DE112006001258T5

DE112006001258T5 - Motor und Steuereinheit dafür

Info

Publication number: DE112006001258T5
Application number: DE112006001258T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Kariya Nashiki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2008-04-30
Also published as: KR20080021663A; JP5125506B2; JPWO2006123659A1; WO2006123659A1; US8120215B2; KR100982536B1; US20090021089A1

Abstract

Motor, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt:
mehrere entlang eines Umfangs eines Stators angeordnete ausgeprägte Pole;
mehrere entlang eines Umfangs eines Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole;
statorseitige Kraftlinienwege, die einander durch eine Luftspalte zwischen dem Stator und dem Rotor gegenüberliegen, so daß durch die ausgeprägten Pole fließende Magnetflüsse einen Kreis bilden können;
einen Kraftlinienweg, der den statorseitigen Kraftlinienwegen durch ein Luftspalt gegenüberliegt;
einen Rückjoch-Kraftlinienweg, der magnetisch an die ausgeprägten Pole des Stators und die Kraftlinienwege gekoppelt ist;
einen Rückjoch-Kraftlinienweg, der magnetisch an die ausgeprägten Pole des Rotors und die Kraftlinienwege gekoppelt ist; und
eine im wesentlichen schleifenförmige Wicklung, damit eine magnetomotorische Kraft zwischen den ausgeprägten Polen und den ausgeprägten Polen für die Erzeugung von Moment wirken kann.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Motor, der beispielsweise auf ein Automobil oder einen Lastwagen geladen ist, und eine Steuereinheit dafür.
Motoren, die eine Reluktanzkraft verwenden, sind bekannt (siehe z.B. Patentdokument 1). 87 zeigt einen Querschnitt durch ein Beispiel für einen Motor, der geschalteter Reluktanzmotor genannt wird. Wie zu sehen ist, ist der Stator entlang des Umfangs mit sechs ausgeprägten Polen versehen. Mit den Zahlen 701 und 702 sind ausgeprägte A-Phase-Pole bezeichnet, durch 705 und 706 sind ausgeprägte B-Phase-Pole und durch 703 und 704 sind ausgeprägte C-Phase-Pole bezeichnet. Ein Wickeldraht ist um jeden der ausgeprägten Pole gewickelt, doch zeigt die Figur nur die Wicklungen 707 und 708 der A-Phase. Mit der Zahl 706 ist ein Rotor mit vier ausgeprägten Polen bezeichnet, die entlang seines Umfangs vorgesehen sind. Mit 70A ist ein Motorgehäuse angegeben.
Wenn sich beim Betrieb dieses geschalteten Reluktanzmotors der Motor beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, werden die Wicklungen der individuellen A-, B- und C-Phasen sequentiell mit Strom in Synchronisation mit der Drehung des Rotors versorgt. Folglich wird eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Statorpolen und den ausgeprägten Rotorpolen jeder Phase erzeugt, um eine Drehung zu verursachen. Beispielsweise wird im Fall der ansteuernden Phase "A" von 70 Strom den A-Phase-Wicklungen 707 und 708 geliefert. Dann erreichen von den ausgeprägten Statorpolen 702 kommende Magnetflüsse die Statorpole 701 durch die ausgeprägten Rotorpole und kehren durch das Rückjoch zu den ursprünglichen Statorpolen 702 zurück. In diesem Augenblick arbeitet eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Statorpolen und den ausgeprägten Rotorpolen, wodurch ein Drehmoment erhalten wird.
Dieser Motor ist gekennzeichnet durch beispielsweise die geringen Kosten aufgrund der einfachen Konfiguration ohne die Verwendung von teuren Permanentmagneten, das Potential für Drehung mit hoher Drehzahl unter dem Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit aufgrund des robusten Motors und das Potential zur Drehung mit hoher Drehzahl unter dem elektrischen Gesichtspunkt aufgrund der Möglichkeit einer Magnetflußsteuerung des Motors, weil alle Magnetflüsse des Motors durch elektrische Ströme erzeugt werden.
Dieser Motor hat einen Nachteil, weil der Stator durch die radiale Anziehungskraft, die zwischen dem Stator und dem Rotor arbeitet, völlig verformt wird, und die Tätigkeit und Untätigkeit der Anziehungskraft kann starke Schwingungen und laute Geräusche verursachen. Außerdem gibt es die Probleme, daß die Momentwelligkeit im allgemeinen groß ist und der Freiheitsgrad bei der Momentsteuerung niedrig ist, weil die strukturelle Einschränkung den Ansteuerbereich einer Phase auf etwa 120° elektrischen Winkel zwingt. Es gibt weitere Probleme hinsichtlich niedrigem Leistungsfaktor und der Tendenz eines großen Eisenverlustes. Zu weiteren Problemen zählen, daß dieser Motor nicht durch in der Industrie weit verbreitete Dreiphasen-AC-Wechselrichter angesteuert werden kann.

[Patentdokument 1] Japanisches offengelegtes Patent Nr. 8-182276 (1 bis 3)

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Realisierung eines qualitativ hochwertigen Motors mit einer einfachen Konfiguration, der ein hohes Moment erzeugen kann. Die Realisierung eines derartigen Motors bedeutet, daß die oben erwähnten, mit geschalteten Reluktanzmotoren verbundenen Probleme gelöst werden können. Das Problem von Schwingungen und Geräuschen wird durch die Verformung des ganzen Stators verursacht, was durch die radiale Anziehungskraft induziert wird, die zwischen einem Abschnitt des Stators und des Rotors arbeitet. Somit zählen zu Fragen, die die vorliegende Erfindung behandelt, die Reduktion der oben erwähnten Schwingungen und Geräusche, die Reduktion von Momentwelligkeit, Erweiterung eines Ansteuerbereichs einer Phase auf 120° oder mehr, die Erzielung eines hohen Moments und die Vereinfachung einer Antriebseinheit.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Folgendes ist ein Umriß der Konfiguration der vorliegenden Erfindung: Schleifenwicklungen individueller Phasen sind um einen Stator gewickelt; der Stator ist mit ausgeprägten Polen der gleichen Phasen entlang eines Umfangs mit im wesentlichen einem gleichmäßigen Intervall dazwischen versehen; und ausgeprägte Pole eines Rotors sind ebenfalls entlang einem Umfang mit im wesentlichen einem gleichmäßigen Intervall dazwischen versehen, um den ausgeprägten Polen des Stators gegenüber zu liegen. Eine relative Phasendifferenz zwischen den ausgeprägten Statorpolen und den ausgeprägten Rotorpolen beträgt 120° elektrischer Winkel für drei Phasen und 90° für vier Phasen. Die ausgeprägten Pole können so hergestellt werden, daß jeder von ihnen eine Umfangsbreite im Bereich von 120° bis 240° elektrischen Winkel für drei Phasen aufweisen wird.
Er ist so konfiguriert, daß ein durch die ausgeprägten Stator- und Rotorpole laufender Magnetfluß einen durch Kraftlinienwege verlaufenden Kreis herstellt zum Weiterleiten von Magnetflüssen an einem Abschnitt, wo der Stator und der Rotor einander zugewandt sind. Die Kraftlinienwege zum Weiterleiten von Magnetflüssen können auch für zwei oder mehr Magnetflüsse verwendbar sein. Insbesondere müssen im Fall, wo zwei Sätze von ausgeprägten Stator- und Rotorpolen in der gleichen Richtung entlang der Rotorwelle von den Kraftlinienwegen für das Weiterleiten von Magnetflüssen angeordnet sind, beiden der Phasen auferlegte magnetomotorische Kräfte unabhängig gehandhabt werden. Es sei ein Beispiel genommen, in dem die Kraftlinienwege für das Weiterleiten von Flüssen und die Phasen B und C in dieser Reihenfolge entlang der Rotorwelle angeordnet sind. In diesem Fall werden zum Erzeugen von Moment durch Anle gen einer magnetomotorischen Kraft nur an die ausgeprägten Stator- und Rotorpole der B-Phase Umkehrströme simultan an die beiden Sätze von Wicklungen WB und WC geliefert, die so angeordnet sind, daß sie die ausgeprägten Stator- und Rotorpole der B-Phase in der Rotorwellenrichtung einschließen. Unter dieser Bedingung wirkt eine magnetomotorische Kraft des durch die Wicklung WB laufenden Stroms auf die ausgeprägten Stator- und Rotorpole der B-Phase. Andererseits werden die ausgeprägten Stator- und Rotorpole der C-Phase durch eine Summe aus einer magnetomotorischen Kraft des durch die Wicklung WB laufenden Stroms und einer magnetomotorischen Kraft des durch die Wicklung WC laufenden Stroms beeinflußt. Da jedoch beide Ströme umgekehrt sind, kann fast kein Effekt auf die Phase C ausgeübt werden. Um durch Anwenden einer magnetomotorischen Kraft nur auf die ausgeprägten Stator- und Rotorpole der C-Phase ein Moment zu erzeugen, kann ein Strom durch die Wicklung WC geleitet werden.
Statorwicklungen für jede der Phasen werden eine große Wicklungsquerschnittsfläche aufweisen, indem in einem Rotor eine Ausnehmung vorgesehen wird und die Wicklung in die Ausnehmung vorstehen kann. Somit kann der Kupferverlust des Motors reduziert und das Motormoment verstärkt werden.
Eine Konfiguration kann bereitgestellt werden, bei der zwei Sätze von ausgeprägten Stator- und Rotorpolen in Reihe auf eine Weise eines magnetischen Kreises angeordnet sind. Auf diese Weise kann ein größtes Moment mit etwa dem gleichen Größengrad der Magnetflüsse verstärkt werden.
Die ausgeprägten Stator- und Rotorpole können mit Schlitzen, Löchern und dergleichen versehen sein, um Magnetflüsse zu begrenzen. Dies kann den Effekt haben, daß die magnetische Sättigung an anderen Abschnitten reduziert wird, und kann somit eine Vergleichförmigung der Momenterzeugung durch den Motor realisieren.
Magnetische Streuflüsse, die durch andere Räume als die Abschnitte verlaufen, wo die ausgeprägten Stator- und Rotorpole einander zugewandt sind, können eine magnetische Sättigung an Abschnitten der Magnetkreise im Motor induzieren, was ein ernsthaftes Problem einer Verschlechterung beim Leistungsfaktor verursacht. Um die Flußleckage zu reduzieren, kann es effektiv sein, Permanentmagnete um jeden ausgeprägten Pol herum, an Seitenflächen jedes ausgeprägten Pols oder innerhalb jedes ausgeprägten Pols zu plazieren. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn durch Zufuhr von starker Strom durch die Wicklungen ein großes Moment entstehen darf.
Verschiedene Modifikationen können an den Formen der ausgeprägten Stator- und Rotorpole vorgenommen werden. Jeder der ausgeprägten Pole kann eine verzogene, trapezförmige oder sinusförmige Form aufweisen, oder Vertiefungen können in der Rotorwellenrichtung vorgesehen sein, um einen zugewandten Bereich zwischen jedem ausgeprägten Statorpol und jedem ausgeprägten Rotorpol zu vergrößern, um dadurch das Moment zu verstärken. Hinsichtlich der Motorstruktur kann ein Motor eine sogenannte Außenrotorstruktur aufweisen, bei der ein Rotor an einer Außenperipherie eines Stators angeordnet ist. Alternativ kann ein Motor eine integrierte Motorstruktur aufweisen, in die mehrere Motoren integriert sind.
Die Steuereinheit des Motors kann den gleichen Effekt unabhängig davon ausüben, ob die Richtung eines Stroms positiv oder negativ ist. Dies basiert auf der Natur, daß das Reluktanzmoment eine mit den Magnetflüssen assoziierte Anziehungskraft verwendet. Deshalb kann die Steuereinheit des Motors eine Konfiguration aufweisen, die von der der allgemein verwendeten Dreiphasen-Inverter verschieden ist. Insbesondere kann es möglich sein, Ströme von drei Wicklungen unter Verwendung von vier Leistungselementen zu steuern.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Ein Motor der vorliegenden Erfindung weist vereinfachte Strukturen bei Stator, Rotor und Wicklungen auf. Deshalb kann die Produktivität von Motoren und Steuereinheiten dafür heraufgesetzt werden. Außerdem kann die vorliegende Erfindung einen qualitativ hochwertigen Motor und eine Steuereinheit dafür bei reduzierter Größe und reduzierten Kosten bereitstellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Einphasenmotor mit einer Schleifenwicklung darstellt;
2 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Einphasenmotor mit einer Schleifenwicklung darstellt;
3 veranschaulicht schematische transversale Querschnittsansichten der Konfiguration des in 1 gezeigten Stators;
4 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Einphasenmotor mit einer Schleifenwicklung darstellt;
5 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Einphasenmotor mit einer Schleifenwicklung darstellt;
6 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Zweiphasenmotor mit Schleifenwicklungen darstellt;
7 veranschaulicht schematische transversale Querschnittsansichten des in 6 gezeigten Stators;
8 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Dreiphasenmotor mit Schleifenwicklungen darstellt;
9 veranschaulicht schematische transversale Querschnittsansichten des in 8 gezeigten Stators;
10 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Dreiphasenmotor mit Schleifenwicklungen darstellt;
11 veranschaulicht schematische transversale Querschnittsansichten des in 10 gezeigten Stators;
12 veranschaulicht schematische vertikale Querschnitte eines Dreiphasenmotors mit Schleifenwicklungen;
13 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Dreiphasenmotor mit Schleifenwicklungen darstellt;
14 veranschaulicht schematische transversale Querschnitte des in 13 gezeigten Stators;
15 veranschaulicht schematische vertikale Querschnitte eines Vierphasenmotors mit Schleifenwicklungen;
16 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Vierphasenmotor mit Schleifenwicklungen darstellt;
17 veranschaulicht eine lineare Entwicklung einer inneren peripheren Oberflächenkonfiguration des in 16 gezeigten Stators entlang des Umfangs mit darin angeordneten Schleifenwicklungen und wobei eine linear entwickelte äußere periphere Oberflächenkonfiguration des Rotors entlang des Umfangs darüber vorgesehen ist;
18 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Fünfphasenmotor mit Schleifenwicklungen darstellt;
19 veranschaulicht eine lineare Entwicklung einer inneren peripheren Oberflä chenkonfiguration des in 18 gezeigten Stators entlang des Umfangs mit darin angeordneten Schleifenwicklungen und wobei eine linear entwickelte äußere periphere Oberflächenkonfiguration des Rotors entlang des Umfangs darüber vorgesehen ist;
20 veranschaulicht schematische vertikale Querschnitte eines Dreiphasenmotors mit Schleifenwicklungen;
21 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Vierphasenmotor mit Schleifenwicklungen darstellt;
22 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Sechsphasenmotor mit Schleifenwicklungen darstellt;
23 veranschaulicht eine lineare Entwicklung einer inneren peripheren Oberflächenkonfiguration des in 23 gezeigten Stators entlang des Umfangs mit darin angeordneten Schleifenwicklungen und wobei eine linear entwickelte äußere periphere Oberflächenkonfiguration des Rotors entlang des Umfangs darunter vorgesehen ist;
24 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Sechsphasenmotor mit Schleifenwicklungen darstellt;
25 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Sechsphasenmotor mit Schleifenwicklungen darstellt;
26 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Dreiphasenmotor mit einem integrierten Kühlmechanismus mit Wicklungen veranschaulicht;
27 veranschaulicht einen schematischen transversalen Querschnitt des in 26 gezeigten Stators;
28 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Dreiphasenmotor veranschaulicht, der mit momenterzeugenden Abschnitten sowohl an der Innen- als auch Außendurchmesserseite davon versehen ist;
29 veranschaulicht schematische transversale Querschnitte des in 28 gezeigten Stators;
30 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Dreiphasenmotor veranschaulicht, der mit momenterzeugenden Abschnitten sowohl an der Innen- als auch Außendurchmesserseite davon versehen ist;
31 ist ein schematischer transversaler Querschnitt des in 30 gezeigten Stators;
32 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Motor veranschaulicht, bei dem sich Wicklungen und Pole des Stators innerhalb des Rotors anstatt an der Außenperipherie davon befinden;
33 veranschaulicht schematische transversale Querschnitte des in 32 gezeigten Stators;
34 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Motor veranschaulicht, bei dem die ausgeprägten Statorpole und die ausgeprägten Rotorpole gegenseitig zu der Innendurchmesserseite und zur Außendurchmesserseite vorstehen;
35 veranschaulicht schematische transversale Querschnitte des in 34 gezeigten Stators;
36 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der eine modifizierte Konfi guration des in 34 gezeigten Motors veranschaulicht, bei dem sich der Rotor auf der äußeren peripheren Seite befindet;
37 veranschaulicht schematische transversale Querschnitte des in 36 gezeigten Stators;
38 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Motor veranschaulicht, bei dem die ausgeprägten Statorpole und die ausgeprägten Rotorpole gegenseitig zu der Rotorwellenrichtung vorstehen;
39 ist ein schematischer transversaler Querschnitt, der den in 38 gezeigten Stator veranschaulicht;
40 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Dreiphasenmotor veranschaulicht, der mit momenterzeugenden Abschnitten sowohl an der Innen- als auch Außendurchmesserseite davon versehen ist;
41 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Dreiphasenmotor veranschaulicht, der mit momenterzeugenden Abschnitten sowohl an der Innen- als auch Außendurchmesserseite davon versehen ist;
42 ist ein schematischer transversaler Querschnitt, der den in 40 oder 41 gezeigten Stator darstellt;
43 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Dreiphasenmotor veranschaulicht, der mit vier Radialen momenterzeugenden Abschnitten versehen ist;
44 ist ein schematischer transversaler Querschnitt, der den in 43 gezeigten Stator veranschaulicht, ist ein Vektordiagramm, das Ströme der in 43 gezeigten Wicklungen angibt;
45 veranschaulicht Umfangskonfigurationen von ausgeprägten Statorpolen und ausgeprägten Rotorpolen;
46 veranschaulicht Umfangskonfigurationen von ausgeprägten Statorpolen und ausgeprägten Rotorpolen;
47 veranschaulicht Umfangskonfigurationen von ausgeprägten Statorpolen und ausgeprägten Rotorpolen;
48 ist eine Darstellung, die Magnetflüsse innerhalb der ausgeprägten Rotorpole erläutert;
49 veranschaulicht ein Beispiel der Konfigurationen von ausgeprägten Statorpolen und ausgeprägten Rotorpolen, deren ausgenommene Abschnitte geglättet sind;
50 ist ein transversaler Querschnitt, der einen Motor als ein Beispiel veranschaulicht, bei dem die Permanentmagnete innerhalb jedes ausgeprägten Rotorpols angeordnet sind;
51 ist ein transversaler Querschnitt, der einen Motor als ein Beispiel veranschaulicht, bei dem die Permanentmagnete innerhalb jedes ausgeprägten Rotorpols angeordnet sind;
52 veranschaulicht eine Konfiguration, bei der Permanentmagnete in der Nähe von ausgeprägten Rotorpolen und ausgeprägten Statorpolen angeordnet sind, wobei sie so orientiert sind, daß eine Flußleckage reduziert wird;
53 veranschaulicht eine Konfiguration, bei der Permanentmagnete in der Nähe eines Luftspaltabschnitts angeordnet sind, wo ausgeprägte Rotorpole und ausgeprägte Statorpole einander gegenüberliegen, wobei sie so orientiert sind, daß eine Flußleckage reduziert wird;
54 veranschaulicht eine Konfiguration, bei der Permanentmagnete über den Umfang mit Ausnahme eines Luftspaltabschnitts angeordnet sind, wo ausgeprägte Rotorpole und ausgeprägte Statorpole einander gegenüberliegen, wobei sie so orientiert sind, daß eine Flußleckage reduziert wird;
55 veranschaulicht eine Konfiguration, bei der die in der Nähe des Luftspaltabschnitts in 54 angeordneten Permanentmagnete entfernt sind;
56 veranschaulicht eine Konfiguration, bei der Permanentmagnete zum Reduzieren einer Flußleckage innerhalb ausgeprägter Statorpole und ausgeprägter Rotorpole angeordnet sind;
57 veranschaulicht eine Konfiguration, bei der Permanentmagnete zum Reduzieren einer Flußleckage innerhalb ausgeprägter Statorpole und ausgeprägter Rotorpole angeordnet sind;
58 veranschaulicht eine Motorkonfiguration mit einer Struktur zum Erregen von Floßkomponenten, die Moment erzeugen, durch Verwendung von Permanentmagneten;
59 veranschaulicht eine Struktur, bei der ausgeprägte Statorpole mit Windungen von Wicklungen versehen sind;
60 veranschaulicht eine Motorkonfiguration, bei der ausgeprägte Statorpole und ausgeprägte Rotorpole radial zueinander vorstehen;
61 veranschaulicht eine Motorkonfiguration, bei der ausgeprägte Statorpole und ausgeprägte Rotorpole radial zueinander vorstehen;
62 veranschaulicht ein Beispiel einer Form jedes ausgeprägten Statorpols;
63 ist ein vertikaler Querschnitt, der ein Beispiel eines Motors veranschaulicht, bei dem jeder weichmagnetische Abschnitt durch Preßschneiden und Preßformen von Elekroblechplatten ausgebildet wird;
64 veranschaulicht Konfigurationen, bei denen jeweils Elektroblechplatten und amorphe Filme gestapelt sind;
65 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Vierphasenmotor mit Schleifenwicklungen veranschaulicht;
66 ist eine lineare Entwicklung, die eine Konfiguration mit einer Modifikation bei jeder Form eines ausgeprägten Statorpols und jeder Schleifenwicklung veranschaulicht;
67 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Sechsphasenmotor mit Schleifenwicklungen veranschaulicht;
68 ist eine lineare Entwicklung, die eine Sechsphasenmotor-Konfiguration mit einer Modifikation bei jeder Form eines ausgeprägten Statorpols und jeder Schleifenwicklung veranschaulicht;
69 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen Sechsphasenmotor mit Schleifenwicklungen veranschaulicht;
70 ist eine lineare Entwicklung, die eine Sechsphasenmotor-Konfiguration mit einer Modifikation bei jeder Form eines ausgeprägten Statorpols und jeder Schleifenwicklung veranschaulicht;
71 ist eine lineare Entwicklung, die eine Fünfphasenmotor-Konfiguration mit einer Modifikation bei jeder Form eines ausgeprägten Statorpols und jeder Schleifenwicklung veranschaulicht;
72 ist eine lineare Entwicklung, die eine Sechsphasenmotor-Konfiguration mit einer Modifikation bei jeder Form eines ausgeprägten Statorpols und jeder Schleifenwicklung veranschaulicht;
73 ist ein Querschnitt, der eine Umfangskonfiguration des Stators in dem in 71 gezeigten Motor veranschaulicht;
74 veranschaulicht einen Zustand, wo ein durch plattenförmige Leiter fließender Magnetfluß durch einen Wirbelstrom reduziert wird;
75 veranschaulicht eine Steuerschaltung zum Steuern eines Einwegestroms in jeder von drei Wicklungen;
76 veranschaulicht eine Steuerschaltung zum Steuern eines Einwegestroms in jeder von drei Wicklungen;
77 veranschaulicht Beispiele von Operationen und Stromwellenformen der in 75 gezeigten Steuerschaltung;
78 veranschaulicht Beispiele von Operationen und Stromwellenformen der in 75 gezeigten Steuerschaltung;
79 ist eine Darstellung, die das Moment des durch (a) von 12 gezeigten Motors angibt;
80 veranschaulicht eine Steuerschaltung zum Steuern eines Einwegestroms in jeder von drei Wicklungen;
81 veranschaulicht Beispiele von Operationen und Stromwellenformen der in 80 gezeigten Steuerschaltung;
82 veranschaulicht eine Steuerschaltung zum Steuern eines Einwegestroms in jeder von drei Wicklungen;
83 veranschaulicht Beispiele von Operationen und Stromwellenformen der in 80 gezeigten Steuerschaltung;
84 veranschaulicht eine Steuerschaltung zum Steuern eines Einwegestroms in jeder von drei Wicklungen;
85 veranschaulicht Beispiele von Operationen und Stromwellenformen der in 80 gezeigten Steuerschaltung;
86 veranschaulicht ein Beispiel einer Steuerschaltung für das Weiterleiten eines Zweiwegestroms durch Wicklungen und
87 ist ein schematischer vertikaler Querschnitt, der einen herkömmlichen geschalteten Reluktanzmotor veranschaulicht.
BESTE WEISE ZUR VERKÖRPERUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden im folgenden verschiedene Ausführungsformen eines Motors, die vorliegende Erfindung betreffend, und eine Steuereinheit für den Motor beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel eines Reluktanzmotors. Mit Zahl 2 ist ein Rotor angegeben, mit 3 ausgeprägte Pole des Rotors und mit 4 ausgeprägte Statorpole. Ein entlang einer Linie EE-EE genommener Querschnitt ist durch (a) von 3 gezeigt. Diese Figur zeigt ein Beispiel von zwölf Polen. Mit den Zahlen 6 und 7 sind Kraftlinienwege zum Weiterleiten von Magnetflüssen des Rotors bzw. des Stators angegeben. Ein entlang einer Linie ED-ED genommener Querschnitt ist durch (b) von 3 gezeigt. Wie in der Figur gezeigt, liegen zylindrisch gekrümmte Oberflächen einander gegenüber, um eine Funktion des Weiterleitens von Magnetflüssen ohne Erzeugung von Moment auszuführen. Durch Zahl 5 ist eine Schleifenwicklung angegeben, die entlang des Umfangs mit mehreren Windungen vorgesehen ist. Da die Form einfach ist, kann die Wicklung mit einem hohen Raumfaktor gewickelt werden und dadurch eine gute Herstellungscharakteristik annehmen. Die Form der Wicklung 5 braucht nicht notwendigerweise ein vollständiger Kreis zu sein, sondern kann zu einer welligen Form in der Rotorwellenrichtung oder radialen Richtung modifiziert sein, um die Kraftlinienwege des Stators und Rotors so weit wie möglich zu vergrößern. Durch die Zahl 1 ist eine Rotorwelle angegeben.
Wie aus der durch (a) von 3 gezeigten Form ersichtlich, kann der in 1 gezeigte Motor eine Anziehungskraft in einem Bereich von 180° elektrischer Winkel erzeugen, das heißt, er kann ein positives oder negatives Moment in einem Bereich von 180° elektrischer Winkel erzeugen. In dem restlichen 180°-Bereich jedoch kann in einer gewünschten Richtung kein Moment erzeugt werden. Der Motor kann jedoch bei Verwendung neben einer Fahrzeugmaschine zum Zeitpunkt des Fahrens ein Hilfsmoment erzeugen oder kann zum Zeitpunkt des Bremsens eine Regeneration oder Generation von Elektrizität durchführen. Somit kann der Motor den Zweck erfüllen, beispielsweise die Kraftstoffeffizienz eines so genannten Hybridwagens zu verbessern, wo eine Maschine und ein Motor zum Fahren benachbart angeordnet sind. Ein derartiger Einphasenreluktanzmotor ist von der Konfiguration her im Vergleich beispielsweise mit einem herkömmlichen Dreiphasen-AC-Motor einfach und besitzt deshalb das Merkmal, klein und preiswert zu sein. Außerdem ist es für einen Einphasenmotor schwierig, kontinuierlich Moment zu erzeugen. Er hat aber das Merkmal, eine hohe Verfügbarkeit von Kraftlinienwegen und Wicklungen aufzuweisen, sowie das Merkmal, eine hohe Effizienz zu besitzen.
2 zeigt ein Beispiel des Motors der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Motor kommt eine Wicklung 6 in einen ausgenommenen Abschnitt des Rotors, um dort angeordnet zu werden, wodurch die Wicklung einen großen Durchmesser besitzen kann. Somit kann der Kupferverlust reduziert, eine hohe Effizienz erreicht und ein kontinuierliches Nennmoment erhöht werden. Jeder der ausgeprägten Rotorpole 6H und jeder der ausgeprägten Statorpole 7H weisen Formen auf, die von denen verschieden sind, die durch die Zahlen 6 und 7 in 1 angegeben sind. Somit kann die gleiche Funktion mit modifizierten Formen ausgeführt werden.
4 zeigt ein Beispiel des Motors der vorliegenden Erfindung mit dem Zusatz von ausgeprägten Rotorpolen 9 und ausgeprägten Statorpolen 10. Bei diesem Motor wird der magnetische Widerstand größer als in den Kraftlinienwegen 6 und 7 zum Weiterleiten von oben erwähnten Magnetflüssen. Obwohl die Momentkonstante reduziert ist, besitzt dieser Motor daher das Merkmal, daß momenterzeugende Abschnitte auf zwei erhöht sind, um dadurch das größte Moment heraufzusetzen.
5 zeigt ein Beispiel des Motors der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Motor sind ausgeprägte Rotorpole 12 und ausgeprägte Statorpole 13 in der Rotorwellenrichtung verlängert, um die Drehrate des induzierten Magnetflusses MF heraufzusetzen, wobei die Rate durch d(MF)/dθ ausgedrückt ist, und um die Momentkonstante und das größte Moment zu erhöhen. Eine Wicklung 11 besitzt entsprechend der obigen Modifikation eine verformte Form.
6 zeigt einen Zweiphasen-Reluktanzmotor, eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit 14 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole angegeben, mit 15 ausgeprägte Statorpole. Ein entlang einer Linie EA-EA genommener Querschnitt besitzt eine Konfiguration wie durch (a) von 7 gezeigt. Analog zu dem in 1 gezeigten Motor sind durch die Zahlen 6 und 7 Kraftlinienwege zum Weiterleiten von Magnetflüssen des Rotors bzw. des Stators angegeben. Ein entlang einer Linie ED-ED genommener Querschnitt der Kraftlinienwege weist eine Konfiguration wie durch (b) von 3 gezeigt auf. Durch 3 sind ausgeprägte B-Phase-Rotorpole angegeben, durch 4 ausgeprägte Statorpole, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie EE-EE genommen, eine Konfiguration wie durch (b) von 7 gezeigt aufweist. Eine Phasendifferenz zwischen den Phasen A und B beträgt 180° elektrischer Winkel.
Für den Fall, daß eine magnetomotorische Stromkraft auf die ausgeprägten Rotorpole 14 und die ausgeprägten Statorpole 15 einwirkt, kann eine Wicklung 16 mit Strom versorgt werden. Wenn in diesem Fall der magnetische Widerstand zwischen den Kraftlinienwegen 6 und 7 zum Weiterleiten von Magnetflüssen des Rotors bzw. des Stators ausreichend klein ist, wirkt fast keine magnetomotorische Kraft auf die ausgeprägten Rotorpole 3 und die ausgeprägten Statorpole 4. Für den Fall, daß eine magnetomotorische Stromkraft auf die ausgeprägten Rotorpole 3 und die ausgeprägten Statorpole 4 einwirkt, kann eine Wicklung 17 auf ähnliche Weise mit Strom versorgt werden.
Indem die Phasen in der Reihenfolge A, B, A und B gemäß der Drehposition des Rotors sequentiell angesteuert werden, kann ein Moment über einen Bereich von 80% oder mehr erzeugt werden, wenngleich kein Moment am eigentlichen Umschaltpunkt der Phasen A und B erzeugt werden kann. Für den in 6 gezeigten Zweiphasen-Reluk tanzmotor ist es schwierig, ständig Momente auszugeben, weil der Motor zwei Phasen besitzt, was bewirkt, daß das Moment pulsierend ist. Dieser in 6 gezeigte Motor besitzt jedoch das Merkmal, weniger Momentpulsierung als der in 1 gezeigte Motor zu haben.
Wenn der in 6 gezeigte Motor so verwendet wird, daß er sich nur in einer Richtung dreht, kann entweder die Form jedes ausgeprägten Statorpols oder jedes ausgeprägten Rotorpols so modifiziert werden, daß man ein kontinuierliches Drehmoment selbst mit dem Zweiphasenmotor erhält. Ein spezifisches Beispiel ist durch (c) von 7 gezeigt. Wie zu sehen ist, besitzt der ausgeprägte Statorpol 15 eine Form mit einem Zusatz eines Hilfspols 15A, durch eine gestrichelte Linie gezeigt. Die ausgeprägten Statorpole 15 und die ausgeprägten Rotorpole besitzen eine Phasendifferenz von lediglich 180°. In diesem Zustand kann selbst mit der magnetischen Erregung kein Drehmoment erhalten werden. Die oben erwähnte Form mit einem Zusatz des Hilfspols 15A ermöglicht jedoch die Anwendung einer großen magnetomotorischen Kraft, so daß der Rotor ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugen kann. In diesem Fall kann Momentpulsierung drastisch reduziert werden.
8 zeigt einen Dreiphasen-Reluktanzmotor, eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit der Zahl 18 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole und mit 19 ausgeprägte Statorpole gezeigt. Ein entlang einer Linie EA-EA genommener Querschnitt dieser Pole besitzt eine Konfiguration wie durch (a) von 9 gezeigt. Mit Zahl 20 sind ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und mit 21 ausgeprägte Statorpole angegeben. Ein entlang einer Linie EB-EB genommener Querschnitt dieser Pole besitzt eine Konfiguration wie durch (b) von 9 gezeigt. Mit Zahl 22 sind ausgeprägte C-Phase-Rotorpole und mit 23 ausgeprägte Statorpole angegeben. Ein entlang einer Linie EC-EC genommener Querschnitt dieser Pole besitzt eine Konfiguration wie durch (c) von 9 gezeigt. 9 zeigt durch (d) einen entlang einer Linie ED-ED genommenen Querschnitt. Dieser Querschnitt zeigt eine Konfiguration der Kraftlinienwege für das Weiterleiten von Magnetflüssen. Die in 8 und 9 gezeigte Struktur wird durch Kombinieren des in 1 gezeigten Einphasen-Reluktanzmotors und des in 6 gezeigten Zweiphasen-Reluktanzmotors erhalten, wobei der Stator und der Rotor mit einer Phasendifferenz von 120° angeordnet sind. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, um die Wechselwirkung zwischen beiden Motoren zu beseitigen, diese Motoren so anzuordnen, daß sie voneinander magnetisch isoliert sind.
Bei dieser Konfiguration kann durch sequentielles Ansteuern der Phasen in der Reihenfolge A, B und C gemäß der Drehposition des Rotors ein Moment kontinuierlich erzeugt werden und je nach den Motorauslegungen kann Momentwelligkeit reduziert werden. Hinsichtlich der Richtung des Moments ist eine positive und negative Momenterzeugung möglich, was zu einem möglichen Leistungsbetrieb und regenerativen Betrieb führt. Was den Betrieb dieses Motors anbetrifft, hängt ein Bereich einer von einer Phase durchgeführten Momenterzeugung von der Form jedes ausgeprägten Pols ab, doch kann, falls die Breite eines ausgeprägten Pols 180° elektrischer Winkel beträgt, dieser Motor innerhalb von 180° angesteuert werden. Somit können bei dem in 8 gezeigten Motor die Phasen in der Reihenfolge A, B und C sequentiell angesteuert werden, um einen glatten Antrieb mit kleiner Momentwelligkeit zu erzielen. Da jede der Phasen innerhalb eines Bereichs von 120° oder mehr angesteuert werden kann, kann es außerdem in diesem Fall ein Gebiet in der Nähe einer Grenze zwischen zwei Phasen geben, wo zwei Phasen simultan angesteuert werden können.
10 zeigt ein Beispiel des Motors der vorliegenden Erfindung mit anderer Konfiguration. Bei Vergleich mit dem in 8 gezeigten Motor stoßen jeder der ausgeprägten A-Phase-Rotorpole und jeder der ausgeprägten B-Phase-Rotorpole mit der gleichen Form bei dem in 10 gezeigten Motor aneinander an. Mit Zahl 27 sind ausgeprägte Rotorpole gezeigt, die sich die Phasen A und B teilen. Mit Zahl 28 sind ausgeprägte A-Phase-Statorpole gezeigt. Ein entlang einer Linie EA-EA genommener Querschnitt, der die ausgeprägten A-Phase-Statorpole enthält, besitzt eine Konfiguration wie durch (a) von 11 gezeigt. Durch Zahl 29 sind ausgeprägte B-Phase-Statorpole gezeigt, von denen ein Querschnitt entlang einer Linie EB-EB genommen eine Konfiguration wie durch (b) von 11 gezeigt besitzt.
Es ist prinzipiell möglich, das statorseitige getrennte Rückjoch bei der Anordnung und Konfiguration des in 8 gezeigten Motors magnetisch zu verbinden, wobei der Rotor der gleiche bleibt wie in 8 gezeigt, im Gegensatz zu 10. In diesem Fall jedoch muß der Rotor magnetisch halbiert werden, und somit besteht die Rotorwelle 1 bevorzugt aus einem unmagnetischen Material. Auf diese Weise kann die Form jedes der Pole auf einer äquivalenten Basis unterschiedlich modifiziert werden.
