DE3916870C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand des Patents ist eine dynamoelektrische Maschine, insbesondere eine mehrsträngige, n-polige Drehfeldmaschine zum motorischen oder generatorischen Einsatz, mit einem feststehenden Ständer, der mit einer der Zahl der Stränge und der Pole entsprechenden Anzahl von Polspulen versehen ist, die als Gegentaktspulen ausgebildet sind, deren gemeinsame Mittelanzapfung mit dem einen Pol der Speisespannung und deren Spulenenden über je ein Schaltglied mit dem anderen Pol der Speisespannung in Verbindung stehen und die bei entsprechender Strombeaufschlagung in ihrer Gesamtheit ein magnetisches Drehfeld erzeugen, sowie mit einem im Bereich des Drehfeldes und koaxial zum Ständer angeordneten, gegenüber dem Ständer drehbar gelagerten Läufer, der als Dauermagnetläufer oder als zumindest eine Erregerspule aufweisendes Klauen- oder Schenkelpolrad ausgebildet ist, wobei die Erregerspule über die Schleifringe mit Gleichstrom gespeist wird, ferner mit einem Leistungsstellglied zur Spannungs-/Stromwandlung für die Drehzahlregelung der Maschine, sowie mit einer Kommutierungsschaltung, die die Stromrichtung in den einzelnen Polspulen der jeweiligen Drehstellung und Drehrichtung des Läufers entsprechend umschaltet, wobei zur Spannungs-/Stromwandlung und zur Kommutierung des Stromflusses in der bzw. den Polspulen eine gemeinsame, von den Schaltgliedern gebildete Ankerstrom-Speisespannung vorgesehen ist und die Schaltglieder entsprechend der gewünschten Stromflußrichtung und dem erforderlichen mittleren Strom getaktet ein- bzw. ausgeschaltet werden, ferner mit einem Drehstellungsgeber, der die momentane Drehstellung des Läufers angibt sowie die Signale zur Kommutierung erzeugt, und mit einem Stromsensor, der den bei eingeschaltetem Schaltglied fließenden Strom erfaßt, wobei der Stromsensor von einem Hallgenerator gebildet ist, der im Luftspalt zwischen Ständer und Läufer angeordnet ist und die Magnetfeldstärke induktiv erfaßt, wobei ferner jeder Drehstellungsgeber zwei zueinander komplementäre Ausgangsspannungen abgibt, deren Polarität jeweils durch die augenblickliche Drehstellung des Läufers bestimmt ist, wobei ferner die vom Hallgenerator abgegebene, dem Stromfluß proportionale Signalspannung in ihrer Polarität durch die Feldrichtung und die Polarität der den Strompfad des Hallgenerators speisenden komplementären Ausgangsspannung des zugeordneten Drehstellungsgebers bestimmt ist und wobei aus einem Vergleich des Signals des Hallgenerators mit einem Sollwert die zur getakteten Stromregelung erforderlichen Ansteuersignale für die Schaltglieder gebildet werden.

Aus der DE 29 49 017 C2 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die zum Steuern des Antriebs- und Bremsstroms eines bürstenlosen Gleichstrommotors dient. Diese Schaltungsanordnung weist zwei Ständerwicklungen auf, die nach Art der Hälften einer Bifilarwicklung aufgebracht sind, wobei der Verbindungspunkt der beiden Hälften der Bifilarwicklung der gemeinsame Anschluß der Ständerwicklungen ist. Der Strom durch die Ständerwicklung wird über Transistoren pulsartig geschaltet, deren gemeinsamer Emitterwiderstand zur Strommessung dient. Dies ist insbesondere im höheren Leistungsbereich äußerst unwirtschaftlich, da der Emitterwiderstand bei höheren Strömen erhebliche Verluste verursacht. Dies hat eine drastische Reduzierung des Wirkungsgrades der Maschine zur Folge.

Aus der DE 34 35 303 A1 ist eine dynamoelektrische Maschine mit einem Synchronmotor und einer dazu gehörigen Regeleinheit bekannt. Im einzelnen weist dieser Synchronmotor einerseits einen Rotorstellungsdetektor und andererseits einen Drehzahldetektor auf. Das Signal des Drehzahldetektors wird als Istwert mit dem Sollwert der Drehzahlvorgabe verknüpft, woraus eine Steuergröße für die Höhe des Ankerstroms gebildet wird. Aus diesem Signal werden gemeinsam mit dem Rotorstellungsdetektor für die drei Ankerwicklungen getrennte Stromsignale gebildet, die schließlich dem die Wicklungen mit Strom speisenden Leistungsteil zugeführt werden. Das Leistungsteil versorgt die Wicklungen mit einem sinusförmigen Strom, wobei die Phasenlage des Stroms durch die drei Wicklungen jeweils um 120° verschoben ist.

Nachteilig bei der Ansteuerung eines Motors mit sinusförmiger Spannung ist, daß der Motor auf den Scheitelwert des Stromes ausgelegt werden muß, um Sättigungen zu vermeiden. Die erreichbare Leistung dagegen bestimmt sich aus dem Effektivwert. Dies ergibt im Ergebnis ein ungünstiges Leistungs-/Volumenverhältnis. Darüber hinaus führt die sinusförmige Ansteuerung zu einer weiteren Verminderung des Wirkungsgrades, da hierbei, unabhängig von der Art ihrer Erzeugung, stets Wirkverluste auftreten.

Die DE 35 90 166 T1 beschreibt einen Synchronmotor, bei dem zur Ansteuerung das Prinzip der Pulsweitenmodulation angewandt wird. Über die Pulsweitenmodulation wird eine treppenförmige Nachbildung eines Sinussignals vorgenommen. Damit ergibt sich auch hier der Nachteil, daß die Maschine bei sinusförmiger Anregung bezüglich des Eisens wieder auf den Scheitelwert angepaßt werden muß, woraus sich ein ungünstiges Leistungs-/Volumenverhältnis ergibt. Zudem werden die einzelnen Wicklungen nicht aus der vollen Versorgungsspannung gespeist, da der Standardsynchronmotor in Halbbrückenschaltung mit einem virtuellen Sternpunkt für Sinusbetrieb ausgelegt ist.

Aus der EP 01 38 000 A1 ist eine elektrische Mehrphasenmaschine bekannt, bei der unter Verwendung von MOS-Transistoren als steuerbare Halbleiter zur Kommutierung einer Arbeitswicklung je zwei in Gegenphase zueinander speisbare und magnetisch eng miteinander gekoppelte Wicklungsstränge vorgesehen sind, wobei zum Strom-Freilauf des gerade abgeschalteten Wicklungsstranges der Strompfad über die Inversdiode des MOS-Transistors für den Wicklungsstrang geführt wird, der mit dem gerade abgeschalteten Wicklungsstrang magnetisch eng gekoppelt ist.

Die Wicklung befindet sich auf Polschuhen des Ständers.

