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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine oder einem Verfahren
zum Betreiben einer elektrischen Maschine nach der Gattung der unabhängigen
Ansprüche.
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Aus
der
DE 10 2004
027 635 A1 ist eine derartige elektrische Maschine als
Antrieb eines handgeführten oder stationären Elektrowerkzeuges
bekannt, deren Antriebseinheit einen elektronisch kommutierbaren
Motor mit einem permanentmagnetisch erregten Rotor aufweist und
deren Stator mittels einer Motorsteuerung derart betrieben wird,
dass der Motor in einem ersten Drehzahlbereich in einem spannungsgesteuerten
Betrieb arbeitet und in einem zweiten Drehzahlbereich, der sich
an den ersten Drehzahlbereich in Richtung einer höheren
Drehzahl anschließt, gemäß einem Feldschwächbetrieb
angesteuert wird. Die Feldschwächung wird hierbei erreicht
durch eine Phasenverschiebung zwischen der Rotordurchflutung und
der Statordurchflutung, wobei eine vorauseilende Kommutierung des
Statorstromes erfolgt. Ein derartiger Betrieb, bei dem im Drehzahlbereich
der Feldschwächung der Erregerstrom des Stators der Polradspannung
vorauseilt, ist mit verhältnismäßig einfachen
Mitteln preiswert realisierbar und kann eingesetzt werden, wenn
an die Führung der elektrischen Maschine keine hohen Ansprüche
gestellt und insbesondere auf die hochdynamische Einstellung des
das Drehmoment bildenden Querachsenstromes verzichtet werden kann.
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Grundsätzlich
wird die Leerlaufdrehzahl von elektronisch kommutierten (EC) Motoren
durch die Auslegung der Wicklung und die Höhe der Spannung der
speisenden Gleichstromquelle festgelegt. Bei konstanter speisender
Spannung ist somit auch die maximale Drehzahl, beziehungsweise die
Leerlaufdrehzahl des Motors festgelegt. Um die Drehzahl des Motors
weiter zu erhöhen ist eine Feldschwächung erforderlich,
wobei der Betrag des mit der Statorwicklung verketteten magnetischen
Flusses reduziert wird. Hierzu ist es bekannt, die Feldschwächung durch
eine Stator-Stromkomponenete zu erzielen, die in der Statorwicklung
eine Durchflutung parallel zur Erregerdurchflutung erzeugt. In der
Literatur wird diese Komponente, bezogen auf Rotorhauptachse, als
Längs- oder d-Achsenstrom bezeichnet. Diese d-Achsenkomponente
ist in der Regel so orientiert, dass sie der Erregerdurchflutung
entgegengesetzt ist, wodurch die resultierende Erregerdurchflutung
in der Erregerhauptachse vermindert wird.
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Die
resultierende d-Achsen-Durchflutung induziert in der Ankerwicklung
der Maschine eine Spannung, welche der Durchflutung um 90° vorauseilt.
