BE1022795A1

BE1022795A1 - Geschakelde reluctantie motor en werkwijze daarvoor

Info

Publication number: BE1022795A1
Application number: BE20150058A
Authority: BE
Inventors: Saphir Elias Faid; Fabrice Boon
Original assignee: Punch Powertrain Nv
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-09-07
Also published as: EP3245731A1; JP2018503352A; BE1022795A9; WO2016113398A1; CN107438945A; KR20170122735A; US20180006592A1; BE1022795B1

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een geschakelde reluctantiemotor omvattende een stator en een rotor die roteerbaar is ten opzichte van de stator. De stator omvat verscheidene rondom gelegen statorpolen, waarbij de statorpolen de kernen v an de spoelen vormen. De rotor omvat verscheidene contrapolen voor het interacteren met de statorpolen voor het uitoefenen van een reluctantiekoppel op de rotor. De motor omvat fase-ingangen voor het ontvangen van een bekrachtigingssignaal voor het bekrachtigen van een of meer fasetrappen. Elke stator spoel is behorend bij een fasetrap, zodang dat elke fasetrap ten minste twee spoelen omvat. Elke fasetrap omvat een schakeltrap omvattende een schakelinrichting omvattende schakelaars voor het selectief schakelen van de spoelen v an de fasetrap in één van een parallelle, seriële, of een parallel-seriële elektrische configuratie.

Description

Geschakelde reluctantie motor en werkwijze daarvoor

Gebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding is gericht op een geschakelde reluctantie motor, omvattende een stator en een rotor, waarbij de rotor roteerbaar is relatief ten opzichte van de stator, waarin de stator een veelheid spoelen en stator polen omvat gelegen rondom de rotor, waarbij de stator polen de kernen van de spoelen vormen, en waarin de rotor een veelheid contrapolen omvat voor het interacteren met de stator polen van de stator voor het uitoefenen van een reluctantie koppel op de rotor, waarin de motor één of meer fase-ingangen omvat voor het ontvangen van een bekrachtigingssignaal voor het bekrachtigen van een respectievelijke fasetrap van één of meer fasetrappen van de motor. De uitvinding is verder gericht op een apparaat omvattende een geschakelde reluctantie motor, een voertuig, en een werkwijze voor het doen laten werken van een geschakelde reluctantie motor.

Achtergrond

Een geschakelde reluctantie motor ((switched reluctance) SR motor) is een type elektrische motor die aangedreven wordt door een reluctantie koppel op een rotor die roteerbaar is op gesteld ten opzichte van een stator. In een SR motor zijn spoelen voor het voortbrengen van het benodigde magnetische veld vervat op de stator. Een aantal uitstekende statorpolen, welke uitsteken ten opzichte van de omtrek van de stator in de richting van de rotor, vormen de kernen van de spoelen. De rotor omvat een veelheid passieve uitstekende contrapolen, welke contrapolen uitsteken in de richting van de stator. Dus de statorpolen op de stator en de contrapolen op de rotor kunnen typisch zijn gevormd als uitstekende structuur op de periferie van de stator en rotor, waarbij de statorpolen zich uitstrekken in de richting van de rotor en de rotorpolen zich uitstrekken in de richting van de stator. Zoals zal worden begrepen kan de stator concentrisch zijn gelegen rondom de rotor of vice versa.

De contrapolen welke gebruikehjk zijn gelegen rondom de periferie van de rotor in een vlak loodrecht op de as van rotatie, ontvangen het magnetische veld verschaft door de statorpolen. Typisch wijkt het aantal contrapolen af van het aantal statorpolen, zodanig dat op elke positie van de rotor relatief ten opzichte van de stator ten minste sommige van de contrapolen niet zijn uitgelijnd relatief ten opzichte van hun meest nabije statorpolen op de stator.

Een koppel wordt voortgebracht wanneer een contrapool niet is uitgelijnd met een statorpool van een bekrachtigde spoel op de stator; dat wil zeggen dat de contrapool momentair een angulaire verschuiving heeft relatief ten opzichte van de bekrachtigde spoel. Voor het bewerkstelligen van de meest gunstige energetische situatie van minimale potentiële energie, dit is de situatie waarbij de statorpolen van de bekrachtigde spoel en de respectievelijke contrapolen perfect zijn uitgelijnd zodat de magnetische reluctantie is geminimaliseerd, wordt een magnetische kracht uitgeoefend op de contrapool die deze in de richting van de statorpool trekt -voor het daarbij induceren van het gewenste koppel.

Om het voortbrengen van een koppel op de rotor te continueren kunnen spoelen sequentieel of in groepen worden bekrachtigd zodanig dat telkens een of meer spoelen worden bekrachtigd waarvan de statorpolen enigszins angulair zijn verschoven relatief ten opzichte van de meest nabije contrapolen op de rotor. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt in een multifase opstelling, waarin de spoelen worden bekrachtigd door deze sequentieel te activeren.

Met voordeel, in een SR motor, elimineert de afwezigheid van spoel win dingen op de rotor het gebruik van sleepcontacten die gevoelig zijn voor slijtage. De enige geïnduceerde warmte in de rotor wordt veroorzaakt door wrijvingsverliezen en ijzerverliezen; er treden geen koperverliezen op zoals bij een inductiemotor, zodat minder koeling vereist is. In vergelijking met een inductiemotor heeft een SR motor een eenvoudig ontwerp zonder inductie windingen op de rotor. In vergelijking met permanente magneet motoren is een belangrijk voordeel eenvoudig de afwezigheid van permanente magneten in de SR motor. In het bijzonder vormen kosten en beschikbaarheidsaangelegenheden met betrekking tot de beperkte reserves van zeldzame aardmagneten, een beperkende factor voor het toepassen van permanente magneetmotoren in een scenario van wereldwijde elektrificatie van mobiliteit. Voorts lijden permanente magneten aan demagnetisatie veroorzaakt door warmte en excessieve magneetvelden.

Een bekende complexiteit in het ontwerp van SR motoren is dat afhankelijk van de rotationele snelheid van de rotor, verschillende ontwerpcriteria en vereisten kunnen bestaan ten aanzien van de hoeveelheid koppel dat gewenst is. Het maximum koppel van SR motoren wordt op natuurlijke wijze beperkt door de beschikbare spanning en de maximum toegestane fase stroom. Bij relatief lage snelheden word het koppel beperkt door de maximum toegestane fase stroom; bij hogere snelheden door de toenemende contra-elektromotorische kracht (‘back-EMF’) en afnemende commutatietijd, kan de maximale fase stroom niet langer worden opgelegd in een fase. De maximale fasestroom en dus het koppel nemen geleidelijk af naarmate de snelheid toeneemt. Het vergroten van het maximum haalbare koppel, dezelfde spanning en maximale fasestroom beperkingen in aanmerking nemende, is een gewenste eigenschap.

Samenvatting van de uitvinding

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om een geschakelde reluctantie motor te verschaffen die werkzaam is met variabele snelheid, en die schakelbaar is in verschillende koppel overdrachtstoestanden voor het aanpassen van het motorgedrag afhankelijk van werkingscondities.

Hiertoe wordt er hierbij een geschakelde reluctantiemotor verschaft, omvattende een stator en een rotor, waarbij de rotor roteerbaar is ten opzichte van de stator, waarin de stator een veelheid spoelen en statorpolen omvat gelegen rondom de rotor, waarbij de statorpolen de kernen van de spoelen vormen, en waarin de rotor een veelheid contrapolen omvat voor het interacteren met de statorpolen van de stator voor het uitoefenen van een reluctantiekoppel van de rotor, waarin de motor een of meer fase-ingangen omvat voor het ontvangen van een bekrachtigingssignaal voor het bekrachtigen van een respectievelijke fase trap van een of meer fase trappen van de motor, waarin elke spoel van de veelheid spoelen van de stator behorend is bij een van de fase trappen van de motor zodanig dat elke fase trap ten minste twee van de spoelen omvat, en waarin elke fase trap een schakelingstrap omvat inclusief een schakel inrichting omvattende een veelheid schakelaars voor het selectief schakelen van de spoelen behorende bij elke fase trap in één van een parallelle, een seriële, of een serieel parallelle elektrische configuratie.

