Punkt K) deaktiviert wird, wird in der Läuferspule 32a gespeicherte Energie durch die Dioden 21a, 21c und die Kapazität 47 entladen.
Die Kapazität 47 ist durch eine Zener-Diode 17a zwischen einem positiven und einem negativen Anschluß der elektrischen Stromquelle angeschlossen und wird durch deren Spannung geladen. Die vorher beschriebene Entladung der magnetischen Energie ist im wesentlichen die gleiche wie bei der herkömmlichen Einrichtung, bei der magnetische Energie zur elektrischen Stromquelle zurückkehrt Demgemäß wird eine Anstiegsbreite der Kurve 25a von Fig. 17 gleich der Breite ihres Abfallendes. Somit sollte die Kapazität 47 eine geringere Kapazität aufweisen, so daß sich ihre Spannung durch die Entladung der magnetischen Energie zu stark erhöht. Da die Anstiegs- und die Abfallbreite der Kurve 25a von Fig. 17 jeweils 90º wird, wird in beiden Fällen nur ein positives Drehmoment erzeugt. Demgemäß wird es notwendig, die Position der Positions-Detektionselemente (d.h. der Spulen 10a, 10b) in Bezug auf die Position der Läuferspulen einzustellen, so daß die Stromversorgung zu den Läuferspulen an einem Punkt beginnt, an dem die vorstehenden Pole 1a, 1b gerade in die magnetischen Pole eintreten.
In Antwort auf die Positions-Detektionssignale der Kurven 39a, 39b, ..., die von dem Anschluß 42c zugeführt werden, schaltet sich der Transistor 20c an und aktiviert die Läuferspule 32c. Aus dem gleichen Grund wie oben erläutert werden die Anstiegs- und die Abfallbreite zu 90º. Die Dioden 21b, 21d und die Kapazität 47 haben ähnliche Wirkungen.
Die Kapazität 47 wird jedesmal geladen, wenn die Stromversorgungssteuerung zwischen den Läuferspulen 32a und 32c umgeschaltet wird. Wenn sich eine Spannung um eine vorbestimmte Menge erhöht, wird in der Kapazität 47 gespeicherte elektrostatische Energie durch die Zener-Diode 17a auf die Seite der elektrischen Stromquelle entladen, um den Energieverlust und das Anwachsen der Spannung zu unterdrücken.
Die Stromversorgung zu den Läuferspulen 32b, 32d wird auf die gleiche Weise von einer Blockschaltung M durchgeführt.
Die Anschlüsse 42b, 42d empfangen elektrische Signale der Kurven 38a, 38b, ... und der Kurven 40a, 40b, ... von Fig. 19, um die Transistoren 20b und 20d zu steuern. Eine Zener Diode 17b hat die gleiche Funktion wie die Zener-Diode 17a.
Kurven 31a, 31b, 31c und 31d von Fig. 18 zeigen Stromversorgungskurven, die den Läuferspulen 32a, 32b, 32c bzw. 32d von Fig. 14 zugeführt werden. Kurven 28a, 28b, 28c und 28d zeigen Stromversorgungskurven, die den Läuferspulen 32a, 32b, 32c bzw. 32d der in den Fig. 15 und 16 gezeigten Ausführungsbeispiele zugeführt werden.
Der Unterschied zwischen diesen zwei Arten von Stromversorgungskurven wird im folgenden erläutert.
In Fig. 14 verschieben sich Spitzenpunkte der Stromversorgungskurven nach links, wenn sich die Geschwindigkeit erhöht. Demgemäß verringern sich die Spitzenwert und das Ausgangsdrehmoment. Wenn eine angelegte Spannung erhöht wird, steigt die Läuferstromkurve steil an und das Ausgangsdrehmoment erhöht sich entsprechend. Eine derartige Charakteristik ist der des herkömmlichen DC-Motors ähnlich und liefert eine effektive Technik.
Wenn sich der Rotor um 180º dreht, wird magnetische Energie einmalig zwischen den magnetischen Polen und den vorstehenden Polen übertragen. Somit wird der Eisenverlust identisch zu dem eines Halbwellen-Stromversorgungszustandes mit einer Sinuswelle. Der Eisenverlust ist im Vergleich zu dem eines weiter unten beschriebenen Stromversorgungszustandes mit einer Rechteckwelle gering. Somit erhöht sich die Effizienz.
Da die Spitzenwerte der Kurven 28a, 28b, ... sich nicht verändern, sogar wenn sich die Geschwindigkeit in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 15 und 16 erhöht, wird eine Hochgeschwindigkeitsdrehung einfach und ein Ausgangsdrehmoment kann beliebig gesteuert werden.
Weiterhin ändern sich die oben beschriebenen Eigenschaften nicht, solange wie die angelegte Spannung größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Da ein Ausgangsdrehmoment-Erzeugungsabschnitt im wesentlichen 90º aufweist, können das Ausgangsdrehmoment und die Effizienz durch Einstellen dieses Abschnittes dergestalt erhöht werden, daß sie es ermöglicht, ein maximales Drehmoment zu erhalten. Da die Anstiegs-und die Abfallkante der Stromversorgungskurve beide steil sind, erhöht sich der Eisenverlust im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel von Fig. 14.
Im Falle des Ausführungsbeispieles von Fig. 14 erhöht sich der Strom der Läuferspule in bemerkenswerter Weise, wenn der Motor mit einer geringen Geschwindigkeit unter einer außerordentlichen Belastung startet oder rotiert. Das resultiert in einem Ausbrennen der Spule. Eine Gegenmaßnahme zum Vermeiden dieses Problemes wird im folgenden erläutert.
In Fig. 14 schaltet, wenn ein Spannungsabfall an dem Widerstand 22 eine Spannung an dem positiven Anschluß 41 überschreitet, ein Ausgang des Operationsverstärkers 41a auf einen hohen Pegel. Die monostabile Schaltung 28a erzeugt ein elektrisches Signal einer vorbestimmten Breite in Antwort auf einen elektrischen Puls der differentiellen Schaltung 41b. Ein Ausgang der Invertierungsschaltung 28b wird entsprechend auf einen niedrigen Pegel geändert. Weiterhin wird der Transistor 28 ausgeschaltet.
Wenn die Läuferspule deaktiviert wird und ihre magnetische Energie durch eine Diode 2 entladen wird, verringert sich der Läuferstrom. Da der Ausgang der Invertierungsschaltung 28b auf einen hohen Pegel zurückkehrt, nachdem eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, wird der Transistor 28 angeschaltet und der Läuferstrom erhöht sich. Die Wiederholung eines derartigen Zyklus ergibt die Unterbrecherschaltung. Demgemäß wird, um ein Ausbrennen zu vermeiden, eine Spannung des Anschlusses 41 unter einen vorbestimmten Wert gedrückt, so daß ein Spannungsabfall an dem Widerstand 22 kleiner als durch einen Ausbrennstrom erzeugter Spannungsabfall ist.
Als nächstes wird ein weiterer Aufbau eines Zweiphasen-Vollwellen-Reluktanzmotors erläutert, in dem die vorliegende Erfindung ausgeführt ist. Fig. 20 ist eine Draufsicht, die einen festen Läufer und einen Rotor zeigt. In Fig. 20 kennzeichnet das Bezugszeichen 1 einen Rotor, der mit mehreren vorstehenden Polen 1a, 1b, ... ausgestattet ist, die die gleiche Breite von 180º (d.h. 90º in Einheiten des mechanischen Winkels) aufweisen und voneinander mit regelmäßigen Phasenintervallen von 360º beabstandet sind.
Der Rotor 1 besteht aus bekannten laminierten Silizium-Stahl-Scheiben und hat eine Drehachse 5. Ein fester Läufer 16 ist mit acht Schlitzen 16a, ....... ausgestattet, die mit regelmäßigen Abständen voneinander beabstandet sind. Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet einen Zylinder, der als äußeres Gehäuse dient.
Die Schlitze 16a, 16c und 16e, 16g sind jeweils von einer Spule umwickelt. Zwei Spulen sind miteinander in Reihe oder parallel verbunden, um eine Läuferspule für die erste Phase zu bilden. In diesem Ausführungsbeispiel sind diese zwei Spulen in Reihe verbunden.
Die Schlitze 16b, 16d und 16f, 16h sind jeweils von einer Spule umwickelt. Diese zwei Spulen sind in Reihe verbunden, um eine Läuferspule für die zweite Phase zu bilden. Weiterhin sind die Schlitze 16c, 16e und 16g, 16a jeweils von einer Spule umwickelt. Diese zwei Spulen sind in Reihe verbunden, um eine Läuferspule für die dritte Phase zu bilden. Schlitze 16d, 16f und 16h, 16b sind jeweils von einer Spule umwickelt. Diese zwei Spulen sind in Reihe verbunden, um eine Läuferspule für die vierte Phase zu bilden.
Ein Zweiphasen-Motor ist im wesentlichen aus den Läuferspulen für die erste Phase und die zweite Phase aufgebaut. Da jede Phase von einer Doppeldrahtwicklung gebildet ist, ist es möglich, die erste Phase als durch einen Satz von zwei Läuferspulen und ebenfalls die zweite Phase als durch einen Satz von zwei Läuferspulen aufgebaut zu betrachten. Diese Läuferspulen werden als Läuferspulen für die erste, die dritte und die zweite, die vierte Phase bezeichnet. Die Reihenfolge der Stromversorgung ist: erste Phase T zweite Phase T dritte Phase T vierte Phase. Die Wiederholung dieser zyklischen Stromversorgung resultiert in der Erzeugung eines Ausgangsdrehmomentes.
Ein Pfeil A kennzeichnet eine Drehrichtung des Rotors 1. Vorstehende Pole 1a, 1b haben eine Winkelbreite von 90º in Einheiten des mechanischen Winkels und sind voneinander mit gleichen Abständen beabstandet.
Fig. 21 ist eine Weiterentwicklung, die den Rotor 1 und die Läuferspulen zeigt. In Fig. 21 dienen die Läuferspulen 9a, 9b als die Läuferspule für die erste Phase, die oben beschrieben wurde. Läuferspulen 9c, 9d, Läuferspulen 9e, 9f und Läuferspulen 9g, 9h dienen als die Läuferspulen für die zweite, die dritte und die vierte Phase, die oben beschrieben wurden.
Die Bezugszeichen 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f und 8g, 8h kennzeichnen herausgezogene Anschlüsse für die Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase.
Der feste Läufer 16 besteht aus bekannten laminierten Silizium-Stahl-Scheiben, ebenso wie der Rotor 1.
Abschnitte, die mit unterbrochenen Linien 1e, 1d schraffiert sind, sind mit Kunststoffmaterial geflillt, um die Reibungsverluste durch Luft in einem Hochgeschwindigkeits- Rotationsbereich zu verringern.
Im folgenden werden die Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase als Läuferspulen 32a, 32b, 32c bzw. 32d bezeichnet.
Wenn die Läuferspule 32c aktiviert wird, werden die vorstehenden Pole 1a, 1b magnetisch angezogen und der Rotor 1 dreht sich in eine Richtung A. Wenn der Rotor 1 sich um 90º gedreht hat, wird die Läuferspule 32c deaktiviert und die Läuferspule 32d wird aktiviert. Wenn sich der Rotor 1 um 90º weiter dreht, wird die Läuferspule 32d deaktiviert und die Läuferspule 32a wird aktiviert.
Ein Stromversorgungszustand wird jede 90º-Drehung in der folgenden Reihenfolge zyklisch alterniert: Läuferspule 32a T Läuferspule 32b T Läuferspule 32c T Läuferspule 32d. Somit kann der Motor als Zweiphasen-Vollwellenmotor angetrieben werden.
In diesem Fall werden symmetrisch angeordnete magnetische Pole als N-Pole und S-Pole magnetisiert, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Da zwei gleichzeitig erregte magnetische Pole immer so magnetisiert werden, daß sie einander entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, werden leckende magnetische Flüsse, die nicht erregte magnetische Pole durchqueren, einander entgegengesetzt. Somit wird vermieden, daß ein Gegendrehmoment erzeugt wird.
Spulen 10a und 10b sind Positions-Detektionselemente zum Detektieren von Positionen der vorstehenden Pole 1a und 1b und sind an dem Läufer 16 befestigt, wie in den Zeichnungen gezeigt ist. Ihre Spulenoberflächen liegen Seitenflächen der vorstehenden Pole 1a, 1b über ein Luftloch gegenüber. Die Spulen 10a und 10b sind voneinander um 90º beabstandet. Die Spule besteht aus einem Luftkern mit 100 Wicklungen, der einen Durchmesser von 5 mm aufweist.
Fig. 22 zeigt eine Vorrichtung zum Erhalten von Positions-Detektionssignalen von den Spulen 10a und 10b. In Fig. 22 stellen die Spule 10a und Widerstände 15a, 15b und 15c eine Brückenschaltung dar. Diese Brückenschaltung ist im Gleichgewicht, wenn die Spule 10a den vorstehenden Polen 1a, 1b nicht direkt gegenüberliegt Demgemäß sind ein Ausgang eines Tiefpaßfilters, der aus einer Diode 11a und einer Kapazität 12a besteht, und ein Ausgang eines Tiefpaßfilters, der aus einer Diode 11b und einer Kapazität 12b besteht gleich, und somit erreicht ein Ausgang des Operationsverstärkers 13 einen niedrigen Pegel.
Ein Oszillator 10 erzeugt Oszillationen von ungefahr 1 MHz. Wenn die Spule 10a den vorstehenden Polen 1a, 1b, ... direkt gegenüberliegt, wird eine Impedanz infolge von Eisenverlusten (d.h. Wirbelstromverlusten und Hystereseverlusten) verringert. Somit wird ein Spannungsabfall in dem Widerstand 15a groß und somit erreicht der Ausgang des Operationsverstärkers 13 einen hohen Pegel.
Eingänge der Blockschaltung 18 sind durch Kurven 33a, 33b, ... in einem Zeitdiagramm von Fig. 19 gezeigt, und durch eine Invertierungsschaltung 13a zugeführte Eingangskurven 35a, 35b, ... sind mit invertierten Kurven der Kurven 33a, 33b, ... identisch. Die Blockschaltung 14 in Fig. 22 hat den gleichen Aufbau wie die oben beschriebene Blockschaltung einschließlich der Spule 10b. Der Oszillator 10 kann von diesen Blocksehaltungen gemeinsam benutzt werden.
Ein Ausgang der Blockschaltung 14 und ein Ausgang der Invertierungsschaltung 13b werden der Blockschaltung 18 eingegeben und ihre Ausgangssignale werden zu Kurven 34a, 34b, ... wie in Fig. 19 gezeigt ist und zu invertierten Kurven 36a, 36b, ... der Kurven 34a, 34b.
Die Kurven 34a, 34b, ... sind in ihren Phasen in Bezug auf die Kurven 33a, 33b, ... um 90º verzögert. Kurven 37a, 37b, ... zeigen den Ausgang einer UND-Schaltung, der zwei Signale der Kurven 33a, 33b, ... und der Kurven 36a, 36b, ... eingegeben werden. Kurven 38a, 38b, ... zeigen den Ausgang einer UND-Schaltung, der zwei Signale der Kurven 33a, 33b, ... und der Kurven 34a, 34b, ... eingegeben werden. Kurven 39a, 39b, ... und Kurven 40a, 40b werden auf die gleiche Weise erhalten.
Die oben beschriebene Schaltung ist als die Blockschaltung 18 dargestellt. Ausgänge von Anschlüssen 18a, 18b, ... sind als Signalkurven 37a, 37b, ... gezeigt, d.h. den in den unteren Abschnitten gezeigten Kurven.
Der gleiche Zweck wird durch Verwendung einer Muminiumplatte mit dem gleichen Aufbau anstelle des Rotors 1 von Fig. 20 erreicht, die den Spulen 10a, 10b gegenüberliegt
Als nächstes wird die Stromversorgungssteuerung der Läuferspulen unter Bezug auf Fig. 23 erläutert. Untere Enden der Läuferspulen 32a, 32b, 32c und 32d sind mit Transistoren 20a, 20b, 20c und 20d verbunden. Die Transistoren 20a, 20b, 20c und 20d dienen als Halbleiter-Schaltelemente und können durch andere Halbleiterelemente mit der gleichen Wirkung ersetzt werden. Eine elektrische DC-Stromquelle führt elektrische Leistung von ihrem positiven und ihrem negativen Anschluß 2a, 2b zu.
Dieses Ausführungsbeispiel liefert einen vereinfachten Schaltungsaufbau, bei dem nur ein Transistor (Transistor 20a, 20b, 20c oder 20d) an einem unteren Ende jeder Läuferspule vorgesehen ist, d.h. der Seite eines negativen Anschlusses der elektrischen DC- Stromquelle.
Details von Fig. 23 werden im folgenden erläutert. Positions-Detektionssignale von Kurven 37a, 37b, ..., Kurven 38a, 38b, ..., Kurven 39a, 39b, ... und Kurven 40a, 40b, ... in Fig. 19 werden von Anschlüssen 42a, 42b, 42c und 42d eingegeben. In Antwort auf diese durch UND-Schaltungen 24a, 24b, 24c und 24d zugeführte Eingangssignale werden Transistoren 20a, 20b, 20c und 20d eingeschaltet, um Läuferspulen 32a, 32b, 32c und 32d zu aktivieren.
Ein Anschluß 43 wird mit einer Referenzspannung versorgt, um einen Läuferstrom zu spezifizieren. Durch Verändern einer Spannung an dem Anschluß 43 kann ein Ausgangsdrehmoment verändert werden. Wenn ein Schalter (nicht gezeigt) für den elektrischen Strom angeschaltet wird, erreicht ein Ausgang eines Operationsverstärkers 43a einen niedrigen Pegel, da ein Eingang eines positiven Anschlusses des Operationsverstärkers 43a kleiner als der seines negativen Anschlusses ist. Da ein Eingang einer Invertierungsschaltung 28b einen niedrigen Pegel aufweist, erreicht ein Ausgang der Invertierungs schaltung 28b einen hohen Pegel. Demgemäß schaltet sich der Transistor 20a ein, um die Läuferspule 32a zu aktivieren. Ein Widerstand 22a ist zum Detektieren von Läuferstrom vorgesehen, der in den Läuferspulen 32a, 32b, 32c und 32d fließt.
Blockschaltungen F, G, H stellen elektrische Schaltungen zur Steuerung der Aktivierung/Deaktivierung der Läuferspulen 32b, 32c bzw. 32d dar, die im wesentlichen der elektrischen Schaltung für die Läuferspule 32a äquivalent sind. Dioden 49b, 49c und 49d entsprechen der Diode 49a.
Eine der oben beschriebenen Positions-Detektionssignalkurven von Fig. 19 ist in dem oberen Abschnitt des Zeitdiagrammes von Fig. 25 als eine Kurve 33a dargestellt. Der Läuferspule 32a wird während einer Zeitdauer, die dieser Kurve 32a entspricht, ein Anregungsstrom wie bei der herkömmlichen Einrichtung zugeführt. Ein Pfeil 23 in Fig. 25 zeigt einen Stromversorgungswinkel von 180º.
In einer Anfangsstufe der Stromversorgungsperiode wird das Ansteigen des Anregungsstromes infolge der Induktanz der Läuferspule verzögert. Wenn der Strom angehalten wird, wird in der Läuferspule gespeicherte magnetische Energie in die elektrische Stromquelle entladen. Somit sinkt der Läuferstrom, wie durch die zweite Hälfte der Kurve 25 gezeigt ist, d.h. einer rechten Seite der unterbrochenen Linie J.
Ein ein positives Drehmoment erzeugender Abschnitt ist ein durch einen Pfeil 23 gezeigter 180º-Abschnitt; somit wird ein Gegendrehmoment in einem Abschnitt eines Pfeils 23a erzeugt, so daß das Ausgangsdrehmoment und die Effizienz gesenkt werden. Dieses Phänomen wird bemerkenswert, wenn die Geschwindigkeit ansteigt, was einen Gebrauch in einem Hochgeschwindigkeitsbereich praktisch unmöglich macht.
Da die Breite der Kurve 33a proporational zu einem Anstieg der Rotationsgeschwindigkeit klein wird, wird das Ansteigen der Kurve 25 ebenfalls verzögert und ein Ausgangsdrehmoment wird gesenkt. Das heißt, eine Drehmomentverringerung wird erzeugt. Das kommt daher, daß die magnetischen Pole und die vorstehenden Pole zusammenwirken, so daß der magnetische Weg geschlossen wird und sie eine große Induktanz erhalten.
Obwohl der Reluktanzmotor einen Nachteil dahingehend aufweist, daß seine Rotationsgeschwindigkeit trotz des Vorteils des großen Ausgangsdrehmomentes nicht erhöht werden kann, resultiert dieser Nachteil aus dem oben beschriebenen Gegendrehmoment und der Drehmomentverringerung.
