DE102015010993A1 - Two-phase switched reluctance machine - Google Patents

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine vollständig betriebsfähige Zwei-Phasen-Reluktanzmaschine bereitgestellt werden. Erfindungsgemäß wird mit zwei gleichzeitig bestromten Spulen durch gezielte Nutzung der Gegeninduktivität dort eine Kraft erzeugt, wo allein durch die Selbstinduktivität keine ausreichende Kraft möglich wäre. Die Erfindung kann für elektromagnetische Wandler, insbesondere für Zwei-Phasen-Reluktanzmaschinen verwendet werden.The present invention seeks to provide a fully operational two-phase reluctance machine. According to the invention, a force is generated there with two coils energized at the same time by targeted use of the mutual inductance, where sufficient force would not be possible solely due to the self-inductance. The invention can be used for electromagnetic transducers, in particular for two-phase reluctance machines.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zwei-Phasen-Reluktanzmaschine mit erweiterter Funktionalität.The present invention relates to a two-phase reluctance machine with extended functionality.

Reluktanzmaschinen wandeln magnetische Energie in mechanische oder elektrische Energie und umgekehrt. Sie bestehen aus einem beweglichen Läufer (Rotor), der die Position relativ zum unbeweglichen Stator verändern kann. Die magnetische Energie wird als Zwischenstufe in der Reluktanz gespeichert. Die Reluktanz verändert sich mit der Position periodisch, um einen großen Positionierbereich zu erreichen, beschreibbar durch Reluktanzkennlinien. Die Form dieser Reluktanzkennlinien wird maßgeblich durch Verzahnungen auf Läufer und Stator erreicht. Bei Synchron-Reluktanzmaschienen wird das Einbringen von Schlitzen im unverzahnten Rotor zum Erzeugen einer magnetischen Anisotropie genutzt.Reluctance machines convert magnetic energy into mechanical or electrical energy and vice versa. They consist of a movable rotor (rotor), which can change the position relative to the immovable stator. The magnetic energy is stored as an intermediate in the reluctance. The reluctance periodically changes with position to achieve a large positioning range, describable by reluctance characteristics. The shape of these reluctance curves is significantly achieved by gears on rotor and stator. In synchronous reluctance machines, the insertion of slots in the untoothed rotor is used to produce magnetic anisotropy.

Die Reluktanzkräfte entstehen aus der Änderung der Reluktanz mit der dazugehörigen Bewegung und den momentanen elektromagnetischen Zustandsgrößen, meistens der elektrische Strom. Eine Phase bei elektrischen Maschinen ist eine Klemme der Leistungselektronik. Damit wird die Spannung an einem Strang angelegt. Ein Strang kann aus einer oder mehreren fest verschalteten Spulen bestehen, die gleichzeitig angesteuert werden. Die Induktivität einer Phase folgt aus den beteiligten Reluktanzen (magnetisch) und den Windungszahlen der angeschlossenen Spulen (elektrisch), und wird zur vereinfachten Beschreibung der elektromagnetischen Wechselwirkung genutzt. Dabei ist es in der Literatur verbreitet, je bestromter Phase eine Kraftkennlinie als skalare Funktion der Position anzugeben, als integrale Größe der Wirkung eines komplexen Magnetfeldes. Die Form der Kraftkennlinien folgt im Wesentlichen der differenzierten Form der Induktivitätskennlinie, während die Amplitude von der Stromstärke abhängt. Eine Kraftkennlinie hat einen verschwindenden Mittelwert, es gibt also immer Bereiche mit positiver und Bereiche mit negativer Kraft.The reluctance forces arise from the change of the reluctance with the associated movement and the momentary electromagnetic state variables, mostly the electric current. A phase in electrical machines is a terminal of the power electronics. This applies the voltage to a string. A string can consist of one or more permanently connected coils, which are controlled simultaneously. The inductance of a phase follows from the reluctances involved (magnetic) and the number of turns of the connected coils (electric), and is used to simplify the description of the electromagnetic interaction. It is common in the literature to indicate for each energized phase a force characteristic as a scalar function of the position, as an integral variable of the effect of a complex magnetic field. The shape of the force characteristics essentially follows the differentiated form of the inductance characteristic, while the amplitude depends on the current strength. A force curve has a vanishing average, so there are always areas with positive and areas with negative force.

