DE4111853A1

DE4111853A1 - DEVICE FOR LIMITING THE MAXIMUM SPEED OF AN ELECTRIC MOTOR

Info

Publication number: DE4111853A1
Application number: DE4111853A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Rosner
Original assignee: Intrasys GmbH Innovative Transportsysteme
Current assignee: Intrasys GmbH Innovative Transportsysteme
Priority date: 1991-04-11
Filing date: 1991-04-11
Publication date: 1992-10-15
Also published as: DE4111853C2

Abstract

The rev limiting device has an oscillation circuit (44, 46, 48) associated with the stator or rotor, containing an inductor and capacitor, with inductance and capacitance values which generate a force causing a decrease in the motor revs when the revs lie in a range above a given threshold value. The inductance of the oscillator circuit (44, 46, 48) is provided by a winding section of the motor energising winding (26, 28, 30), supplied with current to provide the varying magnetic field, wach oscillator circuit (44, 46, 48) pref. also containing an ohmic matching impedance (56, 58, 60). ADVANTAGE - Effective rev limitation e.g. for linear motor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung der Geschwindigkeit eines Elektromotors, wobei der Elektromo tor einen Stator und einen relativ zum Stator bewegbaren Läufer umfaßt, wobei eines der Teile, Stator oder Läufer, wenigstens eine über einen Versorgungsstromkreis mit Strom beschickbare, ein wanderndes Magnetfeld erzeugende Wick lung aufweist, und wobei das jeweils andere Teil, Stator oder Läufer, wenigstens einen ein konstantes Magnetfeld erzeugenden Magneten aufweist.The invention relates to a device for limiting the Speed of an electric motor, the electromo gate a stator and a movable relative to the stator Includes rotor, one of the parts, stator or rotor, at least one through a supply circuit with electricity loadable wick generating a wandering magnetic field lung, and wherein the other part, stator or rotor, at least one constant magnetic field generating magnet.

Bei herkömmlichen Elektromotoren ist die Geschwindigkeit des Läufers durch ein Kräftegleichgewicht der Antriebs kraft mit den dieser entgegengesetzten Kräften, wie beispielsweise Reibungskräften, bestimmt. Beim Auftreten von von außen auf den Läufer ausgeübten, zusätzlichen Antriebskräften, beispielsweise Hangabtriebskräften beim Durchfahren von Gefällstrecken, kann sich die Geschwin digkeit des Läufers erhöhen. Hierbei kann es geschehen, daß die für einen sicheren Betrieb des Elektromotors, d. h. beispielsweise für die sichere Fahrt einer Elektro-Loko motive, zulässige Höchstgeschwindigkeit überschritten wird. Bei herkömmlichen Elektromotoren muß, um die zuläs sige Höchstgeschwindigkeit nicht zu überschreiten, vom Bedienungspersonal, beispielsweise dem Fahrer der Lokomo tive, ein Bremsvorgang eingeleitet werden, beispielsweise durch zusätzlichen Reibungskraftschluß oder durch elek trische Bremsung.With conventional electric motors, the speed is of the rotor due to a balance of forces in the drive force with the opposing forces like for example, frictional forces. When it occurs from the outside of the runner, additional Driving forces, for example downhill forces at Driving downhill, the speed can increase the runner's ability. Here it can happen that the for a safe operation of the electric motor, d. H. for example for the safe driving of an electric locomotive motive, permissible maximum speed exceeded becomes. In conventional electric motors, the permissible not to exceed the maximum speed from Operating personnel, for example the driver of the Lokomo tive, a braking process can be initiated, for example by additional frictional engagement or by elec trical braking.

