DE102008019910B4 - electric motor - Google Patents

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Abstract

Elektromotor (1) mit einem Stator (5) und einem Rotor (3) sowie einer Kommutierung, wobei der Elektormotor (1) wahlweise im Netz- oder Akkumulatorbetrieb betreibbar ist und eine Einsteckvorrichtung für den Akkumulator (8) vorgesehen ist, wobei weiter gegenüberliegende Spulen (7, 7') des Stators umschaltbar parallel oder in Reihe schaltbar sind, und die Umschaltung beim Einstecken des Akkumulators (8) selbsttätig erfolgt.Electric motor (1) with a stator (5) and a rotor (3) and a commutation, wherein the electric motor (1) either in the mains or accumulator operation is operable and a plug-in device for the accumulator (8) is provided, wherein further opposite coils (7, 7 ') of the stator switchable parallel or in series are switchable, and the switching takes place automatically when inserting the accumulator (8).

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor sowie einer Kommutierung, wobei der Elektromotor wahlweise im Netz- oder Akkumulatorbetrieb betreibbar ist und eine Einsteckvorrichtung für den Akkumulator vorgesehen ist.The invention relates to an electric motor with a stator and a rotor and a commutation, wherein the electric motor is selectively operable in the mains or accumulator operation and a plug-in device is provided for the accumulator.

Elektromotoren der in Rede stehenden Art sind bekannt. Da derartige Motoren im Akkumulatorbetrieb gegenüber Netzbetrieb mit reduzierter Spannung betrieben werden, sind Lösungen bekannt, die den Motor mit Nennspannung versorgen, was jedoch zu großen Verlusten im Bereich des vorzusehenden Hochsetzstellers verbunden ist. Alternativ wird mit der reduzierten Akkumulatorspannung die Nennleistung des Elektromotors nicht erreicht. Darüber hinaus sind Elektromotoren bekannt, bei welchen gegenüberliegende Spulen des Stators umschaltbar parallel oder in Reihe schaltbar sind. Diesbezüglich wird beispielsweise auf die DE 16 13 005 A verwiesen.Electric motors of the type in question are known. Since such motors are operated in accumulator operation compared to mains operation with reduced voltage, solutions are known which supply the motor with rated voltage, but this is associated with large losses in the range of the proposed boost converter. Alternatively, the rated power of the electric motor is not achieved with the reduced battery voltage. In addition, electric motors are known in which opposite coils of the stator can be switched over in parallel or in series. In this regard, for example, on the DE 16 13 005 A directed.

Aus der WO 2007/073864 A2 ist es bekannt, eine Elektromotor wahlweise im Netz- oder Akkumulatorbetrieb zu betreiben und eine Einsteckvorrichtung für den Akkumulator vorzusehen.From the WO 2007/073864 A2 It is known to operate an electric motor either in mains or accumulator operation and provide a plug-in device for the accumulator.

Zum Stand der Technik ist darüber hinaus auf die WO 2007/073864 A2 zu verweisen.The prior art is also on the WO 2007/073864 A2 to refer.

Ausgehend von dem dargelegten Stand der Technik beschäftigt sich die Erfindung mit der Aufgabenstellung, einen Elektromotor anzugeben, der hinsichtlich eines wahlweisen Netz- oder Akkumulatorbetriebes günstig ausgebildet ist.Based on the stated prior art, the invention is concerned with the task of specifying an electric motor, which is designed low in terms of an optional power or accumulator operation.