Bei einer einzelnen Kraftkennlinie (z. B. Ein-Phasen-Motor) entsteht eine mittlere Kraft durch eine gezielte Wahl des elektrischen Stromes, wenn in Positionsbereichen mit gewünschter Kraftrichtung die Stromstärke größer ist, als in Positionsbereichen mit unerwünschter Kraftrichtung. Durch die mechanische Trägheit können dann Positionsbereiche mit unerwünschter Kraftrichtung überwunden werden. Bei den Nulldurchgängen der Kraftkennlinie kann der Motor nicht selbst starten. In anderen Positionsbereichen ist der Selbststart nur in eine Richtung möglich. Die Kraftwelligkeit ist bei nur einer Kraftkennlinie sehr hoch (0 bis Maximum), womit die Einsatzbereiche eingeschränkt sind. Auch leidet die Regelbarkeit.In the case of a single force characteristic curve (eg single-phase motor), an average force is produced by a targeted selection of the electric current if the current intensity is greater in position ranges with the desired force direction than in position ranges with undesired force direction. Due to the mechanical inertia position areas can then be overcome with undesirable force direction. At the zero crossings of the force curve, the motor can not start itself. In other positions, self-starting is only possible in one direction. The force ripple is very high (0 to maximum) with only one force characteristic, whereby the application areas are limited. Also suffers the controllability.

Bereiche unerwünschter Kraftrichtung werden durch den Wechsel auf eine entlang der Position verschobene zweite Kraftkennlinie vermieden. Falls die Nulldurchgänge zusammenfallen, bleibt das Selbststartproblem. Dieses Selbststartproblem wird am häufigsten durch zwei asymmetrische Kraftkennlinien gelöst (s. hierzu EP 0 734 117 B1 oder EP 0 695 020 B1 ). Alternativen dazu können mit Hilfe von Dauermagneten oder einer zusätzlichen Phase realisiert werden. Dabei kann der Motor nur in eine Richtung eine Kraft erzeugen und selbst starten. Da die Asymmetrie nur geringe Verzerrungen der Kraftkennlinien erlaubt, ist die Kraftwelligkeit immer noch hoch. Solche Motoren sind für langsame Bewegungen oder hohe Anlauflasten ungeeignet. Eine gute, schnell zugreifbare, Übersicht hierzu findet sich im Internet unter http://www.le.ac.uk/engineering/research/groups/power/caecd/SRDpap_pedrg.htm .Areas of undesired force direction are avoided by changing to a second force characteristic shifted along the position. If the zero crossings coincide, the self-starting problem remains. This self-starting problem is most often solved by two asymmetric force characteristics (see EP 0 734 117 B1 or EP 0 695 020 B1 ). Alternatives can be realized with the help of permanent magnets or an additional phase. The engine can only generate a force in one direction and start it yourself. Since the asymmetry only allows small distortions of the force characteristics, the force ripple is still high. Such motors are unsuitable for slow movements or high start-up loads. A good, quickly accessible, overview can be found on the Internet at http://www.le.ac.uk/engineering/research/groups/power/caecd/SRDpap_pedrg.htm ,