Die Aufgabe der Erfindung liegt demgegenüber darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher eine selbsttätige Begrenzung der Geschwindig keit eines Elektromotors gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung wenigstens einen an einem der Teile, Stator oder Läufer, angeordneten, durch das Magnetfeld des jeweils anderen Teils erregbaren Schwingkreis mit wenigstens einer Induk tivität und wenigstens einer Kapazität umfaßt, wobei die Induktivität und die Kapazität der Schwingkreise derart bemessen sind, daß sie in einem Geschwindigkeitsbereich oberhalb eines vorbestimmten Grenzwerts der Geschwindig keit eine die beschleunigenden Kräfte übersteigende, mit wachsender Geschwindigkeit zunehmende Kraft erzeugen. Der an dem einen Teil des Elektromotors angeordnete Schwingkreis kann in Folge der Relativbewegung der beiden Teile des Elektromotors durch das Magnetfeld des jeweils anderen Teils zu erzwungenen Schwingungen angeregt werden. Die Erregungsfrequenz ist hierbei proportional zu der Geschwindigkeit, mit welcher sich das erregende Magnetfeld relativ zum Schwingkreis bewegt. Die Energie, die von dem Schwingkreis infolge der Erregung aufgenommen wird, ist dann sehr klein, wenn die Erregungsfrequenz sich wesent lich von der durch die Induktivität und die Kapazität des Schwingkreises bestimmten Resonanzfrequenz des Schwingkreises unterscheidet. Mit zunehmender Anhäherung der Erregungsfrequenz an die Resonanzfrequenz nimmt auch die vom Schwingkreis aufgenommene Energie immer mehr zu und erreicht dann ihr Maximum, wenn die Erregungsfrequenz genau gleich der Resonanzfrequenz des Schwingkreises ist. Erfindungsgemaß kann nunmehr die Resonanzfrequenz des Schwingkreises derart bemessen werden, daß dem Elektromo tor oberhalb seiner vorbestimmten Geschwindigkeit mehr Energie entzogen wird, als ihm in Form von elektrischer Antriebsenergie und z. B. Hangabtrieb zugeführt wird. Falls die zusätzlichen Antriebskräfte, insbesondere Hangab triebskräfte, die entgegengesetzten Kräfte, insbesondere Reibungskräfte, noch übersteigen, kann sich die Geschwin digkeit zwar über die vorbestimmte Geschwindigkeit erhö hen, jedoch wird mit steigender Geschwindigkeit durch den Schwingkreis dem Elektromotor zunehmend mehr Energie entzogen, so daß der Elektromotor eine von ihm nicht überschreitbare Höchstgeschwindigkeit erreicht. Das Vorsehen eines derartigen Schwingkreises führt somit zur automatischen Begrenzung seiner Höchstgeschwindigkeit.In contrast, the object of the invention is a To provide a device of the type mentioned at the outset, where an automatic limitation of the speed speed of an electric motor is guaranteed. This task is achieved in that the device at least one on one of the parts, stator or rotor, arranged by each other's magnetic field Partially excitable resonant circuit with at least one inductor activity and at least one capacity, the Inductance and the capacitance of the resonant circuits like this are dimensioned to be in a speed range above a predetermined limit of the speed with a speed that exceeds the accelerating forces generate increasing force with increasing speed. The arranged on one part of the electric motor The resonant circuit can result from the relative movement of the two Parts of the electric motor by the magnetic field of each other part to be excited to forced vibrations. The excitation frequency is proportional to that Speed at which the exciting magnetic field moved relative to the resonant circuit. The energy from that Resonant circuit is recorded as a result of excitation then very small when the excitation frequency is significant Lich of the by the inductance and the capacitance of the The resonant frequency of the resonant circuit Oscillating circuit differs. With increasing rapprochement the excitation frequency also increases to the resonance frequency the energy absorbed by the resonant circuit is increasing and then reaches its maximum when the excitation frequency is exactly the same as the resonance frequency of the resonant circuit. According to the invention, the resonance frequency of the The resonant circuit should be dimensioned such that the electromo gate above its predetermined speed more Energy is deprived of as electrical Driving energy and z. B. Downhill power is supplied. If the additional driving forces, especially hangab driving forces, the opposite forces, in particular Frictional forces can still exceed the speed Increase speed above the predetermined speed hen, however, with increasing speed by the Resonant circuit the electric motor increasingly more energy withdrawn so that the electric motor is not one of it maximum speed exceeded. The Providing such a resonant circuit thus leads to automatic limitation of its maximum speed.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist wenig stens einer der Schwingkreise am gleichen Teil, Stator oder Läufer, angeordnet, wie die das wandernde Magnetfeld erzeugende Wicklung. Dieser Schwingkreise wird also von den das konstante Magnetfeld erzeugende Magneten des anderen Teils erregt. Hierdurch kann eine effektive Erregung des Schwingkreises gewährleistet werden. Darüber hinaus ist die gewünschte automatische Begrenzung der Geschwindigkeit auch dann gewährleistet, wenn der Versor gungsstromkreis für die das wandernde Magnetfeld erzeu genden Wicklungen ausfällt.In a first embodiment of the invention there is little at least one of the resonant circuits on the same part, stator or runners, arranged like the moving magnetic field generating winding. This resonant circuit is therefore from the magnet generating the constant magnetic field other part excited. This can be an effective Excitation of the resonant circuit can be guaranteed. About that In addition, the desired automatic limitation is Speed guaranteed even when the utility supply circuit for generating the wandering magnetic field failing windings.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Induktivität des Schwingkreises von einem Wicklungsabschnitt wenigstens einer der Wicklungen gebildet ist. Hierdurch kann auf den Einsatz einer geson derten Induktivität für den Schwingkreis verzichtet werden, was den Vorteil niedrigerer Fertigungskosten und geringeren zusätzlichen Einbauraums der erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsbegrenzungsvorrichtung hat. Es ist jedoch auch möglich, die Induktivität des Schwingkreises von den Induktivitäten der Wicklungen getrennt vorzusehen.In a preferred development of the invention provided that the inductance of the resonant circuit of a winding section of at least one of the windings is formed. This allows the use of a separate the inductance for the resonant circuit be what the benefit of lower manufacturing costs and less additional installation space of the invention Has speed limiting device. However, it is also possible the inductance of the resonant circuit from the Provide inductances of the windings separately.

Wenn der Wicklungsabschnitt die ganze Wicklung umfaßt, so kann hierdurch eine besonders effektive Erregung des Schwingkreises gewährleistet werden.If the winding section comprises the entire winding, then can thereby a particularly effective excitation of the Vibration circuit can be guaranteed.