In der DE 23 17 502 B2 ist ein Polradlagegeber als Stellungsdetektor bei Stromrichtermaschinen synchroner Bauart beschrieben. Im einzelnen besteht der Polradlagegeber sowohl aus optoelektrischen wie aus magnetischen Abtastsystemen und einer Rasterscheibe, die einerseits mit Permanentpolen für die magnetischen Abtaster sowie mit einem aus Schlitzen bestehenden Grob- und Feinraster für die optoelektrischen Abtaster versehen ist.

Bei dem aus der US 42 49 116 bekannten Stellungsdetektor wird die Drehstellung des Läufers über eine mit Aussparungen versehene Scheibe ermittelt, wobei die Lage der Aussparungen durch Gabellichtschranken erfaßt wird.

Der in der DE 29 15 987 A1 beschriebene Servoantrieb weist einen Polradlagegeber auf, der von zwei magnetisch nicht leitfähigen Scheiben gebildet ist, deren Randbereiche berührungslos in Schlitze von aus ferromagnetischem Material bestehenden Eisenkernen eingreifen. Auf den Eisenkernen sind Hochfrequenzspulen befestigt, die Teile von Schwingkreisen bilden und je nach Eingrifftiefe der Scheibenrandbereiche ein proportionales Hochfrequenzsignal abgeben.

Der Artikel von W. Nürnberg "Die Prüfung elektrischer Maschinen", Springer Verlag, 1959, erwähnt auf den Seiten 385 und 420, daß zu einer nahezu verlustfreien Messung von sehr hohen Strömen Hallsonden eingesetzt werden können. Vorzugsweise befindet sich dabei der Hallgenerator im Spalt eines Stromjochs.

Aus der DE 32 14 569 A1 ist es bekannt, einen Hallgenerator im Magnetfeld der Maschine anzuordnen, um durch Multiplikation von Feld­ stärke und Ankerstrom das Drehmoment zu bestimmen.

In der DE 34 28 032 A1 ist eine Nutzbremse für einen Gleichstrom-Fahrmotor beschrieben, bei der die kinetische Energie des Systems bei gleichzeitiger Einhaltung einer geforderten Bremsverzögerung in das Netz zurückgespeist werden kann. Die Berücksichtigung der Feldschwächung erfolgt hier über einen Tachogenerator, dessen mit abnehmender Drehzahl sinkende Tachospannung von einem Funktionsgenerator so umgeformt wird, daß von der Nenndrehzahl bis zur Drehzahl Null am Ausgang des Funktionsgenerators das Signal Null ansteht und im Bereich zwischen maximaler und Nenndrehzahl entsprechend der Maschinencharakteristik ein beliebiger, gewünschter, weitgehend proportionaler Signalverlauf gebildet wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik löst der eingangs beschriebene Gegenstand des Patents die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine dynamoelektrische Maschine für hohe Leistungen so auszulegen, daß unter Ausnutzung der Vorteile der bekannten Maschinen die Verluste bei der Ermittlung des Ständerstroms bei gleichzeitig geringem Schaltungsaufwand niedrig gehalten werden, so daß insgesamt ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird.

Der sich durch die Erfindung ergebende Vorteil besteht im wesentlichen darin, daß bei äußerst kompakten Abmessungen der erfindungsgemäßen dynamoelektrischen Maschine ein außergewöhnlich hoher Wirkungsgrad erreicht wird. Da die Ansteuerung der Wicklungen mit pulsartig geschaltetem Gleichstrom erfolgt, ist der Maximalwert des Stromes gleich seinem Effektivwert. Dies erlaubt es, mit einer geringen Eisenmasse auszukommen. Darüber hinaus liegt die jeweils mit Strom beaufschlagte Wicklung über lediglich ein einziges Schaltglied - von Dämpfungsmittel abgesehen - unmittelbar an den beiden Polen der Versorgungsspannung, so daß elektrische Verluste auf dem niedrigstmöglichen Wert gehalten werden.

Durch die Anordnung der Hallsensoren im Bereich der Wicklungen wird das Ankerrückwirkungsfeld miterfaßt, so daß die Kommutation lastabhängig nachgestellt wird. Bei den bisher bekannten Maschinen wird dagegen für die lastabhängige Nachstellung der Kommutation ein spezieller Phasenspeicher benötigt. Im übrigen werden das Erreger- und das Ankerfeld und im Ergebnis die Feldrückwirkung unmittelbar mit erfaßt, wodurch der Steueraufwand zum Betrieb der Maschine im Bereich des maximalen Wirkungsgrades gering gehalten wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Ausgangssignal des Hall-Generators direkt zu einem Vergleich mit einem der Leistungseinstellung dienenden Sollwert herangezogen werden kann, obwohl das Spannungssignal des Hallsensors entsprechend der laufend sich umkehrenden Feldrichtung alterniert. Hierzu gibt jeder Drehstellungsgeber zwei zueinander komplementäre Ausgangsspannungen ab, deren Polarität jeweils durch die augenblickliche Drehstellung des Läufers bestimmt ist, wobei die komplementären Ausgangsspannungen den Strompfad des Hallgenerators speisen. Somit geht eine Umpolung des Stromflusses im Strompfad des Hallgenerators im wesentlichen mit einem Wechsel der magnetischen Feldrichtung einher. Schließlich ist es von Vorteil, daß die Messung des Stroms in den Polspulen nicht über im Laststromkreis liegende Widerstände erfolgt, wodurch eine Erhöhung des Wirkungsgrades erreicht und eine Auslegung für höhere Leistungen ermöglicht wird.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist das Schaltglied von einem schnell schaltenden Halbleiterbauelement gebildet. Dabei empfiehlt sich besonders, daß das Schaltglied von einem Leistungs-Feldeffekt-Transistor gebildet ist, insbesondere von einem MOS-Leistungstransistor. Hierdurch lassen sich die Schaltfrequenzen erheblich erhöhen, so daß auf große Glättungsdrosseln verzichtet werden kann. Dadurch wird weiter ein großes Drehzahlverhältnis von etwa 1 : 7 bis 1 : 9 erreicht, da die hohe Schaltfrequenz größere Grenzdrehzahlen zuläßt, ohne bei niedriger Drehzahl eine Leistungseinbuße zu bewirken.

Die Gegentaktspulen sind zweckmäßigerweise als bifilare Wicklung ausgebildet, um dabei je nach strombeaufschlagter Spulenhälfte einen weitgehend gleichen, aber entgegengesetzten Feldverlauf zu erreichen.

Zur Verminderung von elektromagnetischen Störungen kann die Mittelanzapfung an den positiven Spannungspol über eine LC-Dämpfungsbeschaltung angeschlossen sein.

Der Drehstellungsgeber ist im Rahmen der Erfindung von einer der Zahl der Stränge entsprechenden Anzahl von Abtastern gebildet, die die Information einer mit dem Läufer drehfesten Kodierscheibe abtasten. Dabei kann der Drehstellungsgeber von einer der Zahl der Stränge entsprechenden Anzahl von Magnetfeldsensoren gebildet sein, die die Position der Pole des Läufers erfassen. Ebenso besteht aber auch die ebenfalls vorteilhafte Möglichkeit, daß die Abtaster als optoelektronische Lichtschranken ausgebildet sind, die die auf der Kodierscheibe in digitaler Form angebrachten Informationen erfassen.