Erst mit drei entlang der Position verschobenen Kraftkennlinien ist eine hinreichende Überlappung möglich, mit der an jeder Position in beide Richtungen eine ausreichend hohe Kraft erzeugt werden kann. Ein Selbststart ist in beide Richtungen möglich und die Kraftwelligkeit ist befriedigend. Gleichfalls ist bekannt, mehr als drei Kraftkennlinien zu nutzen, um die Kraftwelligkeit weiter zu verringern. Eine Erhöhung der Anzahl der Kraftkennlinien erhöht aber auch die Komplexität der Reluktanzmaschine, und damit vor allem die Kosten, besonders die der Leistungselektronik.Only with three force characteristics shifted along the position is sufficient overlap possible with which a sufficiently high force can be generated at each position in both directions. A self-start is possible in both directions and the force ripple is satisfactory. It is also known to use more than three force characteristics to further reduce the force ripple. An increase in the number of force curves but also increases the complexity of the reluctance machine, and thus especially the cost, especially the power electronics.

Durch unendliche viele Kombinationsmöglichkeiten der kontinuierlich wählbaren Phasenströme entstehen unendlich viele mögliche Kraftkennlinien. Als elementare Kraftkennlinien werden hier jene bezeichnet, die bei der Kombination von maximal zwei Phasenströmen (alle anderen Null) mit nur diskreten Werten (–1, 0, +1) entstehen. Alle anderen Kraftkennlinien können bei idealem Material als Linearkombination mit nur positiven Koeffizienten aus den elementaren Kraftkennlinien dargestellt werden.By infinite many possible combinations of continuously selectable phase currents arise infinitely many possible force characteristics. Elementary force characteristics are defined here as those which result from the combination of a maximum of two phase currents (all other zeros) with only discrete values (-1, 0, +1). All other force curves can be represented with ideal material as a linear combination with only positive coefficients from the elementary force curves.

Bei der geschalteten Reluktanzmaschine (switched reluctance machine, SRM) erfolgt eine entkoppelte Ansteuerung der Phasen. Dabei werden Gegeninduktivitäten vernachlässigt, und die Kraft nur aus der Selbstinduktivität berechnet. Damit gibt es dort nur eine elementare Kraftkennlinie je Phase.In the switched reluctance machine (SRM), the phases are decoupled. Here, mutual inductances are neglected, and the force calculated only from the self-inductance. Thus, there is only one elementary force characteristic per phase.

Auf Basis der SRM wurden gegeninduktiv gekoppelte Reluktanzmaschinen (mutually coupled SRM, MCSRM) entwickelt, wobei die Motorgeometrie, und somit der Magnetkreis, übernommen wurden. Die Stromrichtungen der Spulen jeder Phase sind jedoch entgegen gerichtet, wodurch sich die Form des Magnetfeldes deutlich verändert [1]. Eine spezielle verteile Spulenbewicklung (fully-pitched MCSRM) verändert die elektrische Erregung derart, dass die elementaren Kraftkennlinien nicht mehr aus Selbstinduktivitäten, sondern nur noch aus Gegeninduktivitäten folgen [2]. Hierbei sind jedoch weiterhin drei Phasen für drei elementare Kraftkennlinien vorgesehen. On the basis of the SRM, inductively coupled reluctance machines (mutually coupled SRM, MCSRM) were developed, whereby the motor geometry, and thus the magnetic circuit, were adopted. However, the current directions of the coils of each phase are directed opposite, which significantly changes the shape of the magnetic field [1]. A special distributed coil winding (fully-pitched MCSRM) changes the electrical excitation in such a way that the elementary force curves no longer follow from self-inductances, but only from mutual inductances [2]. However, three phases are still provided for three elementary force characteristics.