Um die von dem Schwingkreis aufgenommene Energie effektiv wieder abführen zu können, ist vorgesehen, daß der Schwingkreis einen ohm′schen Anpaßwiderstand aufweist.To the energy absorbed by the resonant circuit effectively to be able to dissipate again, it is provided that the Resonant circuit has an ohmic matching resistor.

Um zu verhindern, daß sämtliche Schwingkreise dem Elek tromotor ständig einen gewissen, wenn auch geringen, Betrag an Antriebsenergie entzieht, kann vorgesehen sein, daß wenigstens einer der Schwingkreise über einen Schalter wahlweise zuschaltbar ist. Bevorzugt ist es jedoch, daß zumindest ein Großteil der Schwingkreise ständig zuge schaltet ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, daß die Geschwindigkeitsbegrenzungsvorrichtung zu jedem Zeitpunkt betriebsbereit ist.In order to prevent that all resonant circuits from the Elek trotor constantly a certain, albeit small, Withdrawing the amount of drive energy can be provided that at least one of the resonant circuits has a switch is optionally switchable. However, it is preferred that at least a large part of the resonant circuits are constantly drawn is switched. This can ensure that the Speed limiting device at all times is ready for operation.

Zur Erzeugung eines wandernden Magnetfelds sind aufwendige Steuerungsvorrichtungen notwendig, die zu ihrem Einbau entsprechend viel Einbauraum erfordern. Dieser Einbauraum kann einfacher am Stator als am Läufer vorgesehen werden. Es ist daher bevorzugt, daß die das wandernde Magnetfeld er zeugende Wicklung am Stator angeordnet ist und daß der das konstante Magnetfeld erzeugende Magnet am Läufer angeordnet ist.To generate a wandering magnetic field are complex Control devices necessary for their installation require a correspondingly large amount of installation space. This installation space can be provided more easily on the stator than on the rotor. It is therefore preferred that the traveling magnetic field it is arranged generating coil on the stator and that the the constant magnetic field generating magnet on the rotor is arranged.

Auf besonders einfache Weise kann ein konstantes Magnet feld unter Verwendung von Permanentmagneten erzeugt werden. Eine Anordnung dieser Permanentmagneten am Läufer hat darüber hinaus den Vorteil, daß keinerlei elektrische Leitungen zum Läufer hin- bzw. vom Läufer weggeführt werden müssen.In a particularly simple way, a constant magnet field generated using permanent magnets will. An arrangement of these permanent magnets on the rotor also has the advantage that no electrical Cables leading to the runner or away from the runner Need to become.

Eine besonders effektive Begrenzung der Geschwindigkeit kann erzielt werden, indem bei einem Drehstrom-Motor Wicklungen aller Phasen des Drehstroms mit Schwingkreisen versehen sind. Hierbei wird die dem Drehstrom-Motor entzogene Energie auf mehrere Schwingkreise verteilt, so daß die Belastungen der einzelnen Schwingkreise dement sprechend reduziert sind. Darüber hinaus kann hierdurch eine besonders gleichmäßige Krafteinwirkung auf den Läufer und somit im wesentlichen ruckfreies Abbremsen erreicht werden.A particularly effective limitation of speed can be achieved by using a three-phase motor Windings of all phases of the three-phase current with resonant circuits are provided. This is the three-phase motor deprived energy distributed over several resonant circuits, so that the loads on the individual resonant circuits are reduced are reduced speaking. In addition, this can a particularly even application of force to the runner and thus achieved essentially smooth braking will.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei rotierenden Motoren mit Vorteil als berührungsfreie und damit ver schleißfreie Bremsvorrichtung eingesetzt werden. Von besonderem Vorteil ist jedoch der Einsatz dieser Brems vorrichtung bei einem Linearmotor. Aufgrund des berührungsfreien Funktionsprinzips kann durch die erfindungsgemaße Vorrichtung eine Abbremsung auch bei berührungsfreigeführtem Läufer des Linearmotors erzielt werden, die auch dann wirkt, wenn eine Regelelektronik für die Fahrtgeschwindigkeit gestört ist. Bei Anordnung der Schwingkreise am Stator können diese in großer Zahl über die Statorlänge verteilt angeordnet werden, so daß die einzelnen Schwingkreise dementsprechend wenig Bremsenergie aufzunehmen haben und folglich kostengünstig aufgebaut sein können. Auch ist bei Ausfall eines Teils der Schwingkreise eine zuverlässige Abbremsung durch die verbleibenden Schwingkreise sichergestellt.The device according to the invention can be used in rotating Motors with advantage as non-contact and thus ver wear-free braking device can be used. From However, the use of this brake is a particular advantage device for a linear motor. Because of the non-contact functional principle can be achieved through the Device according to the invention also braking non-contact rotor of the linear motor that also works when control electronics for the speed of travel is disturbed. When ordering the Oscillating circuits on the stator can be used in large numbers the stator length can be arranged so that the Accordingly, individual braking circuits have little braking energy have to record and consequently set up inexpensively could be. Even if a part fails, the Resonant circuits a reliable braking by the remaining resonant circuits ensured.

