Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur reversiblen Speicherung von elektrischer Energie durch deren reversible Umwandlung in kinetische Energie in einem Elektromotor, wobei die elektrische Energie aus einem Wechselstromnetz von vorbe¬ stimmter Frequenz bezogen bzw. in das Wechselstromnerz zu¬ rückgespeist wird, sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung und eine Verwendung eines bürstenlosen, elektro¬ nisch kommutierten Scheibenläufer otors mit am Läufer ange¬ ordneten Permanentmagneten und am Ständer angeordneten eisen¬ losen Wicklungen als Energiespeicher bei der vorgenannter- re¬ versiblen Speicherung von elektrischer Energie. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist, wenn nicht anderes präzisiert wird, generell zu verstehen, dass die in einem Elektromotor gespeicherte kinetische Energie so¬ wohl in der mechanischen Form als auch in der elektrischen Form bzw. als Kombination und Summe dieser beiden Energiefor- men vorliegen kann.

Die mechanische Form der im Elektromotor gespeicherten kinetische Energie ist in der Drehung des Läufers gespei¬ chert. Die elektrische Form der im Elektromotor gespeicherten kinetische Energie ist in dem Strom gespeichert, der durch solche Teile der Ständerwicklung fiiesst, die als Induktions¬ spule bzw. Drossel wirken. Es ist dem Fachmann auf dem Gebiet der Mechanik wohlbekannt, dass der drehende Läufer eine von seiner Trägheit und seiner Drehzahl abhängige mechanische Form von kinetischer Energie speichert, und es ist dem Fach- mann auf dem Gebiet der Elektrotechnik wohlbekannt, dass eine Drossel bzw. Induktionsspule eine vom sie durchfliessenden Strom abhängige elektrische Form von kinetischer Energie speichert (zur weiteren Erläuterung wird vorgetragen, dass im Gegensatz dazu die elektrische Energie in einem Kondensator in Form von potentieller Energie gespeichert wird, was sich darin auswirkt, dass in einem LC-Oszillator die elektrische

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Energie zwischen der potentiellen Form und der kinetischen Form von elektrischer Energie ausgetauscht wird) . Im Zusam¬ menhang mit der ^" vorliegenden Erfindung sind die mechanische und die elektrische Form von kinetischer Energie zusammen zu betrachten und zu berücksichtigen.

Es ist insbesondere zur unterbrechungsfreien Speisung einer Last von einem Wechselstromnetz bekannt, als Energie¬ speicher zur reversiblen Speicherung von elektrischer Energie einen Gleichstrommotor zu verwenden, der über einen netzsei- tigen Umrichter mit dem Wechselstromnetz und einem lastseiti- gen-Umrichter mit der Last verbunden ist. Es ist bei solchen Vorrichtungen stets nötig, eine Umschaltvorrichtung vorzuse¬ hen, um bei 3edarf, d.h. je nach den am Wechselstrcmnetz und an der Last herrschenden Bedingungen, die Last mit dem Wech- ≤elstromnetz oder mit dem lastseitigen Umrichter zu verbinden bzw. umzuschalten. In diesem Zusammenhang ist auch bekannt, Unzulänglichkeiten des Wechselstromnetzes wie Abweichungen bzw. Verzerrungen von Spannung, Wellenform, Frequenz, Phase usw. und Rückwirkungen der Last auf das Wechselstro netz durch elektrische Energie zu korrigieren, die dem Gleich¬ strommotor entnommen und über dem netzseitigen Umrichter und/oder dem lastseitigen Umrichter in das Wechselstromnetz bzw. in die Last eingespeist wird.

Es gibt jedoch manche Fälle, bei denen diese bekannte Technik insbesondere aus Kostengründen und/oder Platzgründen gar nicht oder nur eingeschränkt bzw. mit Vorbehalten anwend¬ bar ist. Solche Fälle sind in der Antriebstechnik zu finden, wenn sehr schnelle Anfahrzeiten und Abbremszeiten (letzteres beispielsweise zur genauen Positionierung) benötigt werden, wie in Liften, Förderbänder, Elektromobilen, Robotern usw.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, bei einer Vorrich¬ tung zur reversiblen Speicherung von elektrischer Energie ei¬ ne in bezug auf Kosten und Platzbedarf günstigere Lösung als bisher vorzuschlagen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zur re¬ versiblen Speicherung von elektrischer Energie der eingangs

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genannten Art gekennzeicnnet euren αie im Ansprucn 1 angege- oene Kombination von Merx alen. im Verfahren zum Betriec aieser Vorrichtung ist geκennzeιcnnet duren αie m Ansprucn angegeoene Kombination von Verfanrensschritten. Vorteilnafte Weiterbildungen der Vorrichtung ozw. αes Verfanrens smα m αen abnangigen Ansprüchen definiert.

