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Kraftstromkreis für einen Reluktanzmotor Die Erfindung betrifft einen
bürstenlosen Elektromotor und insbesondere einen Reluktanzmotor mit einer Motorwicklung,
die während des Not oll aufes eine veränderbare Induktanz besitzt und einen Kraftstromkreis
zur Zuführung elektrischer Leistung aus einer Gleichstromquelle an die Motorwicklung
aufweist.
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Bürstenlose Elektromotoren werden für die verschiedensten Anwendungszwecke
verwendet, bei denen ein grosses Drehmoment bei geringer Drehzahl erforderlich ist
und bei denen die Motoren in der Lage sein müssen, auch mit Drehzahlen, die über
6000 Umdrehungen pro Minute liegen, zu laufen. In vielen Fällen müssen derartige
Motoren, die von einer Gleichstromquelle, beispielsweise einem Sammler, versorgt
werden, mit gutem Wirkungsgrad arbeiten. Bekannte Schaltungen, die dazu verwendet
werden, die Notorwicklungen an die Gleichstromversorgung zu koppeln, enthalten eine
grosse Anzahl Halbleiterelemente, um den bevorzugten Wellenverlauf zu erreichen
und vergeuden am Ende der Anlaufphase erhebliche elektrische Energien.
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Für den Kraft stromkreis gemäss vorliegender Erfindung werden gesteuerte
Gleichrichter und Dioden verwendet, um eine Gleichstromquelle derartig an einen
veränderbaren Reluktanzmotor zu koppeln, daß ein hoher elektrischer Wirkungsgrad
erreicht wird.
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Gemäß vorliegender Erfindung erhält der Wicklungsstrom eine derartige
Form, daß er sich einem gewünschten Wellenverlauf annähert. Für Beschreibungszwecke
ist es vorteilhaft, jede Notorwicklung so zu bezeichnen, als ob sie eine primäre
und eine sekundäre Klemme aufweist, obgleich in der Praxis die primäre von der sekundären
Klemme nicht unterschieden werden kann, da ein Strom in jeder Richtung ein Drehmoment
erzeugt.
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Eine primäre Schalteinrichtung verbindet den positiven Batteriepol
mit der primären llicklungsklemme und eine zweite Schalteinrichtung die sekundäre
Klemme der Motorwicklung mit dem negativen Batteriepol. Primäre und sekundäre Umschaltkreise
liegen zu den entsprechenden primären und sekundären Schalteinrichtungen parallel.
Jeder Umschaltkreis weist einen Umschaltkondensatpr auf, der zu einer Leistungsschalteinrichtung,
die im folgenden als Kommutatorschalteinrichtung bezeichnet ist, in Reihe :liegt.
Ein primärer Gleichrichter verbindet den negativen Batteriepol mit der primären
Klemme der Motorwicklung und ein sekundärer Gleichrichter die sekundäre Klemme der
Motorwicklung mit dem positiven Batteriepol.
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Alle Schaltelemente sind derart miteinander verknüpft, daß sie einen
normalen Strom aus dem positiven Batteriepol über die Motorwicklung zum negativen
Batteriepol leiten, wenn diese durchgeschaltet sind. Die Gleichrichter werden durch
die Polarität, die sich durch den Zusammenbruch des Peldes der Motorwicklung am
Ende des Motoranlaufes oder in der Bremsphase einstellt, durchgeschaltet, um den
Strom zur Batterie zurückzuleiten. Ferner wirkt jeder Gleichrichter mit der entsprechenden
primären oder sekundären Schalteinrichtung zusammen, so daß eine Schaltung entsteht,
die den Wicklungsstrom bei unteren Motordrehzahlen weiterfließen lässt, um den Stromwellenverlauf
zu bilden, der sich der Wellenform annähert, die ein maximales Drehmoment erzeugt.
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Für den Kraftstromkreis nach der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise
ein veränderbarer Reluktanzmotor mit einem Scheiben rotor verwendet. Durch Verwendung
mehrerer Phasen, vorzugsweise drei oder mehr, wird ein weiches Drehmoment erzeugt.
Jede Phase besitzt eine Ringwicklung, die eine feststehende Ständ-erscheibe umgibt,
welche tortenstück-förmige Segmente aus laminiertem Stah aufweisen, die durch Segmente
mit einem geringen magnetischen Leitwert getrennt sind, welche üblicherweise aus
Aluminium oder verstärkten polymeren Materialien bestehen. Eine Rotorscheibe mit
einem ähnlichen Aufbau ist auf Jeder Seite der Ständerscheibe befestigt.
