DE10051621C2 - Polumschaltbarer Induktionsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen polumschaltbaren Induktionsmotor (Asynchronmotor), der so ausgebildet ist, daß seine Polanzahl geändert wird, wenn seine Geschwindigkeit zwischen hoher Geschwindigkeit und niedriger Geschwindigkeit geändert wird, und betrifft insbesondere einen polumschaltbaren Induktionsmotor, der so ausgebildet ist, daß er einen breiten Betriebsbereich und einen stabilen Betrieb aufweist, wenn seine Polanzahl geändert wird.

Im Stand der Technik ist es bekannt (beispielsweise Vorndran: "Polumschaltung von Asynchronmotoren" in: Antriebstechnik, 1981, Heft 17, Seiten 1156 bis 1159), daß Polumschaltungen sowohl durch Umgruppierung einer aus zwei gleichartigen Teilwicklungen bestehenden Wicklungen als auch durch zwei getrennte Wicklungen unterschiedlicher Polpaarzahl realisiert werden können.

Die Fig. 6A und 6B erläutern ein Verfahren zur Änderung der Polanzahl eines Kurschlußläufermotors. Bei einem Kurzschlußläufermotor wird dessen Polanzahl durch die Anzahl seiner Statorpole bestimmt. Herkömmlich wurde das Verfahren eingesetzt, die Polanzahl des Kurzschlußläufermotors dadurch zu ändern, wodurch eine unterschiedliche Anzahl an Polen erhalten wird, daß die Verbindung bei derselben Wicklung geändert wird, die in einem Stator vorgesehen ist.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Kurzschlußläufermotor sind vier Wicklungen hintereinander in dem Stator vorgesehen. Bei hoher Geschwindigkeit des Motors werden die vier Wicklungen so angeregt, daß benachbarte Wicklungen unterschiedliche Pole darstellen. Wie in Fig. 6A gezeigt, werden daher die vier Wicklungen so erregt, daß in dieser Figur von links aus die Pole N, S, N und S vorgesehen werden. Der Motor stellt daher nunmehr einen Vierpolmotor dar.

Wenn andererseits die Geschwindigkeit des Motors niedrig ist, werden die vier Wicklungen so erregt, daß sämtliche Wicklungen denselben Pol aufweisen, wie dies in Fig. 6B gezeigt ist. Darüber hinaus wird zu diesem Zeitpunkt virtuell jeweils ein S-Pol zwischen zwei benachbarten S-Polen erzeugt. Der Motor stellt daher nunmehr einen Achtpolmotor dar.

In Osama, Lipo: "A new inverter control scheme . . .", IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATION, Vol. 32, 1996, Heft 4, Seite 938 bis 944, wird ein polumschaltbarer Asynchronmotor beschrieben, an dessen zwei Teilwicklungen zwei Umrichter angeschlossen werden. Durch Umpolen des einen Wechselrichters kann die Polzahl geändert werden.

Weiterhin beschreibt beispielsweise die japanische Veröffentlichung einer ungeprüften Patentanmeldung Nr. 7-336971, daß ein erster Wechselrichter, der mit einer Wicklungsgruppe verbunden ist, bei welcher die Pole nicht umgeschaltet werden können, vorgesehen ist, sowie ein zweiter Wechselrichter, der mit einer polumschaltbaren Wicklungsgruppe verbunden ist, und zwar in einem Kurzschlußläufermotor mit dem voranstehend geschilderten Aufbau. Weiterhin wird dort beschrieben, daß dieser Motor als Achtpolmotor dadurch ausgebildet wird, daß der erste Wechselrichter und der zweite Wechselrichter zur Erzeugung von gleichphasigen Ausgangssignalen veranlaßt werden, und daß ein Motor mit vier Polen dadurch erhalten wird, daß die Phase des Ausgangssignals nur des ersten Wechselrichters umgekehrt wird.