Im Zusammenhang mit der Erfindung ist zu verstenen, αass αie Abtastung der verschiedenen Spannungen und Strome mit ei¬ ner Wiederholungsfrequenz, die wesentlich grosser st als d e Frequenz des Wechselstromnetzes, bei einem Wechselstromnetz von-50 Hz (beispielsweise beim Industriestrom) oder 400 Hz (oeispielsweise bei Flugzeugen) typisch zwisenen 20 kHz und 100 kHz erfolgt. Frequenzwerte unternalD von 20 kHz sind zwar aucn noen verwendbar, sie können aoer schon unternalD αer ooeren Horgrenze des enscnlicnen Ohres liegen, was unange¬ nehme Konsequenzen haben kann. Aucn Frequenzwerte ooernalD von 100 kHz sind auch noch verwendbar, j doen werden die technischen Probleme bei der Realisierung der Schaltungen nei steigenden Frequenzwerten immer schwieriger zu losen. Im Rahmen dieser Erfindung liegt auch die Verwendung ei¬ nes burstenlosen, elektronisch kommutierten Scheibenlaufermo- tors mit am Laufer angeordneten Permanentmagneten und am Stander angeordneten eisenlosen Wicklungen als Energiespei- cner oei der reversiDlen Speicnerung von elektnscner Energie durch deren reversible Umwandlung m kmetiscne Energie m einem Scheibenlaufermotor, wobei die elektrische Energie aus einem Wechselstromnetz von vorbestimmter Frequenz bezogen DZW. m das Wechselstromnetz zuruckgespeist wird. Ein bur- stenloser, elektronisch kommutierter Scheibenlaufermotor (auf Engliscn "pancake motor") ist an sich bekannt, beispielsweise aus oem Artikel von M. Salami m Antriebstecnnik 30/8 (1991), und im Handel erhältlich. Im Zusammenhang mit den am Laufer des Scheibenlaufermotors angeordneten Permanentmagneten und den am Stander des Scheioenlaufermotors angeordneten eisenlc- sen Wicklungen wird auch auf die Patentdokumente US-4187441, JP-61-185050, JP-01-253211, DE-2143752 und/ooer DE-2345150

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verwiesen.

Mit oer Erfindung wird es oei Antrieosemneiten für Hy- orid-Elektromooile moglicn, eine senr leistungsfähige und kompakte Antrieosemneit mit der erfmoungsgemassen Vorner.- tung, einem Akkumulator, Kondensatoren und einem Verbren¬ nungsmotor zu oilden, was mit der bisnerigen Tecnnik zu einer zu schweren Fahrzeug fuhrt.

Aucn wird es mit der Erfindung moglicn, verklemmte För¬ derbänder uno dergleichen mit einer kurzzeitigen senr starxe Leistung anzufahren, insbesondere wenn das Verklemmen auf Reibung im Stillstand zurückzuführen ist.

Zudem wird es mit der Erfindung möglich, einen Lift und oergieicnen oei Stromausfall nocn zum nächsten Stocκwerκ ooe zum untersten Stockwerk zu fahren. Ausserαem erlaubt es die Erfindung, durcn Kopplung des als Elektromotor ausgebildeten Energiespeichers mit einem me chamscnen Antrieb bei erschwmglicnen Kosten beispielsweise kleine Häuserblock-Heizungen mit der Möglichkeit zu versenen, als Kleinkraftwerke zu wirken und somit bei Stromausfall als Notstromaggregat zu dienen. So werden auch mit Wind oder Was ser angetrieoene Kleinkraftwerke wie auch Notstromaggregate kleiner und gunstiger, vor allem können die Notstromaggregat aucn als Wellenform-Reimger und Phasenxorrektur f r aas Wecnselstro netz eingesetzt werden. Das Wesen der Erfindung liegt m der unmittelbaren und reversißlen Umwandlung zwischen in einem Elektromotor gespei cnerter kinetischer Energie und elektrischer Energie jeder beliebigen Spannung und Frequenz. Grundsätzlich wird die Wicklung des Elektromotors direkt als Speicherdrossel verwen det, so dass es möglich wird, bei einer verdoppelten (d.h. hm und zurück durchgeführten) Wandlung unmittelbar Wechsel¬ strom in Wecnselstrom ohne den Umweg über Gleichstrom und Um richtern umzuwandeln. Daraus ergibt sich eine bedeutende Ein sparung an Kosten und Gewicht. Ausseroem kann die Wicklung des Elektromotors kurzzeiti ge Überlastungen ertragen bzw. Überströme liefern, welcne di

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Umrichter nicht ertragen würden. Deshalb braucht der Elektro¬ motor nicht für hohe Spitzenwerte der Leistung, sondern im wesentlichen nur für deren Durchschnittswerte mit einem viel tieferen Verhältnis der Spitzenleistung zur Leistung im Dau- erbetrieb als bei den bisher verwendeten Anlagen mit Elektro¬ motoren und Umrichtern ausgelegt zu werden. Daraus ergibt sich eine weitere bedeutende Einsparung an Kosten und Ge¬ wicht.

Die im Läufer des Elektromotors gespeicherte kinetische Energie steigt im Verhältnis des Quadrats der Drehzahl des Läufers, so dass die erfindungsgemässe Verwendung eines bür¬ stenlosen, elektronisch kommutierten Scheibenlaufermotcrs mit am Läufer angeordneten Permanentmagneten und am Ständer ange¬ ordneten eisenlosen Wicklungen als Energiespeicher bei giei- eher Leistung zu einer bedeutenden Einsparung an Kosten und Gewicht führt. Ein solcher Scheibenlaufermotor ist nämlich fähig, bei sehr hohen Drehzahlen zu laufen, und seine Steue¬ rung wird dadurch erleichtert, dass sein Läufer ein geringes Gewicht und eine geringe Trägheit hat und deshalb mit grossen Drehzahldifferenzen auf die Zufuhr oder Entnahme von elektri¬ scher Energie reagiert.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung und deren Betriebsver¬ fahren können für verschiedene Betriebsarten optimiert wer¬ den, beispielsweise für konstante Drehzahl oder konstantes Drehmoment oder grösstmögliches Drehmoment an der Motorwelle, bestmögliche Qualität oder kleinstmögliche Rückwirkungen auf das Wechselstromnetz (in bezug auf Abweichungen bzw. Verzer¬ rungen von Spannung, Wellenform, Frequenz, Phase usw.), grösstmögliche Leistung, grösstmöglicher Wirkungsgrad, usw. Beim Phasenschiebebetrieb ist die erfindungsgemässe Vor¬ richtung und deren Betriebsverfahren insbesondere in Verbin¬ dung mit der Verwendung von Supraleitern von Interesse, da der Hauptteil aller im Scheibenlaufermotor auftretenden Ver¬ luste im oh schen Widerstand der am Ständer angeordneten ei- senlosen Wicklungen auftritt. Diese Verlustwärme muss abge¬ führt werden, was bei den tiefen Temperaturen der Supraleite