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Der Umfang jedes Rotors ist aus einer dünnen Schicht eines bruchs
festen Materials mit einem geringen magnetischen Leitwert, wie beispielsweise Glasfasern,
gewickelt, um die maximal mögliche liotordrehzahl zu erhöhen.
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Der Kraftstromkreis nach der Erfindung lässt sich besonders für elektrisch
angetriebene Fahrzeuge verwenden, bei denen der Motor mit einem Fahrzeugrad verbunden
ist. Durch die idealisierte Welle lenform, die durch den Kraftstromkreis entsteht,
wird bei geringen Drehzahlen ein großes Drehmoment erzeugt, wobei der Fahrzeugbatterie
zurückfließende Strom den Gesamtwirkungsgrad bedeutend verbessert. Darüberhinaus
kann ein Bremsen des Fahrzeugs in ähnlichter Weise wie bei einer Verbrennungsmaschine
erzeugt werden und die während des Bremsvorganges erzeugte Energie kann ohne zusätzliche
Komponenten eines Kraftetronikreises der Batterie zugeführt werden.
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Mit der Motorwelle sind Drehzahl-und Stellungsfühler verbunden und
mit dem Steuerteil einer Steuereinrichtung gekoppelt, die den Kraftstrpmteil enthält.
Ein Eingang für die Höhe des Drehtpomentes, ein Eingang für eine Vor-oder Rückwärtsgeschwindigkeit
und ein Eingang für einen Systeinschutz sind ebenfalls mit dem teuerteil gekoppelt,
der diese kombiniert und eine gewünschte Schaltfolge der Schalteinrichtungen in
dem Kraftstromkreis erzeugt. Die Eingänge des Systemschutzes umfassen Einrichtungen
zur Abschaltung aller Schaltelemente vom Motor, falls die Belastung des Motors plötzlich
verschwindet, wenn sich beispielsweise ein Fahrzeugrad auf dem Eis zu drehen beginnt.
Der Eingang der Drehmomentgröße und die Vorwnrts-oder Rückwärts eingänge werden
natürlich durch den Fahrer oder die Bedienungsperson gesteuert.
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Bei anderen Anwendungen als bei Kraftfahrzeugen können an Stelle!
einer Kraftfahrzeugbatterie andere Gleichstromquellen für eine elektrische Energie
verwendet werden. So kann z.B. die Eingangs-l leistung. für den Eraftstromkreis
durch einen Gleichstromgenerator erzeugt werden, der mechanisch von irgendeiner
Antriebsmaschine angetrieben wird, wie beispielsweise einer Kolbenmaschine!
oder
einer Gasturbine. Ferner kann eine 3-phasige Netzleist;ung verwendet werden, um
eine Indulctionsmaschine zu betreiben, die mechanisch mit einem Gleichstromgenerator
gekoppelt ist oder es kann auch die 3-Phasen-Netzenergie iiber elektronische Gleichrichj
ter und Wandler gekoppelt sein.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 in perspektivischer Darstellung, teilweise im Schnitt, einen
3-Phasen-Xeluktantmotor zur Verwendung in Verb in dung mit einem Kraftstromkreis
nach der Erfindung, Figur 2 in schematischer Darstellung den Kraftstromkreis mit
einem Steuergerät und den- Energiequellen für den Motor, Fig. 2a bis c alternative
Gleichstromquellen für den Kraftstromkreis r nach Figur 2, Figur 3 das Schaltbild
eines Kraftstromkreises nach der Erfindung für eine Motorphase, wobei für die anderen
Phasen ähnliche Kraftstromkreise vorgesehen sind, Figur 4 in Diagrammen den Wellenverlauf
der Ströme und Spannungen an den Jtauptkomponenten des Stromkreises nach Figur 3
3 während eines vollständigen Motorzyklus und Figur 5 das Schaltbild einer abgewandelten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstromkreises mit nur 2 KommutPe-@@ @@rungskreisen
zur Umschaltung der gesteuerten Siliziumgleichrichter in den Kraftstromkreisen für
verschiedene Motorwicklungen.