Diese Aufgabe ist beim Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass bei Vorsehen einer Einsteckvorrichtung für den Akkumulator gegenüberliegende Spulen des Stators umschaltbar parallel oder in Reihe schaltbar sind und die Umschaltung der Spulen des Stators von parallel in Reihe oder umgekehrt im Zuge des Einsteckens des Akkumulators erfolgt. Zufolge dieser Ausgestaltung ist ein Elektromotor angegeben, der bei günstiger Ausnutzung der Akkumulatorspannung einen Betrieb mit Nennleistung bei gunstigem Wirkungsgrad erreichen lässt. Im Netzbetrieb sind die gegenüberliegenden Spulen des Stators in Reihe geschaltet. Mit Einstecken des Akkumulators erfolgt eine Umschaltung auf eine Parallelschaltung. Zufolge dieser Umschaltung halbiert sich die Nennspannung des angetriebenen Elektromotors, so dass der gegebenenfalls vorgesehene Hochsetzsteller mit kleinerer Ausgangsspannung arbeiten kann, was einen verbesserten Wirkungsgrad bietet. Weist der Elektromotor mehrere, durch gegenüberliegende Spulen definierte Phasen auf, so ist grundsätzlich die Umschaltung zur Nennleistungsanpassung bereits bei Umschaltung nur einer Phase möglich. Bevorzugt werden jedoch alle Phasen des Stators von Reihen- in Parallelbetrieb umgeschaltet. Die vorgeschlagene Umschaltung im Zuge des Einsteckens des Akkumulators ist sowohl bei Kommutatormotoren als auch bei elektrisch kommutierten Motoren, wie beispielsweise Reluktanzmotoren möglich.This object is achieved in the subject matter of claim 1, wherein it is pointed out that when providing a plug-in device for the accumulator opposite coils of the stator are switchable in parallel or in series switchable and the switching of the coils of the stator of parallel in series or vice versa in the course of Inserting the accumulator takes place. According to this embodiment, an electric motor is specified, which can be achieved with favorable utilization of the battery voltage operation with rated power at favorable efficiency. In mains operation, the opposite coils of the stator are connected in series. With insertion of the accumulator, a switchover to a parallel connection takes place. As a result of this switching halves the rated voltage of the driven electric motor, so that the optionally provided boost converter can operate with lower output voltage, which provides improved efficiency. If the electric motor has a plurality of phases defined by opposing coils, switching to the nominal power adjustment is possible in principle when switching only one phase. Preferably, however, all phases of the stator are switched from series to parallel operation. The proposed switching in the course of insertion of the accumulator is possible both in commutator motors and in electrically commutated motors, such as reluctance motors.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass beim Herausnehmen des Akkumulators eine Rückschaltung erfolgt, so dass hiernach die gegenüberliegenden Spulen des Stators für den Netzbetrieb wieder in Reihenschaltung vorliegen. Die jeweilige Umschaltung beim Einstecken bzw. Herausnehmen des Akkumulators erfolgt selbsttätig, d. h. ohne weiteren Eingriff des Benutzers. So ist bevorzugt, dass die Umschaltung elektronisch erfolgt, so beispielsweise durch Erfassung der Akkumulatorspannung bei eingestecktem Akkumulator an den Steckpolen. Alternativ folgt die Umschaltung mechanisch, wozu beispielsweise ein in den Einschiebeweg des Akkumulators eingreifender Schalter vorgesehen ist, der durch den Akkumulator betätigt wird.In a further development it is provided that when removing the accumulator a downshift occurs, so that hereafter the opposite coils of the stator for network operation again in series. The respective switching when inserting or removing the accumulator takes place automatically, d. H. without further intervention of the user. It is thus preferred that the switching takes place electronically, for example by detecting the accumulator voltage when the accumulator is plugged into the plug-in poles. Alternatively, the switching follows mechanically, for which purpose, for example, a switch engaging in the insertion path of the accumulator is provided, which is actuated by the accumulator.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawing, which represents only one exemplary embodiment. It shows:

1 eine Schaltungsanordnung eines Elektromotors zum wahlweisen Netz- oder Akkumulatorbetrieb; 1 a circuit arrangement of an electric motor for optional power or accumulator operation;

2 eine schematische Darstellung eines Rotors und eines mit Spulen versehenen Stators des Elektromotors; 2 a schematic representation of a rotor and a stator provided with coils of the electric motor;

3 eine schematische Darstellung zweier gegenüberliegender Spulen des Stators in Reihenschaltung bei Netzbetrieb; 3 a schematic representation of two opposing coils of the stator in series in network operation;

4 eine der 3 entsprechende Darstellung, jedoch die Parallelschaltung der Spulen bei Akkumulatorbetrieb betreffend; 4 one of the 3 corresponding representation, but concerning the parallel connection of the coils in battery operation;

5 die schematische Spulenanordnung mit einer Umschalteinheit zum Umschalten von Parallel- in Reihenschaltung und umgekehrt. 5 the schematic coil arrangement with a switching unit for switching from parallel to series connection and vice versa.

Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu 1 eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Elektromotors 1. Dieser ist, wie weiter in 2 schematisch dargestellt, als zweiphasiger Reluktanzmotor realisiert. Der drehfest auf einer Rotorwelle 2 sitzende Rotor 3 weist zwei sich diametral gegenüberliegende Rotorpole 4 auf.Shown and described is first with reference to 1 a circuit arrangement for operating an electric motor 1 , This one is, as further in 2 shown schematically, realized as a two-phase reluctance motor. The rotationally fixed on a rotor shaft 2 sitting rotor 3 has two diametrically opposed rotor poles 4 on.

Der den Rotor 3 umgebende Stator 5 weist vier in Umlaufrichtung des Rotors 3 jeweils einen Winkel von 90° zueinander einnehmende Statorpole 6 auf. Diese tragen jeweils Spulen 7, 7' bildende Statorwicklungen.The the rotor 3 surrounding stator 5 has four in the direction of rotation of the rotor 3 in each case an angle of 90 ° to each other engaging stator poles 6 on. These each carry coils 7 . 7 ' forming stator windings.

Zwischen den Rotorpolen 4 und den korrespondierenden Statorpolen 6 verbleibt im Betrieb ein ringförmiger Luftspalt. Between the rotor poles 4 and the corresponding stator poles 6 remains in operation an annular air gap.

Gemäß der schematischen Darstellung in 1 ist der Elektromotor 1 wahlweise über einen zusteckbaren Akkumulator 8 oder über einen schematisch dargestellten Netzanschluss 9 (mit Gleichrichter) betreibbar. Hierzu sind die Anschlussleitungen 10 und 11 des Elektromotors 1 über einen zweipoligen Wechsler 12 entweder dem Netzanschluss 9 oder dem Akkumulator 8 zuordbar.According to the schematic representation in 1 is the electric motor 1 optionally via a pluggable accumulator 8th or via a network connection shown schematically 9 (with rectifier) operable. These are the connecting cables 10 and 11 of the electric motor 1 over a two-pole changer 12 either the mains connection 9 or the accumulator 8th assignable.

Der Akkumulator 8 ist in eine Steckaufnahme 13 einführbar. Diese weist zunächst zwei Kontakte 14 zur elektrischen Kontaktierung der Akkumulator-Pole 15. Des Weiteren ist in der Steckaufnahme 13 ein Taster 16 positioniert, zur Registrierung eines in die Aufnahme 13 eingesteckten Akkumulators 8.The accumulator 8th is in a plug-in receptacle 13 insertable. This initially has two contacts 14 for electrical contacting of the accumulator poles 15 , Furthermore, in the plug-in receptacle 13 a button 16 positioned to register one in the recording 13 plugged in accumulator 8th ,

Der doppelpolige Wechsler 12 weist eine Grundstellung auf, in welcher der Elektromotor 1 über den Wechsler 12 an die Netzversorgung angeschlossen ist. Diese Tastergrundstellung ist in 1 dargestellt und wird erreicht durch entsprechende Beaufschlagung mittels einer in 1 schematisch dargestellten Druckfeder 17.The double-pole changer 12 has a basic position in which the electric motor 1 over the changer 12 connected to the mains supply. This button basic position is in 1 is represented and is achieved by appropriate admission by means of a in 1 schematically illustrated compression spring 17 ,

In die Steckaufnahme 13 greift ein in Einsteckrichtung des Akkumulators 8 sich erstreckender Stößel 18 ein. Dieser ist mit dem Wechsler 12 verbunden, zur Umschaltung des Wechslers 12 entgegen der Kraft der Druckfeder 17.In the plug-in receptacle 13 engages in the insertion direction of the accumulator 8th extending ram 18 one. This one is with the changer 12 connected, for switching the changer 12 against the force of the compression spring 17 ,