Dadurch, daß bei einem Linear-Motor die Schwingkreise eine entlang der Bewegungsrichtung des Läufers örtlich variie rende Resonanzfrequenz aufweisen, können für verschiedene Wegstrecken verschiedene Grenzgeschwindigkeiten und damit zulässige Höchstgeschwindigkeiten festgelegt werden. So können beispielsweise vor und in Gefällstrecken bzw. Kurven niedrigere Grenzgeschwindigkeiten gewählt werden als in ebenen und geraden Wegstrekkenabschnitten.The fact that in a linear motor, the resonant circuits locally varies along the direction of movement of the rotor have resonant frequency, can for different Distances different limit speeds and thus permissible maximum speeds can be set. So can, for example, in front of and on gradients or Curves lower limit speeds can be selected than in flat and straight sections of the route.

Die Erfindung wird an einigen Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar:The invention is based on some embodiments Hand of the drawing explained in more detail. It shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Linearmotors mit einer ersten Ausführungsform der Geschwin digkeitsbegrenzungsvorrichtung; Figure 1 is a schematic representation of a linear motor with a first embodiment of the speed limiting device.

Fig. 2 eine Darstellung analog Fig. 1 mit einer zweiten Ausführungsform; FIG. 2 shows an illustration analogous to FIG. 1 with a second embodiment;

Fig. 3 und 4 zwei F(v)-Diagramme von Schwingkreisen unterschiedlicher Auslegung; und FIGS. 3 and 4, two F (v) diagrams of resonant circuits of different design; and

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung des Einsatzes der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Begrenzung der Geschwindigkeit auf teilstreckenabhängige Werte. Fig. 5 is a diagram for explaining the use of the device according to the invention for limiting the speed to some distance related values.

Der einfacheren Darstellung halber ist in der Zeichnung der Einsatz der erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsbegren zungsvorrichtung am Beispiel eines Linearmotors darge stellt. Die Geschwindigkeitsbegrenzungsvorrichtung läßt sich jedoch in analoger Weise auch in Elektromotoren mit rotierendem Läufer einsetzen.For the sake of simplicity, it is in the drawing the use of the speed limits according to the invention tion device using the example of a linear motor Darge poses. The speed limiting device leaves but also in an analogous manner in electric motors Insert rotating rotor.

In Fig. 1 ist schematisch ein mit einer ersten Ausfüh rungsform der Geschwindigkeitsbegrenzungsvorrichtung 10 ausgerüsteter Linearmotor 12 dargestellt. Der Linearmotor 12 umfaßt einen Läufer 14 und einen Stator 16. Der Läufer 14 umfaßt eine aus einem magnetisierbaren Material gebil dete Grundplatte 18 sowie an dieser angeordnete Perma nentmagnete 20, 22 und 24. Die dem Stator 16 jeweils gegenüberliegenden Pole der Permanentmagneten 20, 22 und 24 sind in Bewegungsrichtung A des Läufers 14 alternierend magnetisiert angeordnet. So sind in Fig. 1 die Permanent magnete 20 und 24 mit ihrem Nordpolende zum Stator 16 hin gerichtet angeordnet, wohingegen der Permanentmagnet 22 dem Stator 16 mit seinem Südpolende gegenüberliegt. Die Permanentmagnete 20, 22 und 24 erzeugen ein konstantes Magnetfeld. Im Stator 16 sind Antriebswicklungen 26, 28 und 30 angeordnet, die jeweils von einer Stromquelle, bei spielsweise Wechselrichtern 32, 34 und 36, mit Strom beschickt werden und zum Vortrieb des Läufes 14 ein wanderndes Magnetfeld, auch Wanderfeld genannt, erzeugen.In Fig. 1, a linear motor 12 equipped with a first embodiment of the speed limiting device 10 is shown schematically. The linear motor 12 comprises a rotor 14 and a stator 16 . The rotor 14 includes a gebil Dete made of a magnetizable material base plate 18 and arranged on this permanent magnets 20 , 22 and 24th The poles of the permanent magnets 20 , 22 and 24 opposite the stator 16 are arranged alternately magnetized in the direction of movement A of the rotor 14 . Thus, in Fig. 1, the permanent magnets 20 and 24 arranged with its north pole to the stator end 16 directed toward the permanent magnet 22 whereas the stator 16 facing with its south pole end. The permanent magnets 20 , 22 and 24 generate a constant magnetic field. In the stator 16 drive windings 26 , 28 and 30 are arranged, each of which is supplied with current from a current source, for example inverters 32 , 34 and 36 , and generate a traveling magnetic field, also known as a traveling field, for propelling the barrel 14 .

