Die Erfindung betrifft den Betrieb eines magnetischen Aktors für eine Übertragung und/oder Erzeugung von Drehmomenten, aufweisend eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, auf die die felderregten Kräfte eines magnetorheologischen Mediums in wenigstens einem Spalt einwirken.

Magnetorheologische Fluide, häufig MRF abgekürzt, sind

Flüssigkeiten, die vergleichbar Ferrofluiden auf ein

Magnetfeld reagieren, sich aber im Gegensatz zu diesen dabei verfestigen. Magnetorheologische Fluide sind Suspensionen von magnetischen Teilchen in der Größenordnung von Mikrometern, die bei einem angelegten Magnetfeld Ketten ausbilden. Dies erhöht die scheinbare Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeiten bis hin zu einer Verfestigung.

Diese physikalischen Eigenschaften der magnetorheologischen Fluiden erlaubt es, insbesondere Drehmomente über angelegte, magnetische Felder gleichsam einstellbar zu übertragen, wie es bspw. aus der US 7,240,485 B2 bekannt ist.

Werden jedoch die auf die magnetorheologischen Fluide

einwirkenden Druckkräfte zu groß, zerbrechen die in einem Magnetfeld gebildeten Ketten, so dass den übertragbaren

Kräften Grenzen gesetzt sind.

Die DE 10 2009 011096.8 schlägt einen magnetischen Aktor für eine Übertragung von Drehmomenten vor, bei dem über einen mit einem magnetorheologischen Medium gefüllten Spalt hinweg unter Einwirkung magnetischer Feldkräfte auch vergleichsweise große Drehmomente übertragen werden können, der in vorteilhafter Weise schleifringlos ausgebildet auch der

Erzeugung von Drehmomenten dienen kann und der darüber hinaus mechanisch einfach gestaltet ist. Bei dem dort erläuterten magnetischen Aktor ist vorgesehen, dass die Antriebswelle in einem Gehäuse in einem Flansch endet, dass auf dem Flansch wenigstens ein Zylinder

angeordnet ist und dass der Zylinder koaxial unter Ausbildung eines mit dem magnetorheologischen Medium gefüllten Spalts die Abtriebswelle übergreift.

Dieser Aktor lässt sich in vorteilhafter Weise als Motor für eine Drehmomenterzeugung durch ein Anlegen elektrischer

Felder verwenden, aber auch als drehmomentbelastbarer

Generator, so dass die hier durchgängig verwendeten

Bezeichnungen Antriebs- und Abtriebswelle hinsichtlich ihrer Funktion nach der ausgewählten Betriebsart zu vertauschen sind. Wird an einen Felderzeuger eines solchen Aktors ein Drehfeld angelegt, kann erreicht werden, dass ein Drehmoment sowohl an der Antriebs- als auch an der Abtriebswelle bereit gestellt werden kann. Für das Erzeugen eines anzulegenden elektromagnetischen

Feldes ist weiter vorgesehen, dass durch das Gehäuse ein in das Gehäuseinneren weisender, von der Antriebswelle

durchsetzter Kern ausgebildet wird, der in weiterer,

konstruktiver Ausgestaltung einen radial innen liegenden Felderzeuger trägt. Diese Maßnahmen erlauben die

schleifringlose Ausbildung der Vorrichtung, da der

Felderzeuger problemlos durch das Gehäuse der Vorrichtung elektrisch verschaltet werden kann. Wird dort ein radial innen liegender und ein gleichfalls gehäusefester, radial außen liegender Felderzeuger vorgesehen und ist ferner zwischen dem äußeren Felderzeuger und einem radial außen angeordneten Zylinder des Rotors der

Antriebswelle ein. mit dem magnetorheologisehen Medium

gefüllter Spalt vorgesehen, so können radial innen liegende Spalten beispielsweise für Kupplungszwecke und äußere Spalten für ein Abbremsen bei entsprechendem Anlegen magnetischer Felder genutzt werden.