Bei einem polumschaltbaren Induktionsmotor mit einem derartigen Aufbau wird dann, wenn die Geschwindigkeit des Motors niedrig ist, ein hohes Drehmoment bei einem kleinen Strom dadurch erhalten, daß die Anzahl an Polen erhöht wird, wogegen dann, wenn die Geschwindigkeit des Motors hoch ist, Ausgangsleistung durch Verringerung der Polanzahl erhalten wird.

Bei einem polumschaltbaren Induktionsmotor mit einem derartigen Aufbau besteht allerdings die Befürchtung, daß sein Betrieb instabil ist, wenn die Anzahl an Polen häufig geändert wird, da die Polanzahl dadurch geändert wird, daß eine Spannung aus zwei Arten von Spannungen erzeugt wird, und deren Frequenz allmählich geändert wird.

Bei dem herkömmlichen, polumschaltbaren Induktionsmotor mit einem derartigen Aufbau werden unterschiedliche Anzahlen an Polen dadurch erhalten, daß die Verbindungen bei derselben Wicklung geändert werden. Daher kann die Polanzahl nur geändert werden, wenn das Verhältnis zwischen der Anzahl an Polen im Falle niedriger Geschwindigkeit zur Anzahl an Polen im Falle hoher Geschwindigkeit 1 : 2 beträgt. Da der Motor daßelbe Wicklungsverhältnis aufweist, kann darüber hinaus der Spannungsnutzfaktor nur verdoppelt werden. Darüber hinaus besteht, wie voranstehend bereits erwähnt, die Befürchtung, daß der Betrieb des Motors instabil wird, wenn sich seine Drehzahl häufig ändert.

Die vorliegende Erfindung wurde zu dem Zweck entwickelt, die voranstehend geschilderten Nachteile des herkömmlichen polumschaltbaren Induktionsmotors zu überwinden.

Daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines polumschaltbaren Induktionsmotors, bei welchem ein frei wählbares Verhältnis zwischen den Anzahlen an Polen erhalten werden kann, und bei welchem eine frei wählbare Anzahl an Wicklungszahlen ausgewählt werden kann, um hierdurch einen sehr breiten Betriebsbereich zu erzielen, und den Betrieb zu stabilisieren, wenn die Anzahl an Polen geändert wird.

Um das voranstehend geschilderte Ziel zu erreichen wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein polumschaltbarer Induktionsmotor zur Verfügung gestellt, der einen Rotor mit einer Kurzschlußläuferwicklung aufweist, einen Stator, der zumindest eine Gruppe aus einer ersten Wicklung mit 2n Polen und aus einer zweiten Wicklung mit 2m ≠ 2n Polen aufweist, einen ersten Wechselrichter, der an die erste Wicklung angeschlossen ist, sowie einen zweiten Wechselrichter, der an die zweite Wicklung angeschlossen ist. Daher kann der Motor bei kleinem Strom in einem breiten Betriebsbereich arbeiten.

Die Zahlen "m" und "n" können darüber hinaus so gewählt werden, daß m = 2kn gilt. Hierbei ist der Koeffizient "k" eine ganze Zahl. Hierdurch wird das Auftreten von Störungen infolge der Kombination der Anzahl an Polen verhindert.

Weiterhin kann sich die Windungsanzahl der ersten Wicklung von jener der zweiten Wicklung unterscheiden. Daher kann der Motor in einem breiten Betriebsbereich arbeiten.

Weiterhin kann der polumschaltbare Induktionsmotor zusätzlich eine Drehzahlregelung mit einer Drehzahldetektorvorrichtung zum Detektieren eines Drehzahl-Istwerts des Rotors aufweisen. Hierdurch läßt sich eine Feinsteuerung einzelner Wicklungen durchführen. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Motors.

Zusätzlich kann der Motor weiterhin eine Drehmomentverteilungsvorrichtung aufweisen, die einen Drehmomentsollwert auf einen ersten Drehmomentsollwert für den ersten Wechselrichter sowie auf einen zweiten Drehmomentsollwert für den zweiten Wechselrichter aufteilt. Daher wird ein einfach zu benutzender Motor durch die Verteilung der Drehmomenterzeugung erzielt. Dies ermöglicht eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors. Eine Schaltung, die das Solldrehmoment eines Drehstrommotors mit zwei Wicklungen, die von je einem Umrichter gespeist werden, auf zwei Wechselrichter verteilt, ist aus der JP 07-33342 A bekannt. Für unterschiedliche Polzahlen der beiden Wicklungen gibt es jedoch keinen Hinweis.