In de geschakelde reluctantiemotor van de onderhavige uitvinding zijn de spoelen van elke fase trap van de motor schakelbaar in één van een seriële, parallelle of serieel parallelle configuratie. Het schakelen van de spoelen in de verschillende configuraties op deze wijze beïnvloedt rechtstreeks het gedrag van de motor bij verschillende rotationele snelheden van de rotor. Wanneer bijvoorbeeld alle spoelen in een fase trap zijn verbonden in serie wordt de volledige stroom van een aangelegde gelijkstroom (bijvoorbeeld als bekrachtigingssignaal) voor die fase trap door elk van de spoelen gestuurd. Daarom worden in deze spoelen sterke magneetvelden voortgebracht welke leiden tot een groot geïnduceerd koppel. Echter bij grotere rotationele snelheden van de rotor neemt het koppel snel af als gevolg van een grotere contra-elektromotorische kracht die het gevolg is van een vergrote variatie in de magnetische velden door de relatieve beweging tussen de statorpolen en de contrapolen (back-EMF) en kortere commutatieperioden. Kortere commutatieperioden door de grotere rotationele snelheid resulteren in minder tijd die beschikbaar is voor de stroom om op te bouwen. Anderzijds, in een parallelle configuratie van de spoelen zal de stroom worden verdeeld over de spoelen. Dus de lagere stroom door de spoelen zal een kleinere hoeveelheid geïnduceerd koppel leveren. Echter het geleverde koppel kan beter worden aangehouden bij grotere rotationele snelheden. Dit komt omdat de kleinere contraelektromotorische kracht gecombineerd met de lagere fase-inductantie het beter mogelijk maken om stroom tijdens werking op te leggen. De serieel parallelle configuratie omvat zowel spoelen die in serie zijn geschakeld alsmede parallel geschakelde takken van spoelen. Deze configuratie kan een brug vormen tussen de seriële en de parallelle configuratie.

Door het mogelijk maken van schakelen van elektrische configuratie van fase trappen afhankelijk van de snelheid van de rotor, kan meer koppel worden geïnduceerd bij lagere snelheden terwijl nog steeds een voldoende hoeveelheid koppel kan worden aangehouden bij hogere snelheden voor gegeven fase stroom en spanningsbeperkingen. De elektrische configuratie wordt geschakeld teneinde de optimale hoeveelheid koppel te verschaffen afhankelijk van de snelheid. Als gevolg daarvan, in vergelijking met een conventionele vaste configuratie van spoelen, kan dezelfde hoeveelheid koppel bij lage snelheden worden verkregen met kleinere fasen stromen, terwijl de vereiste hoeveelheid koppel kan worden aangehouden bij groteren snelheden. De motor kan dus eenzelfde hoeveelheid koppel leveren bij een kleinere fase stroom, of in geval de maximum toegestane fase stroom gelijk blijft kan het meer koppel leveren bij hetzelfde fase stroom in vergelijking met een conventionele situatie. Bovendien, afhankelijk van de snelheid van de rotor en de hoeveelheid koppel gewenst bij een gegeven snelheid, kan dit verkregen worden via meer dan een van de beschikbare elektrische configuraties. Dit zorgt voor een additionele vrijheidsgraad tijdens het gebruik. In dergelijke gevallen kan de elektrische configuratie bijvoorbeeld zodanig worden gekozen dat de motor de kleinste hoeveelheid geluid produceert, of dat het efficiënter is, of voor het optimaliseren van ander gedrag van de motor.

Het, afhankelijk van de werkingscondities (zoals hoorbaar motorgeluid, efficiëntie of rotorsnelheid), schakelen in verschillende elektrische configuraties kan worden gebruikt op een soortgelijke wijze als het schakelen in verschillende versnellingen in een voertuig met een conventionele verbrandingsmotor. Daarom zal hierna, in overeenstemming met deze analogie, soms worden gerefereerd aan Versnellingen’ of het schakelen in zulke versnellingen. Wanneer deze terminologie wordt gebruikt verwijzen de begrippen Versnelling’ of Versnellingen’ overeenkomstig deze analogie naar het schakelen van de elektrische configuraties overeenkomstig de onderhavige uitvinding.

Zoals zal worden begrepen kan de serieel parallelle configuratie op een andere wijze worden uitgevoerd afhankelijk van de specifieke eigenschappen van de motor. Bijvoorbeeld in een fase trap omvattende vier spoelen kan de serieel parallelle configuratie bestaan uit twee spoelparen in een parallelle configuratie waarin de spoelen van elk paar in serie zijn geschakeld. Echter, in een fase trap omvattende zes spoelen kunnen twee groepen van drie spoelen parallel zijn geschakeld waarbij de spoelen in elke groep in serie zijn geschakeld. Alternatief kunnen in een fase trap bestaande uit zes spoelen, drie spoelparen zijn geschakeld in een parallelle configuratie met de spoelen in elk paar in serie geschakeld. De beide uitvoeringsvormen van de fase trappen met zes spoelen die hierboven als voorbeeld zijn gegeven zullen ander gedrag vertonen in een koppel-snelheidsdiagram: de versie met de meeste spoelen in serie zal meer koppel leveren bij lagere snelheden, en de versie met de meeste parallelle groepen (of paren) zal meer koppel leveren bij hogere snelheden. Zoals zal worden begrepen kunnen zelfs nog meer configuraties worden voortgebracht met meer spoelen per fase trap, hetgeen het creëren van meer versnelhngen in het transmissie systeem mogelijk maakt. Overeenkomstig een uitvoeringsvorm (overeenstemmend met de bovenstaande exemplarische serieel parallelle configuraties) omvat in de serie parallelle elektrische configuratie de fase trap ten minste drie spoelen, waarin ten minste twee spoelen van de fase trap elektrisch worden gebruikt in een serie configuratie ten opzichte van elkaar, en waarin ten minste twee van de spoelen van de fase trap elektrisch worden gebruikt in een parallelle configuratie ten opzichte van elkaar. Het aantal spoelen, statorpolen of contrapolen is niet op enige wijze beperkt, en kan afhankelijk van de vereisten en behoeften voor een specifieke toepassing worden gekozen. Zoals zal worden begrepen kan, indien slechts een parallelle en een seriële modus beschikbaar dient te zijn, deze worden verkregen door toepassing van ten minste twee spoelen. Voor de serieel parallelle modus zijn ten minste drie spoelen vereist. Uiteraard kan elk aantal spoelen worden toegepast.

Voorts, in een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat de geschakelde reluctantiemotor verder een controller, waarin de controller is ingericht voor het verkrijgen van data die indicatief is voor een werkingsconditie van de motor en voor het bedienen van de schakelaars van elke fase trap afhankelijk van de werkingsconditie van de motor; waarin de data die indicatief is voor de werkingsconditie van de motor wordt verkregen door ten minste een van een groep omvattende: een sensoreenheid welke een sensorsignaal verschaft; de controller of een additionele beheereenheid welke is ingericht voor het verschaffen van de data op basis van een berekening.

De geschakelde reluctantiemotor kan bijvoorbeeld een sensor eenheid en een controller omvatten, waarin de sensoreenheid is ingericht voor het verschaffen van een sensorsignaal aan de controller, waarbij het sensorsignaal indicatief is voor de rotationele snelheid van de rotor. De

Controller kan zijn in ge richt voor het bedienen van de schakelaars van elke fase trap afhankelijk van het sensorsignaal. Deze uitvoeringsvorm verschaft een automatisch transmissiesysteem die een versnelling automatisch wijzigt afhankelijk van de snelheid van de rotor. Zoals zal worden begrepen kan het schakelen alternatief handmatig worden geïmplementeerd waardoor de bediener (of bestuurder in een voertuig) dient te beslissen wanneer de versnelling moet worden geschakeld. Echter, hoewel werkbaar, maakt het automatisch schakelen op basis van het sensorsignaal indicatief voor de rotationele snelheid het mogelijk om te schakelen op een optimaal moment in de tijd, hetgeen de algehele optimalisatie van de belang zijnde parameters verbeterd.

