DE2616552C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
- H02K29/12—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using detecting coils using the machine windings as detecting coil
-
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/16—Synchronous generators
- H02K19/22—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators
- H02K19/24—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Positionskodierer
für eine Maschine mit veränderlicher Reluk
tanz,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs.
Eine derartige Maschine weist im allgemei
nen einen Rotor auf, welcher aus einem Blechpaket
besteht, das an seinem Umfang in gleichem Abstand ange
ordnete Zähne aufweist. Ein Stator, welcher ebenfalls aus
einem Blechpaket besteht, umschließt den
Rotor konzentrisch, wobei sich ein schmaler Luftspalt zwi
schen dem Rotor und dem Stator ausbildet. Auf der dem Ro
tor zugewandten Innenseite weist der Stator Nuten auf, wel
che entlang einer Polteilung gleichmäßig verteilt sind und
in welchen die Statorwicklungen untergebracht sind. Auf der
selben, dem Rotor zugewandten Seite weist der Stator außer
dem Zähne auf, welche denen des Rotors entsprechend und deren
Abstand im Inneren jeder Statorwicklung dem Abstand der Zäh
ne des Rotors entsprechen. Dennoch weisen, von einer nach
folgenden Statorwicklung her gesehen, die Zähne des Stators
im Bezug auf die des Rotors eine zunehmende Verschiebung auf,
was zu einer Art "Noniuswirkung" führt.
Die Anordnung, welche dem Teil des Stators entspricht, wel
cher zwei aufeinanderfolgende Statorwicklungen einschließt,
und dem gegenüberliegenden Teil des Rotors entspricht, stellt
einen magnetischen Kreis dar, dessen Reluktanz sich entspre
chend der Winkelstellung des Rotors bezüglich des Stators än
dert. Die aufeinanderfolgenden Kommutierungen bzw. Umschaltun
gen der Statorwicklungen müssen jedesmal zustandekommen, da
mit der magnetische Kreis, welcher einer Statorwicklung ent
spricht, sich etwa im Zustand maximaler oder minimaler Reluk
tanz befindet. Dies erfordert eine sehr genaue Synchronisie
rung dieser aufeinanderfolgenden Kommutierungen in Abhängig
keit von der Winkelstellung des Rotors. Grundsätzlich kann,
wenn die Zähne des Rotors gleichmäßig verteilt sind, irgend
ein statischer Inkrementkodierer diese Synchronisierung si
cherstellen, damit seine Schrittanzahl gleich der Anzahl der
Zähne des Rotors ist, und damit dieser Kodierer bzw. Geber so
festgelegt ist, daß seine Übergänge den äußersten Reluktanz
stellungen oder -positionen entsprechen.
In der Praxis ist es im Hinblick auf Toleranzen bei der Aus
führung des Motors mit veränderlicher Reluktanz, beispiels
weise im Hinblick auf Konzentrizitätsfehler des Rotors und
des Stators äußerst schwierig, eine derartige Verstellung
bzw. Zuordnung mit der Genauigkeit zu erhalten, die ausreicht,
um ein genaues Arbeiten des Motors mit veränderlicher Reluk
tanz sicherzustellen.
Aus der dem Oberbegriff des Anspruchs zugrundegelegten US-PS 37 40 630 ist eine Maschine mit verän
derlicher Reaktanz bekannt, bei welcher beispielsweise
48 Zähne für den Stator und 50 Zähne für den Rotor mit
einer Verschiebung von 25% zueinander vorgesehen
sind. Der Kodierer besteht aus einem Rad mit Polen,
welches mit einem Detektor mit drei Kreisen zusammen
arbeitet. Ein derartiges System ermöglicht nicht die
Kommutierung der Stromzufuhr zu den Spulen eines gat
tungsgemäßen Motors zu steuern, welche im Hinblick auf
die große Anzahl von Zähnen zu einem äußerst präzisen
Zeitpunkt stattfinden muß.
Aus der GB-OS 10 14 116 ist ein System zur Erfassung
der Rotorposition bekannt, welches nur einen ungefäh
ren Anhalt für die Position des Rotors gibt, die Er
mittlung von dessen exakter Winkellage jedoch nicht
ermöglicht. Die Übertragung dieser vorbekannten Lösung
auf einen gattungsgemäßen Motor mit veränderlicher
Reluktanz ist nicht möglich.