Insbesondere für den Betrieb derartiger, aus der DE 10 2009 011 096.8 bekannten magnetischen Aktoren für eine Übertragung und/oder Erzeugung von Drehmomenten, aufweisend eine

Antriebswelle und eine Abtriebswelle, auf die die

felderregten Kräfte eines magnetorheologisehen Mediums in wenigstens einem Spalt zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle einwirken, wird gemäß des Anspruchs 1 nach der Erfindung vorgesehen, dass an wenigstens einem Felderzeuger ein m-phasiges Drehfeld angelegt ist und dass das Drehfeld einen steuerbaren Stroms aufweist, bspw. derart, dass dem

Drehfeld das Feld eines steuerbaren Stroms überlagert wird.

Diese Maßnahme erlaubt es, die in Rede stehenden magnetischen Aktoren in unterschiedlichsten Funktionsvarianten zu

betreiben, insbesondere aufweisend die Funktionen Bremse und Kupplung, Bremse und elektromotorischer Drehmomenterzeuger, Kupplung und elektromotorischer Drehmomenterzeuger sowie Bremse, Kupplung und elektromotorischer Drehmomenterzeuger, wobei jeweils die einzelnen Funktionen getrennt voneinander regelbar sein können. Dies gilt insbesondere dann, wenn ein radial innen liegender und ein radial außen liegender

Felderzeuger vorgesehen sind. Infolge des Verschiebens des m-phasigen Drehfeldes durch den steuerbaren Strom können die mit einem magnetorhelogischen Medium gefüllten Spalten gezielt in ihrem physikalischen Übertragungsverhalten gesteuert und damit die Funktionen gleichsam geschaltet werden .

Dieser steuerbare Strom kann konstant sein, insbesondere eine Gleichstromkomponente aufweisen, muss dies jedoch nicht. Es kann sich auch um einen Wechselstrom beliebiger Frequenz und Kurvenform handeln, der also zeitabhängig und/oder eine von der Stellung der Antriebswelle zu der Abtriebswelle und/oder von einer Last abhängige Komponente darstellen kann,

gegebenenfalls auch zusätzlich zu der Gleichstromkomponente aufgeprägt .

Für die Aufprägung des steuerbaren Stroms bieten sich zwei Möglichkeiten. Es kann vorgesehen sein, dass den m-Phasen des Drehfelds der steuerbare Strom unmittelbar aufgeprägt wird, beispielsweise wenn diese m-Phasen in einer Sternschaltung zusammengeschaltet sind und der steuerbare Strom auf diesen Sternpunkt aufgeschaltet ist . Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass durch den steuerbaren Strom wenigstens eine gesondert ausgebildete Wicklung eines Felderzeugers beaufschlagt wird. Hierbei wird zwar eine zusätzliche Wicklung in Kauf genommen, jedoch können durch diese Maßnahme das Drehfeld und der steuerbare Strom voneinander völlig unabhängig gehalten sein und ist der Einfluss des steuerbaren Stroms auf das Gesamtsystem

magnetischer Aktor unmittelbar erkennbar bzw. steuerbar.

Es wird dann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass eine gesondert ausgebildete Wicklung 2m Wicklungspakete aufweist und dass die Wicklungspakete räumlich unmittelbar aufeinander abfolgend angeordnet und gegenläufig in Reihe und/oder parallel verschaltet sind. Unabhängig von der räumlichen Ausbildung, radial gewickelte Wicklungspakete oder axial gewickelte Wicklungspakete, wird durch diese Maßnahme sichergestellt, dass die mit

magnetorheologischen Medien gefüllten Spalten über ihre axiale Länge gleichmäßig von einem auch radial weitgehend über die axiale Länge gleichbleibenden, magnetischen Feld des steuerbaren Stroms beeinflusst werden.

Ähnliches wird erreicht, wenn vorgesehen ist, dass durch das Drehfeld 2m Wicklungspakete beaufschlagt werden und dass die Wicklungspakete räumlich jeweils in einer Anordnung n-tes Wicklungspaket mit (n + m) -tem Wicklungspaket in Reihe und/oder parallel geschaltet sind. Sind die Wicklungspakete radial angeordnet , werden diese nacheinander mit der ersten bis zur letzten und dann erneut mit der ersten bis zur letzten Phase beaufschlagt. Erstrecken sich die

Wicklungspakete axial, liegen gleichphasig beaufschlagte Wicklungspakete in einem Querschnitt diametral gegenüber. Insbesondere radial sich erstreckende Wicklungspakete werden von einer Ansteuerschaltung derart angesteuert, dass ein statisches Feld erzeugt wird, beispielsweise das des

steuerbaren Stroms. Dabei kann die Ansteuerschaltung als ein 1-Q-Steller oder als ein 2-Q-Steller oder als ein 4-Q-Steller ausgebildet sein, durch die in einem Diagramm der an dem Wicklungspaket anliegende Spannung über dem in dem

Wicklungspaket fließenden Strom der mathematisch erste, der erste und der dritte sowie alle vier Quadranten gestellt werden können.