12 zeigt durch (a) einen Dreiphasen-Reluktanzmotor, eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Durch Zahl 31 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole und durch 32 ausgeprägte Statorpole angegeben, von denen ein Querschnitt entlang einer Linie EA-EA eine Konfiguration wie durch (a) von 9 gezeigt besitzt. Durch Zahl 35 sind ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und durch 36 ausgeprägte Statorpole angegeben, von denen ein Querschnitt entlang einer Linie EB-EB eine Konfiguration wie durch (b) von 9 gezeigt besitzt. Durch Zahl 37 sind ausgeprägte C-Phase-Rotorpole und durch 38 ausgeprägte Statorpole angegeben, von denen ein Querschnitt entlang einer Linie EC-EC eine Konfiguration wie durch (c) von 9 gezeigt besitzt. Durch Zahl 33 ist ein Kraftlinienweg zum Weiterleiten von Magnetflüssen des Rotors und durch 34 ein Kraftlinienweg für das Weiterleiten von Magnetflüssen des Stators angegeben, ein Querschnitt derer, entlang einer Linie ED-ED genommen, eine Konfiguration wie durch (d) von 9 gezeigt besitzt. Eine Phasendifferenz zwischen den Phasen A, B und C bei den ausgeprägten Rotorpolen und den ausgeprägten Statorpolen beträgt 120° elektrischer Winkel. Durch 39 ist eine A-Phase-Schleifenwicklung, durch 40 eine B-Phase-Schleifenwicklung und durch 41 eine C- und B-Phase-Schleifenwicklung angegeben.
Bei dieser Konfiguration kann durch sequentielles Ansteuern der Phasen in der Reihenfolge A, B und C gemäß der Drehposition des Rotors ein Moment kontinuierlich erzeugt werden und je nach den Motorauslegungen kann Momentwelligkeit reduziert werden. Das Ansteuern der Phase A kann realisiert werden, indem der Wicklung 39 Strom zugeführt wird. Das heißt, Magnetflüsse werden induziert in dem Kreis durch die ausgeprägten Rotorpole 31, die ausgeprägten Statorpole 32 und die Kraftlinienweg 36 und 46 für das Weiterleiten von Flüssen, wodurch eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Rotorpolen 31 und den ausgeprägten Statorpolen 32 erzeugt wird, um schließlich ein Moment zu erzeugen. Das Ansteuern der Phase B kann realisiert werden, indem Ströme zu beiden der Wicklungen 40 und 41 entgegengesetzt zugeführt werden. Das heißt, Magnetflüsse werden induziert in dem Kreis durch die ausgeprägten Rotorpole 35, die ausgeprägten Statorpole 36 und die Kraftlinienwege 36 und 46 zum Weiterleiten von Flüssen, wodurch eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Rotorpolen 35 und den ausgeprägten Statorpolen 36 erzeugt wird, um schließlich ein Drehmoment zu erzeugen. In diesem Fall werden die ausgeprägten C-Phase-Rotorpole 37 und die ausgeprägten Statorpole 38 mit Strom versorgt, der eine Summe aus den den Wicklungen 40 und 41 entgegengesetzt zugeführten Strömen ist. Infolgedessen wird keine magnetomotorische Kraft an die Phase C angelegt, und somit wird kein Moment erzeugt. Das Ansteuern der Phase B kann realisiert werden, indem der Wicklung 41 Strom zugeführt wird. Das heißt, Magnetflüsse werden induziert in dem Kreis durch die ausgeprägten Rotorpole 38, die ausgeprägten Statorpole 39 und die Kraftlinienwege 36 und 46 für das Weiterleiten von Flüssen, wodurch eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Rotorpolen 38 und den ausgeprägten Statorpolen 39 erzeugt wird, um schließlich ein Moment zu erzeugen. Die obige Beschreibung erfolgte unter der Annahme, daß eine zugewandte Fläche zwischen den Kraftlinienwegen für das Weiterleiten von Flüssen konstant groß ist und einen kleinen magnetischen Widerstand aufweist.
Auf diese Weise ist durch sequentielles Ansteuern der Phasen in der Reihenfolge A, B und C gemäß der Drehposition des Rotors die Erzeugung eines positiven und negativen Moments möglich, was zu einem möglichen Leistungsbetrieb und regenerativen Betrieb führt. Was den Betrieb dieses Motors anbetrifft, hängt ein Bereich einer von einer Phase durchgeführten Momenterzeugung von der Form jedes ausgeprägten Pols ab, doch kann, falls die Breite eines ausgeprägten Pols 180° elektrischer Winkel beträgt, dieser Motor innerhalb von 180° angesteuert werden. Somit können bei dem in 8 gezeigten Motor die Phasen in der Reihenfolge A, B und C sequentiell angesteuert werden, um einen glatten Antrieb mit kleiner Momentwelligkeit zu erzielen. Da jede der Phasen innerhalb eines Bereichs von 120° oder mehr angesteuert werden kann, kann es außerdem in diesem Fall ein Gebiet in der Nähe einer Grenze zwischen zwei Phasen geben, wo zwei Phasen simultan angesteuert werden können. Das durch (a) von 12 gezeigte Beispiel besitzt ausgeprägte Pole, von denen jeder in der Rotorwellenrichtung eine relativ geringe Breite aufweist. Eine größere Breite jedes Pols kann ein größeres Moment erzeugen.
Jede der Wicklungen 39, 40 und 41 für die Phasen A, B bzw. C, durch (a) von 12 gezeigt, besitzt eine einfache kreisförmige Form. Es können jedoch verschiedene Modifikationen auf einer äquivalenten Basis vorgenommen werden. Beispielsweise kann jede Schleifenwicklung eine Mäandergestalt entsprechend der Kontur der Statorpole aufweisen, oder ein Abschnitt jeder Wicklung kann außerhalb des Stators angeordnet sein oder jede Wicklung kann eine gefaltete Struktur aufweisen, wobei Halbumfangswindungen auf eine Unterteilung zugeschnitten sind, die alle in der vorliegenden Erfindung enthalten sein sollen. Der Statorkern und der Rotorkern können ebenfalls unterschiedlich modifiziert sein.
79 zeigt ein Berechnungsbeispiel des Ausgabemoments des durch (a) von 12 gezeigten Motormodells, wobei bei dem Motormodell Phasen in der Reihenfolge A, B und C in Synchronisation mit der Drehposition des Rotors wie oben beschrieben gesteuert werden. Für die in 79 gezeigte Berechnung wurde eine nichtlineare Finite-Element-Methode mit Hilfe eines Computers verwendet, um eine Magnetfeldanalyse an der Dreiphasenkonfiguration des Motors vorzunehmen. Bei dem Beispiel besitzt der Motor einen Durchmesser von 165 mm, jeder ausgeprägte Statorpol besitzt eine Breite von 15 mm in der Rotorwellenrichtung, die Anzahl der ausgeprägten Statorpole entlang des Umfangs beträgt zwölf und der Luftspalt ist 0,5 mm groß. Die horizontale Achse stellt den elektrischen Winkel dar, und die vertikale Achse stellt das Ausgabemoment des Motors dar. T-A, T-B und T-C geben von den ausgeprägten Rotorpolen und den ausgeprägten Statorpolen erzeugtes Moment an, wenn Ströme durch die Wicklungen entsprechend den Phasen A, B bzw. C durch einen Bereich von 120° elektrischer Winkel geschickt werden. Insbesondere kann bestätigt werden, daß das Moment T-B der Phase B, das sich aus den Strömen ergibt, die für einen Differentialbetrieb entgegengesetzt durch die beiden Wicklungen 40 und 41 geschickt werden, mit der Theorie übereinstimmt. Wenngleich zu sehen ist, daß eine Momentwelligkeit mit einem 120°-Zyklus vorliegt, kann dieser Grad an Momentwelligkeit die Verwendung des Motors auf viele Weisen gestatten. Um diese Momentwelligkeit zu reduzieren, können viele Ansätze ergriffen werden, wie etwa ein Ansatz zum Verbessern der Form jedes Pols des Motors, ein Ansatz zum Weiterleiten eines Phasenstroms in einem Bereich von 120° bis 180° elektrischer Winkel und ein Ansatz auf einer Steuerbasis, um auf der Basis der Stromamplitude eine Korrektur vorzunehmen.
12 zeigt mit (b) eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu (a) von 12 liegen die Kraftlinienwege 48 und 49 für das Weiterleiten von Magnetflüssen am Ende in der Rotorwellenrichtung. Im Fall von antreibenden ausgeprägten Rotorpolen 44 und 46, die sich innerhalb des Motors befinden, können den Wicklungen 51 und 52, die neben den relevanten ausgeprägten Polen in der Rotorwellenrichtung liegen, positive bzw. negative Ströme zugeführt werden, ähnlich dem Fall des Ansteuerns der ausgeprägten Rotorpole 35, durch (a) in 12 gezeigt. Dann kann Moment nur an den relevanten ausgeprägten Polen erzeugt werden. Wenngleich das Verfahren zum Zuführen von Strom geändert worden ist, ist somit eine glatte sequentielle Ansteuerung in der Reihenfolge der Phasen A, B und C wie in dem durch (a) von 12 gezeigten Fall des Motors möglich.
Bei dem durch (a) von 12 gezeigten Motor können die Wicklung 39, die ausgeprägten Rotorpole 31 und die ausgeprägten Statorpole 32 in der Phase A entfernt werden, während die relative Phasendifferenz der Phasen B und C von 120° auf 180° geändert wird, um einen aus den Phasen B und C bestehenden Zweiphasen-Reluktanzmotor zu realisieren. Im Vergleich mit dem in 6 gezeigten Zweiphasen-Reluktanzmotor sind die Positionen der Kraftlinienwege 36 und 46 zum Weiterleiten von Magnetflüssen von dem Mittelabschnitt in der Rotorwellenrichtung zum Ende in der Rotorwellenrichtung bewegt worden. Wie unter Bezugnahme auf den durch (a) von 12 gezeigten Dreiphasenmotor erläutert, werden Ströme derart angesteuert, daß die Phase B differentiell angesteuert wird.
13 zeigt einen Dreiphasen-Reluktanzmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Durch die Zahl 53 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole und durch 54 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt dort hindurch entlang einer Linie EA-EA eine Konfiguration wie durch (a) von 9 gezeigt aufweist. Durch die Zahl 55 sind ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und durch 56 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt dort hindurch entlang einer Linie EB-EB eine Konfiguration wie durch (b) von 9 gezeigt aufweist. Durch die Zahl 57 sind ausgeprägte C-Phase-Rotorpole und durch 58 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt dort hindurch entlang einer Linie EC-EC eine Konfiguration wie durch (c) von 9 gezeigt aufweist. Eine relative Phasendifferenz zwischen den ausgeprägten Rotorpolen und den ausgeprägten Statorpolen in jeder der Phasen A, B und C beträgt 120° elektrischer Winkel. Mit der Zahl 59 ist eine A-Phase-Schleifenwicklung und mit 60 eine C-Phase-Schleifenwicklung angegeben. Im Fall des Ansteuerns der ausgeprägten B-Phase-Rotorpole 55 werden Ströme entgegengesetzt durch die A- und C-Phase-Wicklungen 59 und 60 geschickt.
Moment kann bei dieser Konfiguration durch sequentielles Ansteuern der Phasen in der Reihenfolge A, B und C gemäß der Drehposition des Rotors erzeugt werden. Jedoch wird kein Kraftlinienweg in diesem Motor wie die Kraftlinienwege 33 und 34 zum Weiterleiten von Magnetflüssen in dem durch (a) in 12 gezeigten Motor bereitgestellt. Deshalb bilden Magnetflüsse, die durch die ausgeprägten, anzusteuernden Pole verlaufen, einen Kreis durch verschiedene ausgeprägte Pole. Folglich erzeugen die verschiedenen ausgeprägten Pole ein Moment in der umgekehrten Richtung zu der der anzusteuernden ausgeprägten Pole. Dementsprechend gibt es einige Abschnitte, bei denen es beim Erzeugen von Moment zu Schwierigkeiten kommen kann. Außerdem kann eine Momentpulsierung verursacht werden.
Die Momentpulsierung ändert sich in Abhängigkeit von einer Umfangsbreite SB1 jedes ausgeprägten Statorpols und einer Umfangsbreite RB jedes ausgeprägten Rotorpols, die in einem vergrößerten transversalen Querschnitt bei (a) von 14 gezeigt sind, sowie den Formen dieser ausgeprägten Pole in der Rotorwellenrichtung. Abmessungen dieser Werte SB1 und RB1 können in Abhängigkeit von der Verwendung und den gewünschten Eigenschaften ausgewählt werden.
Insbesondere wenn ein kontinuierliches Moment in einer Richtung Wichtigkeit erhält, wie durch einen Pfeil bei (a) von 14 gezeigt, als Beispiel, kann jeder der ausgeprägten Pole einen Abschnitt mit geringer Breite und einen Abschnitt mit großer Breite in der Rotorrichtung besitzen, wie in der linearen Entwicklung der ausgeprägten Rotorpole 55 und der ausgeprägten Statorpole 56 bei (b) von 14 bei Betrachtung aus einer Luftspaltebene gezeigt. Insbesondere kann ein Abschnitt des ausgeprägten Pols, der Moment erzeugt, in der Rotorwellenrichtung eine geringe Breite aufweisen, und der übrige Abschnitt des ausgeprägten Pols kann in der Rotorwellenrichtung eine große Breite aufweisen. Diese Konfiguration kann jedem der Magnetflüsse, die Moment erzeugen und einen Kreis durch den Motor bilden, die gleiche Größe verleihen. Dementsprechend kann ein Abschnitt unter Ansteuerung eine hohe Flußdichte aufweisen und ein anderer Abschnitt eine niedrige Flußdichte aufweisen, um dadurch zuverlässig Drehmoment in einer gewünschten Drehrichtung zu erhalten. In dem durch (b) von 14 gezeigten Zustand ist jeder ausgeprägte A-Phase-Rotorpol 53 jedem ausgeprägten Statorpol über einen elektrischen Winkel von 120° zugewandt. Der Zuwendungsbereich ist jedoch kleiner als der zwischen jedem ausgeprägten C-Phase-Rotorpol 57 und jedem ausgeprägten Statorpol 58. Dementsprechend kann durch Erregen der Phase A ein sich entgegen dem Uhrzeigersinn drehendes Moment erhalten werden.
Das durch (b) in 14 gezeigte Verfahren erläutert eine Erzeugung eines Moments in einer Richtung, der Motor kann jedoch mit beiden Drehrichtungen betrieben werden. Wenn beispielsweise der Motor zum Antreiben eines Kompressors einer Klimaanlage verwendet wird, erfolgt ein Leistungsbetrieb möglicherweise hauptsächlich entgegen dem Uhrzeigersinn. Wenn der Motor als ein mechanisch mit einer Verbrennungsmaschine verbundener Generator verwendet wird, kann ein regenerativer Betrieb im Uhrzeigersinn erfolgen, um ein im wesentlichen kontinuierliches Moment zu erzeugen.
Der in 6 gezeigte Zweiphasenmotor und der in 13 und 14 gezeigte Dreiphasenmotor können mit zwei Wicklungen betrieben werden. Somit kann, wie später unter Bezugnahme auf verschiedene Arten von Ansteuerschaltungen erläutert wird, die Ansteuerschaltung für Strom und Spannung vereinfacht werden, was zu der Reduktion bei der Anzahl elektrischer Elemente und zu den attraktivsten Punkten führt, das heißt die Reduktion bei den Gesamtkosten des Motors und der Ansteuerschaltung. Da eine Hälfte der Teile zu dem Ansteuern beitragen kann, kann der Motor als ein ausgezeichneter Motor unter diesem Aspekt sowie dem Drehmoment pro Volumeneinheit angesehen werden.
15 zeigt durch (a) einen Vierphasen-Reluktanzmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit Zahl 151 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole und mit 152 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie KA-KA genommen, eine Konfiguration wie durch (a) von 9 gezeigt aufweist. Mit der Zahl 152 sind ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und mit 154 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie KB-KB genommen, zeigt, daß der Rotor und der Stator eine relative Phasendifferenz von 90° elektrischem Winkel bezüglich denen aufweisen, die in dem entlang der Linie KA-KA genommenen Querschnitt gezeigt sind. Mit der Zahl 155 sind ausgeprägte C-Phase-Rotorpole und mit 156 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie KC-KC genommen, zeigt, daß der Rotor und der Stator eine relative Phasendifferenz von 180° elektrischem Winkel bezüglich denen aufweisen, die in dem entlang der Linie KA-KA genommenen Querschnitt gezeigt sind. Mit der Zahl 157 sind ausgeprägte D-Phase-Rotorpole und mit 158 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie KD-KD genommen, zeigt, daß der Rotor und der Stator eine relative Phasendifferenz von 270° elektrischem Winkel bezüglich denen aufweisen, die in dem entlang der Linie KA-KA genommenen Querschnitt gezeigt sind. Durch die Zahl 159 ist ein Kraftlinienweg für das Weiterleiten von Magnetflüssen des Stators und durch 160 ein Kraftlinienweg für das Weiterleiten von Magnetflüssen des Rotors angegeben, wobei ein Querschnitt davon entlang einer Linie KP-KP genommen eine Konfiguration wie durch (d) von 9 gezeigt aufweist. Mit den Zahlen 141, 142, 143 und 144 sind zwischen den Statorpolen angeordnete Wicklungen bezeichnet. Durch diese Wicklungen geschickte Ströme gestatten, daß eine magnetomotorische Kraft auf einen Polabschnitt jedes ausgeprägten Pols einwirkt, um ein Drehmoment zu erzeugen.
Die Phasen A, B, C und D können in dieser Reihenfolge in Synchronisation mit der Drehposition des Rotors angesteuert werden, damit der Rotor ein Moment erzeugt. Wenn beispielsweise die ausgeprägten A-Phase-Rotorpole 151 und die ausgeprägten Statorpole 152 in der durch (b) von 7 gezeigten Beziehung stehen, kann das Zuführen von Strom zu der Wicklung 141 eine elektromagnetische Anziehungskraft verursachen, die wiederum gestattet, daß der Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt. Wenn sich die Phase B in der durch (b) von 7 gezeigten Beziehung befindet, kann das Zuführen von Strömen zu den Wicklungen 141 und 142 in entgegengesetzten Richtungen eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Rotorpolen 153 und den ausgeprägten Statorpolen 154 verursachen, was wiederum gestattet, daß der Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt. Wenn sich die Phase C in der durch (b) von 7 gezeigten Beziehung befindet, kann das Zuführen von Strömen zu den Wicklungen 143 und 144 in entgegengesetzten Richtungen eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Rotorpolen 155 und den ausgeprägten Statorpolen 156 verursachen, was wiederum gestattet, daß der Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt. Wenn sich die Phase D in der durch (b) von 7 gezeigten Beziehung befindet, kann das Zuführen von Strom zu der Wicklung 144 eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Rotorpolen 157 und den ausgeprägten Statorpolen 158 verursachen, was wiederum gestattet, daß der Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt.
Jede der Phasen kann ein Moment über einen Bereich von fast 180° elektrischer Winkel erzeugen. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Ansteuerkontrolle derart zu bewirken, daß zwei von vier Phasen in den meisten Sektionen ein Moment erzeugen können. Zudem kann, wie später beschrieben wird, eine Ansteuerschaltung für Strom und Spannung vereinfacht werden, damit man Charakteristiken bei den Kosten sowohl hinsichtlich des Motors als auch der Ansteuereinheit erhält. Bei dem durch (a) von 15 ge zeigten Beispiel sind der Kraftlinienweg 159 zum Weiterleiten von Magnetflüssen des Stators und der Kraftlinienweg 160 zum Weiterleiten von Magnetflüssen des Rotors im Mittelabschnitt in der Rotorwellenrichtung angeordnet, doch können diese Positionen verändert werden.
15 zeigt durch (b) ein Beispiel eines Vierphasen-Reluktanzmotors der vorliegenden Erfindung. Dieser Motor wird konfiguriert durch Anordnen von zwei Sätzen des in 6 gezeigten Zweiphasenmotors an der Rotorwelle 1 mit einer Phasendifferenz von 90°.
Mit Zahl 161 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole und mit 162 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie KA-KE genommen, eine Konfiguration wie durch (a) von 9 gezeigt aufweist. Mit der Zahl 153 sind ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und mit 154 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie KB-KB genommen, zeigt, daß der Rotor und der Stator eine relative Phasendifferenz von 90° elektrischem Winkel bezüglich denen aufweisen, die in dem entlang der Linie KA-KA genommenen Querschnitt gezeigt sind. Mit der Zahl 155 sind ausgeprägte C-Phase-Rotorpole und mit 156 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie KC-KC genommen, zeigt, daß der Rotor und der Stator eine relative Phasendifferenz von 180° elektrischem Winkel bezüglich denen aufweisen, die in dem entlang der Linie KA-KA genommenen Querschnitt gezeigt sind. Mit der Zahl 157 sind ausgeprägte D-Phase-Rotorpole und mit 158 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie KD-KD genommen, zeigt, daß der Rotor und der Stator eine relative Phasendifferenz von 270° elektrischem Winkel bezüglich denen aufweisen, die in dem entlang der Linie KA-KA genommenen Querschnitt gezeigt sind. Durch die Zahl 159 ist ein Kraftlinienweg für das Weiterleiten von Magnetflüssen des Stators und durch 160 ein Kraftlinienweg für das Weiterleiten von Magnetflüssen des Rotors angegeben, wobei ein Querschnitt davon entlang einer Linie KP-KP genommen eine Konfiguration wie durch (d) von 9 gezeigt aufweist. Mit den Zahlen 141, 142, 143 und 144 sind zwischen den Statorpolen angeordnete Wicklungen bezeichnet. Durch diese Wicklungen geleitete Ströme gestatten, daß eine magnetomotorische Kraft auf einen Polabschnitt jedes aus geprägten Pols einwirkt, um ein Drehmoment zu erzeugen.
Die Phasen A, B, C und D können in dieser Reihenfolge in Synchronisation mit der Drehposition des Rotors angesteuert werden, damit der Rotor ein Moment erzeugt. Wenn beispielsweise die ausgeprägten A-Phase-Rotorpole 161 und die ausgeprägten Statorpole 162 in der durch (b) von 7 gezeigten Beziehung stehen, kann das Zuführen von Strom zu der Wicklung 173 eine elektromagnetische Anziehungskraft verursachen, die wiederum gestattet, daß der Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt. Wenn sich die Phase B in der durch (b) von 7 gezeigten Beziehung befindet, kann das Zuführen von Strom zu der Wicklung 174 eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Rotorpolen 163 und den ausgeprägten Statorpolen 164 verursachen, was wiederum gestattet, daß der Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt. Wenn sich die Phase C in der durch (b) von 7 gezeigten Beziehung befindet, kann das Zuführen von Strom zu der Wicklung 175 eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Rotorpolen 165 und den ausgeprägten Statorpolen 166 verursachen, was wiederum gestattet, daß der Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt. Wenn sich die Phase D in der durch (b) von 7 gezeigten Beziehung befindet, kann das Zuführen von Strom zu der Wicklung 176 eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Rotorpolen 167 und den ausgeprägten Statorpolen 168 verursachen, was wiederum gestattet, daß der Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt.
Auf diese Weise wird bei dem durch (b) von 15 gezeigten Motor ein Zwei- oder Einphasenmoment konstant erzeugt, um beim Leistungsbetrieb oder beim regenerativen Betrieb eine Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung zu erzeugen, um dadurch einen kontinuierlichen Betrieb zu erzielen. Die durch (b) von 15 gezeigte Konfiguration kann einen Motor bereitstellen, mit dem jede Phase angesteuert werden kann, indem nur Strom für die Phase an eine relevante Wicklung geliefert wird, um eine hohe Antriebsrate auszuüben und einen kleinen Kupferverlust zu erreichen. Die Anordnung der Phasen A, B, C und D des durch (b) von 15 gezeigten Motors ist nicht beschränkt, sondern kann verändert werden. Die Anordnung/Konfiguration des durch (b) von 1 gezeigten Motors besitzt Sektionen, die in der vertikalen Richtung in der Papierebene magnetisch getrennt sind. Prinzipiell kann jedoch eine magnetische Kopplung entweder auf einer Rotorseite oder auf einer Statorseite erreicht werden. Wenn das obere und untere statorseitige Rückjoch gekoppelt werden sollen, muß der Rotor magnetisch getrennt sein, und somit kann die Rotorwelle 1 bevorzugt aus einem ummagnetischen Material hergestellt sein.
Der Vierphasen-Reluktanzmotor mit Kraftlinienwegen zum Leiten von Flüssen der vorliegenden Erfindung kann andere Konfigurationen als die durch (a) und (b) von 15 gezeigten aufweisen. Spezifisch kann der Motor Konfigurationen besitzen, die durch Kombinieren der in 1 bis 14 gezeigten Konfigurationen realisiert werden, und modifizierte Konfigurationen davon, mit einer Phasendifferenz von etwa 90° zwischen den Phasen. Zudem können im Fall eines Mehrphasenmotors mit mehr als vier Phasen zu den durch (a) und (b) von 15 gezeigten Konfigurationen Phasen hinzugefügt werden, wobei die Verleihung einer relativen Phasendifferenz von der Anzahl der Phasen abhängt. Somit kann ein Mehrphasenmotor mit fünf oder mehr Phasen realisiert werden.
16 zeigt einen Vierphasen-Reluktanzmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit Zahl 61 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole und mit 62 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie EA-EA genommen, eine Konfiguration wie durch (a) von 9 gezeigt aufweist. Mit der Zahl 63 sind ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und mit 64 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie EH-EH genommen, zeigt, daß der Rotor und der Stator eine relative Phasendifferenz von 90° elektrischem Winkel bezüglich denen aufweisen, die in dem entlang der Linie EA-EA genommenen Querschnitt gezeigt sind. Mit der Zahl 65 sind ausgeprägte C-Phase-Rotorpole und mit 66 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie EI-EI genommen, zeigt, daß der Rotor und der Stator eine relative Phasendifferenz von 180° elektrischem Winkel bezüglich denen aufweisen, die in dem entlang der Linie EA-EA genommenen Querschnitt gezeigt sind. Mit der Zahl 67 sind ausgeprägte D-Phase-Rotorpole und mit 68 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie EJ-EJ genommen, zeigt, daß der Rotor und der Stator eine relative Phasendifferenz von 270° elektrischem Winkel bezüglich denen aufweisen, die in dem entlang der Linie EA-EA genommenen Querschnitt gezeigt sind.
Mit den Zahlen 69, 70 und 71 sind zwischen den Statorpolen angeordnete Wicklungen bezeichnet. Durch diese Wicklungen geschickte Ströme gestatten, daß eine magnetomotorische Kraft auf einen Polabschnitt jedes ausgeprägten Pols einwirkt, um ein Drehmoment zu erzeugen.
Wie durch den vergrößerten transversalen Querschnitt bei (a) von 15 gezeigt, kann eine Umfangsbreite jedes ausgeprägten Pols ausgewählt werden. Theoretisch betragen die kleinsten Breiten SB1 und RB1 der Stator- bzw. Rotorpole, mit denen eine kontinuierliche Drehung erzielt werden kann, 120°. Die Stator- und die Rotorpolbreiten SB1 bzw. RB1 für eine theoretisch mögliche Erzeugung eines kontinuierlichen Moments liegen im Bereich von 120° bis 240°. Ein optimaler Wert für die Polbreite hängt von einer gewünschten Motorspezifikation ab, da das Ausgabemoment je nach der magnetischen Impedanz eines Motors insgesamt und Strömen der individuellen Wicklungen abhängen kann.
17 ist eine lineare Entwicklung, die eine Umfangskonfiguration der ausgeprägten Statorpole in der Nähe eines Luftspaltabschnitts zwischen dem Stator und dem Rotor des in 16 gezeigten Motors enthält, und eine daneben dargestellte lineare Entwicklung, die eine Umfangskonfiguration der ausgeprägten Rotorpole enthält. Beispielsweise liegt die in 17 gezeigte Konfiguration der ausgeprägten A-Phase-Statorpole 62 der daneben dargestellten Konfiguration der ausgeprägten Rotorpole 61 gegenüber. Die horizontale Achse von 17 gibt den elektrischen Winkel an. Die ausgeprägten Stator- und Rotorpole der individuellen Phasen sind von der Oberseite der Papierebene von 17 in der Reihenfolge A, B, C und D angeordnet, wobei die Schleifenwicklungen 69, 70 und 71 dazwischen angeordnet sind. Wenn der Rotor gedreht wird, bewegen sich die ausgeprägten Rotorpole 61, 63, 65 und 67 in der Papierebene nach links und rechts.
In dem in 17 gezeigten Zustand erfolgt nun eine Erläuterung eines ersten Verfah rens für den Rotor zum Erzeugen eines Moments in einer Richtung von rechts nach links in der Papierebene. Falls eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Statorpolen 66 und den ausgeprägten Rotorpolen 65 in dem in der Figur gezeigten Zustand verwendet wird, kann das Zuführen von Strömen zu den Wicklungen 70 und 71 in entgegengesetzten Richtungen gestatten, daß die durch die Statorpole 66 fließenden Magnetflüsse durch das Rückjoch des Stators, durch andere ausgeprägte Statorpole und ausgeprägte Rotorpole, durch das Rückjoch des Rotors laufen und zu den ausgeprägten Rotorpolen 63 zurückkehren. In diesem Zustand weist die Flußdichte zwischen den ausgeprägten Statorpolen 66 und den ausgeprägten Rotorpolen 65 einen höchsten Wert von denen an anderen Abschnitten auf. Folglich erzeugt der Rotor für den Motor insgesamt ein Moment in einer Richtung von rechts nach links in der Papierebene.
Hiernach erfolgt eine Erläuterung eines zweiten Verfahrens zum Erzeugen eines Moments in 17. Falls eine Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Statorpolen 64 und den ausgeprägten Rotorpolen 63 in dem in der Figur gezeigten Zustand verwendet wird, kann das Zuführen von Strömen zu den Wicklungen 69 und 70 in entgegengesetzten Richtungen gestatten, daß die durch die Statorpole 64 fließenden Magnetflüsse durch das Rückjoch des Stators, durch andere ausgeprägte Statorpole und ausgeprägte Rotorpole, durch das Rückjoch des Rotors laufen und zu den ausgeprägten Rotorpolen 63 zurückkehren. Auch in diesem Zustand weist die Flußdichte zwischen den ausgeprägten Statorpolen 64 und den ausgeprägten Rotorpolen 63 einen höchsten Wert auf. Folglich erzeugt der Rotor für den Motor insgesamt ein Moment in einer Richtung von rechts nach links in der Papierebene.
Es folgt nun eine Erläuterung eines dritten Verfahrens zum Erzeugen eines Moments in 17. In dem in der Figur gezeigten Zustand können Verfahren zum Ausnutzen einer Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen 66 und 65 und einer Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen 64 und 63 eingesetzt werden. Auf der Basis dieser Verfahren können Stromwerte der Wicklungen bestimmt werden, so daß die durch die Statorpole 66 fließenden Magnetflüsse durch das Rückjoch des Stators, durch die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 64 und 63, durch das Rückjoch des Rotors laufen und zu den ausgeprägten Rotorpolen 65 zurückkehren können. In diesem Fall ist das von den durch die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 66 und 65 fließenden Flüssen erzeugte Moment in die gleiche Richtung gerichtet wie das von den durch die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 64 und 63 fließenden Flüssen erzeugte Moment. Dies ist effektiv, weil die in einem Kreis laufenden Flüsse ein Moment in der gleichen Richtung an zwei Punkten erzeugen.
Außerdem ist in dem Fall, wenn die Fläche des Abschnitts, wo die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 64 und 63 einander durch den Luftspalt zugewandt sind, TK43 ist und der dort hindurchfließende Fluß MF43 ist, und wenn die Fläche des Abschnitts, wo die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 66 und 65 einander durch den Luftspalt zugewandt sind, TK45 ist und der dort hindurchfließende Fluß MF45 ist, ist die Fläche TK43 größer als die Fläche TK65 und der Fluß MF43 größer als der Fluß MF65. Dementsprechend ist eine Differenz der Flüsse, die MFD135≈MF43-MF65 ist, dafür ausgelegt, durch die ausgeprägten Statorpole 62 und 68 und das Rückjoch des Rotors zu fließen und zu dem ausgeprägten Rotorpol 63 zurückzukehren.
Als ein spezifisches Beispiel für das Schicken von Strom zu diesem Zeitpunkt kann ein Strom C70 der Wicklung 70 geliefert werden und ein Strom C69 und ein Strom C71, die die Umkehrung des Stroms C70 sind, können den Wicklungen 69 bzw. 71 zugeführt werden. Bei einer einfachen Theorie kann dann die Amplitude der Ströme C70, C69 und C71 bevorzugt derart sein, daß die Amplitude des Stroms C70 gleich einer Summe der Amplitude der Ströme C69 und C71 ist. Wenn beispielsweise die Amplitude des Stroms C69 gleich der des Stroms C71 ist, muß die Amplitude des Stroms C70 doppelt so groß sein wie die des Stroms C69, wie durch die Gleichung C70=-C69-C71 ausgedrückt werden kann.
Die Stromwerte der individuellen Phasen sind nicht auf diese Werte beschränkt, sondern die Ströme C69, C70 und C71 können einen gewissen Freiheitsgrad innerhalb des oben erwähnten Bereichs aufweisen. Das heißt, jeder der Stromwerte wird in Abhängigkeit von dem magnetischen Widerstand des relevanten Polabschnitts und der durch den rele vanten Strom erzeugten magnetomotorischen Kraft bestimmt. Dementsprechend kann der Stromwert jeder der Phasen so bestimmt werden, daß eine große magnetomotorische Kraft auf die Pole wirkt, die ein großes Moment erzeugen sollen.
Bei dem in 16 und 17 gezeigten Motor, der ein Vierphasen-Reluktanzmoment verwendet, liegen die ausgeprägten Statorpole und die ausgeprägten Statorpole jeder Phase einander gegenüber, und vier Sätze aus mehreren magnetischen Widerstandsabschnitten sind über den Umfang für vier Phasen angeordnet. In diesem Fall variiert jeder Widerstand mit der Drehung des Rotors, und die Erzeugung von Moment wird in positiver und negativer Richtung binarisiert. Drei Wicklungen sind in der Rotorwellenrichtung zwischen den vier Sätzen von ausgeprägten Statorpolen angeordnet. Der in 16 und 17 gezeigte Motor ist ein passives Element und besitzt einen Mechanismus zum Erzeugen eines Moments durch Variieren mit der Drehposition und durch Ausüben elektromagnetischer Effekte in Assoziation mit den oben erwähnten polarisierten magnetischen Widerstandsabschnitten und den drei Sätzen von Strömen. Somit kann der Motor auf mehrere Weisen angetrieben werden. Einfach ausgedrückt jedoch müssen drei Stromwerte für die drei Wicklungen möglicherweise nur an bestimmten Drehpositionen des Rotors bestimmt werden. Die Bestimmung der drei Stromwerte für die drei Wicklungen an jeder der Drehpositionen des Rotors kann eine Drehung dieses Motors ermöglichen, um das Vierphasen-Reluktanzmoment über den Umfang auszunutzen. Bei jedem des ersten bis dritten Verfahrens zum Erzeugen eines Moments wurde ein typisches Beispiel vorgelegt. Bei jedem dieser Beispiele kann eine geringfügige Änderung der drei Stromwerte hauptsächlich eine Erzeugung eines Moments ermöglichen, die ebenfalls in der vorliegenden Erfindung enthalten sein sollen.
Falls ein ausgeprägter Statorpol SJX und ein gegenüberliegender ausgeprägter Rotorpol RJX sich in einer Positionsbeziehung befinden, wo eine Anziehungskraft in einer Richtung erzeugt wird, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der ein Moment erzeugt werden soll, wird auch ein gewisser Grad an Magnetfluß zwischen den ausgeprägten Polen SJX und RJX erzeugt, um ein Moment in der entgegengesetzten Richtung zu erzeugen. Das schließlich von dem Motor erzeugte Moment ist gleich der Differenz zwischen dem Moment in der Richtung, in der es erzeugt werden soll, und dem Moment in der entgegengesetzten Richtung.
Möglicherweise gibt es ein anderes Verfahren oder ein effektiveres Verfahren zum Ansteuern des in 16 gezeigten Motors, bei dem eine Steuerung durch Umschalten des ersten und des zweiten Verfahrens je nach der Drehposition des Rotors bewirkt wird.
Hinsichtlich der Richtungen für das Zuführen von Strom zu den Schleifenwicklungen 69, 70 und 71 können Ströme abwechselnd in der Vorwärtsrichtung bzw. der Gegenrichtung und der Vorwärtsrichtung zugeführt werden. Dieses Verfahren kann eine Steuerung mit einem Einwegestrom für jede der Wicklungen ermöglichen, wobei der Einwegestrom der oben für den in 16 und 17 gezeigten Motor bereitgestellten Erläuterung entspricht. Somit kann dieses Verfahren für die Stromansteuerung zweckmäßig sein. Insbesondere kann die Steuereinheit vereinfacht werden, um eine kleine und preiswerte Steuereinheit zu realisieren. Verfahren zum Zufüren von Strömen werden später zusammen mit Konfigurationsbeispielen der Steuereinheit für einen Motor und Beispielen des Betriebs geliefert.