Het dient te worden begrepen dat het geen vereiste is dat het schakelen wordt uitgevoerd op basis van snelheid. Andere operationele parameters van de motor kunnen worden gebruikt voor het schakelen, zoals echter niet beperkt tot, het geleverde koppel, efficiency, of motor (geluid).

Ook is de hierboven beschreven sensoreenheid geen expliciet vereiste, aangezien in vele uitvoeringsvormen het mogelijk is om de gewenste operationele parameters te berekenen uit informatie die reeds beschikbaar is voor (of beschikbaar gemaakt wordt voor) de controller. De controller zal bijvoorbeeld de rotor snelheid of het geleverde koppel kunnen berekenen op basis van een vermogensverbruik (bijvoorbeeld afhankelijk van de huidige gebruikte configuratie (parallel, serieel, serieel parallel)). Elk van deze uitvoeringsvormen kan worden gebruikt voor het sturen van het schakelen en bevinden zich binnen de beschermingsomvang van de geclaimde uitvinding.

Overeenkomstig een uitvoeringsvorm is de controller ingericht voor het schakelen van de spoelen van elke fase trap voor het bedienen van de fase trap in de seriële configuratie van de spoelen wanneer het sensorsignaal aangeeft dat een snelheid kleiner is dan een eerste grenswaarde. Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm is de controller ingericht voor het schakelen van de spoelen van elke fase trap voor het bedienen van de fase trap in een parallelle configuratie van de spoelen wanneer het sensorsignaal een snelheid aangeeft die groter is dan een tweede grenswaarde. In principe, in overeenstemming met sommige uitvoeringsvormen, kunnen de eerste en de tweede grenswaarde gelijk aan elkaar zijn- hetgeen in feite een rechtstreekse overgang van de seriële configuratie naar de parallelle configuratie verschaft zonder dat daar iets tussen zit. Deze uitvoeringsvorm kan bijvoorbeeld de serieel parallelle configuratie van de spoelen ontberen, hetgeen resulteert in slechts twee versnellingen (lage snelheid/hoge snelheid).

In overeenstemming met nog een andere uitvoeringsvorm is de tweede grenswaarde groter dan of gelijk aan de eerste grenswaarde; en is de controller ingericht voor het schakelen van de spoelen van elke fase trap voor het bedienen van de fase trap in een serieel parallelle configuratie van de spoelen wanneer het sensorsignaal een snelheid aangeeft gelegen tussen de eerste en tweede grenswaarde, wanneer de tweede grenswaarde groter is dan de eerste grenswaarde. In deze uitvoeringsvorm, waarin de eerste en de tweede grenswaarde niet gelijk aan elkaar zijn, verschaft de serieel parallelle configuratie een tussengelegen versnelling voor tussengelegen snelheden.

In zelfs nog andere uitvoeringsvormen is de controller ingericht voor het schakelen van de spoelen van elke fase trap voor het schakelen van een eerste van de elektrische configuraties naar een tweede van de elektrische configuraties afhankelijk van een richting van verandering van de operationele conditie van de motor, waarin bij een afname van de waarde van de operationele conditie de schakeling wordt uitgevoerd wanneer de gegevens aangeven dat de operationele conditie een waarde heeft die kleiner is dan een derde grenswaarde, en bij een toename van de waarde van de operationele conditie het schakelen wordt uitgevoerd wanneer de data aangeeft dat de operationele conditie een waarde heeft die groter is dan een vierde grenswaarde; waarbij de vierde grenswaarde groter is dan de derde grenswaarde.

In deze uitvoeringsvorm kan de controller bijvoorbeeld zijn ingericht voor het bedienen van de spoelen van elke fase trap in een seriële configuratie wanneer bijvoorbeeld de snelheid (of andere operationele conditie die geëvalueerd wordt) kleiner is dan de vierde grenswaarde terwijl de snelheid toeneemt. Bij het overschrijden van de vierde grenswaarde worden de spoelen van de fase trap geschakeld in de serieel parallelle configuratie. Echter bij afname van de snelheid zal het terugschakelen voor het bedienen van de fase trap wederom in een seriële configuratie worden uitgevoerd wanneer de snelheid beneden een derde grenswaarde (kleiner dan de vierde grenswaarde) komt. Dit voorkomt dat een herhaald schakelen tussen twee elektrische configuraties wordt uitgevoerd wanneer de snelheid min of meer wordt gehouden op of rond een bepaalde gemiddelde snelheid. In plaats van snelheid kan elke andere operationele conditie worden gebruikt voor het schakelen.

De uitvinding is niet beperkt tot twee of drie versnellingen voor twee of drie snelheidsgebieden; afhankelijk van het aantal spoelen in elke fase trap kunnen verschillende implementaties van parallel seriële modi worden verkregen door het toepassen van geschikte schakelconfiguraties met schakelaars. Dit kan meer dan drie versnellingen opleveren voor verschillende snelheidsgebieden, waaraan hierboven exemplarisch is gerefereerd voor een fase trap met zes spoelen.

Overeenkomstig een uitvoeringsvorm omvattende schakelaars ten minste een element uit een groep omvattende mechanische schakelaars, elektrische schakelaars, elektromechanische schakelaars, halfgeleidertype schakelaars zoals transistortype schakelaars. Mechanische schakelaars verschaffen een meer kosteneffectieve oplossing terwijl deze automatisch kunnen worden bediend door een controller. Elektrische of halfgeleidertype schakelaars kunnen het zeer snel schakelen mogelijk maken, hetgeen op zijn beurt het schakelen van de elektrische configuratie van de spoelen van een fase trap mogelijk maakt gedurende een tijdsperiode binnen elke cyclus waarin deze fase zich in een inactieve toestand bevindt en een of meer andere fases zich in een actieve toestand bevinden. Mechanische schakelaars verschaffen het voordeel dat deze goedkoop zijn, hoewel ze in het algemeen geen schakelmethode opleveren die snel genoeg is om te worden uitgevoerd gedurende een inactieve toestand van een fase trap binnen een enkele cyclus. In plaats daarvan kan het met langzamere schakelaars nodig zijn om de fase trap te inactiveren voor een of meer opeenvolgende cycli om de schakeling voor die fase trap te kunnen uitvoeren. Andere fase trappen kunnen op soortgelijke wijze worden geïnactiveerd om het schakelen, of wel simultaan of opeenvolgend mogelijk te maken. Deze laatste mogehjkheid (dat wil zeggen het opeenvolgend schakelen) verschaft het voordeel dat het geleverde koppel niet volledig wordt onderbroken wanneer de elektrische configuratie wordt gewijzigd.

Het aantal fase trappen en het aantal spoelen alsmede het ontwerp van de spoelen (bijvoorbeeld het aantal windingen, de specifieke eigenschappen van de spoel, etc.) kunnen variëren afhankelijk van het ontwerp en de toepassing van de SR motor. Overeenkomstig bijvoorbeeld een uitvoeringsvorm die kan worden gebruikt voor een elektrisch voertuig, omvat de stator 16 van de genoemde spoelen die zijn opgenomen in vier fasen trappen zodanig dat elke fase trap vier spoelen omvat. Deze spoelen kunnen in een seriële configuratie door middel van geschikt schakelen een seriële configuratie van vier spoelen opleveren. In een parallelle configuratie kunnen de vier spoelen per trap parallel zijn geschakeld en in de serieel parallelle modus zijn twee spoelparen parallel met elkaar verbonden, waarbij de spoelen in de paren in serie staan.

In een uitvoeringsvorm wordt er een apparaat verschaft omvattende een geschakelde reluctantiemotor zoals hierboven beschreven.

In een verdere uitvoeringsvorm wordt er een voertuig verschaft omvattende een geschakelde reluctantiemotor zoals hierboven beschreven.

