WO1989005539A1 - Moteur d'entrainement - Google Patents

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WO1989005539A1
WO1989005539A1 PCT/EP1988/001066 EP8801066W WO8905539A1 WO 1989005539 A1 WO1989005539 A1 WO 1989005539A1 EP 8801066 W EP8801066 W EP 8801066W WO 8905539 A1 WO8905539 A1 WO 8905539A1
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WO
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rotor
strands
drive motor
motor according
winding
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Application number
PCT/EP1988/001066
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gottfried Eisenbeis
Original Assignee
Pfaff Industriemaschinen Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pfaff Industriemaschinen Gmbh filed Critical Pfaff Industriemaschinen Gmbh
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Publication of WO1989005539A1 publication Critical patent/WO1989005539A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/30—Structural association of asynchronous induction motors with auxiliary electric devices influencing the characteristics of the motor or controlling the motor, e.g. with impedances or switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/106—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with dynamo-electric brakes

Definitions

  • the invention relates to a drive motor according to the preamble of claim 1.
  • Such a drive motor is from the German OS 19
  • Ankerture ⁇ employedr by the positioning is performed, if during braking the Mo 'door shaft, an adjustable limit speed below.
  • Three-phase squirrel-cage motor Via a rectifier, which is connected to a three-phase network, a DC voltage intermediate circuit with constant voltage fed. A three-phase pulse inverter is connected to this intermediate circuit.
  • the required alternating voltage of any frequency can be formed by the pulse-controlled inverter, for example, using the undershoot method.
  • the recorded DC voltage is applied to the stator winding in the form of differently polarized square-wave pulses of different pulse lengths, so that a sinusoidal oscillation of the desired frequency and amplitude arises as undershoot.
  • DE-OS 25 42 395 shows a stepper motor, the stator of which has poles at equal angular distances, each of which is wound with a coil.
  • the coils are switched so that two adjacent ones act on a rotor, the magnetic axis of which is fixed by a permanent magnet or by a rotor body with variable magnetic resistance.
  • the rotor is thereby positioned in a determination, which is predetermined by the resulting effect of the two coil fields. If further coils are controlled in succession in the predetermined direction of rotation of the rotor, then the rotor is always rotated further by an angle predetermined by the coil spacing.
  • Stepper motors of this type are excellent for positioning, but acceleration and braking processes between two determinations have a disadvantageous effect for continuous operation.
  • stepper motors because of their complicated
  • the invention specified in claim 1 is the
  • the object of the invention is to design and control a drive motor so that it is provided for a plurality of operating states with a simple structure and low weight, its speed can be regulated to a standstill and its motor shaft can be positioned in a predeterminable position.
  • both runners can be driven by only one stator. Since the two runners can be actuated in different ways due to their different construction, the individual strands of the stator winding are controlled accordingly to the rotor to be driven in each case.
  • a rotating stator field that drives the main rotor is necessary, while a stator field that aligns the additional rotor proves to be necessary for positioning operation.
  • the individual strands are switched on one after the other in the desired direction of rotation of the stator field for continuous operation, while for positioning operation only one or a maximum of two strands lying next to one another are to be controlled.
  • the individual strands are activated by the control device in that each is supplied with current at a specific point in time for a predeterminable duration in order to build up the stator field.
  • the frequency in which the strands are successively supplied for continuous operation determines the speed of the stator field and thus the rotor, the amount of current flowing in the strands and the torque acting on the rotor.
  • the rotor can also be driven in both directions of rotation depending on the sequence in which the strands are controlled.
  • the measure according to claim 2 proves to be advantageous in order to be able to connect the stator of the drive motor either to a direct, alternating or three-phase current source by activating the required number of coils by the control device.
  • the stand is suitable for driving any runner included in its effective range.
  • the strands of the stator winding on to connect the control device can be connected to a current source in a predeterminable sequence.
  • the setting of the control device is changed, so that the strands can be switched on in a sequence assigned to the new setting.
  • stator winding has more than two strands, there are a plurality of predeterminable positions in which the additional rotor can be positioned.
  • the switching between the two operating states - continuous operation and positioning operation - is regulated according to claim 4 by the switching on frequency of the strings to the power source.
  • the switchover to positioning mode is advantageously carried out when the number of turns on the strands approaches zero, i.e. shortly before the rotating field comes to a standstill and thus the rotor, so that the remaining rotational energy of the rotor is sufficient to continue rotating it without drive until it reaches the stopping position in which it is under
  • the additional rotor according to claim 6 is designed as a reluctance rotor and according to claim 7 as a permanent magnet rotor.
  • Such additional rotors enable precise positioning with a simple structural design, the alignment position of the additional rotor being determined according to claim 6 by the rotor shape and according to claim 7 by the arrangement of the magnets on the rotor body.
  • FIG. 1 shows a drive motor, partly in a sectional view
  • FIG. 2 shows the stand of FIG. 1 in a sectional view
  • Fig. 3 shows the rotor of Figure 1 in a sectional view.
  • FIG. 5 shows a section of the circuit diagram of FIG. 4 according to the dash-dotted line
  • Fig. 6 shows another embodiment of the additional rotor
  • a drive motor (1) is shown, in the housing of which a stand (2) is received.
