EP1400003A1 - Brushless dc drive - Google Patents

Brushless dc drive

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EP1400003A1
EP1400003A1 EP02732332A EP02732332A EP1400003A1 EP 1400003 A1 EP1400003 A1 EP 1400003A1 EP 02732332 A EP02732332 A EP 02732332A EP 02732332 A EP02732332 A EP 02732332A EP 1400003 A1 EP1400003 A1 EP 1400003A1
Authority
EP
European Patent Office
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stator winding
drive according
rotor
control device
permanent magnet
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02732332A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Beyer
Harald Witzig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/04—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
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Abstract

The invention relates to a brushless DC drive, comprising a synchronous motor (10), with a stator (12) supporting a multi-phase stator winding (15), a rotor (13), fitted with permanent magnet poles (20) and a switching device (11), fitted in series before the stator winding (15) for commutating the stator winding (15), whereby, in order to force a fail-silent operation, a field-generation winding (21) is arranged on the rotor (13), which, on an error occurring, current may flow through such as to generate a magnetic field opposed to the magnetic field of the permanent magnet poles (20).

Description

Bürstenloser GleichstromantriebBrushless DC drive
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem bürstenlosen Gleichstromantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on a brushless DC drive according to the preamble of patent claim 1.
In Kraftfahrzeugen werden permanentmagneterregte, bürstenlose Gleichstromantriebe zu vielfältigen Zwecken, darunter auch für elektrische Servolenkungen, verwendet. Diese Gleichstromantriebe weisen einen Synchronmotor mit einer Stator- oder Ankerwicklung und einem permanentmagneterregten Rotor auf. Die Ankerwicklung ist über einen Wechselrichter in Brückenschaltung mit Halbleiter-Leistungschaltern an dasPermanent magnet-excited, brushless DC drives are used in motor vehicles for a variety of purposes, including for electric power steering. These DC drives have a synchronous motor with a stator or armature winding and a permanent magnet excited rotor. The armature winding is connected to the via an inverter in a bridge circuit with semiconductor circuit breakers
Gleichspannungsnetz angeschlossen. Der die Kommutierung der Statorwicklung bewirkende Wechselrichter wird von einem elektronischen Steuergerät angesteuert.DC network connected. The inverter which commutates the stator winding is controlled by an electronic control unit.
In der DE 37 09 168 AI ist ein an einem Gleichspannungsnetz betriebener Synchronmotor beschrieben, in dem drei von einem Steuergerät angesteuerte Halbleiter-Leistungschalter in den Wicklungsträngen der in Stern geschalteten Ξtatorwicklung angeordnet sind. Treten in der Statorwicklung und/oder in den • Leistungsschaltern Fehler auf, so kann der Gleichstromantrieb ein dauerhaftes elektromagnetisches Bremsmoment erzeugen, ohne daß eine Gleichspannung angelegt ist, da nunmehr der Synchronmotor als Generator gegen einen niederoh igen Lastwiderstand arbeitet. In vielen Anwendungsfällen beeinträchtigt ein solches Bremsmoment die Funktion des Aggregats oder Systems, in dem der Gleichstromantrieb eingesetzt ist. So erzwingt z.B. bei elektrischen Servolenkungen das im Fehlerfall auftretende Bremsmoment erhebliche Lenkkräfte, denen der Fahrer mit eigenerDE 37 09 168 AI describes a synchronous motor operated on a DC voltage network, in which three of one Control device-controlled semiconductor circuit breakers are arranged in the winding phases of the star winding connected in a star. If faults occur in the stator winding and / or in the • circuit breakers, the DC drive can generate a permanent electromagnetic braking torque without a DC voltage being applied, since the synchronous motor now works as a generator against a low load resistance. In many applications, such a braking torque affects the function of the unit or system in which the DC drive is used. In electric power steering, for example, the braking torque that occurs in the event of a fault forces considerable steering forces that the driver can control with his own
Körperkraft für die erforderlichen Gegenmaßnahmen begegnen muß. Damit ist die Gefahr gegeben, daß der Fahrer das Fahrzeug nicht mehr wie gewünscht lenken kann und die Kontrolle über das Fahrzeug verliert. Es ist bekannt, an diesen Gleichstromantrieben Einrichtungen vorzusehen, die in einem solchen Fehlerfall zu einem sog. Fail-Silent-Verhalten des Gleichstromantriebs führen, d.h. daß der fehlerhaftePhysical strength for the necessary countermeasures must counter. This creates the risk that the driver can no longer steer the vehicle as desired and lose control of the vehicle. It is known to provide devices on these direct current drives which, in the event of such a fault, lead to a so-called fail-silent behavior of the direct current drive, i.e. that the faulty
Gleichstromantrieb keinen störenden oder nachteiligen Einfluß auf das Aggregat oder das System ausübt, dieses also so arbeitet, als ob der Gleichstromantrieb nicht vorhanden wäre.DC drive does not have a disruptive or disadvantageous influence on the unit or the system, ie it works as if the DC drive was not present.
