DE4445356A1

DE4445356A1 - Single-phase salient pole reluctance motor with light barrier commutation e.g. for driving pump or centrifuge

Info

Publication number: DE4445356A1
Application number: DE4445356A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl Ing Menge
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1996-06-27
Also published as: DE19537453A1

Abstract

A two pole reluctance motor with salient poles on the stator and the permanent magnet rotor has a single phase stator winding with a freewheeling diode and a resistance in a parallel branch. In series with the stator winding is a MOSFET to control the current, receiving trigger signals from a light barrier working with a control disc on the motor shaft. The stator pole arc lies between 70 and 110 deg and the rotor pole arc lies between 30 and 50 deg. The angle between polar axes when the stator current switches on is between 90 and 110 deg and is between 30 and 45 deg when it switches off. The freewheeling resistance value depends on the speed at rated load and/or the effective stator resistance.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reluktanzmotor, der die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist.The invention relates to a reluctance motor, which has the features of the preamble of claim 1.

Ein bekannter Reluktanzmotor dieser Art (DE 41 02 263 A1) konnte ebenso wie andere bekannte Reluktanzmotoren bisher keine nennenswerte Bedeutung erlangen, und zwar auch nicht in Anwendungsgebieten, in denen kein hohes Anlaufmoment erforder lich ist, weil das Leistungsgewicht im Vergleich zu anderen Motorarten ungünstig ist, was sowohl auf das erzielbare Dreh moment als auch die erreichbare Drehzahl zurückzuführen ist.A known reluctance motor of this type (DE 41 02 263 A1) was able to do just like other known reluctance motors have no significant significance, not even in Areas of application in which no high starting torque is required is because the power to weight ratio compared to others Motor types is unfavorable, both due to the achievable rotation torque as well as the achievable speed.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Reluk tanzmotor zu schaffen, mit dem sich ein im Vergleich zu den bekannten Reluktanzmotoren wesentlich höheres Leistungsgewicht erreichen läßt. Diese Aufgabe löst ein Reluktanzmotor mit den Merkmalen des Anspruches 1.The invention is therefore based on the object of a reluk to create a dance motor with which one compared to the known reluctance motors much higher weight to power ratio can be achieved. A reluctance motor solves this task with the Features of claim 1.

Von wesentlicher Bedeutung für die Höhe des erzielbaren Dreh momentes ist die Wahl der Polbogenlänge sowohl der Statorpole als auch der Rotorpole. Ebenso bedeutsam ist aber auch die Wahl der Winkelstellungen des Rotors relativ zum Stator, bei denen der Statorstrom eingeschaltet und abgeschaltet wird, wobei zu beachten ist, daß beim Einschalten des Statorstromes das magnetische Feld erst nach einer gewissen Zeitverzögerung voll aufgebaut und nach dem Abschalten infolge des weiterhin über den Freilaufwiderstand fließenden Stromes erst nach einer gewissen Zeitverzögerung wieder abgebaut ist. Letztere hängt in erheblichem Maße von der Bemessung des Freilaufwiderstandes ab. Dessen Bemessung bestimmt außerdem entscheidend die er reichbare Drehzahl, weshalb sich eine Erhöhung des Leistungs gewichtes durch eine Erhöhung der Drehzahl nur mit einem entsprechend dimensionierten Freilaufwiderstand erreichen läßt. Mit einem richtig bemessenen Freilaufwiderstand können ohne weiteres Lastdrehzahlen im Bereich von 20.000 bis 25.000 Umdrehungen pro Minute erreicht werden.Essential for the amount of spin that can be achieved The moment is the choice of the pole arc length of both the stator poles as well as the rotor poles. But that is just as important Choice of the angular positions of the rotor relative to the stator, at which the stator current is switched on and off, it should be noted that when the stator current is switched on the magnetic field only after a certain time delay fully built and after switching off due to the continue current flowing through the freewheeling resistor only after one certain time delay has been removed. The latter hangs to a considerable extent from the dimensioning of the freewheeling resistance from. Its dimensioning also decisively determines the Reachable speed, which is why there is an increase in performance weight by increasing the speed only with one achieve appropriately dimensioned free-wheel resistance leaves. With a properly dimensioned freewheeling resistance without further load speeds in the range of 20,000 to 25,000 Revolutions per minute can be achieved.

Überall dort, wo nur ein geringes Anlaufmoment erforderlich ist, also beispielsweise bei Gebläsen, Pumpen und Zentrifugen, steht mit dem erfindungsgemäßen Motor ein Antrieb zur Verfü gung, der nicht nur wartungsfrei ist, sondern auch kosten günstiger ist als die bekannten, vergleichbaren Motoren, die teure, großvolumige Frequenzumrichter benötigen, Permanent magnete am Rotor mit der Gefahr der Ummagnetisierung und hohe Wärmeverluste mit einer Gefährdung der Wicklung und der Schaltmittel aufweisen sowie einen hohen Aufwand für die Dämpfung der Ausschaltinduktionsspannung, und aufwendige Strombegrenzungsschaltungen erfordern.Wherever only a low starting torque is required is, for example in fans, pumps and centrifuges, a drive is available with the motor according to the invention supply that is not only maintenance-free, but also costs is cheaper than the known, comparable engines that need expensive, large volume frequency converters, permanent magnets on the rotor with the risk of magnetic reversal and high Heat loss with a risk to the winding and the Have switching means and a high cost for Damping the switch-off induction voltage, and expensive Current limiting circuits require.