  • the 1 stand (2) to suppress eddy currents ⁇ from a plurality of Elektrobleche ⁇ and has along its inner diameter grooves (3) in which coils (4) of strands (Wl, W2 and W3) (Fig. 2) one
  • Stä ⁇ derwicklu ⁇ g (5) are embedded.
  • the coils (4) of each strand (Wl to W3) are connected in series.
  • the stand (2) surrounds a main rotor (6) which is designed as a squirrel-cage rotor (7) (Fig. 3).
  • the core (8) 10 of the cage rotor (7) consists of electrical sheets, the cage (9) is formed by rods (10) which are connected by rings (11).
  • the rods (10) are arranged in axial grooves (12) on the circumference of the core (8) and the rings (11) on the end faces thereof.
  • an additional rotor (14) is rotatably received on the motor shaft (13) of the drive motor (1), also surrounded by the stator (2).
  • This is designed as a reluctance rotor (15), which has the shape of a
  • the 20 has disc (16) with two ring segments (17) and (18) formed on their outer diameter and offset by 180.
  • the outer diameter of the reluctance rotor (15) is adapted to the outer diameter of the core (8) in the area of the ring segments (17, 18).
  • Reluctance rotor (15) composed of electrical sheets.
  • the reluctance rotor (15) is positioned clearly by an optoelectronic
  • Monitoring device (19) which has a photocell (20) with a light transmitter (21) and a light receiver (22), scanned. For this reason, the reluctance rotor (15) is matted on one half (23) up to the center line between the two ring segments (17, 18) 5, on the other half (24) reflective.
  • FIG. 4 shows, in a simplified circuit diagram, the components of a circuit (25) required for the function of the drive motor (1), the drive motor (1) via a converter (26) serving to regulate the speed of the squirrel-cage rotor (7) to a current source (27) is connected.
  • the converter (26) is provided with a rectifier (28) which is connected to an inverter (30) via lines (U1) and (U2) of a DC voltage intermediate circuit (29). Parallel to the rectifier (28) and the inverter (30), a capacitor (31) serving to smooth the direct voltage is connected to the intermediate circuit (29).
  • the inverter (30) is verbund ⁇ n by Steu ⁇ rleit 'u ⁇ ge ⁇ (SI-S6) with a control device (32), di ⁇ via lines (D, F and P) on a control panel (33) is connected.
  • Fig. 5 the dash-dotted part of the control circuit (25) is shown enlarged.
  • Free-wheeling diodes (Dl to D6) are connected, two transistors (Tl to T6) and two free-wheeling diodes (Dl to D6) in parallel are connected in series and form a single circuit (Kl to K3).
  • the individual switching crises (K1 to K3) are connected in parallel to the lines (U1) and (U2).
  • the bases (B1 to B6) of the tra ⁇ sistors (Tl to T6) are connected to the control device (32) via the control line (SI to S6). Through switching operations the transistors (Tl to T6) resulting voltage peaks in the stator winding (5) are prevented by the freewheeling diodes (Dl to D6).
  • the control device (32) is provided with a microprocessor (34) which has a RAM memory (35) and a ROM memory (36).
  • the microprocessor (34) receives signals from line (F) at an input (E1) and signals from line (D) at an input (E2) via a negation element (37) and ⁇ i ⁇ NOR gate (38).
  • a branch of the line (P) is connected as a second connection to the NOR gate (38) and is connected to an AND gate (39) together with an output (A) of the microprocessor (34).
  • the output line (B) of the AND gate (39) is connected to the set input (CLR) and the input (J) of a JK flip-flop memory (40), the second set time input (PR) and the second input (K ) are connected to a line (X) transmitting a reset signal.
  • the line (Z) of the photocell (20) is connected to the clock input (CL) of the memory (40), to the output (Q) of which the line (V) is connected.
  • the drive motor (1) works as follows:
  • a binary signal with the potential H is output from the control panel (33) to the line (F).
  • the microprocessor (34) is receptacle-wide for a signal present at the input (E2) which corresponds to a speed set on the control panel (33).
  • This signal causes the microprocessor (34) to call a control program assigned to the signal from its RAM memory (35).
  • the control program specifies the time interval at which signals H are output at three different groups of two outputs (AI to A6) which are controlled by success.
  • the composition of the individual groups of two and their sequence ⁇ achei ⁇ a ⁇ d ⁇ r is also determined by the control program.
  • the transistors (T1 and T2) are switched on for a short time to pass set so that the current flows from the positive pole forming line (Ul) via the Tra ⁇ s-i-stor (Tl), the strands (Wl and W2) and via the transistor (T2) to the negative pole line (U2) .
  • the bases (B3 and B4) and then the bases (B5 and B6) are activated.
  • the transistors (Tl to T6) and thus the strands (Wl to W3) are to be driven in opposite order.
  • a signal H is input into the line (P), so that a signal L is present at the input (E1) of the microprocessor (34).
  • the microprocessor (34) then stops the call of the control programs determining the running operation from the RAM memory (35) and starts in the ROM memory (36) '' program, by which the sequence of data is output to the outputs (AI to A6) Signals are reduced in accordance with a frequency ramp fixed by the program until the signals fail to appear.