Bei einer bekannten elektrischen Servolenkung wird zur Erzeugung des angestrebten Fail-Silent-Verhaltens eine mechanische Kupplung verwendet, über die die Abtriebswelle des Synchronmotors in das Lenkgetriebe eingreift. Im Fehlerfall wird die Kupplung geöffnet und somit der Motor mechanisch vom Lenksystem getrennt. Es ist eine hybriderregte, elektrische Maschine bekannt (EP 0 729 217 Bl), bei der das Magnetfeld des Rotors sowohl mittels Permanentmagnete als auch mittels einer über Schleifringe mit Erregerstrom versorgten Felderregerwicklung erzeugt wird. Der Rotor ist in zwei Rotorhälften axial unterteilt, die mit axialem Abstand zueinander auf der Rotorwelle montiert sind. Im Blechpaket jeder Rotorhälfte sind Aufnahmeöffnung vorgesehen, in die die Permanent- oder Dauermagnete eingesetzt sind. Die Dauermagnete sind hinsichtlich ihrer Polarität' in den Rotorhälften so angeordnet, daß sie in der einen Rotorhälfte mit ihrem . Nordpol und in der anderen Rotorhälfte mit ihrem Südpol zum Luftspalt der Maschine weisen. Die Dauermagnete in den beiden Rotorhälften sind gegeneinander um eine Polteilung versetzt. In den zwischen den beiden Rotorhälften bestehenden Zwischenraum ist die als Ringspule ausgebildete Felderregerwicklung eingefügt. Wird die Felderregerwicklung mit Gleichstrom gespeist, so wird ein den magnetischen Fluß der Dauermagnete je nach Stromrichtung des Erregerstroms verstärkender oder schwächender magnetischer Fluß erzeugt. Hierdurch ergibt sich ein großer Regelbereich für die Drehzahl bzw. Spannung der Maschine.In a known electric power steering, a mechanical clutch is used to generate the desired fail-silent behavior, via which the output shaft of the synchronous motor engages in the steering gear. In the event of a fault, the clutch is opened and the motor is mechanically separated from the steering system. A hybrid-excited electrical machine is known (EP 0 729 217 B1) in which the magnetic field of the rotor is generated both by means of permanent magnets and by means of a field excitation winding supplied with excitation current via slip rings. The rotor is axially divided into two rotor halves, which are mounted on the rotor shaft at an axial distance from one another. In the laminated core of each rotor half, receiving openings are provided, into which the permanent or permanent magnets are inserted. The permanent magnets are arranged in polarity 'in the rotor halves so as to in a rotor with its half. Point the north pole and in the other half of the rotor with their south pole to the air gap of the machine. The permanent magnets in the two rotor halves are offset from one another by one pole pitch. The field excitation winding designed as a ring coil is inserted into the space between the two rotor halves. If the field excitation winding is supplied with direct current, then a magnetic flux which increases or weakens the magnetic flux of the permanent magnets, depending on the current direction of the excitation current, is generated. This results in a large control range for the speed or voltage of the machine.