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Gemäß dem in Figur 1 gezeigten Motoraufbau ist eine Motorwelle 10
drehbar in zwei Lagerschilden 12 und 14 gelagert. Eine Vielzahl L-förmiger Glieder
16 sitzt mit den längeren Schenkeln in flachen Nuten an der Innenseite des Lagerschildes
12.
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Die kürzeren Schenkel der Glieder 16 erstrecken sich axial nach einwärts
und reichen mit den Außenkanten bis etwa in Höhe des äußeren Umfanges des Lagerschildes
12. Die Glieder 16 bestehen aus lamelliertem Stahl mit parallel zur Wellenachse
verlaufenden 1 Blechlamellen und weisen an den Innenflächen der kürzeren Schenkel
kurze radial gerichtete Zungen 18 auf.
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Eine Ringwicklung 20 liegt mit der einen Hälfte ihrer axialen Erstreckung
innerhalb der L-förmigen Glieder 16 und wird durch eine Anzahl T-förmiger Glieder
22 in Stellung gehalten.
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Die Glieder 22 besitzen eine Nut zur Aufnahme der Zungen 18.
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Ähnliche T-förmige Glieder 24 halten die Wicklung 26 der zweiten Motbrphase
gegenüber den Gliedern 22 j:n Stellung und L-förmige Glieder 28 wirken mit den T-förmigen
Gliedern 24 zusammen, um die Wicklung 30 der dritten Phase in Stellung zu halten.
Die Gliederi 22, 24 und 28 bestehen ebenfalls aus lamelliertem Stahl.
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Reifen 32, 34 und 36 aus Glasfasermaterial liegen gegen die radial
inneren Flächen der Wicklungen 20, 26 bzw. 30 an und sind mit dem Umfang entsprechender
Scheiben 38, 40 und 42 verbunden. Eine jede solcheStänderscheibe besteht aus einer
Vielzahl tortenstückförmiger lamellierter Stahlblechsektoren 43, die durch ein Material
mit niedriger magnetischer Leitfähigkeit, wie Aluminium oder verstärkten Phenolharz
voneinander getrennt sind.>Die Anzahl der Segmente 43 in jeder Scheibe entspricht
der Anzahl der L-förmigen Glieder 16 und die Segmente in jeder Ständerscheibe fluchten
mit den Gliedern 16.
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Auf der Welle 10 befestigte Läuferscheiben 50 und 52 befinden sich
beiderseits der Ständerscheibe 38 und vervollständigen den magnetischen Kreis der
ersten Motorphase. In ähnlicher Weise befinden sich Läuferscheiben 54 und 56 auf
beiden Seiten der Ständerscheibe 40 und Läuferscheiben 58 und 60 auf beiden Sei-ten
der Ständerscheibe 42, um den magnetischen Kreis der zweiten und dritten phase zu
vervollständigen.
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Jede Läuferscheibe besteht ebenfalls aus tortenstück-förmigen Sektoren
61 aus lamelliertem Stahl, die zwischen Segmenten aus einem Material mit geringer
magnetischer Leitfähigkeit eingeschlossen sind. In einem 3-Phasen-Motor haben die
lamellierten ';vektoren sowohl der Ständerscheiben als auch der Läuferscheiben eine
Umfangserstreckung, die angenähert der Breite der Glieder 16 entspricht und das
Idaterial mit niedriger magnetischer Beitfähigkeit schließt sich zu beiden Seiten
mit doppelter Umfangserstreckung an.
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In die Umfangsfläche einer jeden Läuferscheibe ist eine schmale eingearbeitet
und mit einer bruchfesten Schicht aus Glasfasei'-material 62 ausgefüllt. Die lamellierten
Segmente 61 der Läuferscheiben jeder Phase fluchten miteinander. Darüberhinaus sind
die lamellierten Segmente der Rotorscheiben in der zweiten Phase in Umfangsrichtung
um die Umfangserstreckung eines Segmentes der ersten Phase versetzt, und die lamellierten
Sektoren der Motor scheiben in der dritten Phase sind abermalig in der gleichen
Richtung um die Umfangserstreckung eines Segmentes der zweiten Phase versetzt. Auf
diese Weise fluchten die Sektoren 61 der Läuferscheiben 54 und 56, wenn die Segmente
61 der Läuferscheiben 50 und 52 in einer Linie mit den Segmenten 43 der Ständerscheibe
38 verlaufen, mit gedachten Sektoren der Ständerscheibe 40, die sich an die lamellierten
Segmente anschließen und die Segmente 61 der Läuferscheiben 58 und 60 fluchten mit
gedachten Segmenten der Ständerscheibe 42, die sich an die lamellierten Segmente
anschliessen, jedoch auf entgegengesetzten Seiten der gedachten Segmente der Ständerscheibe
40 liegen.