  • the microprocessor (34) If the sequence of signals leaving the outputs (AI to A6) has a limit step stored in the microprocessor (34), the microprocessor (34) outputs a signal H to the AND gate (39) at its output (A). As signal H is already present at the second input of the AND gate (39), this is passed on to the inputs (CLR and J) of the memory (40).
  • the memory (40) has a dynamic input (CL), so that the output signal of the AND gate (39) is only picked up and passed on to the line (V) at the output (Q) if this occurs at the input (CL ) anli ⁇ g ⁇ d ⁇ Signal changes from L to H. This growth occurs when the reflecting half (24) of the reluctance rotor (15) swivels into the monitoring area of the photocell (29).
  • the memory (40) can be reset by a signal H, which is fed in a suitable manner via the line (X) to the inputs (PR and K).
  • the control of the memory (40) via the line (Z) is necessary in order to stop the reluctance rotor (15) in an unambiguous position, hereinafter referred to as the latching position.
  • the rest positions of the reluctance rotor (15) can be explained as follows:
  • the magnetic field generated by the stator winding (5) spreads across the air gaps between the coils (4) of the stator winding (5) and the reluctance rotor (15) and closes over the rotor body. Since the magnetic flux density at the point of the small air gap assumes a maximum, the ructance rotor (15) always aligns itself in such a way that the ring segments (17 and 18) at the north and south poles of the magnetic field generated by the stand (2) . Since the reflectance rotor (15) itself does not generate its own magnetic field, two ring segments (17 and 18) make it possible to have two detent stops by 180 due to its two ring segments.
  • the change of the signal at the output (Q) of the memory (40) from L to H is reported back to the microprocessor (34) via the input (E3), whereupon the latter ends the signal output at the outputs (A3 to A6) and at the outputs (AI) and (A2) continuous signals H.
  • These are supplied to the bases (B1 and B2) by d ⁇ OR gates (41 and 42).
  • the transistors (T1 and T2) are constantly switched to pass. Current would thus only flow through the strands (W1 and W2), so that the magnetic fields for positioning the retransluctance rotor (15) ⁇ rz ⁇ ug ⁇ .
  • the additional rotor (14) can also be designed as a permanent magnet rotor (48) shown in FIG. 6, the shape of which corresponds to that of the reluctance rotor (15), but the ring segment (17 and 18) is replaced by permanent magnet (49 and 50). These are also adapted to the outside diameter of the core (8) of the cage rotor (7).
  • the permanent magnet rotor (48) is directed towards the resulting magnetic field formed by the turns (W1 and W2), and the position of the magnet is determined by the position in question Magnets of the stand (2) and the permanent magnets (49 and 50) face each other.
  • the permanent magnet rotor (48) can be positioned in an unequivocal position, it is possible to avoid using the monitoring device (19) and the memory (40).
  • the line (V) is then connected to the output of the AND gate (39).

Description

Beschreibung
Antriebsmotαr
Die Erfindung betrifft einen Aπtriebsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiger Antriebsmotor ist aus der deutschen OS 19
47 721 bekannt. Auf der Motorwelle eines Drehstrom-Kurzschlußläufermotors ist ein über
Kohlebörsten mit Gleichstrom gespeister, von einem axial gerichteten Magnetfeld eines zweiten Ständers beaufschlagter Ankerscheibenläufer drehfest angebracht.
Durch den Ankerscheibeπläufer erfolgt die Positionierung, wenn beim Abbremsen die Mo'torwelle eine einstellbare Grenzdrehzahl unterschreitet.
Bei derartigen Antriebsmotoren erweist es sich als nachteilig, daß für die verschiedenen Betriebszustände, wie Dauerbetrieb oder Positionierbetrieb unterschiedliche Ständer erforderlich sind, was den Antriebsmotor aufwendiger macht und verteuert. Der zusätzliche Ständer erhöht zudem das Gewicht.
' Aus dem Fachbuch "Elektrotechnik für Maschinenbauer" von H. Linse (Teubner-Verlag, Stuttgart, 6. überarbeitete Auflage) ist auf den Seiten 303 und 304 Aufbau und Wirkungsweise eines selbstgeführten Umrichters beschrieben, der nach Fig. 303.1 als Steuerungsteil eines asynchronen
Drehstrom-Kurzschlußläufermotors dargestellt ist. Über einen Gleichrichter, der an ein Drehstromnetz angeschlossen ist, wird ein Gleichspaππuπgs-Zwischenkreis mit konstanter Spannung gespeist. An diesen Zwischeπkreis ist ein dreiphasiger Pulswechselrichter angeschlossen.
Die Bildung der benötigten Wechselspaππuπg beliebiger Frequenz durch den Pulswechselrichter kann beispielsweise nach dem Unterschwiπgungsverfahrεn erfolgen. Die aufgenommene Gleichspannung wird hierbei in Form von unterschiedlich gepolten Rechteckimpulseπ verschiedener Impulsdauer an die Ständerwicklung gelegt, so daß eine sinusförmige Schwingung der gewünschten Frequenz und Amplitude als Unterschwiπgung entsteht.