Gemäß Fig. 1 können die Wicklungen 26,28 und 30 mit Hilfe von Schaltern 62, 64 und 66, bspw. Relais, von den Wechselrichtern 32, 34 und 36 getrennt werden und mit Konden satoren 38, 40 und 42 und ohm′schen Widerständen 56, 58 und 60 verbunden werden (Schalterstellung gemäß Fig. 1). Die Induktivitäten der Antriebswicklungen 26, 28 und 30 bilden in diesem Fall mit den Kapazitäten der Kondensatoren 38, 40 und 42 und den ohm′schen Widerständen 56, 58 und 60 elek trische Schwingkreise 44, 46 und 48 jeweils mit durch den Wert der Induktivität, der Kapazität und des Widerstands festgelegter Resonanzfrequenz.Referring to FIG. 1, the windings 26,28 and 30 may by means of switches 62, 64 and 66, for example. Relays, capacitors of the inverters 32, 34 and 36 are separated, and with condensate 38, 40 and 42 and ohmic resistors 56 , 58 and 60 are connected (switch position according to FIG. 1). The inductances of the drive windings 26 , 28 and 30 form in this case with the capacitances of the capacitors 38, 40 and 42 and the ohmic resistors 56 , 58 and 60 electric resonant circuits 44 , 46 and 48 each with the value of the inductance, the capacitance and the resistance of the defined resonance frequency.

Die Ausbildung der Schwingkreise 44, 46 und 48 mit einem ohm′schen Widerstand 56, 58 und 60 hat zur Folge, daß die Schwingkreis bei äußerer Erregung, beispielsweise bei einer Relativbewegung des Läufers 14 relativ zum Stator 16 durch das Magnetfeld des Laufers 14, gedämpfte erzwungene Schwingungen ausführt. Die Frequenz der Schwingungen der Schwingkreise ist direkt proportional zu der Geschwindig keit, mit welcher sich der Läufer 14 relativ zum Stator 16 bewegt. In Folge der Dämpfung kann die vom Schwingkreis auf genommene Energie in einfacher Weise wieder abgeführt werden, beispielsweise durch Erwärmung des ohm′schen Widerstands. Eine Überhitzung des ohm′schen Widerstands bei dieser Erwärmung kann beispielsweise dadurch vermieden werden, daß der ohm′msche Widerstand in einem Bereich guter Kühlung angeordnet wird.The formation of the resonant circuits 44 , 46 and 48 with an ohmic resistor 56 , 58 and 60 has the result that the resonant circuit with external excitation, for example with a relative movement of the rotor 14 relative to the stator 16 by the magnetic field of the rotor 14 , damped forced vibrations. The frequency of the oscillations of the resonant circuits is directly proportional to the speed at which the rotor 14 moves relative to the stator 16 . As a result of the damping, the energy absorbed by the resonant circuit can be dissipated in a simple manner, for example by heating the ohmic resistance. Overheating of the ohmic resistance during this heating can be avoided, for example, by arranging the ohmic resistance in an area of good cooling.

In Fig. 3 ist in einem Diagramm die vom Schwingkreis auf den Läufer ausgeübte Kraft F in Abhängigkeit von der Läufergeschwindigkeit v aufgetragen. Ist die Läuferge schwindigkeit v wesentlich kleiner als die der Resonanz frequenz des Schwingkreises entsprechende Geschwindigkeit v_res, so übt der Schwingkreis auf den sich vorbeibewegen den Läufer nur eine sehr kleine Kraft (= Bremskraft) aus. Nähert sich die Läufergeschwindigkeit v der Geschwindig keit v_res, so nimmt die auf den Läufer ausgeübte Kraft F ständig zu. So wird auf den Läufer 14 bereits dann eine merkliche Bremskraft F₀ ausgeübt, wenn die Läuferge schwindigkeit v mit der Soll-Geschwindigkeit v₀ des Läufers übereinstimmt. In Fig. 3, the force F exerted by the resonant circuit on the rotor as a function of the rotor speed v is plotted. If the rotor speed v is significantly lower than the speed v _res corresponding to the resonance frequency of the resonant circuit, the resonant circuit exerts only a very small force (= braking force) on the rotor moving past it. As the rotor speed v approaches the speed v _res , the force F exerted on the rotor increases continuously. Thus, a noticeable braking force F ₀ is already exerted on the runner 14 when the runner speed v coincides with the target speed v _{0 of} the runner.

Bei der Dimensionierung der Schwingkreise ist darauf zu achten, daß die Kraft, welche bei einer der Resonanzfre quenz des Schwingkreises entsprechenden Läufergeschwin digkeit v_res von den Schwingkreisen auf den Läufer ausge übt wird, größer ist als die Summe der maximal auf den Läufer einwirkende elektrische Antriebskraft F_Antr,max und der zusätzlichen Antriebskräfte, insbesondere Hangab triebskraft F_H, wie dies in dem Diagramm gemäß Fig. 3 dargestellt ist.In the dimensioning of the resonant circuits is to ensure that the force which frequency at one of the Resonanzfre of the resonant circuit corresponding Läufergeschwin is speed v _res exerts of the resonant circuits on the rotor being greater than the sum of the maximum force acting on the rotor electrical driving force F _{Antr, max} and the additional driving forces, in particular Hangab driving force F _H , as shown in the diagram in FIG. 3.