Diese induzierte Spannung ist in Phase mit einem Strom, der eine
Ankerdurchflutung in der Rotorquer(q)-Achse erzeugt und mit diesem
elektrische Leistung in mechanische Leistung umsetzt. Auf dieser
Basis ist eine Feldschwächung oder feldorientierte Regelung
möglich, bei der die beiden Stator-Stromkomponenten unabhängig
voneinander eingestellt werden können. Mit dem q-Achsenstrom
erfolgt die Einstellung des Drehmoments, mit dem d-Achsenstrom kann
die induzierte Spannung in der Maschine soweit vermindert werden,
dass Drehahlen weit über der natürlichen Leerlaufdrehzahl
der Maschine erreichbar sind. Eine derartige Regelung ist beispielsweise
in der
DE 197 25 136
C2 beschrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße elektrische Maschine und ein
Verfahren zum Betreiben der Maschine haben gegenüber dem
geschilderten Stand der Technik den Vorteil, dass der Feldschwächungsbetrieb
und die hierdurch ermöglichte Drehzahlerhöhung
der Maschine ohne zusätzliche Statorströme und
somit ohne Erhöhung der Verluste in der elektrischen Maschine
erreicht werden, welche für bekannte Verfahren typisch
sind, beispielsweise für das eingangs anhand der
DE 10 2004 027 635
A1 beschriebene Verfahren.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen
elektrischen Maschine und des zugehörigen Verfahrens zum
Betreiben der Maschine möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, zur Reduzierung der Flussverkettung in der Maschine
Teile der Statorwicklung zwischen Reihenschaltung und Parallelschaltung
umschaltbar zu gestalten, wobei durch die Parallelschaltung anstelle
der Reihenschaltung gleichzeitig mit der Drehzahlerhöhung
eine Reduzierung der Kupferverluste der Maschine erreicht wird. Alternativ
kann es auch zweckmäßig sein, anstelle der Umschaltung
Teile der Statorwicklung abzuschalten, wodurch ebenfalls unter Reduzierung
oder zumindest ohne Erhöhung der Verluste die Drehzahlanhebung
ermöglicht wird. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit
zur Reduzierung der Flussverkettung besteht darin, die Feldschwächung
zu bewirken, indem mit parallelen Drähten ausgeführte
Teile der Statorwicklung zu einer Reihenschaltung umgeschaltet oder
zur Stilllegung der von ihnen gebildeten Teilspulen abgeschaltet
werden. Die strukturelle Reduzierung der Flussverkettung könnte
jedoch auch durch eine Veränderung des Luftspaltes der
Maschine erfolgen, beispielsweise durch eine axiale Verschiebung
von kegelstumpfartig ausgebildeten Mantelflächen des Rotors
und des Stators im Luftspaltbereich.
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Vorzugsweise
wird die Statorwicklung der erfindungsgemäßen
elektrischen Maschine in jeder Phase mit zwei Teilspulen ausgeführt,
welche umschaltbar oder abschaltbar sind. Eine derartige Anordnung
hat insbesondere hinsichtlich des Aufwandes für die Schaltvorrichtung
Vorteile, welche so mit einer geringen Anzahl von Schaltkontakten
oder Schaltelementen preiswert gestaltet werden kann. Vorzugsweise
ist die Schaltvorrichtung hierbei als mehrpolige Baueinheit ausgeführt.
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Hinsichtlich
des elektromechanischen Aufbaus der erfindungsgemäßen
Maschine ist es vorteilhaft, wenn diese zweiphasig bis sechsphasig
ausgebildet ist und der Rotor zweipolig, vierpolig oder mit einem
Vielfachen dieser Polzahl ausgeführt wird. Eine einphasige
Ausführung wäre nur mit zusätzlichen,
insbesondere kapazitiven Bauteilen realisierbar, wobei die Erzeugung
eines Drehfeldes jedoch nur hinsichtlich einer einzigen Drehzahl
optimiert werden könnte, so dass der Forderung nach einem weiten
Drehzahlbereich mit einer derartigen Ausführung nicht Rechnung
getragen werden kann. Andererseits ist einer Ausführung
der Maschine mit mehr als sechs Phasen insbesondere fertigungstechnisch schwieriger
zu realisieren und erfordert einen deutlich höheren Aufwand,
insbesondere bezüglich des benötigten Umrichters
und der Umschaltvorrichtung, ohne dass entsprechend große
Vorteile hinsichtlich der Reduzierung der magnetischen und der Luftspalt-Geräusche
erzielt werden. Die zweipolige, vierpolige oder mit einem Vielfachen
dieser Polzahl ausgeführte Gestaltung der Maschine hat
den Vorteil, dass sich praktisch alle technisch und wirtschaftlich interessanten
Gestaltungen insbesondere der Statorwicklung durch einfache Wiederholung
und Vervielfachen der Bauform am Umfang des Stators gegenüber
einer zweipoligen oder vierpoligen Maschine realisieren lassen.