Eine Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist derart aufgebaut, daß die oben erwähnten Nachteile durch zusätzliches Vorsehen von einen Rückfluß vermeidenden Dioden 49a, 49b, ..., einer eine kleine Kapazität aufweisenden Kapazität 41a, Dioden 21a, 21d, Halbleiterelementen 4a, 4b, 5a und weiteren in Fig. 23 gezeigten Elementen eliminiert werden, und weiterhin daran, daß nur ein Halbleiter-Schaltelement (20a, 20b, 20c und 20d) zum Steuern der Aktivierung/Deaktivierung jeder Läuferspule auf der Seite einer negativen Spannung der elektrischen DC-Stromquelle vorgesehen ist.
An den Anschlüssen 42a, 42b, ... eingegebene Positions-Detektionssignale sind als Kurven 37a, 37b, ..., Kurven 38a, 38b, ..., Kurven 39a, 39b, ... und Kurven 40a, 40b, ... in Fig. 19 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel haben die Positions-Detektionssignale eine Breite von 90º.
Wenn der Strom an dem Abschlußende der von dem Anschluß 42a zugeführten Signalkurve 37a beendet ist, wird in der Läuferspule 32a gespeicherte magnetische Energie durch die Diode 21a zur Kapazität 41a entladen, um diese mit in der Zeichnung gezeigten Polaritäten auf eine hohe Spannung aufzuladen. Demgemäß wird die magnetische Energie abrupt verringert und der Strom fällt steil ab.
In dem oberen Abschnitt des Zeitdiagrammes von Fig. 25 gezeigte Kurven 26a, 26c und 26b stellen gemeinsam die Kurve eines in der Läuferspule 32a fließenden Stromes dar. Beide gepunktete Linien 26-1, 26-2, zwischen die die Stromkurve hineingelegt ist, sind um 90º beabstandet. Der Läuferstrom fällt steil ab, wie die Kurve 26b, und somit wird kein Gegendrehmoment erzeugt. Die Kapazität 41a wird auf eine hohe Spannung aufgeladen und auf dieser Spannung gehalten.
Als nächstes wird in Antwort auf die Positions-Detektionssignalkurve 37b von Fig. 19, die von dem Anschluß 42a zugeführt wird, der Transistor 20a eingeschaltet, um die Läuferspule 32a zu aktivieren. Eine Blockschaltung 4 besteht aus einer monostabilen Schaltung, die von einem differentiellen Puls an einem Anfangsabschnitt der Kurve 37b aktiviert wird. In Antwort auf einen elektrischen Puls, der an einem Anfangsabschnitt eines Einganges des Anschlusses 42a gegeben wird, werden Transistoren 4a, 4b, SCR 5a aktiviert. Dann wird die hohe Spannung der Kapazität 41a an die Läuferspule 32a angelegt, um den Läuferstrom schnell aufzubauen. Dieses Ansteigen ist als Kurve 26a in Fig. 25 dargestellt. Der oben beschriebene Entladestrom der Kapazität 41 wird durch die einen Rückfluß verhindernde Diode 49a daran gehindert, zur elektrischen DC-Stromquelle zurückzukehren. Die Diode 21d dient als Komponente einer Entladeschaltung für die Kapazität 41a.
Eine Spannung, die einer Summe der Ladespannung der Kapazität 41a und der Spannung der elektrischen DC-Stromquelle (einer Spannung zwischen den Anschlüssen 2a, 2b) äquivalent ist, wird in diesem Fall an die Läuferspule 32a angelegt. Somit baut sich ein Anregungsstrom der Läuferspule 32a steil auf.
Durch diese Funktion steigt ein Anregungsstrom abrupt an, wie durch die Kurve 26a von Fig. 25 gezeigt ist. Der Anstiegsabschnitt des Stromes 26a wird an seinem Zwischenabschnitt langsam oder moderat, da die magnetische Energie infolge von Kupferverlusten der Spulen und Eisenverlusten der magnetischen Kerne in thermische Energie transformiert wird, wenn die magnetische Energie zwischen den Läuferspulen übertragen wird. Eine Gegenmaßnahme zum Eliminieren eines derartigen Nachteiles wird weiter unten diskutiert werden. Wie oben erklärt ist, werden die Drehmomentverringerung und das Gegendrehmoment eliminiert. Weiterhin wird, da der Anregungsstrom eine im wesentlichen rechteckige Wellenform erhält, ein Ausgangsdrehmoment erhöht.
Blockschaltungen F, G und H sind Stromversorgungs-Steuerschaltungen für die Läuferspulen 32b, 32c und 32d, die der Stromversorgungs-Steuerschaltung für die Läuferspule 32a ähnlich sind.
Läuferspulen 32b, 32c und 32d werden in Antwort auf Signalkurven 38a, 38b, ..., 39a, 39b, ... und Kurven 40a, 40b, ... von Fig. 19 aktiviert oder deaktiviert, die als von den Anschlüssen 42b, 42c und 42d zugeführte Positions-Detektionssignale dienen.
Als nächstes wird eine Unterbrecherschaltung erläutert. Wenn sich der Läuferstrom der Läuferspule 32a erhöht und somit der Spannungsabfall an dem Widerstand 32a, der den Läuferspulewert detektiert, erhöht, so daß er die Referenzspannung des Referenzspannungsanschlusses 43 (d.h. einer Eingangsspannung des negativen Anschlusses des Operationsverstärkers 43a) überschreitet, schaltet ein Ausgang des Operationsverstärkers 43a auf einen hohen Pegel. Demgemäß erzeugt die differentielle Schaltung 43b einen differentiellen Puls, um die monostabile Schaltung 28a zu aktivieren, deren Ausgang zu einem elektrischen Puls mit einer vorbestimmten Breite wird. Da dieser elektrische Ausgangspuls durch die Invertierungsschaltung 28b in einen elektrischen Puls mit einem niedrigen Pegel umgesetzt wird, wird ein Ausgang der UND-Schaltung 24a zu einem Signal mit einer niedrigen Pegel mit der gleichen Breite, während der der Transistor 20a deaktiviert wird.
Demgemäß verringert sich ein in der Läuferspule fließender Strom und dann fließt dieser Strom durch die Diode 21a in die Kapazität 41a, um diese aufzuladen. Wenn der Ausgang der monostabilen Schaltung 28a verschwindet, kehren die Ausgänge der Invertierungs schaltung 28b und der UND-Schaltung 24a auf einen hohen Pegel zurück. Somit schaltet sich der Transistor 20a ein, um den Anregungsstrom der Läuferspule 32a zu erhöhen.
Wenn der Läuferstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, schaltet ein Ausgang des Operationsverstärkers 43a wiederum auf einen hohen Pegel. Der Transistor 20a schaltet sich während einer vorbestimmten Zeitdauer, die der Breite des Ausgangspulses der monostabilen Schaltung 28a entspricht, aus. Somit verringert sich der Läuferstrom. Die Wiederholung eines derartigen Zyklus ergibt eine Unterbrecherschaltung, wobei der Anregungsstrom auf einem vorbestimmten Pegel aufrechterhalten wird, der von der Referenzspannung des Referenzspannungsanschlusses 43 reguliert wird.
Ein von der Kurve 26c von Fig. 25 gekennzeichneter Abschnitt ist ein Abschnitt, der unterbrechungsgesteuert ist. Es ist ebenso möglich, mittels einer herkömmlichen Einrichtung, die die Referenzspannung des Referenzspannungsanschlusses 43 durch eine Spannung steuert, die sich proportional zur Rotationsgeschwindigkeit ändert, eine Konstantgeschwindigkeitssteuerung zu realisieren.
Während dem oben beschriebenen Unterbrecherbetrieb wird die Kapazität 41a in Antwort auf Ausgangspulse von der monostabilen Schaltung 28a wiederholt aufgeladen, so daß ihre Ladespannung erhöht wird, und sie elektrostatische Energie speichert. Wenn der Transistor 20a sich an dem Abschlußende eines Positions-Detektionssignales ausschaltet, ist die ganze in der Läuferspule 32a gespeicherte magnetische Energie in der Kapazität 41a geladen. Weitere elektrostatische Energie; die der Unterbrecherfrequenz und der Stromdämpfüngsmenge entspricht, wird weiterhin der Kapazität 41a hinzugefügt. Diese große Menge elektrostatischer Energie kann Energieverluste, d.h. die vorher beschriebenen Kupferverluste der Läuferspulen und die Eisenverluste der magnetischen Pole beim Aufbauen des Läuferstromes, wenn die Läuferspule 32a als nächstes aktiviert wird, kompensieren.
Demgemäß baut sich der Anregungsstrom auf, wie durch die unterbrochene Linie 27a von Fig. 25 gezeigt ist, deren Anstieg so steil ist, daß ihre Wellenform im wesentlichen rechteckig wird. Somit kann ein Ausgangsdrehmoment erhöht werden. Die Kapazität der Kapazität 41a, die Frequenz des Unterbrecherstromes und die Ausgangspulsbreite der monostabilen Schaltung 28a müssen eingestellt werden, um die oben beschriebenen Funktionen und Wirkungen zu liefern.
UND-Schaltung 24b, 24c, 24d und Transistoren 20b, 20c, 20d führen ebenfalls eine Unterbrechungssteuerung der Läuferstrom aus, die den Läuferspulen 32b, 32c, 32d zugeführt werden sollen.
Die Stromversorgung für jede Läuferspule kann an irgendeinem Zeitpunkt innerhalb eines Abschnittes von ungefähr 45º, nachdem die vorstehenden Pole den magnetischen Polen gegenübertreten, begonnen werden. Eine Einstellung wird unter Berücksichtigung der Drehgeschwindigkeit, der Effizienz und des Ausgangsdrehmomentes durchgeführt, wobei die Befestigungspositionen der Detektionsspulen 10a und 10b, die an der Seite des Läufers befestigt sind, um als Positions-Detektionselemente zu dienen, durchgeführt. Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wird es möglich, einen Motor mit einer hohen Geschwindigkeit mit einer guten Effizienz und einem großen Ausgang anzutreiben. Somit kann der Zweck der vorliegenden Erfindung effeicht werden.
Kurven 27a, 26b und 26c, die in Fig. 25 gezeigt sind, stellen gemeinsam eine Stromversorgungskurve für die Läuferspule dar. Eine Lücke zwischen einer unterbrochenen Linie 26-1 und einer unterbrochenen Linie 26-2 stellt eine 90º-Breite des Positions- Detektionssignales dar. Die Kurven 9a, 9b und 9c zeigen Ausgangsdrehmomentkurven. Die Kurve 9a stellt einen Fall dar, bei dem ein der Läuferspule zugeführter Strom klein ist. Sein Drehmoment wird relativ flach. Jedoch verschiebt sich, wie durch die Kurven 9b, 9c gezeigt ist, ein Spitzenwert des Drehmomentes zur linken Seite, wenn sich der Stromwert erhöht, und weiterhin wird die Breite des Spitzenwertes klein.
Hinsichtlich der oben beschriebenen Drehmomenteigenschaften und des zugeführten Stromwertes ist es vorzuziehen, einen Anfangszeitpunkt der Stromversorgung auf einen Punkt von ungefähr 30º, nachdem die vorstehenden Pole den magnetischen Polen gegenüberzuliegen beginnen, durch Einstellen der Befestigungspunkte der Positions- Detektionsspulen 10a, 10b einzustellen.
Die Ladespannung der Kapazität 41a erhöht sich mit der Verringerung ihrer Kapazität. Somit kann mit der eine geringe Kapazität aufweisenden Kapazität 41a der Anregungsstrom der Läuferspule scharf ansteigen und steil abfallen. Der Motor kann somit in einem Hochgeschwindigkeitsbereich betrieben werden und der Nachteil des herkömmlichen Reluktanzmotors kann eliminiert werden. Es ist vorzuziehen, die Kapazität der Kapazität so einzustellen, daß die Transistoren in der Schaltung nicht beschädigt werden. Der gleiche Zweck wird durch Vorsehen einer Kapazität 47a anstelle der Kapazität 41a erreicht. in diesem Fall wird die Seite des Ausgangsanschlusses der Diode 21a mit dem oberen Anschluß der Läuferspule 32a verbunden.
Als nächstes wird Fig. 24 erläutert. Beide Enden der Läuferspulen 32a, 32c sind mit Transistoren 20a, 22a bzw. Transistoren 20c, 22c verbunden.
Wenn die Läuferspulen 32a, 32c deaktiviert werden, wird in diesen Läuferspulen 32a, 32c gespeicherte magnetische Energie über Dioden 21a, 21b, 21c und 21d in eine Kapazität 47a übertragen, um die Kapazität 47a mit in der Zeichnung gezeigten Polaritäten auf eine hohe Spannung aufzuladen. Demgemäß fällt der Läuferstrom steil ab.
Wenn irgend einer der Transistoren 20a, 22a oder der Transistoren 20c, 22c in Antwort auf der den Anschlüssen 42a, 42c (d.h. Kurven 37a, 37b, ... und Kurven 39a, 39b, ... von Fig. 19) zugeführten Positions-Detektionssignalen aktiviert werden, wird die hohe Spannung der Kapazität 47a einer der Läuferspulen 32a, 32c zugeführt, um den Läuferstrom steil aufzubauen.
Eine Blockschaltung K ist eine Stromversorgungs-Steuerschaltung für die Läuferspulen 32b, 32d, die der Stromversorgungs-Steuerschaltung für die Läuferspulen 32a, 32c ähnlich ist.
Die UND-Schaltungen 24a, 24b, ..., 24d, der Widerstand 22a und die mit den Bezugszeichen 43, 43a, 43b, 28a, 28b gekennzeichneten Komponenten haben die gleichen Funktionen und Wirkungen wie die mit den gleichen Bezugszeichen in Fig. 23 gekennzeichneten Elemente.
Die vorliegende Erfindung wird mittels Fig. 23 anstelle der Transistoren 22a, 22c ausgeführt.
Obwohl das oben beschriebene Ausführungsbeispiel auf einem Zweiphasen-Vollwellen- Stromversorgungsmotor basiert, kann die vorliegende Erfindung sogar in einem Dreiphasen-Halbwellen-Stromversorgungszustandsrotor ausgeführt werden. In einem derartigen Fall sind zwölf Schlitze an dem Läufer 16 vorgesehen, während die gleiche Art des Rotors 1 verwendet ist.
Als nächstes werden Details des Rotors 1 unter Bezug auf Fig. 20 erläutert. Wenn der Rotor 1 rotiert, werden die vorstehenden Pole 1a, 1b magnetisch in Richtung einer Drehmitte (d.h. einer Mittelachse der Rotationsachse 5), d.h. in Richtung eines Pfeiles B, durch von den aktivierten Läuferspulen magnetisierten magnetische Pole angezogen. Die Anziehungskräfte der vorstehenden Pole 1a und 1b sind aus den folgenden Gründen voneinander verschieden, die während der Drehung eine Vibration erzeugen. Der Luftschlitz zwischen der Drehachse 5 und den Lagern erzeugt Vibrationen. Weiterhin werden, wenn die Länge des Luftschlitzes zwischen der äußeren Randfläche der vorstehenden Pole 1a, 1b und der inneren Randfläche des Läufers 16 geändert wird, auf die gleiche Weise Vibrationen erzeugt.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterdrückt die oben beschriebenen Vibrationen durch den folgenden Aufbau. Die Länge des Luftschlitzes zwischen der äußeren Randfläche des vorstehenden Poles 1a und der inneren Randfläche des Läufers 16 wird kleiner als die Länge des Luftschlitzes zwischen der äußeren Randfläche des vorstehenden Poles 1b und der inneren Randfläche des Läufers 16 eingestellt. Für dieses Ende fällt eine Mittelachse einer äußeren Randfläche der Läuferspule 16 mit einer Drehmitte der Drehachse 5 zusammen. Weiterhin wird ein Abstand zwischen der äußeren Randfläche des vorstehenden Poles 1a und der Drehmitte der Drehachse 5 größer als ein Abstand zwischen der äußeren Randfläche des vorstehenden Poles 1b und der Drehmitte der Drehachse 5 eingestellt.
Mit dieser Anordnung wirkt eine magnetische Anziehungskraft in Richtung eines Pfeiles B an dem Rotor 1. Da der Vektor V der magnetischen Anziehungskraft in Synchronisation mit dem vorstehenden Pol 1a rotiert, können Vibrationen unterdrückt werden.
Der Rotor 1, der den oben beschriebenen Aufbau aufweist, erzeugt während seiner Rotation infolge des Unterschiedes der Zentrifugalkräfte zwischen der Seite des vorstehenden Poles 1a und der Seite des vorstehenden Poles 1b Vibrationen. Um diese Vibrationen zu unterdrücken, wird eine metallische Platte 1c an dem Rotor 1 auf der gleichen Seite wie der vorstehende Pol 1b des Rotors 1 befestigt, um als Ausgleichsgewicht zu dienen. Somit können die Vibrationen eliminiert werden. Metallische Platten 1a, 1a sind auf beiden Seiten des Rotors 1 vorgesehen. Die oben beschriebene Anordnung ermöglicht es, die Erzeugung von Vibrationen sogar in einem Hochgeschwindigkeitszustand zu verhindern.
Fig. 27 ist eine Weiterentwicklung, die einen festen Läufer und einen Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. In der folgenden Erläuterung sind alle Winkel durch elektrische Winkel ausgedrückt.
In Fig. 27 ist ein Rotor 1 drehbar von Lagern, die an den Seitenplatten des äußeren Gehäuses vorgesehen sind, mittels einer Drehachse (nicht gezeigt) getragen. Der Durchmesser des Rotors 1 beträgt für einen großen Motor etwa 10 cm.
Der feste Läufer ist innerhalb des Außengehäuses befestigt, wobei nur die Läuferspulen 17a, 17b, 17c, 17a-1, 17b-1, ... in der Zeichnung dargestellt sind.
Läuferspulen sind in Schlitzen angeordnet. Fig. 28 zeigt diese Schlitze teilweise. Fig. 28 zeigt vorstehende Pole 1a, 1b des Rotors 1 und magnetische Pole 16a, 16b, ... des festen Läufers 16, die den vorstehenden Polen 1a, 1b gegenüberliegen. Weitere vorstehende Pole und magnetische Pole weisen einen identischen Aufbau auf, wie die, die in Fig. 28 offenbart sind.
Der Rotor 1 und der feste Läufer 16 bestehen aus bekannten laminierten Silizium-Stahl- Scheiben. Schlitze 4a, 4b, ... sind entlang ihrer gesamten inneren Fläche mit regelmäßigen Abständen von 60º angeordnet. Die Schlitze 4a, 4d sind mit einer Läuferspule 17a verknüpft. Die Schlitze 4c, 4f und die Schlitze 4e, 4h sind mit Läuferspulen 17b bzw. 17c verknüpft. Andere Schlitze sind ebenso in Fig. 27 gezeigten Läuferspulen zugeordnet.
Fig. 29 ist eine Draufsicht, die den Rotor 1, vorstehende Pole 1a, 1b, ..., eine Drehachse 5, Schlitze 4a, 4b, ..., und einen festen Läufer 16 zeigt. Die Läuferspulen 17a, 17a-1,... von Fig. 27 sind in Reihe miteinander verbunden. Ihre Anschlüsse sind allgemein durch die Bezugszeichen 3a, 3a-1 gekennzeichnet. Diese Läuferspulen können parallel verbunden sein. Die oben beschriebenen Läuferspulen werden als Läuferspule für die erste Phase bezeichnet. Die Läuferspulen 17b, 17b-1,... von Fig. 27 sind ebenso in Reihe miteinander verbunden, um eine Läuferspule für die zweite Phase zu bilden. Die Läuferspulen 17c, 17c- 1,... von Fig. 27 sind ebenso in Reihe miteinander verbunden, um eine Läuferspule für die dritte Phase zu bilden. Die Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase sind in den Schlitzen angeordnet, die voneinander um 120º versetzt sind.
Wenn die Läuferspule 17a aktiviert wird, wenn der vorstehende Pol 1a von Fig. 29 eine Position einnimmt, die durch einen Pfeil D gezeigt ist, werden magnetische Pole 16a, 16b, 16c von Fig. 27 alle mit einer N-Polarität magnetisiert. Somit wird der vorstehende Pol 1a magnetisch angezogen, um eine Drehung in Richtung eines Pfeiles A zu erzeugen. Wenn die Läuferspule für die erste Phase aktiviert wird, erzeugen alle vorstehenden Pole 1a, 1b, ein Drehmoment in Richtung des Pfeiles A.