"Vorteile der Erfindung " Advantages of the invention
Der erfindungsgemäße bürstenlose Gleichstromantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß das gewünschte Fail-Silent-Verhalten des Gleichstromantriebs ohne teuere externe Bauelemente, wie sie mechanische Kupplungen darstellen, mit einfachen Steuervorgängen imThe brushless DC drive according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the desired fail-silent behavior of the DC drive without expensive external components, such as mechanical clutches, with simple control processes in
Gleichstromantrieb selbst erreicht wird. Durch entsprechende Ansteuerung der Felderregerwicklung kann im Fehlerfall das Magnetfeld der Permanentmagnete durch das Magnetfeld der Felderregerwicklung reduziert oder aufgehoben werden, so daß im Synchronmotor keine oder nur eine reduzierte induzierte Spannung auftritt und somit kein oder nur ein reduzierter Kurzschlußstrom fließen kann, der kein oder nur ein sehr kleines Bremsmoment erzeugt. Dabei führt eine moderate, von der Temperatur abhängige Senkung des Magnetfelds zu einer Senkung des Bremsmoments und vermeidet eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnete und damit deren dauerhafte Schädigung. Reicht eine Reduzierung des Bre smorαents nicht aus, kann insgesamt das Magnetfeld z.u Null gemacht werden, wobei dann allerdings die dauerhafte Schädigung der Permanentmagnete in Kauf genommen werden muß.DC drive itself is achieved. By appropriate Control of the field excitation winding in the event of a fault, the magnetic field of the permanent magnets can be reduced or canceled by the magnetic field of the field excitation winding, so that no or only a reduced induced voltage occurs in the synchronous motor and therefore no or only a reduced short-circuit current can flow, which has no or only a very small one Braking torque generated. A moderate, temperature-dependent reduction in the magnetic field leads to a reduction in the braking torque and prevents irreversible demagnetization of the permanent magnets and thus their permanent damage. If a reduction in Bre smorαents is not sufficient, the magnetic field can be made zero overall, but then the permanent damage to the permanent magnets must be accepted.
Wird die Felderregerwicklung des Rotors nicht nur im Fehlerfall bestromt, sondern auch im Normalbetrieb, so kann einerseits bei einer Addition der Magnetfelder im Motor eine hohe Leistungsdichte erreicht und können andererseits im drehzahlvariablen Betrieb durch eine bewußt herbeigeführte Feldschwächung höhere Drehzahlen erzielt werden.If the field excitation winding of the rotor is energized not only in the event of a fault, but also during normal operation, a high power density can be achieved on the one hand when the magnetic fields in the motor are added, and on the other hand higher speeds can be achieved in variable-speed operation through a deliberately induced field weakening.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Gleichstromantriebs möglich.Advantageous further developments and improvements of the DC drive specified in claim 1 are possible through the measures listed in the further claims.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Felderregerwicklung eine der Zahl der Permanentmagnete entsprechende Anzahl von Spulen auf, die jeweils einen der Permanetmagnete umschließen. Die Spulen sind parallel oder seriell geschaltet und an einem drehfest mit dem Rotor verbunden Schleifringpaar angeschlossen. Diese konstruktive Integration der Felderregerwicklung in den Synchronmotor erfordert nur einen geringen, konstruktiven und fertigungstechnischen Zusatzaufwand zum Herbeiführen des gewünschten Fail-Silent-Verhaltens.According to a preferred embodiment of the invention, the field excitation winding has a number of coils corresponding to the number of permanent magnets, each of which encloses one of the permanent magnets. The coils are connected in parallel or in series and are rotatably connected to the rotor connected slip ring pair connected. This constructive integration of the field excitation winding in the synchronous motor requires only a small, constructive and manufacturing additional effort to bring about the desired fail-silent behavior.