In besonders einfacher Ausgestaltung bestehen die Informationen der Kodierscheibe aus äquidistanten, gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten und jeweils abwechselnden logischen Ein- bzw. Aus-Zuständen, wobei die paarweise Anzahl der Ein- und Aus-Zustände der Polzahl des Läufers entspricht und wobei die Abtaster um einen festen axialen Drehwinkel gegeneinander verschoben sind, der sich aus dem Quotienten von 360° und dem Produkt aus der Anzahl der Pole und der Anzahl der Stränge ergibt. Dies bedeutet, daß die Abtaster in elektrischer Hinsicht entsprechend der Anzahl der Stränge gleichmäßig über den vollen Phasenwinkel von 360° verteilt angeordnet sind. Darüber hinaus besteht jedoch, insbesondere bei räumlich beengten Verhältnissen, die Möglichkeit, daß jeder der Abtaster zusätzlich um einen Drehwinkel von einem ganzzahligen Vielfachen des von zwei benachbarten Polen aufgespannten Winkels versetzt angeordnet ist.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist zum Vergleich der Hallspannung mit dem von einem Vorgabewert des Fahrstellers gebildeten Sollwert ein Komparator vorgesehen, durch welchen bei Unterschreiten des Sollwertes das zugehörige Schaltglied geöffnet und bei Überschreiten des Sollwerts das Schaltglied geschlossen wird. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Komparator als Schmitt-Trigger mit einer Schalthysterese von ca. 5% beschaltet ist.

Weiter sieht die Erfindung in vorteilhafter Weiterbildung vor, daß dem Ausgang des Komparators je ein Leistungstreiber zur Ansteuerung der beiden an die Gegentaktspulen angeschlossenen Schaltglieder nachgeschaltet ist, wobei die beiden Leistungstreiber mit einem Sperreingang versehen sind, in die die zueinander komplementären Ausgangsspannungen des Drehstellungsgebers eingespeist werden.

In weiter zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Speisung der Erregerspule des Läufers über ein Regelglied erfolgt, durch das die Erregerspule mit einem sich zur Drehzahl des Läufers reziprok ändernden Strom gespeist wird. Hierzu kann das Regelglied einen Spannungsrampengenerator mit konstanter Spannungsanstiegsgeschwindigkeit aufweisen, dessen zeitlich gemitteltes Ausgangssignal eine proportionale Sollgröße für den Strom durch die Erregerspule bildet, wobei die Spannungsrampe von kurzen Rücksetzimpulsen der Abtaster jeweils in ihre Startbedingung zurückgesetzt wird und die Rücksetzimpulse jeweils bei einem Signalwechsel an den Abtastern ausgelöst werden.

Um bei niedrigen Drehzahlen ein konstantes, drehzahlunabhängiges Drehmoment zu erreichen, ist die Anstiegsgeschwindigkeit des Spannungsrampengenerators so gewählt, daß dessen Ausgangsspannung unterhalb einer festgelegten Läuferdrehzahl einen festen Maximalwert erreicht.

Weiter kann die Länge des Rücksetzimpulses so groß gewählt sein, daß eine stärker als lineare Abnahme des gemittelten Ausgangssignals des Spannungsrampengenerators mit steigender Drehzahl des Läufers auftritt. Bei den üblichen Schaltzeiten der Schaltglieder kann der Rücksetzimpuls eine Dauer von etwa 65 Mikrosekunden besitzen. Dadurch wird erreicht, daß bei hohen Drehzahlen die Gegenspannung sinkt und dadurch der durch die Streuinduktion verursachte, begrenzte Stromanstieg in den Statorspulen am Kommutationspunkt beschleunigt wird.

Schließlich werden zweckmäßigerweise der Strom durch die Erregerspule von einem Schalter taktweise gesteuert und der Schalter von einem weiteren Komparator geöffnet, wenn der durch die Erregerspule fließende, an einem Stromfühlerwiderstand gemessene Strom kleiner ist als die von dem zeitlich gemittelten Ausgangssignal des Spannungsrampengenerators gebildete Sollgröße.

Dem weiteren Komparator kann hierbei ein Verzögerungsglied nachgeschaltet sein, das ein Wiedereinschalten des Stroms durch die Erregerspule erst nach Ablauf einer Verzögerungszeit ermöglicht. Als günstig hat sich erwiesen, wenn die Verzögerungszeit 11 ms beträgt, da der Erregerstrom in dieser Zeit etwa um 10% seines jeweiligen Wertes abgefallen ist.

Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine dynamoelektrische Maschine in einer Ausführungsform mit einem Schenkelpolrad, teilweise im Schnitt dargestellt,

Fig. 2 eine dynamoelektrische Maschine in einer Ausführungsform mit einem Klauenpolrad,

Fig. 3 eine nur ausschnittsweise Detaildarstellung eines 32-poligen und 3-strängigen Ständers mit einem als Schenkelpolrad ausgebildeten Läufer in Draufsicht,

Fig. 4 ein Klauenpolrad einer 16-poligen Maschine in der Teilfig. a in Draufsicht, in Teilfig. b im Schnitt und in Teilfig. c in der Ansicht IV nach Teilfig. a,

Fig. 5 einen Stromlaufplan der Statorsteuerung,

Fig. 6 einen Stromlaufplan des Regelkreises,

Fig. 7 ein Zeitdiagramm u.a. des Stroms in den Polspulen,

Fig. 8 ein Zeitdiagramm u.a. der Ansteuersignale für die Schaltglieder,

Fig. 9 ein Zeitdiagramm u.a. des Erregerstroms im Läufer,

Fig. 10 ein Diagramm über die Abhängigkeit des Drehmoments von der Drehzahl.

Die in der Zeichnung dargestellte dynamoelektrische Maschine ist sowohl für den motorischen wie auch den generatorischen Betrieb einsetzbar und als mehrsträngige, n-polige Drehfeldmaschine ausgebildet. In den Fig. 1 bis 4 sind zwei mögliche Ausführungsformen dargestellt, die sich im wesentlichen dadurch unterscheiden, daß der Läufer 1 im einen Fall von einem Klauenpolrad (Fig. 4) und im anderen Fall von einem Schenkelpolrad (Fig. 3) gebildet ist. Ebenso besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, den Läufer 1 als Dauermagnetläufer auszubilden. Der feststehende Ständer 2 ist mit einer der Zahl der Stränge und der Pole 3 entsprechenden Anzahl von in der Zeichnung nur angedeuteten Polspulen 4 versehen, die bei entsprechender Strombeaufschlagung in ihrer Gesamtheit ein magnetisches Drehfeld erzeugen. Dieses Drehfeld erzeugt auf das statische Feld des Läufers 1 ein entsprechendes Moment, wodurch der Läufer 1 in Drehung versetzt wird.