Wenn sich der Rotor 1 um 120º gedreht hat, werden die Läuferspulen für die erste Phase deaktiviert und die Läuferspulen für die zweite Phase (17b, 17b-1,...) werden aktiviert. Jeweilige vorstehende Pole erzeugen ein Drehmoment in Richtung des Pfeiles A. Wenn sich der Rotor 1 um 120º weiter dreht, werden die Läuferspulen für die zweite Phase deaktiviert und die Läuferspulen für die dritte Phase (17c, 17c-1, ...) werden aktiviert. Jeweilige vorstehende Pole erzeugen ein Drehmoment in Richtung des Pfeiles A. Auf die gleiche Weise werden die Läuferspulen für die erste Phase aktiviert, wenn sich der Rotor 1 noch einmal um 120º weiter dreht und erzeugt eine kontinuierliche Rotation.
Wie oben beschrieben wurde, erzeugt die Aktivierung der Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte, die erste, ... aufeinanderfolgend mit einer 120º-Breite einen Dreiphasen- Halbwellen-Stromversorgungszustand-Reluktanzmotor, der eine Drehung des Rotors 1 in Richtung des Pfeiles A bewirkt. Da ein Ausgangsdrehmoment von allen vorstehenden Polen 1a, 1b, ... erhalten werden kann, liefert er ein großes Ausgangsdrehmoment.
Wie aus der oben beschriebenen Anleitung ersichtlich ist, wird eine große Anzahl von Schlitzen 4a, 4b, ... bereitgestellt, so daß im Falle eines Motors mit einem kleineren Durchmesser, der Wicklungsraum für jede Läuferspule zu klein wird, um den Motor praktisch verwenden zu können. Die Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist somit für einen Motor mit einem großen Durchmesser nützlich.
Es ist auf dem Gebiet der Reluktanzmotoren bekannt, daß sich ein Ausgangsdrehmoment proportional zum Quadrat des Stromes erhöht, bis die magnetischen Pole 16a, 16b,... magnetisch gesättigt sind und daß sein Durchmesser ebenfalls einen Ausgang proportional zu dem Strom bereitstellt. Demgemäß wird, wenn die vorliegende Erfindung auf einen großen Motor mit breiten Schlitzräumen angewendet wird, durch die die Amperewicklungen erhöht werden können, sein Ausgangsdrehmoment zehnmal größer als das eines DC-Motors eines ähnlichen Typs. Die vorliegende Erfindung wird realisiert, wenn drei oder mehr vorstehende Pole im Fall des Ausführungsbeispieles von Fig. 27 vorgesehen werden. Die Anzahl der Schlitze und der magnetischen Pole wird für n vorstehende Pole 6n bzw. ebenfalls 6n.
Im Vergleich zu dem in Fig. 26 gezeigten herkömmlichen Motor wird die Anzahl der zur Erzeugung eines Ausgangsdrehmomentes beitragenden vorstehenden Pole dreimal so groß. Demgemäß wird sein Ausgangsdrehmoment dreimal so groß.
Der in Fig. 26 gezeigte herkömmliche Motor wird deformiert, da der feste Läufer 16 eine magnetische Anziehungskraft von den vorstehenden Polen 1a, 1e in die Richtungen der Pfeile 4-1, 4-4 erfahrt. Nach einer Drehung um 120º wird eine Deformation von den vorstehenden Polen 1b, 1f in den Richtungen der Pfeile 4-2, 4-5 hervorgerufen. Nach einer weiteren Drehung von 120º wird eine Deformation in die Richtungen der Pfeile 4-3, 4-6 hervorgerufen. Somit verändert sich die Richtung der Deformation des festen Läufers 16, wenn sich der Motor dreht und dann werden Vibrationen erzeugt. Auf der anderen Seite werden in der vorliegenden Erfindung durch Pfeile 4-1, 4-2, 4-3,... in Fig. 29 gezeigte Anziehungskräfte simultan erzeugt. Der feste Läufer 16 erfährt somit nur eine Druckkraft, die in Umfangsrichtung wirkt und somit keine Deformationen hervorruft. Somit werden Vibrationen effektiv unterdrückt.
In Fig. 29 empfangen die vorstehenden Pole 1a, 1d magnetische Anziehungskräfte, die in die entgegengesetzten Richtungen der Pfeile 4-1, 4-4 wirken, durch die magnetischen Pole, die zwischen den Schlitzen 4a, 4b, 4c, 4d, 4a-1, 4b-1, 4c-1, 4d-1 (durch die unterbrochenen Linien gezeigt) angeordnet sind. Weitere vorstehende Pole 1b, 1e und 1c, 1f erfahren ebenfalls ähnliche magnetische Anziehungskräfte.
Ein perfektes Ausgleichen der Abstände der Luftlöcher zwischen jeweiligen vorstehenden Polen und magnetischen Polen ist aus technischer Hinsicht unmöglich. Die oben beschriebenen magnetischen Anziehungskräfte können somit durch symmetrisch angeordnete vorstehende Pole nicht vollständig unterdrückt werden. Demgemäß erzeugt der Rotor 1 während seiner Rotation Vibrationen infolge der radial wirkenden Anziehungskraft. Die Lagerung der Drehachse kann beschädigt werden oder Vibrationen hervorrufen.
Gemäß einer Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung sind die Höhen der vorstehenden Pole 1b, 1c, die auf einer Seite angeordnet sind, verschieden von der Höhe der anderen vorstehenden Pole. Somit wird die Länge eines Luftschlitzes (d.h. einer Luftschlitzlänge, die durch Bezugszeichen 5a, 5b gezeigt ist) größer oder kleiner als die Länge der anderen vorstehenden Pole. Der Rotor 1 weist demgemäß das oben beschriebene Problem nicht auf, da die Drehachse 5 während der Rotation immer gegen die Lager gedrückt wird.
Die Anzahl der Windungen in den Läuferspulen, die in einem Abschnitt E (einem Abschnitt eines mechanischen Winkels von 180º) von Fig. 27 angeordnet sind, ist im Vergleich zu denen der in anderen Abschnitten angeordneten Läuferspulen erhöht oder verringert.
Durch die obige Anordnung wirkt die magnetische Anziehungskraft zwischen den magnetischen Polen und den vorstehenden Polen immer in die gleiche Richtung. Der Rotor 1 wird somit in die gleiche Richtung angezogen und es werden keine Vibrationen erzeugt.
Die N- und S-Polaritäten der von den Läuferspulen magnetisierten magnetischen Pole sind in Fig. 27 gezeigt. Als nächstes wird die Stromversorgungs-Steuereinrichtung für die Läuferspulen tür die erste, die zweite und die dritte Phase erläutert. Die Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase entsprechend den zwischen den Anschlüssen 3a, 3a-1 angeschlossenen Läuferspulen, den zwischen den Anschlüssen 3b, 3b-1 angeschlossenen Läuferspulen bzw. den zwischen den Anschlüssen 3c, 3c-1 angeschlossenen Läuferspulen. Diese Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase werden als Läuferspulen 39a, 39b bzw. 39c bezeichnet.
Spulen 10a, 10b und 10c von Fig. 27 sind Positions-Detektionselemente zum Detektieren von Positionen der vorstehenden Pole 1a, 1b, ... und sind an dem Läufer 16 befestigt, wie in den Zeichnungen dargestellt ist. Ihre Spulenoberflächen liegen Seitenflächen der vorstehenden Pole 1a, 1b über einen Luftschlitz gegenüber. Die Spulen 10a, 10b und 10c sind voneinander um 120º beabstandet. Die Spule ist eine Luftkernspule mit 100 Wicklungen und einem Durchmesser von 5 mm.
Fig. 31 zeigt eine Vorrichtung zum Erhalten von Positions-Detektionssignalen von den Spulen 10a, 10b und 10c. In Fig. 31 stellen die Spule 10a und Widerstände 15a, 15b und 15c eine Brückenschaltung dar. Diese Brückenschaltung wird in ihr Gleichgewicht eingestellt, wenn die Spule 10a den vorstehenden Polen 1a, 1b nicht direkt gegenüberliegt Demgemäß werden ein Ausgang eines Tiefpaßfilters, der aus einer Diode 11a und einer Kapazität 12a besteht, und ein Ausgang eines Tiefpaßfllters, der aus einer Diode 11b und einer Kapazität 12b besteht, einander gleich und somit erreicht ein Ausgang des Operationsverstärkers 13 einen niedrigen Pegel.
Ein Oszillator 10 erzeugt Oszillationen von ungefähr 1 MHz Wenn die Spule 10a den vorstehenden Polen 1a, 1b, ... direkt gegenüberliegt, wird die Impedanz infolge von Eisenverlusten (d.h. Wirbelstromverlusten und Hystereseverlusten) verringert. Somit wird ein Spannungsabfall in dem Widerstand 15a groß und somit erreicht der Ausgang des Operationsverstärkers einen hohen Pegel.
Eingänge der Blockschaltung 18 sind durch Kurven 25a, 25b, ... in einem Zeitdiagramm von Fig. 38 dargestellt und durch eine Invertierungsschaltung 13a zugeführte Eingänge sind mit invertierten Kurven der Kurven 25a, 25b, ... identisch. Blockschaltungen 14a, 14b in Fig. 31 haben den gleichen Aufbau wie die oben beschriebenen Blockschaltungen einschließlich der Spulen 10b bzw. 10c. Der Oszillator 10 kann von diesen Blockschaltungen gemeinsam verwendet werden.
Ein Ausgang der Blockschaltung 14a und ein Ausgang der Invertierungsschaltung 13b werden der Blockschaltung 18 eingegeben und ihre Ausgangssignale werden zu Kurven 27a, 27b, ..., die in Fig. 38 gezeigt sind, und zu invertierten Kurven der Kurven 27a, 27b.
Ein Ausgang der Blockschaltung 14b und ein Ausgang der Invertierungsschaltung 13a werden der Blockschaltung 18 eingegeben und ihre Ausgangssignale werden zu Kurven 29a, 29b, ..., wie in Fig. 38 gezeigt ist, und invertierten Kurven der Kurven 29a, 29b. Die Kurven 29a, 29b, ... sind in ihren Phasen in Bezug auf die Kurven 25a, 25b, ... um 120º verzögert. Auf die gleiche Weise sind die Kurven 29a, 29b, ... in ihren Phasen in Bezug auf die Kurven 27a, 27b um 120º verzögert.
Die Blockschaltung 18 ist eine Schaltung, wie sie herkömmlicherweise in einer Steuerschaltung eines Dreiphasen-Y-Halbleitermotors verwendet wird. Das heißt, die Blockschaltung 18 ist eine logische Schaltung, die elektrische Signale mit 120º Breite und einer rechteckigen Wellenform an Anschlüssen 18a, 18b, ..., 18f in Antwort auf die oben beschriebenen Positions-Detektionssignale erzeugt. Ausgangssignale der Anschlüsse 18a, 18b und 18c sind durch Kurven 36a, 36b, ..., Kurven 37a, 37b, ... bzw. Kurven 38a, 38b, in Fig. 38 gezeigt. Ausgänge an den Anschlüssen 18d, 18e und 18f sind durch Kurven 43a, 43b, ..., Kurven 44a, 44b, ... bzw. Kurven 45a, 45b, ... in Fig. 38 gezeigt. Ausgangssignale der Anschlüsse 18a und 18d haben eine gegenseitige Phasendifferenz von 180º. Ausgangssignale der Anschlüsse 18b und 18e haben eine gegenseitige Phasendifferenz von 180º. Weiterhin haben Ausgangssignale der Anschlüsse 18c und 18f eine gegenseitige Phasendifferenz von 180º. Ausgangssignale der Anschlüsse 18a, 18b und 18c sind nacheinander um 120º voneinander verzögert. Außerdem sind Ausgangssignale der Anschlüsse 18d, 18e und 18f nacheinander um 120º voneinander verzögert. Der gleiche Effekt wird erhalten, wenn eine Aluminiumplatte, die synchron mit dem Rotor 1 von Fig. 27 rotiert und den gleichen Aulbau hat, anstelle. der vorstehenden Pole 1a, 1b, verwendet wird, die den Spulen 10a, 10b und 10c gegenüberliegen.
Als nächstes wird die Stromversorgungssteuerung für die Läuferspulen unter Bezug auf Fig. 35 erläutert. Beide Enden der Läuferspulen 39a, 39b und 39c sind mit Transistoren 20a, 20b und 20c, 20d und 20e, 20c verbunden. Die Transistoren 20a, 20b, 20c, ... dienen als Halbleiter-Schaltelemente und können durch andere Halbleiterelemente mit der gleichen Wirkung ersetzt werden. Eine elektrische DC-Stromquelle führt elektrische Energie von ihrem positiven und negativen Anschluß 2a, 2b zu.
Wenn ein unterer Eingang der UND-Schaltung 41a einen hohen Pegel aufweist, werden die Transistoren 20a, 20b in Antwort auf ein Hoch-Pegelsignal von dem Anschluß 42a eingeschaltet. Somit wird die Läuferspule 39a aktiviert. Auf die gleiche Weise werden, wenn Hoch-Pegelsignale von den Anschlüssen 42b, 42c eingegeben werden, die Transistoren 20c, 20d und die Transistoren 20e, 20c eingeschaltet, um die Läuferspulen 39b, 39c zu aktivieren.
Ein Anschluß 40 wird mit einer Referenzspannung versorgt, die einen Läuferstrom spezifiziert. Durch Veränderung einer Spannung des Anschlusses 40 kann ein Ausgangsdrehmoment verändert werden. Wenn ein Schalter (nicht gezeigt) für den elektrischen Strom eingeschaltet wird, erreicht ein Ausgang eines Operationsverstärkers 40b einen hohen Pegel, da ein Eingang eines negativen Anschlusses des Operationsverstärkers 40b kleiner als der seines positiven Anschlusses wird. Demgemäß schalten sich die Transistoren 20a, 20b ein, um die Läuferspulen 39a zu aktivieren. Ein Widerstand 22a ist zum Detektieren von in den Läuferspulen fließendem Läuferstrom vorgesehen. Ein Bezugszeichen 30a kennzeichnet eine Absolutwertschaltung. Positions-Detektionssignale 36a, 36b, ... von Fig. 38 zeigen das Eingangssignal von dem Anschluß 42a. Positions- Detektionssignale 37a, 37b, ... und 38a, 38b, ... von Fig. 38 zeigen die Eingangssignale von den Anschlüssen 42b und 42c.
Eine der oben beschriebenen Positions-Detektionssignalkurven ist als eine Kurve 36a in einem Zeitdiagramm von Fig. 33 gezeigt. Der Läuferspule 39a wird während einer Zeitdauer, die dieser Kurve 36a entspricht, ein Anregungsstrom zugeführt. Ein Pfeil 23a zeigt einen Stromversorgungswinkel von 120º. In einer Anfangsstufe der Stromversorgungsperiode wird das Ansteigen des Erregungsstromes infolge der Induktanz der Läuferspule verzögert. Wenn der Strom gestoppt wird, wird in der Läuferspule gespeicherte magnetische Energie zur elektrischen Stromquelle entladen, wenn die Diode 49a von Fig. 35 nicht vorhanden ist. Somit verringert sich der Strom, wie durch eine zweite Hälfte der Kurve 25, d.h. einer rechten Seite der unterbrochenen Linie K, gezeigt ist.
Da ein Abschnitt zur Erzeugung eines positiven Drehmomentes ein durch einen Pfeil 23 gezeigter 180º-Abschnitt ist, wird ein Gegendrehmoment erzeugt, um das Ausgangsdrehmoment und die Effizienz zu verringern. Dieses Phänomen wird bemerkenswert, wenn sich die Drehgeschwindigkeit erhöht, wodurch ein Gebrauch in einem Hochgeschwindigkeitsbereich unmöglich wird.
Das liegt daran, daß eine Zeitdauer eines Abschnittes 23 zur Erzeugung eines positiven Drehmomentes proportional zu einer Erhöhung der Drehgeschwindigkeit gering wird, während eine Zeitdauer eines Abschnittes zur Erzeugung eines Gegendrehmomentes sich nicht verändert, sogar wenn die Motorgeschwindigkeit zu einer hohen Geschwindigkeit wird.
Die gleiche Erklärung trifft auf den Stromversorgungsbetrieb der Läuferspulen 39b, 39c zu, der auf anderen Positions-Detektionssignalen 37a, 38a basiert.
Da ein Aufbau- bzw. Anstiegsabschnitt der Kurve 25 ebenso verzögert ist, wird ein Ausgangsdrehmoment verringert. Das heißt, es wird eine Drehmomentverringerung hervorgerufen. Das liegt daran, da die magnetischen Pole und die vorstehenden Pole zusammenwirken, so daß der magnetische Weg geschlossen wird und sie eine große Induktanz erhalten.
Obwohl der Reluktanzmotor einen Nachteil dahingehend aufweist, daß seine Drehgeschwindigkeit trotz des Vorteiles des großen Ausgangsdrehmomentes nicht erhöht werden kann, resultiert dieser Nachteil aus dem oben beschriebenen Gegendrehmoment und der Drehmomentverringerung. Um diese Nachteile zu beheben, wurde in einer herkömmlichen Vorrichtung die Stromversorgung begonnen, bevor die vorstehenden Pole den magnetischen Polen gegenübertraten.
Die Vorverlegung des Stromversorgungs-Zeitpunktes bewirkt ein schnelles Aufbauen des Läuferstromes wegen der geringen Induktanz der magnetischen Pole. Jedoch erhöht sich die Induktanz abrupt, wenn die Erzeugung eines Ausgangsdrehmomentes beginnt, d.h. wenn die vorstehenden Pole den magnetischen Polen gegenüberzutreten beginnen. Als Folge fällt der Läuferstrom steil ab. Demgemäß verringert sich das Ausgangsdrehmoment. In dem Fall, in dem ein Motor vorwärts und rückwärts angetrieben wird, wird die doppelte Anzahl von Positions-Detektionselementen erforderlich.
Eine Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht darin, daß der oben beschriebene Nachteil durch das zusätzliche Vorsehen von einen Rückfluß vermeidenden Dioden 49a, 49b, 49c und von Kapazitäten 47a, 47b, 47c, wie es in Fig 35 gezeigt ist, eliminiert wird. Wenn der Strom an dem Abschlußende der Kurve 36a beendet wird, wird in der Läuferspule 39a gespeicherte magnetische Energie durch die Dioden 21b, 21a in die Kapazität 47a entladen, um diese mit in der Zeichnung gezeigten Polaritäten auf eine hohe Spannung aufzuladen, wobei der Rückfluß zur Seite der elektrischen DC- Stromquelle durch die Funktion der einen Rückfluß vermeidenden Diode 49a verhindert wird. Demgemäß verschwindet die magnetische Energie abrupt und der Strom fällt steil ab.
Kurven 26, 26a und 26b, die in dem Zeitdiagramm von Fig. 33 gezeigt sind, stellen gemeinsam die Kurve eines in der Läuferspule 39a fließenden Stromes dar. Die beiden unterbrochenen Linien 26-1, 26-2 sind um 120º beabstandet. Der Läuferstrom fällt steil ab, wie die Kurve 26b und somit wird kein Gegendrehmoment erzeugt. Die Kapazität 47a wird auf eine hohe Spannung aufgeladen und auf dieser Spannung gehalten.
Als nächstes werden in Antwort auf das Positions-Detektionssignal der Kurve 36b die Transistoren 20a, 20b eingeschaltet, um die Läuferspule 39a wieder zu aktivieren. Eine Spannung, die der Summe der Ladespannung der Kapazität 47a und der Spannung der elektrischen DC-Stromquelle (einer Spannung zwischen den Anschlüssen 2a, 2b) äquivalent ist, wird in diesem Fall an die Läuferspule 39a angelegt. Somit baut sich ein Anregungsstrom der Läuferspule 32a scharf auf.
Durch die Funktion baut sich der Anregungsstrom abrupt auf, wie durch die Kurve 26a dargestellt ist. Wie oben erläutert ist, werden die Drehmomentverringerung und das Gegendrehmoment unterdrückt. Weiterhin wird, da der Anregungsstrom eine im wesentlichen rechteckige Wellenform aufweist, ein Ausgangsdrehmoment erhöht.
Als nächstes wird eine Unterbrecherschaltung erläutert. Wenn sich der Läuferstrom der Läuferspule 39a erhöht und somit der Spannungsabfall in dem Widerstand 22a, der den Läuferstromwert detektiert, erhöht und die Referenzspannung des Referenzspannungsanschlusses 40 (d.h. einer Eingangsspannung des positiven Anschlusses des Operationsverstärkers 40b) überschreitet, erreicht ein unterer Eingang der UND-Schaltung 41a einen niedrigen Pegel. Somit werden die Transistoren 20a, 20b ausgeschaltet und der Anregungsstrom wird verringert.
Infolge der Hysterese-Eigenschaften des Operationsverstärkers 40b kehrt der Ausgang des Operationsverstärkers 40b auf einen hohen Pegel zurück, nachdem er sich um eine vorbestimmte Größe verringert hat. Die Transistoren 20a, 20b schalten sich dann ein, um den Läuferstrom zu erhöhen.