Zeichnungdrawing
Der Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail in the following description with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 ein Schaltbild eines bürstenlosen Gleichstromantriebs,1 is a circuit diagram of a brushless DC drive,
Fig. 2 -einen Querschnitt eines dreiphasigen, vierpoligen Synchronmotors im Gleichstromantrieb gemäß Fig. 1, ' schematisch dargestellt,2 schematically shows a cross section of a three-phase, four-pole synchronous motor in the DC drive according to FIG. 1,
Fig. 3 eine schematische Ansicht des Rotors des Synchronmotors in Fig. 2.3 shows a schematic view of the rotor of the synchronous motor in FIG. 2.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Der in -Fig. 1 im Schaltbild dargestellte, bürstenlose Gleichstromantrieb weist einen Synchronmotor 10 auf, der mittels einer Schaltvorrichtung 11 zum elektronischen Kommutieren an einem Gleichspannungsnetz betrieben wird, das in Fig. 1 mit "+" und "-" gekennzeichnet und mitThe in -Fig. 1, shown in the circuit diagram, brushless DC drive has a synchronous motor 10, which is operated by means of a switching device 11 for electronic commutation on a DC voltage network, which is marked in FIG. 1 with "+" and "-" and with
Anschlußklemmen 30, 31 des Gleichstromantriebs verbunden ist Der Synchronmotor 10 weist in bekannter Weise einen Stator 12 und einen Rotor 13 auf, der auf einer in einem Gehäuse drehend gelagerten Rotorwelle 14 (Fig. 2) sitzt. Der Stator 12 trägt eine Anker- oder Statorwicklung 15, die im Ausführungsbeispiel dreiphasig ausgeführt ist und deren Wicklungsphasen 151 - 153 in Stern geschaltet sind. Die Wicklungsanschlüsse 1, 2, und 3 der Statorwicklung 15 sind über je eine Verbindungsleitung 16 mit der Schaltvorrichtung 11 verbunden.Terminals 30, 31 of the DC drive is connected The synchronous motor 10 has, in a known manner, a stator 12 and a rotor 13 which is seated on a rotor shaft 14 (FIG. 2) which is rotatably mounted in a housing. The stator 12 carries an armature or stator winding 15 which, in the exemplary embodiment, is of three-phase design and whose winding phases 151-153 are connected in star. The winding connections 1, 2 and 3 of the stator winding 15 are each connected to the switching device 11 via a connecting line 16.
Die als B6-Wechselrichter ausgeführte Schaltvorrichtung 11 weist sechs Halbleiter-Leistungschalter - 15 in Brückenschaltung auf, die im Ausführungsbeispiel als MOS-FETs ausgebildet sind. Die zu den Wicklungsanschlüssen 1, 2 und 3 führenden Verbindungsleitungen 16 sind dabei jeweils an einem der Abgriffe 4, 5 und 6 der jeweils durch Reihenschaltung zweier Leistungschalter 17 gebildeten Brückenzweige angeschlossen, die in der Verbindung von jeweils zwei Leistungsschaltern 17 liegen. Zum Kommutieren der Statorwicklung 15, d.h. zum zeitlich richtigen Anlegen der Wicklungsphasen 151 - 153 an das Gleichspannungsnetz in Übereinstimmung mit der Drehlage des Rotors 13, sind die Leistungsschalter 17 von einem elektronischen Steuergerät 18 ansteuerbar.The switching device 11 designed as a B6 inverter has six semiconductor power switches 15 in a bridge circuit, which in the exemplary embodiment are designed as MOS-FETs. The connecting lines 16 leading to the winding connections 1, 2 and 3 are each connected to one of the taps 4, 5 and 6 of the bridge branches each formed by series connection of two circuit breakers 17, which are connected by two circuit breakers 17 each. For commutating the stator winding 15, i.e. For the correct application of the winding phases 151-153 to the DC voltage network in accordance with the rotational position of the rotor 13, the circuit breakers 17 can be controlled by an electronic control unit 18.