Besonders günstige Bedingungen hinsichtlich des Einschaltzeit punktes und Ausschaltzeitpunktes des Statorstromes erhält man mit einer Steuerscheibe, deren beide dem einen bzw. anderen Rotorpol zugeordneten Sektoren sich über einen Winkelbereich von etwa 50° bis 70° erstrecken und damit die Zeitspanne festlegen, während deren der Leistungshalbleiter sich im leitenden Zustand befindet.Particularly favorable conditions with regard to the switch-on time point and switch-off time of the stator current are obtained with a control disc, both of which one or the other Sectors assigned to rotor pole extend over an angular range extend from about 50 ° to 70 ° and thus the time span determine during which the power semiconductor in the conductive state.

Um ohne Schwierigkeiten den optimalen Zeitpunkt festlegen zu können, zu dem der Statorstrom eingeschaltet werden muß, kann man eine Signalverzögerungsschaltung für das von der Licht schranke erzeugte Einschaltsignal mit stufenlos verstellbarer Zeitverzögerung vorsehen. Steht eine solche Zeitverzögerungs schaltung zu Verfügung, wird der von der Steuerscheibe be stimmte Einschaltzeitpunkt etwas vorverlegt. Der optimale Zeitpunkt, zu dem Statorstrom einzuschalten ist, kann dann durch eine entsprechende Wahl der Verzögerungszeit festgelegt werden, wobei sich dieser optimale Zeitpunkt daran erkennen läßt, daß der Statorstrom hier ein Minimum erreicht.To easily determine the optimal time to which the stator current must be switched on one a signal delay circuit for that from the light barrier generated switch-on signal with infinitely adjustable Provide a time delay. There is such a time delay circuit is available, the be from the control disc agreed to switch on the timing somewhat. The optimal one The time at which the stator current is to be switched on can then determined by an appropriate choice of the delay time be, recognizing this optimal point in time allows the stator current to reach a minimum here.

Wird bei der Dimensionierung des Freilaufwiderstandes die Lastdrehzahl als Dimensionierungskriterium verwendet, wird der Widerstandswert in Ohm vorzugsweise so gewählt, daß er in dem Wertebereich zwischen etwa 1/6 und 1/10 der Anzahl der Umdre hungen des Rotors pro Sekunde liegt. Zu einer vorteilhaften Dimensionierung des Freilaufwiderstandes kommt man aber auch dann, wenn der Widerstandswert im Bereich des Sechzigfachen bis Hundertvierzigfachen des ohmschen Widerstandes der Stator wicklung liegt. Schließlich ergeben sich vorteilhafte Werte für den Freilaufwiderstand auch dann, wenn dessen Widerstands wert im Bereich zwischen etwa 30 Ohm und 70 Ohm pro Kilowatt Leistungsaufnahme des Motors liegt.Is the dimensioning of the freewheeling resistance The load speed is used as the dimensioning criterion Resistance value in ohms preferably chosen so that it in the Range of values between about 1/6 and 1/10 of the number of turns rotations per second. To an advantageous Dimensioning of the freewheeling resistance is also possible then when the resistance value is in the range of sixty times up to a hundred and forty times the ohmic resistance of the stator winding lies. Finally, there are advantageous values for the freewheeling resistor even if its resistance value in the range between about 30 ohms and 70 ohms per kilowatt Power consumption of the engine is.

Der Freilaufwiderstand braucht nicht in unmittelbarer Nähe der Statorwicklung angeordnet zu sein. Vielmehr ist es in vielen Fällen vorteilhafter, ihn räumlich getrennt von der Stator wicklung anzuordnen, was auch eine Anordnung außerhalb des Motorgehäuses einschließt. Hierdurch kann man zum einen die Erwärmung der Statorwicklung und der Elektronik des Motors wesentlich verringern, wodurch die Anforderung an die Kühlung erheblich reduziert wird. Zum anderen kann man den Freilauf widerstand als Nutzwärmequelle verwenden, was nicht nur den Gesamtwirkungsgrad deutlich erhöht, sondern auch den Aufwand vermindert, weil der sonst erforderliche, separate elektrische Heizkörper entfällt. Hierbei brauchen die Anforderungen an die erreichbaren Temperaturen gegenüber den bekannten Heizkörpern nicht reduziert zu werden, weil der Freilaufwiderstand als Hochlastwiderstand oder als Heizelement ausgebildet sein kann. The freewheeling resistor does not need to be in the immediate vicinity of the Stator winding to be arranged. Rather, it is in many Cases more advantageous to separate it from the stator to arrange winding, which is also an arrangement outside the Motor housing includes. This allows you to Heating of the stator winding and the electronics of the motor reduce significantly, reducing the cooling requirement is significantly reduced. On the other hand, you can use the freewheel use resistance as a useful heat source, which is not only the Overall efficiency increased significantly, but also the effort reduced because of the otherwise required separate electrical There is no radiator. Here the requirements for achievable temperatures compared to the known radiators not to be reduced because the freewheeling resistance as High load resistance or can be designed as a heating element.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Freilaufwider stand in Reihe mit einem parallel zum Leistungshalbleiter liegenden Freilaufkondensator geschaltet und die Freilaufdiode liegt zwischen der Verbindungsstelle von Statorwicklung und Leistungshalbleiter einerseits sowie der Verbindungsstelle von Freilaufwiderstand und Freilaufkondensator andererseits. Ein solcher Freilaufkondensator schützt den Leistungshalbleiter, beeinflußt günstig das Ausklingen des Statorstromes beim Abschalten und stellt die beim Abschaltvorgang gespeicherte Energie beim nächsten Einschaltvorgang wieder zur Verfügung.In a preferred embodiment, the freewheel is resistive stood in line with one parallel to the power semiconductor connected freewheeling capacitor and the freewheeling diode lies between the junction of the stator winding and Power semiconductors on the one hand and the connection point of Freewheeling resistor and freewheeling capacitor on the other hand. On such a freewheeling capacitor protects the power semiconductor, has a favorable influence on the decay of the stator current when Turn off and restores the one saved during the shutdown process Energy available again the next time the device is switched on.