Ein durch die Kurve 36c von Fig. 33 gekennzeichneter Abschnitt ist ein unterbrechergesteuerter Abschnitt. Die Höhe der Kurve 36c wird durch die Spannung des Referenzspannungsanschlusses 40 reguliert. Die Läuferspule 39b von Fig. 35 wird durch die Transistoren 20c, 20d aktiviert, die in Antwort auf die Positions-Detektionssignalkurven 37a, 37b, ... angeschaltet werden, die von dem Anschluß 42b zugeführt werden. Eine Unterbrechungssteuerung wird durch den Operationsverstärker 40c, den Widerstand 22b, die Absolutwertschaltung 30b und die UND-Schaltung 41b durchgeführt. Die Funktionen und Wirkungen der Diode 49b und der Kapazität 47b sind die gleichen wie die für die Läuferspule 39a. Die gleiche Erklärung trifft auf die Läuferspule 39c zu. Die Läuferspule 39c wird in Antwort auf die Positions-Detektionssignalkurven 38a, 38b, ... von Fig. 38, die von dem Anschluß 42c zugeführt werden, aktiviert. Die Funktionen und Wirkungen der Transistoren 20e, 20c, der UND-Schaltung 41c, des Operationsverstärkers 40d, des Widerstandes 22c, der Absolutwertschaltung 30c, der Diode 49c und der Kapazität 47c sind die gleichen wie in dem vorher erläuterten Fall.
Die Stromversorgung für jede Läuferspule kann entweder an dem Zeitpunkt, an dem die vorstehenden Pole den magnetischen Polen gegenübertreten oder an dem Zeitpunkt 30º danach begonnen werden. Eine Einstellung wird unter Berücksichtigung der Drehgeschwindigkeit, der Effizienz und des Ausgangsdrehmomentes ausgeführt, wobei die Befestigungspositionen der Detektionsspulen 10a, 10b und 10c geändert werden, die an der Läuferseite befestigt sind, um als Positions-Detektionselemente zu dienen.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wird es möglich, einen Motor mit einer hohen Geschwindigkeit, einer guten Effizienz und einem großen Ausgang als Dreiphasen- Halbwellen-Stromversorgungsmotor anzutreiben. Im Fall des Dreiphasen-Vollwellen- Stromversorgungszustandes kann der gleiche Zweck durch Kombinieren von zwei oben beschriebenen Halbwellen-Stromversorgungssystemen erreicht werden, wie unter Bezug auf Fig. 30 erläutert wird.
Die in Fig. 33 gezeigten Kurven 26a, 26b und 26c stellen gemeinsam eine Stromversorgungskurve für die Läuferspule dar. Eine Lücke zwischen einer unterbrochenen Linie 26-1 und einer unterbrochenen Linie 26-2 stellt eine 120º-Breite des Positions-Detektionssignales dar. Eine Lücke zwischen der unterbrochenen Line 26-1 und einer unterbrochenen Linie 26-3 stellt eine 180º-Breite des Ausgangsdrehmoment-Erzeugungsab schnittes dar.
Die Kurven 9-1, 9-2 und 9-3 zeigen Ausgangsdrehmomentkurven. An dem Punkt der unterbrochenen Linie 26-1 wird die Stromversorgung begonnen und die vorstehenden Pole beginnen gleichzeitig, den magnetischen Polen gegenüberzutreten. Die Kurve 9-1 stellt einen Fall dar, in dem ein der Läuferspule zugeführter Strom klein ist. Sein Drehmoment wird relativ flach. Jedoch verschiebt sich, wie durch die Kurven 9-2, 9-3 gezeigt ist, ein Spitzenwert des Drehmomentes in Richtung einer linken Seite, wenn sich der Stromwert erhöht, und weiterhin wird die Breite des Spitzenwertes klein.
Es ist vorzuziehen, einen Anfangszeitpunkt der Stromversorgung hinsichtlich der oben beschriebenen Drehmoment-Eigenschaften und des Wertes des zugeflihrten Stromes einzustellen. Die Ladespannungen der Kapazitäten 47a, 47b und 47c erhöhen sich mit der Verringerung ihrer Kapazitäten. Somit können die Anregungsströme der Läuferspulen mit den eine geringe Kapazität aufweisenden Kapazitäten 47a, 47b, 47c scharf ansteigen und steil abfallen. Der Motor kann somit in einem Hochgeschwindigkeitsbereich betrieben werden und der Nachteil des herkömmlichen Reluktanzmotors wird eliminiert. Es ist vorzuziehen, die Kapazität der Kapazität so einzustellen, daß die Transistoren in der Schaltung nicht beschädigt werden.
Da es keinen Feldmagneten gibt, ist es unmöglich, ein elektromagnetisches Bremsen zum Realisieren einer Beschleunigung oder eines Anhaltens durchzuführen. Weiterhin ist es unmöglich, ein regeneratives Bremsen durchzuführen. Demgemäß können diese nicht als Servomotoren oder als Antriebsmotoren für elektrische Fahrzeuge verwendet werden.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel löst die oben beschriebenen Probleme. Details werden im folgenden erläutert. In Fig. 35 sind die Dioden 39a, 39b, 39c parallel mit Transistoren 28a, 28b, 28c verbunden, die jeweils als Halbleiter-Schaltelemente dienen.
Positions-Detektionssignale, die den Anschlüssen 42a, 42b, 42c eingegeben werden, werden Anschlüssen 4a-1, 4b-1, 4c-1 zugeführt. Demgemäß werden die Transistoren 24a, 28a während der Zeit eingeschaltet, die der Breite der Signalkurven 36a, 36b, entspricht. Die Transistoren 24b, 28b werden während der Zeit eingeschaltet, die der Breite der Signalkurven 37a, 37b, ... entspricht. Weiterhin werden die Transistoren 24c 28c während der Zeit angeschaltet, die der Breite der Signalkurven 38a, 38b, ... entspricht.
Die Läuferspulen 39a, 39b, 39c werden nacheinander um 120º versetzt aktiviert. Somit wird die gleiche Funktion und der gleiche Effekt erhalten, sogar wenn die Emitter der Transistoren 20b, 20d, 20c miteinander verbunden sind und die Absolutwertschaltungen 30b, 30c und die Widerstände 22b, 22c und die Operationsverstärker 40c, 40d nicht vorhanden sind. Wenn der Stromversorgungswinkel der Läuferspule auf mehr als 120º eingestellt wird, können die oben beschriebenen Einrichtungen nicht verwendet werden.
In dem Fall, in dem die Motordrehung umgekehrt ist, werden die Eingangssignale der Anschlüsse 42a, 42b, 42c auf die Positions-Detektionssignalkurven 43a, 43b, ... Kurven 44a, 44b, ..., Kurven 45a, 45b, ... von Fig. 38 umgeschaltet.
Wenn die Motordrehung umgekehrt worden ist, werden die Positions-Detektionssignale, die in Fig. 38 von oben bis zu den dritten Pegeln gezeigt sind, alle nach links verschoben, um eine Phasenverschiebung von 180º zu bewirken. Diese verschobenen Signalkurven sind identisch mit den umgedrehten Kurven. Demgemäß wird, um Signalkurven 43a, 43b, ... zu erhalten, ein Ausgang einer UND-Schaltung verwendet. Das heißt, diese UND-Schaltung hat zwei Eingänge, wobei der eine die Signalkurve ist, die am obersten Pegel von Fig. 38 gezeigt ist und die andere die umgekehrte Signalkurve derjenigen Kurve ist, die in Fig. 38 am zweiten Pegel gezeigt ist. Die Signalkurven 44a, 44b, und die Signalkurven 45a, 45b, werden auf die gleiche Weise erhalten.
Die oben beschriebene Vorrichtung ist in dem Fall nicht notwendig, in dem der Motor während der normalen Drehung des Motors zum Bremsen in einen Zustand entgegengesetzter Drehung geschaltet wird.
Als nächstes wird ein regeneratives Bremsen durch Umschalten des Motors in einen Zustand entgegengesetzter Drehung während der normalen Rotation des Motors erläutert. Eine Stromversorgung zur Läuferspule 39a während der normalen Rotation wird im folgenden erläutert. In dem Graph von Fig. 34 kennzeichnet die Signalkurve 36a ein Positions-Detektionssignal, das von dem Anschluß 42a eingegeben wird. Ein Pfeil 38-1 kennzeichnet eine Breite von 120º. Der Transistor 28a von Fig. 35 wird während der Zeitperiode eines Pfeiles 38-1 angeschaltet.
Ein Anstiegsabschnitt des Erregungsstromes der Läuferspule 39a wird infolge der hohen Spannung der Kapazität 47a steil, wie durch die Kurve 32a gezeigt ist. Elektrostatische Energie wird in der ersten Hälfte der Signalkurve 32a in magnetische Energie der Läuferspule 39a transformiert. In der zweiten Hälfte der Signalkurve 32a führt die elektrische Stromquelle magnetische Energie zu.
Wenn der Ausgang des Operationsverstärkers 40b auf einen niedrigen Pegel geschaltet wird, schalten sich die Transistoren 20a, 20b aus. Wie durch die Kurve 32b gezeigt ist, wird magnetische Energie durch den Transistor 28a zur elektrischen Stromquelle zurückgegeben. Wenn sich der Läuferstrom um eine vorbestimmte Menge verringert, schaltet sich der Ausgang des Operationsverstärkers 40b infolge von Hysterese-Eigenschaften auf einen hohen Pegel. Die Transistoren 20a, 20b werden somit eingeschaltet, so daß sich der Läuferstrom erhöht, wie durch die Kurve 32c gezeigt ist. Die Wiederholung eines derartigen Zyklus stellt eine Unterbrecherschaltung dar. Diese Unterbrecherschaltung kann aus anderen herkömmlichen Einrichtungen aufgebaut sein.
Wenn die Transistoren 20a, 20b, 28a am Abschlußende der Kurve 36a ausgeschaltet werden, wird in den Läuferspulen gespeicherte magnetische Energie in die Kapazität 47a geladen, um sie auf eine hohe Spannung aufzuladen, wobei ein Zurückkehren auf die Seite der elektrischen DC-Stromquelle durch die Funktion der Diode 49a verhindert ist. Demgemäß wird, wie oben beschrieben wurde, die Erzeugung einer Drehmoment- Verringerung und eines Gegendrehmomentes verhindert. Folglich kann ein Motor mit einer hohen Effizienz in einem Hochgeschwindigkeitsbereich erhalten werden. Der Erregungsstrom kann durch die Spannung des Referenzspannungsanschlusses 40 gesteuert werden. Die anderen Läuferspulen 39b, 39c werden auf die gleiche Weise gesteuert.
Ein Fall, in dem der Motor während der normalen Rotation des Motors in einen umgekehrten Zustand umgeschaltet wird, wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 34 erläutert. Ein regeneratives Bremsen ist bei einem Motor mit einem großen Ausgang notwendig, um die kinetische Energie des Rotors wieder zu verwenden und als elektrische Energie in die elektrische Stromquelle zu laden.
Als nächstes wird die Maßnahme zum Realisieren des regenerativen Bremsens erläutert. Entsprechend dieser Maßnahme kann diese Aufgabe durch Umschalten der Motorrotation während der normalen Rotation in den Zustand einer umgekehrten Rotation gelöst werden, um ein Abbremsen oder ein Anhalten zu bewirken. Dann wird die Läuferspule 39a in dem Zustand entgegengesetzter Rotation erläutert. Eine elektromotorische Kraft wird in Richtung eines Pfeiles 30 erzeugt. Eine an die Läuferspule 39a angelegte Spannung ist V+E, wobei V eine Spannung zwischen den Anschlüssen 2a, 2b und E eine elektromotorische Gegenkraft ist. Eine derartige elektromotorische Gegenkraft E wird infolge der Verringerung der Menge des die Läuferspule 39a durchsetzenden magnetischen Flusses erzeugt, wenn sich die Motorgeschwindigkeit verringert. Demgemäß erhöht sich der Läuferstrom in Antwort auf die Kurve 39a in einem Zeitdiagramm von Fig. 34, wie durch die unterbrochene Linien 35a, 35c, ... gezeigt ist, steil bis auf einen vorbestimmten Wert.
Wenn der Ausgang des Operationsverstärkers 40b auf einen niedrigen Pegel schaltet, schalten sich die Transistoren 20a, 20b aus. Magnetische Energie in der Läuferspule 39a wird entladen. Die Richtung des Entladestromes ist identisch mit der der elektromotorischen Gegenkraft. Obwohl die obige Entladerichtung der elektromotorischen Gegenkraft während der normalen Drehung des Motors entgegengesetzt ist, werden sie in dem Zustand umgekehrter Drehung identisch, da ein Bremsdrehmoment während dem Zustand der umgekehrten Drehung erzeugt wird. Somit wird der durch die Dioden 21a, 21b fließende Strom durch den Transistor 28a der elektrischen Stromquelle zurückgegeben, deren Spannung auf V-E geändert wird.
Das Ausmaß der Verringerung des Entladestromes in dem Zustand umgekehrter Drehung ist geringer als in dem Zustand normaler Drehung, wie durch die unterbrochenen Linien 35b, 35d von Fig. 34 gezeigt ist. Wenn sich der Läuferstrom auf eine vorbestimmte Größe verringert, schaltet sich der Ausgang des Operationsverstärkers 40b infolge seiner Hysterese-Eigenschaften auf einen hohen Pegel. Die Transistoren 20a, 20b werden somit wieder angeschaltet, um den Erregungsstrom steil zu erhöhen. Die Wiederholung eines derartigen Zyklus ergibt eine Unterbrecherschaltung. Die Funktionen und Wirkungen der Diode 49a, des Transistors 28a und der Kapazität 47a am Anfangs- und am Abschlußende jeweiliger Positions-Detektionssignale sind im wesentlichen die gleichen wie die im Zustand normaler Rotation.
Die Breiten der unterbrochenen Linien 35a, 35c, ... werden kleiner als die der unterbrochenen Linien 35b, 35d, ... in Fig. 34. Obwohl in Abschnitten der unterbrochenen Linien 35a, 35b, ... elektrische Energie verbraucht wird, ist die Gesamtverbrauchsmenge infolge der geringen Breiten dieser Abschnitte klein. Inzwischen wird die Energie des Rotors und der Last in elektrische Energie transformiert und während Abschnitten der unterbrochenen Linien 35b, 35d, ... zur elektrischen Stromquelle zurückgeführt. Somit kann ein regeneratives Bremsen effektiv ausgeführt werden, da die zeitlichen Breiten dieser Abschnitte groß sind.
Nachdem eine festgelegte Abbremsung beendet wurde, kann der Motor in den Zustand normaler Rotation geschaltet werden, um zum normalen Betrieb zurückzukehren. Wenn die angelegte Spannung erhöht wird, kann der Motor beispielsweise auf 30.000 Umdrehungen pro Minute beschleunigt werden. Obwohl der Transistor 28a, die Diode 49a, die Kapazität 47a an der Seite des positiven Anschlusses 2a der elektrischen Stromquelle vorgesehen sind, wird die gleiche Aufgabe erfüllt, sogar wenn diese Komponenten an der Seite des negativen Anschlusses 2b der elektrischen Stromquelle vorgesehen sind.
Die oben beschriebenen Funktionen und Wirkungen sind ähnlich wie die der Läuferspulen 39b, 39c. Als nächstes wird ein Ausgangsdrehmoment eines 180º-Abschnittes, das von den vorstehenden Polen und den magnetischen Polen erzeugt wird, erläutert. In einem Zeitdiagramm von Fig. 38 stellen die Kurven 42, 42-1 die Ausgangsdrehmomenterzeugung innerhalb des durch einen Pfeil 34a (180º) gekennzeichneten Bereiches dar. Wenn ein Anregungsstrom gering ist, wird das Ausgangsdrehmoment symmetrisch, wie durch die Kurve 42-1 gezeigt ist und hat eine flache Drehmoment-Charakteristik. Wenn der Anregungsstrom so stark ansteigt, daß der magnetische Fluß beinahe gesättigt ist, dann erhält das Ausgangsdrehmoment eine asymmetrische Drehmomentkurve, wie durch die Kurve 42 verdeutlicht ist. Insbesondere steigt das Ausgangsdrehmoment prompt an, sobald die vorstehenden Pole den magnetischen Polen gegenübertreten. In der Folge wird das Ausgangsdrehmoment flach. Es sinkt danach stetig ab. Wenn der Anregungsstrom weiter ansteigt, verschwindet der flache Abschnitt fast.
In den Zuständen der normalen/umgekehrten Rotation, die vorher beschrieben wurden, wird der Läuferspule Strom zugeführt, der eine zeitliche Breite so groß wie ein zentraler Abschnitt aufweist, falls die Drehmomentkurve symmetrisch ist (Kurve 42-1), verändert sich die Ausgangsdrehmoment-Charakteristik ungeachtet einer normalen oder umgekehrten Drehung nicht. Wenn jedoch die Drehmomentkurve asymmetrisch ist, verändert sich die Ausgangsdrehmoment-Charakteristik. Das ist jedoch in praktischer Hinsicht akzeptierbar, da nur das Abbremsdrehmoment während der Abbremsung in dem Zustand der umgekehrten Rotation verringert wird.
Im Fall des 120º-Stromversorgungszustandes wird der Läuferspule während dem Zustand normaler Rotation Strom mit einer durch einen Pfeil 34b gekennzeichneten Höhe zugeführt. Es ist jedoch möglich, von einem Anfangsabschnitt des Positions-Detektionssignales Strom einer durch einen Pfeil 34c gekennzeichneten Höhe zuzuführen. Um den Motor durch das regenerative Abbremsen abzubremsen und anzuhalten, sollten Eingangssignale von positiven Anschlüssen der Operationsverstärker 40b, 40c, 40d zur Drehgeschwindigkeit des Motors proportional sein. Für dieses Ende wird ein Ausgang des Anschlusses 40 durch einen Schalter 40a zu einem Ausgang der Blockschaltung 40-1 umgeschaltet. Die Blockschaltung 40-1 ist eine bekannte herkömmliche Schaltung, die eine Spannung proportional zur Drehgeschwindigkeit erzeugt.
Als nächstes wird ein Dreiphasen-Vollwellen-Stromversorgungszustand unter Bezug auf Fig. 36 erläutert. In Fig. 30 ist ein metallisches (zylindrisches) Außengehäuse 25-1 mit einem Außenflansch einer kreisförmigen Seitenplatte 25-2 verbunden, die axial nach innen gebogen ist. Beide Seitenplatten sind mit Kugellagern 29a, 29b versehen, durch die eine Drehachse 5 drehbar getragen sind. Ein Rotor 1 ist durch ein Trageelement 5a mit der Drehachse 5 verbunden. Vorstehende Pole (nicht gezeigt) des Rotors 1 haben im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die vorstehenden Pole des Rotors 1 von Fig. 27. Ein fester Läufer C, dessen vorstehende Pole magnetischen Polen gegenüberliegen, ist innerhalb des Außengehäuses 25-1 befestigt. Der Aufbau des festen Läufers ist im wesentlichen der gleiche wie der des festen Läufers 16 der Figuren 28, 29.
Ein Aluminiumrotor 29, der einen Vorsprung aufweist, der eine ähnliche Außenrandform wie der Rotor 1 aufweist, ist an der rechten Seite des Rotors 1 befestigt, so daß er zusammen mit dem Rotor 1 rotiert. Sein äußerer Randabschnitt liegt Spulen 10a, 10b und loc gegenüber, um in Fig. 38 gezeigte Positions-Detektionssignale zu erhalten, die weiter oben unter Bezug auf Fig. 31 beschrieben wurden.
Ein weiterer fester Läufer C-1 ist innerhalb des Außengehäuses 25-1 befestigt. Dieser feste Läufer C-1 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der feste Läufer C, ist aber darin verschieden, daß seine Phase um 180º in Bezug auf die vorstehenden Pole des Rotors 1 verschoben ist (äquivalent zu einer 180º-Drehung um eine Achse). Seine magnetischen Pole liegen vorstehenden Polen eines Außenrandes des Rotors 1 über einen Luftschlitz gegenüber. Der feste Läufer C1 ist mit Dreiphasen-Läuferspulen verbunden, die als Läuferspulen 39d, 39e, 39f bezeichnet sind. Die Läuferspulen 39d, 39e, 39f werden von einer elektrischen Schaltung ähnlich der von Fig. 35 in Antwort auf die Positions- Detektionssignale 43a, 43b, ..., 44a, 44b, ..., 45a, 45b, ... von Fig. 38 aktiviert, um einen Dreiphasen-Halbwellen-Stromversorgungszustandmotor zu realisieren. Die festen Läufer C und C-1 bilden einen Dreiphasen-Vollwellen-Stromversorgungszustandmotor.