Overeenkomstig een tweede aspect hiervan verschaft de uitvinding een werkwijze voor het doen laten werken van een geschakelde reluctantiemotor, de motor omvattende een stator en een rotor, waarbij de rotor roteerbaar is relatief ten opzichte van de stator, waarin de stator een veelheid spoelen en stator polen omvat die gelegen zijn rondom de rotor, waarbij de stator polen de kernen van de spoelen vormen, en waarin de rotor een veelheid contrapolen omvat voor het inter acteren met de statorpolen van de stator voor het uitoefenen van een reluctantiekoppel op de motor, waarin de motor een of meer fasen ingangen en een of meer fase trappen omvat, waarbij elke fase-ingang is verbonden met een respectievelijke fase trap, waarin elke spoel van een veelheid spoelen van de stator behorend is bij een van de fase trappen van de motor zodanig dat elke fase trap ten minste twee van de spoelen omvat, de werkwijze omvattende: het ontvangen, door ten minste een van de fase-ingangen, van een bekrachtigingssignaal voor het bekrachtigen van de respectievelijke fase trap, en het toepassen van het bekrachtigingssignaal op de fase trap voor het bekrachtigen van de rotor via de statorpolen van de fase trap; het bedienen, gedurende het bekrachtigen van de rotor, van een schakelinrichting van elke fase trap omvattende een veelheid schakelaars, voor het selectief schakelen van de spoelen behorend bij elke schakeltrap in één van een parallelle, seriële of serieel parallelle elektrische configuratie.

In een uitvoeringsvorm daarvan omvat de werkwijze verder het verkrijgen, met behulp van een sensoreenheid, een sensorsignaal dat indicatief is voor een operationele conditie van de motor, en het verschaffen van het sensorsignaal van de controller; het bedienen, door de controller, van de schakelaars van elke fase trap afhankelijk van het sensorsignaal. De operationele conditie waarvoor het sensorsignaal indicatief is kan ten minste een element omvatten uit een groep omvattende: een rotationele snelheid van de rotor, een uitgangsvermogen vereiste van de motor, geluid of geluidsvolume geproduceerd door de motor, efficiency van een invoervermogen aangeboden aan de motor ten opzichte van het uitgangsvermogen geleverd door de motor. Hoewel in de onderhavige documenten wordt gerefereerd aan de sensoreenheid, kan deze op verschillende wijzen zijn uitgevoerd (bijvoorbeeld omvattende: een controller of andere middelen die het gewenste sensorsignaal of de informatie afleidt uit operationele condities van verscheidene componenten van de motor of aandrijffijn, of alternatief of additioneel een toegewijde sensor). Als alternatief voor de sensoreenheid, of additioneel daaraan, kan de controller of een additionele controller eenheid zijn ingericht voor het verschaffen van de vereiste data op basis van een berekening zoals hierboven reeds beschreven is.

Het dient te worden begrepen dat het geen vereiste is dat het schakelen wordt uitgevoerd op snelheid. Andere operationele parameters van de motor kunnen worden gebruikt voor het schakelen, zoals (echter niet beperkt tot) het geleverde vermogen, efficiency, of motor geluid (geluid). Eveneens is de bovengenoemde sensoreenheid geen expliciet vereiste, aangezien in vele uitvoeringsvormen het mogelijk is om de gewenste operationele parameters te berekenen uit informatie die reeds beschikbaar is voor (of beschikbaar wordt gemaakt voor) de controller. De controller kan bijvoorbeeld de rotorsnelheid of het geleverde vermogen berekenen op basis van vermogensverbruik (bijvoorbeeld afhankelijk van de huidige gebruikte configuratie (parallel, serieel, serieel parallel)). Elk van deze uitvoeringsvormen kan worden toegepast voor het sturen van het schakelen en bevinden zich binnen de beschermingsomvang van de geclaimde uitvinding.

Bovendien, kan de controller in een uitvoeringsvorm de schakelaars zodanig bedienen voor het schakelen van het spoelen van elke fase trap voor het doen laten werken van fase trap in een seriële configuratie van de spoelen wanneer het sensorsignaal een snelheid aangeeft die kleiner is dan een eerste grenswaarde; het schakelen van de spoelen van elke fase trap voor het doen laten werken van een fase trap in een parallelle configuratie van de spoelen wanneer het sensorsignaal een snelheid aangeeft die groter is dan een tweede grenswaarde; en het schakelen van de spoelen van elke fase trap voor het bedienen van de fase trap in een serieel parallelle configuratie van de spoelen wanneer het sensorsignaal een snelheid aangeeft die gelegen is tussen de eerste en tweede grenswaarde.

Korte beschrijving van de tekeningen

De uitvinding zal verder uiteengezet worden middels de beschrijving van enkele specifieke uitvoeringsvormen daarvan, onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen. De gedetailleerde beschrijving verschaft voorbeelden van mogelijke implementaties van de uitvinding, echter dient niet te worden begrepen dat deze slechts de uitvoeringsvormen beschrijft die onder de beschermingsomvang vallen. De beschermingsomvang van de uitvinding wordt gedefinieerd in de conclusies, en de beschrijving dient te worden begrepen als illustratief zonder restrictief te zijn ten aanzien van de uitvinding. In de tekeningen toont:

Figuur 1 schematisch een geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig de onderhavige uitvinding;

Figuur 2A en figuur 2B schematisch de elektrische configuratie van de spoelen van een fase trap van een geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig de onderhavige uitvinding in verschillende schakeltoestanden;

Figuur 3 schematisch een verdere elektrische configuratie van spoelen in een fase trap van een geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig de onderhavige uitvinding;

Figuur 4 schematisch een verdere elektrische configuratie van de spoelen van een fase trap van een geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig de onderhavige uitvinding;

Figuur 5 het bekrachtigingsdiagram van verscheidene fasetrappen van een geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig de onderhavige uitvinding;

Figuur 6 een alternatief mogelijk bekrachtigingsdiagram van de fase trappen van een geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig de onderhavige uitvinding;

Figuur 7 schematisch een verder alternatief bekrachtigingsdiagram van de fase trappen van de geschakelde reluctantiemotor van de onderhavige uitvinding;

Figuur 8 schematisch een verder alternatief bekrachtigingsdiagram van de verscheidene fase trappen van een geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig de onderhavige uitvinding;

Figuur 9 een schematisch koppel-snelheidsdiagram voor een geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig de onderhavige uitvinding.

Gedetailleerde beschrijving

De figuren omvatten een groot aantal verwijzigingscijfers welke verscheidene componenten, onderdelen en andere aspecten van de uitvoeringsvormen aangeven die schematisch worden geïllustreerd. Voorts wordt gerefereerd aan de verscheidene fase trappen door te refereren aan een fase trap nummer uitgebeeld als zwarte stip met een nummer daarin, dat wil zeggen fase trappen O, θ, Θ en O. Deze fase trap nummers dienen niet te worden aangezien voor de verwijzingscijfers (welke bijvoorbeeld de motor 1, de stator 2, de rotor 3 omvatten). Daarom wordt de notatie van de fase trap nummers O, θ, Θ en O overeenkomstig in de beschrijving gebruikt voor het identificeren van de fase trappen, terwijl de verwijzingscijfers voor de motor, de stator en de rotor worden gegeven als reguliere getallen.

