WO2016139176A1 - Vorrichtung mit einem elektromotor mit einem weichmagnetischen rotor und vorrichtung mit zumindest einem aus einem weichmagnetischen material gebildeten anker eines magnetaktors - Google Patents

Vorrichtung mit einem elektromotor mit einem weichmagnetischen rotor und vorrichtung mit zumindest einem aus einem weichmagnetischen material gebildeten anker eines magnetaktors Download PDF

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WO2016139176A1
WO2016139176A1 PCT/EP2016/054213 EP2016054213W WO2016139176A1 WO 2016139176 A1 WO2016139176 A1 WO 2016139176A1 EP 2016054213 W EP2016054213 W EP 2016054213W WO 2016139176 A1 WO2016139176 A1 WO 2016139176A1
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coil
rotor
armature
poles
soft magnetic
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PCT/EP2016/054213
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Inventor
Martin GÖTZENBERGER
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Continental Automotive Gmbh
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    • H02K19/02—Synchronous motors
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01F7/1805—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current
    • H01F7/1811—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current demagnetising upon switching off, removing residual magnetism

Definitions

  • the invention relates to devices with at least one soft-magnetic, movable actuating element and at least one, connectable to a power source first coil in which due to the excitation generated by the energy source magnetic field movable actuator due to a magnetization of its soft magnetic material by the magnetic field of the coil in a preferred position movable is.
  • the soft magnetic moving actuators are rotors or rotors of electric motors or armature of magnetic actuators. These are magnetized in the magnetic field of the coil and move in the magnetic field of the coil in a preferred position, in which the least reluctance, ie the lowest magnetic Wi ⁇ resistance, is present.
  • Synchronous machine and the externally excited synchronous machine in its forms as a BLDC (brushless direct current; bürs ⁇ tenloser DC motor).
  • BLDC brushless direct current
  • bürs ⁇ tenloser DC motor brushless direct current
  • switched reluctance machine also in its version as synchronized asynchronous machine
  • the drive of the rotor is due to a current flow in the other stator winding whose winding wires are guided substantially parallel to the rotor axis and are all flowed through in the same direction from the current, whereby a Lorenzkraft occurs, which drives the rotor.
  • Magnetic actuators will be explained using the example of a solenoid injector.
  • Most solenoid injectors are only actively opened, the activation current is switched off to close them, the magnetic field breaks down and a spring closes the valve.
  • a problem equivalent to the motors is that a soft-iron part is usually drawn into only one coil can be. To repel one would have to install a permanent magnet.
  • Reluctance motor synchronized asynchronous motor
  • a larger machine or one chooses the permanent-magnetized or externally-excited versions of the synchronous machine, where sliding is possible.
  • permanent magnet synchronous machines usually use expensive rare earth magnets if they do not use flux guide wedges and cheaper ferrite magnets as a technically complex solution.
  • Externally excited machines require a transmission device for the excitation energy, usually in the form of slip rings or as an annular transformer.
  • solenoid Inj ectors holding current and closing spring force are optimized to each other in the rule.
  • the closing times remain relatively long compared to the opening times.
  • the object of the invention is to achieve the properties of a permanently excited or externally excited actuator without having to resort to permanent magnets or the transmission of the excitation energy by means of slip rings or special transformers.
  • the object is achieved by a device with an electric motor with a soft magnetic rotor having at least two poles and with a stator having at least two poles, around each of which is connected to an energy source connectable first coil, in whose due to the excitation by the
  • the rotor is movable due to a magnetization of its soft magnetic material by the magnetic field of the first coil in a preferred position, wherein wound around each pole of the rotor, a second coil whose ends are connected via a diode, wherein the diode is connected in such a poled polarity in that magnetization of the rotor, which is intended to move it into the preferred position, does not cause an induction current can flow and in a demagnetization of the induced current leads to a delay of demagnetization.
  • the object is also achieved by a device having at least one armature formed of a soft magnetic material of a Magnetaktors, which projects into an opening of an iron yoke and at least one, connectable to a power source first, wound around a central leg of the iron yoke coil, in whose due to the Excitation generated by the energy source magnetic field of the armature due to a magnetization of its soft magnetic material through the magnetic field of the coil is moved to a preferred position, wherein the armature, a second coil is wound, the ends of which are connected via a diode, wherein the diode is connected in such a polarity in that magnetization of the armature which is intended to move it into the preferred position can not cause an induction current to flow and, in the event of demagnetization, the induced current leads to a delay in demagnetization.
