DE102015118817A1

DE102015118817A1 - Reluktanzmotor sowie Verfahren zum Betrieb eines Reluktanzmotors

Info

Publication number: DE102015118817A1
Application number: DE102015118817.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Petzold
Original assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Current assignee: Vorwerk and Co Interholding GmbH
Priority date: 2015-11-03
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2017-05-04
Also published as: IT201600108056A1; TW201722037A; CN106655966A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines einen Rotor (2) und einen Stator (3) aufweisenden Reluktanzmotors (1) mit mindestens zwei Phasen (9, 10, 11), wobei mindestens zwei Statorspulenpaare (4, 5, 6) des Stators (3) zur Rotation des Rotors (2) zeitlich aufeinanderfolgend mit einem Strom beaufschlagt werden. Um ein alternatives Verfahren zum Betrieb eines Reluktanzmotors (1) zu schaffen, bei welchem insbesondere die Leistung reduziert ist, wird vorgeschlagen dass während eines Beobachtungszeitraums von zwei Rotationsumläufen (7, 8) des Rotors (2) mindestens eine Phase (9, 10, 11) während zumindest eines Rotationsumlaufs (7, 8) nicht bestromt wird oder in einem der zwei Rotationsumläufe (7, 8) keine Phase (9, 10, 11) bestromt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Reluktanzmotor (1).

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betrieb eines einen Rotor und einen Stator aufweisenden Reluktanzmotors mit mindestens zwei Phasen, wobei mindestens zwei Statorspulenpaare des Stators zur Rotation des Rotors zeitlich aufeinanderfolgend mit einem Strom beaufschlagt werden.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Reluktanzmotor mit mindestens zwei Phasen, aufweisend einen Rotor, einen mindestens zwei Statorspulenpaare aufweisenden Stator und eine Steuereinrichtung zur zeitlich aufeinanderfolgenden Beaufschlagung der Statorspulenpaare mit einem Strom.
Stand der Technik
Reluktanzmotoren sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Diese weisen einen metallischen, um eine Achse rotierbaren Rotor auf sowie einen den Rotor außenseitig umgebenden Stator, der zumindest zwei steuerbare Statorspulenpaare aus sich in Rotationsrichtung gegenüberliegenden Statorspulen aufweist. Die beiden Statorspulen eines Statorspulenpaares bilden ein Nordpol-Südpol-Paar. Wenn durch eines der Statorspulenpaare ein Strom fließt, wird ein elektromagnetisches Feld zwischen den gegenüberliegenden Statorspulen erzeugt. Der Rotor versucht, die Stellung minimaler Reluktanz einzunehmen, wobei er einem Drehmoment unterliegt und der Rotor rotiert. Das jeweilige Statorspulenpaar bleibt solange mit Strom beaufschlagt, bis die Pole des Rotors relativ zu den Polen des Stators ausgerichtet sind. Eine zeitlich aufeinanderfolgende Beaufschlagung der über den Umfang des Stators angeordneten Statorspulenpaare bewirkt eine kontinuierliche Rotation des Rotors. Während eines Rotationsumlaufs des Rotors werden somit bezogen auf aufeinander folgende Phasen die in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Statorspulenpaare mit Strom beaufschlagt. Bei beispielsweise zwei Statorspulenpaaren ergeben sich somit zwei Phasen pro Rotationsumlauf, wobei bezogen auf die erste Phase das erste Statorspulenpaar mit Strom beaufschlagt wird und bezogen auf die zweite Phase das zweite Statorspulenpaar.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von dem zuvor dargestellten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zum Betrieb eines Reluktanzmotors sowie einen Reluktanzmotor zu schaffen, bei welchem insbesondere die zum Betrieb des Reluktanzmotors erforderliche Leistung reduziert ist.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass während eines Beobachtungszeitraums von zwei Rotationsumläufen des Rotors mindestens eine Phase während zumindest eines Rotationsumlaufs nicht bestromt wird oder in einem der zwei Rotationsumläufe keine Phase bestromt wird.