Mit Hilfe eines derartigen Umrichters ist.es möglich, die Drehzahl eines Drehstrom-Kurzschlußläufermotors in einem relativ großen Bereich zu verändern.
In der DE-OS 25 42 395 ist ein Schrittmotor dargestellt, dessen Ständer Pole in jeweils gleichen Winkelabständeπ aufweist, von denen jeder mit einer Spule umwickelt ist. Die Spulen sind so geschaltet, daß jeweils zwei benachbarte auf einen Läufer einwirken, dessen magnetische Achse durch einen Permanentmagneten oder durch einen Läuferkörper veränderlichen magnetischen Widerstandes festgelegt ist. Der Läufer wird dadurch in einer Feststellung positioniert, die durch die resultierende Wirkung der beiden Spulenfelder vorgegeben ist. Wenn in der vorgegebenen Solldrehrichtung des Läufers nacheinander weitere Spulen angesteuert werden, dann wird der Läufer stets um einen durch den Spulenabstaπd vorgegebenen Winkel weitergedreht.
Derartige Schrittmotoren sind zwar hervorragend zum Positionieren geeignet, jedoch wirken sich Beschleunigungs- und Bremsvαrgänge zwischen je zwei Feststellungen für Dauerbetrieb nachteilig aus. Zudem sind Schrittmotoren aufgrund ihrer komplizierten
Bauweise relativ aufwendig und teuer und oberhalb einer bestimmten Leistungsgrenze unwirtschaftlich.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, einen Aπtriebsmotor so auszubilden und anzusteuern, daß dieser bei einfachem Aufbau und geringem Gewicht für eine Mehrzahl von Betriebszustäπden vorgesehen, seine Drehzahl bis zum Stillstand regelbar und seine Motorwelle in einer vorbestimmbaren Stellung positioπierbar ist.
Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Durch die Aufnahme des Zusätzläufers in den Wirkungsbereich des den Hauptläufer antreibenden Ständers sind beide Läufer durch nur einen Ständer antreibbar. Da die beiden Läufer aufgrund ihres unterschiedlichen Aufbaues auf verschiedene Weise betätigbar sind, werden die einzelnen Stränge der Ständerwickluπg dem jeweils anzutreibenden Läufer entsprechend angesteuert.
Für Dauerbetrieb ist beispielsweise ein umlaufendes, den Hauptläufer weitertreibendes Ständerfeld notwendig, während sich für Positionierbetrieb ein den Zusatzläufer ausrichtendes Ständerfeld als erforderlich erweist. Dementsprechend werden für Dauerbetrieb die einzelnen Stränge nacheinander in der gewünschten Drehrichtung des Ständerfeldes eingeschaltet, während für Positionierbetrieb nur ein oder maximal zwei nebeneinander liegende Stränge anzusteuern sind. Die einzelnen Stränge werden von der Steuereinrichtung aktiviert, indem jeder zu einem bestimmten Zeitpunkt für eine vαrgebbare Dauer mit Strom zum Aufbau des Stäπderfeldes versorgt wird. Die Frequenz, in der für Dauerbetrieb die Stränge nacheinander versorgt werden, bestimmt die Drehzahl des Stäπderfeldes und damit des Läufers, der Betrag des in den Strängen fließenden Stromes das auf den Läufer wirkende Drehmoment. Der Läufer ist zudem in Abhängigkeit von der Folge, in der die Stränge angesteuert werden, in beiden Drehrichtungen antreibbar.
Die Maßnahme nach Anspruch 2 erweist sich -als vorteilhaft, um den Ständer des Aπtriebsmotors wahlweise an eine Gleich-, Wechsel- oder Drehstromquelle anschließen zu können, indem die jeweils erforderliche Anzahl von Spulen durch die Steuereinrichtung aktiviert wird. Dadurch ist der Ständer zum Antrieb beliebiger, in seinem Wirkungsbereich aufgenommener Läufer geeignet.
Der in Anspruch 3 angegebenen Weiterbildung der Erfindung liegt bei einem Antriebsmotor mit einem Hauptläufer und einem mit diesem auf der Motorwelle angeordenteπ Zusatzläufer die zusätzliche Aufgabe zugrunde, die den Hauptläufer bei Dauerbetrieb antreibenden Stränge der
Ständεrwicklung für Positiαnierbetrieb derart mit Strom zu versorgen und den Zusatzläufer so auszubilden, daß dieser bei Positioπierbetrieb in einer vαrbestimmbaren Stellung aπhaltbar ist.
Diese zusätzliche Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßeπ Vorrichuπg durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 3 gelöst.
Durch die Maßnahme, die Stränge der Ständerwicklung an die Steuereinrichtung anzuschließen, sind diese in vorbestimmbarer Folge an eine Stromquelle aπschaltbar. Für einen anderen Betriebszustand der Stäπderwickluπg wird lediglich die Einstellung der Steuereinrichtung geändert, so daß die Stränge in einer der neuen Einstellung zugeordneten Folge anschaltbar sind.