  • the advantage of the invention is to allow a part of a magnetic circuit initially uninfluenced magnetization to the flow therein then at
  • the actuating element influenced by the auxiliary winding can in particular be completely galvanically isolated, e.g. be encapsulated with plastic, so that the use in aggressive media is possible.
  • the number of stator poles is either greater or less than the number of poles of the rotor.
  • a sliding torque can be generated in this way, since a Statorpol can be reversed for a certain time when a rotor pole, which he has previously attracted, passes him to repel this now and to him an additional pushing pulse to lend.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a cross section through a rotationally symmetrical magnetic actuator
  • FIG. 2 shows the schematic diagram of Figure 1 with a Feldli ⁇ nienverlauf when the armature is attracted
  • Figure 3 nienverlauf the schematic diagram of Figure 1 with a field line when the armature is repelled due to the OF INVENTION ⁇ to the invention the second coil
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a reluctance motor with a conventional rotor pair and a rotor pole pair according to the invention
  • 5 shows a schematic diagram with a reluctance motor with 12th
  • Figure 6 shows a possible interconnection of the first and second
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device OF INVENTION ⁇ to the invention in the form of a solenoid actuator, whose function and structure will be explained with reference to a schematic diagram
  • the magnetic actuator 1 should be a rotationally symmetrical actuator, wherein in FIG. 1 only the cross section to the right of an axis of rotation R is shown.
  • the magnetic actuator 1 has an armature 2, which is formed with a soft magnetic material and protrudes into an opening of an iron yoke 3.
  • a first coil 4 is wound, which generates a magnetic field when it is energized by means of a power source. .
  • the magnetic field lines of the magnetic field run predominantly in the magnetic materials of the iron yoke 3 and the armature 2 and initially in the air gap between the armature 2 and the central leg of the iron yoke 3. Since the air gap 6 has a much larger magnetic resistance due to its lower permeability and the Whole system seeks a state with the lowest reluctance or magnetic reluctance, the armature 2 is drawn into the opening of the iron yoke 3 in order to reduce the air gap 6.
  • a second coil 5 is now wound around the armature 2, the ends of which (not shown) are connected to one another via a diode. If a magnetic field is built up in the armature 2 during energization of the first coil 4, its change would induce a voltage in the second coil 5, whereby the current flowing thereafter in the second coil 5 would generate a magnetic field which would oppose the structure of the attractive magnetic field would. However, the diode is polarized such that this current can not flow and accordingly no counter-magnetic field can be built up.
  • FIG. 4 A further application of the principle according to the invention is shown in FIG. 4, in which a schematic diagram of a reluctance motor 10 is shown.
  • the reluctance motor 10 has a stator 11 with six stator poles IIa to llf, which are each wound with a first coil 12a to 12f.
  • respective opposite windings 12a, 12d approaching. 12b, 12e and 12c, 12f energized simultaneously, so that the corresponding stator poles represent opposite poles of an electromagnet, between which see a magnetic field is formed.
  • Reluctance motor 10 a rotor 13 is formed, which has four rotor poles 13a to 13d in dar ⁇ Asked example.
  • the rotor poles 13b and 13d are constructed in the illustrated example of Figure 4 in a conventional manner, so do not carry second coils. At them, the principle of the reluctance motor will be explained and thus the disadvantage thereof come to light.
  • the first coils 12c and 12f of the stator poles 11c and 11f are to be supplied with current, so that a magnetic field builds up between them, which at first runs to a small extent through the rotor poles 13b and 13d and the rotor, but also into which there are between them Stator and Rotorpolen existing air gaps.
  • the system seeks a low reluctance state so that the rotor poles 13b and 13d are pulled toward the stator poles 11c and 11f, respectively, so that the rotor 13 begins to rotate.
  • the stator and rotor poles are exactly opposite, the state of least reluctance is reached. If the rotor 13, however, a little further due to its inertia 0
  • the associated first coils 12a and 12d can be energized with the opposite sign because the now opposing magnetic field in the second coils 14a and 14c 14c through the now conductive diode D can flow a current.