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generell sehr aufwendig ist, jedoch bei einem Scheibenlau er¬ motor mit am Ständer angeordneten eisenlosen Wicklungen weit weniger aufwendig ist als bei den herkömmlichen Elektromoto¬ ren. Bei einer Betriebsart zur Erreichung der grcsstmögiichen Leistung wird angestrebt, möglichst viel Energie reversibel zwischen der elektrischen und der kinetischen Form 'umzuwan¬ deln. Dies entspricht einem Störfall und/oder Notbetrieb, der eher selten auftritt und auf den im allgemeinen eine längere Abkühlphase folgt. Beispielsweise handelt es sich um Situa¬ tionen,., wo ein Lift wegen Überlast steckenbleibt und die Fahrt bis zum nächsten Stockwerk fortzusetzen ist, oder Si¬ tuationen, wo ein Förderband nach langem Stillstand verklebt, verharzt oder durch die Gummiteile verhärtet ist und mit ei- nem Ruck in Gang zu bringen ist, oder noch Situationen, wo bei einem Windkraftwerk eine Böe sich auswirkt, bis sich die Richtung oder den Anstellwinkel des Rotors entsprechend än¬ dern. Hier wird die Leistung durch die hochstzulässigen Werte begrenzt: höchstzulässiger Strom im Netz und in den Einrich- tungen zur elektronischen Kommutierung des Scheibenl ufermo- tors, höchstzulässige Temperatur der Wicklungen im Ständer des Scheibenl ufermotors. In Kauf genommen werden dabei die wegen der Rückwirkungen auf das Wechselstromnetz auftretenden Verzerrungen von Phase und Wellenform (wie Stromspitzen) , so- wie Störstrahlungen, wobei diese Störungen im allgemeinen nicht grösser sind als diejenigen, welche durch Gewitter, Lichtbogen, Einschaltung oder Ausschaltung starker Geräte, Erdschlüssen und dergleichen verursacht werden und im Prinzip vom Netz verkraftet werden sollten. Bei einer Betriebsart zur Erreichung der grösstmöglichen Bremswirkung wird angestrebt, möglichst viel kinetische Ener¬ gie zu verbrauchen, indem sie in die elektrische Form oder in Wärme umgewandelt wird. Letzteres ist klar ein Notbetriebs¬ fall. 3ei dieser Betriebsart wird normalerweise der Scheiben- läufermotor zum Generator umfunktioniert, und die so erzeugte elektrische Energie wird in das Wechselstromnetz zurückge-

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speist. Wahlweise kann die erzeugte eiektnscne Energie ucer Stromleiter eines Hilfsnetzes m eine Batterie eingespeist oder m einem Widerstand m Warme umgewandelt werden. Handelt es s cn aoer beim Storfall um einen Netzausfall, st es mcnt moglicn, die erzeugte eiektnscne Energie m das Wecnsel- strcmnetz zuruckzuspeisen, oa einerseits die Netzspannung auf Null sιnκt und somit das Netz keine Leistung aufnimmt, ande¬ rerseits diese Zuruckspeisung im allgemeinen euren Vorscnnf- ten verooten ist. In einem solchen Spezialfall, bei oe die Rückführung von Energie nicht möglich ist, kann die Steuerung der-Schalter so erfolgen, dass im Hmblicx auf den Wirkungs¬ grad möglichst ungunstige Bedingungen gesenaffen werden. Bei¬ spielsweise kann neroeigefunrt werden, dass eine Wio.iung αes Laufers einen Strom erzeugt, der mit "ver enrter" Polung ei- ner anderen Wicklung eingespeist wird, um dem Drehfeld im Scheioenlaufermotor entgegenzuwirken, d.h. die eine Wιc lung bremst und die andere Wicklung treibt an, was im Normalfall widersinnig wäre. Die kmetiscne Energie geht dann m den Verlustwiderstanden der Wicklungen des Scheibenlaufermotors und m den Schaltern (Halbleiter-Schaltelemente wie IGBT) als Warme verloren. Nat rlich bedürfen die so erwärmten Elemente einer entsprechenden Abkuhlungspause, bis mr Betrieo wieder aufgenommen werden darf. Beispielsweise handelt es s cn bei solcnen Spezialfall um Situationen, wo bei einem L ft wahrend der Fahrt der Strom ausfallt und die Erfindung ermöglicht, die Fahrt trotzdem bis zum nächsten Stockwerk abbremsend fortzusetzen, oder Situationen, wo ein Fordercand bei Strom¬ ausfall sanft oder abrupt zu stoppen ist, oder ein Elektromo- oil nach Durchbrennen der Batteriesicherung oder Abschalten des Hauptschalters immer noch abbremsbar sein soll, wobei die Notspeisung des Anti-Blockier-Systems dessen Wirksamkeit auf¬ rechterhalt, oder noch Situationen, wo bei einem Windkraft¬ werk beim Aufkommen einer Boe eiektnscne Energie als Warme aufzuorauchen ist, damit der Rotor nicht auf unzulässig none Drenzanlen beschleunigt wird. Bei einer Betriebsart zur Er¬ reichung klemstmoglicher Ruckwirkungen auf aas Wechselstrom-