Der in Fig. 1 nur symbolisch angedeutete und in Fig. 2 und 3 im Schnitt schematisch dargestellte Rotor 13 weist einen von einem Blechlamellenpaket oder einem massiven Eisenpaket gebildeten Rotorkörper 19, der drehfest auf der Rotorwelle 14 sitzt, und mehrere, außen am Rotorkörper 19 festgelegteThe rotor 13, which is only symbolically indicated in FIG. 1 and is shown schematically in section in FIGS. 2 and 3, has a rotor body 19 formed by a laminated plate assembly or a solid iron assembly, which is seated in a rotationally fixed manner on the rotor shaft 14, and several which are fixed on the outside of the rotor body 19
Permanentmagnetpole 20 auf. Der in Fig. 2 skizzierte Rotor 13 ist vierpolig ausgeführt und hat dementsprechend vier um jeweils 90° am Umfang des Rotorkörpers 19 versetzt angeordnete Permanentmagnetpole 20, wobei aufeinanderfolgende Permanentmagnetpole 20 wechselnde Polarität "N" und "S" aufweisen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Auf dem Rotorkörper 19 ist weiterhin eine Felderregerwicklung 21 untergebracht, die an einem auf der Rotorwelle 14 drehfest sitzenden Paar von Schleifringen 22, 23 angeschlossen ist. Die Felderregerwicklung 21 besteht aus insgesamt vier Spulen 24, wobei jeweils eine Spule 24 um einen der Permanentmagnetpole 20 gewickelt ist, also den Permanentmagnetpol 20 auf seinen insgesamt vier in Axialrichtung und in Umfangsrichtung sich erstreckenden Seitenflächen umschließt. Die Spulen 24 sind im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 parallel geschaltet, und die Parallelschaltung ist an den Schleifringen 22, 23 angeschlossen. Alternativ können die Spulen 24 auch in Reihe geschaltet werden. Die Spulen 24 sind so gewickelt, daß der von den Schleifringen 22, 23" abgenommene Erregerstrom in aufeinanderfolgenden Spulen 24 ein inverses Magnetfeld erzeugt.Permanent magnetic poles 20. The rotor 13 outlined in FIG. 2 is designed with four poles and accordingly has four permanent magnet poles 20, each offset by 90 ° on the circumference of the rotor body 19, successive permanent magnet poles 20 having alternating polarity “N” and “S”, as shown in FIG. 3. A field excitation winding 21 is also accommodated on the rotor body 19 and is connected to a pair of slip rings 22, 23 that are seated in a rotationally fixed manner on the rotor shaft 14. The field excitation winding 21 consists of a total of four coils 24, one coil 24 in each case being wound around one of the permanent magnet poles 20, that is to say enclosing the permanent magnet pole 20 on its four side surfaces which extend in the axial direction and in the circumferential direction. The coils 24 are connected in parallel in the exemplary embodiment of FIGS. 2 and 3, and the parallel connection is connected to the slip rings 22, 23. Alternatively, the coils 24 can also be connected in series. The coils 24 are wound in such a way that the excitation current drawn from the slip rings 22, 23 ″ generates an inverse magnetic field in successive coils 24.
Die Felderregerwicklung 21 ist Teil einer Einrichtung zum Erzwingen eines sog. Fail-Silent-Verhaltens des Gleichstromantriebs, die sicherstellt, daß bei Auftreten eines Fehlers im Gleichstromantrieb, der z.B. von einem defekten Leistungsschalter 17 oder einem Wicklungsschluß in der Statorwicklung 15 verursacht sein kann, das mit dem Gleichstromantrieb zusammenwirkende System nicht nachteilig beeinflußt oder gestört wird. Neben der Felderregerwicklung 21 weist diese Einrichtung noch eine im Steuergerät 18 integrierte Steuervorrichtung 25, drei in jeweils ' einer Wicklungsphase 151, 152, 153 angeordnete Meßshunts 26 und einen die Motortemperatur erfassenden Temperaturfühler 27 auf. Die Meßshunts 26 und der Temperaturfühler 27 sind über Meßleitungen 28 mit Eingängen der Steuervorrichtung 25 verbunden. Zwei Ausgänge der Steuervorrichtung 25 sind über Steuerleitungen 29 an den Schleifringen 22, 23 angeschlossen. Die Steuervorrichtung 25 ist wie das Steuergerät 18 an den Anschlußklemmen 30, 31 des Gleichstromantriebs und damit an dem Gleichsparinungsnetz angeschlossen. Unmittelbar hinter der Anschlußklemme 30 ist ein Stromunterbrecher 32 angeordnet, der von der Steuervorrichtung 25 ansteuerbar ist.The field excitation winding 21 is part of a device for forcing a so-called fail-silent behavior of the direct current drive, which ensures that if a fault occurs in the direct current drive, which can be caused, for example, by a defective circuit breaker 17 or a winding short in the stator winding 15, the system interacting with the DC drive is not adversely affected or disturbed. In addition to the field excitation winding 21, this device also has one in the control unit 18 integrated control device 25, three in each 'one winding phase 151, 152, 153 arranged in the measuring shunt 26, and an engine temperature detecting temperature sensor 27. The measuring shunts 26 and the temperature sensor 27 are connected to inputs of the control device 25 via measuring lines 28. Two outputs of the control device 25 are connected to the slip rings 22, 23 via control lines 29. The control device 25, like the control device 18, is connected to the connection terminals 30, 31 of the direct current drive and thus to the direct voltage saving network. A circuit breaker 32, which can be controlled by the control device 25, is arranged immediately behind the connection terminal 30.