Gemäß der Erfindung werden während des Betriebs des Reluktanzmotors nun gezielt Bestromungspausen eingesetzt, in welchen die betreffende Phase nicht mit Strom beaufschlagt wird. Dadurch kann die für die Rotation des Rotors erforderliche Leistung reduziert werden. Sofern der Stator beispielsweise zwei Statorspulenpaare aufweist, kann die Leistung durch eine solche Bestromungspause bezogen auf eine der beiden Phasen pro Rotationsumlauf um bis zu 50 Prozent reduziert werden. Zu dem Drehmoment des Rotors tragen somit nur diejenigen Statorspulenpaare bei, welche in dem aktuellen Rotationsumlauf, d. h. einer 360°-Rotation des Rotors, mit Strom beaufschlagt werden. Der Reluktanzmotor nutzt das Drehmoment, welches er durch das zuletzt mit Strom beaufschlagte Statorspulenpaar erhalten hat, rotiert gegebenenfalls mit sich reduzierender Rotationsgeschwindigkeit durch den Zeitraum der Bestromungspause bis er durch das nächste bestromte Statorspulenpaar einen weiteren Drehimpuls erhält. Durch unterschiedliche Bestromungsmuster lässt sich ein und derselbe Reluktanzmotor bei unterschiedlichen Leistungen beziehungsweise Drehzahlen betreiben, ohne dass hierzu bauliche Änderungen notwendig sind. Durch die gezielt in einem Bestromungsmuster eingesetzten Bestromungspausen kann die Leistung somit nach Bedarf reduziert werden.
Im Folgenden wird die Beaufschlagung des Reluktanzmotors mit Strom in Bezug auf zwei oder mehr aufeinanderfolgende Rotationsumläufe betrachtet. Jeder Rotationsumlauf entspricht dabei einer vollständigen 360°-Rotation des Rotors. Sofern der Reluktanzmotor beispielsweise zwei Statorspulenpaare aufweist, ergeben sich pro Rotationsumlauf zwei Phasen, d. h. insgesamt vier Phasen innerhalb eines Beobachtungszeitraums. Bei einem Reluktanzmotor mit beispielsweise drei Statorspulenpaaren ergeben sich pro Rotationsumlauf entsprechend drei Phasen, d. h. auf einen Beobachtungszeitraum insgesamt sechs Phasen. Entsprechendes gilt für Reluktanzmotoren mit einer noch größeren Anzahl von Statorspulenpaaren.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass bezogen auf mehrere aufeinanderfolgende Beobachtungszeiträume von je zwei Rotationsumläufen eine erste Phase gar nicht bestromt wird. Somit wird jeder Rotationsumlauf des Reluktanzmotors dazu genutzt, mindestens eine Phase nicht zu bestromen, so dass die von dem Reluktanzmotor aufgenommene Leistung reduziert wird. Bei einem Reluktanzmotor mit zwei Statorspulenpaaren kann beispielsweise stets nur das erste Statorspulenpaar bestromt werden, während das zweite Statorspulenpaar gar nicht zu dem Drehmoment des Rotors beiträgt. Bei drei Statorspulenpaaren kann beispielsweise ebenfalls nur das erste Statorspulenpaar bestromt werden oder nur das erste und das zweite Statorspulenpaar. Bezogen auf zwei der Phasen kann somit stets nur eine von zwei Phasen während zumindest eines Rotationsumlaufs bestromt werden.
Alternativ ist es auch möglich, dass während eines ersten Rotationsumlaufs das erste Statorspulenpaar mit Strom beaufschlagt wird, während eines zweiten Rotationsumlaufs das zweite Statorspulenpaar und weiter in einem dritten Rotationsumlauf wieder das erste Statorspulenpaar und in einem vierten Rotationsumlauf das zweite Statorspulenpaar, usw. Bei einem dreiphasigen Reluktanzmotor kann das Bestromungsmuster so aussehen, dass stets nur zwei der drei Statorspulenpaare mit Strom beaufschlagt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass während eines ersten Rotationsumlaufs beispielsweise das erste Statorspulenpaar nicht mit Strom beaufschlagt wird, während eines zweiten Rotationsumlaufs das zweite Statorspulenpaar nicht und während eines dritten Rotationsumlaufs das dritte Statorspulenpaar nicht. Weitere Ausführungsformen sind denkbar. Wesentlich ist, dass stets nur höchstens zwei der drei Statorspulenpaare pro Rotationsumlauf mit Strom beaufschlagt werden, so dass die erforderliche Leistung im Wesentlichen maximal zwei Drittel der möglichen Maximalleistung beträgt.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass bezogen auf mehrere aufeinanderfolgende Beobachtungszeiträume von je zwei Rotationsumläufen eine zweite Phase einmal pro Rotationsumlauf bestromt wird. Gemäß dieser Ausgestaltung wird zumindest eine von mehreren Phasen eines Rotationsumlaufs bestromt, so dass der Rotor in jedem Rotationsumlauf mit einem Drehmoment beaufschlagt wird. In Kombination mit der zuvor vorgeschlagenen Bestromungspause bezogen auf eine andere Phase pro Rotationsumlauf ergibt sich unabhängig von der Anzahl der Phasen des Reluktanzmotors stets ein Bestromungsmuster, bei welchem pro Rotationsumlauf eine der Phasen nicht bestromt wird und eine andere der Phasen bestromt wird. Dabei kann die jeweilige bestromte beziehungsweise nicht bestromte Phase des Rotationsumlaufs variieren, so dass beispielsweise während eines ersten Rotationsumlaufs jeweils eine andere Phase nicht bestromt wird als in einem darauffolgenden Rotationsumlauf. Die bestromten Phasen der Rotationsumläufe ändern sich dadurch entsprechend.