Figuur 1 illustreert schematisch een geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig de onderhavige uitvinding. De geschakelde reluctantiemotor 1 omvat een stator 2 en een rotor 3. De rotor 3 is roteerbaar ten opzichte van de stator 2, bijvoorbeeld door het opvangen van de rotor 3 met behulp van geschikte lagers (niet getoond) ten opzichte van de vaste delen van de motor. De roteerbare rotor 3 omvat een centraal deel 15 en een veelheid uitstekende polen 16. De polen 16 zijn elektrisch passief in die zin dat de polen 16 niet de kernen vormen (of interacteren met) spoelen op de rotor 3. De stator 2 omvat een rondom gelegen deel 4 en een veelheid uitstekende polen 6-n, 8-n, 10-n en 12-n (waarin n indicatief is voor een specifieke spoel in elke fase trap, hetgeen zal worden uitgelegd). Elke pool op de stator 2 vormt de kern van een respectievelijke spoel van de geschakelde reluctantiemotor 1. De geschakelde reluctantiemotor 1 omvat een veelheid spoelen die worden verdeeld in verschillende groepen. In de uitvoeringsvorm geïllustreerd in figuur 1 is een totaal van zestien spoelen verdeeld in vier groepen. Deze groepen worden aangegeven als fase trappen in de uitvoeringsvorm van figuur 1 omvat een eerste fase trap O de spoelen 5-1, 5-2, 5-3, en 5-4. In fase trap O is spoel 5-1 gewonden voor het omhullen van pool 6-1 die daarvan de kern vormt. Spoel 5-2 omvat pool 6-2 als zijn kernpunt. Spoel 5-3 omvat pool 6-3 als zijn kern, en spoel 5-4 omvat pool 6-4 als zijn kernpunt. Op gelijke wijze omvatten de spoelen van de fase trap Θ spoelen 7-1, 7-2, 7-3 en 7-4 welke respectievelijk de polen 8-1, 8-2, 8-3 en 8-4 omhullen als zijnde hun kernen. Fase trap Θ omvat spoelen 9-1, 9-2, 9-3 en 9-4 welke zodanig zijn gewonden dat deze respectievelijk de polen 10-1, 10-2, 10-3 en 10-4 omhullen. Als laatste omvat fase trap O de spoelen 11-1, 11-2, 11-3 en 11-4 welke respectievelijk de polen 12-1, 12-2, 12-3, en 12-4 als zijnde hun kernen omhullen.

Typisch wijkt, in een geschakelde reluctantiemotor, het aantal polen op de stator 2 af van het aantal polen op de rotor 3. In figuur 1 omvat de stator 2 zestien polen (6-n, 8-n, 10-n, en 12-n, waarin n=l, 2, 3, 4). De rotor 3, omvat twaalf uitstekende polen 16 gelegen rondom het centrale deel 15. In deze configuratie zijn slechts de polen 6-1, 6-2, 6-3 en 6-4 van de eerste fase trap O redelijk uitgelijnd met sommige van de polen 16 van de rotor 3. De polen van elk van de andere fase trappen θ, Θ en © zijn niet uitgelijnd met enige van de uitstekende polen 16 van de rotor 3.

Zoals zal worden begrepen zullen, in geval de spoelen van enige van de fase trappen θ, Θ of © zouden worden bekrachtigd door het verschaffen van een elektrische stroom aan de respectievelijke spoelen, de rotor polen 16 een kracht ondervinden die de rotor richting een positie zullen trekken waarin elk van de polen van de geactiveerde spoelen is uitgelijnd met een van de polen 16 van de rotor 3. In de situatie geïllustreerd in figuur 1 zijn de polen 6-n van fase trap O uitgelijnd met sommige van de polen 16 van de rotor 3. Daarom zou het activeren van spoelen 5-n van fase trap O niet resulteren in een rotatie van de rotor 3. Echter in geval de spoelen 7-n van fase trap © zullen worden bekrachtigd door middel van een elektrische stroom, in plaats van de spoelen van fase trap O zal de rotor 3 roteren totdat de spoelen 8-1, 8-2, 8-3, 8-4 zijn uitgelijnd met sommige van de polen 16 op de rotor. Zoals zal worden begrepen zullen de polen 8-n (n=l, 2, 3, 4) worden uitgelijnd met de polen 16 die het meest dichtbij gelegen zijn in de situatie geïllustreerd in figuur 1.

Vervolgens, wanneer daaropvolgend de spoelen 7-n van de fase trap © niet langer bekrachtigd zijn, en in plaats daarvan de spoelen 9-1, 9-2, 9-3 en 9-4 van de fase trap Θ bekrachtigd worden met een elektrische stroom, zal de rotor 3 wederom een koppel ondervinden dat ervoor zal zorgen dat de rotor 3 blijft roteren in de richting van de klok. Vervolgens zullen de spoelen 9-n niet langer worden bekrachtigd en zullen de spoelen 11-1, 11-2, 11-3 en 11-4 van fase trap © worden bekrachtigd voor het in rotatie houden van de rotor 3. Zoals zal worden begrepen door het opvolgend activeren van de spoelen van de fase trappen O, θ, Θ en O, en het herhalen van dit bekrachtigingspatroon, kan de geschakelde reluctantiemotor 1 worden bediend.

In figuur 1 is de geschakelde reluctantiemotor 1 geïllustreerd omvattende een rotor 3 die roteert in een stator 2. Zoals zal worden begrepen kan op alternatieve wijze de stator 2 zich eveneens bevinden aan de binnenkant, en de rotor aan de buitenzijde (perifeer gelegen rondom de stator) op een roteerbare wijze.

Overeenkomstig de onderhavige uitvinding, voor het bekrachtigen van de spoelen 5-1, 5-2, 5-3 en 5-4 van de eerste fase trap O, wordt in figuren 2A en 2B een elektrische configuratie overeenkomstig een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding geïllustreerd. In figuur 2A wordt de configuratie geïllustreerd omvattende schakelaars S1-S6 in een eerste schakelpositie voor het verkrijgen van een elektrisch parallel geschakelde configuratie van de spoelen 5-n. De configuratie geïllustreerd in figuren 2A en 2B omvatten de spoelen 5-1, 5-2, 5-3 en 5-4 alsmede een veelheid schakelaars Sl 20 S2 22 S3 24 S4 26 S5 28 en S6 30. Verbinding van aansluitklemmen 31 en 32 maken een verbinding van fase trap O met een vermogensvoeding mogelijk. Een vermogensvoeding kan een stroombron zijn of enig ander geschikt type vermogensvoeding die regulering van stroom verschaft aan spoelen 5-n mogelijk maakt.

In de situatie van figuur 2A bevinden de schakelaars 20, 22 en 24 (SI, S2 en S3) zich in een gesloten positie. De schakelaars 26, 28 en 30 (S4, S5 en S6) verbinden respectievelijk spoelen 5-1, 5-2 en 5-3 met een verbindingsaansluitklem 32. In deze configuratie, zoals volgt uit figuur 2A, zijn de spoelen 5-1, 5-2, 5-3 en 5-4 tussen de aansluitklemmen 31 en 32 in een elektrisch parallelle configuratie met elkaar verbonden.

In de situatie van figuur 2B bevinden de schakelaars 20, 22 en 24 (SI, S2 en S3) zich in een open positie terwijl de schakelaars 26, 28 en 30 (S4, S5 en S6) respectievelijk spoel 5-1 met spoel 5-2, spoel 5-2 met spoel 5-3, en spoel 5-3 met spoel 5-4 verbinden. Daarom zijn de spoelen, in de situatie geïllustreerd in figuur 2B, geschakeld in een elektrisch seriële configuratie ten aanzien van de aansluitklemmen 31 en 32.