  • This maintains the previously established between the rotor poles 13a and 13c magnetic field for a short time, so that the rotor poles 13a and 13c can be repelled from the stator poles IIa and lld and thereby the rotor 13 undergoes an additional torque.
  • the rotor poles 13b and 13d are also formed with corresponding second coils which are interconnected via a further diode.
  • a corresponding reluctance motor 20 is shown in FIG. 5, this reluctance motor 20 having a stator 21 with twelve stator poles 22 around which twelve first coils 23a to 231 are wound.
  • the rotor 24 has in the illustrated embodiment, ten poles 25 which are provided with corresponding second coil 26 a to 26 h.
  • FIG. 6 shows in a schematic manner how the respective stator and rotor coils 23a to 231 or 26a to 26h can be connected.
  • the inventive arrangement of short-circuited coils on a soft magnetic armature of a magnetic actuator or the poles of a soft magnetic rotor, for example, a reluctance motor can be advantageously applied a repulsive impulse to the movable actuators at polarity reversal of the respective excitation coils, so that, for example, when using the Magnetaktors in a valve this can be closed faster or even when used in a reluctance motor, a larger torque can be achieved.
  • a larger torque can be achieved.
  • the otherwise required permanent magnets without additional lines would have to be performed to excitation coils on the rotor, for example via slip rings or ring transformers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit zumindest einem weichmagnetischen, beweglichen Betätigungselement (2; 13; 24) und zumindest einer, mit einer Energiequelle verbindbaren ersten Spule (4; 12a-12f; 23a-231), in deren aufgrund der Erregung durch die Energiequelle erzeugtem Magnetfeld das bewegliche Betätigungselement (2; 13; 24) aufgrund einer Magnetisierung seines weichmagnetischen Materials durch das Magnetfeld der Spule (4; 2a-12f; 23a-231) in eine Vorzugslage bewegbar ist, wobei um das bewegliche Betätigungselement (2; 13; 24) eine zweite Spule (5; 14a-14d; 26a-26h) gewickelt ist, deren Enden über eine Diode (D; D1-D5) verbunden sind, wobei die Diode (D; D1-D5) derart gepolt verschaltet ist, dass bei einer Magnetisierung des beweglichen Betätigungselements (2; 13; 24), die es in die Vorzugslage bewegen soll, kein Induktionsstrom fließen kann und bei einer Entmagnetisierung der induzierte Strom zu einer Verzögerung der Entmagnetisierung führt.

Description

Beschreibung
Vorrichtung mit einem Elektromotor mit einem weichmagnetischen Rotor und Vorrichtung mit zumindest einem aus einem weich- magnetischen Material gebildeten Anker eines Magnetaktors
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen mit zumindest einem weichmagnetischen, beweglichen Betätigungselement und zumindest einer, mit einer Energiequelle verbindbaren ersten Spule, in deren aufgrund der Erregung durch die Energiequelle erzeugtem Magnetfeld das bewegliche Betätigungselement aufgrund einer Magnetisierung seines weichmagnetischen Materials durch das Magnetfeld der Spule in eine Vorzugslage bewegbar ist.
Die weichmagnetischen beweglichen Betätigungselemente sind Läufer oder Rotoren von Elektromotoren oder Anker von Magnetaktoren . Diese werden im Magnetfeld der Spule magnetisiert und bewegen sich im Magnetfeld der Spule in eine Vorzugslage, in der die geringste Reluktanz, also der geringste magnetische Wi¬ derstand, vorliegt.
Es gibt viele verschiedene Elektromotor-Typen, von denen solche Typen betrachtet werden sollen, die synchronen Charakter aufweisen. Üblicherweise sind dies die permanent erregte
Synchronmaschine und die fremderregte Synchronmaschine, auch in ihren Ausprägungen als BLDC (brushless direct current; bürs¬ tenloser Gleichstrommotor) . Dazu kommen noch die synchrone Reluktanzmaschine (auch in ihrer Ausprägunq als synchronisierte Asynchronmaschine) und die geschaltete Reluktanzmaschine.