Durch Anschalten von nur einem Strang über einen längeren Zeitraum wird bewirkt, daß sich der Zusatzläufer auf diesen und bei zwei eingeschalteten
Strängen auf die Mitte zwischen diesen ausrichtet und in der Stellung gehalten wird. Da jeweils nur einer der Stränge oder ein Strangpaar, dessen Kombination sich von denen anderer Strangpaare unterscheidet, eingeschaltet wird und der Zusatzläufer maximal zwei
Ringsegmente aufweist, ergeben sich bei einer mehr als zwei Stränge aufweisenden Ständerwicklung eine Mehrzahl von vorherbestimmbaren Stellungen, in denen der Zusatzläufer positionierbar ist.
Das Umschalten zwischen den beiden Betriebszuständen - Dauerbetrieb und Positioπierbetrieb - wird gemäß Anspruch 4 durch die Aπschalthäufigkeit der Stränge an die Stromquelle geregelt. Das Umschalten auf Positionierbetrieb erfolgt vorteilhafterweise dann, wenn die Anschalthäufigkeit der Stränge gegen Null geht, also kurz vor Stillstand des 'Drehfeldes und damit der Läufer, so daß die verbleibende Rotationsenergie der Läufer ausreicht, diese aπtriebslos bis zur Anhaltestellung weiterzudrehen, in der sie unter der
Wirkung der angeschalteten Stränge festgehalten werden.
In Anspruch 5 ist eine vorteilhafte Schaltung angegeben, durch welche die Stränge der Ständerwickluπg bei geringem technischen Aufwand in der jeweils benötigten Folge ansteuerbar sind.
Durch die Ständerwickluπg sind unterschiedliche Zusatzläufer aπtreibbar. So ist der Zusatzläufer nach Anspruch 6 als Reluktaπzläufer und nach Anspruch 7 als Dauermagπetläufer ausgebildet. Derartige Zusatzläufer ermöglichen bei einfachem konstruktivem Aufbau eine präzise Positionierung, wobei die Ausrichtstellung des Zusatzläufers nach Anspruch 6 durch die Läuferform und nach Anspruch 7 durch die Anordnung der Magnete auf dem Läuferkörper bestimmt wird.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Antriebsmotor, teilweise in Schπittdarstellung;
Fig. 2 -den Ständer der Fig. 1 in Schπittdarstellung;
Fig. 3 den Läufer der Fig. 1 in Schnittdarstellung;
Fig. 4 einen vereinfachten Schaltplan für den Aπtriebs otor;
Fig. 5 einen Ausschnitt aus dem Schaltplan der Fig. 4 nach der strichpunktierten Linie;
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Zusatzläufers
In Fig. 1 ist ein Antriebsmotor (1) dargestellt, in dessen Gehäuse ein Ständer (2) aufgenommen ist. Der 1 Ständer (2) besteht zur Unterdrückung von Wirbelströmeπ aus einer Mehrzahl von Elektroblecheπ und weist entlang seines Innendurchmessers Nuten (3) auf, in denen Spulen (4) von Strängen (Wl, W2 und W3) (Fig. 2) einer
5 Stäπderwickluπg (5) eingebettet sind. Die Spulen (4) jedes Stranges (Wl bis W3) sind in Reihe geschaltet.
Der Ständer (2) umgibt einen Hauptläufer (6) , der als Käfigläufer (7) (Fig. 3) ausgebildet ist. Der Kern (8) 10 des Käfigläufers (7) besteht aus Elektroblechen, der Käfig (9) wird durch Stäbe (10) , die über Ringe (11) verbunden sind, gebildet. Die Stäbe (10) sind in axialen Nuten (12) auf dem Umfang des Kernes (8) und die Ringe (11) an dessen Stirnseiten angeordnet.
15
Auf der Motorwelle (13) des Aπtriebsmotors (1) ist, ebenfalls von dem Ständer (2) umschlossen, ein Zusatzläufer (14) drehfest aufgenommen. Dieser ist als Reluktanzläufer (15) ausgebildet, der die Form einer
20 Scheibe (16) mit zwei an deren Außendurchmessεr angeformten, um 180 versetzten Ringsegmenten (17) und (18) aufweist. Der Außendurchmesser des Reluktanzläufers (15) ist im Bereich der Ringsegmente (17, 18) dem Außendurchmesser des Kerns (8) angepaßt.
25 Zum Unterdrücken von Wirbelströmen ist auch der
Reluktaπzläufer (15) aus Elektroblechen zusammengesetzt.
Zur eindeutigen Positionierung wircl der Reluktaπzläufer (15) durch eine optoelektronische
30. Überwachungseinrichtung (19) , die eine Fotozelle (20) mit einem Lichtsender (21) und einem Lichtempf πger (22) aufweist, abgetastet. Aus diesem Grund ist der Reluktanzläufer (15) auf einer Hälfte (23) bis zur Mittellinie zwischen den beiden Ringsεgementen (17, 18) 5 mattiert, auf der anderen Hälfte (24) dagegεn rεflektierend ausgebildet.
Fig. 4 zeigt in einem vereinfachten Schaltpläπ die zur Funktion des Aπtriebsmotαrs (1) erforderlichen Bauteile einer Schaltung (25) , wobei der Aπtriebsmσtor (1) über eiπεπ zur Drehzahlregeluπg des Käfigläufers (7) dienenden Umrichter (26) an eiπε Drεhstromquεlle (27) angeschlossεπ ist.