Zoals zal worden begrepen, zal wanneer een stroom wordt aangelegd tussen de aansluitklemmen 31 en 32, in de parallelle configuratie van figuur 2A, deze stroom worden verdeeld tussen spoelen 5-1, 5-2, 5-3 en 5-4. Daarom ontvangt elke spoel slechts een deel van de stroom die is aangelegd tussen de aansluitklemmen 31 en 32. Anderzijds, in de situatie in figuur 2B, wanneer de spoelen 5-n zich in seriële configuratie ten aanzien van de aansluitklemmen 31 en 32 bevinden, wordt de volledige stroom die wordt aangelegd tussen de aansluitklemmen 31 en 32 ontvangen door elk van de spoelen 5-1, 5-2, 5-3 en 5-4. Het magnetisch veld voortgebracht door elk van de spoelen is afhankelijk van de elektrische stroom die door de spoel vloeit. Daarom is in de parallelle situatie van figuur 2A het magnetische veld voortgebracht door elk van de spoelen 5-1 tot 5-4 kleiner dan in de elektrische seriële configuratie van figuur 2B (wanneer de elektrische stroom door elke spoel veel groter is). Echter, eveneens is in de parallelle configuratie van figuur 2A de spanning over elk van de spoelen 5-1, 5-2, 5-3 en 5-4 veel groter dan in de situatie van figuur 2B. In de seriële configuratie van figuur 2B wordt de spanning over elk van de spoelen 5-1 t/m 5-4 verdeeld over de spoelen. Als gevolg van deze verschillen zorgt, als gevolg van het groter magnetische veld dat verkregen kan worden in de situatie van figuur 2B, het bekrachtigen van de spoelen 5-n in de seriële configuratie van figuur 2B voor het toepassen van een groot substantieel koppel op de rotor 3 van figuur 1. Zoals hiervoor beschreven wordt het maximale koppel dat kan worden uitgeoefend op natuurlijke wijze beperkt door beschikbare spanning en de maximaal toegestane fase stroom. Bij relatief lage snelheden wordt het koppel beperkt door de maximaal toegestane fase stroom; bij hogere snelheden, als gevolg van toenemende contra elektromotorische kracht (back-EMF) een afnemende communicatie tijd (omdat de rotor snelheid toeneemt) kan de maximale fase stroom niet langer worden opgelegd in de fase trap. De maximale fase stroom en aldus het koppel zullen geleidelijk afnemen naarmate de snelheid toeneemt. Voor de seriële configuratie in figuur 2B is, hoewel het koppel dat kan worden uitgeoefend bij lagere snelheden veel groter is, de invloed van contra EMF en afnemende communicatie tijd bij hogere snelheden veel heviger dan in de parallelle configuratie van figuur 2A. Daarom zal, zoals eveneens volgt bijvoorbeeld uit de krommen 80 (voor serieel) en 84 (voor parallel) in figuur 9 de hoeveelheid koppel dat kan worden uitgeoefend bij hogere snelheden veel lager zijn voor de seriële configuratie van figuur 2A in vergelijking met de parallelle configuratie van figuur 2B ceterus paribus.

Een verdere elektrische configuratie van de spoelen 5-n van de eerste fase trap O wordt geïllustreerd in figuur 3. In de configuratie van figuur 3 bevinden de schakelaars van Si t/m S6, respectievelijk schakelaars 40, 42, 44, 46, 48 en 50, zich in een schakelconfiguratie zodanig dat de spoelen 5-1, 5-2, 5-3 en 5-4 zich in een elektrisch seriële configuratie bevinden. Echter door het schakelen van schakelaar 40 (Sl) in positie ‘1’ terwijl eveneens schakelaar (S5) 48 wordt geschakeld in positie T, wordt een configuratie verkregen waarin spoelen 5-1 en 5-2 serieel zijn ten opzichte van elkaar terwijl gelijktijdig spoelen 5-3 en 5-4 serieel zijn ten opzichte van elkaar, maar deze paren van spoelen (enerzijds spoelen 5-1 en 5-2 en anderzijds spoelen 5-3 en 5-4) parallel zijn ten opzichte van elkaar. Daarom is deze schakelconfiguratie waarin schakelaars 40 en 48 (Si en S5) zich in positie T bevinden terwijl alle andere schakelaars 42, 44, 46, 50 zich in schakelpositie Ό’ bevinden, een hybride configuratie aangeduid als serieel parallelle configuratie. Voorts wordt de volledig parallelle configuratie waarin alle spoelen 5-1 t/m 5-4 parallel zijn ten opzichte van elkaar verkregen door het schakelen van alle schakelaars 40, 42, 44, 46, 48 en 50 in positie ‘1’. De seriële configuratie wordt verkregen door het schakelen van alle schakelaars 40, 42, 44, 46, 48 en 50 in positie O’. Als gevolg daarvan maakt de configuratie zoals geïllustreerd in figuur 3 een seriële modus, een parallelle modus en een serieel parallelle modus mogelijk. In aanvulling op wat reeds hierboven uiteen is gezet voor de seriële modus en voor de parallelle modus is het gedrag van het maximale koppel dat kan worden uitgeoefend bij een gegeven snelheid in de serieel parallelle modus ergens gelegen tussen het gedrag van het maximale koppel dat kan worden uitgeoefend bij die gegeven snelheid in de seriële modus en in de parallelle modus. Dit resulteert in een koppel-snelheidscurve voor de seriële-parallelle configuratie zoals bijvoorbeeld is geïllustreerd door krommen 82 in figuur 9. Daarom verschaft de configuratie van figuur 3 een voordelige elektrische configuratie voor drie verschillende rotatiesnelheden. Lage snelheid (serieel), gemiddelde snelheid (serieel parallel) en hoge snelheid (parallel). Een verdere alternatieve elektrische configuratie wordt geïllustreerd in figuur 4. In de illustratie van figuur 4 zijn de spoelen 5-1 en 5-2 tussen de aansluitklemmen 64 en 65 altijd serieel ten opzichte van elkaar. Op gelijke wijze zijn de spoelen 5-3 en 5-4 eveneens altijd serieel ten opzichte van elkaar. Echter door het selectief schakelen van schakelaar 60 (Sl) en schakelaar 62 (S2) in ofwel positie Ό’ of T kan ofwel de seriële modus of de serieel parallelle modus worden verkregen.

Zoals zal worden begrepen zal de elektrische configuratie voor elke fase trap O, θ, Θ en O bij voorkeur gelijk zijn voor de geschakelde reluctantiemotor. Naar keuze, afhankelijk van de snelheid van de rotor, kan de configuratie worden geschakeld in een seriële modus, parallelle modus of een serieel parallelle modus. Hoewel figuren 2A, 2B, 3 en 4 de schematische elektrische configuratie verschaffen voor fase trap O, zal de schakeling voor de andere fase trappen θ, Θ, O gelijk zijn aan die voor groep O. De schakelaars die worden toegepast voor het schakelen van de elektrische configuratie kunnen van elk gewenst type zijn. Echter de vakman zal begrijpen dat verschillende typen schakelaars elk hun eigen voordelen en nadelen hebben die deze geschikt of ongeschikt maken voor bepaalde toepassingen. Bijvoorbeeld, elektromechanische schakelingen kunnen relatief goedkoop zijn terwijl zij nog steeds snel genoeg zijn voor het schakelen in een aantal situaties. Echter tevens zullen dergelijke elektromechanische schakelingen gevoelig zijn voor slijtage en onderhoud vereisen terwijl het schakelen zelf niet zeer snel kan plaatsvinden. Anderzijds maken schakelaars op basis van halfgeleiders, zoals transistor type schakelaars, zeer snelle schakeling mogelijk gedurende de werking van respectievelijke fase trappen O, θ, Θ en O, zelfs zonder het activeren van de spoelen te hoeven onderbreken. Halfgeleidertype schakelaars zijn echter duurder dan mechanische schakelaars.

Figuur 5 illustreert schematisch een bekrachtigingsdiagram voor het bekrachtigen van de spoelen van elk van de fase trappen O, θ, Θ en O. Horizontaal geeft de diagram het herhalingspatroon aan van de bekrachtigingssequentie. Gedurende elke cyclus zullen de spoelen van elke fase trap O, θ, Θ en O worden bekrachtigd voor een korte periode 70, en zullen ze niet worden bekrachtigd in de tussentijd gedurende periode 71 (zoals aangegeven voor fase trap O). Zoals volgt uit figuur 5 zal de opgelegde fase stroom altijd in eenzelfde richting zijn door de fase trap wanneer de fase trap wordt bekrachtigd gedurende periode 70 en wordt geen stroom toegepast gedurende periode 71 waarin de fase trappen niet zijn bekrachtigd. Zoals echter volgt uit de diagram van figuur 5 wordt het bekrachtigen van elk van de fase trappen O, θ, Θ, O sequentieel worden uitgevoerd beginnend met fase trap O, gevolgd door θ, Θ en O. Met behulp van halfgeleider schakelaars in de configuratie geïllustreerd in figuren 2A, 2B, 3 en 4 kan het schakelen voldoende snel worden uitgevoerd zodanig dat het bekrachtigen van de spoelen niet hoeft te worden onderbroken. Elk van de fase trappen O, θ, Θ, en O kan bijvoorbeeld worden geschakeld in een andere modus (serieel, parallel, serieel parallel) gedurende de inactieve periode 71. Daarom kan het schakelen van de elektrische configuratie in een andere modus worden uitgevoerd gedurende een enkele cyclus, zodanig dat alle fase trappen in dezelfde elektrische configuratie in een volgende cyclus werkzaam kunnen zijn.