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netz (klemstmögliche Abweichungen bzw. Verzerrungen von Spannung, Wellenform, Frequenz, Phase usw.) kann die Steue¬ rung der Schalter so erfolgen, dass Wickiungsteiie als Spei¬ cherdrossel wirken, um Stromspitzen aufzunehmen oder zu iie- fern, die somit nicht vom Wechselstromnetz aufgenommen oder geliefert werden. In Kauf genommen wird dabei, dass in den Verlustwiderständen der Wicklungen des Scheibenläufermotors und in den Schaltern (Halbleiter-Schaltelemente wie IGBT) Energie als Wärme verlorengeht. Bei dieser Betriebsart rea- giert die erfindungsgemässe Vorrichtung auf Spannungsabwei- chungen nicht möglichst schnell, der Scheibenlaufermotor ver¬ hält sich wie hochohmig mit dem Netz verbunden. Folglich tre¬ ten auch bei plötzlichen Schwankungen der Spannung und/oder der Frequenz keine hohen Ströme auf. Beim Inselbetrieb mit Zusammenschluss mehrerer Kleinkraftwerke ist das Einkoppeln der erfindungsgemässen Vorrichtung mit als Generator wirken¬ dem Scheibenläufermotor leicht zu bewerkstelligen, die Netz¬ zuleitung braucht keine Uberstromwerte zu bewältigen und kann entsprechend knapp ausgelegt werden, in Kauf genommen wird dabei, dass der Betrieb nicht mit dem bestmöglichen Wirkungs¬ grad erfolgt, es treten entsprechende Energieverluste und Er¬ wärmung auf.

Bei einer Betriebsart zur Erreichung bestmöglicher Qua¬ lität des Wechselstromnetzes in bezug auf Abweichungen bzw. Verzerrungen von Spannung, Wellenform, Frequenz, Phase usw. wird die erfindungsgemässe Vorrichtung "hart" an das Wechsel¬ stromnetz angeschlossen, d.h. jeder Abweichung bzw. Verzer¬ rung wird möglichst schnell entgegengewirkt. Wenn beispiels¬ weise ein Verbraucher eine induktive Blindlast erzeugt, gleicht die erfindungsgemässe Vorrichtung die entsprechenden

Abweichungen bzw. Verzerrungen innerhalb ihrer (naturgemäss begrenzten) Möglichkeiten aus. Dieser Ausgleich führt zu me¬ chanischen Abweichungen bzw. Verzerrungen von Drehmoment und Drehgeschwindigkeit und erzeugt entsprechende Kräfte, die sich auf den Ständer des Scheibenläufermotors übertragen und von seinem Gehäuse aufzunehmen sind. In Kauf genommen wird

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dabei, dass Kommandos einer Rundsteuerung im Netz zu erkennen und vor der Wirkung der erfindungsgemässen Vorrichtung zu schützen sind, da die erfindungsgemässe Vorrichtung sonst die Kommandos der Runastεuerung als Störungen erkennen und best- möglich beseitigen würde. Wahlweise kann die den Störungen entsprechende elektrische Energie über Stromleiter eines Hilfsnetzes mit einer Batterie gepuffert werden, und zwar bei kleineren Leistungen beinahe bis zum Stillstand des Läufers des Scheibenläufermotors. In diesem Zusammenhang ist die Tat- sache, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung erlaubt, kleine Häuserblock-Heizungen mit der Möglichkeit zu versehen, als Kleinkraftwerke zu wirken und somit bei Stromausfall als Not¬ stromaggregat zu dienen, von besonderem Interesse: wenn sei¬ che Kleinkraftwerke in genügender Anzahl im Verbund zusammen- geschaltet sind, wird auch eine Notstromversorgung von ganzen Leitungsabschnitten über eine gewisse Zeit möglich. Ebenfalls ergibt sich, dass durch die Verminderung der Bildleistung im Netz auch die Verluste in den Leitungen vermindert werden, was an abgelegen Orten mit schwachen Zuleitungen die Stabili- tat der Netzspannung verbessert.

Ein Normalbetrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung ist im Kompromiss zwischen den vorangehend erwähnten, zum Teil gegensätzlichen Funktionen und Eigenschaften zu erblicken. Nachstehend werden Ausbildungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zei¬ gen:

Fig. 1 ein elektrisches Blockschema eines Ausbildungs¬ beispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung, und

Fig. 2 ein elektrisches Blockschema eines weiteren Aus¬ bildungsbeispiels der erfindungsgemässen Vor¬ richtung.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist mit dem Block 101 ein bür- stenioser, elektronisch kommutierter Scheibenlaufermotor '(aauuf

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Engnscn "parιcaκe motor' ⁿ scnematiscn pezeicr.net. Wie oere zs erwähnt, ist ein solcher Scheibenlaufermotor an s cn oexannt, w e aucn dessen Ausgestaltung mit am Laufer angeordneten Per¬ manentmagneten unα am Stander angeordneten eisenlosen ^' » c..- lungen. Aus diesem Grund oraucht dieser Scheioeni ufermotor r.ier nicht naher peschrieoen zu werden. In der Ausoildung nacn Fig. 1 ist dieser Scheibenlaufermotor 101 orεipπasig ausgeoildet und mit drei Wicklungen versenen, die scnematiscn αargestellt unα mit 102 Dezeichnet smα. Die einzelnen Wιc - lungen 102 sind mit je einem zugeorαneten Paar von Klemmen ver-sehen, die mit 112 und 122 bezeichnet sind.

Es ist zu verstehen, dass die dreiphasige AusDildung des Scneioenlaufermotor 101 mit drei Phasen U, V, W als Beispiel σεgεoεn wiro, denn der Scneioenlaufermotor 101 kann m t jeoer nεiiebigen und zwecκmassιgen Anzahl Phasen versenen sein.

Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein dreiphasiges Wecnseistromnetz 103 mit einer Frequenz von 50 Hz scnematiscn durch drei Phasenleiter 104 und einen Sternpunktleitεr 105 dargestellt. Aucn hier ist zu verstehen, dass die dreiphasige Ausbil¬ dung des Wechselstromnetzes mit drei Phasen R, S, T und einem Sternpunktleiter N bei der Frequenz von 50 Hz als Beispiel gegepen wird, denn das Wecnseistromnetz kann mit :eαer oelie- oigen und zwecκmassιgen Anzahl Phasen versenen sein und oei j der oelieoigen und zwecjmassigen Frequenz, oeispieisweise auch bei 400 Hz, betrieben werden.