Der Umrichter (26) ist mit einem Gleichrichter (28) versehen, der über Leitungen (Ul) und (U2) eines Gleichspaπnungs-Zwischeπkreises (29) mit einem Wechselrichter (30) verbunden ist. Parallel zu dem Gleichrichtεr (28) und dem Wechselrichtεr (30) ist ein zum Glätten der Gleichspannung dienender Kondensator (31) am Zwischenkreis (29) angeschlossen. Der Wechselrichter (30) ist durch Steuεrleit'uπgeπ (SI bis S6) mit einer Steuereinrichtung (32) verbundεn, diε über Leitungen (D, F und P) an einem Steuerpult (33) angeschlossen ist.
In Fig. 5 ist der strichpunktiert gezeichnete Teil der Steuεrschaltuπg (25) vεrgrößεrt herausgezeichnet. An die in den Wechselrichter (30) geführten Leitungen (Ul) und (U2) sind Transistoren (Tl bis T6) und
Freilaufdiodeπ (Dl bis D6) angeschlossεn, wobei je zwei Transistoren (Tl bis T6) und parallel dazu zwei Frεilaufdioden (Dl bis D6) in Reihε gεschaltet sind und einen Einzelschaltkreis (Kl bis K3) bilden. Die Einzelschaltkrεise (Kl bis K3) sind parallel zueiπandεr an die Leitungen (Ul) und (U2) aπgeschlossεn.
Die Basen (Bl bis B6) der Traπsistorεn (Tl bis T6) sind übεr diε Steuerleitungeπ (SI bis S6) mit der Steuereinrichtung (32) verbundεn. Durch Schaltvorgängε der Transistoren (Tl bis T6) entstehende Spanπungsspitzen in der Ständerwicklung (5) werden durch die Freilaufdioden (Dl bis D6) verhindert.
Die Steuerεiπrichtung (32) ist mit εiπem Mikroprozessor (34) versεhεn, dεr εineπ RAM-Speicher (35) und eiπεn ROM-Spεicher (36) aufweist. Der Mikroprozessor (34) nimmt über ein Negatioπsglied (37) und εiπ NOR-Gliεd (38) Signale von der Leitung (F) an einem Eingang (El) und Signale von der Leitung (D) an einεm Eingang (E2) auf.
Mit dem NOR-Glied (38) ist als zweiter Anschluß einε Abzwεigung dεr Leitung (P) verbundεπ, die zusammen mit einem Ausgang (A) des Mikroprozessors (34) an einem UND-Glied (39) angeschlossen ist. Die Ausgangsleitung (B) dεs UND-Gliedes (39) ist mit dem Setzeingang (CLR) und dem Eingang (J) einεs J-K-Flip-Flop-Spεichεrs (40) vεrbunden, dessen zweiter Setzeiπgang (PR) und dεssεn zweiter Eingang (K) an eine ein Rücksεtzsignal übertragende Leitung (X) angeschlossεπ sind. Die Leitung (Z) der Fotozelle (20) ist mit dem Takteingang (CL) des Speichers (40) verbunden, an dessen Ausgang (Q) die Leitung (V) angeschlossen ist.
Während eine Abzweigung der Leitung (V) mit einεm Eingang (E3) dεs Mikroprozεssors (34) vεrbunden ist, ist deren Hauptstrang zusammen mit Ausgängen (AI) und (A2) des Mikroprozessors (34) an ODER-Gliedern (41) und
(42) und über εin zwischεngεschaltetes Nεgationsgliεd
(43) mit Ausgäπgεn (A3) bis (A6) des Mikroprozessors (34) an UND-Gliedεr (44 bis 47) angεschlossεn. Diε Ausgangs dεr ODER-Gliεdεr (41), (42) und dεr UND-Gliεdεr (44 bis 47) sind mit dεn Steuerlεitungεn (SI bis S6) vεrbunden. Der Antriebsmotor (1) arbeitet wie folgt:
Für Laufbetrieb wird ein binäres Signal mit dem Potential H, nachfolgend als Signal H bezeichnet, vom Steuerpult (33) an die Leitung (F) abgegeben. Nach
Durchgang durch das Negatiαnsglied (37) liεgeπ an dεπ beiden Eingängen des NOR-Gliedεs (38) Signale mit Potεπtial L, im folgenden Signale L genannt und am Eingang (El) des Mikroprozessors (34) ein Signal H an. Dadurch ist dεr Mikroprozessor (34) aufnahmebεreit für ein am Eingang (E2) anliegendes Signal, das einer am Steuerpult (33) eiπgεstellten Drehzahl entspricht. Diesεs Signal bewirkt, daß der Mikroprozεssor (34) ein dem Signal zugeordnεtεs Stεuεrprogramm aus seinem RAM-Speichεr' (35) abruft. Durch das Stεuerprogramm ist festgεlεgt, in welchem zeitlichen Abstand an drei verschiεdεπεn, aufεinaπdεrfolgεrid aπgesteuεrtεn Zweiergruppen der Ausgänge (AI bis A6) Signale H ausgegebεn wεrdεn. Diε Zusammεπsetzung der einzelnen Zweiergruppen sowie dsren Folge πacheiπaπdεr wird ebenfalls durch das Steuerprogramm bestimmt.