Die Stromversorgungssteuerung der Läuferspulen 39a, 39b, ..., 39f wird unter Bezug auf Fig. 36 erläutert.
Der feste Läufer C-1 hat Läuferspulen für die erste, zweite, und dritte Phase entsprechend den mit dem festen Läufer C verknüpften Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase. Beiden wird jeweils Strom im Halbwellen-Stromzustand zugeführt. Somit wird der Motor von Fig. 30 in dem Dreiphasen-Vollwellen-Stromversorgungszustand betrieben.
Die Läuferspule für die erste Phase besteht aus der ersten und der ersten Läuferspule. Die Läuferspule für die zweite Phase besteht aus der zweiten und der zweiten Läuferspule.
Weiterhin besteht die Läuferspule für die dritte Phase aus der dritten und der dritten Läuferspule. Positions-Detektionssignale 36a, 36b, ..., 37a, 37b, ..., 38a, 38b, ... werden als Positions-Detektionssignale für die erste, die zweite und die dritte Phase bezeichnet. Positions-Detektionssignale 43a, 43b, ..., 44a, 44b, ..., 45a, 45b, ... werden als Positions- Detektionssignale für die erste, die zweite und die dritte Phase bezeichnet.
In Fig. 36 werden Positions-Detektionssignale für die erste, die zweite und die dritte Phase von Anschlüssen 42a, 42b und 42c zugeführt. Positions-Detektionssignale für die erste, die zweite und die dritte Phase werden von den Anschlüssen 42d, 42e, 42f zugeführt. Läuferspulen 39a, 39d dienen als erste bzw. erste Läuferspulen der ersten Phase. Läuferspulen 39b, 39e dienen als zweite bzw. zweite Läuferspulen der zweiten Phase. Weiterhin dienen Läuferspulen 39c, 39f als dritte bzw. dritte Läuferspulen der dritten Phase.
In Fig. 36 werden Positions-Detektionssignale für die erste, die zweite und die dritte Phase von Anschlüssen 42a, 42b, 42c zugeführt. Die Positions-Detektionssignale für die erste, die zweite und die dritte Phase werden von den Anschlüssen 42d, 42e, 42f zugeführt. Läuferspulen 39a, 39d dienen als erste bzw. erste Läuferspulen für die erste Phase. Läuferspulen 39b, 39e dienen als zweite bzw. zweite Läuferspulen für die zweite Phase. Weiterhin dienen Läuferspulen 39c, 39f als dritte bzw. dritte Läuferspulen der dritten Phase.
Transistoren 20a, 20b schalten sich in Antwort auf das Eingangssignal des Anschlusses 42a ein. Folglich wird die Läuferspule 39a durch die Diode 49a aktiviert, die in Vorwärtsrichtung angeschlossen ist. Dann schalten sich die Transistoren 20a, 20b an dem Abschlußende des Eingangssignales (Kurve 36a) aus. In der Läuferspule 32a gespeicherte magnetische Energie wird in die Kapazität 47a entladen, um sie aufzuladen, wobei das Zurückfließen in die elektrische Stromquelle (Anschlüsse 2a, 2b) durch die Funktion der Dioden 21a, 21b verhindert ist. Demgemäß erlischt ein Entladestrom infolge der gespeicherten magnetischen Energie prompt.
Die Kapazität der Kapazität 47a ist so klein eingestellt, daß der Entladestrom innerhalb einer Zeitdauer verschwindet, während der die vorstehenden Pole um 60º rotieren, d.h. innerhalb eines Abschnittes, der sich von einer rechten Kante der Kurve 36a bis zu einer linken Kante der Kurve 43a in Fig. 38 erstreckt. Wenn die Kapazität zu gering ist, werden die Ladespannungen der Transistoren zu hoch, um sie unter ihre Durchbrennspannungen drücken zu können. Somit kann ein Gegendrehmoment verhindert werden.
Wenn die vorstehenden Pole um 60º rotieren, wird das Positions-Detektionssignal der Kurve 43a dem Anschluß 42d zugeführt. In Antwort auf dieses Eingangssignal schalten sich die Transistoren 20c, 20d ein, um die Läuferspule 32d zu aktivieren. Da eine an die Läuferspule 32d angelegte Spannung in dieser Spannung die hohe Spannung der Kapazität 47a ist, steigt der Anregungsstrom steil an, wie durch die Kurve 31b in dem Zeitdiagramm von Fig. 33 gezeigt ist. Folglich wird der Läuferspule 32d ein durch die die Unterbrechungsschaltung bestimmter konstanter Strom zugeführt, wie weiter unten erläutert wird. An dem Anschlußende der Kurve 43a werden die Transistoren 20c, 20d ausgeschaltet. In der Läuferspule 32d gespeicherte magnetische Energie wird in die Kapazität 47a entladen, um diese auf eine hohe Spannung aufzuladen, wobei ein Rückfluß in die elektrische Stromquelle durch die Funktion der einen Rückfluß vermeidende Diode 49a verhindert ist. Als nächstes wird ein Eingangssignal der Kurve 36b dem Anschluß 42a zugeführt. Somit steigt der Erregerstrom der Läuferspule 3 9a steil an.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wird in den Läuferspulen 39a, 39d gespeicherte magnetische Energie bei Beendigung des Stromes in elektrostatische Energie der Kapazität 47a übertragen. Demgemäß erlischt der Entladestrom infolge der magnetischen Energie prompt. Somit kann ein Gegendrehmoment verhindert werden. Somit wird eine Drehmomentverringerung vermieden.
Wenn die Läuferspule 39d deaktiviert wird, wird in der Läuferspule 39d gespeicherte magnetische Energie prompt in der Kapazität 47a gespeichert und ihr Entladestrom erlischt ebenso prompt innerhalb eines Abschnittes von 60º sogar bei einer Drehung mit einer hohen Geschwindigkeit. Nachdem eine vorbestimmte Zeit vorbei ist, wird die Läuferspule 39a aktiviert. Ihr Anregungsstrom steigt durch die hohe Spannung der Kapazität 47a steil an. Seine Zeitdauer ist kleiner als die Zeit, die zur Drehung eines vorstehenden Poles um 60º erforderlich ist.
Als nächstes wird ein Fall, in dem eine Unterbrechungsfünktion eingeschlossen ist, erläutert. Eine Unterbrechungsschaltung, die aus den UND-Schaltungen 41a, 41d, dem Operationsverstärker 40b, dem Referenzspannungsanschluß 40, dem Widerstand 22a und der Absolutwertschaltung 30a besteht, schaltet die Transistoren 20a, 20b, 20c und 20d auf die gleiche Weise wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ein und aus. Mit einer derartigen Unterbrechungsfunktion erhalten die Stromversorgungskurven 31a, 31b, 31c von Fig. 33 im wesentlichen eine rechteckige Form. Ein unterbrochener Abschnitt ist ein Abschnitt, in dem ein Stromwert durch die Unterbrechungsfunktion auf einen vorbestimmten Wert reguliert wird.
Die Stromversorgung zu den Läuferspulen 39b, 39e wird durch die Eingangssignale der Anschlüsse 42b, 42e, der Diode 49b, der Kapazität 47b, der UND-Schaltungen 41b, 41e, der Transistoren 20e, 20c, ..., des Widerstandes 22b, des Operationsverstärkers 40c und der Absolutwertschaltung 30b auf die gleiche Weise wie im Fall der Läuferspulen 39a, 39d gesteuert.
Die Stromversorgung zu den Läuferspulen 39c, 39f wird durch die Eingangssignale der Anschlüsse 42c, 42f, der Diode 49c, der Kapazität 47c, der UND-Schaltungen 41c, 41f, der Transistoren 20i, 20j, ..., des Operationsverstärkers 40d, des Widerstandes 22d und der Absolutwertschaltung 30c auf die gleiche Weise wie in dem oben beschriebenen Fall gesteuert. Demgemäß wird ein Dreiphasen-Vollwellen-Stromversorgungszustand- Reluktanzmotor erhalten, der nicht nur den Vorteil eines großen Ausgangsdrehmomentes beibehält, sondern auch das Problem der geringen Geschwindigkeit löst Weiterhin kann dieser Motor ein Stromspannungsdrehmoment unterdrücken.
Die Kurven 31d, 31e von Fig. 33 stellen Stromversorgungskurven der Läuferspulen 39b, 39e in Antwort auf die Positions-Detektionssignale 37a, 44a dar. Die Kurven 31g, 31h, 31f stellen Stromversorgungskurven von Läuferspulen 39c, 39f in Antwort auf die Positions- Detektionssignale 38a, 45a, 45b dar. Die vorliegende Erfindung kann sogar dann ausgeführt werden, wenn die Kapazitäten 47a, 47b, 47c parallel zu Dioden 49a, 49b, 49c und zur elektrischen Stromquelle angeordnet sind.
Wenn die Läuferspule während der Unterbrechungssteuerung deaktiviert wird, erhöhen sich die Spannungen der Kapazitäten 47a, 47b, 47c durch die magnetische Energie. Somit steigt ein Anregungsstrom der Läuferspule schnell an, wenn die Läuferspule danach aktiviert wird.
Als nächstes wird eine Einrichtung zum Drehen des Motors in der entgegengesetzten Richtung erläutert. Die Motordrehung kann durch Eingeben der den Anschlüssen 42a, 42b, 42c einzugebenden Positions-Detektionssignale zu den Anschlüssen 42d, 42e, 42f und weiterhin durch Eingeben der den Anschlüssen 42d, 42e, 42f einzugebenden Positions- Detektionssignale zu den Anschlüssen 42a, 42b, 42c umgedreht werden. Fig. 32 zeigt eine derartige Umschalteinrichtung. In Fig. 32 empfangen die Anschlüsse 8a, 8b, ... und 8f Positions-Detektionssignalkurven 36a, 36b, ..., Kurven 37a, 37b, ..., Kurven 38a, 38b, Kurven 43a, 43b,..., Kurven 44a, ....... bzw. Kurven 45a, 45b, ... von Fig. 38.
Wenn ein Eingang des Anschlusses 66 sich auf einem hohen Pegel befindet, erreichen die unteren Eingänge der UND-Schaltungen 66a, 66c, 66e, 66g, 66i, 66k einen hohen Pegel. Diese Signale, die die OR-Schaltungen 65a, 65b, ... und 65f durchquert haben, werden von den Anschlüssen 9a, 9b, ..., 9f als Positions-Detektionssignale zum Drehen des Motors in der normalen Richtung erhalten. Ausgangssignale der Anschlüsse 9a, 9b, ..., 9f werden jeweils den Anschlüssen 42a, 42b, ..., 42f von Fig. 36 eingegeben. Wenn ein Eingang des Anschlusses 66 auf einen niedrigen Pegel geschaltet wird, wird dieses Signal durch eine Invertierungsschaltung 66a auf einen hohen Pegel invertiert. Dieses elektrische Signal mit einem hohen Pegel wird den unteren Anschlüssen der UND-Schaltungen 66b, 66d, ... 66i zugeführt. Demgemäß können die Positions-Detektionssignale für die entgegengesetzte Drehung von den Anschlüssen 9a, 9b, ... und 9f durch die OR-Schaltungen 65a, 65b, und 65f erhalten werden.
Demgemäß kann die normale/umgekehrte Drehung des Motors durch das Eingangssignal des Anschlusses 66 gesteuert werden. Wenn der Eingang des Anschlusses 66 während der normalen Drehung des Motors auf einen niedrigen Pegel geschaltet wird, wird ein entgegengesetztes Drehmoment erzeugt. In der Unterbrechungsschaltung wird die zeitliche Breite des ansteigenden Abschnittes des Anregungsstromes kleiner als die eines abfallenden Abschnittes des Anregungsstromes. Somit kann auf die gleiche Weise wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 35 ein regeneratives Bremsen durchgeführt werden. Seine Funktion und seine Wirkungen sind ebenfalls ähnlich.
Die Anschlüsse 28-1, 28-2, 28-3 von Fig. 36 sind jeweils mit den Anschlüssen 31-1, 31-2, 31-3 verbunden. Eingangssignale der Anschlüsse 4a-1, 4b-1, 4c-1 sind identisch mit den Eingangssignalen von den Anschlüssen 42a, 42d, den Anschlüssen 42b, 42e bzw. den Anschlüssen 42c, 42f. Die Kurven 43a, 43b, ..., die Kurven 44a, 44b, ... und die Kurven 45a, 45b, ... werden eingegeben.
Wenn ein Eingang des Anschlusses 66 sich auf einem hohen Pegel befindet, erreichen die unteren Eingänge der UND-Schaltungen 66a, 66c, 66e, 66g, 66i, 66k einen hohen Pegel. Diese Signale, die die ODER-Schaltungen 65a, 65b, ... und 65f durchquert haben, werden von den Anschlüssen 9a, 9b, ... 9f als Positions-Detektionssignale zum Drehen des Motors in der normalen Richtung erhalten. Die Ausgangssignale der Anschlüsse 9a, 9b, ... 9f werden jeweils den Anschlüssen 42a, 42b, ... 42f von Fig. 36 eingegeben. Wenn ein Eingang des Anschlusses 66 auf einen niedrigen Pegel geschaltet wird, wird dieses Signal in einer Invertierungsschaltung 66a auf einen hohen Pegel invertiert. Dieses elektrische Signal mit einem hohen Pegel wird den unteren Anschlüssen der UND-Schaltungen 66b, 66d, ..., 66i zugeführt. Demgemäß können die Positions-Detektionssignale für die entgegengesetzte Drehung an den Anschlüssen 9a, 9b, ... und 9f durch die ODER- Schaltungen 65a, 65b, ... und 65f erhalten werden.
Demgemäß kann die normalelentgegengesetzte Drehung des Motors durch das Eingangssignal des Anschlusses 66 gesteuert werden. Wenn der Eingang des Anschlusses 66 während der normalen Drehung des Motors auf einen niedrigen Pegel umgeschaltet wird, wird ein umgekehrtes Drehmoment erzeugt. In der Unterbrechungsschaltung wird die zeitliche Breite eines ansteigenden Abschnittes des Anregungsstromes kleiner als die eines abfallenden Abschnittes des Anregungsstromes. Somit kann auf die gleiche Weise wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 35 ein regeneratives Bremsen durchgeführt werden. Seine Funktion und seine Wirkungen sind ebenfalls ähnlich.
Die Anschlüsse 28-1, 28-2, 28-3 von Fig. 36 sind jeweils mit den Anschlüssen 31-1, 31-2, 31-3 verbunden. Die Eingangssignale der Anschlüsse 4a-1, 4b-1, 4c-1 sind identisch mit den Eingangssignalen der Anschlüsse 42a, 42d, der Anschlüsse 42b, 42e bzw. der Anschlüsse 42c, 42f. Als Ergebnis kann das regenerative Bremsen durch Umschalten der Motordrehung von der normalen Richtung in den Zustand der entgegengesetzten Drehung auf die gleiche Weise wie in dem vorher erläuterten Ausführungsbeispiel durchgeführt werden.
Die Positionen der Spulen 10a, 10b, 10c, die als Positions-Detektionselemente dienen, werden eingestellt und sie werden auf der Seite des Läufers dergestalt befestigt, daß die Stromversorgung für die Läuferspulen an einem Punkt beginnt, der 30º hinter dem Punkt liegt, an dem die vorstehenden Pole den magnetischen Polen gegenüberzutreten beginnen, und wird nach einer Drehung von 120º gestoppt. Demgemäß wird die Läuferspule an dem Punkt aktiviert, der 30º hinter dem Punkt liegt, an dem die vorstehenden Pole beginnen, den magnetischen Polen gegenüberzutreten, und wird nach der 120º-Drehung deaktiviert. Somit wird ein Ausgangsdrehmoment in dem Zustand der normalen Drehung identisch mit dem im Zustand der entgegengesetzten Drehung.
Nur die Referenzspannung (d.h. die Spannung des Anschlusses 40 von Fig. 36) kann das Ausgangsdrehmoment regulieren. Somit hat die angelegte Spannung keinen Bezug zum Ausgangsdrehmoment. Demgemäß ist eine Stromspannung zwischen den elektrischen Stromanschlüssen 2a, 2b nicht so bedeutend. Im Fall einer elektrischen AC-Stromquelle wird eine Kapazität zur Gleichrichtung verwendet. Jedoch muß diese Kapazität keine große Kapazität aufweisen. In dem Fall, in dem die elektrische AC-Stromquelle dreiphasig ist, kann die Kapazität der Kapazität weiter verringert werden. Folglich kann die elektrische Stromquelle vereinfacht werden.
Obwohl jede Läuferspule der Fig. 35, 36 durch zwei an deren beiden Enden vorgesehene Transistoren gesteuert wird, kann die vorliegende Erfindung sogar dann ausgeführt werden, wenn nur ein Transistor auf der Seite des negativen Anschlusses der elektrischen Stromquelle vorgesehen ist.
Fig. 37 wird im folgenden erläutert. In Fig. 37 sind die unteren Enden der Läuferspulen 39a, 39b und 39c mit Transistoren 20a, 20b und 20c verbunden. Die Transistoren 20a, 20b und 20c dienen als Halbleiter-Schaltelemente und können durch andere Halbleiterelemente mit der gleichen Wirkung ersetzt werden. Eine elektrische DC-Stromquelle führt elektrischen Strom von ihrem positiven und negativen Anschluß 2a, 2b zu.
Dieses Ausfiihrungsbeispiel liefert einen vereinfachten Schaltungsaufbau, bei dem nur ein Transistor (Transistor 20a, 20b oder 20c) an einem unteren Ende jeder Läuferspule, d.h. der Seite des negativen Anschlusses der elektrischen DC-Stromquelle vorgesehen ist.
Positions-Detektionssignale der Kurven 36a, 36b, ..., der Kurven 37a, 37b, ... und der Kurven 38a, 38b, ... in Fig. 38 werden von den Anschlüssen 42a, 42b und 42c eingegeben. In Antwort auf diese durch UND-Schaltungen 41a, 41b, 41c geführte Eingangssignale werden Transistoren 20a, 20b und 20c eingeschaltet, um Läuferspulen 39a, 39b und 39c zu aktivieren.
Eine Referenzspannung, die einen Anregungsstrom spezifiziert, wird an einen Anschluß 40 angelegt. Durch Ändern der Spannung des Anschlusses 40 kann das Ausgangsdrehmoment verändert werden. Wenn ein Schalter (nicht gezeigt) für den elektrischen Strom eingeschaltet wird, erreicht der Ausgang des Operationsverstärkers 40b einen hohen Pegel, da ein Eingang des negativen Anschlusses des Operationsverstärkers 40b kleiner als der seines positiven Anschlusses ist. Demgemäß schaltet sich der Transistor 20a ein, um der Stromversorgungsspannung eine Spannung für die Läuferspule zuzuführen. Ein Widerstand 22 und eine Absolutwertschaltung 30a sind zum Detektieren von in den Läuferspulen 39a, 39b und 39c fließendem Läuferstrom vorgesehen.
Dieses Ausführungsbeispiel stellt die folgenden Einrichtungen bereit, um das oben beschriebene Gegendrehmoment und die Drehmomentverringerung zu unterdrücken und um einen Hochgeschwindigkeitsmotor mit einem großen Drehmoment bereitzustellen.
Eine Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt zusätzlich eine eine kleine Kapazität aufweisende Kapazität 47a, eine Diode 21a, Halbleiterelemente 19a, 19b und 19c und andere in Fig. 37 gezeigte Elemente bereit, wobei nur ein Halbleiter- Schaltelement (20a, 20b oder 20c) zur Steuerung der Aktivierung/Deaktivierung jeder Läuferspule auf der Seite der negativen Spannung der elektrischen DC-Stromquelle vorgesehen ist.
Wenn der Strom an dem Abschlußende der Positions-Detektionssignalkurve 36a erlischt, wird in der Läuferspule 39a gespeicherte magnetische Energie durch die Dioden 21a, 33a in die Kapazität 47a entladen, um sie mit in der Zeichnung gezeigten Polaritäten auf eine hohe Spannung aufzuladen, wobei ein Rückfluß auf die Seite der elektrischen DC- Stromquelle vermieden ist. Demgemäß erlischt die magnetische Energie scharf und der Strom fällt steil ab.
Die in dem Zeitdiagramm von Fig. 33 gezeigten Kurven 26a, 26b und 26c stellen gemeinsam die Kurve eines in der Läuferspule 39a fließenden Stromes dar. Beide unterbrochene Linien 26-1, 26-2 sind um 120º beabstandet. Der Läuferstrom fällt steil ab, wie die Kurve 26b, und somit wird kein Gegendrehmoment erzeugt. Die Kapazität 47a wird auf eine hohe Spannung aufgeladen und auf dieser Spannung gehalten. Die Läuferspulen 39b, 39c werden in Antwort auf die von den Anschlüssen 42b, 42c eingegebenen Positions-Detektionssignale aktiviert. Wenn sie nachfolgend deaktiviert werden, werden die Kapazitäten 47b, 47c durch die Dioden 33b, 33c, 21b, 21c auf eine hohe Spannung aufgeladen. Somit fällt der Läuferstrom schnell ab.