Sehr vorteilhaft ist auch die Verwendung des Freilaufwider standes als Vorwiderstand für die Statorwicklung. Es brauchen dann keine zusätzlichen Maßnahmen zur Begrenzung des Ein schaltstromes getroffen zu werden. Sofern der Freilaufwider stand mit Anzapfungen versehen ist, kann er in Verbindung mit einem Stufenschalter auch als Leistungssteller genutzt werden.The use of the freewheel resistor is also very advantageous as a series resistor for the stator winding. Need it then no additional measures to limit the on switching current to be hit. If the freewheel resists is tapped, it can be connected to a tap changer can also be used as a power controller.

Wenn eine Doppelisolierung erforderlich ist, kann diese in einfacher Weise realisiert werden. Man kann hierzu den Rotor mittels einer dünnen, elektrisch isolierenden Folie einhüllen, wobei es in der Regel nicht erforderlich ist, auch die Stirn flächen des Rotors zu bedecken, sondern ein Überstand der Folie über die beiden Stirnseiten von wenigen Millimetern genügt. Die Folie kann beispielsweise einen Schrumpfschlauch bilden, wodurch das Aufbringen und Festlegen auf dem Rotor besonders einfach ist. Man kann aber auch eine dünnwandige, glatte, zylindrische Hülse aus einem elektrisch isolierenden Material verwenden, welche an den Polflächen der Statorpole konzentrisch zum Rotor anliegt und sich über die gesamte axiale Länge des Rotors und Stators erstreckt.If double insulation is required, this can be done in can be easily realized. You can use the rotor envelop with a thin, electrically insulating film, it is usually not necessary, including the forehead to cover surfaces of the rotor, but an overhang of the Foil over the two end faces of a few millimeters enough. The film can be a shrink tube, for example form, causing the application and fixing on the rotor is particularly simple. But you can also use a thin-walled smooth, cylindrical sleeve made of an electrically insulating Use material that is on the pole faces of the stator poles is concentric to the rotor and extends over the entire axial length of the rotor and stator extends.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigenIn the following the invention is based on in the drawing illustrated embodiments explained in detail. It demonstrate

Fig. 1 eine Stirnansicht des Statorblechpaketes und des Rotorblechpaketes eines ersten Ausführungsbei spiels in einer Drehstellung des Rotors, in der sich seine Polachse mit derjenigen des Stators deckt, Fig. 1 is a front view of the laminated stator core and the rotor core of a first Ausführungsbei game in a rotational position of the rotor, in which its polar axis coincides with that of the stator,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Statorblechpaketes und des Rotorblechpaketes des ersten Ausführungsbeispiels in der Winkelstellung des Rotors bei stillstehen dem Motor, Fig. 2 is an end view of the laminated stator core and the rotor core of the first embodiment in the angular position of the rotor at rest to the engine,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Steuerscheibe des ersten Ausführungsbeispiels in der Drehstellung des Rotors gemäß Fig. 1, Fig. 3 is a plan view of the control disk of the first embodiment in the rotational position of the rotor according to Fig. 1,

Fig. 4 ein Schaltbild des Leistungsteils und des Steuer teils des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 4 is a circuit diagram of the power part and the control part of the first embodiment,

Fig. 5 ein Schaltbild des Leistungsteils eines zweiten Ausführungsbeispiels, Fig. 5 is a circuit diagram of the power section of a second embodiment,

Fig. 6 eine Stirnansicht des Rotorblechpaketes eines dritten Ausführungsbeispiels, Fig. 6 is an end view of the rotor core of a third embodiment,

Fig. 7 eine Stirnansicht des Statorblechpaketes eines vierten Ausführungsbeispiels. Fig. 7 is an end view of the stator core of a fourth embodiment.