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Durch geeignete Bohrungen in den Lagerschilden 12 und 14 erstrecken
sich (nicht dargestellt) Zuganker und ziehen die einzel nen Teile des Motors zusammen.
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Wie Fugur 2 zeigt, sind an die Welle 10 des Motors nach Figur 1 an
der einen Seite desselben eine Last 65 und an der anderen Seite ein Stellungsfühler
66 und ein DrehzilfUhler 68 angekoppelt.
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Bei einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug wird die Last 65
von den rntriebsridern gebildet. Ein aus einem Kraftstromteil 70 und einem steuerteil
72 bestehendes Steuergerät ist über seine Ausgangsklemmen 74 und 75 mit der Primär-bzw.
Sekundärklemme 76, 77 der ersten Phasenwicklung 20 verbunden. Eingangsklemmen 78
und 79 des Kraftstromteiles 70 sind an die positive bzw. negative Klemme 80, 81
einer Gleichstrombatterie 90 angeschlossen.
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Zwei ähnliche Steuergeräte (nicht dargestellt) sind mit ihren Ausgangsklemmen
an die Klemmen 82 und 83 der zweiten Phasenwicklung 26 bzw. die Klemmen 84 und 85
der dritten Phasenwicklung angeschlossen.
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Von dem Stellungsfühler 66 und dem Drehzahlfühler 68 erzeugte signale
werden in den Steuerteil 72 eingegeben, wie dies durch die gestrichtelten Linien
92 und 94 veranschaulicht ist. Ferner erhält der steuerteil 72, wie durch die Pfeile
96, 98 und 100 angedeutet ist, Signale für die gewünschte Drehmomentaufnahme, Vorwärts,oder
Rückwärtsbetrieb und ein Eingangssignal für den ,ystemschutz.
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Die Figuren 2a - c veranschaulichen schematisch andere Ausführungsformen
von Gleichspannungsquellen zum Anschluss an die Eingangsklemmen 78 und 79 eines
jenen Steuergerätes. Die erste alternative Stromquelle nach Figur 2a besteht aus
einer Gasturbine oder einer Brennkraftmaschine 102, die mechenisch über eine Welle
104 an einen Gleichstromgenerator 106 angekoppelt ist. Die Ausgangsleiter des Generators
106 sind über einen Filter 108 an Klemmen 80 und 81 geführt. Diese Anordnung dient
zum Einsatz des Motors und des Kraftstromkreises nach der Erfindung bei einem elektrischen
Antriebssystem für große Nutzfahrzeuge oder militärische Fahrzeuge.
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Für industriellen Einsatz, wo eine 3-Phasen-Wechselstromquelle ohne
weiteres verfügbar ist, ist gemäß der Darstellung in Figur 2b ein 3-Phasen-Motor
109 elektrisch an das 3-Phasen-Netz angeschlossen und mechanisch über eine Welle
110 mit einem Gleichstromgenerator 106' gekuppelt.
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Die Ausgangsleitungen des Generators 106' führen über einen Filter
108' zu Klemmen 80" und 81". Als weitere Alternative verbindet ein elektronischer
Gleichrichter und Umrichter 112 das 3-Phasen-Wechselstromnetz über einen Filter
108t' mit Klemmen 80 und 81".
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Wie weiterhin in Figur 3 dargestellt ist, ist ein primärer gesteuerter
Siliziumgleichrichter 120 mit ihrer Anode an die Klemme 78 und mit ihrer Kathode
an die Klemme 74 angeschlossen.
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Ein primärer gesteuerter Umschalt-Siliziumgleichrichter 422 ist mit
seiner Anode an die Klemme 78 und mit seiner Kathode an die nicht mit einem Punkt
versehene Platte eines Schaltkond ensators 124 angeschlossen. Die mit einem Punkt
bezeichnete Platte des Kondensators 124 steht mit der Klemme 74 in Verbindung.