Als nächstes wird in Antwort auf das Positions-Detektionssignal der Kurve 38b der Transistor 20c eingeschaltet, um die Läuferspule 39c wieder zu aktivieren. Eine Spannung, die der Summe der Ladespannung der Kapazität 47a und der Spannung der elektrischen DC-Stromquelle (einer Spannung zwischen den Anschlüssen 2a, 2b) äquivalent ist, wird an die Läuferspule 39c angelegt. Folglich steigt ein Anregungsstrom der Läuferspule 39c steil an, wie durch Kurven 26a gezeigt ist.
Der Grund dafür wird im folgenden erläutert. Ein differentieller Puls eines Anfangsabschnittes des Positions-Detektionssignales 38b wird von der Blockschaltung 4 von Fig. 37 erhalten. Eine monostabile Schaltung, der dieser differentielle Puls eingegeben wird, erzeugt einen elektrischen Puls mit einer geringen Breite. In Antwort auf diesen elektrischen Puls schalten sich die Transistoren 34b, 34a und die SCR 19a ein. Eine hohe Spannung der Kapazität 47a wird an die Läuferspule 39c angelegt. Somit steigt der Anregungsstrom steil an. Danach wird ein durch die Kurve 26c (fig. 33) gezeigter Strom von der elektrischen DC-Stromquelle erhalten. Bei Beendigung der Entladung der Kapazität 47a wird die SCR 19a ausgeschaltet.
Wie oben erläutert wurde, können eine Drehmomentverringerung und ein Gegendreh moment vermieden werden, wodurch die Stromwellenform rechteckförmig wird. Folglich erhöht sich das Ausgangsdrehmoment.
Die Funktionen der anderen Läuferspulen 39a, 39b, der Kapazitäten 47b, 47c und der SCRs 19b, 19c sind ebenfalls ähnlich.
Den Anschlüssen 19d, 19e werden elektrische Signale eingegeben, die jeweils eine Breite aufweisen, die gleich derjenigen eines elektrischen Pulses ist, der an Anfangsrändern entsprechender Positions-Detektionssignale erhalten werden.
Als nächstes wird eine Unterbrechungsschaltung erläutert. Wenn der Läuferstrom der Läuferspule 39a ansteigt und somit die Spannungsabfälle in dem Widerstand 22 und der Absolutwertschaltung 30a, die den Läuferstromwert detektieren, ansteigt, und die Referenzspannung des Referenzspannungsanschlusses 40 übersteigt (d.h. einer Eingangsspannung des positiven Anschlusses des Operationsverstärkers 40b), schaltet ein unterer Eingang der UND-Schaltung 41a auf einen niedrigen Pegel. Der Transistor 20a schaltet sich aus. Ein Anregungsstrom verringert sich. Infolge von Hysterese-Eigenschaften des Operationsverstärkers 40b erreicht ein Ausgang des Operationsverstärkers 40b nach einer vorhergehenden Verringerung wiederum einen hohen Pegel. Somit schaltet sich der Transistor 20a ein und der Anregungsstrom steigt. Die Wiederholung eines derartigen Zyklus hält den Anregungsstrom auf einem vorbestimmten Wert. Ein durch eine Kurve 26c von Fig. 33 gekennzeichneter Abschnitt ist ein Abschnitt, der unterbrechungsgesteuert ist. Die Höhe der Kurve 26a wird durch eine Spannung des Referenzspannungsanschlusses 40 gesteuert.
Die Läuferspule 39b von Fig. 37 wird durch das Anschalten des Transistors 20b in Übereinstimmung mit der Breite der Positions-Detektionssignalkurven 37a, 37b, aktiviert, die von dem Anschluß 42b eingegeben werden. Weiterhin wird die Unterbrechungssteuerung durch den Operationsverstärker 40b, den Verstärker 22, die Absolutwertschaltung 30a, die UND-Schaltung 41b durchgeführt. Die oben beschriebenen Umstände werden auf die Läuferspule 39c angewendet. Das heißt, die Stromversorgungssteuerung für die Läuferspule 39c wird durch Eingeben der Positions-Detektionssignalkurven 38a, 38b, ... von Fig. 38 an den Anschluß 42c durchgeführt. Die Funktionen und die Wirkungen des Transistors 20c, der UND-Schaltung 41c, des Operationsverstärkers 40b, des Widerstandes 22 und der Absolutwertschaltung 30a sind im wesentlichen identisch mit den gleichen vorher beschriebenen Komponenten.
Die Stromversorgung zu jeder Läuferspule kann entweder dann begonnen werden, wenn die vorstehenden Pole den magnetischen Polen gegenübertreten, oder wenn sie danach etwa 30º durchschritten haben. Eine Einstellung wird durch Berücksichtigung der Drehgeschwindigkeit, der Effizienz und des Ausgangsdrehmomentes durchgeführt, um die Befestigungspositionen der Detektionsspulen 10a, 10b und 10c zu verändern, die an der Läuferseite befestigt sind, um als Positions-Detektionselemente zu dienen. Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wird es möglich, einen Motor mit einer hohen Geschwindigkeit, einer hohen Effizienz und einem großen Ausgang als Dreiphasen- Halbwellen-Stromversorgungsmotor zu betreiben.
Je kleiner die Kapazitäten der Kapazitäten 47a, 47b, 47c sind, um so größer werden ihre Ladespannungen. Somit können mit den eine geringe Kapazität aufweisenden Kapazitäten 47a, 47b, 47c die Anregungsströme der Läuferspulen steil aufgebaut und steil abgesenkt werden. Der Motor kann somit in einem Hochgeschwindigkeitsbereich arbeiten und der Nachteil des herkömmlichen Reluktanzmotors wird vermieden. Es ist vorzuziehen, die Kapazität der Kapazität so auszuwählen, daß die Transistoren in der Schaltung nicht beschädigt werden.
Da kein Feldmagnet vorhanden war, war es früher unmöglich, ein elektromagnetisches Bremsen zum Abbremsen oder Anhalten durchzuführen. Weiterhin war es unmöglich, ein regeneratives Bremsen durchzuführen. Demgemäß konnten Reluktanzmotoren früher nicht als Servomotoren oder als Stellglieder elektrischer Fahrzeuge verwendet werden.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel löst oder verringert die oben beschriebenen Probleme. Die Details werden im folgenden erläutert. In Fig. 37 sind die Kapazitäten 47a, 47b, 47c in Reihe mit Transistoren 28a, 28b, 28c verbunden, die jeweils als Halbleiter- Schaltelemente dienen. Ein Transistor G ist eingefügt.
Um eine entgegengesetzte Drehung zum Bremsen während der normalen Drehung des Motors zu bewirken, werden die Eingangssignale der Anschlüsse 42a, 42b, 42c zu den Positions-Detektionssignalkurven 43a, 43b, ..., den Kurven 44a, 44b, ..., den Kurven 45a, 45b, ... von Fig. 38 umgeschaltet.
Als nächstes wird ein regeneratives Bremsen erläutert, das durch Umschalten des Motors in den Zustand entgegengesetzter Rotation während der normalen Rotation des Motors durchgeführt wird. Eine Stromversorgung zu der Läuferspule 39a während der normalen Drehung wird im folgenden erläutert. In Fig. 34 kennzeichnet die Signalkurve 36a ein Positions-Detektionssignal, das durch den Anschluß 42a eingegeben wird. Ein Pfeil 38-1 kennzeichnet eine Breite von 120º. Die Transistoren 28a, 28a von Fig. 37 werden in Antwort auf den Eingang des Basis-Anschlusses 4a-1 eingeschaltet.
Entsprechende Positions-Detektionssignale werden Eingangssignale des Basis-Anschlusses 4a-2 der Transistoren 28b, 24b und des Basis-Anschlusses 4a-3 der Transistoren 28c, 24c.
Die Transistoren 28a, 28b und 28c werden zur Realisierung des Zustandes der entgegengesetzten Drehung für das regenerative Abbremsen gesteuert. In dem Zustand der normalen Rotation werden die Basis-Anschlüsse 4a-1, 4a-2 und 4a-3 auf dem Massepegel gehalten. Somit wird, sogar wenn die Transistoren ausgeschaltet werden oder sogar wenn die gleiche Stromversorgungssteuerung in dem Zustand der normalen und der entgegengesetzten Drehung ausgeführt wird, die Aufgabe des vorliegenden Ausführungsbeispieles erfüllt.
Eingangssignale der Anschlüsse 4a- 1, 4a-2 und 4a-3 werden zu durch die Anschlüsse 42a, 42b und 42c eingegebenen Positions-Detektionssignalen.
Das Ansteigen des Anregungsstromes der Läuferspule 39a wird infolge der hohe Spannung der Kapazität 47b steil. Wenn der Ausgang des Operationsverstärkers 40b auf einen niedrigen Pegel schaltet, schaltet sich der Transistor 20a aus. Magnetische Energie wird durch den Transistor 28a auf die Seite der elektrischen Stromquelle zurückgegeben. Der Läuferstrom der Läuferspule 39a verringert sich. Wenn er sich um eine vorbestimmte Menge verringert hat, kehrt ein Ausgang des Operationsverstärkers 40b infolge seiner Hysterese-Eigenschaften auf den hohen Pegel zurück. Der Transistor 20a schaltet sich an und der Läuferstrom erhöht sich. Die Wiederholung eines derartigen Zyklus stellt eine Unterbrechungsschaltung dar. Diese Unterbrechungsschaltung kann aus anderen herkömmlichen Einrichtungen bestehen.
Wenn die Transistoren 20a, 28a sich an dem Abschlußende der Kurve 36a ausschalten, wird magnetische Energie als Strom entladen, der andererseits die Kapazität 47a auflädt Somit verringert sich der Strom steil. Somit kann, wie oben beschrieben wurde, eine Drehmomentverringerung und ein Gegendrehmoment verhindert werden und ein Motor mit einer hohen Effizienz in einem Hochgeschwindigkeitsbereich kann erhalten werden. Der Anregungsstromwert kann durch die Spannung des Referenzspannungsanschlusses 40 gesteuert werden. Andere Läuferspulen 39b, 39c können auf die gleiche Weise wie die Läuferspule 39a gesteuert werden.
Ein Fall, in dem der Motor während der normalen Drehung des Motors auf einen entgegengesetzten Zustand umgeschaltet wird, wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 34 erläutert. Ein regeneratives Abbremsen ist für einen Motor notwendig, der einen großen Ausgang aufweist, um die kinetische Energie des Rotors wiederzugewinnen und als elektrische Energie der elektrischen Stromquelle zurückzugeben.
Als nächstes wird die Maßnahme zum Realisieren des regenerativen Bremsens erläutert. Diese Maßnahme benötigt einen Aufbau, der das Erfüllen des Zweckes durch Umschalten des sich mit einer normalen Drehung drehenden Motors in den Zustand einer entgegengesetzten Drehung ermöglicht, um ein Abbremsen oder ein Anhalten zu bewirken. Als nächstes wird die Läuferspule 39a in dem Zustand der entgegengesetzten Drehung erläutert. Eine elektromotorische Kraft wird in Richtung eines Pfeiles 30 erzeugt. Eine an die Läuferspule 39a angelegte Spannung wird zu V+E, wobei V eine Spannung zwischen den Anschlüssen 2a, 2b und E eine elektromotorische Gegenkraft ist. Das heißt, E ist gleich einer elektromotorischen Kraft, die erzeugt wird, wenn die Läuferspule 39a durchsetzender magnetischer Fluß sich verringert, wenn sich der Motor dreht.
Demgemäß steigt ein Läuferstrom in Antwort auf die Positions-Detektionssignalkurve 43a in einem Zeitdiagramm von Fig. 34, wie durch unterbrochene Linien 35a, 35c, ... gezeigt ist, steil auf einen vorbestimmten Wert an. Somit schaltet der Ausgang des Operationsverstärkers 40b auf einen niedrigen Pegel. Folglich schaltet sich der Transistor 20a aus und dann wird die Richtung der Stromversorgung infolge der Entladung der magnetischen Energie der Läuferspule 39a gleich der Richtung einer elektromotorischen Gegenkraft. Obwohl die obige Entladungsrichtung der elektromotorischen Gegenkraft während der normalen Drehung des Motors entgegengesetzt ist, werden sie in dem Zustand der entgegengesetzten Drehung einander gleich, da ein Bremsdrehmoment während dem Zustand der entgegengesetzten Drehung erzeugt wird.
Somit wird der durch die Dioden 21a, 33a fließende Entladestrom durch den Transistor 28a der elektrischen Stromquelle zurückgegeben, deren Spannung in V-E verändert wird. Das Ausmaß der Verringerung des Entladestromes in dem Zustand der entgegengesetzten Drehung ist kleiner als in dem Zustand normaler Drehung. Eine Verringerungsbreite wird groß, wie durch unterbrochene Linien 35b, 35d von Fig. 34 gezeigt ist. Wenn sich der Läuferstrom um eine vorbestimmte Menge verringert, schaltet der Ausgang des Operationsverstärkers 40b infolge der Hysterese-Eigenschaften auf einen hohen Pegel. Der Transistor 20a wird somit wieder eingeschaltet, um den Läuferstrom zu erhöhen. Die Wiederholung eines derartigen Zyklus bildet eine Unterbrechungsschaltung. Die Funktion und die Wirkung der Kapazität 47a an den Anfangs- und Endabschnitten jeweiliger Positions-Detektionssignale sind im wesentlichen die gleichen wie die im Zustand normaler Rotation.
Die Breiten der unterbrochenen Linien 35a, 35c, ... werden kleiner als die der unterbrochenen Linien 35b, 35d, ... in Fig. 34. Obwohl während der Abschnitte der unterbrochenen Linien 35a, 35c, ... elektrische Energie verbraucht wird, ist die Gesamtverbrauchsmenge wegen der geringen Breiten dieser Abschnitte klein. Zwischenzeitlich wird die Energie des Rotors und der Last während Abschnitten der unterbrochenen Linien 35b, 35d, ... in elektrische Energie der elektrischen Stromquelle transformiert. Somit wird ein regeneratives Abbremsen effektiv durchgeführt, da die Breiten dieser Abschnitte groß sind. Nachdem ein vorbestimmtes Abbremsen beendet ist, wird der Motor in den Zustand normaler Drehung umgeschaltet und kehrt zu einem normalen Betrieb zurück.
Die oben beschriebenen Funktionen und Wirkungen sind die gleichen wie bei den Läuferspulen 39b, 39c. In dem Zustand normaler Rotation wird der Basis-Anschluß des Transistors G aufrechterhalten, um den Transistor G zu aktivieren. Beim Umschalten in den Zustand entgegengesetzter Drehung wird der Basis-Anschluß so gesteuert, daß der Transistor G durch die zeitlichen Breiten der Kurven 35a, ....... von Fig. 34 aktiviert wird. Strom wird von der elektrischen Stromquelle zur Läuferspule 39a zugeführt. Der Transistor G wird durch die zeitlichen Breiten der Kurven 35b, 35d, ... ausgeschaltet. Elektrischer Strom wird auf der Seite der elektrischen Stromquelle durch den Transistor 28a wiedergewonnen. Andere Läuferspulen 39b, 39c werden auf die gleiche Weise gesteuert.
Als nächstes wird ein elektromagnetisches Abbremsen erläutert. Der Transistor G ist in diesem Fall nicht vorhanden. In dem Zustand entgegengesetzter Drehung wird der Anstieg der Kurven 35a, 35c, ... von Fig. 34 steil. Die Breiten der Kurven 35b, 35d, ... werden groß. In diesen Abschnitten verschwindet in jeder Läuferspule gespeicherte Energie teilweise als Joule-Verlust jeder Läuferspule durch Dioden 21a, 21b, 21c und Transistoren 28a, 28b, 28c und wird teilweise als elektrische Energie der elektrischen Stromquelle wiedergewonnen.
Als nächstes wird ein Ausgangsdrehmoment des 180º-Abschnittes durch vorstehende Pole und magnetische Pole erläutert. In einem Zeitdiagramm von Fig. 38 stellen Kurven 42, 42- 1 das Ausgangsdrehmoment eines Pfeiles 34a (180º) dar. Wenn ein Anregungsstrom gering ist, wird das Ausgangsdrehmoment symmetrisch, wie durch die Kurve 42-1 gezeigt ist und hat eine flache Drehmoment-Charakteristik. Wenn der Anregungsstrom so stark ansteigt, daß der magnetische Fluß gesättigt ist, erhält das Ausgangsdrehmoment eine asymmetrische Drehmomentkurve, wie durch die Kurve 42 dargestellt ist. Insbesondere erhöht sich das Ausgangsdrehmoment prompt, sobald die vorstehenden Pole den magnetischen Polen gegenüberzutreten beginnen. Folglich wird das Ausgangsdrehmoment flach. Danach sinkt es stetig ab. Wenn der Anregungsstrom weiter ansteigt, versghwindet der flache Abschnitt fast.
Wenn der Läuferspule ein Strom durch die Breite eines zentralen Abschnittes in dem Zustand normaler/entgegengesetzter Drehung, die vorher beschrieben wurden, zugeführt wird, wenn die Drehmomentkurve symmetrisch ist (Kurve 42-1), dann ändern sich die Ausgangsdrehmoment-Eigenschaften in dem Zustand normaler/entgegengesetzter Rotation nicht. Jedoch verändern sich die Ausgangsdrehmoment-Eigenschaften, wenn die Drehmomentkurve asymmetrisch ist. Das ist jedoch in praktischer Hinsicht akzeptierbar, da nur ein Abbremsdrehmoment während dem Abbremsen in dem Zustand der entgegengesetzten Drehung verringert wird.
Im Fall eines Zustandes einer 120º-Stromversorgung wird der Läuferspule im wesentlichen Strom in einer Höhe eines Pfeiles 34b in dem Zustand normaler Drehung zugeführt. Es ist jedoch möglich, Strom in einer Höhe eines Pfeiles 34c von dem Anfangsabschnitt des Positions-Detektionssignales zuzuführen. Der zweite Fall ist für einen Motor, der mit einer hohen Geschwindigkeit von mehreren Zehntausend Umdrehungen pro Minute dreht, effektiv.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann das regenerative Abbremsen zum Abbremsen durch Umschalten des in normaler Richtung drehenden Motors in den Zustand einer entgegengesetzten Drehung realisiert werden. Ein Abbremsdrehmoment kann durch Variieren der Spannung des Anschlusses 40 von Fig. 37 gesteuert werden. Um den Motor durch das regenerative Abbremsen abzubremsen und anzuhalten, muß die Spannung des Anschlusses 40 beim Umschalten in den Zustand entgegengesetzter Drehung in eine Spannung geändert werden, die proportional zur Drehgeschwindigkeit des Motors ist. Ein Abbremsdrehmoment verringert sich, wenn sich die Motorgeschwindigkeit verringert. Wenn der Motor anhält, wird der Läuferstrom der Läuferspule zu "0". Somit wird es möglich, den Motor anzuhalten.
Eine Blockschaltung 28 von Fig. 37 ist eine Schaltung zum Ändern einer Eingangsspannung des positiven Anschlusses 40c proportional zur Drehgeschwindigkeit des Motors. Wenn der Motor zum regenerativen Abbremsen in den Zustand entgegengesetzter Drehung umgeschaltet wird, wird der Schalter 40a simultan umgelegt. Somit kann die Ausgangsspannung der Blockschaltung 28 dem Operationsverstärker 40b eingegeben werden. Wenn der Motor abbremst, verringert sich die Spannung des Anschlusses 40c. Demgemäß verringert sich der Anregungsstrom. Ein derartiges Abbremsen ermöglicht es dem Motor, anzuhalten.
Somit ist es möglich, Anhalte-Charakteristiken, die dem Abbremsen ähnlich sind, und Anhalte-Charakteristiken zu erhalten, die in einem Fall erhalten werden, in dem die Läuferspulen eines einen magnetischen Rotor aufweisenden Motors kurzgeschlossen werden.