Als Fluss schaltend (flux switching motor) [3] wird eine Zwei-Phasen Ausführung mit verteilter Spulenbewicklung bezeichnet, bei der eine Phase mit Gleichstrom betrieben wird. Dabei vereinfacht sich die Leistungselektronik etwas. Es ist allerdings keine MCSRM bekannt, die mit nur zwei Phasen vollständig betriebsfähig arbeitet. Es wurde sogar die Aufteilung der Spulenstränge in noch mehr Phasen vorgeschlagen [4]. Vollständig betriebsfähig bedeutet hier, dass die Maschine an jeder Position eine deutliche Kraft in beide Richtungen erzeugen kann, also ohne Selbststartprobleme und mit befriedigender Kraftwelligkeit.Flux switching motor [3] is a two-phase distributed coil winding design in which one phase is DC powered. The power electronics are simplified a bit. However, no MCSRM is known which operates fully operational with only two phases. It has even been proposed to divide the coil strands into even more phases [4]. Fully operational means here that the machine can generate a significant force in both directions at any position, ie without self-starting problems and with satisfying force ripple.

Bisher wurde zur Ansteuerung der Kraftkennlinien einer Reluktanzmaschine eine gleiche Anzahl von Phasen benutzt. Damit benötigen z. B. nach aktueller Lehrmeinung Reluktanzmotoren mindestens drei Phasen um vollständig betriebsfähig zu sein. Der Sachverhalt, ob drei Phasen notwendig sind, wird aber in der Forschung oft nicht erwähnt. Viele Publikationen geben je Phase genau eine elementare Kraftkennlinie an.So far, an equal number of phases has been used to control the force characteristics of a reluctance machine. This z. B. According to current doctrine reluctance motors at least three phases to be fully operational. However, the issue of whether three phases are necessary is often not mentioned in research. Many publications give each phase exactly one elementary force characteristic.

Nach dem Stand der Forschung haben Motoren zusätzliche, oft nicht erwähnte, Symmetrien im Magnetkreis, die ihre Möglichkeiten einschränken. So werden Selbstinduktivitäten und Gegeninduktivitäten meist nur teilweise genutzt, oder sind abhängig voneinander ausgeführt. Das Potential unabhängig gewählter Selbst- und Gegeninduktivitäten ist bisher ungenutzt.According to the research, motors have additional, often unmentioned, symmetries in the magnetic circuit that limit their possibilities. Thus, self-inductances and mutual inductances are usually only partially used, or are dependent on each other. The potential of independently selected self and mutual inductances has so far been lost.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und eine vollständig betriebsfähige zwei-Phasen-Reluktanzmaschine bereitzustellen.The object of the present invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a fully operational two-phase reluctance machine.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention, the solution of this problem succeeds with the features of the first patent claim. Advantageous embodiments of the solution according to the invention are specified in the subclaims.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:Further details and advantages of the invention are explained in more detail below with reference to drawings. It shows:

1 – elektrische Ersatzschaltbilder des Magnetkreises (Dreieck und Stern) mit den jeweiligen drei Flusszuständen 1 - Electrical equivalent circuit diagrams of the magnetic circuit (triangle and star) with the respective three flow states

2 – eine einfaches Ausführungsbeispiel für die Sternschaltung 2 - A simple embodiment for the star connection

3 – Drehmomentkennlinien für drei gleichmäßig versetzte Zahnreihen 3 - Torque characteristics for three evenly offset rows of teeth

4 – eine radiale Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reluktanzmaschine 4 - A radial embodiment of the reluctance machine according to the invention

5 – Drehmomentkennlinien für die Ausführungsform nach 4 5 - Torque characteristics for the embodiment according to 4

6 – vergrößerte Läufer- und Statorzahngeometrie für die Ausführungsform nach 4 6 - Increased rotor and Statorzahngeometrie for the embodiment according to 4

Mit der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, durch gezielte Nutzung der Gegeninduktivitäten mehr elementare Kraftkennlinien als Phasen vorhanden sind, zu erzeugen. Eine Reluktanzmaschine mit solchem Magnetkreis kann mit nur zwei Phasen bis zu vier elementare Kraftkennlinien erzeugen, und ist somit vollständig funktions- oder betriebsfähig. Damit wird eine elektrische Phase weniger benötigt, und so auch weniger Elektronik und Kupfer, was wiederum zu einer Kostensenkung führt.With the present invention, it is proposed to generate more elementary force characteristics than phases by targeted use of the mutual inductances. A reluctance machine with such a magnetic circuit can generate up to four elementary force characteristics with only two phases, and is thus fully functional or operational. Thus, one electric phase is less needed, and so less electronics and copper, which in turn leads to a reduction in costs.