Weiterhin kann die Drehmomentverteilungsvorrichtung dazu ausgebildet sein, ein Drehmomentverhältnis entsprechend dem Drehzahl-Istwert zu bestimmen. Daher kann ein Drehmomentverhältnis durch ein einfaches Verfahren bestimmt werden. Dies ermöglicht eine Verringerung der Kosten des Motors.

Weiterhin kann die Drehmomentverteilungsvorrichtung so ausgebildet sein, daß die Drehmomentverteilungsvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie die Drehmomentsollwerte so verteilt, daß der zweite Drehmomentsollwert größer ist als der erste Drehmomentsollwert, wenn der Drehzahl-Istwert kleiner ist als ein Schwellwert, und daß der zweite Drehmoment-Sollwert kleiner ist als der erste Drehmoment-Sollwert, wenn der Drehzahl-Istwert größer ist als der Schwellwert. Daher kann das Drehmomentverhältnis durch ein einfaches Verfahren bestimmt werden. Dies ermöglicht eine weitere Verringerung der Kosten des Motors.

Darüber hinaus kann die Drehmomentverteilungsvorrichtung so ausgebildet sein, daß sie zuerst die Drehmomentsollwert jener Wicklung zuordnet, die eine größere Anzahl an Polen aufweist, und dann die restlichen Drehmomentsollwerte jener Wicklung zuweist, die eine geringere Anzahl an Polen hat. Daher können die Drehmomentsollwerte geeignet mittels Durchführung einer einfachen Operation verteilt werden.

Weiterhin können die erste Wicklung und die zweite Wicklung in demselben Schlitz untergebracht sein. Hierdurch wird verhindert, daß die Festigkeit von Zähnen infolge einer Erhöhung der Anzahl an Schlitzen abnimmt. Zusätzlich wird hierdurch der Nachteil ausgeschaltet, daß sich überlappende Windungen das Wickeln der Windungen verhindern.

Wenn die Anzahlen "m" und "n" so gewählt sind, daß n < m ist, kann darüber hinaus die zweite Wicklung mit 2 m Polen an der Öffnungsabschnittsseite des Schlitzes angeordnet werden.

Daher kann der Skineffekt verringert werden, der im Betrieb des Motors mit hoher Geschwindigkeit auftritt (da dessen Blindwiderstand verringert wird). Dies führt zu einer entsprechenden Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors. Darüber hinaus wird dessen Spannungsnutzfaktor verbessert. Daher läßt sich ein Betrieb des Motors mit höherer Geschwindigkeit erreichen.

Weiterhin können die Wicklungen in den Schlitzen unterschiedliche Querschnittsanteile haben. Daher kann überschüssiges Material entfernt werden. Weiterhin können die Abmessungen des Motors verringert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile, Ziele und Merkmale hervorgehen, wobei in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen. Es zeigt:

Fig. 1 als Blockschaltbild einen polumschaltbaren Induktionsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Art und Weise, auf welche zwei Wicklungen unterschiedliche Anzahlen an Polen aufweisen, wobei eine Vierpolwicklung und eine Achtpolwicklung in einem Stator des Motors vorgesehen sind;

Fig. 3 ein Diagramm zum Vergleich des Drehmoments des erfindungsgemäßen Motors mit jenem eines herkömmlichen Motors;

Fig. 4 ein Diagramm zum Vergleich der Ausgangsleistung des erfindungsgemäßen Motors mit jener des herkömmlichen Motors;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Art und Weise, auf welche zwei Wicklungen unterschiedliche Anzahlen an Polen aufweisen, wobei eine Vierpolwicklung und eine Achtpolwicklung in einem Stator eines anderen polumschaltbaren Induktionsmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind; und

Fig. 6A und 6B Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zum Ändern der Anzahl der Pole eines Kurzschlußläufermotors.

ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild einen polumschaltbaren Induktionsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 erläutert die Art und Weise, auf welche zwei Wicklungen unterschiedliche Anzahlen an Polen aufweisen, wobei in einem Stator des Motors eine Vierpolwicklung und eine Achtpolwicklung vorgesehen sind. In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Rotor bezeichnet, der eine Kurzschlußläuferwicklung 1a aufweist. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Stator, der eine erste Vierpolwicklung 2a und eine zweite Achtpolwicklung 2b aufweist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl an Windungen der zweiten Achtpolwicklung 2b so gewählt, daß sie größer ist als bei der ersten Vierpolwicklung 2a. In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen U, V und W Anschlußklemmen entsprechend den drei Phasen der zweiten Achtpolwicklung 2b, und bezeichnen X, Y und Z Anschlußklemmen entsprechend den drei Phasen der ersten Vierpolwicklung 2a.

Wiederum in Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 3 einen ersten Wechselrichter, der zum Erregen der Vierpolwicklung verwendet wird, und daher an die erste Wicklung 2a angeschlossen ist. Der erste Wechselrichter 3 enthält eine erste Wechselrichtersteuervorrichtung 3a. Andererseits bezeichnet das Bezugszeichen 4 einen zweiten Wechselrichter, der zum Erregen der Achtpolwicklung verwendet wird, und daher an die zweite Wicklung 2b angeschlossen ist. Der zweite Wechselrichter 4 enthält eine zweite Wechselrichtersteuervorrichtung 4a.

Weiterhin bezeichnet das Bezugszeichen 5 einen Drehzahlsensor (Umdrehungsgeschwindigkeitssensor), der als Drehzahldetektorvorrichtung zum Detektieren der Drehzahl des Rotors 1 dient. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Drehmomentsollwertverteiler, der als Drehmomentverteilungsvorrichtung zum Verteilen von Drehmomentsollwerten entsprechend der Drehzahl dient.

Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen ersten Stromsensor, der an die Phase V der ersten Wicklung 2a angeschlossen ist, und zum Detektieren des Stroms der Phase V verwendet wird, der durch die erste Wicklung 2a fließt. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen zweiten Stromsensor, der an die Phase W der ersten Wicklung 2a angeschlossen ist, und zum Detektieren des dort hindurchfließenden Stroms der Phase W dient. Entsprechend bezeichnet das Bezugszeichen 13 einen dritten Stromsensor, der mit der Phase V der zweiten Wicklung 2b verbunden ist, und zum Detektieren des Stroms der Phase V der zweiten Wicklung 2b verwendet wird. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet einen vierten Stromsensor, der an die Phase W der zweiten Wicklung 2b angeschlossen ist, und zum Detektieren des Stroms der Phase W der zweiten Wicklung 2b verwendet wird.

Ein Signal, welches eine Umdrehungsgeschwindigkeit oder Drehzahl ωm des Rotors 1 repräsentiert, die von dem Drehzahlsensor 5 detektiert wird, wird der ersten Wechselrichtersteuervorrichtung 3a, der zweiten Wechselrichtersteuervorrichtung 4a und dem Drehmomentsollwertverteiler 6 zugeführt. Ein Signal, das den elektrischen Strom Iw1 repräsentiert, der von dem ersten Stromsensor 11 detektiert wird, sowie ein Signal, das den elektrischen Strom Iv1 repräsentiert, der von dem zweiten Stromsensor 12 detektiert wird, werden der ersten Wechselrichtersteuervorrichtung 3a zugeführt. Weiterhin wird ein Signal, das den elektrischen Strom Iw2 repräsentiert, der von dem dritten Stromsensor 13 detektiert wird, sowie ein Signal, das den elektrischen Strom Iv2 repräsentiert, der von dem vierten Stromsensor 14 detektiert wird, der zweiten Wechselrichtersteuervorrichtung 4a zugeführt.