Ein zweipoliger Reluktanzmotor, der wahlweise mit gleichge richtetem Wechselstrom oder Gleichstrom betrieben werden kann, eine Leistungsaufnahme von 1000 Watt bei einer Leistungsabgabe von 600 Watt sowie eine Lastdrehzahl von 18.000 Umdrehungen pro Minute hat, weist ein als Ganzes mit 1 bezeichnetes Sta torblechpaket mit zwei gleich ausgebildeten, ausgeprägten Polen 2 auf, die auch als Schenkelpole bezeichnet werden. Der Polbogen der Pole 2 beträgt im Ausführungsbeispiel 90°. Bei anderen Ausführungsformen könnte der optimale Wert des Stator polbogens aber auch bis zu etwa 20° größer oder kleiner sein.A two-pole reluctance motor, which can be operated either with rectified alternating current or direct current, has a power consumption of 1000 watts with a power output of 600 watts and a load speed of 18,000 revolutions per minute, has a stator core package, designated as a whole with 1 , with two identical designs , pronounced poles 2 , which are also referred to as salient poles. The pole arc of the poles 2 is 90 ° in the exemplary embodiment. In other embodiments, the optimal value of the stator pole arc could also be up to about 20 ° larger or smaller.

Auf einer konzentrisch zum Statorblechpaket 1 angeordneten Motorwelle 3 ist ein Rotorblechpaket 4 angeordnet, dessen beide Pole einen Polbogen von 40° haben. Permanentmagnete sind am Rotorblechpaket 4 nicht vorhanden. Wie Fig. 1 zeigt, ist der Übergang von den beiden Polflächen des Rotorblechpaketes 4 zu dessen Seitenflächen zur Lärmreduzierung abgerundet. Ferner zeigt Fig. 1, daß die quer zur Rotorpolachse 5 gemessene Breite des Rotorblechpaketes 4 von den Polflächen zur Mitte hin etwas zunimmt, so daß das Querschnittsprofil des Rotorblechpaketes 4 sich von einem Rechteck dadurch unterscheidet, daß jenes sich zu seinen beiden Schmalseiten hin allmählich verjüngt und in diese über Ausrundungen übergeht sowie die Schmalseiten einen kreisbogenförmigen Verlauf haben.A rotor laminated core 4 is arranged on a motor shaft 3 arranged concentrically to the stator laminated core 1 , the two poles of which have a pole arc of 40 °. Permanent magnets are not present on the rotor laminated core 4 . As shown in FIG. 1, the transition from the two pole faces of the rotor laminated core 4 to the side faces thereof is rounded off in order to reduce noise. Furthermore, Fig. 1 shows that the width of the rotor laminated core 4 measured transversely to the rotor pole axis 5 increases somewhat from the pole faces towards the center, so that the cross-sectional profile of the rotor laminated core 4 differs from a rectangle in that it gradually tapers towards its two narrow sides and merges into them via fillets and the narrow sides have an arc-shaped course.

Damit das Rotorblechpaket 4 stets in einer Drehstellung bezüg lich des Statorblechpaketes 1 stehenbleibt, aus der heraus ein Anlauf möglich ist, weist das Statorblechpaket 1 einen gegen das Zentrum vorspringenden Halter 1′ für einen Permanent magneten 6 auf, dessen Polfläche 6′ einen sehr geringen Ab stand vom Flugkreis des Rotorblechpaketes 4 hat.So that the rotor laminated core 4 always remains in a rotational position bezüg Lich the stator laminated core 1 , from which a start is possible, the stator laminated core 1 has a protruding toward the center holder 1 'for a permanent magnet 6 , the pole face 6 ' of which is very low stood from the flight circle of the rotor core 4 .

Nicht dargestellte Lagerschilde, welche am Statorblechpaket 1 oder dem dieses aufnehmenden, nicht dargestellten Motorgehäuse zentriert sind, tragen die Lager für die Motorwelle 3. Auf letzterer ist außer dem Rotorblechpaket 4 eine Steuerscheibe 7 fest angeordnet, die aus einem lichtundurchlässigen Material besteht und in ihrer äußeren Randzone diametral angeordnete, gleich ausgebildete Fenster 7′ aufweist. Jedes dieser Fenster 7′ erstreckt sich über einen Winkel von 60°. Bei anderen Ausführungsbeispielen könnte der optimale Fensterwinkel jedoch auch bis zu etwa 10° größer oder kleiner sein. Die Steuer scheibe 7 ist so auf der Motorwelle 3 angeordnet, daß die in Drehrichtung voreilende Flanke den Lichtstrahl einer Licht schranke 8 freigibt, wenn die Rotorpolachse 5 einen Winkel von 90° mit der Statorpolachse 2′ einschließt. Dieser Winkel kann aber auch bis zu etwa 10° größer sein. Bei einer Erstreckung der Fenster 7′ über etwa 50° wird dann der Lichtstrahl der Lichtschranke 8 wieder unterbrochen, wenn die Rotorpolachse 5 mit der Statorpolachse 2′ einen Winkel von etwa 40° ein schließt, die Motorwelle 3 sich also noch um etwa 40° drehen muß, bis die Rotorpolachse 5 mit der Statorpolachse 2′ in Deckung ist.End shields, not shown, which are centered on the stator laminated core 1 or the motor housing, which is not shown, and which receives it, carry the bearings for the motor shaft 3 . On the latter, in addition to the rotor laminated core 4, a control disk 7 is fixedly arranged, which consists of an opaque material and has diametrically arranged, identically designed windows 7 'in its outer edge zone. Each of these windows 7 'extends over an angle of 60 °. In other exemplary embodiments, however, the optimal window angle could also be up to about 10 ° larger or smaller. The control disc 7 is arranged on the motor shaft 3 that the leading edge in the direction of rotation releases the light beam of a light barrier 8 when the rotor pole axis 5 includes an angle of 90 ° with the stator pole axis 2 '. This angle can also be up to about 10 ° larger. When the window 7 'extends over approximately 50 °, the light beam from the light barrier 8 is interrupted again when the rotor pole axis 5 with the stator pole axis 2 ' closes an angle of approximately 40 °, the motor shaft 3 thus still rotates by approximately 40 ° must until the rotor pole axis 5 with the stator pole axis 2 'is in register.