Die Steuervorrichtung 25 mißt die über die Meßshunts 26 fließende Ströme nach Betrag und Phase und addiert diese vektoriell. Bei fehlerfreiem Gleichstromantrieb ergibt das Additionsergebnis stets Null. Weicht die Vektorsumme signifikant von Null ab, so liegt ein Fehler in den Wicklungsphasen 151 - 153 oder in den Leistungsschaltern 17 vor. In diesem Fall wird von der Steuervorrichtung 25 der Stromunterbrecher 32 so angesteuert, daß er öffnet, und an die Felderregerwicklung 21 ein Erregerstrom gelegt, der über die Spulen 24' einen dem Magnetfluß der Permanentmagnetpole 20 'entgegengerichteten Magnetfluß erzeugt. Dadurch wird das Erregerfeld des Synchronmotors 10 geschwächt, so daß in der Statorwicklung 15 keine oder nur noch eine kleine Spannung induziert wird und damit kein oder nur ein kleines Bremsmoment auftritt. Die Schwächung des Magnetfelds wird abhängig von der Temperatur des Synchronmotors 10 vorgenommen, die über den Temperaturfühler 27 erfaßt und der Steuervorrichtung 25 zugeführt wird. Die .temperaturabhängige Schwächung des Magnetfelds erfolgt dabei in der Weise, daß eine irreversible Entmagnetisierung der Permanentmagnetpole 20 vermieden und damit eine dauerhafte Schädigung des Synchronmotors 10 ausgeschlossen wird. Die Größe des von der Steuervorrichtung 25 an die Schleifringe 22, 23 'gelegten Erregerstroms, die z.B. mittels Pulsweitenmodulation eingestellt werden kann, wird in Abhängigkeit von Strangstrom in der Statorwicklung 15 geregelt, d.h. der Erregerstrom wird solange vergrößert, bis die dadurch erreichte Feldschwächung eine nur geringe Spannung induziert und damit ein nur geringer Kurzschlußstrom fließt, der ein noch akzeptables Bremsmoment erzeugt. Reicht diese Reduzierung des Bremsmoments nicht aus, so kann das resultierende Erregerfeld zu Null gebracht werden, wobei dann allerdings die dauerhafte Schädigung der Permianentmagnetpole 20 in Kauf genommen werden muß.The control device 25 measures the currents flowing through the measuring shunts 26 according to magnitude and phase and adds them vectorially. If the DC drive is error-free, the result of the addition is always zero. If the vector sum deviates significantly from zero, there is an error in the winding phases 151-153 or in the circuit breakers 17. In this case, the control device 25 controls the circuit breaker 32 in such a way that it opens, and an excitation current is applied to the field excitation winding 21, which generates a magnetic flux opposite the magnetic flux of the permanent magnet poles 20 ' via the coils 24 ' . As a result, the field of excitation of the synchronous motor 10 is weakened, so that no or only a small voltage is induced in the stator winding 15 and therefore no or only a small braking torque occurs. The weakening of the magnetic field is carried out as a function of the temperature of the synchronous motor 10, which is detected by the temperature sensor 27 and fed to the control device 25. The. Temperature dependent The magnetic field is weakened in such a way that irreversible demagnetization of the permanent magnet poles 20 is avoided and thus permanent damage to the synchronous motor 10 is excluded. The size of the excitation current applied by the control device 25 to the slip rings 22, 23 ', which can be set, for example, by means of pulse width modulation, is regulated as a function of the phase current in the stator winding 15, that is to say the excitation current is increased until the field weakening thereby achieved is only one low voltage induced and thus only a low short-circuit current flows, which generates an acceptable braking torque. If this reduction in the braking torque is not sufficient, the resulting excitation field can be brought to zero, in which case, however, the permanent damage to the permanent magnet poles 20 must be accepted.