Gemäß einer weiteren Ausführung wird vorgeschlagen, dass bezogen auf mehrere aufeinanderfolgende Beobachtungszeiträume von je zwei Rotationsumläufen in jedem ersten Rotationsumlauf beide Phasen bestromt werden und in jedem zweiten Rotationsumlauf keine Phase bestromt wird. Gemäß dieser Ausführungsform werden die Statorspulenpaare stets nur innerhalb eines Rotationsumlaufs je Beobachtungszeitraum mit Strom beaufschlagt, so dass in jedem zweiten Rotationsumlauf kein Drehimpuls auf den Rotor ausgeübt wird, bis in dem darauffolgenden Rotationsumlauf wieder eine Bestromung der Statorspulenpaare stattfindet (bezogen auf einen zweiphasigen Reluktanzmotor). Bei einem dreiphasigen Reluktanzmotor kann diese Ausführungsform entsprechend so aussehen, dass während eines ersten Rotationsumlaufs alle drei Statorspulenpaare mit Strom beaufschlagt werden, während in jedem zweiten Rotationsumlauf nur eines von drei Statorspulenpaaren zur Rotation des Rotors beiträgt. Dieses Bestromungsmuster wiederholt sich über eine Vielzahl von Beobachtungszeiträumen, insbesondere über die gesamte Dauer eines Betriebs des Reluktanzmotors.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Reluktanzmotor mit einer Leistung von kleiner als 70 Watt betrieben wird. Die für die Rotation des Rotors benötigte Leistung ist abhängig von der an die Statorspulenpaare angelegten Spannung und dem durch die Statorspulenpaare fließenden Strom. Durch den Einsatz von Bestromungspausen, in welchen bestimmte Phasen während eines Rotationsumlaufs nicht mit Strom beaufschlagt werden, lässt sich somit die Leistung gezielt reduzieren. Hierbei kann einerseits die angelegte Spannung, die Stromstärke oder auch die Anzahl der bestromten Phasen pro Rotationsumlauf so ausgelegt werden, dass die insgesamt aufgenommene Leistung kleiner als 70 Watt ist.
Es wird vorgeschlagen, dass der Strom einen rechteckförmigen Verlauf aufweist. Dieser Stromverlauf eignet sich insbesondere bei sehr niedrigen Drehzahlen des Reluktanzmotors von beispielsweise ca. 100 U/min. Bei diesen niedrigen Drehzahlen wird der Strom durch Choppen variiert, wobei in zeitlich vorgegebenen Abständen ein Strom mit konstanter Amplitude an die Statorspulenpaare angelegt wird. Dabei wird ein die Phasen des Reluktanzmotors steuernder Schaltkreis in Bezug auf die den einzelnen Statorspulenpaaren zugeordneten Schalter so gesteuert, dass der an ein bestimmtes Statorspulenpaar angelegte Strom unterbrochen und wieder freigegeben wird, so dass fortlaufend ein Drehimpuls auf den Rotor ausgeübt wird.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der Strom in Abhängigkeit von einer aktuellen Rotationsstellung des Rotors zu dem Stator variiert wird. Gemäß dieser Ausgestaltung wird die Stromstärke im Verlauf der Bestromung einer Phase in Abhängigkeit von der aktuellen Stellung des Rotors kontinuierlich erhöht beziehungsweise erniedrigt. Hier wird somit entgegen dem zuvor vorgeschlagenen rechteckförmigen Verlauf keine konstante Stromstärke angelegt, sondern vielmehr ein einzelner Stromimpuls mit variierender Stromstärke. Diese Steuerung eignet sich insbesondere für höhere Drehzahlen von beispielsweise größer als 400 U/min, bei welchen aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit nur ein einzelner Puls (Single Puls) pro Phase an die Statorspulenpaare angelegt werden kann. Das jeweilige Statorspulenpaar ist somit entweder mit einem Strom steigender oder fallender Amplitude beaufschlagt, jedoch nie mit einer konstanten Stromstärke.