Besteht der Läufer 1 aus einem Klauenpolrad gemäß Fig. 4, so besitzen sämtliche Pole eine gemeinsame Erregerspule 5, die in dem mit 6 angedeuteten Wickelraum eingebracht ist. Ist der Läufer 1 dagegen als Schenkelpolrad gemäß Fig. 3 ausgebildet, so besteht die Erregerspule aus mehreren, der Anzahl der Pole 3 entsprechenden Einzelspulen 7, die dann parallel oder in Reihe geschaltet sein können.

Die Speisung der Erregerspule 5 erfolgt über an der Welle 8 befestigte Schleifringe 9 mit Gleichstrom.

Zum Betrieb der Maschine ist zunächst eine Kommutierungsschaltung erforderlich, die die Stromrichtung in den einzelnen Polspulen 4 der jeweiligen Drehstellung und Drehrichtung des Läufers 1 entsprechend umschaltet, also für eine Weiterschaltung des Feldes in Drehrichtung sorgt. Weiter bedarf es für die Drehzahlregelung der Maschine eines Leistungsstellgliedes, das die Polspulen 4 mit dem jeweils benötigten Strom speist bzw. eine Änderung der Versorgungsspannung bewirkt.

Wie sich insbesondere aus dem Stromlaufplan nach Fig. 5 ergibt in dem im folgenden allein auf den obersten der drei Ständerzweige Bezug genommen wird, ist zur Spannungs-/ Stromwandlung und zur Kommutierung des Stromflusses in der bzw. den mit L101 bezeichneten Polspulen 4 ein einziges gemeinsames Schaltglied T101, T102 vorgesehen, das entsprechend der gewünschten Stromflußrichtung und dem erforderlichen mittleren Strom getaktet ein- bzw. ausgeschaltet wird. Durch die Zusammenfassung der Leistungsregelung einerseits und der Kommutierung, d. h. des reinen Schaltvorgangs andererseits in einem einzigen Schaltglied T101, T102 lassen sich die Schalt- und Durchlaßverluste deutlich verringern.

Für die Ermittlung des richtigen Kommutierungszeitpunktes sind einerseits Drehstellungsgeber LED101, IC103 vorgesehen, die die Drehstellung des Läufers 1 gegenüber dem Ständer 2 ermitteln, andererseits Stromsensoren HG 101, die den bei eingeschaltetem Schaltglied T101, T102 fließenden Strom erfassen. Dabei dient das Signal des Stromsensors HG101 gleichzeitig zur Leistungsregelung, so daß eine nach der Kommutierungsvorschrift an sich mit Strom zu beaufschlagende Polspule 4, L101 kurzzeitig abgeschaltet werden kann, wenn die zugeführte Leistung einen vorgegebenen Sollwert überschreitet. Aus den Signalen des Drehstellungsgebers LED101, IC103 und des Stromsensors HG101 werden also die zur Kommutierung und getakteten Stromregelung erforderlichen Ansteuersignale für das Schaltglied T101, T102 gebildet.

Um die Maschine auch bei hohen Polzahlen mit großer Drehzahl betreiben zu können, muß das Schaltglied T101, T102 von einem schnell schaltenden Halbleiterbauelement gebildet sein. Hierzu bieten sich insbes. Leistungs-Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise MOS-Transistoren an, wie sie in der Fig. 5 dargestellt sind.

Die Polspulen 4 sind, wie ebenfalls aus Fig. 5 ersichtlich, als Gegentaktspulen ausgebildet, wobei die gemeinsame Mittelanzapfung mit dem positiven Pol U_B der Speisespannung und die Spulenenden jeweils über ein Schaltglied T101, T102 mit dem negativen Pol der Speisespannung in Verbindung stehen. Diese Gegentaktspulen sind als bifilare Wicklungen ausgebildet. Durch den Gegentaktbetrieb besteht die Möglichkeit, die Maschine aus einer einfachen, unipolaren Spannungsversorgung zu speisen, wie sie etwa bei Batteriebetrieb gegeben ist. Zur Dämpfung von Störungen ist die Mittelanzapfung über eine LC-Dämpfungsbeschaltung L104, C101 am positiven Spannungspol U_B angeschlossen.

Der Drehstellungsgeber LED101, IC103 ist von einer der Zahl der Stränge entsprechenden Anzahl von Abtastern gebildet, die die Information einer mit dem Läufer 1 drehfesten Codierscheibe 10 abtasten. Diese Abtaster können entweder von Magnetfeldsensoren gebildet sein, die die Position der Pole des Läufers erfassen. In Fig. 1 sind die Abtaster dagegen als optoelektronische Lichtschranken 11 ausgebildet, die die auf der Codierscheibe 10 in digitaler Form angebrachten Informationen erfassen. Diese Informationen bestehen im einzelnen aus äquidistanten, gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten und jeweils abwechselnden logischen Ein- bzw. Aus-Zuständen. Dabei entspricht die paarweise Anzahl der Ein- und Aus-Zustände der Polzahl des Läufers 1. Die einzelnen Abtaster sind um einen festen axialen Drehwinkel gegeneinander verschoben, der sich aus dem Quotienten von 360° und dem Produkt aus der Anzahl der Pole und der Anzahl der Stränge ergibt. Damit liefert jeder Abtaster ein symmetrisches Rechtecksignal, wobei die Anzahl der Perioden des Rechtecksignals bei einer Umdrehung des Läufers 1 genau der Anzahl der Pole 3 der Maschine entspricht. Die Signale der Abtaster untereinander sind dagegen um gleiche Phasenwinkel gegeneinander verschoben, bei einer 3-strängigen Maschine also um 120°. Dabei kommt es nicht darauf an, an welchem der Pole 3 die Abtaster im einzelnen angeordnet sind. Sie können also jeweils um einen Drehwinkel von einem ganzzahligen Vielfachen des von zwei benachbarten Polen 3 aufgespannten Winkels versetzt angeordnet sein.

Die Abtaster des Drehstellungsgebers LED101, IC103 geben zwei zueinander komplementäre Ausgangsspannungen ab, deren Polarität jeweils durch die augenblicklich abgetastete Information der Codierscheibe 10 bestimmt ist. Entscheidend ist, daß zwischen den beiden Ausgängen des Abtasters stets eine der Höhe nach gleiche -Spannung anliegt, die beim Umschalten des Drehstellungsgebers LED101, IC103 lediglich ihre Polarität ändert.