Darüber hinaus ist der Drehmomentsollwertverteiler 6 so ausgebildet, daß er Drehmomentsollwerte T empfängt, und die eingegebenen Drehmomentsollwerte T auf den ersten Drehmomentsollwert T1, der an den ersten Wechselrichter 3 ausgegeben werden soll, und auf den zweiten Drehmomentsollwert T2 aufteilt, der an den zweiten Wechselrichter 4 ausgegeben werden soll.

Als nächstes wird nachstehend der Betriebsablauf bei dieser Ausführungsform geschildert. Wenn die Drehzahl niedrig ist, gibt der Drehmomentbefehlsverteiler 6 den Drehmomentsollwert T2 entsprechend der Drehzahl ωm aus, so daß der Motor durch die zweite Achtpolwicklung 2b angetrieben wird. Die zweite Wicklung 2b weist acht Pole auf, so daß die Frequenz hoch wird. Selbst wenn der magnetische Fluß gering ist, wird daher bei der hohen Frequenz die elektromotorische Kraft hoch. Darüber hinaus ist die Windungszahl der zweiten Wicklung groß, so daß mit einem kleinen Strom ein hohes Drehmoment erzeugt wird. Wenn jedoch der Motor den Betrieb mit hoher Drehzahl fortsetzt, wird jedoch die elektromotorische Kraft zu groß. Daher wird seine Ausgangsleistung niedrig.

Dann gibt, wenn die Drehzahl hoch wird, der Drehmomentbefehlsverteiler 6 einen Drehmomentsollwert T1 entsprechend der Drehzahl ωm aus, so daß der Motor nur durch die erste Vierpolwicklung 2a angetrieben wird. Die erste Wicklung 2a weist vier Pole auf, so daß diese Wicklung selbst dann mit niedriger Frequenz erregt wird, wenn die Drehzahl hoch wird. Darüber hinaus kann, selbst wenn der magnetische Fluß hoch ist, die elektromotorische Kraft auf ein niedriges Niveau verringert werden, infolge der niedrigen Frequenz. Darüber hinaus kann hierdurch ein hoher Strom geliefert werden, infolge der niedrigen elektromotorischen Gegenkraft.

Ein Signal, welches die Drehzahl ωm repräsentiert, kann auf den Drehmomentsollwertverteiler 6 rückgekoppelt werden. Darüber hinaus kann der Drehmomentbefehlsverteiler 6 das Verteilungsverhältnis entsprechend dieser Drehzahl ωm ändern. Weiterhin kann der Verteiler 6 das Verteilungsverhältnis auf einen vorbestimmten Wert ändern. Bei der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich die Wicklungen voneinander in Bezug auf die Anzahl an Polen. Die magnetischen Flüsse, die jeweils durch den elektrischen Strom erzeugt werden, der durch die Wicklungen fließt, stören sich daher gegenseitig nicht. Daher kann der Motor so eingesetzt werden, als würden zwei Motoren unabhängig voneinander angetrieben. Die erste Wicklung 2a und die zweite Wicklung 2b können gleichzeitig angetrieben werden. Alternativ hierzu kann der Motor so ausgebildet sein, daß zu einem Zeitpunkt nur eine der Wicklungen 2a und 2b in Betrieb ist. Die Betriebsweise des Motors wird nur durch Ändern des Verteilungsverfahrens geändert, das von dem Drehmomentsollwertverteiler durchgeführt wird. Die erste Vierpolwicklung 2a kann zur Erzeugung elektrischer Leistung verwendet werden.

Fig. 3 ist ein Diagramm, in welchem das Drehmoment des Motors gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit dem Drehmoment eines Motors verglichen wird, der als herkömmlicher Motor mit einer Wicklung und einem Wechselrichter bezeichnet wird. In Fig. 3 ist auf der Ordinate das Drehmoment (Nm) des Motors im Zusammenspiel mit Wechselrichter (n) aufgetragen, und auf der Abszisse die Drehzahl N (Umdrehungen pro Minute). In Fig. 3 gibt eine Kurve A eine Änderung des Drehmoments eines Motors mit einer einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter (16 V effektiv, 900 A effektiv) an, bei welchem die Anzahl an Polen nicht geändert wird.