Mit Einstecken des Akkumulators 8 in die Steckaufnahme 13 wird der Stößel 18 linear entgegen der Kraft der Druckfeder 17 verlagert, was das Umschalten des Wechslers 12 zur Kontaktierung des Elektromotors 1 mit den steckaufnahmeseitigen Kontakten 14 und über diese mit den Akkumulator-Polen 15. Hiernach ist der Netzanschluss unterbrochen. Die Versorgung des Elektromotors 1 erfolgt in dieser Stellung nur über den Akkumulator 8, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines nicht dargestellten Hochsetzstellers.With plugging in the accumulator 8th in the plug-in receptacle 13 becomes the pestle 18 linear against the force of the compression spring 17 shifts what the switching of the changer 12 for contacting the electric motor 1 with the receptacle-side contacts 14 and about this with the accumulator poles 15 , After this, the mains connection is interrupted. The supply of the electric motor 1 takes place in this position only via the accumulator 8th , optionally with the interposition of a boost converter, not shown.

Diese Betriebsstellung ist weiter durch den über den Akkumulator 8 in der Steckaufnahme 13 belasteten Taster 16 erfasst. Diese Registrierung wird genutzt zur elektrischen Schaltung der Staturspulen 7, 7' in Abhängigkeit von der gewählten Energieversorgung des Elektromotors 1.This operating position is further through the via the accumulator 8th in the plug-in receptacle 13 loaded buttons 16 detected. This registration is used for the electrical connection of the stature coils 7 . 7 ' depending on the selected power supply of the electric motor 1 ,

In den 3 bis 5 sind anhand jeweils zweier Spulen 7, 7' mit Spulenanschlüssen a, b und c, d die jeweilige Schaltung der Spulen 7, 7' dargestellt.In the 3 to 5 are each based on two coils 7 . 7 ' with coil terminals a, b and c, d the respective circuit of the coils 7 . 7 ' shown.

3 zeigt die übliche Reihenschaltung zweier statorseitig gegenüberliegender Spulen 7, 7' im Netzbetrieb, d. h. weiter in Grundstellung des Wechslers 12. Hierbei ist der abgehende Anschluss b der ersten Spule 7 unmittelbar verbunden mit dem zugehenden Anschluss c der nächsten Spule 7'. Entsprechend wird der Elektromotor 1 mit Nennspannung betrieben. 3 shows the usual series connection of two stator side opposite coils 7 . 7 ' in network operation, ie further in the initial position of the changer 12 , Here, the outgoing terminal b of the first coil 7 directly connected to the incoming connection c of the next coil 7 ' , Accordingly, the electric motor 1 operated with rated voltage.

Für den Akkumulatorbetrieb werden die Wicklungen der Spulen 7, 7' parallel geschaltet. Die unmittelbare Verbindung zwischen den Anschlüssen b und c der beiden Spulen 7, 7' ist unterbrochen. Der Anschluss b ist der Masse zugeführt, während der Anschluss c der weiteren Spule 7' auf den Pluspol geschaltet ist. Zufolge dieser Parallelschaltung halbiert sich die Nennspannung des Elektromotors 1, womit im Zusammenhang mit der gegenüber Netzbetrieb reduzierten Spannung des Akkumulators 8 bzw. im Hinblick auf die hierdurch ermöglichte kleinere Ausgangsspannung des Hochsetzstellers ein größerer Wirkungsgrad erreicht wird.For accumulator operation, the windings of the coils 7 . 7 ' connected in parallel. The direct connection between the terminals b and c of the two coils 7 . 7 ' is interrupted. The connection b is supplied to the ground, while the connection c of the other coil 7 ' switched to the positive pole. As a result of this parallel connection, the rated voltage of the electric motor is halved 1 , which in connection with the voltage reduced compared to mains operation of the accumulator 8th or in view of the thereby enabled smaller output voltage of the boost converter, a greater efficiency is achieved.