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Die eine Seite einer' Induktionsspule 126 ist an die punktlose Platte
des Schaltkondensators 124 und die andere Seite an die Anode eines gesteuerten Siliziumgleichrichters
128 angeschlossen.' Die Kathode des Siliziumgleichrichters 128 und die Kathode einer
Diode 130, deren Anode an die Klemme 79 angeschlossen ist, sind beide mit der Klemme
74 verbunden.
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Ein sekundärerer gesteuerter Siliziumgleichrichter 132 ist mit seiner
Anode an die Klemme 75 und seiner Kathode an die Klemme angeschlossen. Ein sekundärer
gesteuerter kommutativ-Siliziumgleichrichter 134 ist mit seiner Anode an die mit
einem Punkt versehene Platte eines sekundären Schaltkondensators 136 und mit seiner
Kathode an die Klemme 79 angeschlossen. Die nicht mit einem Punkt versehene Platte
des Schaltkondensators 136 ist mit der Klemme 75 verbunden.
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Dieleine Seite einer Induktionsspule 138 steht. mit der nicht mit
einem Punkt gekennzeichne ten Platte des Schal tkond ensators 136 in Verbindung
und die andere Seite ist mit der Anode eines gesteuerten Siliziumgleichrichters
140 verbunden. Die Kathode dieses Siliziumgleichrichters 140 ist an die mit einem
Punkt versehene Platte eines Kondensators 156 angeschlossenb
Eine
Diode 142 steht mit ihrer Anode mit der Klemme 75 und mit ihrer Kathode mit der
Klemme 78 in Verbindung.
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Der Stromkreis nach Figur 3 kann in mehrfach verschiedener Weis betrieben
werden) wobei jedesmal verschiedene Motorkennlinien erzeugt werden. Die Betätigung
mit maximaler Leistung wird nach-l stehend unter Bezugnahme auf die Wellen formen
nach Figur 4 erlautet. Die Funktion des Stromkreises wird in der Annehme beschrieben,
daß der Stromkreis die Wicklung 20 in der ersten Phase des Motors nach Figur 1 steuert.
Ähnliche Stromkreise, die für die anderen beiden Phasen vorgesehen sind, arbeiten
in der gieichen eise, Wenn die lamellierten Segmente 61, die Läuferscheiben 50 und
52 sich in Deckungsstellung mit den lamellierten Segmenten 43 der Ständerscheibe
38 drehen, nimmt die Selbstinduktivität der Wicklung 20 wegen des Anwachsens der
magnetischen Kopplung zu. Der sekundäre Schaltkondensator 136 wird durch einen Triggerimpuls
auf die Gatterklemmen des Siliziumgleichrichters 120 und 134 aufgeladèn. Der verhältnismäßig
kleine Ladestrom fließt durch die Motorwicklung 20 und erzeugt dabei ein geringes
Motordrehmoment. Wenn die Ladung an der nicht gepunkteten Platte des Kondensators
136 angenähert gleich der Batteriespannung ist, schalten beide Siliziumgleichrichter
120 und 134 von selbst um. Der Kondensator -136 wird durch das Kippen des Siliziumgleichrichters
140 sofort umgeladen. Die Induktionsspule 138 pumpt die Ladung zu der mit einem
Punkt versehenen Platte des Kondensators 136, so daß an dieser Platte eine positive
Batteriespannutg vorliegt.
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Durch einen ähnlichen Vorgang wird der Kondensator 124 auf eine Ladung,
die angenähert der Batteriespannung entspricht, aufgeladen, welche auf die mit einem
Punkt versehene Platte geschaltet wird. In diesem Falle werden zu Anfang Triggerimpulse
auf die Gatterklemmen der Siliziumdioden 122 und 132 gegeben. Wiederum fließt Strom
durch die Wicklung 20 und es wird ein geringes Motordrehmoment entwickelt.
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Die an der nicht gepunkteten Platte des Kondensators 124 entstehende
Batteriespannung wird zu der mit Punkt versehenen Platte durch Kippen des Siliziumgleichrichters
128 umgeschaltet.