Zum Verständnis der Funktion von Motoren ist das folgende Modell der Drehmomentbildung hilfreich, obwohl es die Wirklichkeit nur sehr stark vereinfacht wieder gibt. Betrachtet wird ein Motor mit Einzelpolwicklung. Man kann die Drehmomentbildung grob in zwei Komponenten aufteilen. Zum einen wird ein Rotorpol aufgrund der Ströme im Stator in eine Vorzugslage gezogen, zum anderen - im Falle eines permanent erregten oder fremderregten Rotors - von einer ungünstigen Lage weg geschoben.
In der US 2009/0179604 AI ist ein Elektromotor mit einem Rotor sowie einem Stator beschrieben, wobei im Stator zwei senkrecht aufeinander stehende Statorwicklungen angeordnet sind. Bei Bestromung der einen Wicklung wirkt der Rotor als magnetischer Kern dieser Wicklung, wodurch er magnetisiert wird. Eine um den Rotor direkt gewickelte Wicklung, deren Enden über eine Diode miteinander verbunden sind, verhindert bei einem Abschalten der Bestromung der einen Wicklung eine schnelle Entmagnetisierung des Rotors. Der Antrieb des Rotors erfolgt aufgrund eines Stromflusses in der anderen Statorwicklung, deren Wicklungsdrähte im Wesentlichen parallel zur Rotorachse geführt sind und die alle in der gleichen Richtung vom Strom durchflössen werden, wodurch eine Lorenzkraft auftritt, die den Rotor antreibt.
Diese schiebende Komponente entfällt z.B. bei Reluktanzmotoren, da diese keine Erregung haben. Statt geschoben zu werden, würde sich der magnetische Kreis umpolen und der Rotorpol würde wiederrum angezogen werden, was ein negatives Moment bedeuten würde. Daher muss beim geschalteten Reluktanzmotor die Spule abgeschaltet sein, wenn sich der Rotorpol vom jeweiligen Statorpol entfernt.
Magnetaktoren sollen am Beispiel eines Solenoid-Inj ektors erläutert werden. Die meisten Solenoid-Inj ektoren werden nur aktiv geöffnet, zum Schließen wird der Aktivierungsstrom abgeschaltet, das Magnetfeld baut sich ab und eine Feder schließt das Ventil. Man kann den Feldabbau beschleunigen, indem man einen kurzen Gegenstrom zum Abbau der Wirbelströme einprägt. Es gibt Solenoidventile, die aktiv mit Hilfe einer zweiten aktiv bestromten Spule geschlossen werden. Diese haben einen erhöhten Aufwand der Ansteuerelektronik zur Folge. Bei einspuligen Magnetventilen besteht ein zu den Motoren äquivalentes Problem, dass ein Weicheisenteil i.d.R. nur in eine Spule hineingezogen werden kann. Zum Abstoßen würde man einen Permanentmagneten verbauen müssen.
Bei Motoren kann man entweder auf die schiebende Komponente verzichten (geschalteter Reluktanzmotor, synchroner
Reluktanzmotor, synchronisierter Asynchronmotor) , was durch eine größere Maschine ausgeglichen werden kann, oder man wählt die permanent erregten oder fremderregten Ausführungen der Synchronmaschine, bei denen Schieben möglich ist. Permanent erregte Synchronmaschinen setzen jedoch meist teure Magnete aus seltenen Erden ein, wenn sie nicht als technisch aufwändige Lösung Flussleitkeile und billigere Ferritmagnete verwenden. Fremderregte Maschinen benötigen eine Übertragungseinrichtung für die Erregerenergie, meist in Form von Schleifringen oder als ringförmiger Transformator.