Im folgenden wird ein Verfahren erörtert, damit zwei Phasen Moment in der gleichen Richtung erzeugen können, auf der Basis des dritten Verfahrens zum Erzeugen von Moment, bei dem in 16 gezeigten Motor oder in einer Beziehung zwischen den in 17 gezeigten ausgeprägten Rotor- und Statorpolen. Dies kann ein Merkmal darstellen, bei dem die meisten Gebiete gewisse Gebiete besitzen, wo beide der zwei involvierten Phasen blockiert sind, Moment zu erzeugen. Der Grad der Anwesenheit der blockierten Gebiete kann durch die Form jedes ausgeprägten Pols bestimmt werden. Bei einer Anwendung, wo eine Drehung in einer Richtung dominant ist, kann es ein Verfahren zum Verbessern des Merkmals geben. Wenn beispielsweise die ausgeprägten Statorpole in der Papierebene von 17 von rechts nach links angesteuert werden, kann jeder der ausgeprägten Statorpole in Richtung der linken Seite in der Papierebene als die ausgeprägten Statorpole 68 vergrößert sein, und jeder der ausgeprägten Rotorpole kann in Richtung der rechten Seite in der Papierebene als die ausgeprägten Rotorpole 67 ver größert sein. Auf diese Weise wird in den Gebieten, wo ein Moment einer der beiden Phasen klein wird, der Zuwendungsbereich zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen, die nicht angesteuert werden sollen, größer als der Zuwendungsbereich zwischen den verbleibenden beiden Sätzen aus anzutreibenden ausgeprägten Stator- und Rotorpolen. Die Differenz bei der magnetischen Impedanz kann eine Differenz bei der Flußdichte verursachen, wodurch die Differenz zwischen dem positiven Moment und dem negativen Moment erhöht wird. Infolgedessen kann das Ausgabemoment des Motors erhöht werden.
18 zeigt ein Beispiel eines Fünfphasenmotors der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich mit dem in 16 gezeigten Motor sind die ausgeprägten Statorpole, die ausgeprägten Rotorpole und die Wicklungen um eins erhöht. Durch Zahl 181 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole und durch 182 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt davon, entlang einer Linie EA-EA genommen, eine durch (a) von 9 gezeigte Konfiguration aufweist. Durch Zahl 183 sind ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und durch 184 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt dadurch, entlang einer Linie EK-EK genommen, den Rotor und den Stator mit einer relativen Phasendifferenz von 72° elektrischem Winkel bezüglich jenen zeigt, die in dem entlang der Linie EA-EA genommenen Querschnitt gezeigt sind. Durch Zahl 185 sind ausgeprägte C-Phase-Rotorpole und durch 186 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt dadurch, entlang einer Linie EL-EL genommen, den Rotor und den Stator mit einer relativen Phasendifferenz von 144° elektrischem Winkel bezüglich jenen zeigt, die in dem entlang der Linie EA-EA genommenen Querschnitt gezeigt sind. Durch Zahl 187 sind ausgeprägte D-Phase-Rotorpole und durch 188 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt dadurch, entlang einer Linie EM-EM genommen, den Rotor und den Stator mit einer relativen Phasendifferenz von 216° elektrischem Winkel bezüglich jenen zeigt, die in dem entlang der Linie EA-EA genommenen Querschnitt gezeigt sind. Durch Zahl 189 sind ausgeprägte E-Phase-Rotorpole und durch 190 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein Querschnitt dadurch, entlang einer Linie EN-EN genommen, den Rotor und den Stator mit einer relativen Phasendifferenz von 288° elektrischem Winkel bezüglich jenen zeigt, die in dem entlang der Linie EA-EA genommenen Quer schnitt gezeigt sind.
Mit 19A, 19B, 19C und 19D sind zwischen den Statorpolen angeordnete Wicklungen angegeben. Die durch diese Wicklungen fließenden Ströme verursachen, daß eine magnetomotorische Kraft auf die Polabschnitte der individuellen ausgeprägten Pole einwirkt, um dadurch ein Drehmoment zu erzeugen.
Wie in dem vergrößerten transversalen Querschnitt bei (a) von 15 gezeigt, kann die Umfangsbreite jedes ausgeprägten Pols ausgewählt werden. Theoretisch betragen die kleinsten Breiten SB1 und RB1 der Stator- bzw. Rotorpole zum Ermöglichen einer kontinuierlichen Drehung 120°. Die theoretischen kleinsten Breiten SB1 und RB1 der Stator- bzw. Rotorpole können im Bereich von 120° bis zu 240° liegen. Der Wert einer optimalen Polbreite kann je nach einer gewünschten Motorspezifikation variieren, weil das Ausgabemoment in Abhängigkeit von der magnetischen Impedanz eines Motors insgesamt und den Strömen der individuellen Wicklungen variieren kann.
19 ist eine lineare Entwicklung, die eine Umfangskonfiguration der ausgeprägten Statorpole in der Nähe eines Luftspaltabschnitts zwischen dem Stator und dem Rotor des in 18 gezeigten Motors enthält, und eine daneben dargestellte lineare Entwicklung, die eine Umfangskonfiguration der ausgeprägten Rotorpole enthält. Beispielsweise liegt die in 19 gezeigte Konfiguration der ausgeprägten A-Phase-Statorpole 182 der daneben dargestellten Konfiguration der ausgeprägten Rotorpole 181 gegenüber. Die horizontale Achse von 19 gibt den elektrischen Winkel an. Die ausgeprägten Stator- und Rotorpole der individuellen Phasen sind von der Oberseite der Papierebene von 19 in der Reihenfolge A, B, C, D und E angeordnet, wobei die Schleifenwicklungen 19A, 19B, 19C und 19D dazwischen angeordnet sind. Wenn der Rotor gedreht wird, bewegen sich die ausgeprägten Rotorpole 181, 183, 185, 187 und 189 in der Papierebene nach links und rechts.
In dem in 19 gezeigten Zustand erfolgt nun eine Erläuterung eines ersten Verfahrens für den Rotor zum Erzeugen eines Moments in einer Richtung von rechts nach links in der Papierebene. Falls eine Anziehungskraft F185 zwischen den ausgeprägten Statorpolen 186 und den ausgeprägten Rotorpolen 185 in dem in der Figur gezeigten Zustand verwendet wird, kann das Zuführen von Strömen zu den Wicklungen 19B und 19C in entgegengesetzten Richtungen gestatten, daß die durch die Statorpole 186 fließenden Magnetflüsse durch das Rückjoch des Stators, durch andere ausgeprägte Statorpole und ausgeprägte Rotorpole, durch das Rückjoch des Rotors laufen und zu den ausgeprägten Rotorpolen 185 zurückkehren. In diesem Zustand weist die Flußdichte zwischen den ausgeprägten Statorpolen 186 und den ausgeprägten Rotorpolen 185 einen höchsten Wert von denen an anderen Abschnitten auf. Folglich erzeugt der Rotor für den Motor insgesamt ein Moment in einer Richtung von rechts nach links in der Papierebene.
Im folgenden erfolgt eine Erläuterung eines zweiten Verfahrens zum Erzeugen eines Moments in 19. Falls eine Anziehungskraft F183 zwischen den ausgeprägten Statorpolen 184 und den ausgeprägten Rotorpolen 183 in dem in der Figur gezeigten Zustand verwendet wird, kann das Zuführen von Strömen zu den Wicklungen 19A und 19B in entgegengesetzten Richtungen gestatten, daß die durch die Statorpole 184 fließenden Magnetflüsse durch das Rückjoch des Stators, durch andere ausgeprägte Statorpole und ausgeprägte Rotorpole, durch das Rückjoch des Rotors laufen und zu den ausgeprägten Rotorpolen 183 zurückkehren. Auch in diesem Zustand weist die Flußdichte zwischen den ausgeprägten Statorpolen 184 und den ausgeprägten Rotorpolen 183 einen höchsten Wert auf. Folglich erzeugt der Rotor für den Motor insgesamt ein Moment in einer Richtung von rechts nach links in der Papierebene.
Es folgt nun eine Erläuterung eines dritten Verfahrens zum Erzeugen eines Moments in 19. In dem in der Figur gezeigten Zustand können Verfahren zum Ausnutzen einer Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen 186 und 185 und einer Anziehungskraft zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen 184 und 183 eingesetzt werden. Auf der Basis dieser Verfahren können Stromwerte der Wicklungen bestimmt werden, so daß die durch die Statorpole 186 fließenden Magnetflüsse durch das Rückjoch des Stators, durch die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 184 und 183, durch das Rückjoch des Rotors laufen und zu den ausgeprägten Rotorpolen 185 zurückkehren können. In diesem Fall ist das von den durch die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 186 und 185 fließenden Flüssen erzeugte Moment in die gleiche Richtung gerichtet wie das von den durch die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 184 und 183 fließenden Flüssen erzeugte Moment. Dies ist effektiv, weil die in einem Kreis laufenden Flüsse ein Moment in der gleichen Richtung an zwei Punkten erzeugen.
Außerdem ist in dem Fall, wenn die Fläche des Abschnitts, wo die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 184 und 183 einander durch den Luftspalt zugewandt sind, TK183 ist und der dort hindurchfließende Fluß MF183 ist, und wenn die Fläche des Abschnitts, wo die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 186 und 185 einander durch den Luftspalt zugewandt sind, TK185 ist und der dort hindurchfließende Fluß MF185 ist, ist die Fläche TK183 größer als die Fläche TK185 und der Fluß MF183 größer als der Fluß MF185. Dementsprechend ist eine Differenz der Flüsse, die MFD235 ≈ MF183–MF185 ist, dafür ausgelegt, durch die ausgeprägten Statorpole 182, 188 und 190 und das Rückjoch des Rotors zu fließen und zu dem ausgeprägten Rotorpol 183 zurückzukehren.
Als ein spezifisches Beispiel für das Schicken von Strom zu diesem Zeitpunkt kann ein Strom C19B der Wicklung 19B geliefert werden und ein Strom C19A und ein Strom C19C, die die Umkehrung des Stroms C19B sind, können den Wicklungen 19A bzw. 19C zugeführt werden. Bei einer einfachen Theorie kann dann die Amplitude der Ströme C19A, C19B und C19C bevorzugt derart sein, daß die Amplitude des Stroms C19B gleich einer Summe der Amplitude der Ströme C19A und C19C ist. Das heißt, es wird eine Gleichung C19B = -C19A–C19C hergestellt. Wenn beispielsweise die Amplitude des Stroms C19A gleich der des Stroms C19C ist, muß die Amplitude des Stroms C19B doppelt so groß sein wie die des Stroms C19A.
Die Stromwerte der individuellen Phasen sind nicht auf diese Werte beschränkt, sondern die Ströme C19A, C19B und C19C können einen gewissen Freiheitsgrad innerhalb des oben erwähnten Bereichs aufweisen. Das heißt, jeder der Stromwerte wird in Abhängigkeit von dem magnetischen Widerstand des relevanten Polabschnitts und der durch den relevanten Strom erzeugten magnetomotorischen Kraft bestimmt. Dementsprechend kann der Stromwert jeder der Phasen so bestimmt werden, daß eine große magnetomotorische Kraft auf die Pole wirkt, die ein großes Moment erzeugen sollen.
Falls ein ausgeprägter Statorpol SJX und ein gegenüberliegender ausgeprägter Rotorpol RJX sich in einer Positionsbeziehung befinden, wo eine Anziehungskraft in einer Richtung erzeugt wird, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der ein Moment erzeugt werden soll, wird auch ein gewisser Grad an Magnetfluß zwischen den ausgeprägten Polen SJX und RJX erzeugt, um ein Moment in der entgegengesetzten Richtung zu erzeugen. Das schließlich von dem Motor erzeugte Moment ist gleich der Differenz zwischen dem Moment in der Richtung, in der es erzeugt werden soll, und dem Moment in der entgegengesetzten Richtung.
Bei dem 19 betreffenden dritten Verfahren können hinsichtlich der Richtungen der den Schleifenwicklungen 19A, 19B und 19C zugeführten Ströme, Ströme abwechselnd in der entgegengesetzten Richtung bzw. der Vorwärtsrichtung und der entgegengesetzten Richtung zugeführt werden. Dieses Verfahren kann eine Steuerung mit einem Einwegestrom für jede der Wicklungen ermöglichen, wobei der Einwegestrom der oben für den in 18 und 19 gezeigten Motor bereitgestellten Erläuterung entspricht. Somit kann dieses Verfahren für die Stromansteuerung zweckmäßig sein. Insbesondere kann die Steuereinheit vereinfacht werden, um eine kleine und preiswerte Steuereinheit zu realisieren. Verfahren zum Zufuhren von Strömen werden später zusammen mit Konfigurationsbeispielen der Steuereinheit für einen Motor und Beispielen des Betriebs geliefert.
Ein viertes Verfahren zum Erzeugen eines Moments in 19 wird nun erläutert. Bei dem in der Figur gezeigten Zustand nutzt dieses Verfahren auch eine Anziehungskraft F181 zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen 182 und 181 zusätzlich zu der Anziehungskraft F185 zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen 186 und 185 und der Anziehungskraft F183 zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen 184 und 183.
Ein Bereich eines Abschnitts, wo die ausgeprägten Statorpole 182 den ausgeprägten Rotorpolen 181 durch den Luftspalt zugewandt sind, ist mit einer Referenz TK181 bezeichnet, und dort hindurchfließende Magnetflüsse sind mit einer Referenz MF181 bezeichnet. Da ein Reluktanzmoment ungeachtet der Richtungen der Magnetflüsse erzeugt wird, die einwirken, gibt es einen Freiheitsgrad zum Auswählen der Polarität der Flüsse MF181, MF183 und MF185. Wenn jedoch in dem in 19 gezeigten Zustand der Drehposition die Flußrichtungen der Flüsse MF181 und MF183 die gleichen sind, werden die durch die ausgeprägten Rotorpole 188 und 189 durchfließenden Flüsse, die ein negatives Moment erzeugen, verstärkt sein. Unter Berücksichtigung der Wege dieser Flüsse sind die gleichförmig gerichteten Flüsse dementsprechend möglicherweise im Hinblick auf die Erzeugung eines gewünschten Moments nicht effektiv, wenngleich dies nicht unmöglich ist. Somit erfolgt hier eine Erörterung bei dem vierten Verfahren über eine Möglichkeit zum Lenken der MF183 in der positiven Richtung und zum Lenken der Flüsse MF181 und MF185 in der negativen Richtung. Es versteht sich, daß die sich aus den positiven und negativen Werten dieser drei Flüsse ergebende Bilanz der Flüsse verschiedene ausgeprägte Stator- und Rotorpole durchlaufen kann.
Ein spezifisches Beispiel des mit 19 assoziierten vierten Verfahrens wird erreicht, indem Phasenströme derart gesteuert werden, daß die Differenz der Flüsse, d.h. MFD235 ≈ MF183–MF185, bei dem mit 19 assoziierten dritten Verfahren durch die ausgeprägten Statorpole 182 und das Rückjoch des Rotors zu den ausgeprägten Rotorpolen 183 zurückkehren kann. Diese Art des Steuerns kann die Flüsse reduzieren, die durch die ausgeprägten Statorpole 188 und 190 laufen, die ein Moment in der entgegengesetzen Richtung erzeugen. Somit wird das von dem Motor erzeugte Moment insgesamt verstärkt.
Als ein spezifisches Beispiel von Strömen kann in diesem Fall der Strom C19B der Wicklung 19B zugeführt werden, und die Ströme 19A und 19C, die die Umkehrung des Stroms C19B sind, können den Wicklungen 19A bzw. 19C zugeführt werden.
Ein absoluter Stromwert der magnetomotorischen Kraft, die auf die ausgeprägten Rotorpole 181 und die ausgeprägten Statorpole 182 wirken soll, ist nun mit HH12 bezeichnet, ein absoluter Stromwert der magnetomotorischen Kraft, die auf die ausgeprägten Rotorpole 183 und die ausgeprägten Statorpole 184 wirken soll, ist mit HH34 bezeichnet und ein absoluter Stromwert der magnetomotorischen Kraft, die auf die ausgeprägten Rotorpole 185 und die ausgeprägten Statorpole 186 wirken soll, ist mit HH56 bezeichnet. Die Ströme werden wie folgt ausgedrückt: C19A = -HH12–HH34 C19B = HH34 + HH56 C19C = -HH56.
In 19 ist in dem Fall, wo ein anderer Magnetkreis MGC über den ausgeprägten Statorpolen 182 in der Papierebene vorliegt, ein Strom C19Z, der zwischen die ausgeprägten Statorpole 182 und den Magnetkreis MGC geschickt werden soll, wie folgt: C19Z = HH12.
Eine durch diese Gleichungen gebildete Beziehung ist derart, daß zum Erhalten einer magnetomotorischen Kraft, die zwischen gewissen ausgeprägten Rotorpolen und gewissen ausgeprägten Statorpolen angewendet werden soll, Ströme der gleichen Amplitude in die entgegengesetzten Richtungen in der Papierebene über und unter den fraglichen ausgeprägten Rotor- und Statorpolen geschickt werden. Da beispielsweise der absolute Stromwert der magnetomotorischen Kraft, die auf die ausgeprägten Rotorpole 183 und die ausgeprägten Statorpole 184 ausgeübt werden soll, HH34 beträgt, werden die Ströme -HH34 und +HH34 darüber und darunter in der Papierebene zugeführt. Da der absolute Stromwert der magnetomotorischen Kraft, die auf die ausgeprägten Rotorpole 185 und die ausgeprägten Statorpole 186 ausgeübt werden soll, HH56 ist, werden außerdem Ströme -HH56 und +HH56 darüber und darunter in der Papierebene zugeführt. Infolgedessen wird ein durch HH34+HH56 ausgedrückter Strom, der ein kombinierter Wert dieser Ströme ist, als der Strom C19B weitergeleitet.
Bei Betrachtung der Bilanz der Mengen an Magnetflüssen, die durch die individuellen ausgeprägten Statorpole hindurchfließen, sollte der absolute Stromwert HH12 relativ kleiner als andere absolute Stromwerte eingestellt werden. Auf diese Art können die durch die ausgeprägten Statorpole 188 und 190 fließenden Flüsse, die ein entgegengesetzt gerichtetes Moment erzeugen, reduziert werden, so daß das Drehmoment des Motors insgesamt verstärkt werden kann.
Bei dem mit 19 assoziierten vierten Verfahren können die Richtungen des den Schleifenwicklungen 19A, 19B und 19C zugeführten Stroms abwechselnd rückwärts, vorwärts und rückwärts sein. Dieses Verfahren kann eine Steuerung mit einem Einwegestrom für jede der Wicklungen ermöglichen, wobei der Einwegestrom der oben für den in 18 und 19 gezeigten Motor bereitgestellten Erläuterung entspricht. Somit kann dieses Verfahren für die Stromansteuerung zweckmäßig sein. Insbesondere kann die Steuereinheit vereinfacht werden, um eine kleine und preiswerte Steuereinheit zu realisieren. Verfahren zum Zuführen von Strömen werden später zusammen mit Konfigurationsbeispielen der Steuereinheit für einen Motor und Beispielen des Betriebs geliefert.
Es wird unten ein fünftes Verfahren zum Erzeugen von Moment in 19 erläutert. In dem in der Figur gezeigten Zustand wird die Anziehungskraft F181 zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen 182 und 181 zusätzlich zu der Anziehungskraft F185 zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen 186 und 185 und der Anziehungskraft F183 zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen 184 und 183 genutzt. Diese ist die gleiche wie beim vierten Verfahren. Beim fünften Verfahren jedoch ist die Richtung der Magnetflüsse der ausgeprägten Statorpole 182 umgekehrt. Deshalb kann die Bilanz zwischen den Flüssen in positiver Richtung und den Flüssen in negativer Richtung verbessert werden, um das Gesamtmoment des Motors zu verstärken. Was jedoch die Stromsteuerung betrifft, kann die Steuereinheit etwas kompliziert werden, was die Kosten erhöht, weil wie später beschrieben sowohl die positiven als auch negativen Ströme pro einzelner Wicklung gesteuert werden müssen.
Ein Bereich eines Abschnitts, wo die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 182 und 181 einander durch einen Luftspalt zugewandt sind, ist mit einer Referenz TK181 bezeichnet, und dort hindurchtretende Magnetflüsse sind mit einer Referenz MF181 bezeichnet. Da ein Reluktanzmoment ungeachtet der Richtungen der Magnetflüsse erzeugt wird, die einwirken, gibt es einen Freiheitsgrad zum Auswählen der Polarität der Flüsse MF181, MF183 und MF185. Somit ist die hier angestellte Erörterung bei dem fünften Verfahren eine Möglichkeit zum Lenken der Flüsse MF183 und MF185 in die positive Richtung und zum Lenken von MF181 in die negative Richtung. Es versteht sich, daß die sich aus den positiven und negativen Werten dieser drei Flüsse ergebende Bilanz der Flüsse verschiedene ausgeprägte Stator- und Rotorpole durchlaufen kann.
Phasenströme werden derart gesteuert, daß die durch die fünften ausgeprägten Statorpole 184 und 186 in 19 fließenden Flüsse MF183 und MF185 durch die ausgeprägten Statorpole 182 und das Rückjoch des Rotors zu den ausgeprägten Rotorpolen 183 zurückkehren können. Diese Art des Steuerns kann die Flüsse, die durch die ausgeprägten Statorpole 188 und 190 fließen und ein Moment in der entgegengesetzten Richtung erzeugen, viel stärker reduzieren als beim vierten Verfahren. Somit wird das von dem Motor erzeugte Moment insgesamt verstärkt.
Als ein spezifisches Beispiel für Ströme kann in diesem Fall ein Strom C19AA der Wicklung 19A zugeführt werden, und ein Strom C19CC, der die Umkehrung des Stroms C19AA ist, kann der Wicklung 19C zugeführt werden. Die Wicklung 19B wird möglicherweise nicht mit Strom versorgt. Ein absoluter Stromwert der magnetomotorischen Kraft, die auf die ausgeprägten Rotorpole 181 und die ausgeprägten Statorpole 182 wirken soll, ist nun mit HHH12 bezeichnet, ein absoluter Stromwert der magnetomotorischen Kraft, die auf die ausgeprägten Rotorpole 183 und die ausgeprägten Statorpole 184 wirken soll, ist mit HHH34 bezeichnet und ein absoluter Stromwert der magnetomotorischen Kraft, die auf die ausgeprägten Rotorpole 185 und die ausgeprägten Statorpole 186 wirken soll, ist mit HHH56 bezeichnet. Die Ströme werden wie folgt ausgedrückt: C19AA = HHH12 + HHH56 C19B = 0 C19C = HHH56.
In 19 ist in dem Fall, wo ein anderer Magnetkreis MGC über den ausgeprägten Statorpolen 182 in der Papierebene vorliegt, ein Strom C19ZZ, der zwischen den ausgeprägten Statorpolen 182 und dem Magnetkreis MGC weitergeleitet werden soll, wie folgt: C19ZZ = -HHH12
Bei Betrachtung der Bilanz der Mengen an Magnetflüssen, die durch die individuellen ausgeprägten Statorpole hindurchfließen, sollte der absolute Stromwert HHH12 relativ kleiner als andere absolute Stromwerte eingestellt werden. Auf diese Art können die durch die ausgeprägten Statorpole 188 und 190 fließenden Flüsse, die ein entgegengesetzt gerichtetes Moment erzeugen, reduziert werden, so daß das Drehmoment des Motors insgesamt verstärkt werden kann.
Bei dem mit 19 assoziierten fünften Verfahren werden die Richtungen der den Schleifenwicklungen 19A, 19B und 19C zugeführten Ströme in positiver und negativer Richtung variiert, wenn sich der Rotor dreht, was zu der Notwendigkeit führt, einen bipolaren Strom weiterzuleiten. Somit sind möglicherweise im Vergleich zum vierten Verfahren einige Verfahren erforderlich. Verfahren zum Zuführen von Strömen werden später zusammen mit Konfigurationsbeispielen der Steuereinheit für den Motor und Beispielen für den Betrieb geliefert.
Als weiteres Verfahren zum Ansteuern des in 18 gezeigten Motors kann eine Steuerung durch Umschalten des ersten, zweiten, dritten und vierten Verfahrens in Abhängigkeit von den Drehpositionen des Rotors bewirkt werden. Dieses Verfahren ist möglicherweise effektiver.
Wenn Strom mit kompletter Steuerung der positiven und negativen Werte für die Stromrichtungen der Wicklungen 19A, 19B und 19C zugeführt werden kann, kann eine Steuerung durch Umschalten des ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Verfahrens je nach den Drehpositionen des Rotors bewirkt werden. Dieses Verfahren ist möglicherweise effektiver.
Bei dem in 18 und 19 gezeigten Motor, der ein Fünfphasen-Reluktanzmoment verwendet, liegen die ausgeprägten Statorpole und die ausgeprägten Statorpole jeder Phase einander gegenüber, und fünf Sätze aus mehreren magnetischen Widerstandsabschnitten sind über den Umfang für fünf Phasen angeordnet. In diesem Fall variiert jeder Widerstand mit der Drehung des Rotors, und die Erzeugung von Moment wird in positiver und negativer Richtung binarisiert. Vier Wicklungen sind in der Rotorwellenrichtung zwischen den fünf Sätzen von ausgeprägten Statorpolen angeordnet. Der in 18 und 19 gezeigte Motor ist ein passives Element und besitzt einen Mechanismus zum Erzeugen eines Moments durch Variieren mit der Drehposition und durch Ausüben elektromagnetischer Effekte in Assoziation mit den oben erwähnten polarisierten magnetischen Widerstandsabschnitten und den vier Sätzen von Strömen. Somit kann der Motor auf mehrere Weisen angetrieben werden. Einfach ausgedrückt jedoch werden vier Stromwerte für die vier Wicklungen möglicherweise nur an bestimmten Drehpositionen des Rotors bestimmt. Die Bestimmung der vier Stromwerte für die vier Wicklungen an jeder der Drehpositionen des Rotors kann eine Drehung dieses Motors, der das Fünfphasen-Reluktanzmoment ausnutzt, über den Umfang ermöglichen. Bei jedem des ersten bis fünften Verfahrens zum Erzeugen eines Moments wurde ein typisches Beispiel vorgelegt. Bei jedem dieser Beispiele kann eine geringfügige Änderung der vier Stromwerte hauptsächlich eine Erzeugung eines Moments ermöglichen, die ebenfalls in der vorliegenden Erfindung enthalten sein sollen.
Bei dem Reluktanzmotor der vorliegenden Erfindung kann die Umfangspolbreite jedes ausgeprägten Pols um 180° elektrischer Winkel herum frei vergrößert oder verkleinert werden oder kann entsprechend der für den Motor erforderlichen Leistung ausgewählt werden. Die Umfangspolbreiten der individuellen ausgeprägten Pole müssen nicht gleich sein. Beispielsweise kann bei einem Design, das den Kupferverlust reduzieren soll, jeder der ausgeprägten Pole der mit den Strömen von zwei Wicklungen angesteuerten Phasen so konfiguriert sein, daß er eine kleine Umfangspolbreite aufweist, während im Gegensatz dazu jeder der ausgeprägten Pole der mit dem Strom einer einzelnen Wicklung angesteuerten Phasen so konfiguriert sein kann, daß er eine große Umfangspolbreite aufweist. Ein mögliches Ansteuergebiet für jede Phase mit der Erzeugung von Moment kann größtenteils ein Gebiet überlappen, wo die benachbarte Phase ein Moment erzeugen kann. Somit können zwei oder mehr Phasen gleichzeitig ein unidirektionales Moment erzeugen, um eine parallele Ansteuerung mit zwei oder mehr Phasen zu realisieren. Auch dies sind Punkte, die von dem in 87 gezeigten herkömmlichen geschalteten Reluktanzmotor verschieden sind.
Bei den Phasen von ungeraden Zahlen mit großen Primzahlen wie etwa "5", "7" und "11" kann eine hohe Wahrscheinlichkeit vorliegen (als ganzer Motor), daß die Oberschwingungskomponenten jeder Phase sich aufheben, um einen Motor mit einer kleinen Momentwelligkeit zu realisieren. Beispielsweise erzeugt ein Dreiphasenmotor wahrscheinlich Oberschwingungskomponenten mit einem 60°-Zyklus. Auch ein Sechsphasenmotor erzeugt wahrscheinlich viele Oberschwingungskomponenten, wenngleich die Gradzahl niedriger ist. Ein Vierphasenmotor mit einer Primzahl "2" erzeugt wahrscheinlich eine große Anzahl von Oberschwingungskomponenten, und erfordert deshalb ein gewisses Verfahren zum Reduzieren von Oberschwingungskomponenten, wenn er entworfen wird. In dieser Hinsicht besitzt ein Fünfphasenmotor eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß Oberschwingungskomponenten niedrigerer Ordnung sich aufheben, und er reduziert somit Resonanzschwingungen aufgrund der Eigenfrequenz von Motorteilen, wodurch Schwingungen des Motors reduziert werden können. Infolgedessen kann ein qualitativ hochwertiger Motor mit wenig Geräusch und wenig Schwingungen realisiert werden. Im Gegensatz zu den Motoren, die in automatisierten oder unbeaufsichtigten Industriemaschinen oder Produktionslinien verwendet werden, ist für Motoren, die an einer Stelle verwendet werden, die nahe am Hör- oder Taktsinn eines Menschen liegt, die Ruhe ein sehr wichtiges Merkmal.
20 zeigt durch (a) einen Dreiphasen-Reluktanzmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Konfiguration von Kraftlinienwegen dieses Motors ist der des durch (a) von 12 gezeigten vollständig gleich, doch ist die Wicklungskonfiguration verschieden. Mit der Zahl 31 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole angegeben, mit 32 ausgeprägte A-Phase-Statorpole und durch T1 eine A-Phase-Wicklung. Mit der Zahl 33 ist ein Kraftlinienweg des Rotors zum Leiten von Flüssen und mit 34 ein Kraftlinienweg des Stators zum Weiterleiten von Flüssen angegeben. Mit der Zahl 35 sind ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und mit 36 ausgeprägte B-Phase-Statorpole angegeben. Mit der Zahl 37 sind ausgeprägte C-Phase-Rotorpole und mit 38 ausgeprägte C-Phase-Statorpole angegeben. Mit T2 und T3 sind im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen mit Windungen angegeben, die umgekehrt zueinander sind und in Reihe geschaltet sind. Wenn Ströme durch die Wicklungen T2 und T3 geschickt werden, können somit die ausgeprägten B-Phase-Rotor- und Statorpole 35 und 36 erregt werden. Durch T4 ist eine C-Phase-Wicklung angegeben. Das sequentielle Ansteuern der Phasen in der Reihenfolge A, B und C gemäß den Drehpositionen des Rotors in dieser Konfiguration kann eine kontinuierliche Erzeugung von Moment ermöglichen.
20 zeigt durch (b) einen Dreiphasen-Reluktanzmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Konfiguration von Kraftlinienwegen dieses Motors ist der des durch (b) von 12 gezeigten vollständig gleich, oder die Konfiguration ist eine Modifikation des durch (a) von 20 gezeigten Motors. Mit Zahl 42 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole, mit 43 sind ausgeprägte A-Phase-Statorpole, mit 44 sind ausgeprägte B-Phase-Rotorpole, mit 45 sind ausgeprägte B-Phase-Statorpole, mit 46 sind ausgeprägte C-Phase-Rotorpole, mit 47 sind ausgeprägte C-Phase-Statorpole, mit 48 ist ein Kraftlinienweg des Rotors zum Weiterleiten von Flüssen und mit 49 ist ein Kraftlinieweg des Stators zum Weiterleiten von Flüssen angegeben. Mit T7 ist eine A-Phase-Wicklung angegeben. Mit T8 und T9 sind im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen mit Windungen angegeben, die umgekehrt zueinander sind und in Reihe geschaltet sind. Wenn Ströme durch die Wicklungen T8 und T9 geschickt werden, können somit die ausgeprägten B-Phase-Rotor- und Statorpole 44 und 45 erregt werden.
Mit T10 und T11 sind im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen mit Windungen angegeben, die umgekehrt zueinander sind und in Reihe geschaltet sind. Wenn Ströme durch die Wicklungen T10 und T11 geschickt werden, können somit die ausgeprägten C-Phase-Rotor- und Statorpole 48 und 49 erregt werden. Das sequentielle Ansteuern der Phasen in der Reihenfolge A, B und C gemäß den Drehpositionen des Rotors in dieser Konfiguration kann eine kontinuierliche Erzeugung von Moment ermöglichen.
Das Konzept der durch (a) und (b) von 20 gezeigten Motorkonfigurationen läßt sich leicht verstehen, weil der Momenterzeugungsbetrieb mit der Erregung der ausgeprägten Rotor- und Statorpole jeder Phase erzielt werden kann, indem Strom nur den einzelnen Wicklungen zugeführt wird. Wie später beschrieben wird, können diese Konfigurationen auch die Ansteuerschaltung vereinfachen. Da die Wicklungen jedoch innerhalb eines einzelnen Schlitzes unterteilt verwendet werden, besitzen einige Wicklungen möglicherweise einen großen Widerstand. Dies ist ein kleiner nachteiliger Aspekt, soweit die Motoreffizienz betroffen ist.
21 zeigt ein weiteres Beispiel eines Vierphasenmotors der vorliegenden Erfindung. Dieser Motor wurde erhalten, indem die Wicklungen des in 16 gezeigten Vierphasenmotors modifiziert wurden. Die ausgeprägten Statorpole 61, 63, 65 und 67 und die ausgeprägten Rotorpole 62, 64, 66 und 68 der Phasen A, B, C und D sind auf die gleiche Weise wie der in 16 gezeigte Motor konfiguriert. Mit T13 ist eine Wicklung zum Erregen der ausgeprägten A-Phase-Rotor- und Statorpole 61 und 62 angegeben. Mit T14 und T15 sind Wicklungen mit relativ umgekehrten Windungen, die in Reihe geschaltet sind, angegeben. Die Stromzufuhr zu diesen Wicklungen kann die ausgeprägten B-Phase-Rotor- und Statorpole 63 und 64 erregen. Mit T16 und T17 sind Wicklungen mit relativ umgekehrten Windungen, die in Reihe geschaltet sind, angegeben. Die Stromzufuhr zu diesen Wicklungen kann die ausgeprägten C-Phase-Rotor- und Statorpole 65 und 66 erregen. Mit T18 ist eine Wicklung zum Erregen der ausgeprägten D-Phase-Rotor- und Statorpole 67 und 68 angegeben.
Bei dem in 21 gezeigten und auf diese Weise konfigurierten Motor sind die ausgeprägten Rotor- und Statorpole jeder Phase und die Wicklungen zum Erregen dieser Pole fest vorgesehen. Wenn ausschließlich ein Satz der ausgeprägten Rotor- und Statorpole erregt werden soll, wird Strom möglicherweise nur einer Wicklung zugeführt werden dürfen. Somit läßt sich das Konzept dieser Konfiguration leicht verstehen.
Wenn der in 21 gezeigte Motor gemäß den Drehpositionen des Rotors sequentiell einer nach dem anderen angesteuert wird, ist die Reihenfolge beim Anordnen der Phasen in der Rotorwellenrichtung nicht begrenzt. Beispielsweise können die Phasen selbst dann, wenn die relativen Phasen der ausgeprägten Rotor- und Statorpole in der Reihenfolge A, B, C und D vorliegen, in der Papierebene von 21 von oben in der Reihenfolge A, D, B und C angeordnet sein. Wenn bei dieser Anordnung nur der Strom in der Reihenfolge A, B, C und D synchron mit den Drehpositionen des Rotors zugeführt wird, kann die kontinuierliche Momentausgabe erzielt werden. Die Richtungen von Strömen und die Richtungen von Flüssen der individuellen Statorpole können ebenfalls möglicherweise nicht begrenzt sein, können aber in beliebige Richtungen gelenkt werden.
In dem Fall, wenn zwei Sätze von ausgeprägten Rotor- und Statorpolen unter Verwendung des in 21 gezeigten Motors so erregt werden, daß beide der Phasen Moment in der gleichen Richtung erzeugen, können die Richtungen der Flüsse der ausgeprägten Statorpole einen großen Effekt ausüben. Wenn die relativen Phasen der ausgeprägten Rotorpole und der ausgeprägten Statorpole in der Reihenfolge A, B, C und D vorliegen, sind Kombinationen aus zwei Phasen zum Erzeugen eines unidirektionalen Moments A und B, B und C, C und D und D und A. Somit brauchen die Richtungen der Flüsse lediglich nur abwechselnd in der positiven und negativen Richtung, wie in 21 gezeigt, in der Reihenfolge der relativen Phasen gerichtet zu werden. Gemäß dieser Regel werden die Richtungen von Strömen in den individuellen Wicklungen ebenfalls notwendigerweise bestimmt. Zudem werden bei dem in 21 gezeigten Beispiel die Phasen sequentiell in der Rotorwellenrichtung in der Papierebene von oben angeordnet, doch können auch andere Anordnungen den Motor bilden.
Bei dem Verfahren zum sequentiellen Ansteuern zweier Sätze von Phasen unter Verwendung des in 21 gezeigten Motors sind einige Gebiete in den beiden Sätzen von Phasen möglicherweise nicht in der Lage, ein Moment zu erzeugen. Dies bedeutet einfach, daß eine Momentwelligkeit verursacht werden kann. Indem jedoch eine Maßnahme zum Korrigieren beispielsweise einer Stromamplitude ergriffen wird, kann die Momentwelligkeit reduziert werden. Der Ansteueralgorithmus in dem in 21 gezeigten Motor ist einfach. Was jedoch die Motoreffizienz betrifft, ist der in 16 gezeigte Motor besser, weil der Wicklungswiderstand in dem in 16 gezeigten Motor kleiner ausgeführt werden kann.
Die Konfiguration und die Verfahren, die mit dem in 21 gezeigten Motor assoziiert sind, können verschiedene Anwendungen ermöglichen und können unterschiedlich modifiziert werden. Beispielsweise kann das Verfahren des Motors von 21 auf den Motor von 15 oder auf andere Motoren angewendet werden. Das Verfahren kann auch auf einen Mehrphasenmotor mit fünf oder mehr Phasen wie etwa den in 18 gezeigten Motor angewendet werden.