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Weitere
Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen und aus der Beschreibung
der Ausführungsbeispiele.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schaltungsmäßige Darstellung einer elektrischen
Maschine in der Ausführung eines aus einem Gleichspannungsnetz über
einen Umrichter gespeisten EC-Motors mit einer dreiphasigen Statorwicklung
mit abschaltbaren Teilspulen,
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2 eine
elektrische Maschine entsprechend 1 mit wahlweise
in Reihen- oder Parallelschaltung betreibbaren Teilspulen,
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3 eine
elektrische Maschine entsprechend 1, deren
Teilspulen wahlweise in Reihenschaltung mit dem Umrichter verbindbar
oder ohne Sternpunktverschiebung teilweise abschaltbar sind,
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4 eine
elektrische Maschine entsprechend 1, wobei
die Teilspulen der Statorwicklung mit parallelen Drähten
gewickelt und wahlweise in Reihen- oder Parallelschaltung betreibbar
sind,
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5 ein
Ausführungsbeispiel einer Statorwicklung einer vierpoligen
elektrischen Maschine mit drei Phasen in 12 Nuten mit herausgeführten
Anfängen und Enden der Teilspulen,
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6 ein
Ausführungsbeispiel einer Statorwicklung einer zweipoligen
elektrischen Maschine mit drei Phasen in 12 Nuten, ebenfalls mit
herausgeführten Spulenanfängen und Spulenenden,
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7 ein
Ausführungsbeispiel einer Statorwicklung einer zweipoligen
elektrischen Maschine mit drei Phasen in 12 Nuten mit herausgeführten Wicklugsanfängen
und Wicklungsenden der Teilspulen, wobei die Spulen mit einer Spulenweite
von 180°el ausgeführt sind, und
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8 ein
Ausführungsbeispiel einer Statorwicklung einer vierpoligen
elektrischen Maschine mit drei Phasen in 12 Nuten, wobei die Teilspulen
mit zwei parallelen Drähten gewickelt sind.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
der 1 ist die prinzipielle Schaltungsanordnung einer
elektrischen Maschine in der Ausführung als dreiphasiger,
elektronisch kommutierter und permanentmagnetisch erregter Motor
dargestellt, wie er beispielsweise als Antriebsmotor für
Elektrowerkzeuge eingesetzt werden kann. Vom Stator 10 des Motors
ist hierbei nur die dreiphasige Wicklung dargestellt, wobei die
einzelnen Stränge in Teilspulen U1/2 und U3/4, V1/2 und
V3/4 sowie W1/2 und W3/4 unterteilt sind. Entsprechend sind die
Enden der Teilspulen mit U1–U4, V1–V4 und W1–W4
bezeichnet. Zwischen den Teilspulen der Phasen U, V, W befindet sich
eine dreipolige Schaltvorrichtung 12, durch welche die
Teilspulen der einzelnen Phasen wahlweise in Reihe geschaltet werden
mit einem Sternpunkt 14 oder alternativ die Teilspulen
U3/4, V3/4 und W3/4 abgetrennt und die Teilspulen U1/2, V1/2 und
W1/2 zu einem neuen Sternpunkt 16 verschaltet werden.
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Der
permanentmagnetische, schematisch dargestellte Rotor der Maschine
ist mit 18 bezeichnet und in der Praxis zweipolig, vierpolig
oder entsprechend einem Vielfachen dieser Polzahlen ausgebildet
und in bekannter Weise gestaltet, wobei sich am Rotorumfang jeweils
Nord- und Südpole abwechseln. Diese Nord- und Südpole
könne entweder direkt durch am Umfang des Rotors 18 angeordnete
Permanentmagnete oder durch dort vorhandenes Rotoreisen gebildet
werden.
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Die
Speisung der Maschine erfolgt aus einer Gleichspannungsquelle 20 über
einen Umrichter 22, in dem der Gleichstrom in eine dreiphasige
Wechselspannung umgeformt wird. Der Umrichter 22 ist vorzugsweise
als transistorisierte Vollbrückenschaltung gestaltet, wobei
die einzelnen Transistoren durch eine nicht dargestellte Steuerung
entsprechend der Rotorposition in ebenfalls allgemein bekannter
Weise eingeschaltet, werden.