Ebenso ist bevorzugt, dass axial sich erstreckende

Wicklungspakete von einer Ansteuerschaltung derart

angesteuert werden, dass ein Drehfeld erzeugt wird. Solches ist vergleichbar mit herkömmlichen Elektromotoren und es kann weiter vorgesehen werden, dass die Ansteuerschaltung als ein Pulswechselrichter mit- m Zweigen oder als ein

Pulswechselrichter mit m+1 Zweigen oder durch m H-Brücken oder als ein Matrix-Umrichter ausgebildet ist. Bei einem Pulswechselrichter mit m Zweigen wird dann jedes der m Wicklungspakete beaufschlagt, die zu einem zentralen Stern zusammengeschaltet sind. Findet ein Pulswechselrichter mit m+1 Zweigen Verwendung, ist auf den m+lten Zweig der zentrale Stern aufgeschaltet .

Im Gegensatz zu einem Pulswechselrichter mit nur m Zweigen kann bei einem Pulswechselrichter mit m+1 Zweigen dem Betrieb des magnetischen Aktors auch der steuerbare Strom unmittelbar aufgeprägt werden. Dies ist auch bei den m H-Brücken sowie bei einem Matrix-Umrichter möglich.

Unabhängig von der Ausführung des Aktors kann weiter

vorgesehen werden, dass der durch Felder erzeugte magnetische Fluß durch ein eine magnetische Hysterese aufweisendes und/oder durch ein magnetisches und/oder durch ein magnetisch anisotropes Material eine Vorzugsrichtung erhält, bspw. kann ein Kern eines Felderzeugers aus einer eine Hysterese

aufweisenden ferromagnetischen Legierung bestehen, wodurch ein Haltemoment auch ohne anliegendes elektrisches Feld, stromlos, erzeugt werden kann.

Auch anisotrope Magnetwerkstoffe oder magnetische Werkstoffe selbst können, geeignet eingesetzt und angeordnet, den magnetischen Fluss in einer Vorzugsrichtung leiten, womit der nutzbare Betrag der magnetischen Flussdichte bei gleicher Energiezufuhr zum Felderzeuger gesteigert wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der lediglich Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1: einen als Kupplung und Antrieb dienenden Aktor mit einem radial innen liegenden Felderzeuger in einem axialen Längsschnitt,

Fig. 2: einen als Kupplung und Antrieb dienenden Aktor mit einem radial außen liegenden Felderzeuger in einem axialen Längsschnitt, Fig. 3: einen als Kupplung und Antrieb dienenden Aktor mit zwei Felderzeugern,

Fig. 4: einen als Kupplung und Bremse dienenden Aktor mit zwei Felderzeugern,

Fig. 5: einen als Bremse und Antrieb dienenden Aktor mit zwei Felderzeugern,

Fig. 6: die Parallelschaltung eines innen liegenden

Felderzeugers,

Fig. 7: eine Parallelschaltung eines außen liegenden

Felderzeugers , Fig. 8: eine Reihenschaltung eines innen liegenden

Felderzeugers,

Fig. 9: eine Reihenschaltung eines außen liegenden

Felderzeugers ,

Fig. 10: einen ersten radialen Schnitt durch einen

Felderzeuger mit axialen Wicklungen,

Fig. 11: die Speisung der Wicklungspakete gemäß Figur 10 mit einem Drehfeld und einem steuerbaren Strom, Fig. 12: einen radialen Schnitt durch axial angeordnete

Wicklungspakete mit separaten Wicklungspaketen für den steuerbaren Strom,

Fig. 13: die Verschaltung der Wicklungspakete gemäß Figur

12,

Fig. 14: einen 1-Q-Steller,

Fig. 15: eine Darstellung der in den Schaltplänen

vereinfacht wiedergegebenen Schalter,

Fig. 16: einen 2-Q-Steller,

Fig. 17: einen 4-Q-Steller,

Fig. 18: einen Pulswechselrichter mit m Zweigen, Fig. 19: einen Pulswechselrichter mit m+1 Zweig,

Fig. 20: eine m H-Brücken aufweisende Ansteuerschaltung,

Fig. 21: einen Matrix-Umrichter,

Fig. 22: ein Modell der Ansteuerung einer Asynchronmaschine und

Fig. 23: eine Regelung einer Kupplungs-Motor-Kombination.