Der durch die Gegeninduktivität bewirkte Kraftanteil erlaubt zwei Vorzeichen. Dies kann in zwei elementare Kraftkennlinien aufgespalten werden. Das Magnetfeld formt sich zwischen einem Nord- und zwei Südpolen bzw. umgekehrt aus (magnetische Symmetrie). Die drei Magnetfeldformen und die dazu gehörigen Luftspaltreluktanzen sind in 1 skizziert, wobei zwei Möglichkeiten der Magnetkreismodellierung existieren: die Sternschaltung und die Dreiecksschaltung. Sie können ineinander umgerechnet werden, wobei sich je nach konstruktiver Ausführung eine Form anbietet. Mit zwei Phasen wird der magnetische Fluss auf zwei der Kanten des Dreiecks eingeprägt, so dass aufgrund der Quellenfreiheit für die verbleibende dritte Kante ein dritter definierter magnetischer Fluss folgt. Der Läuferzahn richtet sich dabei nach dem Statorzahn mit dem doppelten Fluss aus. Damit sind unipolar drei um je 1/3 verschobene stabile Lagen realisierbar: zu jeder ausgerichteten Lage also eine für die negative Kraftrichtung und eine für die positive Kraftrichtung, wobei die ausgerichtete Reluktanz selbst keine nutzbare Kraftkomponente erzeugt. Dies resultiert in einem asymmetrischen Magnetkreis. Dabei geht der Fluss immer gleichzeitig durch mindestens zwei Reluktanzen. Neben dem gewollten dominierenden Fluss (s. 1 – dicke Linie) müssen gegebenenfalls auch parasitäre Nebenflüsse (s. 1 – gestrichelte Linie) berücksichtigt werden.The force component caused by the mutual inductance allows two signs. This can be split into two elementary force curves. The magnetic field forms between one north and two south poles or vice versa (magnetic symmetry). The three magnetic field forms and the associated air gap reactances are in 1 sketched, where two possibilities of magnetic circuit modeling exist: the star connection and the triangle circuit. They can be converted into each other, depending on the constructive design offers a form. With two phases, the magnetic flux is impressed on two of the edges of the triangle, so that due to the source freedom for the remaining third edge a third defined magnetic flux follows. The rotor tooth aligns with the double flux after the stator tooth. Thus, unipolar three shifted by 1/3 stable layers can be realized: for each aligned position so one for the negative direction of force and one for the positive direction of force, the aligned reluctance itself generates no usable force component. This results in an asymmetric magnetic circuit. The river always goes through at least two reluctances at the same time. In addition to the intended dominant river (s. 1 - thick line) must also parasitic tributaries (s. 1 - dashed line) are taken into account.

Für den theoretischen Funktionsnachweis wird ein vereinfachtes Modell herangezogen. Dabei wird der Streufluss in der Luft vernachlässigt und das Eisen als unendlich permeabel angenommen (keine Sättigung). Zu den beiden Ersatzschaltbildern des Magnetkreises lassen sich für den magnetischen Fluss folgende Gleichungen formulieren: Dreieck-Schaltung:

Stern-Schaltung:

For the theoretical proof of function a simplified model is used. In the process, the leakage flux in the air is neglected and the iron is assumed to be infinitely permeable (no saturation). For the two equivalent circuit diagrams of the magnetic circuit, the following equations can be formulated for the magnetic flux: Triangle circuit:

Star connection:

Dabei werden mit R_m die jeweiligen Reluktanzen und mit G_m die jeweiligen Permeanzen bezeichnet.Here, R _m denotes the respective reluctances and G _m the respective permeances.