Der Schnittpunkt S der die maximale elektrische Antriebs kraft F_Antr,max repräsentierenden horizontalen Gerade mit der Resonanzkurve der Schwingkreise bestimmt diejenige Läufergeschwindigkeit v_Grenz, bei welcher die maximale elektrische Antriebskraft F_Antr,max und die von den Schwingkreisen auf den Läufer ausgeübte Bremskraft gerade gleich groß sind. Auf den Läufer werden dann nur noch die zusätzlichen Antriebskräfte F_H ausgeübt. In einem Gefäl leabschnitt mit Hangabtriebskraft (Betrachtung ohne Reibung) wird mit wachsender Läufergeschwindigkeit zuneh mend mehr Bremsleistung abgeführt, bis es bei einer Höchstgeschwindigkeit v_max zu einem Kräftegleichgewicht der Bremskraft und der Summe aller Antriebskräfte kommt. Da die Resonanzgeschwindigkeit v_res größer ist als die Höchstgeschwindigkeit v_max, ist eine sichere Geschwindig keitsbegrenzung auf v_max gewährleistet.The intersection S of the horizontal straight line representing the maximum electric drive force F _{Antr, max} with the resonance curve of the resonant circuits determines the rotor speed v _limit at which the maximum electric drive force F _{Antr, max} and the braking force exerted by the resonant circuits on the rotor are of the same magnitude are. Then only the additional driving forces F _{H are} exerted on the rotor. In a downhill section with downhill force (consideration without friction), as the rotor speed increases, more and more braking power is dissipated until the braking force and the sum of all driving forces are balanced at a maximum speed v _max . Since the resonance speed v _{res is} greater than the maximum speed v _max , a safe speed limitation to v _{max is} guaranteed.

In Fig. 2 ist ein mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemaßen Geschwindigkeitsbegrenzungsvorrichtung ausgestatteter Linearmotor schematisch dargestellt. Analoge Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1, jedoch vermehrt um die Zahl 100. Die Vorrich tung gemäß Fig. 2 wird im folgenden nur insofern be schrieben, als sie sich in Ausgestaltung und Funktion von der Vorrichtung gemäß Fig. 1 unterscheidet. Im übrigen wird auf die Beschreibung der Fig. 1 Bezug genommen. A linear motor equipped with a second embodiment of the speed limiting device according to the invention is shown schematically in FIG . Analog parts are provided with the same reference numerals as in FIG. 1, but increased by the number 100 . The device according to FIG. 2 will be described in the following only insofar as it differs in design and function from the device according to FIG. 1. For the rest, reference is made to the description of FIG. 1.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die Schwingkreise 144, 146 und 148 getrennt von den Antriebsstromkreisen 126/132, 128/134 und 130/136, in Antriebsrichtung A des Läufers 114 jeweils zwischen zwei dieser Antriebsstrom kreise angeordnet. Die Schwingkreise 144, 146 und 148 weisen Induktivitäten 150, 152 und 154, Kapazitäten 138, 140 und 142 sowie ohm′sche Widerstände 156, 158 und 160 auf. Die Widerstände 156, 158 und 160 haben in Fig. 2 jedoch lediglich die Aufgabe, die ohm′schen Leitungswiderstände der Schwingkreise 144, 146 und 148 darzustellen, und sind daher im Vergleich zu den Widerständen 56, 58 und 60 der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entsprechend klein bemessen.In the embodiment according to FIG. 2, the resonant circuits 144 , 146 and 148 are arranged separately from the drive circuits 126/132 , 128/134 and 130/136 , in the drive direction A of the rotor 114, in each case between two of these drive current circuits . The resonant circuits 144 , 146 and 148 have inductors 150 , 152 and 154 , capacitors 138 , 140 and 142 and ohmic resistors 156 , 158 and 160 . The resistors 156 , 158 and 160 in FIG. 2 only have the task of representing the ohmic line resistances of the resonant circuits 144 , 146 and 148 , and are therefore compared to the resistors 56 , 58 and 60 shown in FIG. 1 Embodiment dimensioned accordingly small.

Die Verwendung ohm′scher Widerstände niedrigeren Wider standswerts in einem Schwingkreis hat Einfluß auf die Dämpfung des Schwingkreises. Je niedriger der Wider standswert ist, desto schwächer wird der Schwingkreis gedämpft.The use of ohmic resistors with lower resistances level in a resonant circuit affects the Damping the resonant circuit. The lower the opposition level, the weaker the resonant circuit subdued.