Bei Solenoid-Inj ektoren werden in der Regel Haltestrom und Schließfederkraft zueinander optimiert. Die Schließzeiten bleiben dabei im Vergleich zu den Öffnungszeiten relativ lange.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Eigenschaften eines permanent erregten oder fremderregten Betätigungselements zu erreichen, ohne auf Permanentmagnete oder die Übertragung der Erregerenergie mit Hilfe von Schleifringen oder speziellen Transformatoren zurückgreifen zu müssen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit einem Elektromotor mit einem weichmagnetischen Rotor mit zumindest zwei Polen und mit einem Stator mit zumindest zwei Polen, um die jeweils eine mit einer Energiequelle verbindbare erste Spule gewickelt ist, in deren aufgrund der Erregung durch die
Energiequelle erzeugtem Magnetfeld der Rotor aufgrund einer Magnetisierung seines weichmagnetischen Materials durch das Magnetfeld der ersten Spulen in eine Vorzugslage bewegbar ist, wobei um jeden Pol des Rotors eine zweite Spule gewickelt ist, deren Enden über eine Diode verbunden sind, wobei die Diode derart gepolt verschaltet ist, dass bei einer Magnetisierung des Rotors, die ihn in die Vorzugslage bewegen soll, kein Induktionsstrom fließen kann und bei einer Entmagnetisierung der induzierte Strom zu einer Verzögerung der Entmagnetisierung führt.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung mit zumindest einem aus einem weichmagnetischen Material gebildeten Anker eines Magnetaktors, der in eine Öffnung eines Eisenrückschlusses hineinragt und zumindest einer, mit einer Energiequelle verbindbaren ersten, um einen zentralen Schenkel des Eisenrückschlusses gewickelten Spule, in deren aufgrund der Erregung durch die Energiequelle erzeugtem Magnetfeld der Anker aufgrund einer Magnetisierung seines weichmagnetischen Materials durch das Magnetfeld der Spule in eine Vorzugslage bewegbar ist, wobei um den Anker eine zweite Spule gewickelt ist, deren Enden über eine Diode verbunden sind, wobei die Diode derart gepolt verschaltet ist, dass bei einer Magnetisierung des Ankers, die ihn in die Vorzugslage bewegen soll, kein Induktionsstrom fließen kann und bei einer Entmagnetisierung der induzierte Strom zu einer Verzögerung der Entmagnetisierung führt. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, einen Teil eines magnetischen Kreises zunächst unbeeinflusst Aufmagnetisieren zu lassen, um den darin vorhandenen Fluss anschließend am
Abmagnetisieren zu hindern. Im Gegensatz zu Ansätzen wie z.B. beim Spaltpolmotor werden nicht beide Flussänderungsrichtungen gleichartig verzögert sondern unterschiedlich beeinflusst, so dass sich ein Gleichrichtungseffekt einstellt. Durch den Gleichrichtungseffekt erhält man im Mittel ein ähnliches Verhalten wie bei einer Fremderregung. Im Gegensatz zu Ansätzen mit einer echten Erregerwicklung benötigt man keine Anschlüsse oder Energieübertragungseinrichtungen wie Schleifringe,
Transformatoren oder dergleichen. Das durch die Hilfswicklung beeinflusste Betätigungselement kann insbesondere vollkommen galvanisch isoliert, also z.B. mit Kunststoff umspritzt sein, so dass der Einsatz in aggressiven Medien möglich ist.
In besonderen Ausbildungen ist die Anzahl der Statorpole entweder größer oder kleiner als die Anzahl der Pole des Rotors. Bei einem Elektromotor kann auf diese Weise auch ein schiebendes Drehmoment erzeugt werden, da ein Statorpol für eine bestimmte Zeit umgepolt werden kann, wenn ein Rotorpol, den er zuvor angezogen hat, an ihm vorbeiläuft, um diesen nun abzustoßen und ihm einen zusätzlichen schiebenden Impuls zu verleihen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen Figur 1 eine Prinzipskizze eines Querschnitts durch einen rotationssymmetrischen Magnetaktor,
Figur 2 die Prinzipskizze der Figur 1 mit einem Feldli¬ nienverlauf, wenn der Anker angezogen wird,
Figur 3 die Prinzipskizze der Figur 1 mit einem Feldli- nienverlauf, wenn der Anker aufgrund der erfin¬ dungsgemäßen zweiten Spule abgestoßen wird,
Figur 4 eine Prinzipskizze eines Reluktanzmotors mit einem konventionellen und einem erfindungsgemäßen Rotorpolpaar,
Figur 5 eine Prinzipskizze mit einem Reluktanzmotors mit 12
Stator- und 10 Rotorpolen und
Figur 6 eine mögliche Verschaltung der ersten und zweiten
Spulen des Reluktanzmotors der Figur 5.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Magnetaktors, dessen Funktion und Aufbau anhand einer Prinzipskizze dargelegt wird
Bei dem Magnetaktor 1 soll es sich um einen rotationssymmet- rischen Aktor handeln, wobei in Figur 1 nur der Querschnitt rechts einer Rotationsachse R dargestellt ist. Der Magnetaktor 1 weist einen Anker 2 auf, der mit einem weichmagnetischen Material gebildet ist und in eine Öffnung eines Eisenrückschlusses 3 hineinragt. Um einen zentralen Schenkel des Eisenrückschlusses 3 ist eine erste Spule 4 gewickelt, die ein Magnetfeld erzeugt, wenn sie mittels einer Energiequelle bestromt wird. ,
b
Die Magnetfeldlinien des Magnetfeldes verlaufen dabei überwiegend in den magnetischen Werkstoffen des Eisenrückschlusses 3 und des Ankers 2 sowie anfänglich im Luftspalt zwischen dem Anker 2 und dem zentralen Schenkel des Eisenrückschlusses 3. Da der Luftspalt 6 einen wesentlich größeren magnetischen Widerstand aufgrund seiner geringeren Permeabilität hat und das Gesamtsystem einen Zustand mit geringstem magnetischen Widerstand bzw. geringster Reluktanz anstrebt, wird der Anker 2 in die Öffnung des Eisenrückschlusses 3 hineingezogen, um den Luftspalt 6 zu verringern.