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Das Hauptmotordrehmoment wird nun durch Kippen des primären Siliziumgleichrichters
120 und des sekundären Siliziumgleichrichters 132 erhalten, wodurch die Batteriespannung
unmittelbar an der Vicklung 20 anliegt, enn der Strom durch die Wicklung 20 einen
vorausbestimmten Wert erreicht, wird ein Impuls auf die Gatterklemme des Siliziumgleichrichters
122 gegeben, Der vorausbew stimmte Stromwert wird durch irgendeine mit dem Stromkreis
verbundene Messeinrichtung festgestellt-und ist gemäß dem gewunschten Motordrehmoment
ausgewählt. Das Kippen des Siliziumgleichrichters 122 legt die am Kondensator 124
bestehende Batterie spannung an den Siliziumgleichrichter 120 und schaltet diese
dabei um. Der Kondensator 124 entlädt sich über die Wicklung 20,1 und eine positive
Ladung beginnt sich an der ungepunkteten Platz te des Kondensators 124 aufzubauen,
wodurch der Strom in der Wicklung 20 leicht ansteigt.
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Wenn der Kondensator 124 erneut auf Batteriespa@nung aufgeladen ist9
schaltet der Siliziumgleichrichter 122 von selbst umO Der Siliziumgleichrichter
132 bleibt in seinem leitenden Zustand und bewirkt unter dem Einfluss der Selbstinduktivität
der Wicklung 20 daß der Strom in der Wicklung durch den von dem Siliziumgleichrichter
132 und dem Gleichrichter 130 gebildeten Kreis von eelbst weiterfließt. Der Ohmsche
Widerstand und die ansteigende Selbstinduktivität der Wicklung 20 haben während
der Zeitdauer des selbsttätigen Weiterfließens einen vollständigen Stromabfall zur
Folge. Der Siliziumgleichrichter 128 wird während des selbst tätigen Stromflusses
gekippt und pumpt die positive Ladung von der nicht gepunkteten Platte des Kondensators
124 auf dessen mit Punkt versehene Platte. Wenn der selbsttätige Stromfluss dui"
ch -die Wicklung 20 auf einen vorausbestimmten Wert abgesunken ist, wird der Siliziumglei
chrichter 122 erneut gekippt, wobei sich der Kondensator 124 über die Wicklung 20
wiederum entlädt und
dann von der Batterie wieder aufgeladen wird.
Wenn der Kondensator auf Batteriespannung an seiner nicht gepunkteten Platte wieder
aufgeladen ist, schaltet der Siliziumgleichrlchter 122 von selbst um. Der selbsttätige
Stromfluss beginnt von neuem, und während dieses ',tromflusses wird die Ladung am
Kondensator 124 durch Kippen des oiliziumgleichrichters 128 erneut umgekehrt, Dieser
Arbeitsablauf setzt sich für die gewünschte Anzahl von selbsttätigen Stromflussperioden
fort.
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Wenn sich die lamellierten Segmente 61 des Läufers in volle Deckung
mit dem lamellierten Segment 43 des Läufers bewegt haben, muss derliStrom in der
Wicklung 20 so schnell wie möglich unterbrochen werden, da jeglicher Strom während
der nächsten Weiterdrehung ein Bremsmoment zur Polge hat. Sowie sich die lamellierten
Sektoren der Deckungsstellung nähern, führt deshalb der Steuerteil 72 des Steuergerätes
einen Triggerimpuls an das Gatter des Siliziumgleichrichters 134. Die Siliziumdiode
134 gibt sofort die positive Spannung an der mit einem Punkt versehenen Platte des
Kondensators 136, an den Siliziumgleichrichter 132 und schaltet diesen dadurch um.
Der Kondensator 136 entlädt sich über den Siliziumgleichrichter 134, den Gleichrichter
130 und die ;trick lung 20'und lässt den Wicklungsstrom momentan anwachsen. Die
Resonanz der Wicklung 20 uEd des Kondensators 136 lassen eine positive Ladung an
der ungepunkteten Platte des Kondensators entstehen und der Siliziumgleichrichter
134 schaltet von selbst um. Die Induktivität der Wicklung 20 schaltet dann die Gleichrichter
130 und 142 durch, und der Strom in der Wicklung fließt schnell zur Batterie 90
zunick und vervollständigt hierdurch den Motorzyklus der ersten Phase. Während dieses
Vorganges wird die Ladung am Kondensator 136 für den nächsten Zyklus umgekehrt.
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Der Bewegungszyklus für die zweite Phase des Motors beginnt nun und
läuft in einem Stromkreis ähnlich demjenigen nach Figur 3 ab.
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Nach Beendigung des Antriebszyklus in der zweiten Phase beginnt der
Antriebs zyklus in der dritten Phase. Somit tritt au feinand erfolgend das volle
Antriebsmoment an allen Phasen auf und schafft eine sanfte Drehmomentabgabe.