22 und 23 zeigen ein weiteres Beispiel des Motors der vorliegenden Erfindung. 23 ist eine lineare Entwicklung des in 22 gezeigten Motors, die die Konfiguration der ausgeprägten Rotor- und Statorpole und der Wicklungen entlang des Umfangs enthält. Die horizontale Achse gibt den elektrischen Winkel an. Ausgeprägte Statorpole T32, T34, T36, T38, T40 und T42 sind mit der gleichen Winkelpositionierung über den Umfang angeordnet. Ausgeprägte Rotorpole T31 der ersten Phase und ausgeprägte Rotorpole T33 der zweiten Phase sind so angeordnet, daß sie die gleiche Phase besitzen. Eine Wicklung T19 ist seriell mit einer Wicklung T20 mit einer halben Anzahl von Windungen der Wicklung T19 verbunden, wobei die Richtung der Windungen umgekehrt ist. Wenn Ströme an die Wicklungen T19 und T20 geliefert werden, werden somit die aus der ersten Phase zu der zweiten Phase durch das Rückjoch ausgebildeten Flüsse erregt. In diesem Fall wird kein elektromagnetischer Effekt auf andere Phasen ausgeübt. Ein entlang einer Linie EA-EA von 22 genommener Querschnitt besitzt eine Konfiguration wie durch (a) von 9 gezeigt.
Ausgeprägte Rotorpole T35 der dritten Phase und ausgeprägte Rotorpole T37 der vierten Phase sind so angeordnet, daß sie die gleiche Phase aufweisen, mit einer Phasendifferenz von 120° elektrischer Winkel von den Rotorpolen T31 der ersten Phase. Eine Wicklung T22 ist seriell mit einer Wicklung T21 mit einer halben Anzahl von Windungen der Wicklung T22 verbunden, wobei die Richtung der Windungen umgekehrt ist. Die Wicklung T21 ist auch seriell mit der Wicklung T23 verbunden. Wenn Ströme an die Wicklungen T22, T21 und T23 geliefert werden, werden somit die aus der dritten Phase zu der vierten Phase durch das Rückjoch ausgebildeten Flüsse erregt. In diesem Fall wird kein elektromagnetischer Effekt auf andere Phasen ausgeübt.
Ausgeprägte Rotorpole T39 der fünften Phase und ausgeprägte Rotorpole T41 der sechsten Phase sind so angeordnet, daß sie die gleiche Phase aufweisen, mit einer Phasendifferenz von 240° elektrischer Winkel von den Rotorpolen T31 der ersten Phase. Eine Wicklung T25 ist seriell mit einer Wicklung T24 mit einer halben Anzahl von Windungen der Wicklung T25 verbunden, wobei die Richtung der Windungen umgekehrt ist. Wenn Ströme an die Wicklungen T25 und T24 geliefert werden, werden somit die aus der fünften Phase zu der sechsten Phase durch das Rückjoch ausgebildeten Flüsse erregt. In diesem Fall wird kein elektromagnetischer Effekt auf andere Phasen ausgeübt.
Motoren von dieser Konfiguration können mit der Zufuhr von Strömen in der Reihenfolge erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Phase in Synchronisation mit den Drehpositionen des Motors kontinuierlich ein Moment ausgeben. Es existieren drei Arten von Strömen, wobei diese Zahl klein ist und somit die Charakteristiken annimmt, die Ansteuerschaltungen von Strömen zu vereinfachen. In diesem Fall sind die relativen Richtungen der drei Arten von Strömen und die Richtungen der Flüsse der drei Sätze von Statorpolen in dem Motor nicht begrenzt, sondern können in beliebige Richtungen gerichtet werden.
Mit dem obigen Verfahren zum Zuführen von Strömen unter Verwendung des in 22 und 23 gezeigten Motors als ein erstes Verfahren wird im folgenden ein zweites Verfahren zum Verbinden von Wicklungen und Liefern von Strömen in unterschiedlichen Wegen erläutert. Insbesondere werden Ströme unidirektional den Wicklungen T20 und T21 zugeführt. Außerdem sind die Wicklungen zu einer einzelnen Wicklung T45 kombiniert, um den Wicklungswiderstand zu reduzieren, und ein Strom, der eine Summe aus den Strömen ist, die durch die Wicklungen T20 und T21 geschickt werden sollen, wird dort hindurchgeschickt. Somit kann im Vergleich zu dem ersten Verfahren der Kupferverlust der Wicklung T45 entsprechend dem Kupferverlust der Wicklungen T20 und T21 auf 2/3 reduziert werden. Eine ähnliche Konfiguration kann den Wicklungen T23 und T24 gegeben werden, um eine Wicklung T46 mit einem auf 2/3 reduzierten Kupferverlust zu erhalten. Diese Arten von Strömen müssen jedoch auf fünf erhöht werden, und somit werden die Ansteuerschaltungen vermehrt. Es sei angemerkt, daß in diesem Fall die Richtungen der Windungen der Wicklungen T19, T22 und T25 und die Richtungen der Ströme die gleichen sind.
Im folgenden wird ein drittes Verfahren zum Verbinden von Wicklungen und Zuführen von Strömen auf unterschiedliche Weisen in Assoziation mit dem in 22 und 23 gezeigten Motor erläutert. Insbesondere sind die Richtungen der den Wicklungen T19 und T22 zugeführten Ströme umgekehrt, so daß die durch die Wicklungen T20 und T21 fließenden Ströme umgekehrt sind. Die Wicklungen T20 und T21 sind zu einer einzelnen Wicklung T47 kombiniert, und ein Strom, der eine Summe aus den den Wicklungen T20 und T21 zuzuführenden Strömen ist, wird dort hindurchgeschickt. In dieser Konfiguration werden während einer Periode, wenn die Ströme der Wicklungen T20 und T21 simultan hindurchgeschickt werden sollen, beide dieser Ströme aufgehoben und auf null gesetzt, da diese Ströme umgekehrt gerichtet sind. Infolgedessen ist der Kupferverlust der Wicklung T47 reduziert. Beim Vergleich mit dem ersten Verfahren kann somit der Kupferverlust der Wicklung T45 entsprechend dem Kupferverlust der Wicklungen T20 und T21 auf 1/1,732 reduziert werden. Analog kann eine Konfiguration den Wicklungen T23 und T24 gegeben werden, um eine Wicklung T48 mit einem auf 1/1,732 reduzierten Kupferverlust zu erhalten. Die Arten von Ströme müssen jedoch auf fünf erhöht werden, und gekoppelt mit der Notwendigkeit des Schickens von positiven und negati ven Strömen zu den Wicklungen T47 bzw. T48 werden die Ansteuerschaltungen vermehrt. Es versteht sich, daß in diesem Fall die Richtungen der Windungen der Wicklungen T19, T22 und T25 und die Richtungen der Ströme als positiv, negativ und positiv abgewechselt werden.
24 zeigt ein Beispiel eines Dreiphasenmotors der vorliegenden Erfindung. Dieser Motor besitzt drei Sätze des in 4 gezeigten Einphasenmotors, die in der Rotorwellenrichtung angeordnet sind, um drei Phasen zu liefern. Bei diesem Motor ist die relative Phasendifferenz der ausgeprägten Rotor- und Statorpole zwischen den Phasen A, B und C als 120° elektrischer Winkel ausgelegt. Ausgeprägte A-Phase-Rotorpole T51 und die ausgeprägten Rotorpole T53 sind so ausgelegt, daß sie die gleichen Drehpositionen besitzen, während die ausgeprägten Statorpole T52 und die ausgeprägten Statorpole T54, die den ausgeprägten Rotorpolen T51 und T53 gegenüberliegen, so angeordnet sind, daß sie die gleichen Drehpositionen besitzen. Wenn Strom durch die Wicklung T63 geschickt wird, können diese Magnetkreise erregt werden. Ausgeprägte B-Phase-Rotorpole T55 und die ausgeprägten Rotorpole T57 sind so ausgelegt, daß sie die gleichen Drehpositionen besitzen, während die ausgeprägten Statorpole T56 und die ausgeprägten Statorpole T58, die den ausgeprägten Rotorpolen T55 und T57 gegenüberliegen, so angeordnet sind, daß sie die gleichen Drehpositionen besitzen. Wenn Strom durch die Wicklung T64 geschickt wird, können diese Magnetkreise erregt werden. Ausgeprägte C-Phase-Rotorpole T59 und die ausgeprägten Rotorpole T61 sind so ausgelegt, daß sie die gleichen Drehpositionen besitzen, während die ausgeprägten Statorpole T60 und die ausgeprägten Statorpole T62, die den ausgeprägten Rotorpolen T59 und T61 gegenüberliegen, so angeordnet sind, daß sie die gleichen Drehpositionen besitzen. Wenn Strom durch die Wicklung T65 geschickt wird, können diese Magnetkreise erregt werden. Zwischen den Phasen A, B und C sind Räume oder Zwischenglieder T66 und T68 sowie rotorseitige Zwischenglieder T67 und T69 aus einem Material mit einem großen magnetischen Widerstand angeordnet. Ein entlang einer Linie EA-EA von 24 genommener Querschnitt besitzt eine durch (a) von 9 gezeigte Konfiguration. Querschnitte der Phasen B und C besitzen die durch (b) bzw. (c) von 9 gezeigten Konfigurationen. Eine lineare Entwicklung der Umfangskonfiguration der ausgeprägten Ro tor- und Statorpole des in 24 gezeigten Motors entspricht der Beziehung zwischen den in 23 gezeigten ausgeprägten Rotor- und Statorpolen.
Bei Betrieb des in 24 gezeigten Motors kann ein kontinuierliches Moment erhalten werden, indem der A-Phase-Wicklung T63, der B-Phase-Wicklung T64 und der C-Phase-Wicklung T65 in Synchronisation mit der Drehung des Rotors sequentiell Ströme zugeführt werden. Da die Zwischenglieder T66 und T68 sowie die rotorseitigen Zwischenglieder T67 und T69 mit einem großen magnetischen Widerstand zwischen den Phasen angeordnet sind, ist die elektromagnetische Störung zwischen den Phasen klein, und somit kann eine saubere Bewegung realisiert werden. Da jedoch die Zwischenglieder T66, T68, T67 und T69 erforderlich sind, kann es einige Nachteile hinsichtlich Größe und Kosten geben.
25 zeigt einen Motor mit einer Konfiguration, bei der die Zwischenglieder T66 und 68 des in 24 gezeigten Motors entfernt sind und die Rückjochabschnitte des Stators der individuellen Phasen unter Verwendung des gleichen weichmagnetischen Materials verbunden sind. Auch bei dem Motor dieser Konfiguration kann die Anordnung der rotorseitigen Zwischenglieder T67 und T69 die magnetische Störung zwischen den Phasen klein machen, und somit kann der gleiche Betrieb wie bei dem in 24 gezeigten Motor erzielt werden. Falls die rotorseitigen Zwischenglieder T67 und T69 aus dem in 24 gezeigten Motor entfernt werden, ohne daß die Zwischenglieder T66 und T68 entfernen werden, kann auch der gleiche Betrieb wie bei dem in 25 gezeigten Motor erzielt werden.
Es soll nun die Realisierbarkeit erörtert werden, den Wicklungswiderstand in dem Motor der vorliegenden Erfindung zu reduzieren, indem nicht nur jede Statorwicklung innerhalb des Stators angeordnet sein kann, sondern auch indem ein Abschnitt jeder Statorwicklung unter Verwendung des rotorseitigen Raums zur Rotorseite vorstehen kann. Bei dem Reluktanzmotor der vorliegenden Erfindung besteht jeder magnetische Kreis aus einem weichmagnetischen Materialabschnitt mit einem kleinen magnetischen Widerstand und einem Materialabschnitt mit einer niedrigen relativen Permeabilität oder einem Raum. Dementsprechend wird ein Raum zwischen den rotorseitigen ausgeprägten Polen jeder Phase benötigt, um die Richtung der Magnetflüsse zu begrenzen. Dieser rotorseitige Raum wird insbesondere zum Lokalisieren jeder Statorwicklung verwendet.
Bei jedem der in 1 und 5 gezeigten Motoren ist die Wicklung 5 an der Außendurchmesserseite angeordnet, wo die Statoren 4 und 7 vorgesehen sind, ohne daß sie zum Rotor 2 vorstehen dürfen. Andererseits darf bei jedem der in 2, 4, 6, 8, 10, 12 und 13 gezeigten Motoren jede Wicklung zur Rotorseite vorstehen, um die Wicklung ebenfalls unter Nutzung des Rotorraums anzuordnen. Diese Konfiguration kann einen großen Wicklungsraum sicherstellen, so daß der Durchmesser jeder Wicklung zur Reduzierung des Wicklungswiderstands vergrößert werden kann. Infolgedessen können der Kupferverlust reduziert und die Motoreffizienz verbessert werden. Aufgrund der Verbesserung bei der Motoreffizienz können natürlich die Größe und die Kosten reduziert werden.
28 zeigt ein weiteres Beispiel der vorliegenden Erfindung. Mit der Zahl 246 ist eine Rotorwelle, mit 247 ist eine Befestigungsplatte und mit 248 ist ein unmagnetisches zylindrisches Glied zum Halten der Magnetpole der individuellen Phasen angegeben. In der Darstellung ist das Lager weggelassen. Statoren sind auf der Innen- und der Außendurchmesserseite angeordnet, wobei ein Rotor an einem Zwischenabschnitt zwischen den beiden Statoren angeordnet ist. Mit den Zahlen 232 und 233 sind ausgeprägte A-Phase-Statorpole und mit 231 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole angegeben. Ein entlang einer Linie GA-GA der Figur genommener Querschnitt besitzt eine Konfiguration wie durch (a) von 29 gezeigt. Mit den Zahlen 238 und 239 sind ausgeprägte B-Phase-Statorpole und mit 237 sind ausgeprägte B-Phase-Rotorpole angegeben. Ein entlang einer Linie GB-GB der Figur genommener Querschnitt besitzt eine Konfiguration, die relativ verschieden ist, und zwar um 120° elektrischer Winkel von einer Positionsbeziehung zwischen dem Rotor und dem Stator in der in dem GA-GA-Querschnitt gezeigten Drehrichtung. Mit den Zahlen 241 und 242 sind ausgeprägte C-Phase-Statorpole und mit 240 sind ausgeprägte C-Phase-Rotorpole angegeben. Ein entlang einer Linie GB-BG2 der Figur genommener Querschnitt besitzt eine Konfiguration, die relativ verschieden ist, und zwar um 240° elektrischer Winkel von einer Positionsbeziehung zwischen dem Rotor und dem Stator in der in dem GA-GA-Querschnitt gezeigten Drehrichtung. Durch die Zahlen 235 und 236 sind Statorkraftlinienwege angegeben, die sich die individuellen Phasen teilen, zum Weiterleiten von Magnetflüssen, und mit 234 ein Rotorkraftlinienweg zum Weiterleiten von Magnetflüssen. Ein entlang einer Linie GD-GD der Figur genommener Querschnitt besitzt eine Konfiguration wie durch (b) von 29 gezeigt. Durch 24A und 24B sind Wicklungen der gleichen Phase angegeben, durch 24C und 24D Wicklungen der gleichen Phase und durch 24E und 24F Wicklungen der gleichen Phase.
Dieses Beispiel kann eine Ansteuerung mit den Wicklungen auf einer Seite ausführen, doch sind zwei Wicklungen in einer einzelnen Phase angeordnet, das heißt, die Wicklungen sind auf beiden Seiten unter Ausnutzung der Räume von beiden Statoren angeordnet. Insbesondere kann, wenn die außerperipherseitigen Statorwicklungen 24A und 24B weggelassen sind, der außenperipherseitige Stator einen Kraftlinienweg einer einfachen Konfiguration darstellen und kann auch als ein Motorgehäuse dienen.
Die grundlegenden elektromagnetischen Effekte des in 28 gezeigten Motors sind fast die gleichen wie jene des durch (a) von 12 gezeigten Motors. Unter einem Gesichtspunkt der Leistung besteht der unterschiedlichste Punkt von dem in 12 gezeigten Motor darin, daß das elektromagnetisch größte begrenzte Moment, das erzeugt werden kann, in einer einfachen Theorie um einen Faktor von 2 größer ist als bei dem in 12 gezeigten Motor, weil jede Phase momenterzeugende Abschnitte sowohl auf der Innen- als auch der Außendurchmesserseite der ausgeprägten Rotorpole aufweist.
Indem die ausgeprägten Pole 234, 235 und 236 des in 28 gezeigten Motors die gleiche Konfiguration wie die ausgeprägten Pole 237, 238 bzw. 239 erhalten, kann ein Vierphasenmotor konfiguriert werden, bei dem die in 28 gezeigte Technik auf den in 16 gezeigten Motor angewendet wird. Auch in diesem Fall ist das größte begrenzte Moment, das von jeder Phase erzeugt werden kann, in einer einfachen Theorie um einen Faktor von 2 größer als im Fall des in 16 gezeigten Motors, weil jede Phase zwei momenterzeugende Abschnitte auf der Innen- und der Außendurchmesserseite des Rotors aufweist. Somit kann die Motortechnik von 28 auf andere Motoren der vorliegenden Erfindung angewendet werden, wodurch ein Motor mit einem großen maximalen begrenzten Moment realisiert werden kann. In den in 28 und 30 gezeigten Motoren können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, beispielsweise Umkehren der Beziehung zwischen dem Rotor und dem Stator oder durch Ändern des Verfahrens zum Unterstützen des Rotors.
Ein in 30 gezeigter Motor besitzt eine Konfiguration, wo die Kraftlinienwege des Stators und des Rotors, wobei sich die individuellen Phasen die Wege teilen, zum Weiterleiten von Magnetflüssen der ausgeprägten Pole 234, 235 und 236 zu einem Ende in der Rotorwellenrichtung verschoben sind, wie in dem Fall der Modifikation des durch (a) von 12 gezeigten Motors in den durch (b) von 12 gezeigten Motor. Die Luftspalte der Kraftlinienwege von 28, wobei sich die individuellen Phasen die Wege teilen, zum Weiterleiten der Flüsse der ausgeprägten Pole 234, 235 und 236 sind hier eliminiert, und somit kann ein magnetischer Widerstand reduziert werden, wodurch das Moment verstärkt wird. Außerdem sind die Statoren vereinfacht, so daß ein mit der Zahl 251 angegebener Abschnitt sowohl als ein Kraftlinienweg als auch als Motorgehäuse dienen kann, um dadurch auch die Motorkonfiguration zu vereinfachen. Ähnlich dem in 28 gezeigten Motor können entweder die außen- oder die innendurchmesserseitigen Wicklungen entfallen, um die Statorkonfigurationen zu vereinfachen.
32 zeigt einen Dreiphasenmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Magnetflüsse, die ein Moment des Motors bewirken, verlaufen entlang der Rotorwelle. Dies ist ein unterschiedlicher Punkt von den oben beschriebenen Motoren. Mit den Zahlen 270, 271, 272 und 273 sind ausgeprägte Rotorpole angegeben. Ein entlang einer Linie EG-EG genommener Querschnitt jeder der Phasen besitzt eine Struktur wie durch (a) von 33 gezeigt, wo weichmagnetische Abschnitte und Räume entlang des Umfangs abwechselnd angeordnet sind. Die aus einem weichmagnetischen Material hergestellten ausgeprägten Rotorpole 270, 271, 272 und 273 sind alle an den gleichen Umfangspositionen angeordnet. Mit der Zahl 274 sind ausgeprägte A-Phase-Statorpole, mit 276 ausgeprägte B-Phase-Statorpole und mit 278 ausgeprägte C-Phase-Statorpole angegeben. Die ausgeprägten Statorpole sind so strukturiert, daß weichmagnetische Abschnitte und Räume entlang des Umfangs abwechselnd angeordnet sind, wie durch (b) von 33 gezeigt. Die Umfangspositionen der aus einem weichmagnetischen Material hergestellten ausgeprägten Statorpole 274, 276 und 278 dürfen eine Phasendifferenz von 120° elektrischer Winkel aufweisen. Mit der Zahl 275 ist eine A-Phase-Schleifenwicklung, mit 277 eine B-Phase-Schleifenwicklung und mit 279 eine C-Phase-Schleifenwicklung angegeben. Mit der Zahl 280 ist ein Motorgehäuse angegeben, das hinsichtlich der elektromagnetischen Wirkungsweise bevorzugt aus einem unmagnetischen Material hergestellt ist.
Beim Betrieb des in 32 gezeigten Motors werden A-, B- und C-Phase-Ströme sequentiell bei jeder Breite entsprechend 120° elektrischer Winkel in Synchronisation mit der Drehposition des Rotors zugeführt, so daß ein Moment kontinuierlich ausgegeben werden kann. Da der in 32 gezeigte Motor eine unabhängige Betätigung jeder der Phasen ermöglicht, ist der Momenterzeugungsmechanismus im Vergleich beispielsweise mit dem in 12 gezeigten Motor einfacher.
Die Merkmale des in 32 gezeigten Motors beinhalten, daß die Magnetflüsse von den momenterzeugenden Abschnitten entlang der Rotorwelle gerichtet sind, um eine große Zuwendungsfläche zwischen einem ausgeprägten Rotorpol und einem ausgeprägten Statorpol zu gestatten, und somit, daß die Drehrate der Magnetflüsse groß gemacht werden kann, um eine große Momentkonstante zu haben. Zudem ist jeder der ausgeprägten Rotorpole einer Phase mit zwei Abschnitten zum Erzeugen eines Moments in der Rotorwellenrichtung versehen, wodurch das elektromagnetische maximale begrenzte Moment verstärkt werden kann.
Wenngleich die obige Beschreibung sich auf einen Dreiphasenmotor konzentriert hat, können Motoren mit einzelner Phase, zwei Phasen oder vier oder mehr Phasen auf die gleiche Weise realisiert werden.
34 zeigt einen Dreiphasenmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Motor ist die Beziehung zwischen den ausgeprägten Statorpolen und den ausgeprägten Rotorpolen gegenüber dem in 32 gezeigten Motor umgekehrt. Mit den Zahlen 290, 291, 292 und 293 sind ausgeprägte Statorpole mit einer Struktur wie durch (a) von 35 angegeben, bei der weichmagnetische Abschnitte und Räume entlang des Umfangs abwechselnd angeordnet sind. Die aus einem weichmagnetischen Material hergestellten ausgeprägten Statorpole 290, 291, 292 und 293 sind alle an den gleichen Umfangspositionen angeordnet. Mit 294 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole, mit 296 ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und mit 298 ausgeprägte C-Phase-Rotorpole angegeben. Die ausgeprägten Rotorpole besitzen eine Struktur wie durch (b) von 35 gezeigt, bei der weichmagnetische Abschnitte und Räume entlang des Umfangs abwechselnd angeordnet sind. Die Umfangspositionen der aus einem weichmagnetischen Material hergestellten ausgeprägten Rotorpole 294, 296 und 298 dürfen eine Phasendifferenz von 120° elektrischer Winkel aufweisen. Mit der Zahl 295 ist eine A-Phase-Schleifenwicklung, mit 297 eine B-Phase-Schleifenwicklung und mit 299 eine C-Phase-Schleifenwicklung angegeben. Ein vorderer Flansch 300, ein hinterer Flansch 301 und eine Rotorwelle 1 des Motors sind im Hinblick auf die elektromagnetische Funktionsweise bevorzugt aus einem unmagnetischen Material hergestellt.
Der in 34 gezeigte Motor arbeitet auf die gleiche Weise wie der in 32 gezeigte Motor. Das heißt, A-, B- und C-Phase-Ströme werden sequentiell bei jeder Breite entsprechend 120° elektrischer Winkel in Synchronisation mit der Drehposition des Rotors angelegt, so daß ein Moment kontinuierlich ausgegeben werden kann.
Den ausgeprägten Statorpolen 290 und 293, die an den Enden des Stators in der Rotorwellenrichtung angeordnet sind, kann gestattet werden, auch als der vordere Flansch 300 und der hintere Flansch 301 des Motors zu dienen, um Größe und Kosten zu reduzieren. Insbesondere können bei 34 Lager 303 in der Innendurchmesserseite bei den ausgeprägten Statorpolen 290 und 293 angeordnet werden. Es ist jedoch erforderlich zu berücksichtigen, daß Magnetflüsse nicht durch die Lager 303 fließen würden. Verschie dene Anwendungen und Modifikationen können an diesem Motor vorgenommen werden. Beispielsweise kann der Motor eine Struktur besitzen, bei der die Beziehung zwischen dem Stator und dem Rotor von 32 und 34 vertauscht ist, oder der Motor kann ein Mehrphasenmotor mit vier oder mehr Phasen sein.
38 zeigt einen Dreiphasenmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Motor wurde die Beziehung zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen von 32 in der radialen Richtung realisiert. Mit den Zahlen 330, 331, 332 und 333 sind ausgeprägte Statorpole mit einer Struktur angegeben, bei der weichmagnetische Abschnitte und Räume entlang des Umfangs abwechselnd angeordnet sind. Ein entlang einer Linie ES-ES genommener Querschnitt der Struktur ist in 39 gezeigt. Die aus einem weichmagnetischen Material hergestellten ausgeprägten Statorpole 330, 331, 332 und 333 sind alle an den gleichen Umfangspositionen angeordnet. Mit 334 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole, mit 336 ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und mit 338 ausgeprägte C-Phase-Rotorpole angegeben. Die ausgeprägten Rotorpole besitzen eine Struktur wie in 39 gezeigt, bei der weichmagnetische Abschnitte und Räume entlang des Umfangs abwechselnd angeordnet sind. Die Umfangspositionen der aus einem weichmagnetischen Material hergestellten ausgeprägten Rotorpole 334, 336 und 338 dürfen eine Phasendifferenz von 120° elektrischer Winkel aufweisen. Mit der Zahl 335 ist eine A-Phase-Schleifenwicklung, mit 337 eine B-Phase-Schleifenwicklung und mit 339 eine C-Phase-Schleifenwicklung angegeben. Ein Rotorstützabschnitt 342 besteht im Hinblick auf die elektromagnetische Funktionsweise bevorzugt aus einem unmagnetischen Material. Mit der Zahl 341 ist eine Rotorwelle und mit 343 ein Stator angegeben.
Die Funktionsweise des in 38 gezeigten Motors ist analog zu der des in 32 gezeigten Motors. Das heißt, A-, B- und C-Phase-Ströme werden sequentiell bei jeder Breite entsprechend 120° elektrischer Winkel in Synchronisation mit der Drehposition des Rotors angelegt, so daß ein Moment kontinuierlich ausgegeben werden kann.
40 zeigt einen Dreiphasenmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vor liegenden Erfindung. Bei diesem Motor sind die Phasen A, B und C so strukturiert, daß sie in der Rotorwellenrichtung benachbart sind. Außerdem sind bei jeder der Phasen die ausgeprägten Stator- und Rotorpole in der radialen Richtung angeordnet, so daß die Magnetflüsse der momenterzeugenden Abschnitte bei jeder der Phasen im wesentlichen in der radialen Richtung weitergeleitet werden.
Mit den Zahlen 350 und 351 sind ausgeprägte A-Phase-Statorpole, mit 352 A-Phase-Rotorpole und mit 353 eine A-Phase-Wicklung angegeben. Mit den Zahlen 354 und 355 sind ausgeprägte B-Phase-Statorpole, mit 356 ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und mit 357 eine B-Phase-Wicklung angegeben. Mit den Zahlen 358 und 359 sind ausgeprägte C-Phase-Statorpole, mit 35A ausgeprägte C-Phase-Rotorpole und mit 35B eine C-Phase-Wicklung angegeben. Mit 35C ist eine Rotorwelle angegeben. Mit 36D, 36E und 36F sind Stützen für den Rotor angegeben, wobei die Stützen bevorzugt aus einem unmagnetischen Material hergestellt sind. Ein entlang einer Line HA-HA von 40 genommener Querschnitt ist in 42 gezeigt.
Die grundlegende Funktionsweise des in 40 gezeigten Motors ist analog zu dem in 32 gezeigten Motor. Das heißt, A-, B- und C-Phase-Ströme werden sequentiell bei jeder Breite entsprechend 120° elektrischer Winkel in Synchronisation mit den Drehpositionen des Rotors angelegt, so daß ein Moment kontinuierlich ausgegeben werden kann. Der Magnetkreis in jeder der Phasen A, B und C kann unabhängig betrieben werden.
Zu den Merkmalen des in 40 gezeigten Motors zählt, daß zum Ansteuern jeder der Phasen Strom möglicherweise wie oben erwähnt nur einer einzelnen Wicklung zugeführt werden kann, und zwar aufgrund der Unabhängigkeit des Magnetkreises jeder der Phasen, um dadurch den Kupferverlust im Vergleich zu dem in 32 gezeigten Motor zu reduzieren. Da der in 32 gezeigte Motor gestattet, daß die Magnetflüsse entlang der Rotorwelle geleitet werden, wird zudem die Anziehungskraft in der Rotorwellenrichtung ausgeübt. Dies kann ein sorgfältiges Auslegen des Motors erfordern, das für die unausgeglichene Anziehungskraft in der Rotorwellenrichtung vorbereitet ist. Da jedoch die Anziehungskraft bei dem in 40 gezeigten Motor in der radialen Richtung ausgeübt wird, kann die Maßnahme, die für die unausgeglichene Anziehungskraft genommen werden sollte, auf einer Höhe der herkömmlichen normalen Motoren sein, wodurch das Design und die Herstellung dieses Motors erleichtert werden.
41 zeigt einen Dreiphasenmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu dem in 40 gezeigten Motor ist dieser Motor so modifiziert, daß die Phasen B und C unterschiedliche Strukturen aufweisen können. Bei diesem Motor sind die Phasen A, B und C so strukturiert, daß sie in der Rotorwellenrichtung benachbart sind. Außerdem sind bei jeder der Phasen die ausgeprägten Stator- und Rotorpole in der radialen Richtung angeordnet, so daß die Magnetflüsse der momenterzeugenden Abschnitte bei jeder der Phasen im wesentlichen in der radialen Richtung geleitet werden. Mit den Zahlen 364 und 365 sind ausgeprägte B-Phase-Statorpole, mit 366 ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und mit 367 eine B-Phase-Wicklung angegeben. Mit den Zahlen 368 und 369 sind ausgeprägte C-Phase-Statorpole mit 36A ausgeprägte C-Phase-Rotorpole und mit 36B eine zum Ansteuern sowohl der Phase B als auch C verwendete Wicklung angegeben. Mit 35C ist eine Rotorwelle angegeben.
Mit 36D, 36E und 36F sind Stützen für den Rotor angegeben, wobei die Stützen bevorzugt aus einem unmagnetischen Material hergestellt sind.
Die grundlegende Funktionsweise des in 41 gezeigten Motors ist analog zu dem in 40 gezeigten Motor. Das heißt, eine elektromagnetische Kraft, die zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen jeder der Phasen A, B und C in Synchronisation mit der Drehung des Rotors arbeitet, darf bei jeder Breite entsprechend 120° elektrischer Winkel wirken, um ein Drehmoment zu erhalten. Hinsichtlich der Phasen A und C ist die Weise zum Zuführen von Strömen für die Phasen die gleiche wie der Fall des in 40 gezeigten Motors. Wenn jedoch die Phase B angesteuert wird, müssen Ströme umgekehrt durch die Wicklungen 367 und 36B geschickt werden, so daß ein elektromagnetischer Effekt derart ausgeübt werden kann, daß zwischen den ausgeprägten B-Phase-Stator- und Rotorpolen ein Moment erzeugt werden kann, daß aber zwischen den aus geprägten C-Phase-Stator- und Rotorpolen kein Moment erzeugt werden kann. Auf diese Weise kann aufgrund der sequentiellen Momenterzeugung in der Reihenfolge der Phasen A, B und C ein Drehmoment kontinuierlich erhalten werden. Die Winkelbreiten der Stromversorgung und die Werte der Ströme können auf der Basis des Grundkonzepts in gewissem Ausmaß geändert werden, um eine glattere und effizientere Drehung zu erzielen.
43 zeigt einen Dreiphasenmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Motor ist von dem in 40 gezeigten Motor dadurch verschieden, daß die ausgeprägten Stator- und Rotorpole bei jeder der Phasen in der radialen Richtung doppelt strukturiert sind. Der Effekt dieser Struktur besteht darin, daß das elektromagnetische größte begrenzte Moment erhöht wird. Außerdem kann die Nutzung des Abschnitts auf der Innendurchmesserseite des Motors auch den Effekt haben, das Moment zu erhöhen. Bei diesem Motor sind die Phasen A, B und C so strukturiert, daß sie in der Rotorwellenrichtung benachbart sind. Außerdem sind bei jeder der Phasen die ausgeprägten Stator- und Rotorpole in der radialen Richtung angeordnet, so daß die Magnetflüsse der momenterzeugenden Abschnitte bei jeder der Phasen im wesentlichen in der radialen Richtung weitergeleitet werden.
Mit den Zahlen 380, 381 und 382 sind ausgeprägte A-Phase-Statorpole, mit 383 und 384 ausgeprägte A-Phase-Rotorpole und mit 385 und 386 A-Phase-Wicklungen angegeben. Mit den Zahlen 387, 388 und 389 sind ausgeprägte B-Phase-Statorpole, mit 390 und 391 ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und mit 392 und 393 B-Phase-Wicklungen angegeben. Mit den Zahlen 394, 395 und 396 sind ausgeprägte C-Phase-Statorpole, mit 397 und 398 ausgeprägte C-Phase-Rotorpole und mit 399 und 39A C-Phase-Wicklungen angegeben. Mit 39E ist eine Rotorwelle angegeben. Mit 39F und 39G sind Stützen für den Rotor und mit 39H ist ein Abstandshalter für den Stator angegeben. Diese Stützen und Abstandshalter sind bevorzugt aus einem unmagnetischen Material hergestellt.
Die grundlegende Funktionsweise des in 43 gezeigten Motors ist analog zu dem in 40 gezeigten Motor. Das heißt, A-, B- und C-Phase-Ströme werden sequentiell bei jeder Breite entsprechend 120° elektrischer Winkel in Synchronisation mit der Drehposition des Rotors angelegt, so daß ständig ein Moment ausgegeben werden kann. Der Magnetkreis in jeder der Phasen A, B und C kann unabhängig betrieben werden.
Mit 39B, 39C und 39D in 43 angegebene Abschnitte sind aus einem weichmagnetischen Material hergestellt, und zwei Sätze von Magnetkreisen sind in jeder der Phasen radial und unabhängig aufgebaut. Diese Konfiguration kann auch gestatten, daß die Magnetflüsse der außendurchmesserseitigen Magnetkreise groß sind, um dadurch das Moment zu verstärken. Dieser Motor kann als ein Motor angesehen werden, bei dem zwei Motoren effektiv auf der Außen- und der Innendurchmesserseite des Motors integriert sind. Diese Motorstruktur ermöglicht ohne weiteres die Integrierung von Motoren und kann somit zu einem Motor mit einer in der radialen Richtung dreifachen oder tieferen Struktur ausgebildet werden. Die Technik eines derartigen Motors läßt sich auf andere Motoren der vorliegenden Erfindung anwenden.
31 veranschaulicht eine Konfiguration, bei der die ausgeprägten Rotorpole des Motors der vorliegenden Erfindung integriert sind, um eine verstärkte Struktur zu erhalten. Über den Umfang angeordnete ausgeprägte Rotorpole 261 sind durch Verbinder 263 verbunden, um eine Umfangsintegration der gleichphasigen ausgeprägten Rotorpole und um eine robuste Struktur zu erzielen. Mit der Zahl 262 sind unmagnetische Glieder bezeichnet, die mit dem in 25 gezeigten unmagnetischen zylindrischen Abschnitt 248 verbunden sind. Die ausgeprägten Abschnitte entlang des Umfangs des Rotors sind zur physischen Integration der individuellen ausgeprägten Rotorpole über den Umfang verknüpft. Im Hinblick sowohl auf die Festigkeit als auch die Herstellung des Rotors wird dies bevorzugt.
Die entlang des Umfangs angeordneten mehreren ausgeprägten Rotorpole 261 in 31 sind durch die Verbinder 263 in der Figur über den Umfang verknüpft. Dies kann jedoch zu einem Problem führen, daß der Grad jeder Vertiefung der ausgeprägten Rotorpole gering sein kann. Deshalb kann die Verknüpfung durch andere Formen erzielt werden, wie etwa durch Verknüpfen der ausgeprägten Rotorpole an den Seitenflächen davon nicht entlang des gleichen Umfangs. Alternativ können außendurchmesserseitige ausgeprägte Abschnitte und innendurchmesserseitige ausgeprägte Abschnitte der in 31 gezeigten ausgeprägten Rotorpole 261 eine Phasendifferenz von 180° elektrischer Winkel aufweisen. Alternativ können zum Beispiel Elektroblechplatten mit großer Breite als die Verbinder 263 und Elektroblechplatten mit kleiner Breite als die Verbinder 263 und dergleichen in der Rotorwellenrichtung gestapelt sein.