Da an der Ausgangslεitung (V) des J-K-Flip-Flop-Speichers (40) vor dem Negatioπsglied (43) ein Signal L und hinter diesem ein Signal H anliegt, werden an den ODER-Gliedern (41 und 42) sowie an den UND-Gliedern (44 bis 47) Signale H mit der Folge wie an den Ausgängen (AI bis A6) abgegebεn. Diεsε Signalε wεrden über die Steuerlεituπgεn (SI bis S6) zu dεn Basεn (Bl bis^Bε) der Transistoren übertragεn.
Sobald beispielswεisε dεrartige Signale an den Basen (Bl und B2) anliegen, werdεn diε aπsoπstεπ gεspεrrtεn Transistoren (Tl und T2) kurzzeitig auf Durchlaß gestellt, so daß der Strom von der den Pluspol bildendεπ Lεituπg (Ul) über den Traπs-i-stor (Tl) , die Stränge (Wl und W2) sowie über den Transistor (T2) auf die den Minuspol bildeπdε Leitung (U2) fließt. Anschließend werdεn diε Basen (B3 und B4) und danach die Basen (B5 und B6) angesteuεrt. Für εinε aπdεre Drehrichtung des Käfigläufers (7) sind dagegen die Transistoren (Tl bis T6) und somit die Stränge (Wl bis W3) in entgegensetzter Reihenfolge anzusteuern.
Für Positioπierbεtrieb wird ein Signal H in die Leitung (P) eingegeben, so daß am Eingang (El) des Mikroprozessors (34) ein Signal L anliegt. Der Mikrαprozεssor (34) stoppt daraufhin den Abruf der den Laufbetrieb bestimmεndεn Stεuerprogramme aus dem RAM-Speichεr (35) und startεt εin im ROM-Spεichεr (36) ' abgεlεgtεs Programm, durch das diε Folge dεr an dεπ Ausgängεn (AI bis A6) ausgegebεnεn Signale entsprechend einer durch das Programm fest vorgegebenen Frequεnzrampe bis zum Ausbleiben der Signale reduziert wird.
Wenn die Folge der die Ausgänge (AI bis A6) verlassendεn Signale eine im Mikroprozessor (34) gespeicherte Greπzfrεqueπz uπterschrittεn hat, gibt der Mikroprozessor (34) an seinεm Ausgang (A) ein Signal H an das UND-Glied (39) ab. Da an dem zweiten Eingang des UND-Gliedes (39) berεits ε"in Signal H anliegt, wird dieses an die Eingäπgε (CLR und J) dεs Spεichers (40) weitεrgeleitet.
Der Speicher (40) weist eiπεn dynamischen Eingang (CL) auf, so daß das Ausgangssignal des UND-Gliedεs (39) nur dann aufgεnommεn und am Ausgang (Q) an die Leitung (V) abgegεben wird, wenn sich das am Eingang (CL) anliεgεπdε Signal von L auf H ändert. Diessr Wεchsεl liegt vor, wenn die reflεktiereπde Hälfte (24) des Reluktanzläufers (15) in den Überwachungsberεich der Fotozelle (29) schwenkt.
Der Speicher (40) ist durch ein Signal H rücksetzbar, das in gεeigπetεr Weise über die Leitung (X) den Eingängen (PR und K) zugeführt wird.
Diε Ansteuerung des Speichers (40) über die Leitung (Z) ist erfordεrlich, um den Reluktaπzläufer (15) in einer eindεutigεn Stεllung, nachstehend als Raststelluπg bezeichnet, anzuhalten. Das Vorhandensεiπ . wεiεr Raststellungen bei dem Reluktanzläufεr (15) ist folgεπdεrmaßεn εrklärbar:
Das durch diε Ständεrwicklung (5) εrzεugtε Magnetfeld breitεt sich über die Luftspalte zwischen den Spulen (4) der Ständεrwicklung (5) und dεm Reluktanzläufer (15) aus und schließt sich übεr dεπ Laufεrkörpεr. Da diε magπεtischε Flußdichtε an dεr Stεllε dεs klεinstεn Luftspaltes ein Maximum annimmt, richtet sich der Rεluktanzläufer (15) stets so aus, daß die Ringsegmεnte (17 und 18) an dεn Nord- bzw. dεn Südpol dεs vom Ständer (2) erzεugteπ Magnetfeldes angrenzen. Da der Rεluktanzläufεr (15) selbst kein eigenes Magnetfeld erzeugt, sind aufgrund von dessεn zwei Ringsegmenteπ (17 und 18) zwei um 180 versε ztε Raststεlluπgεn möglich.
Dεr Wεchsel des Signals am Ausgang (Q) des Speichers (40) voή^L auf H wird dem Mikroprozessor (34) über den Eingang (E3) rückgemeldet, woraufhin dieser die Signalabgabe an den Ausgängen (A3 bis A6) beendεt und an dεn Ausgängen (AI) und (A2) Dauersignale H abgibt. Diεse werdεn von dεπ ODER-Gliedern (41 und 42) den Basen (Bl und B2) zugeführt. Dadurch sind die Transistoren (Tl und T2) konstant auf Durchlaß geschaltst. Es wεrdεn somit nur die Stränge (Wl und W2) von Strom durchflössen, so daß diese die Magnetfelder zum Positionieren des Rεluktanzläufεrs (15) εrzεugεπ.