Fig. 1 zeigt in einem axialen Längsschnitt einen Aktor 1, der der Übertragung eines Drehmoments von einer Antriebswelle 2 auf eine Abtriebswelle 3 dient und der auch ein Drehmoment erzeugen, mithin die Funktionen „Kupplung" und „Antrieb" erfüllen kann. Die Antriebswelle 2 ist in einem Gehäuse 4 aus beispielsweise Aluminium drehbar in nur angedeuteten Lagern 5 , 6 gefangen und bildet innerhalb des Gehäuses 4 einen

Flansch 7 eines Rotors 8 aus. Auf diesen Flansch 7 ist ein Zylinder 9 aus einem Stahl, gegebenenfalls aus einem

anisotropen Material, aufgesetzt, der die Abtriebswelle 3 übergreift .

Auch die Abtriebswelle 3 ist in einer Durchbrechung in dem Gehäuse 4 in zwei angedeuteten Lagern 10,11 drehbar gefangen. Dabei durchsetzt die Abtriebswelle 3 einen von dem Gehäuse 4 ausgebildeten Kern 12, der radial außen liegend einen

Felderzeuger 13 trägt. In dem Gehäuseinneren, koaxial

innerhalb des Zylinders 9 des Rotors 8 der Antriebswelle 2, wird von der Abtriebswelle 3 ebenfalls ein Flansch 14 aus beispielsweise einem Aluminium ausgebildet, der einen

Zylinder 15 ebenfalls aus einem Stahl, ggfIs. aus einem anderen anisotropen Material, trägt.

Der Rotor 16 der Abtriebswelle 3 ist an dem dem Flansch 14 gegenüberliegenden Ende des Zylinders 15 gegenüber dem

Zylinder 9 des Rotors 8 der Antriebswelle 2 abgedichtet, wodurch ein zwischen den Zylindern 9,15 verbleibenden Spalt 18 mit einer Dichtung 19 abgeschlossen wird. Der Spalt 18 zwischen den Zylindern 9,15 wie auch der Raum 20 zwischen den Flanschen 7,15 ist mit einem

magnetorheologischen Medium gefüllt, vorzugsweise einem

Carbonyl-Eisenpulver eines Partikeldurchmessers von einigen Mikrometern in einer ölbasierten Trägerflüssigkeit .

Das den Fließwiderstand des magnetorheologischen Mediums verändernde und damit eine einstellbare Drehmomentübertragung zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3

ermöglichende, magnetische Feld, durch B angedeutet, wird durch den gehäusefesten Felderzeuger 13 generiert, der auf dem massiv ausgeführten oder geblechten Kern 12 angeordnet ist. Durch diese bauliche Maßnahme kann auf die Verwendung von Schleifringen für eine Energieversorgung des

Felderzeugers 13 verzichtet werden. Hierdurch wird die

Funktion „Kupplung" ermöglicht.

Bei dem magnetischen Aktor 1 gemäß Fig. 1 befindet sich das magnetorheologische Medium ausschließlich in dem Spalt 18 und dem Raum 20. Zwischen dem inneren Felderzeuger 13 und dem Zylinder 15 des Rotors 16 der Abtriebswelle 3 verbleibt ein Luftspalt 21 wie auch zwischen der Gehäuseinnenseite 22 und dem Zylinder 9 des Rotors 8 der Antriebswelle 2 ein Luftspalt 23 verbleibt. Dies ermöglicht die Funktion „Antrieb". Neben der regelbaren Drehmomentübertragung kann der Aktor 1 für eine Drehmomenterzeugung nach Art eines Elektromotors herangezogen werden. Hierzu ist durch den Felderzeuger 13 ein Drehfeld zu generieren, so dass an- wie abtriebsseitig ein Drehmoment zur Verfügung steht, wobei die Kupplungsfunktion erhalten bleibt. So kann gleichsam zuschaltbar das