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Am Ende eines jeden Motorzyklus wird der Wicklungsstrom zur Batterie
zurückgeleitet, wodurch der Wirkungsgrad gesteigert wird.
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Sine Partielle Drehmomentausbildung wird durch entsprechende Begrenzung
des maximalen Wicklungsstroms erzielt. Solche Begrenzungen werden durch Umschaltung
des Siliziumgleichrichters 120 zu einem entsprechenden Zeitpunkt bestimmt. Ein Partialdrehmoment-Betrieb
mit geringerem Wirkungsgrad kann durch Verwendung nur eines selbsttätigen Stromflusses
erhalten werden, wobei jedoch weniger erwünschte Stromwellenformen auftreten. Der
Stromkreis nach der Erfindung kann auch zur Nutzbremsung durch Kippen der Siliziumzellen
herangezogen-werden,. während die Wicklungsinduktivität abnimmt, was der Fall ist,
während sich die lamellierten Segmente 61 aus der Deckungsstellung mit den lamel-l
lierten Segmenten 63 herausbewegen. Zeitaufteilungsvorgänge bei den Siliziumzellen
können auch durch Betätigung des Stromkreises in der vorgeschriebenen Weise für
einen Zyklus und dann durch Umkehr des Kippens der primären und sekundären Komponenten
für den nächsten Zyklus herbeigeführt werden.
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Falls erwünscht, können die gesteuerten Siliziumgleichrichter durch
Transistoren oder andere Halbleiter-Bauelemente ersetzt werden. Di Umschaltkreise
für diese Transistoren umfassen dann Verbindungen zu den Basisanschlüssen der Transistoren.
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Der Motor kann mehr oder weniger als die 3 gezeigten Phasen besitzen.
Vergrößertes Drehmoment für jede Motorgewichtseinheit kann durch Vermehrung der
Anzahl der Phasen in jedem Motor erhalten werden. Auch kann das Größenverhältnis
der lamellierten Segmente zu den dazwischenliegenden Sektoren geringer magnetischer
Leitfähigkeit in den Ständer-und Läuferscheiben verändert werden.
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Figur 5 verwendet dieselben Schaltkondensatoren 124 und 136 und Induktionsspulen
126 und 138 zur Umschaltung der Siliziumzellen in den 3 Motorphasen, die in der
Figur durch gestrichelte Linien
voneinander getrennt sind. Alle
Verbindungen in Figur 5 sind identisch zu Figur 3, mit Ausnahme der nachfolgend
beschriebenen, Der Kondensator 124 liegt mit seiner nicht gepunkteten Platte unmittelbar
an der Klemme 78, und seine mit einem Punkt versehene neiPlatte ist mit der Anode
des Siliziumgleichrichters 122 verbunden. Die Kathode des Silizimmgleichrichters
122 steht mit der Klemme 74 in Verbindung, Die Induktionsspule 126 verbindet die
Anode des Siliziumgleichrichters 128 mit der Klemme 78 und die Kathode des Siliziumgleichrichters
128 mit der Anode des Siliziumgleichrichters 122.
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Auf der anderen Seite der Wicklung 20 ist die Anode des Siliziumgleichrichters
134 mit der Klemme 75 und die Kathode mit der nicht gepunkteten Platte des Kondensators
136 und der Anode des Siliziumgleichrichters 140 verbunden. Die mit Punkt versehene
Platte des Kondensators 136 ist an die Klemme 79 angesnchlossen, und die Induktionsspule
138 verbindet die Kathode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 140 mit der Klemme
79.
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Die Wicklung 26 der zweiten Phase ist ähnlich wie die Wicklung der
ersten Phase über Siliziumgleichrichter 120' und 132' und Dioden 130" und 142" an
die Klemmen 78 und 79 angeschlossen.
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Entsprechende gesteuerte Siliziumgleichrichter 120" und 132" mit;
Dioden 130" und 142" verbinden die Wicklung 30 der dritten Phase mit den Klemmen
78 und 79. Es verdient jedoch Beachtung, daß weder die zweite, noch die dritte Phase
einen Umschaltkreis erhalten; statt dessen verbinden die gesteuerten Siliziumgleichrichter
122' und 122' die mit Punkt versehene Platte des Konden-', sators 124 mit den entsprechenden
Anoden der Siliziumgleichrichter 120' und 120" und die Siliaiumglei chrichter 134'
und 13411 verbinden die nicht gepunktete Platte des Kondensators 136 mit den entsprechenden
Kathoden der Siliziumdioden 132' und 132".