Bei dem in 26 gezeigten ausgeprägten Rotorpol 261 sind sowohl die außen- als auch die innendurchmesserseitigen ausgeprägten Abschnitte integriert. Alternativ können jedoch die innendurchmesserseitigen ausgeprägten Abschnitte getrennt sein, um eine abnehmbare Struktur zu erhalten, so daß die unmagnetischen Glieder 262 und die ausgeprägten Rotorpole 261 ohne weiteres zusammengebaut werden können. Es versteht sich, daß die Struktur für das Verknüpfen der gleichphasigen ausgeprägten Pole entlang des gleichen Umfangs durch die Glieder aus dem gleichen Material auf die ausgeprägten Pole von anderen Motoren der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
Im folgenden wird eine Beziehung zwischen den Formen der ausgeprägten Stator- und Rotorpole und dem Moment T beschrieben. Eine eingegebene elektrische Leistung P für die Magnetkreise des Motors kann wie folgt ausgedrückt werden: P = U × I (1) U = dψ/dt = dψ/dθ × dθ/dt (2) ψ = NN × φ (3) Pm = T × dθ/dt (4)wobei U die Spannung, ψ die Anzahl miteinander verknüpfter Flüsse, Φ die magnetischen Flüsse, θ der Drehwinkel des Rotors, NN die Anzahl der Windungen der Wicklung, T das Moment und Pm die mechanische Ausgabe des Motors ist. Wicklungswiderstand, Eisenverlust und dergleichen sind nicht berücksichtigt. Zur Vereinfachung des Problems kann unter der Annahme, daß die magnetische Energie der Magnetkreise so klein ist, daß sie ignoriert werden kann, auf der Basis der Gleichungen (1), (2), (3) und (4) die folgende Beziehung hergestellt werden: T ≈ NN × dϕ/dθ × I (5)
Um das Moment T des Motors zu verstärken, ist es dementsprechend effektiv, dΦ/dθ zu erhöhen. Dies bedeutet, daß eine Zunahme einer Länge bei einem Abschnitt, wo die ausgeprägten Stator- und Rotorpole einander zugewandt sind, dΦ/dθ erhöhen kann, um dadurch das Moment in der magnetischen Sättigung des Motors zu verstärken.
Bei jeder der in 1 bis 4 gezeigten Motoren ist die Länge des Abschnitts in der Rotorwellenrichtung, wo ein ausgeprägter Statorpol und ein ausgeprägter Rotorpol einander zugewandt sind, so dargestellt, daß sie gleich der Breite jeder von anderen Kraftlinienwegen ist. Andererseits zeigt jede der 5, 15, 21, 28 und 25 eine Konfiguration, bei der eine Länge TB des Abschnitts in der Rotorwellenrichtung, wo ein ausgeprägter Statorpol und ein ausgeprägter Rotorpol einander gegenüberliegen, größer ist als eine Länge jeder von anderen Kraftlinienwegabschnitten in der Rotorwellenrichtung. Wie oben erwähnt kann mit zunehmender Länge TB das Moment zunehmen. Dementsprechend ist es vorteilhaft, die Länge TB groß auszuführen, um ein großes Moment zu erhalten, sofern eine andere Unzweckmäßigkeit vorliegt.
26 zeigt ein Beispiel eines Dreiphasenmotors der vorliegenden Erfindung. Dieser Motor besitzt eine Grundstruktur, bei der der Stator und der Rotor des durch (a) von 12 gezeigten Motors umgekehrt sind, das heißt, der Rotor befindet sich auf der Außendurchmesserseite und der Stator auf der Innendurchmesserseite. Dieser Motor besitzt eine sogenannte Außenrotor-Motorstruktur.
In 25 sind mit der Zahl 212 ausgeprägte A-Phase-Rotorpole und mit 211 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein entlang einer Linie FA-FA genommener Querschnitt davon eine durch (a) von 27 gezeigte Konfiguration besitzt. Wie zu sehen ist, sind weichmagnetische Abschnitte und Räume entlang des Umfangs abwechselnd angeordnet. Die weichmagnetischen Abschnitte sind in der Rotorwellenrichtung magnetisch mit anderen weichmagnetischen Abschnitten des Rotors verbunden. Die Umfangsseitenflächen der ausgeprägten Rotorpole 212 besitzen eine Konfiguration, als wenn Löcher der Räume in einer Zylinderform vorgesehen sind. Alternativ kann die Innenperipherieseite der ausgeprägten Rotorpole 212 vertieft sein, um ausgeprägte Pole bereitzustellen, während die Außenperipherieseite davon ganz bedeckt sein kann. Mit der Zahl 216 sind ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und mit 215 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein entlang einer Linie FB-FB genommener Querschnitt davon eine durch (a) von 27 gezeigte Anordnung/Struktur besitzt, bei der die ausgeprägten Stator- und Rotorpole eine relative Phasendifferenz von 120° aufweisen. Mit der Zahl 218 sind ausgeprägte C-Phase-Rotorpole und mit 217 ausgeprägte Statorpole angegeben, wobei ein entlang einer Linie FC-FC genommener Querschnitt davon eine durch (a) von 27 gezeigte Anordnung/Struktur besitzt, bei der die ausgeprägten Stator- und Rotorpole eine relative Phasendifferenz von 240° gegenüber der Phase A aufweisen. Ein entlang einer Linie FD-FD genommener Querschnitt besitzt eine Konfiguration, die Kraftlinienwege zum Weiterleiten von Flüssen enthält, wie durch (b) von 27 gezeigt. Die relative Phasendifferenz der ausgeprägten Rotor- und Statorpole zwischen den individuellen Phasen von A, B und C beträgt 120° elektrischer Winkel. Mit der Zahl 219 ist eine A-Phase-Schleifenwicklung, mit 202 eine B-Phase-Schleifenwicklung und mit 221 eine C- und B-Phase-Schleifenwicklung angegeben. Mit der Zahl 222 ist eine Rotorwelle und mit 223 eine Stützscheibe für den Rotor angegeben.
Diese Konfiguration kann ein sequentielles Ansteuern der Phasen in der Reihenfolge A, B und C gemäß der Drehposition des Rotors ermöglichen und kann weiterhin eine kontinuierliche Erzeugung eines Moments ermöglichen. Außerdem kann diese Konfiguration ermöglichen, in Abhängigkeit von dem Motordesign die Momentwelligkeit zu reduzieren. Die Phase A kann durch Liefern von Strom an die Wicklung 219 angesteuert werden. Mit anderen Worten werden Magnetflüsse induziert, um einen Kreis durch die ausgeprägten Rotorpole 212, die ausgeprägten Statorpole 211 und die Kraftlinienwege 213 und 214 zum Weiterleiten von Flüssen herzustellen, wodurch zwischen den ausgeprägten Rotor- und Statorpolen 212 und 211 eine Anziehungskraft produziert wird, um ein Moment zu erzeugen. Die Phase B kann durch Liefern von Strom an beide Wicklungen 220 und 221 angesteuert werden. Mit anderen Worten werden Magnetflüsse induziert, um einen Kreis durch die ausgeprägten Rotorpole 216, die ausgeprägten Statorpole 215 und die Kraftlinienwege 213 und 214 zum Weiterleiten von Flüssen herzustellen, wodurch zwischen den ausgeprägten Rotor- und Statorpolen 216 und 215 eine Anziehungskraft produziert wird, um ein Moment zu erzeugen. In diesem Fall wird eine Summe von Strömen, umgekehrt an die Wicklungen 220 und 221 geliefert, an die ausgeprägten C-Phase-Rotor- und Statorpole 218 und 217 angelegt. Deshalb wird schließlich keine magnetomotorische Kraft auf die Phase C ausgeübt und somit wird kein Moment erzeugt. Die Phase C kann durch Liefern von Strom an die Wicklung 221 angesteuert werden. Mit anderen Worten werden Magnetflüsse induziert, um einen Kreis durch die ausgeprägten Rotorpole 218, die ausgeprägten Statorpole 217 und die Kraftlinienwege 213 und 214 zum Weiterleiten von Flüssen herzustellen, wodurch zwischen den ausgeprägten Rotor- und Statorpolen 218 und 217 eine Anziehungskraft produziert wird, um ein Moment zu erzeugen. Es versteht sich, daß die obige Erläuterung unter der Annahme erfolgt, daß der Zuwendungsbereich zwischen den Kraftlinienwegen 213 und 214 zum Weiterleiten von Flüssen konstant groß ist und somit nur ein kleiner magnetischer Widerstand ausgeübt wird.
Auf diese Weise kann ein sequentielles Ansteuern der Phasen in der Reihenfolge A, B und C gemäß der Drehposition des Rotors positives und negatives Moment produzieren, um ein Stromansteuern und regeneratives Ansteuern zu ermöglichen. Beim Betrieb dieses Motors hängt der Bereich, wo eine Phase ein Moment erzeugen kann, von der Form jedes ausgeprägten Pols ab. Dabei kann, wenn eine Breite eines ausgeprägten Pols 180° elektrischer Winkel beträgt, das Ansteuern innerhalb dieser 180° bewirkt werden. Der in 8 gezeigte Motor ist durch sequentielles Ansteuern der Phasen in der Reihenfolge A, B und C zu einem glatten Ansteuern mit kleiner Momentwelligkeit fähig. Da in diesem Fall jede der Phasen innerhalb eines Bereichs von 120° oder mehr angesteuert werden kann, gibt es einige Gebiete in der Nähe eines Grenzabschnitts zwischen zwei Phasen, wo die beiden Phasen simultan angesteuert werden können.
Der in 26 gezeigte Motor kann modifiziert werden, um einen Vierphasen-Außenrotormotor zu realisieren. Dazu können die Kraftlinienwege 213 und 214 zum Weiterleiten von Flüssen in 26 durch Magnetpole mit den gleichen Formen wie die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 215 und 216 ersetzt werden. Bei der resultierenden Struktur können die ausgeprägten Stator- und Rotorpole der vier in der Papierebene von oben als A, B, C und D bezeichneten Phasen eine relative Phasendifferenz von 90° elektrischer Winkel voneinander aufweisen. Die Funktionsweise dieses Vierphasenmotors wird gleich der des in 16 gezeigten Vierphasenmotors sein. Mit der gleichen Struktur können auch Mehrphasen-Außenrotormotoren mit fünf oder mehr Phasen realisiert werden.
36 zeigt einen Dreiphasenmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Motor darf die Außendurchmesserseite des in 32 gezeigten Motors drehen, um als ein Rotor zu dienen, und Schleifenwicklungen sind fest an dem innendurchmesserseitigen Stator angebracht. Dieser Motor besitzt eine Struktur eines sogenannten Außenrotormotors. Mit den Zahlen 310, 311, 312 und 313 sind ausgeprägte Statorpole mit einer Struktur wie durch (a) in 37 gezeigt angegeben, wo weichmagnetische Abschnitte und Räume entlang des Umfangs abwechselnd angeordnet sind. Die weichmagnetischen Abschnitte 310, 311, 312 und 313 sind alle an identischen Umfangspositionen angeordnet. Mit der Zahl 314 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole, mit 316 ausgeprägte B-Phase-Rotorpole und mit 318 ausgeprägte C-Phase-Rotorpole angegeben, die alle eine durch (b) von 37 gezeigte Struktur aufweisen, wobei weichmagnetische Abschnitte und Räume abwechselnd entlang des Umfangs angeordnet sind. Die weichmagnetischen Abschnitte 314, 316 und 318 sind so angeordnet, daß sie eine Umfangsphasendifferenz von 120° elektrischer Winkel besitzen. Mit der Zahl 315 ist eine A-Phase-Schleifenwicklung, mit 317 eine B-Phase-Schleifenwicklung und mit 319 eine C-Phase-Schleifenwicklung angegeben. Ein zylindrisches Glied 321 für den Rotor besteht im Hinblick auf die elektromagnetische Funktionsweise bevorzugt aus einem unmagnetischen Material. Mit der Zahl 322 ist ein Rotor und mit 323 eine Rotorwelle angegeben.
Der in 36 gezeigte Motor arbeitet auf die gleiche Weise wie der in 32 gezeigte. Motor. Das heißt, A-, B- und C-Phase-Ströme werden sequentiell bei jeder Breite entsprechend 120° elektrischer Winkel in Synchronisation mit der Drehposition des Rotors angelegt, so daß ein Moment kontinuierlich ausgegeben werden kann.
Insbesondere sind bei der Struktur des Außenrotormotors der vorliegenden Erfindung die im wesentlichen schleifenförmigen Wicklungen auf der Innendurchmesserseite angeordnet. Dementsprechend ist die Länge jeder Wicklung verkürzt, um Materialkosten der Wicklungen und auch den Kupferverlust zu reduzieren. Somit ist dieser Motor im Hinblick sowohl auf Kosten als auch Effizienz ausgezeichnet. Zudem befinden sich Abschnitte zum Ausführen einer elektromagnetischen Erzeugungsoperation von Moment an der Außenperipherieseite des Motors. Deshalb wird ein Durchmesser an jedem Wirkungspunkt groß gemacht, um einen Effekt auszuüben, daß ein großes Moment erzeugt wird. Auch ein Durchmesser des Rotors wird groß gemacht, und somit ist es wahrscheinlich, daß die Trägheit groß wird. Die außenperipherieseitige Stelle des Rotors kann je nach den Anwendungen entlang der Außenperipherie des Motors zum Zweck der Sicherheit eine Abdeckung erfordern.
Unter Bezugnahme auf die 21 bis 44 sind einige Techniken zum Verbessern von Motoreigenschaften beschrieben worden, hauptsächlich Dreiphasen-Reluktanzmotoren exemplifizierend. Diese Techniken können auch auf Einphasenmotoren bis Vier- oder Mehrphasenmotoren angewendet werden. Alle mehrphasigen oder N phasigen Reluktanzmotoren können unterschiedlich konfiguriert werden, indem Motoren mit weniger als N-Phasen kombiniert werden. Auch solche Motoren sollen in der vorliegenden Erfindung enthalten sein.
Die oben beschriebenen verschiedenen Motoren der vorliegenden Erfindung können in den Formen der ausgeprägten Stator- und Rotorpole unterschiedlich modifiziert werden. Diese Motoren der vorliegenden Erfindung sind hauptsächlich Reluktanzmomentmotoren, deren Eigenschaften entsprechend der Verteilungsbedingung der Magnetflüsse variieren, die das weichmagnetische Material durchfließen. Zu Hauptproblemen zählen das Problem der magnetischen Sättigung an Abschnitten, wo kein Strom erzeugt wird, und das Problem von Magnetflüssen, die nicht zu der Momenterzeugung in einem Fall beitragen, wo ein hoher Strom zu dem Zweck zugeführt wird, daß ein großes Moment erzeugt wird. Wenn ein Kraftlinienweg entlang der Strecke, die keinen Strom erzeugt, gesättigt ist, kann eine magnetomotorische Kraft H dem gesättigten Abschnitt überlagert werden und um so viel, daß die magnetomotorische Kraft H an Momenterzeugungsabschnitten herabgesetzt werden kann, was zu einem Problem der Momentabnahme führt. Es ist zu verstehen, daß durch die Tatsache, daß die Abschnitte, wo die ausgeprägten Stator- und Rotorpole einander zugewandt sind, und die Nähen davon eine große Flußdichte aufweisen, kein Problem hervorgerufen wird. Die Magnetflüsse, die nicht besonders zur Momenterzeugung beitragen und durch Räume außer den Räumen an den Abschnitten fließen, wo die ausgeprägten Stator- und Rotorpole einander zugewandt sind, werden als "Leckflußkomponenten ΦL" bezeichnet. Im folgenden werden einige Probleme zum Lindern dieser Probleme beschrieben.
Zuerst wird ein Beispiel der grundlegenden Momenterzeugung beschrieben. 45 zeigt außendurchmesserseitige ausgeprägte Statorpole 401 und innendurchmesserseitige ausgeprägte Rotorpole 402, die einander zugewandt sind, und Magnetflüsse ΦRS, die entlang der Richtung der Pfeile fließen, wenn eine magnetomotorische Kraft auf diese Pole wirkt. In diesem Fall wird am Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt. Der Rotor dreht sich schrittweise entgegen dem Uhrzeigersinn. Wenn die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 401 und 402 Positionen erreichen, wo sie einander direkt zugewandt sind, wird das Moment auf null gesetzt, und es gibt keine Momenterzeugung. Wenn der Rotor weiter von diesen Positionen entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, wird am Rotor ein umgekehrtes Drehmoment oder ein Drehmoment im Uhrzeigersinn erzeugt.
Wenn die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 401 und 402 einander nur über einen kleinen Bereich zugewandt sind, wird nur wenig Magnetfluß weitergeleitet. Deshalb existiert kein Problem magnetischer Sättigung in den Kraftlinienwegen, die einen Kreis bilden, und es wird erwartet, daß der Wert von dψ/dθ in Gleichung (2) groß wird. Selbst zu diesem Augenblick jedoch liegen die Leckflußkomponenten ΦL außer als an dem Abschnitt vor, wo die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 401 und 402 einander zugewandt sind. Diese Komponenten verlaufen durch die Räume um die zugewandten Abschnitte herum. Wenn sich dann der ausgeprägte Rotorpol 402 gegen den Uhrzeigersinn bis zu einer Position gerade vor der Position dreht, wo die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 401 und 402 einander zugewandt sind, nehmen die Magnetflüsse ΦRS zu, zu denen weiterhin die oben erwähnten Leckflußkomponenten ΦL kommen. Infolgedessen werden die Magnetflüsse an den Basisabschnitten der ausgeprägten Pole größer als an dem Abschnitt, wo die ausgeprägten Pole einander zugewandt sind, was zu einer Tendenz führen kann, daß magnetische Sättigung hervorgerufen wird.
Wie in 46 gezeigt, können eine Umfangsbreite TB3 eines ausgeprägten Statorpols 403 und eine Umfangsbreite TB4 eines ausgeprägten Rotorpols 404 in Assoziation mit einer Funktionsweise des Motors ausgewählt werden. Das heißt, die Breite TB3 und die Breite TB4 müssen nicht notwendigerweise gleich sein.
47 zeigt eine Struktur, wo eine Umfangsbasisbreite TB5 eines ausgeprägten Statorpols 405 größer ausgeführt ist als eine Breite TB6 davon, um dadurch eine magnetische Sättigung an dem Basisabschnitt davon zu vermeiden. Ein ausgeprägter Rotorpol 406 weist auch eine Struktur auf, bei der eine Umfangsbasisbreite TB8 relativ größer ausgeführt ist als eine Umfangsbreite TB7 davon, um eine magnetische Sättigung an dem Basisabschnitt davon zu vermeiden. Diese Struktur kann einen großen Umfangsbereich für die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 405 und 406 zum Erzeugen eines Moments liefern.
48 zeigt ein Verfahren zum Begrenzen von Magnetflüssen oder zum Begrenzen eines Kraftlinienwegs zum Weiterleiten von Magnetflüssen an einem Endabschnitt eines ausgeprägten Rotorpols. Mit der Zahl 431 sind ausgeprägte Statorpole und mit 432 ausgeprägte Rotorpole angegeben. Jeder der ausgeprägten Rotorpole 432 kann teilweise beispielsweise mit quadratischen Löchern 433 oder kreisförmigen Löchern 435 versehen werden, so daß durch die ausgeprägten Rotorpole 432 fließende Magnetflüsse begrenzt werden können. Langlöcher 434 können nicht nur durch die ausgeprägten Rotorpole fließende Magnetflüsse begrenzen, sondern auch einen Weg für Magnetflüsse in jedem der ausgeprägten Rotorpole begrenzen, um dadurch den Effekt zu erreichen, die Leckflußkomponenten ΦL zu reduzieren. Diese Struktur kann dazu beitragen, die statorseitige magnetische Sättigung zu reduzieren und einen Umfangsbereich für die ausgeprägten Stator- und Rotorpole 405 und 406 zum Erzeugen eines Moments zu vergrößern. Diese Struktur kann aber auch zur Vergleichförmigung einer Magnetflußverteilung auf der Oberfläche jedes ausgeprägten Rotorpols beitragen, um ein großes Drehgebiet bereitzustellen, wo das erzeugte Moment des Motors vergleichförmigt ist.
Diese Löcher können mit Harz mit einer geringen magnetischen Permeabilität gefüllt sein. Diese Löcher können auch auf der Seite des Stators vorgesehen sein.
Zudem können, wie in 50 und 51 gezeigt, Permanentmagnete 436 angeordnet sein, um die magnetischen Eigenschaften der ausgeprägten Rotorpole 432 zu andern. Die Anordnung, Position, Neigung und dergleichen der Permanentmagnete 436 können variiert werden, wie in 50 und 51 exemplifiziert. Bei diesen Beispielen wird die Magnetflußverteilung in den ausgeprägten Rotorpolen durch die Permanentmagnete variiert, wodurch der Umfangsbereich für jeden ausgeprägten Rotorpol 406 zum Erzeugen von Moment groß gemacht werden kann. Die Magnetflußverteilung auf der Oberfläche jedes ausgeprägten Rotorpols kann aber auch vergleichförmigt werden, um ein großes Drehgebiet bereitzustellen, wo das erzeugte Moment des Motors vergleichförmigt ist.
52 zeigt ein Verfahren zum Reduzieren der Leckflußkomponenten ΦL durch Verwendung von Permanentmagneten. 52 zeigt teilweise einige Verfahren. Mit 472 sind Flußkomponenten angegeben, die ein Moment effizient erzeugen können. Die Magnetflüsse 471 und 474 sind die Flüsse, die zum Erzeugen eines durch einen Pfeil angegebenen Rotormoments beitragen können, sind aber auch die Flüsse, die schädliche Effekte ausüben können. Insbesondere sind dies die Flußkomponenten, die in Abschnitten der Magnetkreise eine magnetische Sättigung verursachen können. Im Hin blick auf das Prinzip der Momenterzeugung sind dies die Flußkomponenten, die beseitigt werden können. Durch Zahl 473 sind Permanentmagnete angegeben, die in einer Richtung angeordnet sind, die zum Reduzieren des Flusses 471 eine Polarität ausüben kann. Permanentmagnete 480 sind auch in einer Richtung zum Reduzieren des Flusses 474 angeordnet. Der Ausdruck "Richtung zum Reduzieren" bezieht sich auf eine Richtung, in der die magnetomotorische Kraft der Permanentmagnete wirkt, die der Richtung der magnetomotorischen Kraft entgegengesetzt ist, die auf die ausgeprägten Stator- und Rotorpole wirkt.
Eine derartige Konfiguration zum Reduzieren unnötiger Magnetflüsse ist aktiviert, weil bei einem Motor mit angewendetem Reluktanzmoment das Moment mit den Richtungen der Magnetflüsse, die das Moment ausüben, nichts zu tun hat, und weil deshalb eine absichtliche Vergleichförmigung der Flußrichtungen in dem Motor die Leckflüsse durch den Einsatz der Permanentmagnete reduzieren kann. Dementsprechend ist es beispielsweise für einen bürstenlosen Motor, der Permanentmagnete verwendet, schwierig, die Flußleckage zu reduzieren, weil sich die Richtung der magnetomotorischen Kraft, die auf Abschnitte des Stators wirkt, mit der Drehung zwischen positiv und negativ auf die gleiche Weise wie der Wechselstrom ändert.
Der Effekt, eine Flußleckage unter Verwendung von Permanentmagneten zu reduzieren, ist ausgeprägt, wenn ein Motor ein großes Moment erzeugt. Das Beseitigen von unnötigen Flüssen kann die Flüsse in den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen und in den Kraftlinienwegen reduzieren. Dementsprechend ist es unwahrscheinlich, daß eine magnetische Sättigung eintritt, und so kann ein großes Spitzenmoment erhalten werden. Außerdem kann die Reduktion bei den unnötigen Flüssen zu der Reduktion einer Induktanzleckage führen. Deshalb kann der Leistungsfaktor verbessert werden, was auch zu der Verbesserung der Effizienz führen kann. Da der Leistungsfaktor verbessert werden kann, kann die Stromkapazität eines Leistungstransistors zum Ansteuern des Motors reduziert werden, was zu einer möglichen Reduktion bei der Größe und den Kosten einer Ansteuereinheit führt. Eine der Ursachen zum Begrenzen einer Vielpoligkeit in den erfindungsgemäßen Motoren, Schrittmotoren, geschalteten Reluktanzmoto ren und dergleichen liegt in der oben beschriebenen Flußleckage. Die Reduktion der Flußleckage kann somit die Begrenzung bei der Vielpoligkeit anheben und das Moment verstärken. Falls die Flußleckage über Permanentmagnete reduziert werden kann, kann auch die Vertiefung der ausgeprägten Pole reduziert werden, um eine Variation beim magnetischen Widerstand bereitzustellen. Infolgedessen kann auch eine Reduktion der Motorgröße oder des hohen Moments realisiert werden.
Wenngleich das Spitzenmoment eines Motors von dem Zweck oder der Benutzung eines Motors abhängt, ist es eine sehr wichtige Eigenschaft und steht üblicherweise in enger Beziehung zu der Begrenzung bei der Motorgrößenreduktion. Selbstverständlich steht das Spitzenmoment auch zu den Kosten eines Motors in Beziehung.
Die Formen der Permanentmagnete 473 und 480 können wie im Fall der Permanentmagnete 475, 476, 477 und 478 modifiziert werden. Zu einer Flußleckage kann es auch in den Richtungen 47A und 47B kommen, die schädliche Magnetflüsse erzeugen. Permanentmagnete zum Reduzieren einer Flußleckage können auch auf beiden Umfangsseitenflächen der ausgeprägten Pole und auf einer Rückjochseite angeordnet werden, um eine größere Effektivität zu erzielen.
Alternativ können Permanentmagnete nur an den statorseitigen ausgeprägten Polen angeordnet werden, da die Zentrifugalkraft auf der Rotorseite wirkt. Alternativ können die oben erwähnten Langlöcher 479 oder dergleichen parallel vorgesehen werden. Insbesondere kann ein Motor mit hoher Drehzahl effektiv die Langlöcher 479 für die Begrenzung der Flüsse verwenden, ohne daß Permanentmagnete auf der Rotorseite verwendet werden.
54 zeigt ein Beispiel, bei dem Permanentmagnete zum Reduzieren einer Flußleckage in allen Richtungen der ausgeprägten Statorpole angeordnet sind, mit Ausnahme der dem Rotor zugewandten Endabschnitte. Bei einem Stator 571 sind Permanentmagnete 573 an Umfangsflächen der ausgeprägten Statorpole angeordnet, sind Permanentmagnete 57A zwischen den individuellen ausgeprägten Statorpolen auf der Seite des Rückjochs angeordnet und sind Permanentmagnete 547 an Flächen der ausgeprägten Statorpole in der Rotorwellenrichtung angeordnet. Jeder der Permanentmagnete ist so orientiert, daß die magnetomotorische Kraft des Permanentmagneten in einer Richtung produziert wird, die der Richtung der magnetomotorischen Kraft entgegengesetzt ist, die durch den durch jede Wicklung fließenden Strom produziert wird. Auf die gleiche Weise ist ein Rotor 572 mit Permanentmagneten 575, 57B und 576 angeordnet, um eine Flußleckage zu reduzieren. Somit sind Abschnitte, die einen Durchtritt von Magnetflüssen zwischen dem Stator und dem Rotor gestatten, auf die Endabschnitte der ausgeprägten Stator- und Rotorpole beschränkt. Durch Bereitstellen einer derartigen Struktur können unnötige und schädliche Magnetflüsse reduziert oder insbesondere ein Spitzenmoment des Motors verstärkt werden.
55 zeigt einen Motor, bei dem die an dem in 54 gezeigten Motor befestigten Permanentmagnete teilweise aus der Nähe jedes ausgeprägten Pols entfernt sind. Die radiale Länge jedes der Permanentmagnete 583, 584, 585 und 586 ist verkürzt. Da eine große magnetomotorische Kraft, die von dem durch jede Wicklung fließenden Strom verursacht wird, in der Nähe eines Endabschnitts jedes ausgeprägten Pols wirkt, kommt es wahrscheinlich bei den Permanentmagneten zu einer Entmagnetisierung. Dies kann zu einem Problem bei der Menge wie etwa der Dicke, von Permanentmagneten und zu einem Kostenproblem führen. Bei Berücksichtigung dieser Probleme stellt dieses Beispiel keine Permanentmagnete in der Nähe des Endabschnitts jedes ausgeprägten Pols bereit. Die Magnetflüsse in der Nähe des Endabschnitts jedes ausgeprägten Pols wirken mit einem großen Prozentsatz effektiv auf die Momenterzeugung. Dies ist einer der Gründe zum Konstruieren des in 55 gezeigten Motors.
Eine derartige Anordnung der Permanentmagnete zum Reduzieren einer Flußleckage erfolgt für durch Räume hindurchtretende Flußkomponenten. Da der magnetische Widerstand der Kraftlinienwege, die die Permanentmagnete enthalten, groß ist, müssen somit die Permanentmagnete nicht notwendigerweise in engen Kontakt mit Weicheisenabschnitten gebracht werden. Die Permanentmagnete können von den Weicheisenabschnitten beabstandet angeordnet werden, wie im Fall der in 52 gezeigten Perma nentmagnete 473 und 480. Stützglieder für Magnete können um die ausgeprägten Statorpole herum angeordnet sein, um die Magnete zu befestigen. Als spezifisches Beispiel können Ausnehmungen in den vertieften Abschnitten um die ausgeprägten Statorpole herum zusammen mit Magneten mit Harz gefüllt sein. Das gleiche gilt für die Seite des Rotors.
Im Fall von Antriebsmotoren für Elektrofahrzeuge oder Hybridelektrofahrzeuge muß das Vorwärtsantriebsmoment groß sein. In dem Fall jedoch, wo ein regeneratives Moment weniger groß ist, das durch den in 52 gezeigten Motor dargestellt ist, kann eine Wahl vorliegen, die Permanentmagnete 473 und 480, aber keinen Permanentmagneten auf der anderen Seite jedes ausgeprägten Pols zu befestigen. Dies ist eine praktische Konfiguration, die einer gewünschten Leistung genügt und mit der geringe Kosten realisiert werden.
Im Gegensatz dazu können die Permanentmagnete in engen Kontakt mit den Weicheisenabschnitten gebracht werden, wie in 54 und 55 gezeigt. Insbesondere gesinterte Permanentmagnete können mit einem Kleber angeklebt werden. Alternativ können durch Hinzufügen von Harz oder dergleichen zu dem Magnetpulver erhaltene sogenannte gebondete Magnete an die Weicheisenabschnitte geklebt werden. Insbesondere ist es bei einem kleinen Motor effektiv, Permanentmagnete unter Verwendung eines Werkzeugs zu formen und diese Permanentmagnete anzukleben. Insbesondere können Einspritzverarbeiter oder dazu analoge Verarbeiter für Kunststoffe oder dergleichen genutzt werden. Diese Verwendung ist unter den Gesichtspunkten der Massenproduktivität und der Herstellungskosten praktisch.
53 zeigt ein Beispiel eines Motors, bei dem Permanentmagnete 484, 485, 486 und 487 in der Nähe von Luftspalten angeordnet sind, die an den Abschnitten hergestellt sind, wo die Stator- und Rotorpole einander zugewandt sind. Eine Anordnung ist so hergestellt, daß effektiv ein Moment erzeugende Magnetflüsse 483 kaum direkt beeinflußt werden und daß unnötige Magnetflüsse 481 und 482 reduziert sind. Ein spezifisches Verfahren, das zum Halten der Permanentmagnete in Betracht gezogen werden kann, besteht darin, das Ausformen mit Harz durchzuführen, indem gestattet wird, daß Magnete darin enthalten sind. Verschiedene andere Fixierungsmittel können in Betracht gezogen werden.
56 zeigt ein Beispiel, bei dem Permanentmagnete wie etwa die Permanentmagnete 473, 475 und 476 des in 52 gezeigten Motors innerhalb der Kerne der ausgeprägten Statorpole angeordnet sind und bei dem Permanentmagnete wie etwa die Permanentmagnete 480, 477 und 478 innerhalb der Kerne der ausgeprägten Rotorpole angeordnet sind. Permanentmagnete 493 und 494 zum Reduzieren unnötiger Magnetflüsse 495 und 496 sind innerhalb des Kerns des ausgeprägten Statorpols bzw. innerhalb des Kerns des ausgeprägten Rotorpols angeordnet. Insbesondere sind die Permanentmagnete 494 und 493 so strukturiert, daß sie von schmalen Weicheisenabschnitten 49F bzw. 49G gestützt werden, wobei die Schmalheit von einer Größe ist, die keine großen magnetischen Einflüsse ergibt. Eine derartige Struktur kann das Fixieren der Permanentmagnete ohne weiteres gestatten. Auch Permanentmagnete von anderen Beispielen 498, 499 und 49B sind innerhalb der Kerne angeordnet.
57 zeigt ein Beispiel, bei dem die Permanentmagnete 484, 485, 486, 487 und dergleichen des in 53 gezeigten Motors innerhalb der Kerne der ausgeprägten Statorpole angeordnet sind. Permanentmagnete 503, 505, 504 und 506 sind innerhalb von Weicheisenabschnitten 501 und 502 angeordnet, was die Befestigung der Magnete erleichtert.
Wie in den 52 bis 57 gezeigt, kann eine Reduktion von unnötiger Flußleckage unter Verwendung von Permanentmagneten Magnetflüsse an den ausgeprägten Polen, dem Rückjoch und dergleichen des Motors reduzieren und kann dadurch die magnetische Sättigung milder, wodurch das größte begrenzte Moment erhöht werden kann. Die Reduktion unnötiger Magnetflüsse kann auch den Leistungsfaktor des Motors verbessern. Wo die Vertiefungen der ausgeprägten Pole kleiner gemacht werden können, indem die Permanentmagnete angeordnet werden, ist es zudem möglich, bei der Größe des Motors eine Reduktion zu realisieren.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Reduzieren der in 52 gezeigten unnötigen Magnetflüsse 471 und 474 beschrieben. Das Verfahren beinhaltet die Verwendung von leitenden Platten oder Ringen oder geschlossenen Wicklungen anstelle der Permanentmagnete 473 und 480. Das Verfahren nutzt eine Wechselwirkung, bei der, wenn der Magnetfluß an dem Abschnitt 473 fluktuiert, ein Wirbelstrom durch den Leiter fließt, um die Fluktuation des Flusses zu verhindern. Wenn sich der Motor mit geringer Drehzahl dreht, ist dieses Verfahren nicht so effektiv, weil die Fluktuationsrate gering ist. Bei einer Geschwindigkeit von über einem bestimmten Niveau jedoch wird die Fluktuationsrate der Magnetflüsse hoch und reduziert die Flüsse 473, 474 und dergleichen effektiv. Der gleiche Effekt kann in den in 43, 54, 55, 56 und 57 gezeigten Motoren erzielt werden, indem die Permanentmagnete durch Leiter ersetzt werden.
59 zeigt ein weiteres Beispiel der vorliegenden Erfindung. Wenn der mit (a) gezeigte Motor als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung genommen wird, entsprechen die ausgeprägten Rotor- und Statorpole 31 und 32 den ausgeprägten Rotor- und Statorpolen 432 bzw. 431 von 52. Bei Zufuhr eines großen Stroms zu der Schleifenwicklung 39 werden um die ausgeprägten Pole herum problematischerweise auch unnötige Magnetflüsse wie etwa die in 52 gezeigten Magnetflüsse 471 und 474 verursacht. Mit anderen Worten: Obgleich die vereinfachte Form der Schleifenwicklung die Herstellung effektiv vereinfachen und den Kupferverlust reduzieren kann, können die Leckflußkomponenten ΦL problematischeweise zunehmen.
Ein Verfahren, dieses Problem zu reduzieren, kann darin bestehen, eine Wicklung 512 wie in 56 gezeigt zusätzlich zu der in 52 gezeigten Schleifenwicklung 39 in Reihe bereitzustellen, wobei die Wicklung 512 um ausgeprägte Pole 511 gewickelt ist. Wenn Strom der Wicklung 512 zugeführt wird, können Leckflüsse mit der Wicklung 512 zusammen mit den in 52 gezeigten effektiven Flußkomponenten 472 verknüpft werden. Es wird jedoch ein Merkmal vorgelegt, daß die von der Rotorseite zur Statorseite fließenden unnötigen Magnetflüsse 471 und 474 vergleichsweise klein sind. Andererseits führt die große Länge der Wicklung 512 zu einem Problem hinsichtlich zuneh menden Kupferverlustes.
Strom kann der Wicklung 512 zugeführt werden, indem die Schleifenwicklung 39 seriell daran angeschlossen ist, so daß beide Wicklungen das Wirken einer magnetomotorischen Kraft zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen gestatten können. Durch dieses Verfahren können ein Moment erhalten und unnötige Magnetflußkomponenten reduziert werden. Als ein anderes Verfahren kann ein Strom der Wicklung 512 nur dann zugeführt werden, wenn ein großer Strom der Wicklung 39 zugeführt wird. Als noch ein weiteres Verfahren kann der Motor normalerweise durch die Wicklung 39 angesteuert werden, und zum Zeitpunkt eines starken Stroms kann die Ansteuereinheit von der Wicklung 39 auf die Wicklung 512 umgeschaltet werden, um den Motor anzusteuern.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Reduzieren von Lüftungsverlust beschrieben, wenn der Motor der vorliegenden Erfindung mit hoher Drehzahl angesteuert wird. Wie in 49 gezeigt, können Glieder 441 auf der Innendurchmesserseite der ausgeprägten Statorpole hinzugefügt werden, um eine zylindrische Form mit einer glatten inneren Oberfläche bereitzustellen. Alternativ können Glieder 442 auf der Außendurchmesserseite der ausgeprägten Rotorpole hinzugefügt werden, um eine zylindrische Form mit einer glatten äußeren Oberfläche bereitzustellen. Der Zusatz von beiden Gliedern 441 und 442 kann möglich sein. Zudem können die Glieder 441 und 442 aus dem gleichen Material wie ein Statorkern 443 oder ein Rotorkern 444 hergestellt werden und können zu einem Ausmaß verengt werden, das hinsichtlich eines elektromagnetischen schädlichen Effekts kein Problem verursachen wird. Da die Glieder gleichzeitig mit der Herstellung jedes Kerns hergestellt werden können, kann dies einen Vorteil im Hinblick auf Kosten mit sich bringen. Es ist auch möglich, die Anordnung der Magnete wie in 55 gezeigt bereitzustellen. In diesem Fall kann ein Stützabschnitt jedes Magneten eine starke Struktur in einem Ausmaß besitzen, daß eine Stützung ermöglicht wird.