Der Stromsensor HG101 ist als induktiv arbeitendes Element ausgebildet, das eine dem Stromfluß proportionale Signalspannung abgibt, deren Polarität durch die Stromflußrichtung und die Ausgangsspannung des zugeordneten Drehstellungsgebers LED101, IC103 bestimmt ist. Im einzelnen ist der Stromsensor HG101 von einem Hallgenerator gebildet, dessen Strompfad von den Ausgängen des IC103 des Abtasters gespeist und dessen Hallspannung einem Komparator IC101/1 zugeführt wird. Die Speisung des Hallgenerators HG101 direkt aus der Ausgangsspannung des Abtasters ergibt den Vorteil, daß unabhängig von der Feldrichtung der Polspule L101 die Hallspannung stets die gleiche Polarität besitzt. Auf diese Weise kann die Hallspannung durch den Komparator IC101/1 mit einem am Anschluß A anliegenden Sollwert verglichen werden, der beispielsweise bei Anwendung der Maschine in einem Fahrzeug dem Vorgabewert des Fahrstellers entsprechen kann. Bei Unterschreitung des Sollwertes erzeugt der Komparator IC101 ein das Schaltglied T101, T102 öffnendes Signal, während bei Überschreiten des Sollwerts das Schaltglied T101, T102 geschlossen wird. Um hierbei eine zu schnelle Schaltfolge zu vermeiden, ist den Komparator IC101/1 ein Schmitt-Trigger IC101/2 mit einer Schalthysterese von von ca. 5% nachgeschaltet.

Der Stromsensor HG101 ist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, im Luftspalt zwischen dem Ständer 2 und dem Läufer 1 angeordnet sein, um dort die Magnetfeldstärke unmittelbar zu erfassen.

Dem Ausgang des Komparators IC101/1 bzw. des Schmitt-Triggers 101/2 ist je ein Leistungstreiber IC102 zur Ansteuerung der beiden an die Gegentaktspule L101 angeschlossenen Schaltglieder T101, T102 nachgeschaltet. Dabei sind die beiden Leistungstreiber IC102 mit einem Sperreingang versehen, in die die zueinander komplementären Ausgangsspannungen des Drehstellungsgebers LED101, IC103 eingespeist werden. Dadurch ist sicher gestellt, daß jeweils eines der beiden Schaltglieder T101, T102 entsprechend der Drehstellung des Läufers 1 stets gesperrt ist.

Im übrigen sind für jede einzelne Polspule L101 des Ständers 2 eigene Schaltglieder T101, T102 vorgesehen, so daß hierfür Schaltelemente Anwendung finden können, die nicht auf extrem hohe Strombelastungen ausgelegt sein müssen. Da die vorzugsweise verwendeten MOS-Transistoren mit geringsten Ansteuerleistungen auskommen, können sämtliche Schaltglieder T101, T102 des gleichen Stranges von einem einzigen Leistungstreiber IC102 angesteuert werden. Im übrigen ist es auch ausreichend, den Stromsensor HG101 und den Komparator IC101/1 für jeden Strang nur einfach vorzusehen. Bei Ausfall eines dieser Bauelemente oder des Schaltgliedes T101, T102, an dessen Polspule L101 der Stromsensor HG101 angeordnet ist, fiele dann allerdings die gesamte Stromversorgung eines ganzen Stranges aus, während der Defekt eines einzelnen Schaltgliedes T101, T102 an sich lediglich zu einer geringen Leistungsabnahme entsprechend dem Anteil dieser Polspule an der Gesamtzahl der Polspulen führen würde. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, den Stromsensor HG101, den Komparator IC101/1 sowie gegebenenfalls den Leistungstreiber IC102 mehrfach je Strang vorzusehen.

Die beiden weiteren, der eben beschriebenen identisch entsprechenden Baugruppen für die Polspulen zweier weiterer Stränge arbeiten entsprechend, jedoch entsprechend zeitversetzt.

Die Speisung der Erregerspule 5, L107 des Läufers 1 erfolgt über ein Regelglied, durch das die Erregerspule L107 mit einem sich zur Drehzahl des Läufers 1 reziprok ändernden Strom gespeist wird. Hierdurch wird erreicht, daß mit zunehmender Drehzahl eine Abnahme des Drehmoments erfolgt, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Hieraus ergibt sich eine im wesentlichen drehzahlunabhängige konstante Leistungsabgabe. Dazu weist das Regelglied einen durch T202 und C203 (Fig. 6) gebildeten Spannungsrampengenerator mit konstanter Spannungsanstiegsgeschwindigkeit auf, dessen zeitlich gemitteltes Ausgangssignal eine proportionale Sollgröße für den Strom durch die Erregerspule L107 bildet. Die Spannungsrampe wird über die Anschlüsse B, C, D (Fig. 5 und 6) von kurzen Rücksetzimpulsen der Abtaster jeweils in ihre Startbedingung zurückgesetzt, wobei die Rücksetzimpulse 12 jeweils bei einem Signalwechsel an den Abtastern ausgelöst werden. Daraus ergibt sich das in Fig. 9 dargestellte Zeitverhalten, wobei die Teilfig. a eine niedrige, die Teilfig. b dagegen eine höhere Drehzahl beschreibt. Die Anstiegsgeschwindigkeit des Spannungsrampengenerators ist dabei so gewählt, daß dessen Ausgangsspannung unterhalb einer festgelegten Läuferdrehzahl einen festen Maximalwert erreicht, wie dies aus der Fig. 9a ersichtlich ist. Die Spannung steigt hier bis zu U_ref an und bleibt kurzzeitig bis zum nächsten Rücksetzimpuls 12 konstant. Auf diese Weise ergibt sich bei niedrigen Drehzahlen ein konstantes Drehmoment, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Die Rücksetzimpulse 12 sind dabei so groß gewählt, daß eine stärker als lineare Abnahme des gemittelten Ausgangssignals des Spannungsrampengenerators mit steigender Drehzahl des Läufers 1 auftritt. In dem Ausführungsbeispiel besitzt der Rücksetzimpuls 12 eine Dauer von etwa 65 ms.

Der Strom durch die Erregerspule L107 wird ebenfalls von einem Schalter T107 taktweise gesteuert, wobei der Schalter T107 von einem Komparator IC202/1 geöffnet wird, wenn der durch die Erregerspule L107 fließende Strom kleiner ist als die von dem zeitlich gemittelten Ausgangssignal des Spannungsrampengenerators T202, C203 gebildete Sollgröße. Dazu wird der durch die Erregerspule L107 fließende Strom an einem Stromfühlerwiderstand R115 gemessen. Dem Komparator IC202/1 ist ein Verzögerungsglied IC201/1 nachgeschaltet, das ein Wiedereinschalten des Stroms durch die Erregerspule L107 erst nach Ablauf einer Verzögerungszeit ermöglicht, die hier zu 11 ms gewählt ist.

In Fig. 7 ist gestrichelt der Strom durch die Polspule L101 und durchgezogen die Statorgegenspannung dargestellt. Der jeweils erkennbare Abfall des Spulenstroms wird verursacht durch ein kurzzeitiges Abschalten des jeweiligen Schaltgliedes T101, T102, das von der in Fig. 8 durchgezogen dargestellten und mit Gate T101 bzw. T102 bezeichneten, rechteckförmigen Spannung angesteuert wird. Zusätzlich ist in Fig. 8 der Verlauf der Hallspannung aufgetragen, die jeweils dann kurzzeitig negativ wird, wenn der Drehstellungsgeber durch Umpolen der komplementären Ausgangsspannungen den Kommutierungsvorgang bereits vorbereitet hat.