Hierdurch können beispielsweise mittels des Ankers 2 Stößel von z.B. Ventilen oder sonstigen Aktoren betätigt werden, wobei die Bewegung des Ankers 2 üblicherweise gegen eine Federkraft erfolgt, die den Anker 2 in einer Ruhepositon hält bzw. bei Abschalten des magnetischen Feldes diesen wieder in diese Ruheposition bringt. Ein Abstoßen des Ankers 2 durch Umpolen der Energiequelle an der ersten Spule 4 ist nicht möglich, da das weichmagnetische Material des Ankers 2 ebenfalls durch den nun entgegengesetzten magnetischen Fluss umgepolt würde und der Anker 2 daher nach wie vor angezogen werden würde.
In erfindungsgemäßer Weise ist nun um den Anker 2 eine zweite Spule 5 gewickelt, deren Enden (nicht dargestellt) über eine Diode miteinander verbunden sind. Wenn bei einer Bestromung der ersten Spule 4 ein Magnetfeld im Anker 2 aufgebaut wird, würde dessen Änderung eine Spannung in der zweiten Spule 5 induzieren, wodurch der daraufhin fließende Strom in der zweiten Spule 5 ein Magnetfeld erzeugen würde, das dem Aufbau des anziehenden Magnetfeldes entgegengerichtet wäre. Die Diode ist jedoch so gepolt verschaltet, dass dieser Strom nicht fließen kann und entsprechend kein Gegenmagnetfeld aufgebaut werden kann.
Wird jedoch die die erste Spule 4 bestromende Energiequelle abgeschaltet oder umgepolt, so baut sich, wie bereits erläutert, ein entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld im Eisenrückschluss 3 und im Anker 2 auf, welches in der zweiten Spule 5 einen Strom in die entgegengesetzte, also in Durchlassrichtung der Diode orientierte Richtung fließen lässt. Dadurch wird ein Magnetfeld erzeugt, welches dem zuvor erzeugten Magnetfeld gleichgerichtet ist und dieses folglich zumindest kurzzeitig aufrechterhält. Auf diese Weise entstehen, wie in der Figur 3 durch ein Simulationsergebnis dargestellt ist, zwei entgegengesetzte Magnetfelder, die sich nun abstoßen, so dass der Anker 2 zumindest für eine kurze Zeitdauer, während der das Magnetfeld im Anker 2 aufrechterhalten bleibt, aus der Öffnung des Eisenrückflusses 3 ausgeworfen werden kann.
Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips zeigt die Figur 4, in der eine Prinzipskizze eines Reluktanzmotors 10 dargestellt ist. Der Reluktanzmotor 10 weist einen Stator 11 mit sechs Statorpolen IIa bis llf auf, die jeweils mit einer ersten Spule 12a bis 12f umwickelt sind. Im Betrieb werden jeweils gegenüberliegende Wicklungen 12a, 12dbzw. 12b, 12e bzw. 12c, 12f gleichzeitig bestromt, so dass die entsprechenden Statorpole entgegengesetzte Pole eines Elektromagneten darstellen, zwi- sehen denen sich ein Magnetfeld ausbildet. Im Zentrum des
Reluktanzmotors 10 ist ein Rotor 13 ausgebildet, der im dar¬ gestellten Beispiel vier Rotorpole 13a bis 13d aufweist. Die Rotorpole 13b und 13d sind im dargestellten Beispiel der Figur 4 in konventioneller Weise aufgebaut, tragen also keine zweiten Spulen. An ihnen soll das Prinzip des Reluktanzmotors erläutert werden und damit dessen Nachteil zutage treten.