Indien, in het alternatieve geval, schakelaars worden gebruikt die niet zeer snel kunnen worden geschakeld, bijvoorbeeld mechanische schakelaars of elektromechanische schakelaars, kan het schakelen na een andere elektrische modus worden uitgevoerd op een andere wijze. Verscheidene alternatieve schakelwijzen zijn geïllustreerd in respectievelijk figuren 6, 7 en 8. In figuur 6 dient het bekrachtigen van de spoelen in elke fase trap O, θ, Θ, en O te worden onderbroken gedurende een aantal cycli om het schakelen van de elektrische schakeling in de juiste werkingsmodus mogelijk te maken. Dit wordt uitgevoerd gedurende de onderbreking aangegeven door periode 75, 76, 77 en 78 in figuur 6. Na de elektrische schakeling te hebben geschakeld in de gewenste configuratie wordt het sequentieel bekrachtigen van de verschillende fase trappen O, θ, Θ, en O voortgezet.

In figuur 7 wordt elk van de fase trappen O, θ, Θ, en O tijdelijk geïnactiveerd gedurende het schakelen van deze fase trap in de nieuwe gewenste elektrische configuratie. Daarom wordt de inactieve periode 75 voor het schakelen van fase trap O gevolgd door een inactieve periode 76 voor het schakelen van Θ, welke wordt gevolgd door een inactieve periode 77 voor Θ en een inactieve periode 78 voor O. Als verdere mogelijkheid, zoals geïllustreerd in figuur 8, worden de fase trappen O en Θ simultaan geschakeld in een nieuwe elektrische configuratie gedurende simultane inactieve periode 75 en 77, terwijl fase trappen Θ en O daarna worden geschakeld in de nieuwe elektrische configuratie gedurende inactieve periode 76 en 78. De vakman zal begrijpen dat de wijze van schakelen van de fase trappen O, θ, Θ, en O niet beperkt is tot de specifieke methode die geïllustreerd zijn in figuren 5-7, maar kan worden uitgevoerd op elke andere gewenste wijze.

Figuur 9 illustreert een schematisch koppel-snelheidsdiagram dat kan worden verkregen met behulp van een geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig de onderhavige uitvinding. De diagram van figuur 9 illustreert de koppel-snelheid karakteristiek 80 verkrijgbaar in de seriële modus (S). Zoals te zien is kan een zeer grote hoeveelheid koppel (T) worden verkregen bij lagere snelheid, maar deze hoeveelheid koppel neemt snel af met toenemende snelheid. Een verdere koppel-snelheids karakteristiek voor de serieel parallelle modus wordt aangegeven door 82 (S/P). Hier is de maximale hoeveelheid koppel (T/2) die haalbaar is kleiner dan de koppel die haalbaar is in de seriële modus (merk op dat T/2 hierin gebruik wordt als exemplarische waarde, maar niet dient te worden opgevat als karakteristiek of typisch voor een serieel parallelle modus in vergelijking tot een seriële modus in het algemeen), echter een redelijke hoeveelheid koppel kan langer worden vastgehouden bij hogere snelheden. De koppels-snelheidskarakteristiek in de parallelle modus wordt aangegeven met verwijzingscijfer 84. Een maximale hoeveelheid koppel beschikbaar in deze configuratie bij lage snelheden is slechts een kwart van die in de seriële configuratie (T/4) (wederom hier, merk op dat T/4 hierin gebruikt wordt als exemplarische waarde, maar niet dient te worden opgevat als zijnde karakteristiek of typisch voor een parallelle modus in vergelijking met een seriële modus in het algemeen. Echter de hoeveelheid koppel kan veel langer worden vastgehouden voor hogere snelheden in vergelijking met de seriële configuratie en met de serieel parallelle configuratie. Wanneer daarom schakeling tussen de verscheidene elektrische modi serieel, serieel parallel en parallel wordt uitgevoerd op geschikt gekozen snelheden, wordt de maximum hoeveelheid koppel haalbaar afhankelijk van de snelheid van de rotor aangegeven door de omhullende krommen 88. In werkelijkheid kan de hoeveelheid koppel die wordt toegepast bij elke snelheid afwijken dan zoals aangegeven door curve 88. Bijvoorbeeld, ook de efficiency van de geschakelde reluctantiemotor of de hoeveelheid geluid geproduceerd door de motor bij verschillende snelheden zal beslissend zijn voor het kiezen van de juiste elektrische configuratie.

De uitvinding is beschreven aan de hand van enkele specifieke uitvoeringsvormen daarvan. Het zal worden begrepen dat de uitvoeringsvormen getoond in de tekeningen en hierin beschreven slechts voor illustratieve doeleinden zijn op genomen en op geen enkele wijze zijn bedoeld om restrictief te zijn voor de uitvinding. Aangenomen wordt dat de werking en constructie van de onderhavige uitvinding duidelijk zal zijn uit de voorgaande beschrijving en de bijgevoegd tekeningen. Het zal duidelijk zijn voor de vakman dat de uitvinding niet wordt beperkt tot enige uitvoeringsvorm hierin beschreven en dat modificaties mogelijk zijn welke dienen te worden begrepen binnen de omvang van de aangehechte conclusies. Eveneens worden kinematische inversies geacht inherent te zijn geopenbaard en te zijn gelegen binnen de omvang van de uitvinding. In de conclusies zal geen enkel verwijzingscijfer dienen te worden opgevat als zijnde beperkend voor de conclusie. Het begrip ‘omvattende’ en inclusief dient, wanneer dit gebruikt wordt in deze beschrijving of de aangehechte conclusies, niet te worden geïnterpreteerd op een exclusieve of uitputtende wijze, maar op een inclusieve wijze. Dus het begrip ‘omvattende’ zoals hierin gebruikt sluit de aanwezigheid van andere elementen of stappen in aanvulling op die welke zijn genoemd in de conclusie niet uit. Voorts zal het woord ‘een’ niet te worden geïnterpreteerd als zijnde beperkt tot ‘slechts een’, maar zal in plaats daarvan worden gebruikt om aan te geven ‘ten minste een’, en sluit daarbij een veelheid niet uit. Kenmerken die niet specifiek of expliciet worden beschreven of geclaimd kunnen additioneel zijn vervat in de structuur van de uitvinding binnen de om vang daarvan. Begrippen zoals: "middelen voor” dienen te worden gelezen als “component ingericht voor...” of “onderdeel gebouwd voor het...” en dient zodanig te worden geïnterpreteerd dat deze equivalenten voor de geopenbaarde structuren omvat. Het gebruik van begrippen zoals: “kritiek”, “bij voorkeur”, “in het bijzonder bij voorkeur” etc. is niet bedoeld om de uitvinding te beperken.

De uitvinding kan worden toegepast op enkelfasige of multifasige geschakelde reluctantiemotoren, en is niet beperkt tot enig specifiek aantal fase trappen. Toevoegingen, weglatingen, en modificaties binnen het bereik van de vakman kunnen in het algemeen worden aangebracht zonder af te wijken van de geest en omvang van de uitvinding, zoals bepaald door de conclusies. De uitvinding kan worden toegepast op andere wijze dan specifiek hierin aangegeven, en wordt slechts beperkt door de bijgevoegde conclusies.