Zudem besteht bei dem hier beschriebenen Auspilcungspei- spiεl der Erfindung kein Zusammenhang zwischen der Anzahl Pnasen des Scheibenläufermotors 101 und der Anzahl Phasen des Wecnselstromnetzes 103.

Jede Klemme 112 und 122 jeder Wicklung 102 ist αoer ei¬ nen zugeordneten steuerbaren Schalter 114, 124, 134 mit jede der Phasenleiter 104 des Wechselstromnetzes 103 sowie mit dem Sternpun tleiter 105 veromdbar. Zudem sind die neiden Kle - mεn 112 und 122 jeder Wicklung 102 uoer einen zusätzlichen zuαeorαneten steuerßaren Schalter 115 miteinander vercmαcar.

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Bezugnehmend auf Fig. 2 ist cann cer purstenlose, eleκtrc- niscn kommutiεrte Scheibenlaufermotor mit αem Block 201 scne¬ matiscn bezeichnet. Zur besseren Veranscnaulicnung αer Erfin¬ dung curch ein anderes Auspiidungsneispiel ist αieser Ξcnεi- oenlaufεrmctcr 201 hier zweipnasig mit zwei Phasen U, V aus- geoildet und mit zwei Wicklungen versehen, die scnematiscn dargestellt und mit 202 bezeichnet sind. Die einzelnen Wick¬ lungen 202 sind mit je einem zugeordneten Paar von Klemmen versehen, die mit 212 und 222 bezeichnεt sind. Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 2 ist ein dreiphasiges Wec selstromnetz 203 mit einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz oder 400 Hz schematisch durch drei Phasenleiter 204 onne Sternpunktleiter dargestellt.

Damit wird klargestellt, dass aucn oei αem nier oe- scnrieoenen Ausbildungsoeispiel αer Erfindung kein Zusammen¬ hang zwiscnen der Anzahl Phasen des Scheibεnlauf rmotcr 201 und der Anzahl Phasen des Wechselstromnetzes 203 besteht.

Jede Klemme 212 und 222 jeder Wicklung 202 ist über ei¬ nen zugeordneten steuerbaren Schalter 214, 224 mit jedem der Phasenlεiter 204 des Wechselstromnetzes 203 verbindbar. Zudem sind die beiden Klemmen 212 und 222 jeder Wicklung 202 über einen zusätzlichen zugeordneten steuerbaren Schalter 215 mit¬ einander verbindbar. Die Schalter 214, 215, 224 sind Teil ei¬ ner gesamten Schaltergruppe 216, sie werden edocn einzeln von einer Einrichtung 217 gesteuert, die im wesentlichen aus einem Mikroprozessor besteht oder zumindest einen Mikropro¬ zessor umfasst.

In einer Gruppe 240 von Messeinrichtungen sind Messwert- gεbεr 241, 242, 243 für die Spannung zwischen den beiden Klemmεn 212, 222 der jeweiligen Klemmenpaare und für den

Strom der jeweiligen Wicklung vorgesehen. Diese Messwertgeoer werden der Einrichtung 217 auf solche Weise angesteuert, dass eine periodisch wiederholte Abtastung der betreffenden Span¬ nungen und Strome erfolgt. Die Frequenz diεsεr Abtastung st, wiε bεreits dargelegt, wesentlich grosser als die Freσuenz αes Wechselstromnetzes und liegt bei einem Wechselstromnetz

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von 50 Hz (oεispiεisweise Peim inαustriestrcnw coer 400 Hz (beispielsweise bei Flugzeugen) typisch zwischen 20 kHz ur.α 100 kHz.

Ebenfalls m der von der Einrichtung 217 periodisch an- gesteuerten Gruppe 240 von Messeinrichtungen sind Messwertge¬ ber 244 für die Spannung an den Phasenleitern 204 gegεnubεr einem anderen Phasenleiter 204 des Wechselstromnεtzεs 203 oder gegenüber einem (nicht eingezεichnεten) Sternpunktlε tεr vorgesehen. Die Einrichtung 217 umfasst nebst dem erwähnten Mikro¬ prozessor auch noch Einrichtungen, welche erlauben, die abge¬ tasteten momentanen Spannungen bzw. Strome untereinander und/oder mit entsprechenden Schwellenwεrten zu vergleichen und die erwähnten Schalter n Abhängigkeit von dεm momentaner. Resultat dieser Vergleichε zu steuern. Naturlich ist zu ver¬ stehen, dass diese Vergleicheinrichtungen und Steuereinrich¬ tungen oder Teile davon auch im Mikroprozessor ausgebildet sein können bzw. dass deren Funktion durch den Mikroprozessor ausgeübt werden kann. Die im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Schalter 114, 115, 124, 134 sind Teil einer gesamten Schaltergruppe 116 und werden ebenfalls von einer Einrichtung der beschriebenen Art einzeln gesteuεrt: in Fig. 1 ist diese Einrichtung jedoch zur Vereinfachung der Darstellung nicht eingezeichnet. Zudem εir.α m dem m Fig. 1 dargestellten Ausbildungsbeispiel ebenfalls Messeinrichtungen bzw. Messwertgeber der gleichen Art wie bεi dem m Fig. 2 dargestellten Ausbildungsbeispiel vorgesehen, auch diese Messeinrichtungen bzw. Messwertgeber sind edoch zur Vereinfachung der Darstellung in Fig. 1 nicht eingezeich- net.

Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausbildungsbei- spielen der Erfindung nach den Figuren 1 und 2 besteht dann, dass im Ausbildungsbeispiel nach Fig. 2 ein Hilfsnetz 250 m t Stromleitern 251 vorgesehen ist. Jede Klemme 212 und 222 je- der Wicklung 202 ist über einen zugeordneten steuerbaren Schalter 254 mit jedem der Stromleiter 251 des Hilfsnetzes

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250 verbindbar. Auch die Schalter 251 sind Te l εr gesamter. Schaltergruppe 216, und auch sie werden einzeln von der be¬ reits erwähnten Einrichtung 217 gesteuert.

Im Ausbildungsbeispiel nach Fig. 2 umfasst das Hilfsnetz 5 250 zwei Stromleiter 251, die mit je einer Klemme 252 eines Speichers 253 für elektrische Energie verbunden sind. Im Aus¬ bildungsbeispiel nach Fig. 2 ist dieser Speicher 253 für elektrische Energie als Kondensator 255 ausgebildεt, so dass die beiden Stromleiter 251 des Hilfsnetzes 250 schaltungsmäs- 0 sig über diesen Kondensator 255 miteinander verbunden sind. Es ist.jedoch zu verstehen, dass der Speicher 253 für elek¬ trische Energie auch auf andere Weise ausgebildet sein kann, beispielsweise als Akkumulator.

Ebenfalls in der von der Einrichtung 217 periodisch an- 5 gesteuerten Gruppe 240 von Messeinrichtungen sind Messwertσe ber 264 für die Spannung und gegebenenfalls den Strom an den Stromleitern 251 des Hilfsnetzes 250 gegenüber einem anderen Phasenleiter 251 des Hilfsnetzes 250 oder gegenüber einem (nicht eingezeichneten) Sternpunktleiter des Hilfsnetzes 250 0 vorgesehen.

Zur Erleichterung der Übersicht über die nun folgende 3eschrεibung des Verfahrens zum Betrieb der im vorangehenden beschriebenen Vorrichtung wird darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäss Vorrichtung generεll auf solche Weise be- 5 trieben wird, dass zu entsprechenden Zeiten, wo es die momen tan herrschenden Zustände der verschiedenen Spannungen und Ströme erlauben, a) Energie dem Nεtz entnommen und im Elektromotor gespeicher wird, oder 0 b) Energie dεm Elektromotor entnommεn und in das Netz einge¬ speist wird, oder c) zwischen dem Elektromotor und dem Netz keine Energie fliesst, wobei gegebenenfalls 5 d) Energie dem Elektromotor entnommen und in dem an das

Hilfsnetz angeschlossenen Energiespeicher eingespeist

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wird, oder e) Energie dem an das Hilfsnetz angeschlossenen Energiεspe - cher entnommen und in den Elektromotor zurückgespeichert wird, oder f) zwischen dem Elektromotor und dem an das Hiifsr.etz ange¬ schlossenen Energiεspεicher keine Energie fliesst. Zu diesεm Zweck erfolgt mit der bεrεits εrwähntεn Wiεderho- iungsfrequenz und mittels der bereits erwähntεn Messeinrich¬ tungen: • eine periodischε Abtastung der momentanen Spannung an den-Phasεnlεitεrn des wechselstromnetzes gegenübεr dεm Stern¬ punktleiter oder einem anderen Phasenleiter mit anschliessen- der Ermittlung der Phasenleiter, deren momentane Spannung den absolut grössten momentanen positiven bzw. negativen Wert aufweist;

• einε pεriodische Abtastung der momentanen Spannung an jeder Wicklung zwischen den entsprechenden beiden Kiemmεn mit anschliεssender Ermittlung der momentan positiven bzw. nega¬ tiven Klemme des Klemmenpaares; und • eine periodischε Abtastung des momentanen Stromes in jeder Wicklung mit anschliessendem Vergleich des Absolutwerts dieses momentanen Stromes mit einem Schwellenwert.

Der vorstehend erwähnte Schwellenwert für den Strom in jeder Wicklung entspricht im wesεntlichen dem Nennwert, wel- eher dεr Bauart dεs Elεktromotors entspricht und vom Motoren- hεrstellern angegeben wird. Abweichend davon kann der εrwähn- tε Schwellenwert auch auf einen höherεn Wert gesetzt werden, beispiεlswεisε bis zum maximal zulässigεn Strom, wεlcher der Bauart dεs Elektromotors entspricht. Solch ein hoher Schwel- lεnwert kann beispielsweise dann verwendet werdεn, wenn der Mikroprozessor so programmiert wird, dass εr den entsprechεn- dεn Strom nur kurzzεitig durch die Wicklungen des Elektromo¬ tors fiiessen lässt und eine hinreichende Abkühlung des Elek¬ tromotors gewährleistet ist. Es ist dabei zu verstehen, dass in bezug auf die peri¬ odischε Abtastung der momentanen Spannung an jeder Wicklung

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zwischen den entsprecnεnαen oeiαen Klemmen entweder e ne tat¬ sächliche Messung erfolgen Kann, oder es Kennen αie cεtref- fenden Spannungswerte vom Mikroprozessor oeispielsweise auf¬ grund von Angapen eines Wmkelkooierers für die momentane Fc- s tion, Drenzanl und Drenpescnleunigung αes Läufers m Elek¬ tromotor und von eingegebenen Tabellen von momentan möglichen Zustanoswerten des Elektromotors errechnet weroen. Diεsε zwεitgεnanntε Moglichkεit ist viεl weniger aufwendig als die erste, dennoen genügt siε zur Losung αer Aufgaße der Erfir.- düng.