Die Bausteine IC201/2 und IC202/2 einschließlich der zugehörigen Beschaltung dienen für ABS- bzw. ASR-Betrieb. Die Wirkungsweise und die Vorteile dieser Maschine lassen sich somit wie folgt zusammenfassen:
Der Kollektor mechanischer Art, wie er bei Gleichstrommaschinen üblich ist, ist durch eine elektronische Steuerschaltung ersetzt, die es ermöglicht, den Stromwendepunkt in Abhängigkeit von der Verlagerung der Feldresultanten unmittelbar neu zu bestimmen. Die von MOS-Transistoren gebildeten Schaltglieder ermöglichen es, die Leistung der Maschine stufenlos einzustellen. Dazu ermittelt ein in der Wicklung oder im Feld vorgesehener Stromsenor den Spulenstrom und vergleicht diesen mit einem vorgegebenen Sollwert. Mit Erreichen des Sollwerts in den Spulen wird der momentan Strom führende Transistor der jeweiligen Spule abgeschaltet. Der in diesem Moment fließende Strom versucht nun, in der Spule weiter zu fließen, bis seine im Magnetfeld gespeicherte Energie abgebaut ist. Er fließt also Rückstrom in die Stromquelle über in dem Schaltglied eingebaute Dioden zurück. Für die Stromquelle bedeutet dies eine Verringerung der Stromaufnahme, wobei aber das Drehmoment in seiner Richtung erhalten bleibt. In dem Maße, wie die durch die Rotation im Magnetfeld entstehende Gegenspannung der Maschine sich der Klemmenspannung der Maschine annähert, wird die Stromanstiegsgeschwindigkeit geringer.

Sobald ein zu betrachtendes Spulenpaar durch den Erregerpol durchgelaufen ist und somit eine andere Richtung des Erregerfeldes wirksam wird, muß sich die Stromrichtung genau in dem Punkt umdrehen, in dem die Gegenspannung der Maschine durch Null geht. Dies ist der Fall, wenn die Polfläche des Erregerpoles die Spulenfläche gerade vollständig ausfüllt. Die daraus resultierende Feldkomponente bewirkt, daß die Gegen-EMK der Maschine zu Null wird. Dadurch steigt die Differenz zwischen der Gegen-EMK und Klemmenspannung sehr stark an und bewirkt eine hohe zeitliche Stromänderung. Dadurch steigt der Strom in der Spule stark an. Da er jedoch durch den Stromsensor überwacht wird, schaltet dieser den Strom in den Transistoren auf den jeweiligen Gegentransistor um. Dadurch wird ein Abklingen des Stromes auf Null und ein sofortiges Wiederansteigen in die Gegenrichtung bewirkt, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Auf diese Weise kann der Spannungsnulldurchgang der Gegen-EMK erkannt werden, und somit eine Stromwendung zum exakt richtigen Zeitpunkt eingeleitet werden. Da dieser Vorgang rein elektrische Ursachen hat, ist er von den mechanischen Gegebenheiten der Maschine völlig unabhängig.

Auf diese Weise kann das Drehmoment von Null bis zum Nennmoment unabhängig von der Drehzahl allein über die vorgegebene Sollstromstärke bestimmt werden. Allerdings würde von dem Moment an, bei dem die Gegenspannung der Maschine die Klemmenspannung durch Zunahme der Drehzahl erreicht, ein weiterer Stromfluß unterbunden. Um dies zu vermeiden, läßt sich der Drehzahlbereich der Maschine bei gleichen Bedingungen im Leistungskreis dadurch steigern, daß mit zunehmender Drehzahl die Erregerfeldstärke im Läufer zurückgenommen wird. Dadurch sinkt im selben Maße die Gegen-EMK der Maschine. Es ist somit nur nötig, durch eine Feldregeleinrichtung dafür zu sorgen, daß mit steigender Drehzahl eine Feldreduzierung derart erfolgt, daß die Gegen-EMK stets unter der Klemmenspannung der Maschine bleibt. In diesem Zustand, dem sog. Feldstellbereich der Maschine, läßt sich das Feld um einen Faktor 5 abschwächen und damit die Drehzahl bei gleicher Leistungsaufnahme um den Faktor 5 steigern. Dies hat eine entsprechende Abnahme des Drehmoments zur Folge, da dieses sich aus dem Produkt aus Spulenstrom im Ankerkreis und der magnetischen Induktion des Erregerfeldes ergibt. Der Motor folgt daher in diesem Bereich einer Leistungshyperbel mit konstanter Leistung, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Die Leistungsregelung ist dagegen über den Strom im Spulenfeld uneingeschränkt möglich.

Um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, muß die Verlustleistung insbes. in den Schaltgliedern so gering wie möglich gehalten werden. Dazu muß zunächst der innere Widerstand der Schaltelemente so niedrig wie möglich sein. Dies wird durch eine Aufteilung des Gesamtstroms auf eine Vielzahl einzelner Transistoren erreicht, die nun nicht alle Spulen gemeinsam sondern jeweils nur eine einzelne Polspule ansteuern. Dadurch fließt in jedem einzelnen Kreis nur der entsprechende Bruchteil des Gesamtstromes, wodurch der Spannungsabfall niedrig gehalten werden kann.

Weiter ist auf ein möglichst ideales Schaltverhalten der Schaltglieder zu achten. Übliche hierfür verwendete Bauelemente, also bipolare Transistoren, Thyristoren oder GTO-Thyristoren ermöglichen nur relativ große Schaltzeiten, wodurch der an sich abzuschaltende Strom noch für einen gestimmten Zeitraum weiter fließt. Dieser Strom trägt jedoch nicht zum Drehmoment bei, sondern wird im Schaltglied in Wärme umgesetzt. Die Verwendung von MOS-Transistoren bietet daher hier wegen ihrer um vergleichsweise um Zehnerpotenten größeren Schaltschnelligkeit erhebliche Vorteile.

Für die Speisung der Erregerspule muß die Maschine zwar noch mit mechanisch arbeitenden Schleifringen versehen sein, wobei gegenüber der Gleichstrommaschine jedoch der wesentliche Vorteil besteht, daß diese Schleifringe keine Lamellierung besitzen und somit weniger Reibung verursachen. Im übrigen ist der über die Schleifringe zu übertragende Erregerstrom etwa zwei Zehnerpotenten kleiner als der über den Kommutator zu übertragende Wirkstrom bei einer entsprechenden Gleichstrommaschine. Die somit verringerte Abbrandgefahr und das Fehlen der Stromwendungen verleihen den mit den Schleifringen in Verbindung stehenden Bürsten wesentlich höhere Laufleistungen, wobei die Bürsten wegen der geringeren Ströme auch deutlich geringere Abmessungen aufweisen können.

Durch Anheben der Erregerströme läßt sich die Maschine unmittelbar ohne jede weitere zusätzliche Maßnahme in den Generator- also den Bremsbetrieb überführen.