Im folgenden wird eine Motorstruktur beschrieben, die das Drehmoment insbesondere in einer Richtung unter den Drehrichtungen des Motors verstärken kann. Wie oben be schrieben kann der in 13 gezeigte Dreiphasen-Reluktanzmotor bei der Drehleistung verbessert werden, indem die ausgeprägten Rotor- und Statorpole zu den Formen wie durch (b) in 14 gezeigt ausgebildet werden. Außerdem kann wie oben beschrieben der in 16 gezeigte Vierphasen-Reluktanzmotor bei der Drehleistung in einer Richtung verbessert werden, indem in der Rotorwellenrichtung die Breiten der ausgeprägten Rotor- und Statorpole in zueinander entgegengesetzten Richtungen vergrößert werden, wie durch die ausgeprägten Rotor- und Statorpole 67 und 68 in 17 gezeigt. Auf diese Weise können zum Verstärken des Ausgabemoments in einer Richtung die Umfangsformen der ausgeprägten Rotor- und Statorpole für eine Fluktuation der magnetischen Impedanz zwischen den beiden ausgeprägten Polen gemäß der Drehposition ungleichmäßig gemacht werden. Weiterhin kann zu diesem Augenblick durch Erzeugen einer Phasendifferenz bei der magnetischen Impedanz von ausgeprägten Rotor- und Statorpolen von anderen Phasen das Reluktanzmoment verstärkt werden. Die ausgeprägten Pole können magnetische Eigenschaften nicht einfach dadurch erhalten, daß einfach die Formen der ausgeprägten Pole verändert werden, sondern indem auch gestattet wird, daß die ausgeprägten Pole Ausnehmungen besitzen oder indem Materialien mit anderer magnetischer Permeabilität verwendet werden.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 58 wird ein Verfahren zum Verbessern der Motoreffizienz des erfindungsgemäßen Motors beschrieben. Der in 58 gezeigte Motor besitzt eine Konfiguration des in 57 gezeigten Motors unter Zusatz von Permanentmagneten 611 und 612. Die Permanentmagnete 611 und 612 sind so angeordnet, daß N-Pole von der Innenperipherieseite zur Außenperipherieseite gerichtet sind, das heißt in eine Richtung gerichtet sind, um durch die Ströme der Wicklungen Magnetflüsse 613 zu erregen. Indem die Permanentmagnete so angeordnet werden, daß sie in eine Richtung zum Erregen von Magnetflüssen gerichtet sind, können im Fall beispielsweise des durch (a) von 12 gezeigten Motors die den Wicklungen 39, 40 und 41 zugeführten Ströme reduziert werden. Das heißt, die Erregungsströme der Magnetkreise des Motors sind teilweise auf die Permanentmagnete zurückzuführen. Somit kann auch der Leistungsfaktor des Motors verbessert werden.
Ein Rastmoment, das den Permanentmagneten zugeschrieben wird, wenn die Ströme genullt werden, kann durch magnetisches Ausgleichen der Phasen A, B und C geglättet werden. Allgemein ist der Effekt, Kupferverlust zum Zeitpunkt eines schwachen Stroms und einer schwachen Beladung zu reduzieren, größer als der Effekt, der zum Zeitpunkt eines starken Stroms erhalten wird. Bei einer Anwendung, wo die zeitliche Rate einer schwachen Belastung hoch ist und wo die Effizienz als wichtig angesehen wird, kann insbesondere ein größerer Effekt ausgeübt werden.
Diese Eigenschaft ist insbesondere in dem Fall wichtig, wenn der Motor der vorliegenden Erfindung in einem Betrieb unter Konstantleistungssteuerung bei hoher Drehzahl genutzt wird. Wenn ein Motor mit einem Arbeitsumdrehungsbereich von 0-10.000 min^–1 als ein Beispiel genommen wird, wo die Basisumdrehung 2.500 min^–1 beträgt, wird eine Nennspannung bei 2.500 min^–1 erreicht. Dementsprechend müssen bei 7.500 min^–1 ein Betrieb und eine Steuerung mit 1/3 der mittleren magnetischen Flüsse durchgeführt werden. Unter solchen Umständen besitzt der Reluktanzmotor im allgemeinen wegen der Beziehung zwischen der magnetischen Energie und der Co-Energie einen niedrigen Leistungsfaktor. Falls Magnetflüsse des Motors in diesem Betriebsbereich durch die Permanentmagnete bereitgestellt werden können, kann der Leistungsfaktor bei einer derartigen hohen Drehzahl verbessert werden.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Erzielen eines hohen Moments und einer hohen Abtriebsleistung bei dem Motor der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie durch Gleichungen (1) bis (5) angegeben, ist das Moment des erfindungsgemäßen Motors proportional zu dΦ/dθ. Jede der 60 und 61 zeigt ein spezifisches Beispiel einer Motorstruktur zum Erhöhen von dΦ/dθ. Jedes dieser Beispiele wurde erhalten, indem die ausgeprägten Rotorpole 31, 33 und 35 und die ausgeprägten Statorpole 32, 34 und 36, durch (a) von 12 gezeigt, modifiziert wurden. Da eine Sättigungsflußdichte BM des weichmagnetischen Materials begrenzt ist, kann eine Erhöhung bei einem magnetischen Fluß Φ, der durch die ausgeprägten Pole jeder Phase fließt, unter der Bedingung erhalten werden, daß eine Struktur bereitgestellt wird, wo zugewandte Bereiche zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen groß sind und wobei in den Magnetkreisen des Motors an anderen Abschnitten keine magnetische Sättigung verursacht wird.
Bei dem in 60 gezeigten Motor besitzt zum Vergrößern der zugewandten Bereiche zwischen ausgeprägten Rotorpolen 521, 523 und 525 und ausgeprägten Statorpolen 522, 524 bzw. 526 ein Querschnitt jedes ausgeprägten Statorpols in der Rotorwellenrichtung eine vorstehende Form, wie in 60 gezeigt, und ein Querschnitt jedes ausgeprägten Rotorpols in der Rotorwellenrichtung besitzt eine ausgenommene Form, wie in 60 gezeigt. Bei Vergleich mit dem durch (a) von 12 gezeigten Motor können mit dieser Struktur des in 60 gezeigten Motors große zugewandte Bereiche zwischen den ausgeprägten Stator- und Rotorpolen erzielt werden. Dementsprechend kann dΦ/dθ erhöht werden, um dadurch das Moment zu verstärken.
Bei einem in 61 gezeigten Motor weist jeder der ausgeprägten Rotorpole 531, 533 und 535 und ausgeprägten Statorpole 532, 534 und 536 in der Rotorwellenrichtung einen Querschnitt auf, der eine einem Dreieck ähnliche trapezförmige Form annimmt, wie in 61 gezeigt. Diese Struktur kann in einer einfachen Theorie auch den gleichen Effekt wie das in 60 gezeigte Beispiel ausüben. Was die magnetische Sättigung in der Nähe der ausgeprägten Rotor- und Statorpole betrifft, ist zudem die in 61 gezeigte Form deshalb ausgezeichnet, weil es unwahrscheinlich ist, daß sie eine magnetische Sättigung verursacht.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Reduzieren der magnetischen Sättigung bei Kraftlinienwegen in dem erfindungsgemäßen Motor beschrieben. Ein oberer Teil von 62 ist eine Seitenansicht eines Statorkerns, und ein unterer Teil von 62 ist eine Bodenansicht des Statorkerns. Mit der Zahl 541 sind ausgeprägte Statorpole und mit 542 und 543 bauchige Abschnitte an einer Basis jedes ausgeprägten Statorpols angegeben. Somit kann der magnetische Widerstand eines Kraftlinienwegs mit der Vergrößerung einer Querschnittsfläche des Kraftlinienwegs reduziert werden, indem jeder ausgeprägte Statorpol 541 entlang des Umfangs genutzt wird. Jeder der bauchigen Abschnitte 542 und 543 besitzt eine Form in der Rotorwellenrichtung, die einen Abschnitt in der Nähe der Mitte jedes ausgeprägten Statorpols als einen Hauptabschnitt aufweist, wobei beide Enden in der Rotorwellenrichtung mehr als der ausgeprägte Statorpol 541 ausgenommen sind. Somit kann die unter Beteiligung des gegenüberliegenden ausgeprägten Rotorpols verursachte Flußleckage reduziert werden. Falls ein Magnetkreis einer anderen Phase in der Rotorwellenrichtung daneben angeordnet ist, kann diese Form weiterhin dazu beitragen, daß eine unter Beteiligung des benachbarten Magnetkreises verursachte übermäßig große Flußleckage vermieden wird.
Die ausgeprägten Pole können strukturiert werden, indem die mit Nuten versehenen Polformen wie in 60 und 61 gezeigt und die in 62 gezeigte Form sowie die Konzepte davon kombiniert werden.
Unter Bezugnahme auf 63 wird im folgenden ein Beispiel zum Herstellen des erfindungsgemäßen Motors mit Teilen beschrieben, die erhalten werden, indem Elektroblechplatten unter Verwendung einer Form gezogen werden. Der in 63 gezeigte Motor besitzt die gleiche elektromagnetische Basiskonfiguration wie der bei (a) von 12 gezeigte Motor. Mit der Zahl 551 sind ausgeprägte A-Phase-Rotorpole, mit 553 ausgeprägte A-Phase-Statorpole und mit 552 Luftspaltabschnitte dazwischen angegeben. Mit der Zahl 554 sind Kraftlinienwege zum Weiterleiten von magnetischen Flüssen, mit 555 ausgeprägte B-Phase-Statorpole und mit 556 ausgeprägte C-Phase-Statorpole angegeben. Laterale Umfangskonfigurationen dieser Elemente sind wie in 9 gezeigt. In 63 sind diese durch gestrichelte Linien angegeben.
Das Beispiel des in 63 gezeigten Motors besteht aus Elektroblechplatten, die mit ausgeprägten Statorpolen, einem Statorrückjoch, Rotorpolen und einem Rotorrückjoch geformt sind, sowie einer Rotorwelle 1. Um das Formen der Elektroblechplatten zu erleichtern, sind die Elektroblechplatten an Fugen 557, 558, 559 getrennt worden, bevor sie stumpf gestoßen werden. Der Kraftlinienweg an jedem der Abschnitte besteht aus zwei Elektroblechplatten, in denen er so konfiguriert ist, daß der stumpf gestoßene Abschnitt nicht mit einem stumpf gestoßenen Abschnitt einer benachbarten Elektroblechplatte übereinstimmt. Somit ist er so konfiguriert, daß die Magnetflüsse auch von einer benachbarten Elektroblechplatte herumkriechen können, und zwar gegen die Fluktuation des magnetischen Widerstands aufgrund eines Luftspalts an dem stumpf gestoßenen Abschnitt. Diese Konfiguration kann eine Erhöhung des magnetischen Widerstands milder und kann eine durch die Variation bei der Stupfstoßungsgenauigkeit verursachte Variation beim magnetischen Widerstand reduzieren.
Mit 55A, 55B und 55C sind Wicklungen für die individuellen Phasen angegeben. Diese Wicklungen wirken auf die gleiche Weise wie in dem durch (a) von 12 gezeigten Motor, und auch der elektromagnetische Effekt ist prinzipiell der gleiche.
Die stumpf gestoßenen Abschnitte können von dem Rotor entfernt werden, wenn nur Spulenträger nach der Montage von rotorseitigen Elektroblechplatten in der Rotorwelle 1 befestigt werden und die Wicklungen von den Außenperipherien davon um die Spulenträger gewickelt werden. Es kann andere mögliche Weisen geben, wenn die Montagereihenfolge der Wicklungsspulen und das Verfahren zum Ausformen der Elektroblechplatten ausgeklügelt werden.
Die Motorkonfiguration wie in 63 gezeigt kann hergestellt werden, indem unter Verwendung eines Werkzeugs Elektroblechplatten geschnitten und gezogen werden, und kann somit mit hoher Produktivität und reduzierten Kosten hergestellt werden. Zu einer besonders hohen Produktivität kann es in dem Fall kommen, wenn ein Motor so klein ist, daß er jeden Kraftlinienweg mit einer Dicke einer Elektroblechplatte darstellen kann. Die Elektroblechplatten besitzen nicht nur die elektromagnetischen Eigenschaften, sie müssen auch aus einem Material sein, das ausgezeichnete Ausformeigenschaften besitzt. Jeder der mit den Elektroblechplatten hergestellten Teile muß eine Struktur und eine Form aufweisen, die hinsichtlich der Durchführbarkeit des Ziehprozesses und der Zweckmäßigkeit der Montage der Rotorwelle und der Wicklung 553 sowie des Lagers, des Motorgehäuses und dergleichen sorgfältig überlegt ist. Bei der Motorkonfiguration kann jeder der Teile mit drei oder mehr Elektroblechplatten strukturiert sein.
Unter Bezugnahme auf 64 folgt eine Beschreibung des den erfindungsgemäßen Motor ausmachenden weichmagnetischen Materials. 64 zeigt durch (a) einen amor phen Stapel. Amorph wird auch als amorphes Metall bezeichnet und ist, weil der Eisenverlust gering ist, hinsichtlich Hochfrequenzeigenschaften besonders ausgezeichnet. Bei Berücksichtigung einer bestimmten Eigenschaft von amorph jedoch, das heißt eine Eigenschaft, ein weichmagnetischer Materialfilm mit einer Dicke von etwa 25 Mikrometern zu sein, kann bei der Herstellung von Motoren eine bessere Effizienz erzielt werden, wenn unter Verwendung eines Klebers oder dergleichen eine gewisse Anzahl der amorphen Filme so gestapelt werden, daß man vor der Verarbeitung und Montage einen Stapel 561 mit einer gewissen Dicke erhält. Die Verarbeitung und Montage können vorgenommen werden, indem eine normale Elektroblechplatte 562 auf eine Seite oder beide Seiten des amorphen Stapels 561 geklebt wird, um eine Form wie durch (b) oder (c) von 64 gezeigt zu erhalten. Somit kann ein Verbundmaterial erhalten werden, indem der amorphe Stapel 561 und die Elektroblechplatte 562 geklebt werden, oder vielmehr können amorphe Filme gestapelt werden, indem als eine Basisplatte die Elektroblechplatte 562 mit einer gewissen Festigkeit verwendet wird. Dieses Verbundmaterial besitzt bei einem Stanzprozeß, der ein Metallmuster verwendet, eine gute Stanzqualität. Ein mit diesem Verbundmaterial fertiggestellter Motor wird das Merkmal besitzen, beispielsweise gute Verbundeigenschaften aufzuweisen, das heißt die Eigenschaft einer hohen Flußdichte, von der Elektroblechplatte 562 geerbt, und die Eigenschaft eines geringen Eisenverlustes, von dem amorphen Stapel 561 geerbt.
Zu spezifischen Maßnahmen für das Realisieren von dreidimensionalen Kraftlinienwegen zählt die Verwendung eines Staubkerns als ein Glied aus weichmagnetischem Material des erfindungsgemäßen Motors, wobei der Staubkern in den Flußrichtungen keine Begrenzung besitzt.
Der in 26 gezeigte Motor besitzt einen Statorkern 224, der mit einem Kühlweg 225 versehen ist. Eine Mischung aus gasförmiger Materie, wie etwa Luft und Gase, oder Flüssigkeit, wie etwa Wasser und Öl, oder Nebel können zum Kühlen des Motors durch den Kühlweg 225 geschickt werden.
Insbesondere können im Fall eines Außenrotormotors mit nahe bei der Mitte des Motors angeordneten Statorwicklungen einfache Kühlmittel in der Nähe der Mitte des Motors vorgesehen werden, um eine effektive Motorkühlung bei geringen Kosten zu realisieren. Im Fall eines Außenrotormotors mit einem innerhalb des Motors angeordneten Heizungsabschnitt ist die Kühleffizienz im allgemeinen niedrig. Für einen derartigen Außenrotormotor kann die obige Maßnahme ein wirksames Verfahren zum Lösen des Problems bereitstellen. Wenn ein auf eine niedrige Temperatur abgekühltes Kühlmedium durch den Kühlweg 225 geschickt wird, kann der Motor effektiver gekühlt werden. Der Kühlweg 225 kann mit einem Rohr wie etwa aus Metall oder Harz gebildet werden. Falls ein Motor auf ein Fahrzeug zum Fahren geladen wird, sind der Motor und eine Ansteuereinheit meistens integriert oder nahe beieinander angeordnet. In diesem Fall kann das Kühlen der Ansteuereinheit und das Kühlen des Motors in einer seriellen Verbindung durchgeführt werden.
26 zeigt ein Beispiel, bei dem jede der Wicklungen 219 und 220 aus einem Metallrohr mit einem kreisförmigen Querschnitt besteht. Der Motor kann gekühlt werden, indem eine Kühlmischung aus gasförmiger Materie, Flüssigkeit oder Nebel durch ein Mittelloch des Metallrohrs geschickt wird.
Zu geeigneten Materialien für das Metallrohr zählen Kupfer und Aluminium. Kupfer besitzt eine hohe elektrische Leitfähigkeit, aber auch eine hohe relative Dichte. Wenn eine Gewichtsreduktion sehr gefordert wird, kann deshalb Aluminium oder Aluminiumlegierung verwendet werden, um dem Zweck zu genügen. Da die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium nicht so hoch wie die von Kupfer ist, kann ein Hitzeerzeugungsproblem mit dem Metallrohr und einem Kühlmedium abgedeckt werden. Die Wicklung 221 in 26 zeigt ein Beispiel eines quadratischen Metallrohrs. Im Vergleich zu dem kreisförmigen Metallrohr kann das quadratische Metallrohr die Räume zwischen den Windungen der in einem Schlitz angeordneten Wicklung effizienter nutzen.
Im Fall eines herkömmlichen Motors wie in 87 gezeigt, war der Einsatz eines Kupferrohrs als Wicklung wegen der Verwendung von Wicklungen mit kleinem Durchmes ser unpraktisch. Für eine Vielpoligkeit des in 87 gezeigten Motors kann, wie man sich aus seinem Querschnitt denken kann, jeder Raum eines Schlitzes zum Anordnen einer Wicklung notwendigerweise noch kleiner werden. Der Motor der vorliegenden Erfindung kann jedoch strukturell eine Vielpoligkeit des Motors erleichtrn. Außerdem zieht die Vielpoligkeit nicht die Reduktion der Schlitzform zum Anordnen jeder Schleifenwicklung nach sich. Die Schlitzform bleibt unverändert. Wie man aus Gleichung (2) sehen kann, ist die Spannung einer Wicklung proportional zu der Winkelrate dψ/dθ der Anzahl von verknüpften Flüssen ψ. Dementsprechend gestattet eine Vielpoligkeit, daß die Winkelrate dψ/dθ der Anzahl verknüpfter Flüsse ψ proportional zur Anzahl der Pole groß wird, was eine Reduktion bei der Anzahl der Windungen jeder Phasenwicklung erforderlich macht. Infolgedessen kann eine Vielpoligkeit des erfindungsgemäßen Motors die Anzahl der Windungen jeder Wicklung reduzieren. Somit kann die an jedem Schlitz in 26 bereitzustellende Wicklung im Vergleich zu dem herkömmlichen Motor einen großen Durchmesser besitzen. Zudem kann der erfindungsgemäße Motor einfache Schleifenwicklungen verwenden. Folglich kann der Motor der vorliegenden Erfindung praktisch eine Wicklung aus einem Metallrohr aufnehmen, das auch als ein Kühlmechanismus dienen kann. Es versteht sich, daß das Verfahren zum Ausführen sowohl einer Stromzufuhr als auch des Kühlens mit einem Metallrohr auf verschiedene Motoren der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
Das Kühlverfahren, das einen Leiter eines Metallrohrs nutzt, kann ein Problem elektrischer Isolation beinhalten. Dies macht die Verwendung eines Kühlmediums mit hohen elektrischen Isolierungseigenschaften erforderlich. Die Verwendung von Hochdruckluft als Kühlmedium erfordert einen Filter, um den Eintritt von Fremdstoffen zu vermeiden. Die Verwendung von Kühlwasser erfordert ein Verfahren, um die elektrische Leitfähigkeit des Wassers auf einem niedrigen Niveau zu halten. Die Verwendung von Kühlöl ist relativ leicht, weil Öl eine geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Ein Ende jeder Wicklung ist mit einer Stromversorgungsleitung verbunden. Zusätzlich dazu erfordert ein Ende jeder Wicklung eine Behandlung, die einen Eintrag und Austrag eines Kühlmediums ermöglicht und dabei die elektrische Isolation auf einem gewissen Niveau hält.
Im folgenden konzentriert sich eine Erläuterung auf eine Länge MLP jedes Statorpols in der Rotorwellenrichtung, bei jeder der Phasen des Motors der vorliegenden Erfindung. Jede der 65 und 66 zeigt den in 15 gezeigten Vierphasenmotor mit einem Beispiel für Modifikationen bei den Formen der ausgeprägten Stator- und Rotorpole und der Wicklungen des Motors. Mit ML ist in 65 eine Länge des Stators in der Rotorwellenrichtung angegeben. Mit der Zahl 655 sind ausgeprägte A-Phase-Statorpole, mit 656 ausgeprägte B-Phase-Statorpole, mit 658 ausgeprägte C-Phase-Statorpole und mit 659 ausgeprägte D-Phase-Statorpole angegeben. Die Figur zeigt grob die Anordnung, und eine spezifische Konfiguration ist in 66 gezeigt. 66 ist eine lineare Entwicklung einer Umfangskonfiguration von individuellen Abschnitten in einer Luftspaltebene, wo der Stator und der Rotor einander zugewandt sind. Die horizontale Achse gibt einen Drehwinkel θ in elektrischem Winkel an, und die vertikale Achse gibt die Rotorwellenrichtung an. Wie in 66 gezeigt besitzt jeder der Statorpole jeder Phase in der Rotorwellenrichtung eine größere Konfiguration als die in 65 gezeigte Konfiguration, entlang der Seite jedes benachbarten Statorpols gegenseitig vorstehend. Jeder Statorpol besitzt in der Rotorwellenrichtung eine Länge MLP. Wenn die Anzahl der Phasen N "4" beträgt, gilt eine Beziehung MLP > ML/N = MLP/4. Wenngleich der in 65 gezeigte Querschnitt wegen der Notwendigkeit von Räumen für die Wicklungen diese Beziehung MLP > ML/N = MLP/4 besitzt, kann der gegenseitige Vorsprung entlang der Seite der benachbarten Statorpole gestatten, daß die Länge MLP groß ist. An den ausgeprägten Statorpolen in 66 angezeigte positive und negative Markierungen geben die Richtungen für das Weiterleiten der Magnetflüsse an.
Der Grund dafür, daß die Länge MLP jedes ausgeprägten Statorpols in der Rotorwellenrichtung groß ausgeführt wird, liegt somit darin, daß eine Drehrate dΦ/dθ des mit jedem ausgeprägten Statorpol und jeder Wicklung verknüpfenden Magnetflusses Φ erhöht werden muß, um die Momenterzeugung des Motors heraufzusetzen. Die Statorpolkonfigurationen der bisher bereitgestellten erfindungsgemäßen Motoren können auf ähnliche Weise modifiziert werden.
Mit 657 und 65E sind Kraftlinienwege zum Weiterleiten von Magnetflüssen angegeben, die einander durch einen kleinen zylindrischen Luftspalt gegenüberliegen. Diese Kraftlinienwege sind konfiguriert, Magnetflüsse von dem Rückjoch des Stators vergleichsweise ohne weiteres zum Rückjoch des Rotors weiterzuleiten.
Mit 651 ist ein Rotor und mit 652 und 653 sind ausgeprägte Pole des Rotors angegeben, wie in 9 gezeigt. Bei dem in 66 gezeigten Motor besitzen die ausgeprägten Rotorpole entlang des Umfangs die gleiche Phase. Einen Satz der ausgeprägten Rotorpole teilen sich die gegenüberliegenden zwei Sätze aus ausgeprägten Statorpolen. Mit 6522 in 66 sind Bereiche von ausgeprägten Abschnitten der ausgeprägten Rotorpole 652 und 654 angegeben.
66 zeigt, daß jede der Wicklungen 65B und 75C eine einfache Schleifengestalt besitzt. Jedoch besitzt jede der Wicklungen 65A und 65D eine schleifenförmige Form, die in der Rotorwellenrichtung wellenförmig ist, weil benachbarte Statorpole gegenseitig in der Rotorwellenrichtung vorstehen. Wenngleich die Länge der Wicklungen 65A und 65D groß wird, kann die Drehrate dΦ/dθ des verknüpften Magnetflusses Φ angehoben werden.
Jede der 67 und 68 zeigt den in 24 gezeigten Sechsphasenmotor mit einem Beispiel für Modifikationen bei den Konfigurationen der ausgeprägten Stator- und Rotorpole und der Wicklungen. Wenn definiert wird, daß Statorpole mit Flüssen in entgegengesetzten Richtungen die gleiche Phase aufweisen, kann dieser Motor als ein Dreiphasenmotor interpretiert werden. Mit 672 sind A- und D-Phase-Statorpole, mit 675 Bund E-Phase-Statorpole und mit 672 C- und F-Phase-Statorpole angegeben. 68 zeigt eine lineare Entwicklung einer Umfangskonfiguration von individuellen Abschnitten in einer Luftspaltebene, wo der Stator und der Rotor einander zugewandt sind. Die horizontale Achse gibt einen Drehwinkel θ in elektrischem Winkel an, und die vertikale Achse gibt die Rotorwellenrichtung an. Wie in 68 gezeigt, besitzt die Konfiguration jedes der Statorpole bei jeder Phase eine Länge in der Rotorwellenrichtung, wobei die Länge etwa 1/3 der Länge ML des Stators in der in 67 gezeigten Rotorwellenrichtung beträgt. Jeder Statorpol besitzt die Länge MLP in der Rotorwellenrich tung. Wenn die Anzahl der Phasen N "6" beträgt, gilt eine Beziehung MLP > ML/N = MLP/6.
In 68 besitzt jede der Wicklungen 673, 676 und 679 eine Form, die in der Rotorwellenrichtung wellenförmig vertieft ist, weil benachbarte Statorpole individuell entlang der Rotorwelle vorstehen. Mit 67A, 67B, 67C und 67D sind Glieder aus unmagnetischem Material angegeben, die den elektromagnetischen Effekt in der Rotorwellenrichtung unterbrechen.
Jede der 69 und 70 zeigt den in 67 und 68 gezeigten Sechsphasenmotor mit einem Beispiel für weitere Modifikationen. Durch 69D ist ein Rotor und durch 691 ein ausgeprägter Rotorpol angegeben, wo die in dem in 67 gezeigten Rotor angeordneten unmagnetischen Glieder entfernt sind, um über die ganze Länge des Rotors in der Rotorwellenrichtung eine homogene Konfiguration zu liefern. Mit 701 sind Bereiche des ausgeprägten Abschnitts des Rotors angegeben. Mit 672 sind A- und D-Phase-Statorpole, mit 675 B- und E-Phase-Statorpole und mit 672 C- und F-Phase-Statorpole angegeben. Mit 69A und 69C sind Glieder aus unmagnetischem Material angegeben. Mit 693, 696 und 699 sind Wicklungen angegeben.
70 ist eine Entwicklung, die Konfigurationen der ausgeprägten Statorpole und der Wicklungen zeigt. Die Länge MLP jedes ausgeprägten Statorpols in der Rotorwellenrichtung ist im Vergleich zu dem in 68 gezeigten Beispiel noch größer ausgeführt, wodurch die Drehrate dΦ/dθ des Flusses Φ groß sein kann.
71 zeigt den in 18 und 19 gezeigten Fünfphasenmotor mit einem Beispiel für Modifikationen. Mit 711 sind ausgeprägte A-Phase-Statorpole, mit 721 ausgeprägte B-Phase-Statorpole, mit 713 ausgeprägte C-Phase-Statorpole, mit 714 ausgeprägte D-Phase-Statorpole und mit 715 ausgeprägte E-Phase-Statorpole angegeben.
72 zeigt den in 66 gezeigten Sechsphasenmotor mit einem Beispiel für Modifikationen. Mit 721 sind ausgeprägte A-Phase-Statorpole, mit 722 ausgeprägte D-Phase- Statorpole, mit 723 ausgeprägte C-Phase-Statorpole, mit 724 ausgeprägte F-Phase-Statorpole, mit 725 ausgeprägte E-Phase-Statorpole und mit 726 ausgeprägte B-Phase-Statorpole angegeben. Mit 727 ist ein Kraftlinienweg angegeben, den sich die ausgeprägten Statorpole der individuellen Phasen teilen, um Magnetflüsse weiterzuleiten.
Mit 728, 729, 72A, 72B, 72C und 72D sind Wicklungen angegeben. Wie oben beschrieben können die Statorpole jeder Phase unabhängig erregt werden, ohne andere Phasen zu beeinflussen, indem den Statorpolen differentiell Strom zugeführt wird. Infolgedessen ermöglicht es bei einem Vergleich mit den in 68 und 70 gezeigten Beispielen der in 72 gezeigte Motor, obwohl er ein Reluktanzmotor ist, die Statorpole eng anzuordnen. Zudem können unter den sechs Phasen zwei oder drei Phasen simultan ein Moment erzeugen, wodurch eine effektive Momenterzeugung ermöglicht wird.
Aus der in 72 gezeigten Motorkonfiguration können der Kraftlinienweg 727 zum Weiterleiten von Flüssen und die Wicklung 72A entfernt werden. Dies entspricht einer Sechsphasenversion des in 71 gezeigten Fünfphasenmotors.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die 73 und 74 wird im folgenden ein Verfahren zum Reduzieren einer Flußleckage zwischen den Statorpolen durch Ausklügeln der Konfiguration und der Anordnung der Wicklungen beschrieben. 73 zeigt einen entlang einer Linie RJ-RJ von 71 genommenen Querschnitt, wo die gleichen Abschnitte mit den gleichen Referenzen bezeichnet sind.
Mit 71A ist ein Statorrückjoch angegeben. Mit 712 ist ein Querschnitt eines ausgeprägten B-Phase-Statorpols und mit 714 ein Querschnitt eines ausgeprägten D-Phase-Statorpols angegeben. Mit 716, 717, 718 und 719 sind Querschnitte der Wicklungen angegeben. Wie man aus dem in 73 gezeigten Beispiel und durch (a) von 74 sehen kann, besitzt jede dieser Wicklungen drei Windungen aus einem abgeflachten Leiter.
Diese Phasenwicklungen sind so angeordnet, daß sie die Statorpole der individuellen Phasen blockieren. Bei dieser Anordnung ist eine von jeder Wicklung ausgeübte mag netomotorische Kraft so ausgelegt, daß sie auf Endabschnitte der Statorpole jeder Phase wirkt, das heißt, sie ist ausgelegt, von den individuellen Statorpolen auf die Seite des Rotors einzuwirken. Infolgedessen kann eine zwischen den Statorpolen unterschiedlicher Phasen auftretende Flußleckage drastisch reduziert werden. Wenn aufgrund der abgeflachten Wicklung als eine durch (a) von 74 gezeigte Wicklung 718 die Flußleckage wie durch einen Pfeil 71B angegeben zunimmt, wird ein Wirbelstrom wie durch einen Pfeil 71C gezeigt induziert. Da dieser Wirbelstrom den Effekt hat, die Zunahme des Magnetflusses 71B zu verhindern, kann die zwischen den Statorpolen unterschiedlicher Phasen auftretende Flußleckage 71B reduziert werden.
Die Konfiguration der Wicklung des erfindungsgemäßen Motors ist nicht auf die beispielsweise durch (a) von 74 gezeigte eine Konfiguration beschränkt, kann aber radial unterteilt sein, wie durch (b) von 74 gezeigt. Alternativ kann auch ein normaler runder Draht oder eine Litze verwendet werden. Die durch Teile der Wicklung 718 fließenden Ströme bilden infolgedessen einen kombinierten Strom des Wirbelstroms, durch den Pfeil 71C gezeigt, und des der Wicklung 718 zugeführten Phasenstroms. Die Konfiguration der Phasenwicklungen ist nicht auf die beschränkt, wie sie in 73 gezeigt ist. Jede Wicklung braucht nur bis zur Nähe eines Öffnungsabschnitts der Statorpole angeordnet zu sein, um den Effekt auszuüben, daß eine Flußleckage zwischen den Statorpolen von unterschiedlichen Phasen reduziert wird.
Die Motoren der vorliegenden Erfindung sind unter Bezugnahme auf 1 bis 74 beschrieben worden. Diese Motoren können kombiniert werden, um einen integrierten Motor bereitzustellen. Beispielsweise können mehrere Motoren in der Rotorwellenrichtung benachbart sein, wobei ihre Phasen geändert sind, um einen Mehrphasenmotor darzustellen. Alternativ können zwei verschiedene Motoren auf einer Außendurchmesserseite und einer Innendurchmesserseite angeordnet sein, um den Platz innerhalb des Motors effektiver zu nutzen.
Zudem kann die Technik zum Konfigurieren der in 26 bis 74 gezeigten Motoren auf die in 1 bis 25 gezeigten Motoren angewendet werden, um jeweilige Effekte zu erhalten. Beispiele für gewisse kombinierte Konfigurationen sind erwähnt worden. Alle Kombinationen zu beschreiben, würde jedoch die Beschreibung vom Umfang her riesig machen und ist somit impraktikabel.
Beispielsweise können die folgenden Verfahren zum weiteren Erhöhen des Ausgabemoments bei dem durch (b) von 12 oder in 30 oder 32 gezeigten Motor bereitgestellt werden. Dies sind: der Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator kann reduziert werden; ein Motor kann viele Pole erhalten; die Permanentmagnete 477 und 478, wie in 52 gezeigt, zum Reduzieren der Flußleckage können mit geänderten Formen angeordnet werden; die Länge MLP jedes ausgeprägten Statorpols in der Rotorwellenrichtung kann groß gemacht werden, wie in 61 und 65 bis 72 gezeigt; die Wicklung zwischen Statorpolen kann abgeflacht werden, wie in 73 und 74 gezeigt, und kann so angeordnet werden, daß die Flußleckage zwischen den Statorpolen blockiert wird; es können stärkere Permanentmagnete und weichmagnetisches Material hoher Flußdichte und mit niedrigem Eisenverlust verwendet werden; und mehrere Motoren können zu einem einzelnen Motor an der Innen- und Außendurchmesserseite integriert werden. Durch Kombinieren dieser Techniken kann ein größeres Ausgabemoment eines Motors realisiert werden.
Es sind verschiedene Beispiele der die vorliegende Erfindung betreffenden Modi erörtert worden. Diese Modi können modifiziert werden, und auch solche Modifikationen sollen in der vorliegenden Erfindung enthalten sein. Beispielsweise können die Anzahlen der Phasen und Pole mehr als in den exemplifizierten Motoren heraufgesetzt werden. Insbesondere die Anzahl der Pole steht in starker direkter Beziehung zum Moment.
Hinsichtlich der Arten von Motoren sind hauptsächlich Innenrotormotoren mit einem zylindrischen Luftspalt erörtert worden. Diese Motoren können beispielsweise zu Außenrotormotoren und Motoren mit einem axialen Spalt mit einem scheibenartigen Luftspalt modifiziert werden. Alternativ kann ein Motor einen geringfügig verjüngten zylindrischen Luftspalt aufweisen. Insbesondere in diesem Fall können der Stator und der Rotor in der Rotorwellenrichtung verschoben werden, um die Länge des Luftspalts zu variieren, wodurch die Größe eines Magnetfelds variiert werden kann, damit die Motorspannung variabel wird. Mit dieser Spaltvariation kann eine konstante Ausgabesteuerung realisiert werden.
Bei den oben beschriebenen Motoren der vorliegenden Erfindung sind in der Rotorwellenrichtung durch die individuellen Wicklungen erzeugte elektromotorische Kräfte möglicherweise nicht ausgeglichen, so daß eine Gesamtsumme der Ströme genullt ist, wie im Fall der Dreiphasen-Sinuswellen-Wechselströme. Dementsprechend kann es je nach den Arbeitsbedingungen eines Motors zu einem Problem kommen, bei dem die Rotorwelle magnetisiert wird und Eisenpulver anzieht. Dieses Problem kann gelöst werden, indem eine Wicklung koaxial zur Rotorwelle hinzugefügt wird und indem Strom zum Aufheben der unausgeglichenen magnetomotorischen Kräfte zugeführt wird.