antriebsseitige Drehmoment verstärkt abtriebsseitig

weitergegeben werden. Umgekehrt ist es durch einen

generatorischen Betrieb des Felderzeugers 13 möglich, ein Bremsmoment zu erzeugen.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aktors 25 mit einem' radial außen liegenden, gehäusefesten Felderzeuger 26. Durch Dichtungen 27,28 wird ein mit einem

magnetorheologisehen Medium gefüllter Ringspalt 29 zwischen einem Zylinder 30 an einer Antriebswelle 31 und einem koaxial angeordneten Zylinder 32 an einer Abtriebswelle 33 axial abgeschlossen. Auch wenn die Richtung des magnetischen

B-Feldes radial nach innen weist, kann diese Ausführungsform eines Aktors 25 für die Funktionen „Kupplung" und „Antrieb" herangezogen werden, da zwischen dem Felderzeuger 26 und dem Zylinder 32 der Abtriebswelle 33 der hierzu nötige Luftspalt 34 verbleibt.

Bei dem Ausführungsbeispiel eines Aktors 35 gemäß Fig. 3 für die Funktionen „Kupplung" und „Antrieb" wird die Effektivität der Drehmomentübertragung bzw. der Drehmomenterzeugung durch zwei Felderzeuger gesteigert, einen ersten, radial innen liegenden und gehäusefesten Felderzeuger 36 und einen

zweiten, radial außen liegenden und gehäusefesten

Felderzeuger 37. Zwischen dem äußeren Felderzeuger 37 und einem radial außenliegenden Zylinder 38 des Rotors 39 einer Antriebswelle 40 verbleibt ein freier Luftspalt 41. Bei gleicher Ausrichtung der magnetischen Felder B des inneren Felderzeugers 36 und des äußeren Felderzeugers 37 wird das magnetisch wirksame Feld über den mit einem

magnetorheologisehen Medium gefüllten Spalt 42 zwischen dem Zylinder 38 und dem Zylinder 43 eines Rotors 44 einer

Abtriebswelle 45 erheblich verstärkt, was eine Erhöhung des übertragbaren Drehmoments bedeutet . Es können die

magnetischen Felder B jedoch auch entgegengesetzt gerichtet sein und so die Wirkung insbesondere auf den mit dem

magnetorheologisehen Medium gefüllten Spalt 42 zumindest teilweise gegeneinander aufheben. Um den Funktionen „Bremsen" und „Kupplung" zu genügen, sind bei dem Aktor 46 gem. Fig. 4 zwei mit einem

magnetorheologisehen Medium gefüllte Spalte 47,48 vorgesehen, von denen der radial äußere Spalt 47 zwischen einem äußeren Felderzeuger 49 und einem Zylinder 50 eines Rotors 51 einer Antriebswelle 52 angeordnet ist und der als Arbeitsspalt für die Funktion „Bremsen" ausgelegt ist. Der radial innen liegende Spalt 48 zwischen dem Zylinder 50 und einem Zylinder 53 eines Rotors 54 einer Abtriebswelle 55 wird hingegen als Arbeitsspalt für die Funktion „Kupplung" herangezogen. Durch die beiden Felderzeuger 49,56 können durch eine entsprechende generierung der magnetischen B Felder die einzelnen Funktionen auch unabhängig voneinander dargestellt werden.

Sollen durch einen magnetischen Aktor 58 gem. Fig. 5 die Funktionen „Bremsen" und „Antrieb" dargestellt werden, bedarf es für die Funktion „Bremsen" eines mit einem

magnetorheologichen Mediums gefüllten Spalt 59 und für die Funktion „Antrieb" eines Luftspalts 60. Da es keiner Funktion „Kupplung" bedarf, können die Antriebs- und die Abtriebswelle zu einer gemeinsamen, durchgängigen Welle 61 zusammengefasst werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind ein innerer und ein äußerer Felderzeuger 62,63 vorgesehen, deren B-Felder gleich- oder entgegengesetzt Wirkung entfalten können. Die Figuren 6 bis 9 zeigen schematisch radial gewickelte Wicklungspakete. Sind dies einzelne Spulen, können die