Fig. 4 zeigt ein F(v)-Diagramm eines Schwingkreises, welcher im Vergleich mit dem Schwingkreis, dessen F(v)-Diagramm in Fig. 3 dargestellt ist, mit einem ver hältnismäßig kleinen ohm′schen Widerstand versehen ist. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, weist die Resonanzkurve R eines schwach gedämpften Schwingkreises eine wesentlich schmälere Resonanzspitze und im Bereich kleiner Läuferge schwindigkeiten einen wesentlichflacheren Verlauf auf als die in Fig. 3 dargestellte Resonanzkurve. So wird insbe sondere bei der Soll-Geschwindigkeit v₀ des Läufers eine gegenüber der maximalen elektrischen Antriebskraft F_Antr,max vernachlässigbare Bremskraft F₀ von dem Schwingkreis auf den Läufer ausgeübt. Es ist in diesem Falle daher möglich, auf die Anbringung von Schaltern in den Schwingkreisen zu verzichten und die Schwingkreise ständig zugeschaltet zu lassen. Fig. 4 shows an F (v) diagram of a resonant circuit which, in comparison with the resonant circuit, whose F (v) diagram is shown in Fig. 3, is provided with a relatively small ohmic resistance. As shown in Fig. 4, the resonance curve R of a weakly damped resonant circuit has a much narrower resonance peak and in the range of small rotor speeds a substantially flatter course than the resonance curve shown in Fig. 3. Thus, in particular at the target speed v _{0 of} the rotor, a braking force F ₀ which is negligible compared to the maximum electrical drive force F _{Antr, max is} exerted by the resonant circuit on the rotor. In this case it is therefore possible to dispense with the attachment of switches in the resonant circuits and to keep the resonant circuits switched on continuously.

Werden die Schwingkreise 144, 146 und 148 der Ausführungs form gemäß Fig. 2 jedoch mit ohm′schen Widerständen hohen Widerstandswerts versehen, so ergeben sich auch für diese Ausführungsform F(v)-Diagramme gemäß Fig. 3. Da in diesem Fall die Bremskraft F₀, die auf den Läufer bei ständig zugeschalteten Schwingkreisen bei der Soll-Geschwindigkeit v₀ des Läufers ausgeübt wird, nicht mehr vernachlässigt werden kann, ist es zweckmäßig, in den Schwingkreisen Schalter vorzusehen, mit Hilfe derer die Schwingkreise bei Bedarf zugeschaltet werden können.However, if the resonant circuits 144 , 146 and 148 of the embodiment according to FIG. 2 are provided with ohmic resistances of high resistance value, F (v) diagrams according to FIG. 3 also result for this embodiment . In this case the braking force F ₀ that can no longer be neglected on the rotor with the oscillator circuits permanently switched on at the target speed v _{0 of} the rotor, it is expedient to provide switches in the oscillator circuits, with the aid of which the oscillator circuits can be switched on as required.

Bei Anbringung der Schwingkreise am Stator eines Linear motors ist es möglich, für verschiedene Streckenabschnitte verschiedene Höchstgeschwindigkeiten bzw. maximale Ge schwindigkeitsdifferenzen durch entsprechende Auslegung der Schwingkreise festzulegen. Beispielsweise kann es vor und in Kurven bzw. Gefällstrecken erwünscht sein, die maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit v_max des Läufers herabzusetzen, indem der Verlauf der Resonanzkurve in Abhängigkeit von der jeweiligen Hangabtriebskraft F_H durch entsprechende Dimensionierung der Bauelemente des Schwingkreises dementsprechend festgelegt wird. In Fig. 5 ist ein derartiges Streckenprofil der zulässigen Höchst geschwindigkeit v_max gegenüber der Wegstrecke s darge stellt. Der Streckenabschnitt I entspricht beispielsweise der Fahrt auf ebener gerader Strecke. Die Höchstgeschwin digkeit im Streckenabschnitt II, beispielsweise einem Streckenabschnitt mit leichtem Gefälle oder einer Kurve, ist gegenüber der Geschwindigkeit im Abschnitt I etwas herabgesetzt. Im Streckenabschnitt III ist die Höchstge schwindigkeit, beispielsweise in Folge eines stärkeren Gefälles oder einer engeren Kurve, gegenüber den vorange henden Streckenabschnitten weiter vermindert. Die Höchst geschwindigkeit im Streckenabschnitt IV entspricht wie derum der Fahrt auf gerader ebener Strecke. When attaching the resonant circuits to the stator of a linear motor, it is possible to determine different maximum speeds or maximum speed differences for different sections of the route by designing the resonant circuits accordingly. For example, in front of and in curves or downhill gradients, it may be desirable to reduce the maximum permissible maximum speed v _{max of} the rotor by the course of the resonance curve depending on the respective slope downforce F _{H is} determined accordingly by appropriate dimensioning of the components of the resonant circuit. In Fig. 5 such a route profile of the permissible maximum speed v _max compared to the distance s is Darge. Section I corresponds, for example, to driving on a flat, straight section. The maximum speed in section II, for example a section with a slight gradient or a curve, is somewhat reduced compared to the speed in section I. In section III, the maximum speed, for example as a result of a steep gradient or a tighter curve, is further reduced compared to the preceding sections. The maximum speed in route section IV corresponds to that of driving on a straight, level route.