Die Erfindung soll den eingangs genannten Schwierigkeiten bei der Ausführung
und Ausbildung von Motoren mit veränderlicher Reluktanz ab
helfen und einen in die Maschine eingebauten
Positionskodierer bzw. Stellungsgeber schaffen, mittels wel
chem sehr genau die Kommutierungen bzw. Umschaltungen der
Statorwicklungen synchronisiert werden können, ohne daß ein
schwieriges Nachstellen oder Justieren erforderlich ist und
welcher obendrein in weiten Grenzen unempfindlich bezüglich
Konstruktionsfehlern ist, wie beispielsweise bezüglich eines
Konzentrizitätsfehlers des Rotors und des Stators.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den kennzeichnenden
Teil des Anspruchs.
Durch die Summierung der von den Fühlspulen erhaltenen Span
nungen kann der Einfluß von Luftspaltänderungen infolge von
Konzentrizitätsfehlern des Rotors und des Stators auf einen
vernachlässigbaren Wert herabgesetzt werden. Außerdem haben
die Temperatur, das Vorhandensein einer in den Wicklungen in
duzierten, elektromagnetischen Kraft, die Stabilität der Trä
gerfrequenz und deren Amplituden keinen Einfluß auf die Genau
igkeit der Nulldurchgänge der abgetasteten Spannungen.
Ein solcher Positionskodierer
ist somit zum Steuern einer Maschine mit veränderlicher Re
luktanz besonders vorteilhaft. Diese Vorteile sind im wesent
lichen darauf zurückzuführen, daß in dem Kodierer bzw. Geber
magnetische Kreise verwendet sind, welche genau den magneti
schen Kreisen des "Motors" entsprechen und auf genau die glei
che Weise festgelegt sind, weshalb auch kein Nachstellen oder
Justieren erforderlich ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Aus
führungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnun
gen im einzelnen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch im Schnitt in einer zur Achse des Mo
tors senkrechten Ebene die Anordnung der Magnet
kreise des Kodierers oder Gebers gemäß der Erfin
dung und
Fig. 2 ein Blockschaltbild des Positionskodierers bzw.
Stellungsgebers gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 weist der Positionskodierer einen Rotor 10 und einen
Stator 20 auf. Der Rotor 10 besteht aus einem Blechpaket,
welches dem Blechpaket des Rotors des
Motors mit veränderlicher Reluktanz entspricht und welches
auf die gleiche Weise auf der Welle des Motors verkeilt und
damit festgelegt ist. Lediglich das Blechpaket, wel
ches den Rotor 10 des Positionskodierers bildet, ist magne
tisch von dem Blechpaket isoliert, welches den Rotor
des Motors bildet, und ist etwas dünner als dieses, wobei
seine Dicke beispielsweise in der Größenordnung von 5 mm lie
gen kann.
Der Stator 20 ist aus einem Blechpaket ge
bildet, welches gleich dem Blechpaket des Stators des
Motors mit veränderlicher Reluktanz ist und an diesem Sta
tor so verkeilt und damit festgelegt ist, daß seine Nuten und
Zähne in einer zu der Achse des Motors parallelen Rich
tung bezüglich der Nuten und Zähne des Stators des Motors aus
gerichtet sind. Lediglich das Blechpaket, das den Stator
20 des Positionskodierers bildet, ist magnetisch von dem
Blechpaket isoliert, das den Stator des Motors bildet,
und ist weniger dick, d. h. etwas dünner als dieses, wobei
seine Dicke gleich der des Rotors 10 ist. Der Stator 20 des
Kodierers weist folglich dieselbe Polzahl P 1 bis P 4 wie der
Stator des Motors selbst und dieselbe Anzahl von Statorpol
wicklungen E 1 bis E 4 auf, wobei jede dieser Wicklungen einen
Eingang e und einen Ausgang s aufweist. Hierbei stellen die
geradzahligen Wicklungen beispielsweise die "Fühlspulen" (E 2,
E 4 . . .) und die ungeradzahligen Wicklungen folglich die "Er
regerspulen" (E 1, E 3 . . .) dar.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des Positionskodierers ge
mäß der Erfindung dargestellt. Ein Sinusstromgenerator G
speist die Erregerspulen (E 1, E 3 . . .) mit einer Frequenz fo
beispielsweise zwischen 10 und 100 kHz, wobei die Anschlüsse
so gewählt sind, daß zwei aufeinanderfolgende Erregerspulen
entgegengesetzt gerichtete Flüsse hervorrufen. Die Fühlspu
len (E 2, E 6, . . .) sind in Reihe geschaltet.