Neben dem Verfahren zum Betrieb des Reluktanzmotors schlägt die Erfindung ebenso einen Reluktanzmotor mit mindestens zwei Phasen vor, aufweisend einen Rotor, einen mindestens zwei Statorspulenpaare aufweisenden Stator und einer Steuereinrichtung zur zeitlich aufeinanderfolgenden Beaufschlagung der Statorspulenpaare mit einem Strom, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, die Steuereinrichtung eingerichtet ist, während eines Beobachtungszeitraums von zwei Rotationsumläufen des Rotors nur eine von zwei Phasen während zumindest eines Rotationsumlaufs zu bestromen oder in einem der zwei Rotationsumläufe keine Phase zu bestromen. Die Steuereinrichtung des Reluktanzmotors ist somit erfindungsgemäß ausgebildet und eingerichtet, das zuvor erläuterte Verfahren zum Betrieb des Reluktanzmotors durchzuführen. Somit ist ein Reluktanzmotor geschaffen, welcher mit unterschiedlichen Leistungen betrieben werden kann. Die Steuereinrichtung kann entsprechende Bestromungsmuster steuern, so dass nicht jede Phase zur Beschleunigung des Rotors genutzt wird, sondern vielmehr gezielte Bestromungspausen existieren, in welchen keines der Statorspulenpaare mit einem Strom beaufschlagt wird.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, bezogen auf mehrere aufeinanderfolgende Beobachtungszeiträume von je zwei Rotationsumläufen eine erste Phase gar nicht zu bestromen, und insbesondere eine zweite Phase einmal pro Rotationsumlauf zu bestromen.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, bezogen auf mehrere aufeinanderfolgende Beobachtungszeiträume von je zwei Rotationsumläufen in jedem ersten Rotationsumlauf beide Phasen zu bestromen und in jedem zweiten Rotationsumlauf keine Phase zu bestromen.
Die mittels der Steuereinrichtung zu steuernden unterschiedlichen Bestromungsmuster sowie die damit erreichbaren Vorteile gelten für den Reluktanzmotor wie zuvor in Bezug auf das Verfahren erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen dreiphasigen Reluktanzmotor,
2 eine Tabelle mit unterschiedlichen Bestromungsmustern für den Reluktanzmotor,
3 ein Strom-Zeit-Diagramm für das Bestromungsmuster I der Tabelle gemäß 2,
4 ein Strom-Zeit-Diagramm für das Bestromungsmuster N der Tabelle gemäß 2.
Beschreibung der Ausführungsformen
1 zeigt einen Reluktanzmotor 1 mit einem Rotor 2 und einem Stator 3. Der Stator 3 weist insgesamt drei Statorspulenpaare 4, 5, 6 mit jeweils zwei Statorspulen auf, welche winkelgleichmäßig um den Rotor 2 angeordnet sind. Der Rotor 2 weist vier winkelgleichmäßig angeordnete Rotorsegmente (gestrichelt dargestellt) auf, wobei zwischen den Rotorsegmenten Freiräume verbleiben. Zur Reduzierung der Schallemission können diese Zwischenräume mit Auskleidungsteilen, beispielsweise Kunststoff-Spritzteilen, ausgefüllt sein.
Den Statorspulenpaaren 4, 5, 6 ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, welche einen gemeinsamen elektronischen Schaltkreis für die Statorspulenpaare 4, 5, 6 steuert. Die elektronischen Schaltkreise sind angeordnet, um die Statorspulenpaare 4, 5, 6 mit gleichgerichteten Strömen zu versorgen. In Abhängigkeit von einer Belastung des Reluktanzmotors 1 beaufschlagt die Steuereinrichtung die Statorspulen mit einem vordefinierten Strom, wobei die Größe des induzierten magnetischen Feldes und damit auch das auf den Rotor 2 wirkende Drehmoment von der Lage des Rotors 2 zu dem Stator 3 abhängt.
Die weitere Ausgestaltung des Reluktanzmotors 1 wird hier nicht näher beschrieben, da diese für die Erfindung nicht wesentlich ist. Als Beispiel für einen geeigneten Reluktanzmotor 1 zur Durchführung des Verfahrens wird beispielsweise auf die Druckschrift WO 01/76044 A1 verwiesen. Der Inhalt dieser Druckschrift wird hier vollumfänglich mit einbezogen.
Wenn durch eines der Statorspulenpaare 4, 5, 6 ein Strom fließt, wird ein elektromagnetisches Feld zwischen den gegenüberliegenden Statorspulen erzeugt. Der Rotor 2 versucht, eine Stellung minimaler Reluktanz innerhalb dieses Feldes einzunehmen, wobei er ein Drehmoment erfährt. Jedes Statorspulenpaar 4, 5, 6 bleibt immer solange erregt, bis der Rotor 2 relativ zu dem jeweiligen Statorspulenpaar 4, 5, 6 des Stators 3 ausgerichtet ist. Eine zeitlich aufeinanderfolgende Beaufschlagung der in Umfangsrichtung des Stators 3 hintereinander angeordneten Statorspulenpaare 4, 5, 6 bewirkt somit eine kontinuierliche Rotation des Rotors 2.