Claims

1. Hochgeschwindigkeits-Reluktanz-DC-Motor mit einem festen Läufer und einem magnetischen Rotor, mit:

zwei vorstehenden Polen, die die gleiche Breite aufweisen, an einer außeren Randfläche des magnetischen Rotors angeordnet und in regelmäßigen Abständen um den gleichen Winkel voneinander beabstandet sind,

mehreren Schlitzen, die an einer inneren Randfläche des festen Läufers in regelmäßigen Abständen angeordnet sind,

einer Läuferspule für eine erste Phase, die aus einer einem ersten Paar der Schlitze zugeordneten Spule und einer weiteren einem zweiten Paar der Schlitze zugeordneten Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die erste Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,

einer Läuferspule für eine zweite Phase, die aus einer einem dritten Paar der Schlitze zugeordneten Spule und einer weiteren einem vierten Paar der Schlitze zugeordneten Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die zweite Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,

einer Läuferspule für eine dritte Phase, die aus einer einem fünften Paar der Schlitze zugeordneten Spule und einer weiteren einem sechsten Paar der Schlitze zugeordneten Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die dritte Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,

einer Positions-Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Drehpositionen der vorstehenden Pole und zum Erzeugen von Positions-Detektionssignalen für die erste Phase, die in gleichmäßigen Abständen in Einheiten des elektrischen Winkels voneinander beabstandet sind, von Positions-Detektionssignalen für die zweite Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die erste Phase verzögert sind, und von Positions- Detektionssignalen für die dritte Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die zweite Phase verzögert sind,

nur einem Schaltelement, das zwischen einem negativen Anschluß einer elektrischen DC- Leistungsquelle und jeder der Läuferspulen für die erste Phase, für die zweite Phase und für die dritte Phase angeordnet ist,

einer elektrischen DC-Stromquelle zum Zuflihren von elektrischem Strom zu einer seriellen Verbindungseinheit, die die Läuferspule und das Schaltelement umfaßt,

einer Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Zuflihren von Strom zu den Läuferspulen für die erste Phase, für die zweite Phase und die dritte Phase durch Anschalten entsprechender Schaltelemente, die mit den Läuferspulen für die erste Phase, für die zweite Phase und die dritte Phase verbunden sind, abhängig von den Positions-Detektionssignalen für die erste, die zweite und die dritte Phase um einen Wert der Signalbreite jedes Positions-Detektionssignales, um ein Ausgangs-Drehmoment zu erhalten,

einer ersten elektrischen Schaltung zum Übertragen von in der Läuferspule gespeicherter magnetischer Energie in einen Kondensator, und

eine Unterbrecherschaltung zum Deaktivieren der Läuferspule.