Wie das in Fig. 4 dargestellte Schaltbild des ersten Ausfüh rungsbeispiels zeigt, weist ein Leistungsteil 9 einen ab schaltbaren Leistungshalbleiter 10 auf, bei dem es sich um einen MOSFET oder einen IGBT handelt. Dieser Leistungshalb leiter 10 ist in Reihe mit einem induktiven Widerstand 11 geschaltet, der die aus zwei Spulen 12 gebildete, einsträngige Statorwicklung repräsentiert. Die beiden Spulen 12 sind auf dem einen bzw. anderen Pol 2 des Statorblechpaketes 1 angeord net. Parallel zum induktiven Widerstand 11 ist ein Freilauf widerstand 13, parallel zum Leistungshalbleiter 10 ein Frei laufkondensator 14 geschaltet. Die Verbindungsstelle zwischen dem Freilaufkondensator 14 und dem Freilaufwiderstand 13 ist mit der Kathode einer Freilaufdiode 15 verbunden, deren Anode an die Verbindungsstelle zwischen dem induktiven Widerstand 11 und dem Leistungshalbleiter 10 angeschlossen ist. Hierdurch werden der Leistungshalbleiter 10 geschützt, Schaltungsmittel gegenüber den RCD-Schaltungen eingespart und die bei einem Abschaltvorgang im Freilaufkondensator 14 gespeicherte Energie beim folgenden Einschaltvorgang genutzt, weil dabei sich der Kondensator über den Freilaufwiderstand 13 und den induktiven Widerstand 11 entlädt.As the circuit diagram of the first exemplary embodiment shown in FIG. 4 shows, a power unit 9 has a switchable power semiconductor 10 , which is a MOSFET or an IGBT. This power semiconductor 10 is connected in series with an inductive resistor 11 , which represents the single-stranded stator winding formed from two coils 12 . The two coils 12 are net on one or the other pole 2 of the stator core 1 . In parallel with the inductive resistor 11 , a free-wheeling resistor 13 , a free-running capacitor 14 is connected in parallel with the power semiconductor 10 . The connection point between the freewheeling capacitor 14 and the freewheeling resistor 13 is connected to the cathode of a freewheeling diode 15 , the anode of which is connected to the connection point between the inductive resistor 11 and the power semiconductor 10 . In this way, the power semiconductor 10 is protected, switching means are saved compared to the RCD circuits and the energy stored in the freewheeling capacitor 14 during a switch-off process is used in the following switch-on process because the capacitor discharges via the freewheeling resistor 13 and the inductive resistor 11 .

Der Steuerteil 16 der Schaltung weist eine Leuchtdiode 17 und einen Phototransistor 18 auf, die zusammen die mit der Steuer scheibe 7 zusammenarbeitende Lichtschranke 8 bilden, weil die äußere Randzone der Steuerscheibe 7, in der sich die Fenster 7′ befinden, zwischen der Leuchtdiode 17 und dem Phototran sistor 18 hindurchläuft. Selbstverständlich könnte auch eine auf dem Reflexionsprinzip arbeitende Lichtschranke verwendet werden, wenn die Steuerscheibe 7 reflektierende und nicht reflektierende Bereiche aufweisen würde. Ferner könnte auch ein anderer Winkelsensor eingesetzt werden, sofern er in der Lage ist, wie die im Ausführungsbeispiel verwendete Licht schranke die erforderlichen Steuersignale für den Leistungs halbleiter 10 zu erzeugen.The control part 16 of the circuit has a light-emitting diode 17 and a phototransistor 18 , which together form the light barrier 8 which cooperates with the control disc 7 , because the outer edge zone of the control disc 7 , in which the windows 7 'are located, between the light-emitting diode 17 and the phototran sistor 18 passes through. Of course, a light barrier operating on the reflection principle could also be used if the control disk 7 had reflecting and non-reflecting areas. Furthermore, another angle sensor could also be used, provided that it is capable of producing the necessary control signals for the power semiconductor 10 , such as the light barrier used in the exemplary embodiment.

Die am Phototransistor 18 anliegende Spannung wird einem invertierenden Trigger 20 zugeführt, dessen Ausgangsspannung entweder nur über einen Widerstand 19 am Gate des Leistungs halbleiters 10 anliegt, oder wie im Ausführungsbeispiel, einer Signalverzögerungsschaltung 21 mit stufenlos verstellbarer Verzögerungszeit zugeführt wird. Das verzögerte Ausgangssignal der Signalverzögerungsschaltung 21 liegt am Gate des Lei stungshalbleiters 10 an.The voltage applied to the phototransistor 18 is fed to an inverting trigger 20 , the output voltage of which is either present only via a resistor 19 at the gate of the power semiconductor 10 , or, as in the exemplary embodiment, is fed to a signal delay circuit 21 with a continuously variable delay time. The delayed output signal of the signal delay circuit 21 is applied to the gate of the power semiconductor 10 .