Durch die automatische Erkennung des Stromwendepunktes ergibt sich bei dieser Maschine auch eine wesentliche Vereinfachung bei der Drehrichtungsumkehr. Bei einer Drehrichtungsumkehr ist das Ankerfeld spiegelsymmetrisch um das Erregerfeld geklappt, d. h. der resultierende Feldvektor ist bei umgekehrter Drehrichtung exakt um den Vektor des Erregerfeldes gespiegelt. Für eine Kollektormaschine bedeutet dies, daß die Bürstenbrille um die für den Leerlauf gültige neutrale Zone gespiegelt werden müßte, um auch bei umgekehrter Drehrichtung einen einheitlich gleichen Lauf zu erzielen. Da dies einen erheblichen Aufwand bedeuten würde, nimmt man derzeit in Kauf, daß der Wirkungsgrad in der entgegen gesetzten Drehrichtung der Maschine deutlich unter dem Wert in der Normalrichtung liegt. Dies bedeutet bei zahlreichen Anwendungen eine erhebliche Einschränkung.

Weiter ist sowohl bei Asynchron- als auch bei Gleichstrommaschinen die maximal mögliche Polpaarzahl beschränkt. Neben der eingangs schon erwähnten frequenzabhängigen Verluste bei der Asynchronmaschine muß der Erregerstrom als Blindstrom in jedem einzelnen Segment erzeugt werden. Dies bedeutet, daß bei einer hohen Polpaarzahl für jedes einzelne Segment die entsprechende Durchflutung einzeln erbracht werden muß. Damit ist die Gesamtdurchflutung, die in der Maschine aufgebracht werden muß, um die Polpaarzahl mal größer als die für ein einzelnes Segment notwendige Durchflutung. Bei mehr als acht Polpaarzahlen führt dies zu einem unerträglichen Anstieg des Erregerblindstromes, der dann die Größenordnung des Nennstroms erreicht und somit die Verluste im Steller unerträglich erhöht. Dieses Problem ließe sich nur durch extrem kleine Luftspalte zwischen Ständer und Läufer verringern, was jedoch hohe Forderungen an die Präzision der Maschine stellen würde. Zusätzlich müßte eine optimale Zentrizität des Läufers in der Ständerbohrung erreicht werden, da unterschiedlich breite Luftspalte unterschiedliche Induktionen im Umfangsbereich erzeugen würden.

Bei der Gleichstromkommutatormaschine würde eine Erhöhung der Polpaarzahl zu einer entsprechenden Erhöhung der Bürstenpaarzahl des Kollektors führen. Mit zunehmender Bürstenzahl würde aber die Nennspannung auf einem immer kleineren Segment des Kollektors anstehen, da die Bürsten abwechselnd unterschiedliche Polarität haben. Da bei einem schleifenden Kontakt die Spannung zwischen zwei Lamellen den Wert von 30 V unter keinen Umständen überschreiten darf, müssen entsprechend viele Lamellen zwischen den Bürsten angebracht werden. Dadurch würden die Lamellen so schmal, daß sie nicht mehr in der Lage wären, den Strom zu führen. Dem könnte zwar durch eine Vergrößerung des Kollektordurchmessers begegnet werden, wodurch sich aber die Umfangsgeschwindigkeit an der Oberfläche der Kollektorlamellen auf unzulässige Werte erhöhen würde mit der Folge einer erhöhten Abnutzung der Bürsten.

Ferner wird die Gleichstromkommutatormaschine bei hoher Lamellenspannung empfindlich gegen Rundfeuer, wodurch die Standfestigkeit der Maschine reduziert wird. Aus diesem Grund wird der Asynchronmotor trotz seiner aufwendigen Steuerung der Kollektormaschine vorgezogen.

Durch die Vereinigung der Vorteile beider Maschinentypen ist es somit möglich, eine vielpolige Maschine zu bauen und hierdurch die Vorteile des geringen Leistungsgewichtes voll auszunutzen. Dadurch besteht die Möglichkeit, die spezifischen Verluste im Eisen durch Erhöhung der Frequenz zwar relativ zu steigern, die absoluten Verluste aber durch den wesentlich geringeren Anteil an Masse auf ein übliches Maß zu senken.

Bei dem Steuerprinzip nach der Erfindung sinkt bei steigender Drehzahl entlang der Leistungshyperbel die magnetische Induktion des Erregerfeldes kontinuierlich ab. Damit wirkt sich die Erhöhung der Frequenz bei steigender Drehzahl nicht nachteilig auf die Gesamtverlustleistungsbilanz aus. Das bedeutet, daß mit einer Verdopplung der Frequenz und der dabei gleichzeitig auftretenden Halbierung der Feldstärke im Grunde nur eine Verdopplung der Verluste und nicht eine Potentierung um den Faktor 2,5 entsteht.

Im Ergebnis ist es dadurch auch möglich, relativ kurze, im Durchmesser etwas größere Maschinen zu bauen oder - bei gleichem Außendurchmesser - aufgrund der wesentlich geringeren Paketrückenhöhe die Bohrung entsprechend zu vergrößern, wodurch ein längerer Hebelarm und somit ein größeres Drehmoment erreicht wird. Dies kann dazu genutzt werden, die Paketschichthöhe und dadurch die Baulänge zu verkürzen. Durch den Wegfall des für die Unterbringung eines Kollektors benötigten Raumes ergibt sich weiter eine um etwa 40% geringere Maschinenlänge.

Claims (21)

1. Dynamoelektrische Maschine, insbesondere mehrsträngige, n-polige Drehfeldmaschine zum motorischen oder generatorischen Einsatz, mit einem feststehenden Ständer (2), der mit einer der Zahl der Stränge und der Pole entsprechenden Anzahl von Polspulen (4) versehen ist, die als Gegentaktspulen ausgebildet sind, deren gemeinsame Mittelanzapfung mit dem einen Pol der Speisespannung (U_B) und deren Spulenenden über je ein Schaltglied (T101, T102) mit dem anderen Pol der Speisespannung in Verbindung stehen, und die bei entsprechender Strombeaufschlagung in ihrer Gesamtheit ein magnetisches Drehfeld erzeugen, sowie mit einem im Bereich des Drehfeldes und koaxial zum Ständer (2) angeordneten, gegenüber dem Ständer (2) drehbar gelagerten Läufer (1), der als Dauermagnetläufer oder als zumindest eine Erregerspule (5) aufweisendes Klauen- oder Schenkelpolrad ausgebildet ist, wobei die Erregerspule (5) über Schleifringe (9) mit Gleichstrom gespeist wird, ferner mit einem Leistungsstellglied zur Spannungs-/Stromwandlung für die Drehzahlregelung der Maschine, sowie mit einer Kommutierungsschaltung, die die Stromrichtung in den einzelnen Polspulen (4) der jeweiligen Drehstellung und Drehrichtung des Läufers (1) entsprechend umschaltet, wobei zur Spannungs-/Stromwandlung und zur Kommutierung des Stromflusses in der bzw. den Polspulen (4) eine gemeinsame, von den Schaltgliedern (T101, T102) gebildete Ankerstrom-Speiseschaltung vorgesehen ist und die Schaltglieder (T101, T102) entsprechend der gewünschten Stromflußrichtung und dem erforderlichen mittleren Strom getaktet ein- bzw. ausgeschaltet werden, ferner mit einem Drehstellungsgeber, der die momentane Drehstellung des Läufers angibt sowie die Signale zur Kommutierung erzeugt, und mit einem Stromsensor, der den bei eingeschaltetem Schaltglied fließenden Strom erfaßt, wobei der Stromsensor von einem Hallgenerator gebildet ist, der im Luftspalt zwischen Ständer (2) und Läufer (1) angeordnet ist und die Magnetfeldstärke induktiv erfaßt, wobei ferner jeder Drehstellungsgeber (LED101, IC103) zwei zueinander komplementäre Ausgangsspannungen abgibt, deren Polarität jeweils durch die augenblickliche Drehstellung des Läufers bestimmt ist, wobei ferner die vom Hallgenerator (HG101) abgegebene, dem Stromfluß proportionale Signalspannung in ihrer Polarität durch die Feldrichtung und die Polarität der dem Strompfad des Hallgenerators speisenden komplementären Ausgangsspannung des zugeordneten Drehstellungsgebers bestimmt ist und wobei aus einem Vergleich des Signals des Hallgenerators mit einem Sollwert die zur getakteten Stromregelung erforderlichen Ansteuersignale für die Schaltglieder (T101, T102) gebildet werden.