Es sollen die ersten Spulen 12c und 12f der Statorpole 11c und llf bestromt sein, so dass sich zwischen ihnen ein Magnetfeld aufbaut, das zunächst zu einem kleinen Teil durch die Rotorpole 13b und 13d und den Rotor verläuft, jedoch auch noch in den sich zwischen den Stator- und Rotorpolen vorhandenen Luftspalten. Auch hier trachtet das System nach einem Zustand geringer Reluktanz, so dass die Rotorpole 13b und 13d zu den Statorpolen 11c bzw. llf gezogen werden, der Rotor 13 sich also zu drehen beginnt. Wenn sich die Stator- und Rotorpole genau gegenüber stehen, ist der Zustand geringster Reluktanz erreicht. Wenn sich der Rotor 13 aufgrund seiner Trägheit jedoch ein wenig weiter 0
dreht, wird die Reluktanz wieder größer, so dass ein bremsendes Moment auf den Rotor einwirkt. Aus diesem Grund wird übli¬ cherweise die Bestromung der ersten Spulen 12c und 12f der Statorpole 11c und llf abgeschaltet, so dass der Rotor 13 nicht abgebremst wird. Es ist allerdings nicht möglich, die Stator¬ spulen 12c und 12f mit umgekehrten Vorzeichen zu bestromen, um den Rotorpolen 13b und 13d einen abstoßenden Impuls zu geben, da sich dadurch die Rotorpole 13b und 13d ebenfalls umpolen würden und wieder zu den Statorpolen 11c und llf zurückgezogen werden würden.
In erfindungsgemäßer Weise ist daher, wie an den Rotorpolen 13a und 13c gezeigt, um diese jeweils eine zweite Spule 14a bzw. 14c gewickelt, deren Enden über eine Diode D miteinander verbunden sind. In gleicher Weise, wie bereits zum Magnetaktor der Figuren 1 bis 3 erläutert, kann aufgrund der Diode D beim Aufbau eines Magnetfeldes im Rotor 14 zwischen den Polen 13a und 13c aufgrund der entsprechenden Orientierung der Diode D kein Strom fließen, so dass die Funktion in diesem Fall gleich wie im zuvor erläuterten Fall einer konventionellen Anordnung abläuft. Bewegen sich die Rotorpole 13a und 13c nach dem Erreichen des Zustandes geringster Reluktanz jedoch von den Statorpolen IIa und lld weg, so können die zugehörigen ersten Spulen 12a und 12d mit umgekehrten Vorzeichen bestromt werden, da durch das nunmehr entgegengerichtete Magnetfeld in den zweiten Spulen 14a und 14c durch die nunmehr leitende Diode D ein Strom fließen kann. Dieser hält das zuvor zwischen den Rotorpolen 13a und 13c aufgebaute Magnetfeld für eine kurze Zeit aufrecht, so dass die Rotorpole 13a und 13c von den Statorpolen IIa und lld abgestoßen werden können und hierdurch der Rotor 13 ein zusätzliches Drehmoment erfährt .
Die Ausbildung von lediglich zwei der vier Rotorpole mit einer erfindungsgemäßen zweiten Spule wurde lediglich zur Erläuterung der unterschiedlichen Funktionsweisen dargestellt, zur Erzielung des größtmöglichen Effekts werden die Rotorpole 13b und 13d ebenfalls mit entsprechenden zweiten Spulen, die über eine weitere Diode miteinander verbunden sind, ausgebildet. Ein entsprechender Reluktanzmotor 20 ist in der Figur 5 dargestellt, wobei dieser Reluktanzmotor 20 einen Stator 21 mit zwölf Statorpolen 22 aufweist, um die entsprechend zwölf erste Spulen 23a bis 231 gewickelt sind. Der Rotor 24 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zehn Pole 25 auf, die mit entsprechenden zweiten Spulen 26a bis 26h versehen sind.