Eine Kurve B repräsentiert die Änderung des Drehmoments einer Wicklung, die eine größere Anzahl an Polen (nämlich acht Pole) aufweist, bei einem sogenannten Motor mit zwei Wicklungen und zwei Wechselrichtern (16 V effektiv, 150 A effektiv × 2). Eine Kurve C repräsentiert eine Änderung des Drehmoments einer Wicklung, die eine kleinere Anzahl an Polen (nämlich vier Pole) aufweist, eines Motors mit zwei Wicklungen und zwei Wechselrichtern, wobei die Ansteuerung der Wechselrichter und die Auslegung der Wicklungen von derjenigen gemäß Kurve B abweichen. Eine Kurve D repräsentiert die Änderung des Drehmoments, das sich aus dem Ausgangsdrehmoment von zwei Wicklungen des Motors mit zwei Wicklungen und zwei Wechselrichtern zusammensetzt, also die Änderung des Drehmoments des Motors gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Dabei sind beide Wechselrichter über den gesamten Drehzahlbereich im Einsatz.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist im Falle der Wicklung B, die eine große Anzahl an Polen aufweist, das Drehmoment bei sehr niedriger Drehzahl (also zum Zeitpunkt der Aktivierung) außergewöhnlich hoch. Allerdings ist bei hoher Drehzahl das Drehmoment sehr niedrig. Andererseits erzeugt die Wicklung C, die eine kleine Anzahl an Polen aufweist, ein mittleres Drehmoment, das durch die Drehzahl nicht ernsthaft beeinflußt wird.

Weiterhin weist der Motor gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei welchem die Drehmomente miteinander kombiniert werden, zufriedenstellende Eigenschaften auf, bei denen ein außergewöhnlich hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl erhalten wird (also wenn der Motor aktiviert wird), und bei welchen ein relativ hohes Drehmoment (nämlich höher als das Drehmoment des herkömmlichen Motors mit einer einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter) erhalten wird, wenn die Drehzahl hoch ist (nämlich größer oder gleich 4000 Umdrehungen pro Minute).

Liegt die Drehzahl im übrigen Bereich, so erhält man bei dem Motor mit einer einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter ein höheres Drehmoment. Tatsächlich ist bei Drehzahlen in diesem Bereich ein derartiges hohes Drehmoment unnötig. Andererseits beträgt die Stromkapazität des Motors mit einer einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter 900 A (effektiv), wogegen die Stromkapazität des Motors mit zwei Wicklungen und zwei Wechselrichtern 150 A (effektiv) × 2 beträgt, also 300 A (effektiv), also ein Drittel der Stromkapazität des Motors mit einer einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter.

Fig. 4 ist ein Diagramm zum Vergleich der Ausgangsleistung des erfindungsgemäßen Motors mit jener des herkömmlichen Motors mit einer einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter. In Fig. 4 ist auf der Ordinate die Ausgangsleistung (W) aufgetragen, und auf der Abszisse die Drehzahl N (Umdrehungen pro Minute). In Fig. 4 haben die Kurven A bis D die gleiche Bedeutung wie die Kurven A bis D in Fig. 3. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, weist der Motor gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine ausreichende Ausgangsleistung bei hoher Drehzahl auf (also bei 4000 Umdrehungen pro Minute oder mehr). In diesem Zusammenhang wird angemerkt, daß der herkömmliche Motor mit einer einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter eine sehr hohe Ausgangsleistung in der Nähe der Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute aufweist. Tatsächlich ist jedoch eine derartige Ausgangsleistung in der Nähe dieser Drehzahl nicht so sehr erforderlich.

Wie aus dem Vergleich zwischen der vorliegenden Ausführungsform und dem herkömmlichen Motor mit einer einzigen Wicklung und einem einzigen Wechselrichter in den Fig. 3 und 4 hervorgeht, benötigt die vorliegende Ausführungsform dazu, ein nahezu gleiches Drehmoment und eine nahezu gleiche Ausgangsleistung zu erzielen, nur eine Stromkapazität, die nur ein Drittel der Stromkapazität des herkömmlichen Motors beträgt. Darüber hinaus weist die vorliegende Ausführungsform bessere Eigenschaften bei niedriger Drehzahl (also zum Zeitpunkt der Aktivierung) und bei hoher Drehzahl auf, verglichen mit den Eigenschaften bei dem herkömmlichen Motor.