Jede vollständige 360°-Rotation des Rotors 2 entspricht dabei einem Rotationsumlauf 7, 8, welche bei dem hier gezeigten drei-poligen Reluktanzmotor 1 drei Phasen 9, 10, 11 aufweist. Eine erste Phase 9 ist dabei der Bestromung des ersten Statorspulenpaares 4 zugeordnet. Eine zweite Phase 10 ist der Bestromung des zweiten Statorspulenpaares 5 zugeordnet und eine dritte Phase 11 ist der Bestromung des dritten Statorspulenpaares 6 zugeordnet.
Durch die Steuereinrichtung des Reluktanzmotors 1 kann die Bestromung der Statorspulenpaare 4, 5, 6 innerhalb des Rotationsumlaufs 7, 8 nun mit einer Vielzahl unterschiedlicher Bestromungsmuster gesteuert werden. Diese Bestromungsmuster haben allesamt gemeinsam, dass nicht in jedem Rotationsumlauf 7, 8 ausnahmslos alle Statorspulenpaare 4, 5, 6 hintereinander mit Strom beaufschlagt werden, sondern vielmehr Bestromungspausen 12 existieren, welche mindestens eine Phase 9, 10, 11 während eines Beobachtungszeitraums von zwei aufeinanderfolgenden Rotationsumläufen 7, 8 betreffen. In dieser Bestromungspause 12 wird keines der Statorspulenpaare 4, 5, 6 mit Strom beaufschlagt.
2 zeigt eine Tabelle mit zwölf verschiedenen Bestromungsmustern I bis XII für die drei Statorspulenpaare 4, 5, 6. Dabei ist jedem Statorspulenpaar 4, 5, 6 eine Phase 9, 10, 11 zugeordnet. Alle drei Phasen 9, 10, 11 zusammen bilden einen Rotationsumlauf 7, 8. Die erfindungsgemäßen Bestromungsmuster sind im Vergleich mit einem im Stand der Technik üblichen Bestromungsmuster beschrieben, in welchem alle Phasen 9, 10, 11 zur Rotation des Rotors 2 bestromt werden, d. h. in welcher jede der drei Phasen 9, 10, 11 eines der Statorspulenpaare 4, 5, 6 mit Strom beaufschlagt wird. Der ersten Phase 9 ist dabei der Buchstabe A zugeordnet, der zweiten Phase 10 ist der Buchstabe B zugeordnet und der dritten Phase 11 ist der Buchstabe C zugeordnet.
Dadurch ergibt sich bei kompletter Bestromung das Bestromungsmuster ABC, ABC, ABC, ABC in Bezug auf vier nacheinanderfolgende Rotationsumläufe 7, 8.
Die insgesamt zwölf in der Tabelle gezeigten Bestromungsmuster I bis XII betreffen nur eine Auswahl von möglichen Bestromungsmustern. Die Tabelle ist somit nicht abschließend. Im Folgenden werden die Bestromungsmuster I bis XII nacheinander erläutert.
Gemäß Bestromungsmuster I werden in jedem der aufeinanderfolgenden Rotationsumläufe 7, 8 nur die zweite Phase 10 und die dritte Phase 11 mit Strom beaufschlagt. Die erste Phase 9 entspricht einer Bestromungspause 12, in welcher keines der Statorspulenpaare 4, 5, 6 mit Strom beaufschlagt wird. Es tragen somit nur die zweite und dritte Phase 10, 11 zur Rotation des Rotors 2 bei. Im Vergleich mit einer Bestromung während aller drei Phasen 9, 10, 11 wird dadurch eine Leistungsreduzierung um ein Drittel der üblichen Leistung bei vollständiger Bestromung erreicht. Es ergibt sich das Bestromungsmuster -BC, -BC, -BC, -BC über die hier dargestellten vier Rotationsumläufe 7, 8.
Gemäß Bestromungsmuster II wird entsprechend die zweite Phase 10 für eine Bestromungspause 12 genutzt. Das Bestromungsmuster ist A-C, A-C, A-C, A-C.
Gemäß Bestromungsmuster III wird die dritte Phase 11 für die Bestromungspause 12 genutzt, d. h. das dritte Statorspulenpaar 6 wird in keinem Rotationsumlauf 7, 8 mit Strom beaufschlagt. Das Bestromungsmuster ist entsprechend regelmäßig AB-, AB-, AB-, AB-.