- Aufgrund der Ergebnisse der vorstehend angegeoenen Abta¬ stungen, Ermittlungen und Vergleiche ist αie vorstehend oe- senneoene Einrichtung (Einrichtung 217 be αem m Fig. 2 αargestellten AusoildungsDeispiel) programmiert, um fcigenαe Verfahrensscnritte auszufuhren unα Ξntscnεidungεn zu treffen:

• Wenn αεr Absolutwert des momentanen Stromes n einer Wιcκ- lung kleiner wird als der Schwellenwert, Betätigung der Schalter zum Untεrbrεchen bestεhεnder Veroindungεn dεr bεidεn Klemmen der entsprεchenden Wicklung und zum Er- stellen einer Verbindung der momentan positiven Klemme mit dem Phasεnlεitεr, der den absolut grosstεn momenta¬ nen positivεn Spannungswεrt aufweist, und der momentan negativεn Klε mε mit dεm Phasenleitεr, dεr den aυsoiut grossten momεntanen negativen Spannungswert aufweist; und

• Wenn der Absolutwert des momentanen Stromes m einer WICK- lung gleich oder grosser wird als der Schwellenwεrt, Be¬ tätigung der Schalter zum Unterbrεchen oestenenαer Ver¬ bindungen der beiden Kiemmεn dεr εntsprεcnεndεn Wicklun und zum Erstεllεn einer Verbindung dieser beidεn Klemme mit entsprεcnenden Klεmmεn einer Einrichtung zur Umwand lung von im Elektromotor m kinetischer Form gespeicher ter Energiε in eine andere Form von Energie. In einem ersten Ausbildungspeispiel der erwähnten Einrichtun zur Umwandlung von im Elektromotor m kinetischer Form ge- speichεrter Energie m eine anderε Form von Enεrgiε umfasst

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diεsε Umwandlungseinrichtung ganz einfach die Wicklung und einen Kurzschluss, d.h. die betreffenden Energieumwandiunσ wird durch Erstellen einer Verbindung zwischen den beiden Klemmen der entsprechendεn Wicklung über den im vorangehenden beschriebenen zusätzlichen Schalter herbeigeführt. Dadurch wird im Elektromotor mechanische Energie (im Zusammenhang mit der Drehung des Läufers) in elεktrischε Energie (im Zusammen¬ hang mit dem Strom durch die Wicklung) umgewandelt, wobei die kinetische Form erhaltεn blεibt. Obschon auch ohmsche Veriu- stε auftrεten, wirken sich diese beim erfindungsgemässen Ver¬ fahren.nicht wesentlich aus, so dass die irrεversible Umwand¬ lung von kinetischer Energie in Wärme nicht ins Gewicht fällt und darauf nicht weiter eingegangen wird. Der Strom durch die Wicklung beεinfiusst dann auf die vom Mikroprozessor veriang- te Weise die Drehung des Läufers des Elektromotors und somit den Strom durch die anderen Wicklungen des Elektromotors, was sich auf den Austausch von Energie zwischen dem Wechselstrom¬ netz und dem Elektromotor auswirkt.

Zum genau gleichεn Resultat führt, in einem anderεn Aus- bildungsbeispiel, eine Verbindung zwischen den beidεn Klεmmεn der entsprechεnden Wicklung nicht direkt miteinander über den zusätzlichen Schalter, sondern über jε einen Schalter mit ei¬ nem und demselben Phasenleiter des Wechselstromnetzes. Auch hier u fasst die erwähntε ümwandlungsεinrichtung ganz einfach die Wicklung und einen Kurzschluss.

Zu einem analogen Rεsultat führt, in einem noch anderen Ausbildungsbeispiel, eine Verbindung zwischen den beidεn Klemmen der entsprechenden Wicklung nicht direkt miteinandεr oder mit einem und demselben Phasenleiter des Wεchsεlstrcm- netzes, sondern über je einεn Schalter mit je einem Phasen¬ leiter des Wechselstromnetzes. Dadurch wird Energie vom Elek¬ tromotor in das Wecnseistromnetz zurückgespεist, was ja εin Austausch von Enεrgiε zwischen dem Wechselstromnetz und dem Elektromotor darstellt. Die erwähnte Umwandlungseinrichtung umfasst hier im wesentlichen die Wicklung und den Genεratcr, dεr dεm Wechselstromnetz die elektrische Ξnerσie liefert. In

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αiesem Ausoildungsoeispiel ist die vorstenεno cescnnεpene Einrichtung (Einrichtung 217 oei dεm m Fig. 2 dargestel_ten Ausbildungspeispiel) vorzugsweise programmiert, m aufgrund der Ergeonisse der vorstehend angegeoεnεn Aotastungen, Er- mittlungen und /ergiεicr.e folgende Verfanrensscnntte auszu¬ fuhren und Entscneidungεn zu treffen:

• Bestimmung eines Absolutwerts oer momentanen Spannung zwi- scnen Paaren von Pnasenieitern des Wechselstromnetzes;

• Ermittlung eines Paares von Pnasenieitern oes Wecnseistrom- netzes, dem ein kleinster Absolutwert dεr momεntanen

_ Spannung entspricht;

• Veroindung je einer der beiden Klemmen mit je einem Phasen¬ leiter des so ermittelten Paares, und dies vorzugsv-.eιsε durch Veroindung dεr momεntan positiven Klemme m t αem momentan positiven Phasεnleiter und der momentan negati¬ ven Kle ε mit dem momentan negativεn Phasenleiter. Bei dem m Fig. 2 oargestεlltεn Ausoildungspεispiεl, m dem ein Hilfsnetz vorgesεnεn ist, ist diε vorstεheno beschnεoene Einrichtung 217 programmiert, um aufgrund der Ξrgεonissε dεr vorstehend angegεbenen Abtastungen, Ermittlungen und Verglεi- cnε folgεnde weitεrε Verfahrensschritte auszufuhren und Ent- scneidungεn zu trεffεn:

• Abtastung dεr momentanen Spannung zwischen einem Paar von

Stromleitern des Hilfsnetzes und Vergleich eines Aoso- iutwerts dieser momentanen Spannung mit dem Abso_utwert der momentanen Spannung zwischen den oeidεn Klemmen ei¬ ner Wicklung;