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Die
Schaltungsanordnungen der elektrischen Maschine gemäß 2, 3 und 4 sind grundsätzlich
gleich aufgebaut wie die Anordnung gemäß 1,
wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Unterschiede
bestehen hinsichtlich der Art der Umschaltung der einzelnen Teilspulen
und deren Anschluss an den Umrichter 22.
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In 2 erfolgt
die Umschaltung durch eine sechspolige Schaltvorrichtung 24.
Hierbei ist jeweils ein Umschaltkontakt dauernd mit den Anschlüssen U2
und U3, V2 und V3 sowie W2 und W3 verbunden. Die schaltbaren Kontakte
der Schaltvorrichtung 24 verbinden entweder die Anschlüsse
U2 und U3, V2 und V3 sowie W2 und W3 oder sie bilden aus den Anschlüssen
U2, V2 und W2 einen neuen Sternpunkt 26 und verbinden gleichzeitig
die Anschlüsse U3, V3 und W3 jeweils mit den Anschlüssen
U1, V1 und W1, so dass die Teilspulen U3/4, V3/4 und W3/4 parallel geschaltet
sind zu den Teilspulen U1/2, V1/2 und W1/2. Die Sternpunkte 14 und 26 werden
entsprechen der strichpunktierten Linie 27 miteinander
verbunden.
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Bei
der Schaltungsanordnung gemäß 3 liegt
am Ausgang des Umrichters 22 eine dreipolig Schaltvorrichtung 28,
welche in der in der Zeichnung dargestellten Stellung die in Reihe
geschalteten Teilspulen U1/2 und U3/4, V1/2 und V3/4 sowie W1/2 und
W3/4 als Reihenschaltung mit dem Sternpunkt 14 mit dem
Umrichter 22 verbindet. Zwischen den Teilspulenanschlüssen
U2/3, V2/3 und W2/3 sind hierbei Anzapfungen 30, 32 und 34 herausgeführt und
mit den in der Zeichnung freien Anschlüssen der Schaltvorrichtung 28 verbunden,
so dass bei deren Umschaltung die Teilspulen U1/2, V1/2 und W1/2
von der Spannungsversorgung abgetrennt werden und nur die Teilspulen
U3/4, V3/4 und W3/4 mit dem Sternpunkt 14 mit entsprechend
ihren Teilwindungszahlen reduzierten Teilspulen die Statorwicklung 10 im
Feldschwächungsbetrieb bilden. Anders als bei der Abschaltung
gemäß 1 wird hierbei der Sternpunkt 14 der
Teilspulen nicht verschoben und es muss jeweils nur eine Anzapfung
zwischen den Teilspulen angebracht werden.
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4 zeigt
eine Schaltungsanordnung der elektrischen Maschine, bei der die
Teilspulen U1/2 und U3/4, die Teilspulen V1/2 und V3/4 sowie die
Teilspulen W1/2 und W3/4 von parallel gewickelten Drähten
gebildet werden, welche jeweils in der gleichen Nut liegen. Die
Spulenanfänge U1, V1 und W1 sind hierbei direkt mit den
Ausgängen des Umrichters 22 verbunden, während
die zugehörigen Ausgänge U2, V2 und W2 mit einem
Festkontakt einer sechspoligen Schaltvorrichtung 36 verbunden
sind. Durch diese Schaltvorrichtung 36 werden die Spulen
U1/2, V1/2 und W1/2 wahlweise in Reihe zu den Spulen U3/4, V3/4
und W3/4 oder zu einem weiteren Sternpunkt 38 verschaltet,
während die Teilspulenausgänge U4, V4 und W4 den
Sternpunkt 1 4 bilden. Die Sternpunkte 14 und 38 sind
entsprechend der strichpunktierten Linie 39 verbunden.
So kann die Maschine wiederum wahlweise in einem spannungsgesteuerten
Betrieb mit niedrigeren Drehzahlen bei Reihenschaltung der Teilspulen
oder andererseits durch Feldschwächung in einem höheren
Drehzahlbereich bei Parallelschaltung der Teilspulen betrieben werden.