Die Funktion einer derartigen Zwei-Phasen-Reluktanzmaschine hängt allerdings stark von den Reluktanz-Kennlinien ab. Der uneingeschränkte Betrieb der Maschine ist nur dann möglich, wenn eine nützlich geformte elementare Kraftkennlinie durch das gleichzeitige Bestromen beider Phasen entsteht (s. 3). Dies ist z. B. bei Verwendung von Reluktanzen mit sinusförmigen Kennlinien möglich.However, the function of such a two-phase reluctance machine greatly depends on the reluctance characteristics. Unrestricted operation of the machine is only possible if a useful shaped elementary force characteristic is created by the simultaneous energization of both phases (s. 3 ). This is z. B. when using reluctances with sinusoidal characteristics possible.

Für die Kraftkennlinien haben rein harmonische Formen mit je gleicher Amplitude Vorteile bei der Ansteuerung, und sind daher die sinnvollste Zielgröße. Damit lässt sich das gleiche Motorverhalten erreichen, wie bei einer synchron Drehfeldmaschine: eine harmonische resulierende Drehmomentkennlinie, die rein gesteuert kontinuierlich entlang der Position verschoben wird. Durch Integration der elementaren Kraftkennlinien entlang der Position erhält man zunächst die Induktivitätskennlinien M₁₂(x) = –L ^ – M* ± L ^cos(2πx) mit 0 < M* (3) L_ii(x) = L ^ + √2L ^ + M* + L* ± L ^sin(2πx) mit 0 < L* (4) mit den positiven Integrationskonstanten M* und L* für die beiden (±) Selbstinduktivitäten L₁₁ und L₂₂. Die exakt benötigten Reluktanzkennlinien folgen entsprechend den Gleichungen (5)–(7).

For the force curves, purely harmonic shapes, each with the same amplitude, have advantages in the control, and are therefore the most sensible target variable. This allows the same motor behavior to be achieved as with a synchronous induction machine: a harmonic resulting torque curve that is continuously shifted along the position in a purely controlled manner. By integrating the elementary force curves along the position, one first obtains the inductance characteristics M ₁₂ (x) = -L ^ - M * ± L ^ cos (2πx) with 0 <M * (3) L _ii (x) = L ^ + √ 2 L ^ + M * + L * ± L ^ sin (2πx) with 0 <L * (4) with the positive integration constants M * and L * for the two (±) self-inductances L ₁₁ and L ₂₂ . The exactly required reluctance characteristics follow according to equations (5) - (7).

Dabei ist M₁₂ die Gegeninduktivität und N die Windungszahl des jeweiligen Stranges.Here, M _{12 is} the mutual inductance and N is the number of turns of the respective strand.

Die einfachste Umsetzung der erfindungsgemäßen Reluktanzmaschine ist in 2 mit einer Sternschaltung für den Magnetkreis gezeigt. Diese Sternform ist unmittelbar mit einem E-förmigen Stator (äußere Knoten 1, 2 und 3) und einem einfachem Anker (innerer Knoten) realisierbar. Dabei entsteht eine Transversalflussmaschine, die minimale Leitungspfade hat, und damit eine hohe Effizienz. Die Roorzähne verbinden die Statorzähne in axialer Richtung. Ein wesentlicher Vorteil dieser Bauform ist, dass die Zähne sowohl rotorseitig, als auch statorseitig für jede Reluktanz individuell geformt sein können. Damit ist es möglich die geforderten Kennlinien sehr genau durch diverse Zahngeometrien zu erzeugen. Dargestellt ist aber eine symmetrische Ausführung mit gleichmäßigen Abständen der Zähne voneinander, die bereits vollständig betriebsfähig ist, wie anhand der Kennlinien in 3 zu erkennen ist.The simplest implementation of the reluctance machine according to the invention is in 2 shown with a star connection for the magnetic circuit. This star shape is directly connected to an E-shaped stator (outer Nodes 1, 2 and 3) and a simple anchor (inner node) feasible. The result is a transversal flux machine, which has minimal conduction paths, and thus a high efficiency. The Roorzähne connect the stator teeth in the axial direction. A significant advantage of this design is that the teeth can be shaped individually for each reluctance both on the rotor side and on the stator side. This makes it possible to generate the required characteristic curves very precisely by means of various tooth geometries. Shown is a symmetrical design with uniform spacing of the teeth from each other, which is already fully operational, as based on the characteristics in 3 can be seen.