Zur Stabilisierung der Versorgungsspannung des Steuerteils 16 ist eine Zener-Diode 22 mit vorgeschaltetem Widerstand 23 vorgesehen.A Zener diode 22 with an upstream resistor 23 is provided to stabilize the supply voltage of the control part 16 .

Dank des Permanentmagneten 6 wird das Rotorblechpaket 4 in der in Fig. 2 dargestellten Drehlage festgehalten, in welcher der Winkel, den die Rotorpolachse 5 mit der Statorpolachse 2′ ein schließt, etwa 70° bis 80° beträgt. Bei dieser Winkelstellung gibt das eine Fenster 7′ der Steuerscheibe 7 den Strahl der Lichtschranke 8 frei. Wenn der Motor eingeschaltet wird, wird deshalb der Leistungshalbleiter 10 in den leitenden Zustand geschaltet, was einen magnetischen Fluß vom einen zum anderen Pol 2 über das Rotorblechpaket 4 zur Folge hat. Letzteres erfährt deshalb einen Drehmoment im Sinne einer Drehung des Rotorblechpaketes 4 in die in Fig. 1 dargestellte Lage, in welcher sich die Rotorpolachse 5 mit der Statorpolachse 2′ deckt. Der Lichtstrahl der Lichtschranke 19 wird jedoch be reits wieder unterbrochen, wenn der Winkel zwischen der Rotor polachse 4 und der Statorpolachse 2′ sich auf einen Wert von etwa 40° vermindert hat, weil auch bei der hohen Lastdrehzahl sichergestellt sein muß, daß das vom Statorstrom erzeugte Magnetfeld abgebaut ist, wenn sich die Rotorpolachse 5 mit der Statorpolachse 2′ in Deckung kommt. Nur dann wird nämlich verhindert, daß auf das Rotorblechpaket 4 kein Bremsmoment ausgeübt wird, während es sich in die Drehstellung bewegt, in welcher das andere Fenster 7 der Steuerscheibe 7 den Licht strahl der Lichtschranke 19 wieder freigibt. In diesem strom losen Winkelbereich wird der Motor von der Schwungmasse des Rotorblechpaketes 4 und gegebenenfalls derjenigen der ange triebenen Arbeitsmaschine angetrieben, weshalb diese Schwung masse ausreichend groß sein muß.Thanks to the permanent magnet 6 , the rotor laminated core 4 is held in the rotational position shown in FIG. 2, in which the angle which the rotor pole axis 5 with the stator pole axis 2 'closes is approximately 70 ° to 80 °. At this angular position, a window 7 'of the control disk 7 releases the beam of the light barrier 8 . When the motor is switched on, the power semiconductor 10 is therefore switched to the conductive state, which results in a magnetic flux from one pole 2 to the other via the rotor laminated core 4 . The latter therefore experiences a torque in the sense of a rotation of the rotor laminated core 4 into the position shown in FIG. 1, in which the rotor pole axis 5 coincides with the stator pole axis 2 '. The light beam from the light barrier 19 is, however, already interrupted again when the angle between the rotor pole axis 4 and the stator pole axis 2 'has decreased to a value of about 40 °, because even at the high load speed it must be ensured that the stator current generated magnetic field is reduced when the rotor pole axis 5 with the stator pole axis 2 'coincides. Only then is it prevented that no braking torque is exerted on the rotor laminated core 4 while it is moving into the rotational position in which the other window 7 of the control disk 7 releases the light beam from the light barrier 19 again. In this current-less angular range, the motor is driven by the flywheel mass of the rotor laminated core 4 and possibly that of the driven machine, which is why this flywheel mass must be sufficiently large.

Die Fenster 7′ der Steuerscheibe 7 sind so angeordnet, daß das Einschaltsignal bereits bei einem Winkel zwischen der Rotor polachse 5 und der Statorpolachse 2′ erzeugt wird, der etwas größer als 90° ist, weil für den Aufbau des Magnetfeldes eine gewisse Zeit benötigt wird, innerhalb deren sich dieser Winkel auf einen Wert von etwas weniger als 90° verringert.The window 7 'of the control disk 7 are arranged so that the switch-on signal is already generated at an angle between the rotor pole axis 5 and the stator pole axis 2 ', which is slightly larger than 90 °, because a certain time is required for the build-up of the magnetic field , within which this angle decreases to a value of a little less than 90 °.

Wird der Leistungshalbleiter 10 in einer Drehstellung des Rotorblechpaketes 4, in welcher dessen Rotorpolachse 5 mit der Statorpolachse 2′ einen Winkel von etwa 40° einschließt, in den nicht leitenden Zustand umgeschaltet, fließt der Strom, getrieben von der im induktiven Widerstand 11 induzierten Spannung, mit abnehmender Stärke über die Freilaufdiode 15 und den Freilaufwiderstand 13 weiter. Gleichzeitig wird der Frei laufkondensator 14 aufgeladen.If the power semiconductor 10 is switched to the non-conductive state in a rotational position of the rotor laminated core 4 , in which the rotor pole axis 5 with the stator pole axis 2 'encloses an angle of approximately 40 °, the current flows, driven by the voltage induced in the inductive resistor 11 , with decreasing strength via the freewheeling diode 15 and the freewheeling resistor 13 further. At the same time, the free-running capacitor 14 is charged.