Die Einrichtung zur Erzwingung eines Fail-Silent-Verhaltens kann vorteilhaft auch im Normalbetrieb des Gleichstromantriebs genutzt werden. Wird die Stromrichtung in der Felderregerwicklung 21 so gewählt, daß das von ihr erzeugte Magnetfeld sich mit dem Magnetfeld der Permanentmagnetpole 20 addiert, so entsteht ein Motor mit hoher Leistungsdichte. Wird die Stromrichtung in der Felderregerwicklung .21 umgekehrt und dadurch das resultierende Magnetfeld geschwächt, so -können höhere Drehzahlen eingestellt werden. Die Größe der Feldverstärkung oder Feldschwächung wird wiederum von der Steuervorrichtung 25 mittels Pulsweitenmodulation des den Schleifringen 22, 23 zugeführten Gleichstroms eingestellt. Eine Ansteuerung des Stromunterbrechers 32 unterbleibt. The device for enforcing fail-silent behavior can advantageously also be used in normal operation of the DC drive. If the current direction in the field excitation winding 21 is selected such that the magnetic field generated by it is added to the magnetic field of the permanent magnet poles 20, a motor with a high power density is produced. If the current direction in the field excitation winding .21 is reversed and the resulting magnetic field is weakened, higher speeds can be set. The size of the field gain or field weakening is in turn set by the control device 25 by means of pulse width modulation of the direct current supplied to the slip rings 22, 23. The current interrupter 32 is not activated.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Bürstenloser Gleichstromantrieb mit einem Synchronmotor (10), der einen eine mehrphasige Statorwicklung (15) tragenden Stator (12) und einen Rotor (13) mit Permanentmangetpolen (20) aufweist, die einen die Statorwicklung (15) durchsetzenden Magnetfluß erzeugen, und mit einer der Statorwicklung (15) vorgeschalteten, von einem elektronischen Steuergerät (18) gesteuerten Schaltvorrichtung (11) zum Kommutieren der Statorwicklung (15), dadurch gekennzeichnet, daß im Rotor (13) eine Felderregerwicklung (21) angeordnet ist, die im Fehlerfall so bestrombar ist, daß sie einen dem Magnetfluß der Permanentmagnetpole (20) entgegengerichteten Magnetfluß erzeugt.1. Brushless DC drive with a synchronous motor (10) which has a multi-phase stator winding (15) carrying stator (12) and a rotor (13) with permanent magnet poles (20) which generate a magnetic flux passing through the stator winding (15), and with one of the stator winding (15) upstream, controlled by an electronic control device (18) controlled switching device (11) for commutating the stator winding (15), characterized in that a field excitation winding (21) is arranged in the rotor (13) which can be energized in the event of a fault is that it generates a magnetic flux opposite to the magnetic flux of the permanent magnetic poles (20).
2. Gleichstromantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Felderregerwicklung (21) eine der Zahl der Permanentmagnetpόle (20) entsprechende Anzahl von Spulen (24) aufweist, die jeweils einen der Permanentmagnetpole (20) umschließen. 2. DC drive according to Claim 1, characterized in that the field excitation winding (21) has a number of coils (24) corresponding to the number of permanent magnet poles (20), each of which encloses one of the permanent magnet poles (20).
3. Gleichstromantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (24) parallel oder seriell geschaltet sind und an einem drehfest mit dem Rotor (13) verbundenen Schleifringpaar (22, 23) angeschlossen sind.3. DC drive according to claim 2, characterized in that the coils (24) are connected in parallel or in series and are connected to a pair of slip rings (22, 23) connected to the rotor (13) in a manner fixed against relative rotation.
4. Gleichstromantrieb nach Anspruch 3, dadurch, gekennzeichnet, daß die Schleifringe (22, 23) mit einem Gleichstrom beaufschlagbar sind, dessen Größe mittels einer Steuervorrichtung (25) einstellbar ist.4. DC drive according to claim 3, characterized in that the slip rings (22, 23) can be acted upon by a direct current, the size of which is adjustable by means of a control device (25).
5. Gleichstromantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,' daß die Steuervorrichtung (25) im elektronischen Steuergerät (18) integriert ist.5. DC drive according to claim 4, characterized in ' that the control device (25) in the electronic control unit (18) is integrated.
6. Gleichstromantrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (25) einen Pulsweitenmodülator aufweist.6. DC drive according to claim 4 or 5, characterized in that the control device (25) has a pulse width modulator.
7. Gleichstromantrieb nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (25) den Gleichstrom abhängig von der Motortemperatur einstellt.7. DC drive according to one of claims 4-6, characterized in that the control device (25) adjusts the direct current depending on the motor temperature.
8. Gleichstromantrieb nach einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (25) den Gleichstrom in Abhängigkeit von einem in der Statorwicklung (15) fließenden Strangstrom einstellt.8. DC drive according to one of claims 4-7, characterized in that the control device (25) adjusts the direct current as a function of a phase current flowing in the stator winding (15).
9. Bürstenloser Gleichstromantrieb mit einem Synchronmotor (10), der einen eine mehrphasige Statorwicklung ' (15) tragenden Stator (12) und einen Rotor (13') mit Permanentmangetpolen (20) aufweist, die einen die Statorwicklung (15) durchsetzenden Magnetfluß erzeugen, und mit einer der Statorwicklung (15) vorgeschalteten, von einem elektronischen Steuergerät (18) gesteuerten Schaltvorrichtung (11) zum Kommutieren der Statorwicklung (15), dadurch gekennzeichnet, daß im Rotor (13) eine Felderregerwicklung (21) angeordnet ist, die eine der Zahl der Permanentmangetpole (20) entsprechenden Zahl von Spulen (24) aufweist, die jeweils einen der Permanentmagnetpole (20) umschließen.9. Brushless DC drive with a synchronous motor (10) having a multi-phase stator winding ' (15) bearing stator (12) and a rotor (13 ' ) with permanent magnet poles (20) which generate a magnetic flux passing through the stator winding (15), and with a switching device () connected upstream of the stator winding (15) and controlled by an electronic control unit (18) 11) for commutating the stator winding (15), characterized in that a field excitation winding (21) is arranged in the rotor (13), which has a number of coils (24) corresponding to the number of permanent magnet poles (20), each of which has one of the permanent magnet poles Enclose (20).
10. Gleichstromantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, .daß die Spulen (24) parallel oder seriell geschaltet und an. Schleifringen (22, 23) angeschlossen sind.10. DC drive according to claim 9, characterized in that the coils (24) are connected in parallel or in series and on . Slip rings (22, 23) are connected.
11. Gleichstromantrieb nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (24) so geschaltet sind, daß die Richtungen der von in Drehrichtung aufeinanderfolgenden Spulen (24) erzeugten Magnetflüsse gegensinnig sind.11. DC drive according to claim 9 or 10, characterized in that the coils (24) are switched so that the directions of the magnetic fluxes generated by successive coils (24) are in opposite directions.
12. Gleichstromantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe (22, 23) mit einem Gleichstrom beaufschlagbar sind, dessen Größe mittels einer Steuervorrichtung (25), vorzugsweise über eine Pulsweitenmodulation, einstellbar ist. 12. DC drive according to claim 11, characterized in that the slip rings (22, 23) can be acted upon by a direct current, the size of which is adjustable by means of a control device (25), preferably via pulse width modulation.
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