Die Induktivität und der ohmsche Widerstand bei der Reihenschaltung
nehmen bei gleichen Drahtquerschnitten und gleichen Teilspulen jeweils
den vierfachen Wert an, die Drehzahl ist nur halb so groß wie
bei der Parallelschaltung der Teilspulen. Gleichzeitig reduziert
sich bei der Reihenschaltung der maximale Kurzschlussstrom auf ein
Viertel des Wertes, wobei die Gesamtcharakteristik des Motors entsprechend
den unterschiedlichen Induktivitäten und ohmschen Widerständen
verändert wird. Eine Abschaltung von parallelen Teilspulen
ist nicht sinnvoll, da sie zu keiner Änderung der Drehzahl
führt.
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Die 5 bis 8 zeigen
verschiedene Wicklungsanordnungen für die Teilspulen einer
dreiphasigen Statorwicklung entsprechend den Schaltungsanordnungen
der 1 bis 4. Hierbei sind die Spulenanfänge
und die Spulenenden jeweils herausgeführt und mit den gleichen
Bezeichnungen versehen wie in den 1 bis 4,
so dass auf zusätzliche Darstellungen der Wicklungsverbindungen untereinander
verzichtet werden kann. Diese entsprechen jeweils den Verschaltungen
der 1 bis 4 und können von dort
abgeleitet werden.
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In 5 ist
die Abwicklung eines Stators 10 einer vierpoligen Maschine
mit zwölf Nuten 40 dargestellt. In jeder Nut 40 liegt
nur eine Spulenseite 42 der als Schleifenwicklung ausgebildeten
Teilspulen U1/2, U3/4, V1/2, V3/4, W1/2 und W3/4. Bei einer Verschaltung
gemäß 1 sind dann die Spulenanfänge
U1, V1 und W1 an den Umrichter 22 angeschlossen. Die Spulenausgänge
U2, V2 und W2 sind über die dreipolige Schaltvorrichtung
12 zum neuen Sternpunkt 16 verbunden und die Teilspulen
U3/4, V3/4 und W3/4 mit dem Sternpunkt 14 von der Spannungsversorgung
abgetrennt. Nach einer Umschaltung der dreipoligen Schaltvorrichtung 12 werden
die Spulenenden U2 und U3, V2 und V3 sowie W2 und W3 zu einer Reihenschaltung
der Teilspulen mit dem Sternpunkt 14 an den Spulenenden
U4, V4 und W4 verbunden.
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Bei
einer Verschaltung der Teilspulen aus 5 gemäß der
Anordnung in 2 ergibt sich durch die sechspolige
Schaltvorrichtung 24 zusätzlich die, Möglichkeit,
jeweils die Teilspulen U1/2 und U3/4, V1/2 und V3/4 sowie W1/2 und
W3/4 parallel zu schalten. Die dargestellte Schaltungsvariante der 2 entspricht
der bereits anhand von 1 geschilderten Reihenschaltung
der Teilspulen. Für die Parallelschaltung der Teilspulen
ist das Umschalten der sechspoligen Schaltvorrichtung 24 erforderlich, wodurch
einerseits der neue Sternpunkt 26 gebildet wird und andererseits
die Spulenanfänge U3, V3 und W3 mit den Ausgängen
des Umrichters 22 verbunden werden.
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Eine
weitere Möglichkeit zur Verschaltung der Teilspulen aus 5 zeigt 3 mit
einer dreipoligen Schaltvorrichtung 28 unmittelbar am Ausgang des
Umrichters 22, welche entweder die Anschlüsse. U1,
V1 und W1 und die nachgeordneten Teilspulen zu einer Reihenschaltung
mit dem Sternpunkt 14 verbindet oder wahlweise nach dem
Umschalten die Teilspulen U1/2, V1/2 und W1/2 von der Spannungsversorgung
abtrennt und mit den Teilspulen U3/4, V3/4 und W3/4 die neue reduzierte
Teilwicklung für den Feldschwächebetrieb im Stator 10 bildet.