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Kommutierung in der ersten Phase nach Figur 5 geschieht auf folgende
Weise:
Zunächst wird eine Ladung an der nicht gepunkteten Platte
des Kondensators 124 durch Kippen der gesteuerten Siliziumrleichrichter 122 und
132 aufgebaut. Die Induktionsspule 126 pumpt durch lippen des Siliziumgleichrichters
128 die positive Ladung zur mit Funkt versehenen Platte des Kondensators 124. Eine
positive Ladung wird nun an der nicht gepunkteten Platte des Kond en sators 136
durch Kippen der Siliziumgleichrichter 120 und 134 aufgebaut.
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Die Induktionsspule 138 pumpt die positive Ladung zu der mit Punkt
versehenen Platte des Kondensators 136 durch Kippen des SilDziungleichrichters 140.
Der Verlauf der ersten Phase is-t nun der gleiche, wie in Verbindung mit Fugur 3
beschrieben wurde.
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Der Betrieb in der ersten Phase kann dergestalt sein, daß die Kondensatoren
124 und 136 am Ende des-Betriebs geladen oder ungeladen sind. enn die Kondensatoren
aufgeladen sind, wird die Ladung, falls erforderlich, zu den mit Punkt versehenen
Platten umgeschaltet, wie es oben beschrieben wurde. Wenn die Kondensatoren ungeladen
sind, wird eine positive Ladung auf der ungepunkteten Platte des Kondensators 124
durch Kippen der Siliziumgleichrichter 122' und 132' aufgebaut, sowie die lamellierten
Segmente der zweiten Phase sich zu überdecken beginnen. Der Ladestrom fließt durch
die Wicklung -26. Ladungsumkehrung am Kondensator wird durch Kippen des Siliziumgleichrichters
128 erhalten. tine positive Ladung wird dann an der nicht gepunkteten Platte des
Kondensators 136 durch Kippen der Siliziumgleichrichter 120' und 134' aufgebaut
und die Ladung wird durch Kippen des Siliziumgleichrichters 140 umgekehrt.
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Die Siliziumgleichrichter 120' und 132' werden gekippt, um einen Stromaufbau
in der Wicklung 26 zu beginnen. Wenn der Strom in de? Wicklung den vorausbestimmten
Wert erreicht, schaltet das Kippen des Siliziumgleichrichters 122' den Siliziumgleichrichter
120' um.
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Selbsttätiger Szromfluss und Stromverstärkung erfolgen in gleicher
Weise wie in Verbindung mit Figur 3 beschrieben. Wenn sich die zweite Phase dem
Ende ihrer Funktion nähert, schaltet das Kippen des Siliziumgleichrichters 134'
den Siliziumgleichrichter
132' um, und der Strom in der Wicklung
26 kehrt zur Batterie 90 über die Dioden 130' und 142'.
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Die Wirkungsweise der dritten Phase geht in ähnlicher Weise vontatten.
Gewöhnliche Schaltkondensatoren können für zusätzliche Phasen verwendet werden,
ohne daß Störungen bei der Ladung und Entladung der Kondensatoren auftreten. Zwei
oder mehr Phasen in Deckung miteinander können ebenso gemeinsame Umschaltkondensato-1
ren, die in beschriebener Weise angekoppelt sind, verwenden.
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Die Erfindung schafft somit einen Kraftstromkreis für Elektromotoren
mit veränderbarem magnetischen Widerstand, der dem Motor mit hohem Wirkungsgrad
elektrische Leistung zuführt, ungenutzte Energie anteile zur Energiequelle zurückleitet
und diverse unterschiedliche Betriebsarten ohne zusätzliche Komponenten ermöglicht.
Der Kraftstromkreis kann aus normalerweise zu Gebote stehenden elektrischen Komponenten
aufgebaut sein und letztlich mit verschiedenen elektrischen Energiequellen betrieben
werden.
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Stromwellenformen, die sich einem idealen Wellenverlauf nähern, entstehen
durch den beschriebenen Ablauf von zunächst Stromaufbau in der Wicklung und dann
selbsttätigen Stromfluss und Strom verstärkung.
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Matentanspruche /