Die Umschaltung von Reihen- zu Parallelanschluss der Spulen 7, 7' bzw. die Rückschaltung von Parallel- auf Reihenschaltung erfolgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von der Stellung des in der Steckaufnahme 13 vorgesehenen Tasters 16. Bei Erfassen eines eingesteckten Akkumulators 8 bewirkt der Taster 16 über einen in 5 schematisch dargestellten Aktuator 19 die entsprechende Umschaltung auf Parallelbetrieb über einen zweipoligen Wechselschalter 20. In 5 nimmt der Wechselschalter 20 eine Stellung ein, in welcher die Spulen 7, 7' bei Akkumulatorbetrieb in Parallelschaltung angeschlossen sind.Switching from series to parallel connection of the coils 7 . 7 ' or the downshift from parallel to series connection takes place in the illustrated embodiment, depending on the position of the plug-in receptacle 13 provided buttons 16 , When detecting an inserted accumulator 8th causes the button 16 about one in 5 schematically illustrated actuator 19 the corresponding switchover to parallel operation via a two-pole changeover switch 20 , In 5 takes the changeover switch 20 a position in which the coils 7 . 7 ' are connected in parallel operation in accumulator mode.

Bei fehlender Kontaktierung des steckaufnahmeseitigen Tasters 16 und damit einhergehender Schaltung des Elektromotors 1 auf den Netzanschluss 9 über den Wechsler 12 erfolgt eine Umschaltung des Wechselschalters 20 zur in Reihe Schaltung der Spulen 7, 7'.In the absence of contacting the plug-in side button 16 and associated circuit of the electric motor 1 on the power connection 9 over the changer 12 there is a changeover of the changeover switch 20 for serially switching the coils 7 . 7 ' ,

Der Wicklungssinn der Spulen 7, 7' ist so gewählt, dass der Fluss sowohl bei Reihen- als auch bei Parallelschaltung in die gleiche Richtung gerichtet ist.The winding sense of the coils 7 . 7 ' is chosen so that the flux is directed in the same direction both in series and in parallel.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Elektromotorelectric motor
22
Rotorwellerotor shaft
33
Rotorrotor
44
Rotorpolerotor poles
55
Statorstator
66
Statorpolestator
77
SpuleKitchen sink
7'7 '
SpuleKitchen sink
88th
Akkumulatoraccumulator
99
Netzanschlussmains connection
1010
Anschlussleitungconnecting cable
1111
Anschlussleitungconnecting cable
1212
Wechslerchanger
1313
Steckaufnahmeplug-in receptacle
1414
Kontaktecontacts
1515
Akkumulator-PoleBattery pole
1616
Tasterbutton
1717
Druckfedercompression spring
1818
Stößeltappet
1919
Aktuatoractuator
2020
Wechselschalterchangeover switch
aa
Anschlussconnection
bb
Anschlussconnection
cc
Anschlussconnection
dd
Anschlussconnection

Claims (2)

Elektromotor (1) mit einem Stator (5) und einem Rotor (3) sowie einer Kommutierung, wobei der Elektormotor (1) wahlweise im Netz- oder Akkumulatorbetrieb betreibbar ist und eine Einsteckvorrichtung für den Akkumulator (8) vorgesehen ist, wobei weiter gegenüberliegende Spulen (7, 7') des Stators umschaltbar parallel oder in Reihe schaltbar sind, und die Umschaltung beim Einstecken des Akkumulators (8) selbsttätig erfolgt.Electric motor ( 1 ) with a stator ( 5 ) and a rotor ( 3 ) and a commutation, wherein the electric motor ( 1 ) is operable either in the mains or accumulator mode and a plug-in device for the accumulator ( 8th ) is provided, with further opposing coils ( 7 . 7 ' ) of the stator switchable in parallel or in series are switchable, and the switching when inserting the accumulator ( 8th ) takes place automatically. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herausnehmen des Akkumulators (8) eine Rückschaltung erfolgt.Electric motor according to claim 1, characterized in that when removing the accumulator ( 8th ) a downshift occurs.
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