Hierbei sind die Anschlüsse der Teilspulen verschoben,
der Sternpunkt 14 bleibt jedoch erhalten.
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6 zeigt
wiederum einen Stator 10 mit 12 Nuten, wobei ebenfalls
in jeder Nut 40 eine Spulenseite 42 liegt. Die
Wicklung ist hierbei jedoch für eine zweipolige Ausführung
des Rotors 18 gestaltet, wodurch sich eine Lochzahl von
2 ergibt. Hierbei liegen jeweils zwei Spulenseiten 42 von
Teilspulen der gleichen Phase in benachbarten Nuten 40.
Die Wicklung ist ebenfalls als Schleifenwicklung ausgeführt.
Abweichend von den Wicklungsbezeichnungen in den 1 bis 3 sind
jedoch bei einem zweipoligen Rotor die Teilwicklungen U3/4, V3/4
und W3/4 um 180°el zu verschieben, so dass sich die Reihenschaltung
bei den Anschlüssen U4, V4 und W4 und andererseits der
Sternpunkt 14 bei den Anschlüssen U3, V3 und W3
ergibt. Entsprechend sind bei einer Parallelschaltung gemäß 2 die
Teilwicklungsanschlüsse U4, V4 und W4 mit den entsprechenden Ausgängen
des Umrichters 22 verbunden, während die Anschlüsse
U3, V3 und W3 den Sternpunkt 14 bilden. Bei der Abschaltung
der Spulengruppe mit den Teilspulen U3/4, V3/4 und W3/4 ergibt sich
als Besonderheit, dass nach dem Abschalten der Spulengruppe eine
Wicklungsanordnung mit verkürzten Spulen mit einer Spulenweite
von 150°el entsteht. Selbstverständlich kann auch
hierbei entsprechend 3 die Spulengruppe mit den Teilspulen
U1/2, V1/2 und W1/2 abgeschaltet werden, so dass sich der Sternpunkt
14 beim Abschalten einer Spulengruppe nicht verschiebt.
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7 zeigt
eine dreiphasige Wicklung für einen Stator 10 bei
zweipoliger Ausführung des Rotors 18, wobei jedoch
die Teilspulen mit einer Spulenweite von 180°el ausgeführt
sind. Bei dieser Anordnung ergibt sich auch nach Abschaltung einer
Spulengruppe eine Wicklung mit Durchmesserspulen, wobei jedoch im
Vergleich zu der Wicklungsanordnung gemäß 6 längere
Wickelköpfe entstehen, welche eine größere
Drahtlänge mit mehr Kupfer und einem höheren Platzbedarf
im Stator erfordern. Im Übrigen gelten die Ausführungen
zu 6 entsprechend auch bei 7.
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8 zeigt
eine Wicklungsgestaltung für einen vierpolig aufgebauten
Rotor 18 mit einem Stator 10 mit 12 Nuten 40,
wobei in jeder Nut 40 zwei parallele Drähte, beziehungsweise
parallele Spulenseiten 42 liegen. Eine derartige Anordnung
entspricht der schaltungsmäßigen Darstellung in 4 mit einer engen
magnetischen Kopplung der jeweiligen Teilspulen jeder Phase. Die
Wicklungsanfänge U1 und U3, V1 und V3 sowie W1 und W3 liegen
ebenso wie die zugehörigen Spulenenden in der gleichen
Nut, die einzelnen Teilspulen sind am Statorumfang gleichmäßig
verteilt angeordnet. Schaltungsmäßig bietet sich
hierbei gemäß 4 wiederum
wahlweise die Reihenschaltung für den niedrigeren Drehzahlbereich
und die Parallelschaltung für den Feldschwächebetrieb
im höheren Drehzahlbereich an, während bei einer
Abschaltung von einem Spulenteil sich gegenüber der Reihenschaltung
keine Veränderung der Windungszahl und demzufolge auch
keine Drehzahlveränderung ergibt sondern nur höhere
Verluste in der Maschine.