Es wird darauf hingewiesen, daß das Verfahren zur Durchführung des Betriebs des Drehmomentsollwertverteilers 6 nicht auf das voranstehend geschilderte Verfahren beschränkt ist. Es können andere Verfahren zur Ausführung des Betriebs des Verteilers 6 eingesetzt werden. Beispielsweise kann, wenn ein Drehmomentsollwert ausgegeben wird, das vorgegebene Drehmoment der zweiten Achtpolwicklung 2b zugeordnet werden. Weiterhin kann, falls das Drehmoment bei der zweiten Wicklung 2b unzureichend ist, der fehlende Betrag der ersten Vierpolwicklung 2a zugeordnet werden.

Darüber hinaus kann auch, wie nachstehend geschildert, ein Vektorsteuerverfahren durchgeführt werden. Hierbei wird bei niedriger Drehzahl der Motor hauptsächlich durch die zweite Achtpolwicklung 2b entsprechend dem Drehmomentsollwert angetrieben. Im Gegensatz ist bei hoher Drehzahl das von der Achtpolwicklung erzeugte Drehmoment niedrig. Daher wird der Motor hauptsächlich durch die erste Wicklung 2a angetrieben.

Die erste Vierpolwicklung 2a wird hauptsächlich bei hoher Drehzahl eingesetzt. Das hierbei erzeugte Drehmoment ist relativ niedrig. Daher ist die erforderliche Anzahl an Amperewindungen gering. Daher ist es ausreichend, daß die Schnittfläche der Wicklung (also die Schnittfläche des Drahts, multipliziert mit der Anzahl an Windungen) niedrig ist. In der Praxis kann das Verhältnis der Schnittfläche der zweiten Achtpolwicklung 2b zu jener des Schlitzes 70% oder dergleichen betragen. Darüber hinaus kann das Verhältnis der Schnittfläche der ersten Vierpolwicklung 2a zu jener des Schlitzes etwa 30% betragen.

Weiterhin ist es ausreichend, einen einzigen Drehzahlsensor 5 in dem Motor vorzusehen. Ändert sich die Anzahl an Polen, so ändert sich die elektrische Winkelgeschwindigkeit des Rotors 1. Die gewünschte elektrische Winkelgeschwindigkeit kann jedoch dadurch erhalten werden, daß eine Multiplikation mit der Anzahl an Polpaaren in jedem der Wechselrichter 3 und 4 erfolgt.

Es wird darauf hingewiesen, daß bei der vorliegenden Ausführungsform der Drehmomentsollwertverteiler 6 vorgesehen ist, der als die Drehmomentverteilungsvorrichtung dient. Allerdings ist der Drehmomentsollwertverteiler nicht immer bei dem Motor gemäß der vorliegenden Erfindung nötig. Anstatt Drehmomentsollwerte zu verteilen, kann der Motor so ausgebildet sein, daß zwei unabhängige Drehmomentsollwerte jeweils dem einen bzw. anderen Wechselrichter zugeführt werden.

ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 5 erläutert die Art und Weise, auf welche zwei Wicklungen mit unterschiedlichen Polzahlen, nämlich eine Vierpolwicklung und eine Achtpolwicklung, in einem Stator bei einer anderen Ausführungsform des polumschaltbaren Induktionsmotors vorgesehen sind. Die übrigen Bauteile bei dieser Ausführungsform sind beinahe ebenso ausgebildet wie die entsprechenden Elemente bei der ersten Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform wird, wenn die Drehzahl kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, der Motor durch die Achtpolwicklung angetrieben, wogegen der Motor von einer Sechspolwicklung angetrieben wird, wenn seine Drehzahl den vorbestimmten Wert überschreitet. Darüber hinaus wird, wenn eine dieser Wicklungen in Betrieb ist, die andere Wicklung außer Betrieb gesetzt.