In der Figur 6 ist in schematischer Weise dargestellt, wie die jeweiligen Stator- und Rotorspulen 23a bis 231 bzw. 26a bis 26h verschaltet sein können.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung von kurzgeschlossenen Spulen auf einem weichmagnetischen Anker eines Magnetaktors oder den Polen eines weichmagnetischen Rotors beispielsweise eines Reluktanzmotors kann in vorteilhafter Weise ein abstoßender Impuls auf die beweglichen Betätigungselemente bei Umpolen der jeweiligen Erregerspulen ausgeübt werden, so dass beispielsweise bei der Verwendung des Magnetaktors in einem Ventil dieses schneller wieder geschlossen werden kann oder aber auch bei Verwendung in einen Reluktanzmotor ein größeres Drehmoment erreicht werden kann. Dabei kann auf die ansonsten erforderlichen Permanentmagnete verzichtet werden, ohne dass zusätzliche Leitungen zu Erregerspulen auf dem Rotor beispielsweise über Schleifringe oder Ringtransformatoren geführt werden müssten.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung mit einem Elektromotor (10; 20) mit einem weichmagnetischen Rotor (13; 24) mit zumindest zwei Polen (13a-13d; 24) und mit einem Stator (11) mit zumindest zwei Polen (lla-llf; 22), um die jeweils eine mit einer Energiequelle verbindbare erste Spule (12a-12f; 23a- 231) gewickelt ist, in deren aufgrund der Erregung durch die Energiequelle erzeugtem Magnetfeld der Rotor (13; 24) aufgrund einer Magnetisierung seines weichmagnetischen Materials durch das Magnetfeld der ersten Spulen (12a-12f; 23a- 231) in eine Vorzugslage bewegbar ist,
wobei um jeden Pol (13a-13d; 24) des Rotors (13; 24) eine zweite Spule (14a-14d; 26a-26h) gewickelt ist, deren Enden über eine Diode (D; D1-D5) verbunden sind, wobei die Diode (D; D1-D5) derart gepolt verschaltet ist, dass bei einer Magnetisierung des Rotors (13; 24), die ihn in die Vorzugslage bewegen soll, kein In¬ duktionsstrom fließen kann und bei einer Entmagnetisierung der induzierte Strom zu einer Verzögerung der Entmagnetisierung führt.
2. Vorrichtung mit zumindest einem aus einem weichmagnetischen Material gebildeten Anker (2) eines Magnetaktors (1), der in eine Öffnung eines Eisenrückschlusses (3) hineinragt und zumindest einer, mit einer Energiequelle verbindbaren ersten, um einen zentralen Schenkel des Eisenrückschlusses (3) gewickelten Spule (4), in deren aufgrund der Erregung durch die Energiequelle erzeugtem Magnetfeld der Anker (2) aufgrund einer Magnetisierung seines weichmagnetischen Materials durch das Magnetfeld der Spule (4) in eine Vorzugslage bewegbar ist,
wobei um den Anker (2) eine zweite Spule (5) gewickelt ist, deren Enden über eine Diode verbunden sind, wobei die Diode derart gepolt verschaltet ist, dass bei einer Magnetisierung des Ankers (2), die ihn in die Vorzugslage bewegen soll, kein Indukti- onsstrom fließen kann und bei einer Entmagnetisierung der induzierte Strom zu einer Verzögerung der Entmagnetisierung führt .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Statorpole (lla-llf; 22) größer als die Anzahl der Pole (13a-13d; 24) des Rotors ist und um jeden Statorpol (lla-llf; 22) eine erste Spule (12a-12f; 23a- 231) und um jeden Rotorpol
(13a-13d; 24) eine zweite Spule (14a-14d; 26a-26h) gewickelt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Statorpole (lla-llf; 22) kleiner als die Anzahl der Pole (13a-13d; 24) des Rotors ist und um j eden Statorpol (lla-llf; 22) eine erste Spule (12a-12f; 23a- 231) und um jeden Rotorpol (13a-13d; 24) eine zweite Spule (14a-14d; 26a-26h) gewickelt ist.
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