Gemäß Bestromungsmuster N werden die Statorspulenpaare 4, 5, 6 nur in einem ersten Rotationsumlauf 7 von zwei aufeinanderfolgenden Rotationsumläufen 7, 8 mit Strom beaufschlagt. In jedem zweiten Rotationsumlauf 8 ist eine Bestromungspause 12 in Bezug auf jede der Phasen 9, 10, 11 vorgesehen, d. h. der Rotor 2 erhält in dem ersten Rotationsumlauf 7 in jeder der drei Phasen 9, 10, 11 einen Drehimpuls und in dem gesamten zweiten Rotationsumlauf 8 gar keinen Drehimpuls, sondern rotiert ohne weitere Beschleunigung um vollständige 360°, bevor er in dem darauffolgenden Rotationsumlauf erneut einen Drehimpuls erhält. Bei dieser Ausführungsvariante wird die erforderliche Leistung um 50 Prozent gegenüber der vollständigen Bestromung aller Phasen 9, 10, 11 beziehungsweise aller Rotationsumläufe 7, 8 reduziert. Das Bestromungsmuster ist ABC, ---, ABC, ---.
Das Bestromungsmuster V zeigt eine Variante, bei welcher stets nur die erste Phase 9 von den drei Phasen 9, 10, 11 bestromt wird. Die zweite Phase 10 und die dritte Phase 11 entspricht einer Bestromungspause 12, in welcher die entsprechenden Statorspulenpaare 5, 6 nicht mit Strom beaufschlagt werden. Es trägt somit lediglich das erste Statorspulenpaar 4 zur Rotation des Rotors 2 bei. Der Reluktanzmotor 1 wird somit nur mit ca. einem Drittel seiner maximalen Leistung betrieben. Das Bestromungsmuster ist A--, A--, A--, A--.
Gemäß Bestromungsmuster VI wird – entsprechend Bestromungsmuster V – nur das zweite Statorspulenpaar 5 in der zweiten Phase 10 bestromt. Die erste Phase 9 und die dritte Phase 11 werden für jeweils eine Bestromungspause 12 genutzt. Das Bestromungsmuster ist -B-, -B-, -B-, -B-.
Gemäß Bestromungsmuster VII wird – entsprechend Bestromungsmuster V und Bestromungsmuster VI – nur das dritte Statorspulenpaar 6 bestromt. Hier werden die erste Phase 9 und die zweite Phase 10 für eine Bestromungspause 12 genutzt. Das Bestromungsmuster ist entsprechend --C, --C, --C, --C.
Gemäß Bestromungsmuster VIII wird pro Rotationsumlauf 7, 8 nur jeweils ein Statorspulenpaar 4, 5, 6 bestromt, wobei in jedem Rotationsumlauf 7, 8 ein anderes Statorspulenpaar 4, 5, 6 bestromt wird, nämlich in dem ersten Rotationsumlauf 7 das erste Statorspulenpaar 4, in dem zweiten Rotationsumlauf 8 das zweite Statorspulenpaar 5, in einem dritten Rotationsumlauf das dritte Statorspulenpaar 6 und in einem vierten Rotationsumlauf erneut das erste Statorspulenpaar 4. Auch hier wird der Reluktanzmotor 1 somit nur mit einem Drittel seiner maximalen Leistung betrieben, wobei jedoch in jedem Rotationsumlauf 7, 8 eine andere Phase 9, 10, 11 zur Rotation des Rotors 2 beiträgt. Das Bestromungsmuster ist A--, -B-, --C, A--.
Gemäß Bestromungsmuster IX werden pro Rotationsumlauf 7, 8 jeweils zwei von den drei Statorspulenpaaren 4, 5, 6 mit Strom beaufschlagt. In dem ersten Rotationsumlauf 7 werden das erste Statorspulenpaar 4 und das zweite Statorspulenpaar 5 bestromt, d. h. die erste Phase 9 und die zweite Phase 10 zur Rotation des Rotors 2 genutzt, während in dem darauffolgenden zweiten Rotationsumlauf 8 die zweite Phase 10 und die dritte Phase 11 bestromt sind. In einem darauffolgenden dritten Rotationsumlauf werden entsprechend das erste Statorspulenpaar 4 und das dritte Statorspulenpaar 6 bestromt. Insgesamt wird somit jeweils eine von drei Phasen 9, 10, 11 pro Rotationsumlauf 7, 8 genutzt, um als Bestromungspause 12 zu dienen. Dies reduziert die Leistung um ein Drittel der maximalen Leistung des Reluktanzmotors 1. Es ergibt sich ein Bestromungsmuster AB-, -BC, A-C, AB-.