Ein radiales Ausführungsbeispiel ist in 4 dargestellt. Der Grundaufbau entspricht dem einer üblichen 6/4 gegeninduktiv gekoppelten Reluktanzmaschine. Abweichend davon ist jedoch keine Phase um die beiden vertikalen Statorzähne angebracht, womit der Motor eine Phase weniger hat. Um dennoch zu funktionieren, sind besondere Zahnformen notwendig wie in 6 vergrößert gezeigt. Die Reluktanzkennlinien der beiden vertikalen Statorzähne sind symmetrisch, die der andernen asymmetrisch. Diese Geometrie ist noch nicht ideal, nicht vollständig optimiert. Mit Hilfe der Zahngeometrie kann eine gegeninduktive Kopplung derart realisiert werden, dass an Positionen, an denen die Selbsinduktivitäten konstant sind, eine große Änderung der Gegeninduktivität erfolgt. Dadurch kann an diesen Positionen weiterhin ein Drehmoment erzeugt werden, und ein Motor auch gegen größere Reibungslast selbst starten.A radial embodiment is in 4 shown. The basic structure corresponds to that of a conventional reluctance machine coupled counterinductively. By contrast, however, there is no phase around the two vertical stator teeth, with which the motor has one phase less. In order to function nevertheless, special tooth forms are necessary as in 6 shown enlarged. The reluctance characteristics of the two vertical stator teeth are symmetrical, those of the other asymmetrical. This geometry is not yet ideal, not fully optimized. With the aid of the tooth geometry, a counter-inductive coupling can be realized in such a way that a large change in the mutual inductance takes place at positions at which the self-inductances are constant. As a result, torque can still be generated at these positions, and a motor can start even against greater frictional load.

Die dazugehörigen 4 Drehmomentkennlinien sind in 5 gezeigt. Damit ist die Reluktanzmaschine vollständig betriebsfähig. Ziel einer Optimierung wäre, dass diese vier Kennlinien gleichmäßig entlang der Position versetzt sind und möglichst exakt die Form eines Sinus haben. Es gibt unendlich viele Geometrien, die dieses Optimierungsproblem lösen. Eine Festlegung der Geometrie ist jedoch nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Erfindungsgemäß sollen konkrete Kennlinien genutzt werden, wie sie z. B. für die Reluktanzen nach Gleichung (5) bis (7) folgen, wobei mehr elementare Kennlinien, als Phasen vorhanden sind.The associated 4 torque characteristics are in 5 shown. Thus, the reluctance machine is fully operational. The aim of an optimization would be that these four characteristics are offset evenly along the position and have as exactly as possible the shape of a sine. There are infinite geometries that solve this optimization problem. A determination of the geometry is not part of the present invention. According to the invention, specific characteristics are used as they are z. For example, for the reluctances according to equation (5) to (7) follow, with more elemental characteristics, as phases are present.