Der Widerstandswert des induktiven Widerstandes 11 beträgt 40 Ohm, was im Ausführungsbeispiel den optimalen Wert darstellt, weil mit diesem Widerstandswert das Abklingen des Stator stromes in der kürzestmöglichen Zeit erreicht wird, ohne daß die induzierte Spannung auf einen Wert ansteigt, der zu einer Gefährdung des Leistungshalbleiters 10 führen könnte. Da die im Freilaufwiderstand 13 entstehende Verlustleistung sehr groß ist, nämlich im Ausführungsbeispiel etwa 50% der Nennleistung, ist der Freilaufwiderstand als Hochlastwiderstand ausgebildet. Er ist als Drahtwiderstand aus einem chrom- und/oder nickel-haltigen Widerstandsmaterial ausgeführt, wobei die einzelnen Windungen im Abstand voneinander liegen. Die Tem peratur, welche der Draht erreichen kann, liegt über 400°C. Der Freilaufwiderstand 13 ist deshalb vorzugsweise außerhalb des Motorgehäuses angeordnet und kann somit als Nutzwärme quelle verwendet werden, wobei die Wärmeabgabe durch Kon vexionskörper oder Strahlungskörper unterstützt werden kann. Besonders vorteilhaft ist daher der Einsatz des erfindungsge mäßen Motors beispielsweise für Warmlufthändetrockner, Heiz wasserpumpen, bei denen der Freilaufwiderstand 13 in Form eines Rohrheizkörpers ausgebildet sein kann, oder als Hoch temperatur-Bakteriensperre in Klimageräten oder dergleichen. In allen diesen Fällen wird die bei den bekannten Geräten für die Heizung erforderliche Energie eingespart, da sie auf einem ausreichend hohen Temperaturniveau vom Freilaufwiderstand 13 als Verlustwärme zur Verfügung gestellt werden kann.The resistance value of the inductive resistor 11 is 40 ohms, which is the optimum value in the exemplary embodiment, because with this resistance value the decay of the stator current is achieved in the shortest possible time without the induced voltage rising to a value which endangers the power semiconductor 10 could result. Since the power loss occurring in the freewheeling resistor 13 is very large, namely in the exemplary embodiment approximately 50% of the nominal power, the freewheeling resistor is designed as a high-load resistor. It is designed as a wire resistor made of a chromium and / or nickel-containing resistance material, the individual turns being spaced apart. The temperature that the wire can reach is above 400 ° C. The freewheeling resistor 13 is therefore preferably arranged outside the motor housing and can thus be used as a useful heat source, wherein the heat emission can be supported by Kon convex body or radiation body. It is therefore particularly advantageous to use the motor according to the invention, for example for hot air hand dryers, heating water pumps, in which the free-wheel resistor 13 can be in the form of a tubular heater, or as a high-temperature bacterial barrier in air conditioners or the like. In all of these cases, the energy required for heating in the known devices is saved, since it can be provided by the freewheeling resistor 13 as heat loss at a sufficiently high temperature level.

Ein zweites Ausführungsbeispiel, von dessen Schaltung in Fig. 5 der Leistungsteil 109 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 4 nur dadurch, daß der Freilaufwiderstand 113 auch als Vorwiderstand für den induktiven Widerstand 111 verwendet wird. Deshalb sind das dem Leistungshalbleiter 110 abgewandte Ende des induktiven Wider standes 111 und das dem Freilaufkondensator 114 abgewandte Ende des Freilaufwiderstandes 113 nicht mit der einen Netzan schlußklemme, sondern miteinander verbunden. Der Freilauf widerstand 113 kann dadurch als Vorwiderstand für den indukti ven Widerstand 111 zur Begrenzung des Einschaltstromes und außerdem als Leistungssteller benutzt werden. Im Ausführungs beispiel weist der Freilaufwiderstand 113 Anzapfungen sowie an seinem mit dem Freilaufkondensator 114 verbundenen Ende einen Anschluß auf, die alle wahlweise mittels eines Stufenschalters 123 mit der einen Netzanschlußklemme verbindbar sind.A second exemplary embodiment, of which the power section 109 is shown in FIG. 5, differs from the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 4 only in that the freewheeling resistor 113 is also used as a series resistor for the inductive resistor 111 . Therefore, the end of the inductive resistance 111 facing away from the power semiconductor 110 and the end of the freewheeling resistor 113 facing away from the freewheeling capacitor 114 are not connected to the one power supply terminal, but rather are connected to one another. The freewheeling resistor 113 can thereby be used as a series resistor for the inductive resistance 111 to limit the inrush current and also as a power controller. In the embodiment example, the freewheeling resistor 113 has taps and a connection at its end connected to the freewheeling capacitor 114 , all of which can optionally be connected to the one power supply terminal by means of a step switch 123 .

Da im übrigen keine Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 4 bestehen, wird insoweit Bezug auf die dort gemachten Ausführungen genommen.Since there are no differences from the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 4, reference is made to the statements made there.