Gemäß Bestromungsmuster X werden in einem ersten Rotationsumlauf 7 alle Phasen 9, 10, 11 bestromt, in einem zweiten Rotationsumlauf 8 nur die beiden ersten Phasen 9, 10 und in einem darauffolgenden Rotationsumlauf nur noch die erste Phase 9. Dieses Bestromungsmuster ABC, AB-, A--, ABC eignet sich beispielsweise während einer Anlaufphase des Reluktanzmotors 1.
Das Bestromungsmuster XI weist aufeinanderfolgende Rotationsumläufe 7, 8 auf, in welchen wie gemäß Bestromungsmuster X jeweils erst keine Bestromungspause 12 genutzt wird, dann in einem zweiten Rotationsumlauf 8 eine Bestromungspause 12 und in einem darauffolgenden Rotationsumlauf zwei Bestromungspausen 12. Das Bestromungsmuster ist hier ABC, -BC, --C, ABC.
Das Bestromungsmuster XII zeigt eine Ausführungsvariante, bei welcher in einem ersten Rotationsumlauf 7 alle Statorspulenpaare 4, 5, 6, d. h. alle Phasen 9, 10, 11, bestromt sind. In einem zweiten Rotationsumlauf 8 wird eine Bestromungspause 12 in Bezug auf die Phase 10 eingelegt. In einem darauffolgenden Rotationsumlauf wird keines der Statorspulenpaare 4, 5, 6 mit Strom beaufschlagt, d. h. alle Phasen 9, 10, 11 entsprechen Bestromungspausen 12. Das Bestromungsmuster ergibt sich zu ABC, A-C, ---, ABC.
Neben den erläuterten Bestromungsmustern sind selbstverständlich noch andere Bestromungsmuster denkbar. Darüber hinaus ergeben sich entsprechende Bestromungsmuster selbstverständlich auch für Reluktanzmotoren 1 mit zwei Phasen 9, 10, mit vier Phasen oder weiteren. Des Weiteren kann ein Bestromungsmuster auch im Verlauf des Betriebs des Reluktanzmotors 1 variieren. Beispielsweise kann für eine Anlaufphase des Reluktanzmotors 1 ein anderes Bestromungsmuster genutzt werden als während eines späteren Zeitpunktes. Insbesondere empfiehlt es sich, ein erfindungsgemäßes Bestromungsmuster erst nach einer Anlaufphase zu nutzen, wenn das Drehmoment des Rotors 2 ausreicht, eine Bestromungspause 12 ohne relevanten Drehzahlabfall zu überbrücken.
Die 3 und 4 zeigen Strom-Zeit-Diagramme für zwei Bestromungsmuster der in 2 gezeigten Tabelle. Konkret zeigt 3 das Strom-Zeit-Diagramm für das Bestromungsmuster I und 4 das Strom-Zeit-Diagramm für das Bestromungsmuster IV.
3 zeigt das Diagramm für das Bestromungsmuster I, welches auf der X-Achse die Zeit und auf der Y-Achse den an einem Statorspulenpaar 4, 5, 6 angelegten Strom zeigt. Stellvertretend für die Statorspulenpaare 4, 5, 6 ist jedem der drei gezeigten Strom-Zeit-Graphen eine Phase 9, 10, 11 zugeordnet, welche den Buchstaben A, B, C aus der Tabelle gemäß 2 entsprechen. Das in der Figur dargestellte Bestromungsmuster -BC, -BC, -BC ist über vier Rotationsumläufe 7, 8 dargestellt, wobei jeweils zwei aufeinanderfolgende Rotationsumläufe 7, 8 einen Beobachtungszeitraum im Sinne Erfindung darstellen. Das gezeigte Bestromungsmuster ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase 9 (A) über alle vier Rotationsumläufe 7, 8 nicht bestromt ist, d. h. die Stromstärke ist konstant Null. In Bezug auf jeden der Rotationsumläufe 7, 8 werden somit nur die Phasen 10, 11 (B, C) bestromt, wobei die Bestromung dieser Phasen 10, 11 zeitlich aufeinanderfolgend durchgeführt wird. Innerhalb eines Rotationsumlaufs 7 ergibt sich somit in Bezug auf die erste Phase 9 (A) eine Bestromungspause 12, in welcher die angelegte Stromstärke Null ist, darauf folgt eine Bestromung der zweiten Phase 10 (B), in welcher eine definierte Stromstärke ungleich Null an das zweite Statorspulenpaar 5 angelegt wird. Daran schließt sich eine Bestromung der dritten Phase 11 an, in welcher das dritte Statorspulenpaar 6 mit einem Strom ungleich Null beaufschlagt wird. Damit ist der erste Rotationsumlauf 7 durchlaufen. Es schließt sich daraufhin ein weiterer Rotationsumlauf 8 gleicher Art an, sowie zwei weitere Rotationsumläufe. Das erste Statorspulenpaar 4 trägt während der dargestellten zwei Beobachtungszeiträume von insgesamt vier Rotationsumläufen 7, 8 nicht zur Beaufschlagung des Rotors 2 mit einem Drehmoment bei, vielmehr tritt an die Stelle einer Bestromung des ersten Statorspulenpaares 4 jeweils eine Bestromungspause 12.