• Wenn der Absolutwert des momentanen Stroms in einer WicKlun kleiner wird als oer Scnwellεnwert, • und wenn der Absolutwert der momentanen Spannung zwi schen den beidεn Klemmen der pεtrεffεndεn WicKlung glεich odεr grossεr wird als dεr Absolutwεrt dεr mo¬ mentanen Spannung zwischen dεn pεidεn entsprechenden Pnasenieitern des Wechselstromnetzes, Betätigung der Schaltεr zum Unterbrechen Deste¬ hender Vernindungen oεr bεidεn Klεmmen der oε-

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treffεndεn Wicklung und zum Ersteller. einer Ver¬ bindung der momentan positiven bzw. negativen Klemmε dεr entsprechenden Wicklung m t dem ent¬ sprechenden positiven bzw. negativen Stromleiter des Hilfsnεtzes,

• und wenn hingegen der Absolutwert der momentanεn Spa¬ nnung zwischen den beiden Klemmen der betreffenden Wicklung kleinεr wird als der Absolutwert der momen¬ tanen Spannung zwischen dεn bεiden entsprechendεn Phasεnleitern dεs Wεchselstromnetzεs,

Bεtätigung der Schalter zum Unterbrechen beste- hεndεr Vεrbindungεn dεr bεidεn Klemmen der be- treffendεn Wicklung und zum Erstellen einer Ver¬ bindung der momentan positiven Klemme der netref- fendεn Wicklung mit dem Phasenleiter, der den ab¬ solut grössten momentanen positiven Spannungswert aufweist, und εinεr Verbindung der momentan nega¬ tiven Klemmε der betrεffenden Wicklung mit dem Phasenleiter, der dεn absolut grösstεn momεntanen negativεn Spannungswεrt aufweist;

• Wεnn dεr Absolutwert des momentanεn Stroms in εinεr Wicklung gleich oder grössεr wird als dεr Schwεllεnwert,

• und wenn die abgetastete momentane Spannung zwischen den beiden Kiemmεn der betrεffenden Wicklung mit kleinεr wird als diε abgetastete momentanεn Spannung zwischεn den beiden entsprechenden Stromleitern des Hilfsnetzes,

Betätigung der Schalter zum Unterbrεchen bestε- hender Vεrbindungen der beiden Kiemmεn dεr bε- trεffenden Wicklung mit und zum Erstellεn εiner

Verbindung dεr momentan positiven bzw. negativen Klemme der betreffenden Wicklung mit dem entspre¬ chendεn positivεn bzw. negativen Stromleitεr des Hilfsnetzes, • und wenn hingegen die abgetastete momentanε Spannung zwischεn dεn bεiden Klεmmεn dεr bεtrεffenden Wicklung

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- I S -

mit glεich oder grossεr wird als die apgetaεtete mentan n Spannung zwischen αen oeiden entsprechenden Stromleitern des Hilfsnetzes,

Betätigung der Scnalter zum Unterprecnen eestε- nender Verbindungen der beiden Klemmen αer oe- treffenden Wicklung mit unα zum Erstellen einer Verbindung dieser beiden Klemmen mit αen entspre¬ chenden Klemmen der gεnanntεn Einrichtung zur Um¬ wandlung von Enεrgie. Hier umfasst die Umwandlungseinrichtung im wesentlichen die Wicklung und das Hilfsnetz mit dem daran angeschlossenen Speicher für elektrische Energie, der wie bereits beschneoen e n Kondensator oder ein Akkumulator sein Kann. In diesem Auspildungspeispiel ist die vorstehend beschriebene Emπch- tung 217 vorzugsweise programmiert, um aufgrund der Ergebnis¬ se der vorstehend angegebenεn Abtastungen, Ermittlungen und Vergleiche die Energieumwandlung durch Erstellen einer Ver¬ bindung der momεntan positiven Klemmε dεr Wicklung mit dεm momεntan negativen Stromleitεr des Hilfsnetzes und der momen- tan nεgativen Klemme der Wicklung mit dem momentan positiven Stromleiter des Hilfsnεtzεs herbeizuführen.

Dem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung wird erkennbar sein, dass m Rahmen der Erfindung manche nderungen der Ver- anrensscnntte sowie zusätzliche Verfahrensschritte unα wei- tere Massnahmen vorgesehen werden können, ohne dabei die Leh¬ re der Erfindung zu verlassen.

So kann es zweckmässig sein, wenn der Speicher für elek¬ trische Energie ein Akkumulator ist, Massnahmen zu treffen, -um diesεn nicht zu überladen. Beispiεlsweise kann die Ladung des Akkumulators von den Mεsswεrtgebern 264 für Spannung und Strom an den Stromleitern 251 dεs Hilfsnetzes 250 und vom Mi¬ kroprozessor 217 überwacht und die Schaltεrgruppε 216 vom Mi¬ kroprozessor 217 so gesteuεrt wεrdεn, dass dεr Akkumulator nicht ubεrladεn wird. In diεsem Zusammenhang kann es zweck- massig sein, die Schaltergruppe 216 vom Mikroprozessor 217 so steuern zu lassen, dass keine elektrische Energie m das

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- 2 C -

Hilfsnetz 250 eingespeist wird, wenn der Absolutwert dεr mo¬ mentanen Spannung an den Stromleitern 251 des Hilfsnetzes 2: grösser wird als ein vorbestimmtεr oberεr Schwellenwert, unc keine elektrische Energie dem Hilfsnetz 250 entnommen wird, wenn dεr Absolutwert der momentanen Spannung an den Strcmie: tεrn 251 dεs Hilfsnεtzεs 250 klεinεr wird als ein vorbestirr-r ter unterer Schwellenwert.

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