Dεr Zusatzläufer (14) kann auch als sin in Fig. 6 dargεstellter Dauermagnetläufer (48) ausgebildet sein, dessen Formgebung der des Reluktanzläufers (15) entspricht, wobei jεdoch diε Ringsεgmεπtstückε (17 und 18) durch Dauεrmagnεtε (49 und 50) ersetzt sind. Auch diese sind dem Außendurchmεssεr dεs Kεrnεs (8) dεs Käfigläufεrs (7) angepaßt.
Wenn bei Positionierbεtriεb ausschliεßlich diε Transistoren (Tl) und (T2) auf Durchgang geschaltεt sind, richtet sich der Dauermagnetläufer (48) eπtsprεchεπd dεm durch diε Windungεn (Wl und W2) gebildeten resultiεrεπden Magnetfεld aus, wobεi sich in positionierter Stellung die jeweils eπtgegεπgεsεtztεn Polε vom Magnεtfεld dεs Ständεrs (2) und dεm der Dauermagneten (49 und 50) gegenüberstehen.
Da der Dauεrmagnεtläufer (48) in eindεutigεr Stεllung positioniεrbar ist, kann auf diε Übεrwachungsεinrichtung (19) und auf dεn Spεichεr (40) vεrzichtεt wεrden. An den Ausgang des UND-Gliedes (39) ist dann die Leitung (V) angeschlossεn.

Claims

Patentansprüche
1. Aπtriebsmαtor mit sinem Ständer und eiπεm durch diεseπ antrsibbareπ, für Dauεrbεtriεb ausgebildetεn
Hauptläufεr, dεr gεmεiπsam mit einem für Positiαπierbetrieb vorgesehenen Zusatzläufer verdrehfεst auf der Motorwelle aufgeπommεn ist, dadurch gεkεnπzeichπet, daß der Zusatzläufer (14) innerhalb des Feldεs dεs Ständers (2) angeordnet und zusammen mit dem Hauptläufer (6) über diε durch εiπe Steuεreiπrichtung (32) ansteuerbarε Stäπdεrwicklung (5) επtsprechend dεr vorbestimmbaren Betriebswεisε und Drεhzahl des Antriebsmotors (1) aπtreibbar ist.
2. Antriebsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekεπnzεichnεt, daß diε Ständεrwicklung (5) mit Strängen (Wl bis W3) versehεn ist, von dεneπ jeder durch die Steuεrεinrichtung (32) εinzεln zu- und abschaltbar ist und wεπigstεπs eine Spule (4) aufweist.
3. Aπtriebsmotor nach Aπpruch 1 mit einεm εiπε mεhrsträngigε Wicklung aufwεiseπden Ständer, dadurch gεkεπnzεichnεt, daß diε Stäπdεrwicklung (5) εinε Mehrzahl von Strängen (Wl bis W3) aufweist, diε mit einer Steuεrεiπrichtung (32) verbunden sind, die beim Hauptläufer (6) einε diε^ Drεhzahl und diε Drehrichtuπg bestimmεndε Eiπschaltfolgε für dεπ
Stromdurchfluß der Stränge (Wl bis W3) oder zum Positionieren des Zusatzläufers (14) in weπigstεns eiπεr vorbestimmbaren Stellung das Anschalten von miπdestεns einem der Sträπgε (Wl bis W3) an Gleichstrom und das gleichzeitige Abschalten der i r
übrigen Stränge (Wl bis W3) bewirkt, wobεi dεr
Zusatzläufεr (14) mit durch je einen Luftspalt von Spulen (4) der Stränge (Wl bis W3) getrennten Ringelemeπtεn (17, 18; 49, 50) versehen ist, deren Anzahl und deren Winkelversatz den beim
Positioπierεπ mit Glεichstrom bεaufschlagtεπ Strängen (Wl bis W3) entsprechen.
4. Antriebsmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekeπnzεichnet, daß die Ständerwicklung (5) bis zum Erreichεπ εines vorbestimmbarεn minimalen Wertes von pro Zeitεinhεit durch diε Stεuεrεinrichtung (32) aπgεschaltεtεn..Sträng8n (Wl bis W3) auf Laufbεtriεb und bεi Unterschrεitεn dieses Wertes auf Positionierbεtriεb gεschaltεt ist.
5. Antriebsmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Steuεrεinrichtuπg (32) und den Strängen (Wl bis W3) der Ständerwicklung
(5) Transistoren (Tl bis T6) angeordnεt sind, die für die Stromversorgung der Stränge (Wl bis W3) durch diε Stεuεrεiπrichtuπg (32) für die Signaldauer auf Stromdurchlaß umschaltbar sind.
6. Antriεbsmotor nach Anspruch 1 odεr 3, dadurch gεkeπnzeichnεt, daß der Zusatzläufer (14) als Rεluktanzläufεr (15) ausgεbildet ist.
7. Antriebsmotor nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekeπnzεichπet, daß der Zusatzläufer (14) als Dauermagπetläufer (48) ausgebildεt ist.
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