2. Hochgeschwindigkeitsmotor gemäß Anspruch 1,

der ein Dreiphasen-Halbwellen-Reluktanz-DC-Motor mit einem festen Läufer und einem magnetischen Rotor ist, mit:

zwölf Schlitzen, die an der inneren Randfläche des festen Läufers in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, wobei

die Läuferspule für die erste Phase aus einer dem ersten und dem vierten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem siebten und dem zehnten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht,

die Läuferspule für die zweite Phase aus einer dem dritten und dem sechsten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem neunten und dem zwölften Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht,

die Läuferspule für die dritte Phase aus einer dem fünften und dem achten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem elften und dem zweiten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht,

die Positions-Detektionsvorrichtung zur Detektion von Drehpositionen der vorstehenden Pole und zum Erzeugen von Positions-Detektionssignalen für die erste Spule, die eine Breite von 120º aufweisen und in gleichmäßigen Abständen von 240º in Einheiten des elektrischen Winkels voneinander beabstandet sind, von Positions-Detektionssignalen für die zweite Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die erste Phase um 120º verzögert sind, und von Positions-Detektionssignalen für die dritte Phase dient, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale der zweiten Phase um 120º verzögert sind, nur eine erste Diode auf der Seite positiver Spannung jeder Läuferspule in einer Vorwärtsrichtung angeordnet ist,

die elektrische DC-Stromquelle zum Zuflihren von elektrischem Strom zu einer seriellen Verbindungseinheit dient, die aus der ersten Diode, der Läuferspule und dem Umschaltelement besteht,

die erste elektrische Schaltung zum Übertragen der in der Läuferspule gespeicherten magnetischen Energie durch eine zweite Diode in den eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator von einem Verbindungspunkt des Schaltelements und der Läuferspule und zum Halten von ihr dient, um einen Anregungsstrom der Läuferspule schnell zu verringern, wenn das Schaltelement an einem Anschlußende des Positions-Detektionssignals ausgeschaltet wird,

eine zweite elektrische Schaltung zum Entladen von in dem eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator gespeicherter elektrostatischer Energie in die Läuferspule, die als nächstes durch das simultan aktivierte Halbleiterelement aktiviert wird, von einem Verbindungspunkt der ersten Diode und des Läuferspulenelements dient, um schnell einen Anregungsstrom zu dem Zeitpunkt aufzubauen, wenn die Läuferspule abhängig von dem Positions-Detektionssignal aktiviert wird, nachdem der magnetische Rotor sich um einen vorbestimmten Winkel gedreht hat,

eine Detektionsschaltung ein elektrisches Detektionssignal erhält, wenn der Anregungsstrom der Läuferspule einen vorbestimmten Wert überschreitet, und

die Unterbrecherschaltung zum Deaktivieren der Läuferspule abhängig von dem elektrischen Detektionssignal und andererseits zum Aktivieren der Läuferspule dient, nachdem eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist.

3. Dreiphasen-Reluktanz-Hochgeschwindigkeitsmotor gemäß Anspruch 2, weiterhin mit einer dritten elektrischen Schaltung zum Entladen von in der Läuferspule gespeicherter magnetischer Energie in den eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator durch die zweite Diode, wenn die Läuferspule deaktiviert wird, so daß elektrostatische Energie entsprechend der Unterbrecherfrequenz in dem eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator gespeichert wird.

4. Hochgeschwindigkeitsmotor gemäß Anspruch 1,

der ein Zweiphasen-Vollwellen-Reluktanz-DC-Motor mit einem festen Läufer und einem magnetischen Rotor ist, mit:

acht Schlitzen, die an der inneren Randfläche des festen Läufers in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind, wobei

die Läuferspule der ersten Phase aus einer dem ersten und dem dritten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem fünften und dem siebten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht,

die Läuferspule für die zweite Phase aus einer dem zweiten und dem vierten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem sechsten und dem achten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht,

die Läuferspule für die dritte Phase aus einer dem dritten und dem fünften Schlitz zugeordneten Spule und einer dem siebten und dem ersten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht,

die Läuferspule für die vierte Phase aus einer dem vierten und dem sechsten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem achten und dem zweiten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei zwei Spulen der Läuferspule für die vierte Phase in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind,

die Positions-Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Drehpositionen der vorstehenden Pole und zum Erzeugen von Positions-Detektionssignalen für die erste Phase, die eine Breite von 90º aufweisen und in gleichmäßigen Abständen von 360º in Einheiten des elektrischen Winkels voneinander beabstandet sind, von Positions- Detektionssignalen für die zweite Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale der ersten Phase um 90º verzögert sind, von Positions-Detektionssignalen für die dritte Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die zweite Phase um 90º verzögert sind, und von Positions-Detektionssignalen für die vierte Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die dritte Phase um 90º verzögert sind, dient, das nur eine Schaltelement zwischen einem negativen Anschluß der elektrischen DC- Stromquelle und jeder der Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase angeordnet ist,

nur eine erste Diode auf der Seite positiver Spannung jeder Läuferspule in einer Vorwärtsrichtung angeordnet ist,

die elektrische DC-Stromquelle elektrischen Strom einer seriellen Verbindungseinheit zuführt, die aus der ersten Diode, der Läuferspule und dem Schaltelement besteht,

die Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Zuführen von Strom zu den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase durch Anschalten entsprechender Schaltelemente, die mit den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase verbunden sind, abhängig von den Positions-Detektionssignalen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase um den Wert der Signalbreite jedes Positions- Detektionssignales dient, um ein maximales Ausgangs-Drehmoment zu erhalten,

die erste elektrische Schaltung zum Übertragen der in der Läuferspule gespeicherten magnetischen Energie durch eine zweite Diode in den eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator von einem Verbindungspunkt des Schaltelementes und der Läuferspule und zum Halten von ihr dient, um einen Anregungsstrom der Läuferspule schnell zu verringern, wenn das Schaltelement an einem Anschlußende des Positions-Detektionssignales ausgeschaltet wird,

eine zweite elektrische Schaltung zum Entladen von in dem eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator gespeicherter elektrostatischer Energie in die Läuferspule, die durch das simultan aktivierte Halbleiterelement als nächstes aktiviert wird, von einem Verbindungspunkt der ersten Diode und dem Läuferspulenelement dient, um schnell einen Anregungsstrom zu dem Zeitpunkt aufzubauen, wenn die Läuferspule abhängig von dem Positions-Detektionssignal aktiviert wird, nachdem der magnetische Rotor sich um einen vorbestimmten Winkel gedreht hat,

die Unterbrecherschaltung zum Deaktivieren der Läuferspule abhängig von dem elektrischen Detektionssignal und andererseits zum Aktivieren der Läuferspule nach einer vorbestimmten Zeit dient.

5. Zweiphasen-Reluktanz-Hochgeschwindigkeitsmotor gemäß Anspruch 4, weiterhin mit einer dritten elektrischen Schaltung zum Entladen von in der Läuferspule gespeicherter magnetischer Energie in den eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator durch die zweite Diode, wenn die Läuferspule deaktiviert wird, so daß eine der Unterbrecherfrequenz entsprechende elektrostatische Energie in dem eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator gespeichert wird.

6. Hochgeschwindigkeitsmotor gemäß Anspruch 1,

die Läuferspule für die erste Phase aus einer dem ersten und dem dritten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem fünften und dem siebten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei die zwei Spulen in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind, die Läuferspule für die zweite Phase aus einer dem zweiten und dem vierten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem sechsten und dem achten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei diese zwei Spulen in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind, die Läuferspule für die dritte Phase aus einer dem dritten und dem fünften Schlitz zugeordneten Spule und einer dem siebten und dem ersten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei diese zwei Spulen in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind, die Läuferspule für die vierte Phase aus einer dem vierten und dem sechsten Schlitz zugeordneten Spule und einer dem achten und dem zweiten Schlitz zugeordneten weiteren Spule besteht, wobei diese zwei Spulen in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind, die Positions-Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Drehpositionen der vorstehenden Pole und zum Erzeugen von Positions-Detektionssignalen für die erste Phase, die eine Breite von 90º aufweisen und in gleichmäßigen Abständen von 360º Verzögerung in Einheiten des elektrischen Winkels voneinander beabstandet sind, von Positions-Detektionssignalen der zweiten Phase, die in Bezug auf die Positions- Detektionssignale der ersten Phase um 90º verzögert sind, von Positions-Detektionssignalen für die dritte Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale der zweiten Phase um 90º verzögert sind, und von Positions-Detektionssignalen der vierten Phase dient, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale der dritten Phase um 90º verzögert sind,

die Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Zuführen von Strom zu den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase durch Anschalten entsprechender Schaltelemente, die mit den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase verbunden sind, abhängig von den Positions-Detektionssignalen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase um den Wert der Signalbreite von jedem Positions- Detektionssignal von einem vorderen Ende eines Abschnittes zur Erzeugung eines positiven Drehmoments dient, um ein Ausgangs-Drehmoment zu erhalten,

das nur eine Schaltelement zwischen einem negativen Anschluß der elektrischen DC- Energiequelle und jeder der Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase angeordnet ist,

eine erste Gruppe von Dioden vorgesehen ist, wobei jede der ersten Gruppe von Diode invers mit einer seriellen Verbindungseinheit verbunden ist, die aus einer der Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte und die vierte Phase besteht und einem der Schaltelemente entspricht,

die erste elektrische Schaltung zum Übertragen von in der Läuferspule gespeicherter magnetischer Energie in den Kondensator durch eine zweite Gruppe von Dioden und die erste Gruppe von Dioden dient, wobei jede der zweiten Gruppe von Dioden mit einem Verbindungspunkt des Schaltelementes und der Läuferspule verbunden ist,

eine zweite elektrische Schaltung, die zwischen einer positiven Seite des Kondensators und einem positiven Anschluß der elektrischen Stromquelle angeordnet ist und zum Vergleichen und Abgleichen einer Spannung des Kondensators und einer Spannung der elektrischen Stromquelle dient, und

die Unterbrecherschaltung zum Unterdrücken von Anregungsstrom der Läuferspule dient, um kein Ausbrennen der Läuferspule hervorzurufen.

7. Reluktanz-Hochgeschwindigkeitsmotor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

der Rotor ein säulenförmiger magnetischer Rotor ist, der aus laminierten Silizium-Stahl- Scheiben besteht,

eine Drehwelle an einer Mittelachse des magnetischen Rotors befestigt ist,

Lager zum Tragen beider Enden der Drehwelle vorgesehen sind, so daß die Drehwelle rotieren kann,

ein erster und zweiter vorstehender Rotorpol eine Breite von 90º aufweisen und in gleichmäßigen Abständen von 90º voneinander beabstandet sind,

der feste Läufer eine zylindrische Form aufweist und aus laminierten Silizium-Stahl- Scheiben besteht, wobei die Schlitze zwei- oder dreiphasigen Läuferspulen zugeordnet sind,

eine Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Luftspaltes zwischen einer außeren Randfläche des ersten und des zweiten vorstehenden Poles und der inneren Randfläche des festen Läufers vorgesehen ist, wobei der Luftspalt zwischen der äußeren Randfläche des ersten vorstehenden Poles und der inneren Randfläche des festen Läufers kleiner als zwischen der äußeren Randfläche des zweiten vorstehenden Poles und der inneren Randfläche des festen Läufers ist, und ein Gegengewicht an dem Rotor in der Nähe des zweiten vorstehenden Poles befestigt ist, um das Rotationsgleichgewicht des Rotors aufrechtzuerhalten.

8. Dreiphasen-Reluktanz-DC-Motor mit einem festen Läufer und einem magnetischen Rotor ihit:

n (n: positive ganzzahlige Zahl größer oder gleich 2) vorstehenden Pole der gleichen Breite, die an einer äußeren Randfläche des magnetischen Rotors angeordnet und in gleichmäßigen Abständen um den gleichen Winkel voneinander beabstandet sind,

6n Schlitzen, die an einer inneren Randfläche des festen Läufers in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind,

Läuferspulen für eine erste, eine zweite und eine dritte Phase, die den Schlitzen zugeordnet und dergestalt angeordnet sind, daß sie eine Phasendifferenz von 120º in Bezug auf den elektrischen Winkel voneinander haben,

eine Positions-Detektionsvorrichtung zum Detektieren von Drehpositionen der vorspringenden Pole und zum Erzeugen von Positions-Detektionssignalen für die erste Phase, die eine Breite von 120º aufweisen und in gleichmäßigen Abständen von 240º in Einheiten des elektrischen Winkels voneinander beabstandet sind, von Positions- Detektionssignalen für die zweite Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale der ersten Phase um 120º verzögert sind, und von Positions-Detektionssignalen für die dritte Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die zweite Phase um 120º verzögert sind,

Halbleiter-Schaltelementen, die in Reihe mit den Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase verbunden sind,

einer elektrischen DC-Stromquelle, die elektrischen Strom zu den Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase und zu den Halbleiter-Schaltelementen zuführt, die in Reihe mit den Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase verbunden sind,

einer Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Zuführen von Strom zu den Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase durch Einschalten entsprechender Halbleiter- Schaltelemente, die mit den Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase verbunden sind, abhängig von den Positions-Detektionssignalen für die erste, die zweite und die dritte Phase um den Wert einer Signalbreite jedes Positions-Detektionssignales,

einer ersten elektrischen Schaltung zum Übertragen von in einer Läuferspule gespeicherter magnetischer Energie durch eine Diode in einen eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator von einem Verbindungspunkt des Halbleiter-Schaltelementes und zum Halten von ihr, um einen Anregungsstrom der Läuferspule schnell zu verringern, wenn das Halbleiter-Schaltelement an einem Anschlußende des Positions-Detektionssignales ausgeschaltet wird,

einer zweiten elektrischen Schaltung zum Entladen von in dem eine geringe Kapazität aufweisenden Kondensator gespeicherter elektrostatischer Energie in die Läuferspule, die zum schnellen Aufbauen eines Anregungsstromes als nächstes zu einem Zeitpunkt aktiviert wird, wenn die Läuferspule abhängig von dem Positions-Detektionssignal aktiviert wird, nachdem der magnetische Rotor sich um einen vorbestimmten Winkel gedreht hat,

eine Läuferstrom-Detektionsschaltung zum Detektieren von Läuferströmen der Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase, um detektierte Signale zu erhalten, und

eine Unterbrecherschaltung zum Deaktivieren der Halbleiter-Schaltelemente abhängig von den Detektionssignalen, wenn Läuferströme den vorbestimmten Wert überschreiten, während die Halbleiter-Schaltelemente aktiviert werden, um die Läuferströme auf dem vorbestimmten Wert zu halten, wenn die Ströme infolge der Entladung der magnetischen Energie in den Läuferspulen sinken.

9. Dreiphasen-Reluktanz-Motor gemäß Anspruch 8, wobei der Luftspalt zwischen einer außeren Randfläche von einem oder mehreren vorstehenden Polen, die auf einer Seite des Rotors angeordnet sind, und der inneren Randfläche des festen Läufers kleiner oder größer als der Luftspalt zwischen einer äußeren Randfläche von einem oder mehreren vorstehenden Polen, die auf der anderen Seite des Rotors angeordnet sind, und der inneren Randfläche des festen Läufers gewählt wird.

10. Dreiphasen-Reluktanz-Motor gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei Läuferspulen, die einem oder mehreren vorstehenden Polen zugeordnet sind, die auf einer Seite des Rotors angeordnet sind, mehr oder weniger Ampere-Wicklungen als Läuferspulen aufweisen, die einem oder mehreren Polen zugeordnet sind, die an der anderen Seite des Rotors angeordnet sind.

11. Motor gemäß Anspruch 8, 9 oder 10,

der ein Dreiphasen-Vollwellen-Reluktanz-DC-Motor ist, weiterhin mit:

n (n: positive ganze Zahl größer oder gleich 2) zweite vorstehende Pole, die die gleiche Breite aufweisen, an der äußeren Randfläche des magnetischen Rotors an einer den ersten vorstehenden Polen gegenüberliegenden Seite von ihm angeordnet und in gleichmäßigen Abständen um den gleichen Winkel voneinander beabstandet sind,

einem zweiten festen Läufer mit im wesentlichen dem gleichen Aufbau wie der erste feste Läufer, wobei Schlitze des zweiten festen Läufers Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase zugeordnet sind,

einer Einrichtung zum Anordnen der Schlitze des ersten festen Läufers und der ersten vorstehenden Pole in einer sich gegenüberliegenden Position durch deren Verschieben um einen elektrischen Winkel von 180º von einer gegenüberliegenden Position der Schlitze des zweiten festen Läufers und der zweiten vorstehenden Pole,

wobei die Positions-Detektionsvorrichtung weiterhin Positions-Detektionssignale für die erste Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die erste Phase um 180º verzögert sind, Positions-Detektionssignale für die zweite Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die zweite Phase um 180º verzögert sind und Positions- Detektionssignale für die dritte Phase, die in Bezug auf die Positions-Detektionssignale für die zweite Phase um 180º verzögert sind, dient,

wobei die elektrische DC-Stromquelle zum Zuführen von elektrischem Strom zu allen Läuferspulen und den Halbleiter-Schaltelementen dient, die in Reihe mit den Läuferspulen verbunden sind,

die Stromversorgungs-Steuerschaltung zum Zuführen von Strom zu den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte, die erste, die zweite und die dritte Phase durch Anschalten entsprechender Halbleiter-Schaltelemente, die in Reihe mit den Läuferspulen für die erste, die zweite, die dritte, die erste, die zweite und die dritte Phase verbunden sind, abhängig von den Positions-Detektionssignalen für die erste, die zweite, die dritte, die erste, die zweite und die dritte Phase um den Wert der Signaibreite jedes Positions-Detektionssignales dient, und

einer zweiten Unterbrecherschaltung mit im wesentlichen dem gleichen Aufbau wie die erste Unterbrecherschaltung, um einen Läuferstromes der Läuferspulen für die erste, die zweite und die dritte Phase auf einem bestimmten Wert zu halten.