Wicklungspakete 65,66; 67,68 einer Phase in

Parallelschaltungen sowohl bei einem innen liegenden

Felderzeuger gemäß Fig. 6 als auch einem außen liegenden Felderzeuger gemäß Fig. 7 unmittelbar in einer

Parallelschaltung betrieben werden, wobei durch die

abwechselnde Wicklungsrichtung der Wicklungspakete 66,67 bzw. 67,68 eine axial wechselnde Feldorientierung erreicht werden kann.

Die Figur 8 zeigt Wicklungspakete 69,70 bei einem innen liegenden Felderzeuger, Fig. 9 Wicklungspakete 71,72 bei einem außen liegenden Felderzeuger, bei denen jeweils ein durchgängiger Wicklungsdraht 73,74 axial eine wechselnde Wickelrichtung aufweist, so dass eine Reihenschaltung

entgegengesetzt orientierter Wicklungspakete 69,70 bzw. 71,72 entsteht.

Axial sich erstreckende Wicklungspakete und deren

VerSchaltung werden anhand der Figuren 10 bis 13 weiter erläutert, die für eine übliche 3-Phasenspannung ausgelegt sind und die sowohl für die Ausbildung eines inneren als auch eines äußeren Felderzeugers herangezogen werden können. Fig. 10 zeigt in einem Querschnitt sechs Wicklungspakete 76-81, entsprechend der doppelten Anzahl der hier

vorgegebenen Phasen. Wie Fig. 11 weiter zeigt, werden von jeder Phase zwei Wicklungspakete 76,79; 77,80; 78,81

gegenläufig beaufschlagt, die sich mit Bezug auf die

Querschnittsdarstellung gem. Fig. 10 diametral

gegenüber1iegen .

Die jeweils zwei Wicklungspakete 76,79; 77,80; 78,81 sind einseitig in einem Stern 82 zusammengeschaltet, dem

zusätzlich ein steuerbarer Strom i ₀ durch eine

AnsteuerSchaltung aufgezwungen wird.

Alternativ oder zusätzlich kann mit einem steuerbaren Strom i ₀ eine gesondert ausgebildete Wicklung 84 eines

Felderzeugers 85 beaufschlagt werden, vgl. Fig. 12 und Fig. 13.

Wie voranstehend beschrieben werden Wicklungspakete 86-91 räumlich unmittelbar aufeinanderabfolgend angeordnet und paarweise in einer Sternschaltung an einer Dreiphasenspannung betrieben. Einer Beaufschlagung dieser Dreiphasenspannung mit einem steuerbaren Strom i ₀ bedarf es jedoch nicht, sondern wird hier mit dem steuerbaren Strom i ₀ die aus sechs

Wicklungspaketen 93-98 bestehende, gesondert ausgebildete Wicklung 84 beaufschlagt. Diese Wicklungspakete 93-98 sind hier über den Umfang unmittelbar aufeinander abfolgend angeordnet und gegenläufig in Reihe geschaltet. Insbesondere radial verlaufende Wicklungen können für die Erzeugung eines statischen Feldes herangezogen werden, so auch für die Beaufschlagung mit einem steuerbaren Strom i ₀ . Fig. 14 zeigt eine Ansteuerschaltung insbesondere für solch radial verlaufende Wicklungen, ausgelegt als ein 1-Q-Steller

100, der das Stellen in dem mathematisch ersten Quadranten eines Diagramms U ₀ über i ₀ ermöglicht. Der Einfachheit halber ist hier und sind in den weiteren Darstellungen bevorzugte Schalterkonfigurationen gem. Fig. 15 lediglich als

Kombination aus Schalter T _x und Schutzdiode D _x dargestellt.

Die AnsteuerSchaltung gem. Fig. 16 zeigt einen 2-Q-Steller

101, der das Stellen in dem mathematisch ersten und dritten Quadranten U ₀ über i ₀ erlaubt, während der 4-Q-Steller 102 gem. Fig. 17 das Stellen in allen Quadranten in dem Diagramm U ₀ über i ₀ ermöglicht .