Auch ist ein Äquivalent bzw. ein Ersatz für einen Differential
übertrager geschaffen worden, und die Amplitude der an den
Fühlspulen erhaltenen Spannung hebt sich jedesmal dann auf,
wenn die Reluktanz des magnetischen Kreises extrem hoch ist.
Die in Reihe geschalteten Fühlspulen sind mit einem Synchron
demodulator D verbunden, mittels welchem aus der erhaltenen
Spannung die Trägerfrequenz fo entfernt wird und ein Wechsel
stromsignal S 1 abgegeben wird, dessen Nulldurchgänge den
Stellungen der extrem hohen Reluktanzwerte entsprechen. Mit
tels dieses Signals können dann, genau synchron bezüglich
dieser Stellungen mit extremen Reluktanzwerten, die Kommutie
rungen bzw. Umschaltungen der Statorwicklungen des Motors ge
steuert werden.
Um eine Kommutierung bzw. Umschaltung bei den richtigen Zu
ständen sicherzustellen, reicht es jedoch nicht aus, über ein
Synchronisierungssignal zu verfügen, genauso muß vielmehr die
Drehrichtung des Motors bekannt sein. Diese Information kann
auf einfache Weise dadurch erhalten werden, daß zwei um 90°
phasenverschobene Synchronisiersignale erhalten werden, deren
Verschiebung der Drehrichtung des Motors entspricht. Entweder
mit Hilfe eines zweiten Spulensatzes, welcher von einem Stator
mit derselben Frequenz fo oder von einem Strom mit einer von
der Frequenz fo verschiedenen Frequenz f 1 durchflossen ist,
oder mit Hilfe eines zweiten magnetischen Kreises, welcher
dem vorhergehenden genau entspricht und auf derselben Fre
quenz fo arbeitet, können auf die gleiche Weise die Positio
nen extremer Reluktanzwerte durch Umschalten der Erreger- und
der Fühlspulen des vorhergehenden Falls abgetastet werden.
Wenn beispielsweise in dem Schaltbild der Fig. 2 E 1 durch E 2,
E 3 durch E 4, E 5 durch E 6, E 7 durch E 8 einerseits und E 2 durch
E 3, E 6 durch E 7 andererseits ersetzt wird, (wobei E 2, E 6 Wick
lungen entsprechen, welche auf dieselben Pole wie E 2 und E 6
gewickelt sind, ohne jedoch einen Punkt bzw. eine Verbindungs
stelle mit ihnen gemeinsam zu haben), wird statt einem Signal
S 1 ein Signal S 2 erhalten, welches bei einer konstanten Dreh
zahl des Motors bezüglich des Signals S 1 um 90° verschoben
ist.
Claims (1)
- Positionskodierer für eine Maschine mit veränderlicher Reluktanz zum Steuern der Kommutierung der Statorwick lungen dieser Maschine umfassend einen Rotor und einen Stator mit einer Mehrzahl von an deren Umfang angeordne ten Zähnen, wobei die Zähne des Stators gegenüber den jenigen des Rotors von Zahn zu Zahn um einen bestimmten Betrag versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß er dem Rotor (10) und dem Stator (20) zugeordnete, magnetische Kreise aufweist, welche genau denjenigen der Maschine mit veränderlicher Reluktanz entsprechen, wobei der Rotor (10) und der Stator (20) aus Blechpaketen aufgebaut sind, die hinsichtlich Lage und konstruktiver Gestaltung den Blech paketen der Maschine mit veränderlicher Reluktanz ent sprechen, wobei der Stator (20) die gleiche Zahl von Wicklungen (E 1, E 2, . . .) wie der Stator der Maschine mit veränderlicher Reluktanz aufweist, und wobei die Wicklungen (E 1, E 2, . . .) des Stators (20) des Positions kodierers in der Reihenfolge, in welcher sie am Umfang des Stators (20) vorgesehen sind, abwechselnd eine Er regerspule (z. B. E 1) und eine Fühlspule (z. B. E 2) bilden, wobei die Erregerspulen (z. B. E 1) mit einem sinusförmigen Strom in der Weise gespeist werden, daß zwei aufeinander folgende Erregerspulen (z. B. E 1, E 3) entgegengesetzt ge richtete Flüsse erzeugen, während die Fühlspulen (z. B. E 2, E 4) in Reihe geschaltet und mit einem Synchrondemodu lator (D) verbunden sind, an welchem ein Wechselstromsignal (S 1) abgegeben wird, das sich in Stellungen maximaler Re luktanz aufhebt.
Priority Applications (1)
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