2. Maschine nach Anspruch 1, bei der das Schaltglied (T101, T102) von einem schnell schaltenden Halbleiterbauelement gebildet ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, bei der das Schaltglied (T101, T102) von einem Leistungs-Feldeffekt-Transistor gebildet ist.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Gegentaktspulen (L101) als bifilare Wicklung ausgebildet ist.

5. Maschine nach Anspruch 1 bis 4, bei der die Mittelanzapfung an den positiven Spannungspol (U_B) über eine LC-Dämpfungsbeschaltung (L104, C101) angeschlossen ist.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Drehstellungsgeber (LED101, IC103) von einer der Zahl der Stränge entsprechenden Anzahl von Abtastern gebildet ist, die die Information einer mit dem Läufer (1) drehfesten Kodierscheibe (10) abtasten.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Drehstellungsgeber von einer der Zahl der Stränge entsprechenden Anzahl von Magnetfeldsensoren gebildet ist, die die Position der Pole des Läufers (1) erfassen.

8. Maschine nach Anspruch 7, bei der die Abtaster als optoelektronische Lichtschranken (11) ausgebildet sind, die die auf der Kodierscheibe (10) in digitaler Form angebrachten Informationen erfassen.

9. Maschine nach Anspruch 8, bei der die Informationen der Kodierscheibe (10) aus äquidistanten, gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten und jeweils abwechselnden logischen Ein- bzw. Aus-Zuständen bestehen, wobei die paarweise Anzahl der Ein- und Aus-Zustände der Polzahl des Läufers (1) entspricht und wobei die Abtaster um einen festen axialen Drehwinkel gegeneinander verschoben sind, der sich aus dem Quotienten von 360° und dem Produkt aus der Anzahl der Pole und der Anzahl der Stränge ergibt.

10. Maschine nach Anspruch 9, bei der jeder der Abtaster zusätzlich um einen Drehwinkel von einem ganzzahligen Vielfachen des von zwei benachbarten Polen aufgespannten Winkels versetzt angeordnet ist.

11. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der zum Vergleich der Hallspannung mit dem von einem Vorgabewert des Fahrstellers gebildeten Sollwert ein Komparator (IC101/1) vorgesehen ist, durch welchen bei Unterschreiten des Sollwerts das zugehörige Schaltglied (T101, T102) geöffnet und bei Überschreiten des Sollwerts das Schaltglied (T101, T102) geschlossen wird.

12. Maschine nach Anspruch 11, bei der der Komparator (IC101/1) als Schmitt-Trigger (IC101/2) mit einer Schalthysterese von ca. 5% beschaltet ist.

13. Maschine nach Anspruch 12, bei der dem Ausgang des Komparators (IC101/1) je ein Leistungstreiber (IC102) zur Ansteuerung der beiden an die Gegentaktspulen (L101) angeschlossenen Schaltglieder (T101, T102) nachgeschaltet ist, wobei die beiden Leistungstreiber (IC102) mit einem Sperreingang versehen sind, in die die zueinander komplementären Ausgangsspannungen des Drehstellungsgebers (IC103) eingespeist werden.

14. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Speisung der Erregerspule (L107) des Läufers (1) über ein Regelglied erfolgt, durch das die Erregerspule (5) mit einem sich zur Drehzahl des Läufers reziprok ändernden Strom gespeist wird.

15. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der das Regelglied einen Spannungsrampengenerator (T202, C203) mit konstanter Spannungsanstiegsgeschwindigkeit aufweist, dessen zeitlich gemitteltes Ausgangssignal eine proportionale Sollgröße für den Strom durch die Erregerspule (L107) bildet, wobei die Spannungsrampe von kurzen Rücksetzimpulsen (12) der Abtaster jeweils in ihre Startbedingung zurückgesetzt wird und die Rücksetzimpulse (12) jeweils bei einem Signalwechsel an den Abtastern ausgelöst werden.

16. Maschine nach Anspruch 15, bei der die Anstiegsgeschwindigkeit des Spannungsrampengenerators (T202, C203) so gewählt ist, daß dessen Ausgangsspannung unterhalb einer festgelegten Läuferdrehzahl einen festen Maximalwert erreicht.

17. Maschine nach Anspruch 15 oder 16, bei der die Länge des Rücksetzimpulses (12) so groß gewählt ist, daß eine stärker als lineare Abnahme des gemittelten Ausgangssignals des Spannungsrampengenerators (T202, C203) mit steigender Drehzahl des Läufers (1) auftritt.

18. Maschine nach den Ansprüchen 15 bis 17, bei der der Rücksetzimpuls 12 eine Dauer von etwa 65 Mikrosekunden besitzt.

19. Maschine nach den Ansprüchen 14 bis 18, bei der der Strom durch die Erregerspule (L107) von einem Schalter (T107) taktweise gesteuert und der Schalter (T107) von einem weiteren Komparator (IC202/1) geöffnet wird, wenn der durch die Erregerspule (L107) fließende, an einem Stromfühlerwiderstand (R115) gemessene Strom kleiner ist als die von dem zeitlich gemittelten Ausgangssignal des Spannungsrampengenerators (T202, C203) gebildete Sollgröße.

20. Maschine nach Anspruch 19, bei der dem weiteren Komparator (IC202/1) ein Verzögerungsglied (IC201/1) nachgeschaltet ist, das ein Wiedereinschalten des Stroms durch die Erregerspule (L107) erst nach Ablauf einer Verzögerungszeit ermöglicht.

21. Maschine nach Anspruch 20, bei der die Verzögerungszeit des Verzögerungsglieds (IC201/1) 11 ms beträgt.