Claims

Conclusies

1. Geschakelde reluctantiemotor, omvattende een stator en een rotor, waarbij de rotor roteerbaar is relatief ten opzichte van de stator, waarin de stator een veelheid spoelen omvat en de statorpolen zijn gelegen rondom de rotor, waarbij de statorpolen de kernen van de spoelen vormen, en waarin de rotor een veelheid contrapolen omvat voor het interacteren met de statorpolen van de stator voor het toepassen van een reluctantiekoppel op de rotor, waarin de motor een of meer fase ingangen omvat voor het ontvangen van een bekrachtigingssignaal voor het bekrachtigen van een respectievelijk fase trap van één of meer fase trappen van de motor, waarin elke spoel van de veelheid spoelen van de stator behorend is bij een van de fase trappen van de motor zodanig dat elk fase trap ten minste twee van de spoelen omvat, en waarin elke fase trap een schakelingstrap omvat inclusief een schakelconfiguratie omvattende een veelheid schakelaars voor het selectief schakelen van de spoelen behorend bij de fase trap in één van een parallelle, een seriële, of een parallel seriële elektrische configuratie.
2. Geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig conclusie 1, waarin in de serieel parallelle elektrische configuratie de fase trap ten minste drie spoelen omvat, waarin ten minste twee spoelen van de fase trap elektrisch worden gebruikt in een seriële configuratie met betrekking tot elkaar, en waarin ten minste twee van de spoelen van de fase trap elektrisch worden gebruikt in een parallelle configuratie met betrekking tot elkaar.
3. Geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig conclusie 1 of 2, verder omvattende een controller, waarin de controller is ingericht voor het verkrijgen van data die indicatief is voor een werkingsconditie van de motor, en voor het bedienen van de schakelaars van elke fase trap afhankelijk van de werkingsconditie van de motor; waarin de data indicatief voor de werkingsconditie van de motor wordt verkregen door ten minste een van een groep omvattende: een sensor eenheid welke een sensorsignaal verschaft; de controller of een additionele controller eenheid welke is ingericht voor het verschaffen van de gegevens op basis van een berekening.
4. Geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig conclusie 3, waarin de werkingsconditie ten minste een element omvat van een groep omvattende: een rotationele snelheid van de rotor, een uitgangsvermogensvereiste van de motor, geluid of geluidsvolume voortgebracht door de motor, efficiency van een ingevoerd vermogen gevoed aan de motor ten opzichte van een uitgangsvermogen geleverd door de motor.
5. Geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig conclusie 3 of 4, waarin de controller is ingericht voor het schakelen van de spoelen voor elke fase trap voor het gebruiken van een fase trap in een seriële configuratie van de spoelen wanneer de data aangeeft dat de werkingsconditie een waarde heeft die kleiner is dan een eerste grenswaarde.
6. Geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig een der conclusies 3-5, waarin de controller is ingericht voor het schakelen van de spoelen in elke fase trap voor het gebruiken van de fase trap in een parallelle configuratie van de spoelen wanneer de data aangeeft dat de werkingsconditie een waarde heeft die kleiner is dan een tweede grenswaardepunt.
7. Geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig conclusie 5 en 6, waarin de tweede grenswaarde lager is dan of gelijk is aan de eerste grenswaarde; en waarin de controller is ingericht voor het schakelen van de spoelen van elke fase trap voor gebruik van de fase trap in een parallel-seriële configuratie van de spoelen wanneer de gegevens aangeven dat het de werkingsconditie een waarde heeft die gelegen is tussen de eerste en tweede grenswaarde, wanneer de tweede grenswaarde groter is dan de eerste grenswaarde.
8. Geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig conclusie 3 of 4, waarin de controller is ingericht voor het schakelen van de spoelen van elke fase trap voor het schakelen van een eerste van de elektrische configuraties naar een tweede van de elektrische configuraties afhankelijk van een veranderingsrichting van de werkingsconditie van de motor, waarin bij een afname van de waarde van de werkingsconditie het schakelen wordt uitgevoerd wanneer de data aangeeft dat de werkingsconditie een waarde heeft die kleiner is dan de derde grenswaarde, en waarin wij een toename van de waarde van de werkingsconditie het schakelen wordt uitgevoerd wanneer de data aangeeft dat de werkingsconditie een waarde heeft die groter is dan een vierde grenswaarde; waarbij de vierde grenswaarde groter is dan de derde grenswaarde.
9. Geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig een der voorgaande conclusies, waarin de schakelaars ten minste een element omvatten uit een groep omvattende: mechanische schakelaars, elektrische schakelaars, elektromechanische schakelaars, halfgeleidertype schakelaars zoals transistortype schakelaars.
10. Geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig een der voorgaande conclusies, waarin het bekrachtigingssignaal aan-toestanden en uit-toestanden omvat voor het bekrachtigen van de respectievelijke fase trappen gedurende de aan-toestanden, en waarin de schakelaars van de schakelconfiguratie het schakelen van de spoelen mogelijk maakt op een wijze die voldoende snel is voor het uitvoeren van de schakeling gedurende de uit-toestanden van het bekrachtigingssignaal van de respectievelijke fase trappen.
11. Apparaat omvattende een geschakelde reluctantiemotor overeenkomstig een der voorgaande conclusies, waarin het apparaat een voertuig is.
12. Werkwijze voor het bedienen van een geschakelde reluctantiemotor, de motor omvattende een stator en een rotor, waarbij de rotor roteerbaar is ten opzichte van de stator, waarin de stator een veelheid spoelen en statorpolen omvat gelegen rondom de rotor, waarbij de statorpolen de kernen van de spoelen vormen, en waarin de rotor een veelheid contrapolen omvat voor het inter acteren met de statorpolen van de stator voor het uitoefenen van een reluctantiekoppel op de rotor, waarbij de motor een of meer fase ingangen en een of meer fase trappen omvat, waarbij elke fase ingang is verbonden met een respectievelijke fase trap, waarin elke spoel van de veelheid spoelen van de stator behorend is bij een van de fase trappen van de motor zodanig dat elke fase trap ten minste twee van de spoelen omvat, de werkwijze omvattende: het ontvangen, via ten minste een van de fase ingangen, van een bekrachtigingssignaal voor het bekrachtigen van de respectievelijke fase trap, en het toepassen van het bekrachtigingssignaal op de fase trap voor het bekrachtigen van de rotor via de statorpolen van de fase trap; het doen laten werken, gedurende het bekrachtigen van de rotor, van een schakelconfiguratie van elke fase trap omvattende een veelheid schakelaars, voor het selectief schakelen van de spoelen behorend bij de fase trap in één van een parallelle, seriële, of een parallel seriële elektrische configuratie.
13. Werkwijze overeenkomstig conclusie 12, verder omvattende: het verkrijgen, met behulp van een sensoreenheid, van een sensorsignaal indicatief voor een werkingsconditie van de motor, en het verschaffen van het sensorsignaal aan de controller; het bedienen, door de controller, van de schakelaars van elke fase trap afhankelijk van het sensorsignaal.
14. Werkwijze volgens conclusie 13, waarin de operationele conditie waarvoor het sensorsignaal indicatief is ten minste een element omvat uit een groep omvattende: een rotationele snelheid van de rotor, een uitgangsvermogensvereiste voor de motor, geluid of geluidsvolume geproduceerd door de motor, efficiency van een ingangsvermogen gevoed aan de motor ten opzichte van een uitgangsvermogen geleverd door de motor.
15. Werkwijze volgens conclusie 13 of 14, waarin de controller de schakelaars zodanig bediend voor het: schakelen van de spoelen van elke fase trap voor het bedienen van de fase trap in een seriële configuratie van de spoelen wanneer het sensorsignaal aangeeft dat de operationele conditie een waarde heeft die kleiner is dan een eerste grenswaarde; het schakelen van de spoelen van elke fase trap voor het doen laten werken van de fase trap in een parallelle configuratie van de spoelen wanneer het sensorsignaal aangeeft dat de werkingsconditie een waarde heeft die kleiner is dan een tweede grenswaarde; en het schakelen van de spoelen van elke fase trap voor het doen laten werken van een fase trap in een parallel-seriële configuratie van de spoelen wanneer het sensorsignaal aangeeft dat de werkingsconditie een waarde heeft gelegen tussen de eerste en de tweede grenswaarde.