4 zeigt das Bestromungsmuster N der Tabelle als Strom-Zeit-Diagramm. Das Bestromungsmuster während der beiden aufeinanderfolgenden Beobachtungszeiträume mit je zwei Rotationsumläufen 7, 8 entspricht dem Bestromungsmuster ABC, ---, ABC, ---. Wie dargestellt, werden während des ersten Rotationsumlaufes 7 alternierend alle Phasen 9, 10, 11 (A, B, C) bestromt, in dem darauffolgenden zweiten Rotationsumlauf 8 jedoch keine der Phasen 9, 10, 11. Dieses Bestromungsmuster wiederholt sich in dem darauffolgenden Beobachtungszeitraum. Die nacheinanderfolgende Beaufschlagung der Phasen 9, 10, 11 betrifft somit nur jeweils die erste von zwei aufeinanderfolgenden Rotationsumläufen 7, 8.
Bezugszeichenliste

1: Reluktanzmotor
2: Rotor
3: Stator
4: Statorspulenpaar
5: Statorspulenpaar
6: Statorspulenpaar
7: Rotationsumlauf
8: Rotationsumlauf
9: Phase
10: Phase
11: Phase
12: Bestromungspause

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 01/76044 A1 [0026]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines einen Rotor (2) und einen Stator (3) aufweisenden Reluktanzmotors (1) mit mindestens zwei Phasen (9, 10, 11), wobei mindestens zwei Statorspulenpaare (4, 5, 6) des Stators (3) zur Rotation des Rotors (2) zeitlich aufeinanderfolgend mit einem Strom beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Beobachtungszeitraums von zwei Rotationsumläufen (7, 8) des Rotors (2) mindestens eine Phase (9, 10, 11) während zumindest eines Rotationsumlaufs (7, 8) nicht bestromt wird oder in einem der zwei Rotationsumläufe (7, 8) keine Phase (9, 10, 11) bestromt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf mehrere aufeinanderfolgende Beobachtungszeiträume von je zwei Rotationsumläufen (7, 8) eine erste Phase (9, 10, 11) gar nicht bestromt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf mehrere aufeinanderfolgende Beobachtungszeiträume von je zwei Rotationsumläufen (7, 8) eine zweite Phase (9, 10, 11) einmal pro Rotationsumlauf (7, 8) bestromt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf mehrere aufeinanderfolgende Beobachtungszeiträume von je zwei Rotationsumläufen (7, 8) in jedem ersten Rotationsumlauf (7, 8) beide Phasen (9, 10, 11) bestromt werden und in jedem zweiten Rotationsumlauf keine Phase (9, 10, 11) bestromt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reluktanzmotor (1) mit einer Leistung von kleiner als 70 Watt betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom einen rechteckförmigen Verlauf aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom in Abhängigkeit von einer aktuellen Rotationsstellung des Rotors (2) zu dem Stator (3) variiert wird.
Reluktanzmotor (1) mit mindestens zwei Phasen (9, 10, 11), aufweisend einen Rotor (2), einen mindestens zwei Statorspulenpaare (4, 5, 6) aufweisenden Stator (3) und eine Steuereinrichtung zur zeitlich aufeinanderfolgenden Beaufschlagung der Statorspulenpaare mit einem Strom, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, während eines Beobachtungszeitraums von zwei Rotationsumläufen (7, 8) des Rotors (2) nur eine von je zwei Phasen (9, 10, 11) während zumindest eines Rotationsumlaufs (7, 8) zu bestromen oder in einem der zwei Rotationsumläufe (7, 8) keine Phase (9, 10, 11) zu bestromen.
Reluktanzmotor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, bezogen auf mehrere aufeinanderfolgende Beobachtungszeiträume von je zwei Rotationsumläufen (7, 8) eine erste Phase (9, 10, 11) gar nicht zu bestromen, und insbesondere eine zweite Phase (9, 10, 11) einmal pro Rotationsumlauf (7, 8) zu bestromen.
Reluktanzmotor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, bezogen auf mehrere aufeinanderfolgende Beobachtungszeiträume von zwei Rotationsumläufen (7, 8) in jedem ersten Rotationsumlauf (7, 8) beide Phasen (9, 10, 11) zu bestromen und in jedem zweiten Rotationsumlauf keine Phase (9, 10, 11) zu bestromen.