LiteraturlisteBibliography

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• [2] Mecrow, B. (1996), 'New winding configurations for doubly salient reluctance machines', Industry Applications, IEEE Transactions on 32(6), 1348–1356 .[2] Mecrow, B. (1996), 'New-winding configurations for doubly-salient reluctance machines', Industry Applications, IEEE Transactions on 32 (6), 1348-1356 ,
• [3] Pollock, C. & Wallace, M. (1999), The flux switching motor, a DC motor without magnets or brushes, in 'Industry Applications Conference, 1999. Thirty-Fourth IAS Annual Meeting. Conference Record of the 1999 IEEE', pp. 1980–1987 vol. 3 .[3] Pollock, C. & Wallace, M. (1999), The Flux Switching Motor, a DC motor without magnets or brushes, in 'Industry Applications Conference, 1999. Thirty-Fourth IAS Annual Meeting. Conference Record of the 1999 IEEE ', pp. 1980-1987 vol. 3 ,
• [4] Ma, C.; Qu, L. & Tang, Z. (2013), Torque ripple reduction for mutually coupled switched reluctance motor by bipolar excitations, in 'Electric Machines Drives Conference (IEMDC), 2013 IEEE International', pp. 1211–1217 .[4] Ma, C .; Qu, L. & Tang, Z. (2013), Torque ripple reduction for mutually coupled switched reluctance motor by bipolar excitations, in 'Electric Machines Drives Conference (IEMDC), 2013 IEEE International', pp. 1211-1217 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• EP 0734117 B1 [0005] EP 0734117 B1 [0005]
• EP 0695020 B1 [0005] EP 0695020 B1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

• http://www.le.ac.uk/engineering/research/groups/power/caecd/SRDpap_pedrg.htm [0005] http://www.le.ac.uk/engineering/research/groups/power/caecd/SRDpap_pedrg.htm [0005]

Claims (4)

Zwei-Phasen-Reluktanzmaschine, bestehend aus einem unbeweglichen Stator und einem beweglichen Läufer, wobei Stator und Läufer aus einem Material mit hoher Permeabilität sind und ausgeprägte Zähne aufweisen, und der Stator konzentrierte elektrische Spulen aufweist, wobei die Spulen deutlich gegeninduktiv gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die entstehenden Gegeninduktivitäten unabhängig von den Selbstinduktivitäten wählbar sind.A two-phase reluctance machine comprising a stationary stator and a movable rotor, wherein the stator and rotor are of high permeability material and have distinct teeth, and the stator has concentrated electrical coils, the coils being significantly anti-inductive coupled, characterized that the resulting mutual inductances can be selected independently of the self-inductances. Zwei-Phasen-Reluktanzmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei elementare Kraftkennlinien, von denen an jeder Position des Läufers relativ zum Stator mindestens eine elementare Kraftkennlinie einen deutlich positiven und mindestens eine elementare Kraftkennlinie einen deutlich negativen Wert aufweist, mit nur zwei Phasen erzeugbar sind, wobei jede elementare Kraftkennlinien linear unabhängig von allen anderen elementaren Kraftkennlinien ist, und alle steuerbaren Kraftkennlinien bei idealem Material als Linearkombination mit nur positiven Koeffizienten aus den elementaren Kraftkennlinien darstellbar sind.Two-phase reluctance machine according to claim 1, characterized in that at least three elementary force characteristics, of which at each position of the rotor relative to the stator at least one elementary force characteristic a clearly positive and at least one elementary force characteristic has a significantly negative value, with only two phases generated are, with each elementary force characteristics is linearly independent of all other elementary force characteristics, and all controllable force characteristics with ideal material as a linear combination with only positive coefficients from the elemental force characteristics are represented. Zwei-Phasen-Reluktanzmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass durch die Geometrie und Anordnung der Zähne vier gleichmäßig entlang der Position des Läufers relativ zum Stator versetzte harmonische elementare Kraftkennlinien realisierbar sind.Two-phase reluctance machine according to one of the preceding claims, characterized in that four uniformly along the position of the rotor relative to the stator staggered harmonic elemental force characteristics can be realized by the geometry and arrangement of the teeth. Zwei-Phasen-Reluktanzmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Reluktanzen drei gleichmäßig versetzte harmonische Reluktanzkennlinien aufweisen.Two-phase reluctance machine according to one of the preceding claims, characterized in that the reluctances have three uniformly offset harmonic reluctance characteristics.

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