Alternativ können zwei Motoren elektromagnetisch symmetrisch so angeordnet sein, daß in der Rotorwelle keine magnetomotorische Kraft verbleibt, um dadurch das Problem der magnetomotorischen Kraft zu eliminieren. Wenn beispielsweise die Anordnungsreihenfolge der Statorpole umgekehrt eingestellt ist und die Stromrichtungen der Wicklungen umgekehrt eingestellt sind, können Richtungen der Momenterzeugung vereinheitlicht werden, während die magnetomotorische Kraft für die unausgeglichenen Ströme, die den Wicklungen zugeführt werden sollten, umgekehrt erzeugt wird. Somit kann eine Konfiguration so ausgeführt werden, daß sich die unausgeglichenen magnetomotorischen Kräfte der beiden Motoren gegenseitig aufheben können. Zudem können drei oder mehr elektromagnetisch unausgeglichene Motoren koaxial angeordnet werden, um ein elektromagnetisches Gleichgewicht zu erzielen.
Falls mehrere Motoren integriert oder mit Anwendungsmaschinerie von Motoren kombiniert sind, kann beispielsweise eine gemeinsame Nutzung von Teilen zu einer Vereinfachung führen. Alternativ kann eine derartige Struktur möglich sein, daß ein Abschnitt des erfindungsgemäßen Motors entfällt und entfernt wird.
Außer den normalen Siliziumstahlplatten zählen zu Gliedern aus weichmagnetischem Material amorphe Elektroblechplatten und Staubkerne, die erhalten werden, indem pulverförmiges Weicheisen einem Formpreßprozeß unterzogen wird. Insbesondere bei einem kleinen Motor können Elektroblechplatten Stanz-, Biege- und Schmiedeprozessen unterzogen werden, um ein dreidimensionales geformtes Teil auszubilden und somit einen Abschnitt des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Motors zu bilden.
Was die Wicklungen der Motoren angeht, sind hauptsächlich Schleifenwicklungen erörtert worden. Wicklungen brauchen jedoch nicht notwendigerweise kreisförmig zu sein, sondern können mehr oder weniger modifiziert werden, so daß jede Wicklung beispielsweise eine elliptische Form, eine Vieleckgestalt, eine teilweise vertiefte Form in der Rotorwellenrichtung beispielsweise für die Zweckmäßigkeit von Magnetkreisen aufweist. Wo alternativ Schleifenwicklungen mit einer Phasendifferenz von beispielsweise 180° in dem Stator angeordnet sind, kann ein geschlossener Kreis entstehen, indem halbkreisförmige Wicklungen mit anderen halbkreisförmigen Wicklungen verbunden werden, die eine Phasendifferenz von 180° aufweisen, so daß die Schleifenwicklungen zu halbkreisförmigen Wicklungen modifiziert werden können. Die Wicklungen können weiterhin zur Modifikation in Bogenwicklungen unterteilt werden.
Alternativ ist bisher eine Beschreibung von Motoren erfolgt, von denen jeder so konfiguriert ist, daß er in jeweiligen Schlitzen angeordnete Schleifenwicklungen besitzt. Es kann jedoch eine Struktur ohne Schlitz bereitgestellt werden, wo dünne Wicklungen nahe einer rotorseitigen Oberfläche angeordnet sind, um dadurch einen sogenannten kernlosen Motor zu erhalten.
Die Beschreibung erfolgte bisher auf der Basis einer Struktur, bei der die Statorpole und die Rotorpole der gleichen Phase in bezug auf elektrischen Winkel über den Umfang an der gleichen Position angeordnet sind. Um jedoch Momentwelligkeit, Schwingungen und Geräusche zu reduzieren, können die entlang des Umfangs angeordneten individuellen Abschnitte effektiv in der Umfangsrichtung oder in der Rotorwellenrichtung verschoben angeordnet sein, so daß die Oberschwingungskomponenten sich aufheben können. Insbesondere kann ein relevanter Motorabschnitt beispielsweise in zwei Grup pen von A und B unterteilt werden. Dann kann eine Gruppe oder Gruppe A des Motorabschnitts entlang des Umfangs um die Hälfte der Frequenz der problematischen Oberschwingungskomponenten verschoben werden, wodurch sich die Oberschwingungskomponenten aufheben können.
Diese verschiedenen Modifikationen der Motoren sollen in der vorliegenden Erfindung enthalten sein, sofern die Modifikationstechniken in den Gedanken der vorliegenden Erfindung fallen.
Im folgenden werden eine Ansteuerschaltung und ein Ansteuerverfahren zum Steuern und Ansteuern des erfindungsgemäßen Motors beschrieben.
75 zeigt eine Schaltung mit drei Wicklungen 737, 738 und 739, die breite Anwendung als eine Ansteuerschaltung für einen Reluktanzmotor findet. Ströme, obwohl sie Einwegeströme sind, können frei durch die drei Wicklungen 737, 738 und 739 geschickt werden und somit kann die Schaltung für unterschiedliche Ansteuerverfahren genutzt werden. Mit den Zahlen 731, 732, 733, 734, 735 und 736 sind Leistungssteuerelemente angegeben, das heißt sogenannte IGBTs, Leistungs-FETs oder dergleichen, die zu einer Ein/Aus-Steuerung von Strömen in der Lage sind. Eine Diode ist an jedes der Leistungselemente angeschlossen, um einen entgegengesetzt gerichteten Strom zu liefern. Diese Diode liefert immer dann Strom, wenn jedes Leistungselement abgeschaltet ist. Zu diesem Zeitpunkt ist jede Diode in der Lage, eine Regeneration für eine Stromquelle für magnetische Energie des Motorinneren und die Verdrahtungsabschnitte und eine Regeneration für eine Stromquelle für kinetische Energie des Motors und die Motorlast durchzuführen. Mit der Zahl 730 ist eine DC-Stromquelle angegeben.
Der in 87 gezeigte geschaltete Reluktanzmotor kann auch unter Verwendung der in 13 gezeigten Steuerschaltung gesteuert werden.
77 zeigt das Ansteuern und Steuern des in 8 gezeigten Motors durch Verwenden der in 75 gezeigten Ansteuerschaltung. Die A-Phase-Wicklung 24 von 8 entspricht einer Wicklung 737 von 57. Analog entspricht die Wicklung 25 einer Wicklung 738 und die Wicklung 26 einer Wicklung 739. Die horizontale Achse von 61 gibt eine Drehposition des Rotors in bezug auf elektrischen Winkel an, um dadurch eine Zeitsteuerung jedes Leistungselements anzugeben. Die vertikale Achse gibt die Steuerung/Nichtsteuerung jedes Leistungselements an, wobei "1" einen "Steuerbereich" angibt und "0" einen "Nicht-Steuerbereich" angibt. Der "Steuerbereich" bezieht sich auf eine Impulsbreitenmodulationssteuerung oder eine sogenannte PWM-Steuerung jedes Leistungselements zum Zuführen von Strom zu jeder Wicklung. Dementsprechend können die Ausdrücke "Steuerbereich" und "Nicht-Steuerbereich" durch die Ausdrücke "Leistungszufuhrbereich" bzw. "Nicht-Leistungszufuhrbereich" für jede Wicklung ersetzt werden. Der "Nicht-Steuerbereich" bedeutet nicht notwendigerweise, daß ein relevantes Leistungssteuerelement daran gehindert wird, Strom zu liefern, sondern kann beispielsweise bedeuten, daß alle drei Wicklungen 737, 738 und 739 ständig mit Strom versorgt werden, aber so gesteuert werden, daß sie unterschiedliche Stromgröße aufweisen. Insbesondere kann diese Stromsteuerung unterschiedlich durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein stetiger Strom während eines gewissen Drehbereichs des Rotors zugeführt werden, oder der Stromwert kann graduell erhöht werden oder der Strom kann eine trapezförmige oder sinusförmige Form besitzen. Natürlich kann die Größe des Stroms variabel sein. Alternativ kann der Motor unter Spannungssteuerung anstatt unter Stromsteuerung angesteuert werden. Zudem können verschiedene Verfahren für die Strommodulation unter PWM verwendet werden.
77 zeigt durch (a), daß das Leistungselement 731 mit einem Bereich von "1" gesteuert wird. 77 zeigt mit (b) das Leistungselement 732, mit (c) das Leistungselement 733, mit (d) das Leistungselement 734, mit (e) das Leistungselement 735 und mit (f) das Leistungselement 736, die mit einem Bereich von "1" gesteuert werden. In diesem Fall stehen die ausgeprägten A-Phase-Rotor- und Statorpole 18 und 19 des in 8 gezeigten Motors in einer Anordnungsbeziehung, beispielsweise wie in 45 gezeigt, im Bereich von 0 bis 120° von 77. Das heißt, diese ausgeprägten Pole stehen in einer Beziehung, wo die Stromzufuhr zu der Wicklung 737 durch die Leistungselemente 731 und 732 von 75 im Motor von 8 ein Moment erzeugt. Wenn sich der Rotor in diesem Zustand dreht, werden die zu betätigenden Leistungselemente sequentiell gewechselt, und auch die Phasen der ausgeprägten Rotor- und Statorpole werden sequentiell in der Reihenfolge A, B, C, A... gewechselt. Zusammengefaßt werden in dem elektrischen Winkelbereich von 0 bis 120° die Leistungselemente 731 und 732 gesteuert, der Wicklung 737 einen durch (g) von 77 gezeigten Strom CC1 zuzuführen, wodurch die ausgeprägten Rotor- und Statorpole 18 und 19 des in 8 gezeigten Motors in die in 45 gezeigte Beziehung gebracht werden, wodurch eine durch den Strom verursachte magnetomotorische Kraft für die Induktion von Magnetflüssen angelegt wird, um dadurch im Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn zu erzeugen. In einem Bereich des elektrischen Winkels von 120 bis 240° werden die Leistungselemente 733 und 734 gesteuert, der Wicklung 738 einen durch (h) von 77 gezeigten Strom CC2 zuzuführen, wodurch die ausgeprägten Rotor- und Statorpole 20 und 21 des in 8 gezeigten Motors in die in 45 gezeigte Beziehung gebracht werden, wodurch eine durch den Strom verursachte magnetomotorische Kraft für die Induktion von Magnetflüssen angelegt wird, um dadurch im Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn zu erzeugen. In einem Bereich des elektrischen Winkels von 240 bis 360° werden die Leistungselemente 735 und 736 gesteuert, der Wicklung 739 einen durch (i) von 77 gezeigten Strom CC3 zuzuführen, wodurch die ausgeprägten Rotor- und Statorpole 22 und 23 des in 8 gezeigten Motors in die in 45 gezeigte Beziehung gebracht werden, wodurch eine durch den Strom verursachte magnetomotorische Kraft für die Induktion von Magnetflüssen angelegt wird, um dadurch im Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn zu erzeugen.
Viele der Gebiete in dem in 77 gezeigten Stromsteuerbereich können eine simultane Ansteuerung von zwei Sätzen der Phasen ermöglichen. Wie in 77 durch gestrichelte Linien gezeigt, kann jeder Steuerbereich vergrößert werden. Wenn der in 8 gezeigte Motor ein umgekehrtes Moment oder ein Moment im Uhrzeigersinn erzeugt, werden die einander zugewandten Abschnitte der ausgeprägten Rotor- und Statorpole von 45 entlang des Umfangs zu den entgegengesetzten Enden verschoben, wie aus der in 45 gezeigten Beziehung leicht abgeschätzt werden kann. Somit wird die Beziehung zwischen der Drehposition des Rotors und dem Stromversorgungsbereich dras tisch geändert.
Im folgenden wird ein Stromansteuerverfahren für den durch (a) von 12 gezeigten Motor beschrieben. Für den in 8 gezeigten Motor sind die elektromagnetischen Funktionsweisen der Phasen A, B und C voneinander unabhängig gewesen. Der durch (a) von 12 gezeigte Motor bewirkt eine elektromagnetische Interferenz zwischen den Phasen B und C des Motors, was die Änderung der Steuerung notwendig macht. Die Steuerschaltung ist die in 75 gezeigte, bei der die A-Phase-Wicklung 39 der Wicklung 737 von 57 entspricht. Analog entspricht die Wicklung 40 der Wicklung 738 und die Wicklung 41 der Wicklung 739. Der Arbeitsbereich jedes Leistungselements kann sich wie in 78 gezeigt ergeben.
In dem Bereich des elektrischen Winkels von 0 bis 120° werden die Leistungselemente 731 und 732 gesteuert, der Wicklung 737 einen durch (g) von 78 gezeigten Strom CC4 zuzuführen, wodurch die ausgeprägten Rotor- und Statorpole 31 und 32 des durch (a) in 12 gezeigten Motors in die in 45 gezeigte Beziehung gebracht werden, wodurch eine durch den Strom verursachte magnetomotorische Kraft für die Induktion von Magnetflüssen angelegt wird, um dadurch im Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn zu erzeugen.
In dem Bereich des elektrischen Winkels von 120 bis 240° werden die Leistungselemente 733 und 734 gesteuert, der Wicklung 738 einen durch (h) von 78 gezeigten Strom CC5 zuzuführen, und gleichzeitig werden die Leistungselemente 735 und 736 gesteuert, der Wicklung 739 einen durch (i) von 78 gezeigten Strom CC6 = -CC5 zuzuführen, wobei der Strom der Kehrwert des Stroms der Wicklung 738 ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die ausgeprägten Rotor- und Statorpole 20 und 21 des durch (a) von 12 gezeigten Motors in die in 45 gezeigte Beziehung gebracht, wodurch eine durch den Strom verursachte magnetomotorische Kraft für die Induktion von Magnetflüssen angelegt wird, um dadurch in dem Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn zu erzeugen. Dabei wird zwischen den ausgeprägten Rotor- und Statorpolen 37 und 38 eine magnetomotorische Kraft angelegt, die den Strom CC5 + CC6 = CC5 – CC5 = 0 er zeugen soll. Da eine Summe der beiden Ströme null ist, wird keine magnetomotorische Kraft ausgeübt. Infolgedessen wird dann zwischen den ausgeprägten Rotor- und Statorpolen 37 und 38 nur ein kleiner Magnetfluß induziert und dadurch kein Moment erzeugt.
Bei einem Bereich des elektrischen Winkels von 240 bis 360° werden die Leistungselemente 735 und 736 gesteuert, der Wicklung 739 einen Strom CC7 zuzuführen, wodurch die ausgeprägten Rotor- und Statorpole 37 und 38 des durch (a) von 12 gezeigten Motors in die in 45 gezeigte Beziehung gebracht werden, wodurch eine durch den Strom verursachte magnetomotorische Kraft für die Induktion von Magnetflüssen angelegt wird, um dadurch im Rotor ein Moment entgegen dem Uhrzeigersinn zu erzeugen.
Bei dem durch (a) von 12 gezeigten Motor wurde der durch die Wicklung 40 geschickte Strom gegenüber dem durch die Wicklung 39 geschickten Strom umgekehrt. Das Schicken eines umgekehrten Stroms zu der Wicklung 40 entspricht dem Versehen der Wicklung mit umgekehrten Windungen. Es entspricht auch dem Umkehren der Verbindung von der Steuerschaltung zur Wicklung.
79 zeigt ein Beispiel, bei dem das durch (a) von 12 gezeigte Motormodell in der Reihenfolge der Phasen A, B und C in Synchronisation mit der Drehposition des Rotors. sequentiell mit dem in 78 gezeigten Stromzufuhrmodus gesteuert wird. Bei der Steuerung wird eine Magnetfeldanalyse für die dreidimensionale Konfiguration des Motors durchgeführt, indem eine nichtlineare Finite-Element-Methode mit Hilfe eines Computers verwendet wird, um das Ausgabemoment des Motors zu berechnen. Die horizontale Achse gibt den elektrischen Winkel und die vertikale Achse das Ausgabemoment des Motors an. Die Momente T-A, T-B und T-C sind die Momente, die von den ausgeprägten Rotor- und Statorpolen erzeugt werden, wenn Ströme für die jeweiligen Phasen A, B und C an die relevanten Wicklungen über einen Bereich von 120° elektrischer Winkel geliefert werden. Es kann bestätigt werden, daß insbesondere das B-Phase-Moment T-B, das sich aus dem Differentialbetrieb ergibt durch Schicken von umgekehrten Strömen durch die beiden Wicklungen 40 und 41, mit der Theorie übereinstimmt. Wie zu sehen ist, liegt bei der Frequenz von 120° elektrischer Winkel eine Momentwelligkeit vor. Eine Momentwelligkeit von diesem Grad jedoch kann Raum für viele Anwendungen schaffen. Viele Maßnahmen können ergriffen werden, um diese Momentwelligkeit zu reduzieren, einschließlich: Verbessern der Polkonfiguration des Motors; Zuführen jedes Phasenstroms auch im Bereich von 120 bis 180° elektrischer Winkel und Bewirken einer Kompensation durch die Stromamplitude. Es besteht also Platz für Verbesserung.
76 zeigt eine weitere Schaltung zum Steuern eines Einwegestroms von Dreiphasenwicklungen. Zusätzlich zu einer DC-Stromquelle 730 ist diese Schaltung mit einer ähnlichen DC-Stromquelle oder einer zweiten DC-Stromquelle 73D versehen, die einfach aus einem Kondensator besteht. Diese Schaltung basiert auf einem Doppelstromquellensystem, das mit einem DC-DC-Konverter 73E versehen ist und eine Verschiebung von in der DC-Stromquelle 73D gespeicherten Energie zu der DC-Stromquelle 730 ermöglicht. Diese Steuerschaltung ist eine wohlbekannte Steuerschaltung, die auch den in 87 gezeigten geschalteten Reluktanzmotor ansteuern kann.
Der Strom der Wicklung 737 wird von dem Leistungselement 732 gesteuert, und wenn das Leistungselement 732 abgeschaltet ist, wird der Strom regenerativ durch eine Diode 73A an die zweite DC-Stromquelle 73D geschickt. Analog wird der Strom der Wicklung 738 durch das Leistungselement 734 gesteuert, und wenn das Leistungselement 734 abgeschaltet ist, wird der Strom regenerativ durch eine Diode 73B an die zweite DC-Stromquelle 73D geschickt. Der Strom der Wicklung 739 wird von dem Leistungselement 736 gesteuert, und wenn das Leistungselement 736 abgeschaltet ist, wird der Strom regenerativ durch eine Diode 73C zur zweiten DC-Stromquelle 73D geschickt. Um eine Regeneration der magnetischen Energie mit diesem System zu ermöglichen, muß die Spannung der zweiten DC-Stromquelle 73D im Vergleich mit der DC-Stromquelle 730 in einem Ausmaß groß sein, das nicht ignoriert werden kann. Ansonsten kann die Regenerationszeit nicht reduziert werden. Wenn beispielsweise die Spannung der DC-Stromquelle 730 200 V beträgt, sollte die zweite DC-Stromquelle 73D eine Spannung von 50 V oder mehr aufweisen.
Die in 76 gezeigte Steuerschaltung besitzt ein Merkmal, daß die Anzahl der Leistungselemente klein ist, wobei die Elemente für die Stromzufuhr zu den Wicklungen direkt erforderlich sind. Der DC-DC-Konverter 73E kann auf unterschiedliche Weisen strukturiert sein, einschließlich vergleichsweise einfacher Strukturen. Die Steuerschaltungen von mehreren Motoren können sich den DC-DC-Konverter 73E teilen. Wenn beispielsweise fünf Motoren gesteuert werden, kann der DC-DC-Konverter 73E als eine einzelne Struktur verwendet werden. Was die Steuerschaltung pro einzelnen Motor betrifft, ist es dementsprechend möglich, die Kosten für den DC-DC-Konverter und den Raum für die Steuereinheit zu reduzieren. Außerdem kann die in 76 gezeigte Steuerschaltung eine Stromsteuerung für die in 77 und 78 gezeigten Motoren durchführen.
80 zeigt eine Steuerschaltung zum Bewirken einer Steuerung von Strömen für drei Wicklungen mit vier Leistungselementen 4. Der Strom einer Wicklung 775 wird von Leistungselementen 771 und 772 gesteuert, der Strom einer Wicklung 776 wird von Leistungselementen 771 und 774 gesteuert, und der Strom einer Wicklung 777 wird von den Leistungselementen 773 und 774 gesteuert. Es soll nun ein Fall erörtert werden, wo der durch (a) von 12 gezeigte Motor angesteuert wird. Die durch (a) von 12 gezeigte Wicklungen 39, 40 und 41 entsprechen den in 80 gezeigten Wicklungen 775, 776 bzw. 777. Ein von dem Leistungselement 771 gesteuertes Gebiet ist durch (a) von 81 gezeigt, ein von dem Leistungselement 772 gesteuertes Gebiet ist durch (b) von 81 gezeigt, ein durch das Leistungselement 773 gesteuertes Gebiet ist durch (c) von 81 gezeigt, und ein durch das Leistungselement 774 gesteuertes Gebiet ist durch (d) von 81 gezeigt.
Wie in 81 gezeigt, bewirken die Leistungselemente 771 und 772 eine Steuerung als Funktion des elektrischen Winkels im Bereich von 0° bis 120° entlang des Umfangs des Motors, um den Strom der Wicklung 775 zu steuern, durch (g) von 81 gezeigt.
In einem Bereich von 120° bis 240° steuern die Leistungselemente 771, 774 und 773 Ströme der Wicklungen 776 und 777, durch (h) und (i) von 81 gezeigt.
In einem Bereich von 240° bis 360° steuern die Leistungselemente 773 und 774 den Strom der Wicklung 777, durch (i) von 81 gezeigt.
Wenn die durch (g), (h) und (i) von 81 gezeigten Ströme durch die in 80 gezeigte Steuerschaltung gesteuert werden und wenn Strom durch eine bestimmte Wicklung zu einem Stromschaltzeitpunkt geschickt wird, müssen die magnetische Energie und der Strom der fraglichen Wicklung regenerativ an die DC-Stromquelle 730 in einem Ausmaß geschickt werden, das keinen eigentlichen Schaden verursacht, bevor die Stromzufuhr zu der nachfolgenden Wicklung gestartet wird. Deshalb wird die Operation etwas verzögert. Wenn beispielsweise die Leistungselemente 771 und 772 abgeschaltet werden, während Strom durch die Wicklung 775 geschickt wird, wird der Strom regenerativ durch die Dioden 77A und 77B an die DC-Stromquelle 730 geschickt. Infolgedessen fluktuiert das Potential an der Wicklung 775 und wird umgekehrt, was für die Steuerung der nachfolgenden Stromversorgung zu der Wicklung 776 zu einer Unbequemlichkeit fährt. Wenngleich die Zeitperiode in der Größenordung von 0,001 bis 0,01 Sekunden kurz sein kann, kann das Ausgabemoment des Motors intermittierend werden. Dies erzeugt meistens kein Problem bei langsamer Drehung, weil die Abwesenheit von Strom kurz sein kann und ein Verhältnis der Häufigkeit niedrig ist. Bei schneller Drehung jedoch kann die Verzögerungszeit bei der Operation ein mittleres Moment verschlechtern.
Zudem muß möglicherweise das Leistungselement 774 folglich die Ströme der Wicklungen 776 und 777 auf einer simultanen Basis schicken, was zu der Notwendigkeit führt, die Stromkapazität des Leistungselements 774 um einen Faktor von etwa zwei zu erhöhen.
Die in 80 gezeigte Steuerschaltung besitzt das Merkmal, daß nur vier Leistungselemente erforderlich sind und somit die Kosten und der Raum reduziert werden können.
Der Zusatz einer Diode 778 kann verhindern, daß Strom umgekehrt an die Wicklung 776 geschickt wird. Ein kleiner Motor mit ausreichend großem Wicklungswiderstand kann eine Steuerung ermöglichen, ohne daß die Zeitsteuerung der in 81 gezeigten regenerativen Operation berücksichtigt werden muß.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer Konfiguration beschrieben, die selbst dann keine Erhöhung der Stromkapazität erfordert, wenn Ströme durch zwei Wicklungen geschickt werden. Die Wicklungen 40 und 41, die eine simultane Stromversorgung im Bereich von 120° bis 240° elektrischer Winkel von 81 erfordern, werden von den Wicklungen 775 bzw. 777 der in 80 gezeigten Steuerschaltung angesteuert. Die Wicklung 39 ist an der Wicklung 776 von 80 angeordnet. Auf diese Weise kann eine simultane Stromzufuhr zu den Wicklungen 40 und 41 gestatten, daß jedes der Leistungselemente einen mittleren Strom aufweist, wodurch die Notwendigkeit entfällt, die Stromkapazität des Leistungselements um einen Faktor von zwei zu erhöhen. In dem Fall jedoch müssen die Leistungselemente 771 und 774 in dem obigen Bereich gesteuert werden, damit sie nicht simultan in einen eingeschalteten Zustand gebracht werden. Wenn die Leistungselemente 771 und 774 simultan eingeschaltet werden, kann Strom nachteiligerweise an die Wicklung 776 im Bereich von 120° bis 240° geschickt werden.
Ein weiteres Verfahren zum Lösen des Problems der Regenerationszeit kann erreicht werden durch Bereitstellen einer Konfiguration, die zusätzlich mit der zweiten DC-Stromquelle 73E von 76 versehen ist, wobei die Dioden 77A und 77C mit der zweiten DC-Stromquelle 73E verbunden sind. Bei dieser Konfiguration kann magnetische Energie regenerativ durch die Dioden 77A und 77C zu der zweiten DC-Stromquelle 73E geschickt werden. Dies kann die Notwendigkeit eliminieren, Zeit für die oben erläuterte Regeneration zu nehmen, und kann die Stromsteuerung wie durch (g), (h) und (i) von 78 gezeigt erreichen.
Es versteht sich, daß die Steuerschaltung mit der in 80 gezeigten Konfiguration sich möglicherweise auf den durch (b) von 12 gezeigten Motor und den in 16 gezeigten Vierphasenmotor anwenden läßt. Außerdem kann die Steuerschaltung mit der in 80 gezeigten Konfiguration in der Lage sein, den in 87 gezeigten geschalteten Reluktanzmotor anzusteuern. Die Steuerschaltung von 80 kann theoretisch eine Konfiguration besitzen, bei der die Leistungselemente so angeordnet sind, daß die positiven und negativen Richtungen für die DC-Stromquelle 730 symmetrisch umgekehrt sind. Somit kann auch diese Konfiguration in der vorliegenden Erfindung enthalten sein.
82 zeigt eine Steuerschaltung zum Steuern von Strömen von drei Wicklungen durch Einsatz von vier Leistungselementen. Im Gegensatz zu der in 80 gezeigten Steuerschaltung gestattet diese Steuerschaltung nicht, die Ströme zu einem spezifischen Leistungselement zu sammeln. Deshalb ist es nicht erforderlich, die Stromkapazität zu erhöhen.
Ein Strom einer Wicklung 795 wird von Leistungs-elementen 791 und 792 gesteuert, Strom einer Wicklung 796 wird von Leistungselementen 793 und 792 gesteuert, und Strom einer Wicklung 797 wird in Reihe mit der Wicklung 796 durch die Leistungselemente 793 und 792 gesteuert. Strom wird auf diese Weise zugeführt. Folgendes ist der Zweck, die seriell für die Anlegung einer Spannung geschalteten Wicklungen 797 und 796 zu steuern. Das heißt, der Zweck besteht darin, eine Steuerung so zu bewirken, daß für den Fall, daß beide Wicklungen einen bestimmten Statorpol differentiell erregen können, eine Summe der in beiden Wicklungen induzierten Spannungen einen bestimmten Wert nicht übersteigen darf und daß meistens die induzierte Spannung einer Wicklung genullt wird, wie später beschrieben wird.
Die Beschreibung konzentriert sich nun auf einen Fall, wo der durch (a) von 12 gezeigte Motor angesteuert wird. Die durch (a) von 12 gezeigten Wicklungen 39, 40 und 41 entsprechen den in 82 gezeigten Wicklungen 795, 777 und 776. Ein von einem Leistungselement 791 gesteuertes Gebiet entspricht (a) von 83, ein von einem Leistungselement 792 gesteuertes Gebiet entspricht (b) von 83, ein von dem Leistungelement 793 gesteuertes Gebiet entspricht (c) von 83 und ein von einem Leistungselement 794 gesteuertes Gebiet entspricht (d) von 83.
Wie in 83 gezeigt, bewirken die Leistungselemente 791 und 792 eine Steuerung in einem Bereich von 0° bis 120° als Funktion des elektrischen Umfangswinkels des Motors zum Zuführen von Strom zu der Wicklung 795, wie durch (g) von 83 angegeben.
Die Leistungselemente 793 und 792 bewirken eine Steuerung in einem Bereich von 120° bis 240° zum seriellen Zuführen von Strömen zu den Wicklungen 796 und 797, wie durch (h) von 83 angegeben. Dies bedeutet, daß umgekehrte Ströme durch die Wicklungen 40 und 41 in dem durch (a) von 12 gezeigten Motor zugeführt werden. Eine Summe der Magnetflüsse, mit beiden dieser Wicklungen verknüpft, ist äquivalent einem Fluß ϕb, der durch die ausgeprägten Statorpole 36 fließt. Dementsprechend entspricht eine Summe der in beiden der Wicklungen induzierten Spannung einer Änderungsrate des Flusses ϕb, ausgedrückt durch dϕb/dt. Beispielsweise wird die Summe der Spannung einem an der Wicklung 41 erzeugten Wert der Spannungsamplitude äquivalent sein, wenn die ausgeprägten C-Phase-Statorpole 38 erregt werden. Somit wird selbst dann kein Spannungsproblem verursacht, wenn die Wicklungen 796 und 797 in Reihe angesteuert werden.
Die Leistungselemente 793 und 794 bewirken eine Steuerung im Bereich 240° bis 360° zum Zuführen eines Stroms zu der Wicklung 796, wie durch (i) von 83 angegeben.
Falls die durch (g), (h) und (i) von 83 gezeigten Ströme durch die in 82 gezeigte Steuerschaltung gesteuert werden und wenn Strom durch eine bestimmte Wicklung zu einem Stromschaltzeitpunkt geschickt wird, müssen die magnetische Energie und der Strom der fraglichen Wicklung regenerativ an die DC-Stromquelle 730 in einem Ausmaß geschickt werden, das keinen eigentlichen Schaden verursacht, bevor die Stromzufuhr zu der nachfolgenden Wicklung gestartet wird. Deshalb wird die Operation etwas verzögert. Wenn beispielsweise die Leistungselemente 791 und 792 abgeschaltet werden, während Strom durch die Wicklung 795 geschickt wird, wird der Strom regenerativ durch die Dioden 77A und 77B an die DC-Stromquelle 730 geschickt. Infolgedessen fluktuiert das Potential an der Wicklung 795 und wird umgekehrt, was für die Steuerung der nachfolgenden Stromversorgung zu der Wicklung 797 zu einer Unbebequemlichkeit führt. Wenngleich die Zeitperiode in der Größenordung von 0,001 bis 0,01 Sekunden kurz sein kann, kann das Ausgabemoment des Motors intermittierend werden. Dies erzeugt meistens kein Problem bei langsamer Drehung, weil die Abwesenheit von Strom kurz sein kann und ein Verhältnis der Häufigkeit niedrig ist. Bei schneller Drehung jedoch kann die Verzögerungszeit bei der Operation ein mittleres Moment verschlechtern.
Wie bei dem in 80 gezeigten Beispiel kann eine Steuerung so bewirkt werden, daß Ströme zweier Wicklungen nicht überlappt an die Leistungselemente 791, 792, 793 und 794 geschickt werden. Somit besteht vorteilhafterweise keine Notwendigkeit für eine Erhöhung einer Stromkapazität eines spezifischen Leistungselements um einen Faktor von etwa zwei. Die in 82 gezeigte Steuerschaltung besitzt das Merkmal, daß nur vier Leistungselemente erforderlich sind und daß somit Kosten und Raum reduziert werden können.
Der Zusatz der Diode 778 kann verhindern, daß Strom umgekehrt an die Wicklung 797 geschickt wird. Ein kleiner Motor mit ausreichend großem Wicklungswiderstand kann eine Steuerung ermöglichen, ohne daß die Zeitsteuerung der in 81 gezeigten regenerativen Operation berücksichtigt werden muß.
Ein weiteres Verfahren zum Lösen des Problems der Regenerationszeit kann erreicht werden durch Bereitstellen einer Konfiguration, die zusätzlich mit der zweiten DC-Stromquelle 73E von 76 versehen ist, wobei die Dioden 77A und 77C mit der zweiten DC-Stromquelle 73E verbunden sind. Bei dieser Konfiguration kann magnetische Energie regenerativ durch die Dioden 77A und 77C zu der zweiten DC-Stromquelle 73E geschickt werden. Dies kann die Notwendigkeit eliminieren, Zeit für die oben erläuterte Regeneration zu nehmen, und kann die Stromsteuerung wie durch (g), (h) und (i) von 78 gezeigt erreichen.
Die Steuerschaltung mit der in 80 gezeigten Konfiguration kann auf die Steuerung des durch (b) von 2 gezeigten Motors und des in 16 gezeigten Vierphasenmotors angewendet werden. Die Wicklungen 50, 51 und 52 entsprechen den in 82 gezeigten Wicklungen 795, 797 und 796. Strom wird der Wicklung 795 zugeführt, wenn die Phase A angesteuert wird, Strom wird seriell den Wicklungen 795 und 797 zugeführt, wenn die Phase B angesteuert wird, und Strom wird seriell den Wicklungen 796 und 797 zugeführt, wenn die Phase C angesteuert wird. In diesem Fall sollte die Tatsache beachtet werden, daß die Richtung des zu der Wicklung 797 geschickten Stroms umgekehrt ist.
Die Steuerschaltung von 80 kann theoretisch eine Konfiguration besitzen, bei der die Leistungselemente so angeordnet sind, daß die positiven und negativen Richtungen für die DC-Stromquelle 730 symmetrisch oder umgekehrt sind. Somit kann auch diese Konfiguration in der vorliegenden Erfindung enthalten sein.
84 zeigt eine Steuerschaltung zum Steuern von Strömen von drei Wicklungen mit vier Leistungs-elementen. Im Gegensatz zu der in 80 gezeigten Steuerschaltung gestattet diese Steuerschaltung nicht, Ströme zu einem spezifischen Leistungselement zu sammeln. Deshalb ist es nicht erforderlich, die Stromkapazität zu erhöhen. Außerdem ist es unwahrscheinlich, daß eine Stromrichtung einer bestimmten Wicklung während der Drehung des Rotors umgekehrt wird, wie in dem Fall, wo der durch (b) von 12 gezeigte Motor von der in 82 gezeigten Steuerschaltung angesteuert wird.
Der Strom einer Wicklung 815 wird von Leistungselementen 811 und 812 gesteuert, der Strom einer Wicklung 816 wird von Leistungselementen 813 und 812 oder von Leistungselementen 813 und 814 gesteuert. Weiterhin wird der Strom einer Wicklung 817 von den Leistungselementen 811 und 814 oder von den Leistungselementen 813 und 814 in Reihe mit der Wicklung 815 oder 816 gesteuert. Die Stromversorgung erfolgt auf diese Weise. Die seriell geschalteten beiden Wicklungen besitzen eine Beziehung, wo eine Summe der in beiden der Wicklungen induzierten Spannungen einen vorbestimmten Wert nicht übersteigen darf. Üblicherweise wird eine Steuerung so bewirkt, daß die in einer Wicklung induzierte Spannung genullt wird. Dementsprechend wird selbst dann kein Spannungsproblem verursacht, wenn die beiden Wicklungen seriell geschaltet sind.
Die Beschreibung konzentriert sich nun auf einen Fall, wo der durch (a) von 12 gezeigte Motor angesteuert wird. Die durch (a) von 12 gezeigten Wicklungen 39, 40 und 41 entsprechen den in 82 gezeigten Wicklungen 811, 817 und 816. Ein von einem Leistungselement 811 gesteuertes Gebiet entspricht (a) von 85, ein von einem Leistungselement 812 gesteuertes Gebiet entspricht (b) von 85, ein von dem Leistungelement 813 gesteuertes Gebiet entspricht (c) von 85 und ein von einem Leistungselement 814 gesteuertes Gebiet entspricht (d) von 85.
Wie in 85 gezeigt, bewirken die Leistungselemente 811 und 812 eine Steuerung in einem Bereich von 0° bis 120° als Funktion des elektrischen Umfangswinkels des Motors zum Zuführen von Strom zu der Wicklung 815, wie durch (g) von 85 angegeben.
Die Leistungselemente 813 und 814 bewirken eine Steuerung in einem Bereich von 120° bis 240° zum seriellen Zuführen von Strömen zu den Wicklungen 816 und 817, wie durch (h) von 85 angegeben. Dies bedeutet, daß umgekehrte Ströme durch die Wicklungen 40 und 41 in dem durch (a) von 12 gezeigten Motor zugeführt werden. Eine Summe der Magnetflüsse, mit beiden dieser Wicklungen verknüpft, ist äquivalent dem Fluß ϕb, der durch die ausgeprägten Statorpole 36 fließt. Dementsprechend entspricht eine Summe der in beiden Wicklungen induzierten Spannung einer Änderungsrate des Flusses ϕb, ausgedrückt durch dϕb/dt. Beispielsweise wird die Summe der Spannung einem an der Wicklung 41 erzeugten Wert der Spannungsamplitude äquivalent sein, wenn die ausgeprägten C-Phase-Statorpole 38 erregt werden. Somit wird selbst dann kein Spannungsproblem verursacht, wenn die Wicklungen 816 und 817 in Reihe angesteuert werden.
Die Leistungselemente 813 und 814 bewirken eine Steuerung im Bereich von 240° bis 360° zum Zuführen eines Stroms zu der Wicklung 816, wie durch (i) von 85 angegeben.