Sofern die Forderung einer Doppelisolierung besteht, kann diese in sehr einfacher Weise erfüllt werden. Wie Fig. 6 zeigt, kann man die Mantelfläche des Rotorblechpaketes 4 mit einer dünnen Folie 24 bedecken, wobei in der Regel eine Bedeckung der Stirnflächen des Rotorblechpaketes 4 nicht erforderlich ist, sondern ein Überstand der Folie 24 von einigen Millime tern über die beiden Stirnflächen genügt. Die Folie 24 kann durch einen Schrumpfschlauch gebildet sein, so daß das Auf bringen auf das Rotorblechpaket 4 und das Festlegen auf diesem keinerlei Schwierigkeiten bereitet.If double insulation is required, this can be fulfilled in a very simple manner. As shown in FIG. 6, you can cover the outer surface of the rotor core 4 with a thin film 24 , usually covering the end faces of the rotor core 4 is not necessary, but a protrusion of the film 24 of a few millimeters over the two end faces is sufficient . The film 24 can be formed by a shrink tube, so that the bring on to the rotor core 4 and the fixing on this presents no difficulties.

Eine andere Möglichkeit für eine Doppelisolierung besteht darin, ein dünne, glatte Hülse 25 aus einem elektrisch iso lierenden Material in die Statorbohrung einzusetzen. Die Hülse liegt dabei, wie Fig. 7 zeigt, an den Polflächen der beiden Pole 2 an und erstreckt sich über die gesamte axiale Länge des Statorblechpaketes 1 mit dem erforderlichen Überstand über dessen Stirnflächen.Another possibility for double insulation is to use a thin, smooth sleeve 25 made of an electrically insulating material in the stator bore. The sleeve lies, as shown in FIG. 7, on the pole faces of the two poles 2 and extends over the entire axial length of the stator laminated core 1 with the required projection over its end faces.

Claims

1.Two-pole reluctance motor with pronounced poles of both the stator and the permanent magnetless rotor, a single-stranded stator winding, a series circuit consisting of a freewheeling diode and a freewheeling resistor lying in parallel with this, and a control device for the stator current with a switchable power semiconductor located in the stator circuit, which both Receives switch-on signals as well as the switch-off signals from a light barrier that works with a control disc arranged on the motor shaft,
characterized in that

a) the pole arc of the two stator poles ( 2 ) over an angular range between approximately 70 ° and 110 °, that of the two rotor poles extends over an angular range between approximately 30 ° and 50 ° and the angle between the gate pole axis ( 2 ') and the Rotor pole axis ( 5 ) at the time the stator current is switched on is in the range from approximately 110 ° to 90 °, at the time of switching off in the range from approximately 30 ° to 45 °, in each case before the coverage of both pole axes is reached, and / or
b) the resistance value of the freewheeling resistor ( 13 ; 113 ) is matched to the target load speed and / or the effective resistance of the stator winding and / or the power consumption of the motor.

2. Motor according to claim 1, characterized in that the control disk ( 7 ) for each rotor pole has a segment ( 7 '), the extent of which defines the time span over an angular range of approximately 50 ° to 70 ° during which the power semiconductor ( 10 ; 110 ) is in the conductive state.

3. Motor according to claim 2, characterized by a signal delay circuit ( 21 ) for the switch-on signal generated by the light barrier ( 8 ) with infinitely variable delay time.

4. Motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the resistance value in ohms of the freewheeling resistance ( 13 ; 113 ) is selected in the range between about 1/6 and 1/10 of the number of revolutions of the rotor per second.

5. Motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the resistance value of the freewheeling resistor ( 13 ; 113 ) is in the range between about sixty times and one hundred and forty times the ohmic resistance of the stator winding ( 12 ).

6. Motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the resistance value of the freewheeling resistor ( 13 ; 113 ) is in the range between about 30 ohms and 70 ohms per kilowatt power consumption of the motor at nominal load.

7. Motor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the freewheeling resistor ( 13 ; 113 ) is arranged spatially separate from the stator winding ( 12 ).

8. Motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the freewheeling resistor ( 13 ; 113 ) is designed as a high-load resistor and consists of a chromium and / or nickel-containing material.

9. Motor according to claim 8, characterized in that the High load resistance as a heating element at a distance mutually lying turns of his heating wire forms is.

10. Motor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the freewheeling resistor ( 13 ; 113 ) is connected in series with a freewheeling capacitor ( 14 ) lying parallel to the power semiconductor ( 10 ; 110 ) and the freewheeling diode ( 15 ) between the Junction of the stator winding and power semiconductor ( 10 ; 110 ) on the one hand and the junction of the freewheeling resistor ( 13 ; 113 ) and the freewheeling capacitor ( 14 ) on the other.

11. Motor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the freewheeling resistor ( 113 ) was connected as a series resistor for the stator winding and with little least one tap and / or a connection at its end facing away from the stator winding for one of the two lines leading to the mains connection terminals.

12. Motor according to one of claims 1 to 11, characterized in that at least the outer surface of the rotor ( 4 ) is covered by a thin, electrically insulating film ( 24 ).

13. Motor according to claim 12, characterized in that the film ( 24 ) forms a shrink tube.

14. Motor according to one of claims 1 to 11, characterized in that on the pole faces of the stator poles ( 2 ) concentrically to the rotor, a thin-walled, smooth, cylindrical sleeve ( 25 ) is fixed from an electrically insulating material, which is at least about extends the entire axial length of the stator and the rotor.

15. Motor according to one of claims 1 to 14, characterized records that the moment of inertia of the rotor and the ange closed machine has at least one size, which has a moment of inertia when the stator current is switched off that is greater than the load torque.