Erfindungsgemäß wird eine Geschwindigkeitsbegrenzungsvor richtung vorgeschlagen, welche sowohl bei Linearmotoren, als auch bei rotierenden Elektromotoren einsetzbar ist. Die Vorrichtung umfaßt ständig zugeschaltete oder wahlweise zuschaltbare Schwingkreise, welche derart ausgelegt sind, daß bei Überschreiten der vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit von den Schwingkreisen eine mit der Läufergeschwindigkeit zunehmende Bremskraft auf den Läufer ausgeübt wird. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrich tung bei Linearmotoren ist besonders günstig, da hier prinzipiell jede Antriebswicklung des Stators mit einem Schwingkreis versehen werden kann. Bei Ausfall eines Schwingkreises, beispielsweise durch Durchbrennen, steht immer noch eine ausreichende Anzahl von Schwingkreisen zur Verfügung, so daß ein Ausfall der genannten Geschwindig keitsbegrenzungsvorrichtung äußerst unwahrscheinlich ist. Sind darüber hinaus die Konstantfeldmagneten am Läufer von Permanentmagneten gebildet, so bleibt die Geschwindig keitsbegrenzungsvorrichtung selbst bei totalem Energie ausfall funktionstüchtig. Bei einem Drehstrom-Motor ist eine Anbringung von Schwingkreisen an allen Phasen des Drehstroms bevorzugt, da in diesem Fall eine besonders gleichmäßige Bremskraft auf den Läufer ausgeübt wird. Die Schwingkreise können derart ausgelegt werden, daß die erzielbaren Bremskräfte zum einen Antriebskraft des Elektromotors und zum anderen auch die von einer etwaigen Reibungskraftschlußbremse erzeugten Kräfte übersteigen.According to the invention, a speed limit is provided proposed direction, which both for linear motors, and can also be used with rotating electric motors. The device includes switched on or off optionally switchable resonant circuits, which such are designed so that when the specified Limit speed of the resonant circuits one with the Runner speed increasing braking force on the runner is exercised. The use of the device according to the invention device for linear motors is particularly cheap because here basically every stator drive winding with one Resonant circuit can be provided. If one fails Resonant circuit, for example by burning there is still a sufficient number of resonant circuits for Available so that a failure of the mentioned speed speed limiting device is extremely unlikely. Are the constant field magnets on the rotor from Permanent magnets formed, so the speed remains speed limiting device even with total energy failure working. With a three-phase motor an attachment of resonant circuits at all phases of the Three-phase current is preferred, because in this case a special one uniform braking force is exerted on the runner. The Oscillating circuits can be designed so that the achievable braking forces on the one hand driving force of the Electric motor and on the other hand that of any Forces generated by the frictional force brake.

Claims

1. device for limiting the speed of an electric motor,
the electric motor comprising a stator ( 16 ; 116 ) and a rotor ( 14 ; 114 ) movable relative to the stator,
one of the parts ( 16 ; 116 ), stator or rotor, at least one winding ( 26 , 28 , 30 ; 126 , which can be supplied with current via a supply circuit ( 32 , 34 , 36 ; 132 , 134 , 136 ) and generates a traveling magnetic field, 128 , 130 ), and
wherein the other part ( 14 ; 114 ), rotor or stator, has at least one magnet ( 20 , 22 , 24 ; 120 , 122 , 124 ) that generates a constant magnetic field,
characterized,
that the device comprises at least one resonant circuit ( 44 , 46 , 48 ; 144 , 146 , 148 ) arranged on one of the parts, stator or rotor, excitable by the magnetic field of the other part, with at least one inductance and at least one capacitance, wherein the inductance and the capacitance of the resonant circuits ( 44 , 46 , 48 ; 144 , 146 , 148 ) are dimensioned such that they are in a speed range above a predetermined limit value of a speed, the electric driving force over increasing, with increasing speed increasing force produce.

2. Device according to claim 1, characterized in that at least one of the resonant circuits ( 44 , 46 , 48 ; 144 , 146 , 148 ) on the same part ( 16 ; 116 ), stator or rotor, is arranged as the winding generating the traveling magnetic field ( 26 , 28 , 30 ; 126 , 128 , 130 ).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the inductance of the resonant circuit ( 44 , 46 , 48 ) is formed by a winding section of at least one of the windings ( 26 , 28 , 30 ).

4. The device according to claim 3, characterized in that the winding section comprises the entire winding ( 26 , 28 , 30 ).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the resonant circuit ( 44 , 46 , 48 ; 144 , 146 , 148 ) has an ohmic matching resistor ( 56 , 58 , 60 ; 156 , 158 , 160 ).

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the resonant circuits ( 44 , 46 , 48 ) via a switch ( 62 , 64 , 66 ) can be optionally switched on.

7. Device according to one of claims 1-5, characterized in that at least a large part of the resonant circuits ( 144 , 146 , 148 ) is constantly switched on.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the winding generating the wandering magnetic field ( 26 , 28 , 30 ; 126 , 128 , 130 ) is arranged on the stator ( 16 ; 116 ) and that the magnet generating the constant magnetic field ( 20th , 22 , 24 ; 120 , 122 , 124 ) is arranged on the rotor ( 14 ; 114 ).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the magnet generating the constant magnetic field ( 20 , 22 , 24 ; 120 , 122 , 124 ) is a permanent magnet.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that in a three-phase motor windings ( 26 , 28 , 30 ; 126 , 128 , 130 ) of all phases of the three-phase current with resonant circuits ( 44 , 46 , 48 ; 144 , 146 , 148 ) are provided.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Device for limiting the speed at one Linear motor is provided.

12. The device according to claim 11, characterized in that at one Linear motor along the resonant circuits Locally varying direction of movement of the rotor Have resonance frequency.