Falls die durch (g), (h) und (i) von 85 gezeigten Ströme durch die in 84 gezeigte Steuerschaltung gesteuert werden und wenn Strom durch eine bestimmte Wicklung. zu einem Stromschaltzeitpunkt geschickt wird, müssen die magnetische Energie und der Strom der fraglichen Wicklung regenerativ an die DC-Stromquelle 730 in einem Ausmaß geschickt werden, das keinen eigentlichen Schaden verursacht, bevor die Stromzufuhr zu der nachfolgenden Wicklung gestartet wird. Deshalb wird die Operation etwas verzögert. Wenn beispielsweise die Leistungselemente 811 und 812 abgeschaltet werden, während Strom durch die Wicklung 815 geschickt wird, wird der Strom regenerativ durch die Dioden 77A und 77B an die DC-Stromquelle 730 geschickt. Infolgedessen fluktuiert das Potential an der Wicklung 815 und wird umgekehrt, was für die Steuerung der nachfolgenden Stromversorgung zu den Wicklungen 816 und 817 zu einer Unbequemlichkeit führt. Wenngleich die Zeitperiode in der Größenordung von 0,001 bis 0,01 Sekunden kurz sein kann, kann das Ausgabemoment des Motors intermittierend werden. Dies erzeugt meistens kein Problem bei langsamer Drehung, weil die Abwesenheit von Strom kurz sein kann und ein Verhältnis der Häufigkeit niedrig ist. Bei schneller Drehung jedoch kann die Verzögerungszeit bei der Operation ein mittleres Moment verschlechtern.
Wie bei dem in 80 gezeigten Beispiel kann eine Steuerung so bewirkt werden, daß Ströme zweier Wicklungen nicht überlappt an die Leistungselemente 811, 812, 813 und 814 geschickt werden. Somit besteht vorteilhafterweise keine Notwendigkeit für eine Erhöhung einer Stromkapazität eines spezifischen Leistungselements um einen Faktor von etwa zwei. Die in 82 gezeigte Steuerschaltung besitzt das Merkmal, daß nur vier Leistungselemente erforderlich sind und daß somit Kosten und Raum reduziert werden können.
Der Zusatz der Diode 778 kann verhindern, daß Strom umgekehrt an die Wicklung 797 geschickt wird. Ein kleiner Motor mit ausreichend großem Wicklungswiderstand kann eine Steuerung ermöglichen, ohne daß die Zeitsteuerung der in 81 gezeigten regenerativen Operation berücksichtigt werden muß.
Ein weiteres Verfahren zum Lösen des Problems der Regenerationszeit kann erreicht werden durch Bereitstellen einer Konfiguration, die zusätzlich mit der zweiten DC-Stromquelle 73E von 76 versehen ist, wobei die Dioden 77A und 77C mit der zweiten DC-Stromquelle 73E verbunden sind. Bei dieser Konfiguration kann magnetische Energie regenerativ durch die Dioden 77A und 77C zu der zweiten DC-Stromquelle 73E geschickt werden. Dies kann die Notwendigkeit lindern, Zeit für die oben erläuterte Regeneration zu nehmen.
Die Steuerschaltung mit der in 80 gezeigten Konfiguration kann auf die Steuerung des durch (b) von 12 gezeigten Motors und des in 16 gezeigten Vierphasenmotors angewendet werden. Die Wicklungen 50, 51 und 52 entsprechen den in 82 gezeigten Wicklungen 815, 817 und 816. Strom wird der Wicklung 815 zugeführt, wenn die Phase A angesteuert wird, Strom wird seriell den Wicklungen 815 und 817 zugeführt, wenn die Phase B angesteuert wird, und Strom wird seriell den Wicklungen 816 und 817 zugeführt, wenn die Phase C angesteuert wird.
Die Steuerschaltung von 80 kann theoretisch eine Konfiguration besitzen, bei der die Leistungselemente so angeordnet sind, daß die positiven und negativen Richtungen für die DC-Stromquelle 730 symmetrisch oder umgekehrt sind. Somit kann auch diese Konfiguration in der vorliegenden Erfindung enthalten sein.
Die Motoren und die Steuerschaltungen dafür der vorliegenden Erfindung sind bisher beschrieben worden. Diese Motoren und Schaltungen können verschiedene Modifikationen besitzen. Solche Modifikationen, die in den Schutzbereich des Gedankens der vorliegenden Erfindung fallen, sollen in der vorliegenden Erfindung enthalten sein. Beispielsweise können bei jeder der in den 80, 82 und 84 gezeigten Steuerschal tungen Positionen der Elemente teilweise verändert oder Elemente zusätzlich in Übereinstimmung mit der Erhöhung der Anzahl der Motorphasen bereitgestellt werden. Auch diese Modifikationen sollen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Wenn eine Notwendigkeit für Ströme in beiden Richtungen besteht oder eine Notwendigkeit für positive und negative Ströme als Wicklungsströme, kann zudem eine in 86 gezeigte Steuerschaltung zum Ausführen der Ansteuerung verwendet werden, wobei die Steuerschaltung in der Regel zum Ansteuern eines Gleichstrommotors verwendet wird. Mit der Zahl 835 ist eine Wicklung angegeben und mit 831, 832, 833 und 834 sind Leistungselemente angegeben, die alle antiparallel mit einer Diode geschaltet sind.
Die vorliegende Erfindung kann einen Motor mit einem sehr einfachen Modus ohne Verwendung von Permanentmagneten realisieren und kann somit einen preiswerten Motor realisieren. Außerdem kann die jeder der Wicklungen gegebene im wesentlichen schleifenfömige Struktur die Herstellung von Wicklungen erleichtern. Die Modifikation der Konfiguration solcher Wicklungen derart, daß sie in der Rotorwellenrichtung vertieft sind, kann ebenfalls ohne weiteres unter Verwendung eines Werkzeugs oder dergleichen ausgeführt werden. Die vorliegende Erfindung kann auch die Herstellung der Wicklungen mit einem hohen Raumfaktor erleichtern. Weiterhin kann die einfache und robuste Form des Rotors eine hohe Drehzahl realisieren. Die entlang des Umfangs mit einem gleichmäßigen Intervall dazwischen angeordneten Statorpole können in der radialen Richtung im wesentlichen über die Peripherie hinweg eine Anziehungskraft erzeugen. Deshalb kann der Stator eine sehr kleine Verformungsrate aufweisen, um dadurch einen Motor mit geringen Schwingungen und geringen Geräuschen zu realisieren. Zusätzlich zu den Wicklungen kann die ganze Motorkonfiguration dazu beitragen, ihre Montage zu erleichtern, weil Teile in der Rotorrichtung unterteilt hergestellt und dann in der Rotorwellenrichtung zusammengebaut werden können. Die vorliegende Erfindung kann auch die Erzeugung eines großen Moments durch Ausnutzung verschiedener Techniken ermöglichen, wie eine Reduktion der Flußleckage durch Verwendung von Permanentmagneten. Außerdem kann die vorliegende Erfindung eine Motoransteue rungseinheit mit einer Steuerschaltung von einfacher Konfiguration realisieren, um ein preiswertes Motorsystem zu realisieren.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der am 28. April 2005 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-131808 , der am 17. Mai 2005 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-144293 , der am 24. Mai 2005 eingereichten japanischen Patentanmeldung 2005-151257 und der am 19. Juli 2005 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-208358 , die alle durch Bezugnahme hier aufgenommen sind.
Die die vorliegende Anmeldung betreffende Erfindung sollte nur durch die Ansprüche definiert werden und sollte daher nicht so ausgelegt werden, als sei sie auf die Ausführungsformen oder dergleichen beschränkt, die in der Spezifikation und den Zeichnungen beschrieben sind.
Zusammenfassung
Ein Motor und eine Steuereinheit dafür umfassen: ausgeprägte Rotorpole und ausgeprägte Statorpole, die entlang Umfängen von Phasen (A), (B) und (C) mit einem gleichmäßigen Intervall dazwischen angeordnet sind; Kraftlinienwege zum Weiterleiten von Magnetflüssen, wobei die Wege gestatten, daß die Magnetflüsse durch die ausgeprägten Rotor- und Statorpole jeder Phase fließen und zur Rotorseite zurückkehren; und im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die zwischen den ausgeprägten Statorpolen individueller Phasen und den Kraftlinienwegen zum Weiterleiten von Magnetflüssen angeordnet sind, wobei Ströme den Wicklungen in Synchronisation mit der Drehposition des Rotors zugeführt werden, um dadurch ein Moment auszugeben. Da die Strukturen des Stators, des Rotors und der Wicklungen einfach sind, wird die Produktivität erhöht, wodurch hohe Qualität, geringe Größe und niedrige Kosten realisiert werden können.

1: Rotorwelle
31: Ausgeprägte Rotorpole A-Phase
32: Ausgeprägte Statorpole A-Phase
33: Rotorseitiger Kraftlinienweg zum Weiterleiten von Magnetflüssen
34: Statorseitiger Kraftlinienweg zum Weiterleiten von Magnetflüssen
35: Ausgeprägte Rotorpole B-Phase
36: Ausgeprägte Statorpole B-Phase
37: Ausgeprägte Rotorpole C-Phase
38: Ausgeprägte Statorpole C-Phase
39: Wicklung für Erregung Phase A
40: Wicklung für Erregung Phasen B und C
41: Wicklung für Erregung Phasen B und C

Claims

Motor, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: mehrere entlang eines Umfangs eines Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs eines Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; statorseitige Kraftlinienwege, die einander durch eine Luftspalte zwischen dem Stator und dem Rotor gegenüberliegen, so daß durch die ausgeprägten Pole fließende Magnetflüsse einen Kreis bilden können; einen Kraftlinienweg, der den statorseitigen Kraftlinienwegen durch ein Luftspalt gegenüberliegt; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, der magnetisch an die ausgeprägten Pole des Stators und die Kraftlinienwege gekoppelt ist; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, der magnetisch an die ausgeprägten Pole des Rotors und die Kraftlinienwege gekoppelt ist; und eine im wesentlichen schleifenförmige Wicklung, damit eine magnetomotorische Kraft zwischen den ausgeprägten Polen und den ausgeprägten Polen für die Erzeugung von Moment wirken kann.
Motor, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: mehrere entlang eines Umfangs eines Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs eines Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs des Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; einen Kraftlinienweg, der entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnet ist und die Funktion besitzt, Magnetflüsse weiterzuleiten; einen Kraftlinienweg, der entlang eines Umfangs des Rotors angeordnet ist und die Funktion besitzt, Magnetflüsse weiterzuleiten; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole und der Kraftlinienweg des Stators teilen; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole und der Kraftlinienweg des Rotors teilen; und im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die zwischen den ausgeprägten Polen, den ausgeprägten Polen und dem Kraftlinienweg des Stators angeordnet sind.
Motor, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: mehrere entlang eines Umfangs eines Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs eines Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs des Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; einen Kraftlinienweg, der entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnet ist und die Funktion besitzt, Magnetflüsse weiterzuleiten; einen Kraftlinienweg, der entlang eines Umfangs des Rotors angeordnet ist und die Funktion besitzt, Magnetflüsse weiterzuleiten; im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die zwischen den ausgeprägten Polen, den ausgeprägten Polen und dem Kraftlinienweg des Stators angeordnet sind; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole und der Kraftlinienweg des Stators teilen; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole und der Kraftlinienweg des Rotors teilen; mehrere entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnete ausgeprägte Pole, die magnetisch von den ausgeprägten Polen und den ausgeprägten Polen getrennt sind; mehrere entlang eines Umfangs des Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; einen Kraftlinienweg, der entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnet ist und die Funktion besitzt, Magnetflüsse weiterzuleiten; und eine entlang eines Umfangs des Rotors angeordnete Wicklung, um zu gestatten, daß eine magnetomotorische Kraft zwischen dem Kraftlinienweg mit einer Funktion, Magnetflüsse weiterzuleiten, und den ausgeprägten Polen und den ausgeprägten Polen für die Erzeugung eines Moments wirkt.
Motor, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: mehrere entlang eines Umfangs eines Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs eines Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs des Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs des Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; einen Kraftlinienweg, der entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnet ist und die Funktion besitzt, Magnetflüsse weiterzuleiten; einen Kraftlinienweg, der entlang eines Umfangs des Rotors angeordnet ist und die Funktion besitzt, Magnetflüsse weiterzuleiten; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole und der Kraftlinienweg des Stators teilen; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole und der Kraftlinienweg des Rotors teilen; und im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die zwischen den Statorpolen, den Statorpolen, den Statorpolen und dem Kraftlinienweg des Stators angeordnet sind.
Motor, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: mehrere entlang eines Umfangs eines Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs eines Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs des Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs des Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole und die ausgeprägten Pole des Statorsteilen; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole und die ausgeprägten Pole des Rotorsteilen; und im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die zwischen den ausgeprägten Polen, den ausgeprägten Polen und den ausgeprägten Polen des Stators angeordnet sind.
N-phasiger (N ist eine ganze Zahl von vier oder mehr) Motor, dadurch gekennzeichnet daß: ausgeprägte Statorpole und ausgeprägte Rotorpole in einer Phase des Motors jeweils durch mehrere entlang eines Umfangs eines Stators angeordnete ausgeprägte Pole und mehrere entlang eines Umfangs eines Rotors angeordnete ausgeprägte Pole, den ausgeprägten Polen gegenüberliegend, konfiguriert sind, so daß ausgeprägte Statorpole und ausgeprägte Rotorpole durch N Sätze für N Phasen bereitgestellt werden, wobei der Motor folgendes umfaßt: einen Kraftlinienweg, der entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnet ist und die Funktion besitzt, Magnetflüsse weiterzuleiten; einen Kraftlinienweg, der entlang eines Umfangs des Rotors angeordnet ist und die Funktion besitzt, Magnetflüsse weiterzuleiten; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die N ausgeprägten Pole des Stators und der Kraftlinienweg teilen; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die N ausgeprägten Pole des Rotors und der Kraftlinienweg teilen; und (N-1) im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die zwischen den N ausgeprägten Polen des Stators und dem Kraftlinienweg angeordnet sind.
N-phasiger (N ist eine ganze Zahl von vier oder mehr) Motor, dadurch gekennzeichnet daß: ausgeprägte Statorpole und ausgeprägte Rotorpole in einer Phase des Motors jeweils durch mehrere entlang eines Umfangs eines Stators angeordnete ausgeprägte Pole und mehrere entlang eines Umfangs eines Rotors angeordnete ausgeprägte Pole, den ausgeprägten Polen gegenüberliegend, konfiguriert sind, so daß ausgeprägte Statorpole und ausgeprägte Rotorpole durch N Sätze für N Phasen bereitgestellt werden, wobei der Motor folgendes umfaßt: einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die N ausgeprägten Pole teilen; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die N ausgeprägten Pole des Rotors teilen; und (N-1) im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die zwischen den N ausgeprägten Polen des Stators angeordnet sind.
Motor, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: mehrere entlang eines Umfangs eines Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs eines Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs des Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnete ausgeprägte Pole; mehrere entlang eines Umfangs des Rotors den ausgeprägten Polen gegenüberliegende ausgeprägte Pole; einen Kraftlinienweg, der entlang eines anderen Umfangs des Stators angeordnet ist und die Funktion besitzt, Magnetflüsse weiterzuleiten; einen Kraftlinienweg, der entlang eines Umfangs des Rotors angeordnet ist und die Funktion besitzt, Magnetflüsse weiterzuleiten; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole und der Kraftlinienweg des Stators teilen; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole, die ausgeprägten Pole und der Kraftlinienweg des Rotors teilen; im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die auf einer Innenseite von ausgeprägten Statorpolen angeordnet sind, die an beiden Enden des Stators liegen, zwischen den ausgeprägten Polen, den ausgeprägten Polen und den ausgeprägten Polen, wobei die schleifenförmigen Wicklungen eine Phase der relevanten Statorpole erhalten; und im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die auf beiden Seiten von anderen ausgeprägten Statorpolen als denen angeordnet sind, die an beiden Enden des Stators liegen, aber in der Mitte davon liegen, zwischen den ausgeprägten Polen, den ausgeprägten Polen und den ausgeprägten Polen, wobei beide Wicklungen umgekehrt in Reihe geschaltet sind.
N-phasiger (N ist eine ganze Zahl von drei oder mehr) Motor, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: Gruppen von ausgeprägten Statorpolen und Gruppen von ausgeprägten Rotorpolen für N Phasen, die jeweils aus N Sätzen von mehreren ausgeprägten Statorpolen, die entlang eines Umfangs eines Stators angeordnet sind, und N Sätzen von mehreren ausgeprägten Rotorpolen, die gegenüber den ausgeprägten Statorpolen angeordnet sind, bestehen; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die N Sätze von ausgeprägten Statorpolgruppen teilen; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die N Sätze von ausgeprägten Rotorpolgruppen teilen; im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die auf einer Innenseite von ausgeprägten Statorpolen vorgesehen sind, die an beiden Enden des Stators liegen, zwischen den Gruppen der ausgeprägten Statorpole, wobei die schleifenförmigen Wicklungen eine Phase der relevanten Statorpole erhalten; und im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die auf beiden Seiten von anderen ausgeprägten Statorpole als denjenigen angeordnet sind, die an beiden Enden des Stators liegen, aber in der Mitte davon liegen, zwischen den Gruppen der ausgeprägten Statorpole, wobei beide Wicklungen umgekehrt in Reihe geschaltet sind.
N-phasiger (N ist eine ganze Zahl von drei oder mehr) Motor, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: Gruppen von ausgeprägten Statorpolen und Gruppen von ausgeprägten Rotorpolen für N Phasen, die jeweils aus N Sätzen von mehreren ausgeprägten Statorpolen, die entlang eines Umfangs eines Stators angeordnet sind, und N Sätzen von mehreren ausgeprägten Rotorpolen, die gegenüber den ausgeprägten Statorpolen angeordnet sind, bestehen; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die N Sätze von ausgeprägten Statorpolgruppen teilen; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die N Sätze von ausgeprägten Rotorpolgruppen teilen; im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die auf einer Innenseite von ausgeprägten Statorpolen vorgesehen sind, die an beiden Enden des Stators liegen, zwischen den Gruppen der ausgeprägten Statorpole, wobei die schleifenförmigen Wicklungen eine Phase der relevanten Statorpole erhalten; und im wesentlichen schleifenförmige Wicklungen, die auf beiden Seiten von anderen ausgeprägten Statorpole als denjenigen angeordnet sind, die an beiden Enden des Stators liegen, aber in der Mitte davon liegen, zwischen den Gruppen der ausgeprägten Statorpole, wobei beide Wicklungen umgekehrt in Reihe geschaltet sind, wobei Richtungen von Windungen oder Richtungen von Strömen der jeweiligen Wicklungen der N Sätze der ausgeprägten Statorpole zwischen positiv und negativ in der Reihenfolge relativer Phasen der ausgeprägten Stator- und Rotorpole abwechseln, wobei Richtungen von Magnetflüssen der individuellen Phasen, die in den N Sätzen von ausgeprägten Statorpolen induziert sind, zwischen positiv und negativ in der Reihenfolge der relativen Phasen der ausgeprägten Stator- und Rotorpole abwechseln.
Motor, dadurch gekennzeichnet, daß: der Motor Gruppen von ausgeprägten Statorpolen und Gruppen von ausgeprägten Rotorpolen für N Phasen umfaßt, die jeweils aus N Sätzen von mehreren ausgeprägten Statorpolen, die entlang eines Umfangs eines Stators angeordnet sind, und N Sätzen von mehreren ausgeprägten Rotorpolen, die gegenüber den ausgeprägten Statorpolen angeordnet sind, bestehen; wobei zwei Sätze von ausgeprägten Statorpolen unter ihnen, deren relative Phasen der ausgeprägten Stator- und Rotorpole vom elektrischen Winkel her im wesentlichen die gleichen sind, einander benachbart sind; und der Motor weiterhin folgendes umfaßt: eine Wicklung, die zwischen den benachbarten zwei ausgeprägten Statorpolen angeordnet ist; eine Wicklung, die zwischen verschiedenen zwei Sätzen von ausgeprägten Statorpolen angeordnet ist, die den obigen zwei Sätzen von ausgeprägten Statorpolen benachbart sind; einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die N Sätze der Gruppen der ausgeprägten Statorpole teilen; und einen Rückjoch-Kraftlinienweg, den sich die N Sätze der Gruppen der ausgeprägten Rotorpole teilen.
Motor, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mehrere ausgeprägte Statorpole umfaßt, die entlang eines Umfangs eines Stators angeordnet sind, und mehrere ausgeprägte Rotorpole, die gegenüber den ausgeprägten Statorpolen angeordnet sind; zwei Sätze von ausgeprägten Statorpolen unter ihnen, deren relative Phasen der ausgeprägten Stator- und Rotorpole vom elektrischen Winkel her im wesentlichen die gleichen sind, einander benachbart sind; zwei Sätze von ausgeprägten Rotorpolen einander auf ähnliche Weise benachbart sind; ein Ansteuermechanismus gebildet wird, wobei der Mechanismus folgendes umfaßt: einen Statorrückjoch-Kraftlinienweg, den sich die beiden Sätze der Gruppen der ausgeprägten Statorpole teilen; einen Rotorrückjoch-Kraftlinienweg, den sich die beiden Sätze der Gruppen der ausgeprägten Rotorpole teilen; und eine Wicklung, die zwischen den benachbarten zwei Sätzen von ausgeprägten Statorpolen angeordnet ist; und (N – 2)/2 = (N/2 – 1) Ansteuermechanismen (AT2, AT3, ... AT(N/2 – 1)) mit der gleichen Konfiguration hinsichtlich anderer ausgeprägter Statorpole, ausgeprägter Rotorpole, den Rückjoch-Kraftlinienwegen und Wicklungen gebildet werden, wobei unter den Ansteuermechanismen mindestens ein Zwischenglied mit einem großen magnetischen Widerstand zwischen benachbarten Statorrückjoch-Kraftli nienwegen und/oder ein Zwischenglied mit großem magnetischen Widerstand zwischen benachbarten Rotorrückjoch-Kraftlinienwegen angeordnet ist.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor eine Struktur umfaßt, wobei ein Stator und ein Rotor einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei der Rotor ausgenommene Abschnitte und vorstehende Abschnitte in der Rotorwellenrichtung besitzt, wobei der Stator Wicklungen besitzt, die alle oder teilweise an den ausgenommenen Abschnitten des Rotors angeordnet sind.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: ausgeprägte Statorpole, die auf einer Außendurchmesserseite angeordnet sind; ausgeprägte Statorpole, die auf einer Innendurchmesserseite angeordnet sind; und ausgeprägte Rotorpole, die an einem Zwischenabschnitt zwischen den ausgeprägten Statorpolen und den ausgeprägten Rotorpolen angeordnet sind, wobei die ausgeprägten Statorpole, die ausgeprägten Statorpole und die ausgeprägten Rotorpole in Reihe geschaltet sind, um eine elektromagnetische Schaltungskonfiguration bereitzustellen; und der Motor weiterhin eine Wicklung zum Erregen der elektromagnetischen Schaltungskonfiguration umfaßt.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: ausgeprägte Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln; und ausgeprägte Rotorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die ausgeprägten Rotorpole den ausgeprägten Statorpolen gegenüberliegen, wobei entweder die ausgeprägten Statorpole oder die ausgeprägten Rotorpole entlang der Richtung, in der die ausgeprägten Stator- und Rotorpole einander gegenüberliegen, in zwei oder mehr unterteilt sind, um eine Konfiguration bereitzustellen, wobei ein mit den ausgeprägten Statorpolen und den ausgeprägten Rotorpolen assoziiertes Moment an zwei oder mehr Abschnitten erzeugt wird; und der Motor weiterhin eine Wicklung umfaßt, die so angeordnet ist, daß sie mit einem geschlossenen Kraftlinienweg verknüpft ist, der die ausgeprägten Statorpole und die ausgeprägten Rotorpole enthält.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: ausgeprägte Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln; ausgeprägte Rotorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die ausgeprägten Rotorpole den ausgeprägten Statorpolen radial gegenüber-liegen; ausgeprägte Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die ausgeprägten Statorpole den ausgeprägten Rotorpolen radial gegenüber-liegen; und eine Wicklung, die so angeordnet ist, daß sie mit einem geschlossenen Kraftlinienweg verknüpft ist, der die ausgeprägten Statorpole und die ausgeprägten Rotorpole enthält.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: ausgeprägte Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln; ausgeprägte Rotorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die ausgeprägten Rotorpole den ausgeprägten Statorpolen radial gegenüber-liegen; ausgeprägte Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die ausgeprägten Statorpole den ausgeprägten Rotorpolen radial gegenüber-liegen; und eine Wicklung, die so angeordnet ist, daß sie mit einem geschlossenen Kraftlinienweg verknüpft ist, der die ausgeprägten Statorpole, die ausgeprägten Rotorpole und die ausgeprägten Statorpole enthält, wobei der Motor weiterhin andere Phasen in der Rotorwellenrichtung umfaßt, von denen jede die gleiche Konfiguration wie die Konfiguration besitzt, die die ausgeprägten Statorpole, die ausgeprägten Rotorpole und die Wicklung enthält.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: ausgeprägte Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln; ausgeprägte Rotorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die ausgeprägten Rotorpole den ausgeprägten Statorpolen radial gegenüber-liegen; ausgeprägte Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die ausgeprägten Statorpole den ausgeprägten Rotorpolen radial gegenüber-liegen; ausgeprägte Rotorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die ausgeprägten Rotorpole den ausgeprägten Statorpolen radial gegenüber-liegen; ausgeprägte Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die ausgeprägten Statorpole den ausgeprägten Rotorpolen radial gegenüber-liegen; und eine Wicklung, die so angeordnet ist, daß sie mit einem geschlossenen Kraftlinienweg verknüpft ist, der die ausgeprägten Statorpole, die ausgeprägten Rotorpole, die ausgeprägten Statorpole, die ausgeprägten Rotorpole und die ausgeprägten Statorpole enthält.
Motor nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor folgendes umfaßt: ausgeprägte Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln; ausgeprägte Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln; ausgeprägte Rotorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die ausgeprägten Rotorpole den ausgeprägten Statorpolen gegenüberliegen, wobei die ausgeprägten Rotorpole in einer mehrfachen Anzahl über den Umfang angeordnet sind, wobei sie mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Breite in der Rotorwellenrichtung jedes ausgeprägten Pols, einem Luftspaltabschnitt zugewandt, zwischen dem Stator und dem Rotor größer ausgeführt ist als eine Breite in der Rotorwellenrichtung an einem anderen Abschnitt des ausgeprägten Pols.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor einen an einer Außendurchmesserseite eines Stators angeordneten Rotor und einen an einer Innendurchmesserseite des Rotors angeordneten Stator umfaßt.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ausgeprägte Statorpol oder jeder ausgeprägte Rotorpol eine Umfangsbreite TB7 des ausgeprägten Pols an einem Zahnbasisabschnitt davon aufweist, die größer ist als eine Umfangsbreite TB6 des ausgeprägten Pols an einem Zahnendabschnitt davon.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ausgeprägte Statorpol oder jeder ausgeprägte Rotorpol Löcher, Schlitze oder Magnete aufweist, um Effekte auszuüben, die Anwesenheit von Magnetflüssen an einem Endabschnitt davon zu begrenzen oder die Richtungen von Magnetflüssen zu ändern.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ausgeprägte Statorpol oder jeder ausgeprägte Rotorpol Permanentmagnete in der Nähe von Seitenflächen davon aufweist.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ausgeprägte Statorpol oder jeder ausgeprägte Rotorpol Permanentmagnete neben oder in engem Kontakt mit Seitenflächen davon aufweist.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Permanentmagnete in der Nähe eines Luftspaltabschnitts angeordnet sind, wo jeder ausgeprägte Statorpol und jeder ausgeprägte Rotorpol einander zugewandt sind.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Permanentmagnete innerhalb eines weichmagnetischen Materials jedes ausgeprägten Statorpols oder jedes ausgeprägten Rotorpols angeordnet sind.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschlossener Leiter oder eine Leiterplatte in der Nähe jedes ausgeprägten Statorpols oder jedes ausgeprägten Rotorpols angeordnet ist.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder von ausgeprägten Statorpolen mit Windungen einer Wicklung entsprechend einer Phase des relevanten ausgeprägten Statorpols versehen ist.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß: eine Fläche eines ausgeprägten Statorpols mit einer Form und einem Rotor gegenüberliegend und eine Fläche eines ausgeprägten Rotorpols mit einer Form und einem Stator gegenüberliegend, einander gegenseitig zugewandt sind, um eine Form zu liefern, die sich mit einem Drehwinkel des Rotors ändert; ein Bereich der Form eine Drehrate besitzt, die sich mit einem Drehwinkel des Rotors ändert, wobei die Form von einem Drehwinkel, bei dem die Form eingeleitet wird, wenn die ausgeprägten Stator- und Rotorpole aufeinandertreffen, bis zu einem Drehwinkel vorliegt, bei dem die Form eliminiert wird, wenn sich die ausgeprägten Stator- und Rotorpole voneinander trennen; und eine Drehung in einer Richtung des Rotors mehr serielles Drehmoment als eine Drehung in der anderen Richtung erzeugen kann.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Permanentmagnete an einem Abschnitt jedes ausgeprägten Statorpols oder jedes ausgeprägten Rotorpols angeordnet sind, wobei die Permanentmagnete in einer Richtung einer magnetomotorischen Kraft orientiert sind, die von einem Strom einer Wicklung jeder Phase verursacht wird.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgeprägten Statorpole und ausgeprägten Rotorpole, die einander eng gegenüberliegen, vertiefte Konfigurationen besitzen, um die zugewandten Bereiche zu vergrößern.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittelabschnitt in der Rotorwellenrichtung eines Basisabschnitts jedes ausgeprägten Statorpols oder jedes ausgeprägten Rotorpols eine in der Umfangsrichtung bauchige Form besitzt.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der oder alle Kraftlinienwege eines Stators und eines Rotors aus Teilen bestehen, die hergestellt werden, indem Elektroblechplatten einem Preßformprozeß oder Biegeprozeß unterzogen werden.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil oder alle der Kraftlinienwege eines Stators und eines Rotors aus Gliedern bestehen, die erhalten werden, indem dünne amorphe Metallfilme gestapelt werden, oder aus Gliedern, die erhalten werden, indem dünne amorphe Metallplatten und Elektroblechplatten gestapelt werden.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor einen Kühlmechanismus mit einer Struktur aufweist, die Flüssigkeit oder Gas weiterleitet, wobei sich der Kühlmechanismus innerhalb eines weichmagnetischen Materials eines Stators oder zwischen dem weichmagnetischen Material des Stators und Wicklungen befindet.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil oder alle der Wicklungen des Motors aus Metallrohren bestehen, wobei die Metallrohre als Leiter dienen, die mit einem Kühlmechanismus zum Weiterleiten von Flüssigkeit oder Gas versehen sind.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beziehung MLP > ML/SN hergestellt wird, wobei ML eine Länge eines Stators in der Rotorwellenrichtung, SN die Anzahl Gruppen von ausgeprägten Statorpolen mit einem im wesentlichen identischen elektrischen Winkel, wobei jede der Grup pen aus mehreren ausgeprägten Polen besteht, die entlang eines Umfangs des Stators angeordnet sind, und MLP eine Länge jeder Statorpolgruppe in der Rotorwellenrichtung ist.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und 38, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklung eine im wesentlichen schleifenförmige Form besitzt, die in der Rotorwellenrichtung wellenförmig ist als Reaktion auf eine Anordnung von ausgeprägten Statorpolen jeder Phase und Vertiefungen der ausgeprägten Statorpole in der Rotorwellenrichtung.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklung aus einem abgeflachtem Draht besteht.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor eine Kombination aus zwei oder mehr Motoren und Konfigurationstechniken ist.
Motor und Steuereinheit dafür, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor und die Steuereinheit dafür folgendes umfassen: einen Kraftlinienweg, der entlang eines Umfangs angeordnet ist und einen Stator und einen Rotor magnetisch koppelt; Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln; Rotorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die Rotorpole den Statorpolen radial gegenüberliegen; eine Wicklung, die zwischen dem Kraftlinienweg und den Statorpolen angeordnet ist; Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die Statorpole sich neben den Kraftlinienwegen befinden; Rotorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die Rotorpole den Statorpolen radial gegenüberliegen; eine Wicklung, die zwischen dem Kraftlinienweg und den Statorpolen angeordnet ist; eine dritte Wicklung und Leistungselemente, die zu einer Ein/Aus-Steuerung von Strömen in der Lage sind, wobei der Motor und die Steuereinheit dafür derart konfiguriert sind, daß: ein Ende jedes des Leistungselements und des Leistungselements mit einem positiven Anschluß einer DC-Stromquelle verbunden ist; ein Ende jedes des Leistungselements und des Leistungselements mit einem negativen Anschluß einer DC-Stromquelle verbunden ist; eine beliebige der Wicklungen zwischen das Leistungselement und das Leistungselement geschaltet ist; eine beliebige der Wicklungen zwischen das Leistungselement und das Leistungselement geschaltet ist; eine beliebige der Wicklungen zwischen das Leistungselement und das Leistungselement geschaltet ist; wenn zwischen den Statorpolen und den Rotorpolen ein Moment erzeugt werden soll, die beiden mit der Wicklung verbundenen Leistungselemente zur Stromversorgung angesteuert werden und gleichzeitig die beiden mit der Wicklung verbundenen Leistungselemente zur Stromversorgung angesteuert werden; und wenn zwischen den Statorpolen und den Rotorpolen ein Moment erzeugt werden soll, die beiden mit der Wicklung verbundenen Leistungselemente zur Stromversorgung angesteuert werden.
Motor und Steuereinheit dafür, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor und die Steuereinheit dafür folgendes umfassen: einen Kraftlinienweg, der entlang eines Umfangs angeordnet ist und einen Stator und einen Rotor magnetisch koppelt; Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln; Rotorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die Rotorpole den Statorpolen radial gegenüberliegen; eine Wicklung, die zwischen dem Kraftlinienweg und den Statorpolen angeordnet ist; Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die Statorpole sich neben dem Kraftlinienweg befinden; Rotorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die Rotorpole den Statorpolen radial gegenüberliegen; eine Wicklung, die zwischen den Kraftlinienwegen des Stators und den Statorpolen angeordnet ist; eine dritte Wicklung und Leistungselemente, die zu einer Ein/Aus-Steuerung von Strömen in der Lage sind, wobei der Motor und die Steuereinheit dafür derart konfiguriert sind, daß: ein Ende jedes des Leistungselements und des Leistungselements mit einem positiven Anschluß einer DC-Stromquelle verbunden ist; ein Ende jedes des Leistungselements und des Leistungselements mit einem negativen Anschluß einer DC-Stromquelle verbunden ist; die Wicklung zwischen das Leistungselement und das Leistungselement geschaltet ist; die Wicklung zwischen das Leistungselement und das Leistungselement geschaltet ist; die Wicklung zwischen das Leistungselement und das Leistungselement oder zwischen das Leistungselement und das Leistungselement geschaltet ist; wenn zwischen den Statorpolen und den Rotorpolen ein Moment erzeugt werden soll, Leistungselemente und die Leistungselemente für eine Stromversorgung zu der Wicklung angesteuert werden; und wenn zwischen den Statorpolen und den Rotorpolen ein Moment erzeugt werden soll, die Leistungselemente und die Leistungselemente für eine serielle Stromversorgung zu der Wicklung und der Wicklung angesteuert werden.
Motor und Steuereinheit dafür, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor und die Steuereinheit dafür folgendes umfassen: einen Kraftlinienweg, der entlang eines Umfangs angeordnet ist und einen Stator und einen Rotor magnetisch koppelt; Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln; Rotorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die Rotorpole den Statorpolen radial gegenüberliegen; eine Wicklung, die zwischen den Kraftlinienwegen und den Statorpolen angeordnet ist; Statorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die Statorpole sich neben dem Kraftlinienweg befinden; Rotorpole, die entlang eines Umfangs angeordnet sind, so daß Abschnitte mit großem magnetischen Widerstand und Abschnitte mit kleinem magnetischen Widerstand im wesentlichen abwechseln, wobei die Rotorpole den Statorpolen radial gegenüberliegen; eine Wicklung, die zwischen den Kraftlinienwegen des Stators und den Statorpolen angeordnet ist; eine dritte Wicklung und Leistungselemente, die zu einer Ein/Aus-Steuerung von Strömen in der Lage sind, wobei der Motor und die Steuereinheit dafür derart konfiguriert sind, daß: ein Ende jedes des Leistungselements und des Leistungselements mit einem positiven Anschluß einer DC-Stromquelle verbunden ist; ein Ende jedes des Leistungselements und des Leistungselements mit einem negativen Anschluß einer DC-Stromquelle verbunden ist; die Wicklung zwischen das Leistungselement und das Leistungselement geschaltet ist; die Wicklung zwischen das Leistungselement und das Leistungselement geschaltet ist; die Wicklung zwischen das Leistungselement und das Leistungselement geschaltet ist; wenn zwischen den Statorpolen und den Rotorpolen ein Moment erzeugt werden soll, Leistungselemente und die Leistungselemente für eine Stromversorgung zu der Wicklung angesteuert werden; und wenn zwischen den Statorpolen und den Rotorpolen ein Moment erzeugt werden soll, die Leistungselemente und die Leistungselemente für eine serielle Stromversorgung zu der Wicklung und der Wicklung angesteuert werden.