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Die
erfindungsgemäße Gestaltung der elektrischen Maschine,
beziehungsweise das vorgeschlagene Verfahren zum Betrieb einer derartigen Maschine
erlauben mit einfachen Mitteln ohne zusätzliche Verluste
den Betrieb mit einer deutlich erhöhten Leerlaufdrehzahl
an einer konstanten und fest vorgegebenen Spannungsquelle. Im Gegensatz zu
herkömmlichen Anordnungen mit einer feldschwächenden
Stator-Stromkomponente in der d-Achse des Rotors 18 vermindert
die vorgeschlagene Anordnung den Wirkungsgrad der Maschine nicht,
wobei die Drehzahlveränderung wahlweise durch Umschalten
oder Abschalten von Spulengruppen erzielt werden kann. Die Anordnung
kann mit besonderem Vorteil eingesetzt werden bei akkubetriebenen
Motoren, beispielsweise bei akkubetriebenen Elektrowerkzeugen, wodurch
dort sonst übliche mechanische Umschaltgetriebe eingespart
werden. Die Maschine kann hierdurch kompakter, leichter und preiswerter ausgeführt
werden, wobei sich als Schaltelemente für die Schaltvorrichtungen 12, 24, 28 und 36 sämtliche
bekannten Schaltelemente eignen, also sowohl mechanische Schalter
oder Relais wie auch elektronische Schaltelemente. Die Betätigung der
Schaltvorrichtungen kann entweder direkt durch den Benutzer erfolgen
oder durch eine elektronische Baugruppe, beispielsweise einen Mikroprozessor.
Die Schaltvorrichtung kann weiterhin entweder als eigenständiger
Umschalter ausgeführt werden ähnlich den sonst üblichen
mechanischen Getriebeumschaltungen oder sie kann konstruktiv in
den gleichzeitig als Drehzahlgeber wirkenden Werkzeugschalter integriert werden,
so dass die Umschaltung automatisch mitbetätigt wird, wenn
hohe Drehzahlen durch den Benutzer angefordert werden. Weiterhin
ist auch eine selbsttätige Umschaltung in Abhängigkeit
vom Lastmoment möglich.
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Eine
weitere vorteilhafte Verwendungsmöglichkeit der vorgeschlagenen
Maschinengestaltung liegt im Automobilbereich auf dem Gebiet der
Startergeneratoren, für welche sich die Bauform als elektronisch
kommutierte Maschine ebenfalls sehr gut eignet und der große
zur Verfügung stehende Drehzahlbereich genutzt werden kann.
Wegen der hierbei auftretenden hohen Drehzahlen eignen sich dabei
Rotorbauformen mit höherer Polzahl, beispielsweise 12polige
oder 16polige Anordnungen. Entsprechendes gilt für die
Anzahl der Statorphasen. Während eine dreiphasige Ausführung
grundsätzlich einen einfachen und preiswerten Aufbau der
Maschine ermöglicht, bieten höherphasige Statorwicklungen
Vorteile hinsichtlich der magnetischen Geräusche und der Luftspaltgeräusche,
welche insbesondere bei Dauerbetrieb im Kraftfahrzeug störend
sind. Im Vordergrund steht bei jeder Anwendung jedoch die Möglichkeit
zur Bereitstellung hoher Lastmomente bei entsprechend reduzierter
Drehzahl, beziehungsweise die Verfügbarkeit hoher Drehzahlen,
wenn das erforderliche Lastmoment dies zulässt.
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Abschließend
wird noch darauf hingewiesen, dass auch das Abschalten von Wicklungsteilen
gute Ergebnisse hinsichtlich des Wirkungsgrades der Maschine erbringt.
Dieses zunächst überraschende Ergebnis ergibt
sich daraus, dass aufgrund der durch die Abschaltung von Wicklungsteilen
entstehenden Unsymmetrien im magnetischen Kreis der Maschine in
deren Luftspalt höhere Oberwellenanteile auftreten, wodurch
sich die Induktivität, insbesondere im oberen Drehzahlbereich,
deutlich erhöht und mit ihr der Wirkungsgrad der Maschine.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004027635
A1 [0002, 0005]
- - DE 19725136 C2 [0004]