Wenn die Achtpolwicklung und die Sechspolwicklung so gewickelt sind, daß sie gemeinsame Schlitze verwenden, stören sich die magnetischen Flüsse zum Teil gegenseitig. Daher ist es manchmal schwierig, diese Wicklungen gleichzeitig zu betreiben. Wenn jedoch eine dieser Wicklungen nicht in Betrieb ist, und die Arbeit unterbricht, wird der Motor einfach angetrieben. Obwohl eine elektromotorische Kraft in jener Wicklung hervorgerufen wird, die den Betrieb unterbricht, durch einen Teil der magnetischen Flüsse, die einander stören, sind die magnetischen Flüsse gering, die sich gegenseitig stören, so daß die elektromotorische Kraft niedrig ist. Wenn der Motor so gesteuert wird, daß der an diese Wicklung angeschlossene Wechselrichter ausgeschaltet wird, wird diese Wicklung an eine Gleichspannung angeklemmt, so daß kein Strom in dieser Wicklung fließt.

Zwar wurden voranstehend die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, jedoch wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, und daß Fachleuten auf diesem Gebiet andere Abänderungen auffallen werden, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung ergeben sich daher aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen und sollen von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein.

Claims (11)

1. Polumschaltbarer Induktionsmotor, welcher aufweist:
einen Rotor (1) mit einer Kurzschlußläuferwicklung;
einen Stator (2), der zumindest eine Gruppe aus einer ersten Wicklung (2a) mit 2n Polen und aus einer zweiten Wicklung (2b) mit 2m ≠ 2n Polen aufweist;
einen ersten Wechselrichter (3), der an die erste Wicklung angeschlossen ist; und
einen zweiten Wechselrichter (4), der an die zweite Wicklung angeschlossen ist.

2. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahlen "m" und "n" so gewählt sind, daß m = 2kn gilt, wobei "k" eine ganze Zahl ist.

3. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Windungszahl der ersten Wicklung (2a) von der Windungszahl der zweiten Wicklung (2b) unterscheidet.

4. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehzahlregelung mit einer Drehzahldetektorvorrichtung (5) zum Detektieren eines Drehzahl-Istwerts des Rotors vorgesehen ist.

5. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehmomentverteilungsvorrichtung (6) vorgesehen ist, die einen Drehmomentsollwert auf einen ersten Drehmomentsollwert für den ersten Wechselrichter (3) und auf einen zweiten Drehmomentsollwert für den zweiten Wechselrichter (4) aufteilt.

6. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentverteilungsvorrichtung (6) dazu ausgebildet ist, ein Drehmomentverhältnis entsprechend dem Drehzahl- Istwert zu bestimmen.

7. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentverteilungsvorrichtung (6) so ausgebildet ist, dass sie die Drehmomentsollwerte so verteilt, dass der zweite Drehmomentsollwert größer ist als der erste Drehmomentsollwert, wenn der Drehzahl-Istwert kleiner ist als ein Schwellwert, und daß der zweite Drehmoment- Sollwert kleiner ist als der erste Drehmoment-Sollwert, wenn der Drehzahl-Istwert größer ist als der Schwellwert.

8. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentverteilungsvorrichtung (6) dazu ausgebildet ist, zuerst die Drehmomentsollwerte jener Wicklung zuzuordnen, die eine größere Anzahl an Polen aufweist, und dann, falls das Drehmoment jener Wicklung unzureichend ist, die übrigen Drehmomentsollwerte der Wicklung mit der kleineren Anzahl an Polen zuzuordnen.

9. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wicklung und die zweite Wicklung in demselben Schlitz untergebracht sind.

10. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahlen "m" und "n" so gewählt sind, daß n < m ist, und daß die zweite Wicklung mit 2m Polen an einer Öffnungsabschnittsseite des Schlitzes angeordnet ist.

11. Polumschaltbarer Induktionsmotor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen in den Schlitzen unterschiedliche Querschnittsanteile haben.