Die voranstehend erläuterten AnsteuerSchaltungen für die Erzeugung eines statischen Feldes, hervorgerufen durch den steuerbaren Strom i ₀ , können insbesondere in Verbindung mit einem Pulswechselrichter 103 mit hier drei Zweigen 104-106 für die Erzeugung eines dreiphasigen Drehfeldes Verendung finden, so dass es zu einer Überlagerung des Drehfeldes mit dem statischen Feld kommt.

Alternativ, gegebenenfalls auch in Kombination, ermöglicht es ein Pulswechselschalter 107 gem. Fig. 19 mit m+1 Zweigen, hier vier Zweigen 108-111, den steuerbaren Strom i ₀ den in einer Sternschaltung zusammengefassten Wicklungen 112-114 aufzuprägen, vgl. auch Fig. 11.

Gleiches ist mit einer der Anzahl der Phasen des Drehfeldes entsprechenden Anzahl von H-Brücken 116-118 gem. Fig. 20 möglich. Fig. 21 zeigt einen Matrix-Umrichter 120, dessen drei Zweige 121-123 an hier der Anzahl der Phasen entsprechend drei

Wicklungen 124-126 angelegt ein Drehfeld erzeugen, dem ein statisches Feld mit Ansteuerschaltungen gem. den Fig. 14,16 und 17 überlagert werden kann, oder, der wie in Fig. 21 dargestellt, über einen m+1 Zweig 127 verfügt, der auf die in einem Stern 128 zusammen geschalteten Wicklungen 124-126 aufgeschaltet ist.

Anhand der Fig. 22,23 wird die Ansteuerung eines eine

Kupplung-Motorfunktion aufweisenden Aktors weiter erläutert, wobei der mathematischen Beschreibung eine

Raumzeigerdarstellung zugrunde liegt, wie sie beispielsweise in Leonhard, W., Regelung elektrischer Antriebe, Springer Verlag 2000, erläutert wird.

Das Drehmoment des Motors ist proportional dem Produkt aus der Flussverkettung ψ _R und dem dazugehörigen, orthogonalen Statorstrom i _Sq und lässt sich in der gewählten

Raumzeigerdarstellung durch ausdrücken mit P der Pohlzahl, L _h der HauptInduktivität und L _R der Rotorinduktivität .

Als weitere Größen sind in den Fig. 22,23 wiedergegeben U _sa U _sb » U _sc als LeiterSpannungen des Motors, ω _FS als

Kreisgeschwindigkeit des Flusszeigers, ω^ als die

polpaarzahlabhängige Kreisgeschwindigkeit des Rotors und ω _FR als die Differenz der Kreisgeschwindigkeit des Rotors und des Flusszeigers . Das generierbare Kupplungsmoment T _c ist eine Funktion des Betrages der magnetischen Flussdichte unter Berücksichtigung der Geometrie des Scherspalts. Durch eine Erweiterung kann das Kupplungsmoment T _c durch den bereits in dem üblichen, linearen Modell einer Asynchronmaschine vorliegenden

Rotorfluss beschrieben werden. Somit lässt sich das

Kupplungsmoment T _c als nichtlineare Funktion darstellen, in Fig. 22 durch die strichpunktierte Umrahmung hervorgehoben.

Durch eine entsprechende Regelung des Rotorflusses kann aufgrund des voranstehend erläuterten Zusammenhangs mit dem Verhalten des Rotorflusses gemäß der Differenzialgleichung das gewünschte Kupplungsmoment T _c über den Statorstrom i _sd eingestellt werden. Gleichzeitig kann ein

arbeitspunktabhängiges, maximal mögliches motorisches Moment T _M über die Regelung des zu i _sd orthogonalen Statorstroms i _Sq unter Berücksichtigung des Rotorflusses ψ _E erfolgen.

Die entsprechenden Regelgrößen stellen in diesem Fall die beiden Solldrehmomente des Motors T _M ^* und der Kupplung T _c ^* dar, die durch den Strom i _Sq ^* und dem magnetischen Fluss

beschrieben werden:

Ψ* =N-*(Tc')

Dieses Regelungskonzept mit den beiden Drehmomenten T _M ^* und T _c ^* als Führungsgrößen ist in Fig. 23 wiedergegeben.