DE4204508A1 - Saettigungsmotor - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Motor, der im Gegensatz zu Elektromotoren jeglicher Art elektrische Energie nicht direkt in mechanische umwandelt, sondern diese nur zur Steuerung benötigt und sogar teilweise zurückgewinnt, so daß sich ein beachtlicher Leistungsfaktor ergibt.

Das Funktionsprinzip des Sättigungsmotors wird folgendermaßen beschrieben: Fig. 1 zeigt schematisch den Rotor (a) mit beispielsweise drei Polpaaren, der ringförmig von 12 feststehenden, unterteilten Flußleitsegmenten (b,c) umgeben ist und Fig. 1a zeigt in Schnittdarstellung die Anordnung eines Ringmagneten (d) zwischen den Rotorpolplatten. Mit 1 und Φ ist in Fig. 1 die magnetische Leitfähigkeit der Flußleitsegmente eingezeichnet; die dar­ gestellte Position des Rotors läßt sein Bestreben erkennen, sich in Rich­ tung der leitenden Flußleitsegmente zu bewegen, die der Rotorbewegung nachgeführte Umschaltung der Leitfähigkeit hält die Rotation aufrecht. Das Drehmoment ist proportional der magnetomotorischen Kraft des Ringmagneten, aber auch vom realen Schaltverhalten der Flußleitsegmente abhängig; deren Umschaltung erfolgt dadurch, daß die beiden Schenkel (b), die anhand von Fig. 2 noch gesondert beschrieben werden, mit einer Wicklung in die magne­ tische Sättigung gesteuert werden und dadurch für ein äußeres Magnetfeld einen großen Widerstand darstellen.

Transformatorkerne lassen sich aufgrund ihres geringen magnetischen Innen­ widerstandes mit wenigen Amperewindungen weit in die magnetische Sättigung treiben, dabei reduziert sich die Permeabilität nicht nur im Kern selbst erheblich, sondern insbesondere für ein äußeres, über einen Luftspalt an­ liegendes Magnetfeld; Fig. 2 zeigt am Beispiel eines hierfür modifizierten E-Schnittes ein auf diesen Effekt beruhendes magnetisches Schaltelement, das die Schenkel (b) der Flußleitsegmente bildet. Die Schnittdarstellung in Fig. 2a zeigt, daß die beiden Schaltelemente mit einer gemeinsamen Wicklung (L) auskommen.

Fig. 3 zeigt ein magnetisches Schaltelement mit U- Schnitt und deutet Maß­ nahmen zur optimalen Flußverteilung an; zwar sind hier zwei Wicklungen erforderlich, diese können allerdings analog Fig. 2a durchgehend ausgeführt werden.

Weitere Varianten ergeben sich dadurch, daß die Schaltelemente mit einem E- oder U-Schnitt das gemeinsame Zwischenstück (c) zu den beiden Pol­ schuhen (b) bilden, oder diese durch verlängerte, seitlich herangeführte Rotorpole ersetzt werden.

Für eine gestreckte Bauform können mehrere Motoreinheiten nahtlos anein­ andergefügt werden und durchgehende, gemeinsame Wicklungen pro Segment erhalten; wird auf diesen Vorteil verzichtet und auf eine magnetische Ent­ kopplung, sondern ein diametral oder lateral magnetisierter Rotor bevor­ zugt, insbesondere für den weiter unten beschriebenen Generatorbetrieb, so ergibt dies einen lamellierten Flußleitring mit nur einer Reihe ange­ setzter Schaltelemente bzw. einen entsprechenden Statorblechschnitt. Bei einem diametral magnetisierten Rotor sind analog zu Fig. 1 acht Schaltele­ mente erforderlich. Soweit ein E- oder U- Schnitt erwähnt wird, bezieht sich dies auf die Schenkel der Schaltelemente und nicht unbedingt auf eine Scherung.

Bei einem dreipoligen Rotor und 12 Segmenten gemäß Fig. 1 werden je drei Wicklungen gleicher Position miteinander verbunden (z. B. 1, 5, 9) und somit vier Induktivitäten einer Folgeschaltung zugeführt; Fig. 4 zeigt eine sol­ che Grundschaltung einer für dieses Motorprinzip geeigneten Elektronik, mit einer zugunsten der zeichnerischen Darstellung geänderten Reihenfolge. Entsprechend der Rotorposition in Fig. 1 wurde in Fig. 4 der Schalter S3 (Halbleiter) geschlossen und S2 geöffnet, so daß die Wicklung L3 zunächst von dem über eine Diode fließenden Rückstrom der Wicklung L2 versorgt wird, wodurch sich der Energiebedarf reduziert.

Abgesehen von einer beabsichtigten Drehzahl-, Richtung- und Drehmomentre­ gelung benötigt der Sättigungsmotor ohnehin schon im Anlauf eine von der Rotorposition abhängige Steuerung und eine der Schaltfrequenz entsprechende Spannungsregelung ähnlich drehzahlgeregelter Drehstrommotore; in Fig. 4 ist solch anwendungsspezifische Elektronik in eine Box integriert und der Pfeil symbolisiert die Rückmeldung der Rotorposition.

Mit dem Drehzahlbereich nehmen auch die Steuerprobleme zu; ist beispiels­ weise der Rückstrom aus L1 noch nicht abgeklungen, kann sich dies bereits im Zusammenhang mit den Rotorproportionen störend auswirken. Abhilfe kann durch mehr Segmente und regelbare Verlängerungsinduktivitäten erfolgen, aber auch durch externe Starthilfe.

Die Steuerung wirkt auch auf eine negative Last; ist hierbei Generator­ betrieb erwünscht, kommen nur Schaltelemente mit U-Kern in Betracht und um- oder parallelschalten einer Wicklungshälfte zur anderen, sowie eine hierfür erweiterte Elektronik.

Claims (7)

1. Sättigungsmotor, nachfolgend SM genannt, gekennzeichnet dadurch, daß Magnetpole eines Rotors ein Drehmoment ausüben auf ihn ringförmig um­ gebende, feststehende Segmente, deren Permeabilität fortlaufend in Abhängigkeit von der Rotorposition mittels elektrischer Energie redu­ ziert wird, wobei nach Beendigung des Schaltvorganges Energie zurück­ gewonnen wird.

2. SM nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Segmente ganz oder teilweise von magnetischen Schaltelementen gebildet werden, deren An­ zahl mindestens das Dreifache der Rotorpole beträgt, aus lamellierten Blechkernen mit E- oder U-Schnitt, auch in modifizierter Form bestehen und mit bestromten Wicklungen in die Sättigung gesteuert werden.

3. SM nach Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet durch einen diametral oder lateral magnetisierten Rotor, dem einreihig Schaltelemente zugeordnet sind und der Rückfluß durch einen lamellierten Ring erfolgt und des­ gleichen, daß Ring und Schaltelemente ein gemeinsames Stanzteil bilden.

4. SM nach Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet durch einen Rotor mit axial angeordneten Magneten und Rückfluß sowie zwei Reihen von Schaltelemen­ ten bei lateral wirkenden Rotorpolen, desgleichen einreihiger, axialer Anordnung der Schaltelemente bei seitlich herangeführten Rotorpolen.

5. SM nach Anspruch 1, 2 und 4 gekennzeichnet durch durchgehende, gemeinsame Wicklungen pro Segment, auch bei aneinandergereihten Motoreinheiten.

6. SM nach Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet durch eine von der Rotorposi­ tion abhängigen Zu- und Abschaltung der Wicklungen an eine Stromquelle, insbesondere mittels einer Elektronik, sowie durch Dioden zur Nutzung des Rückstromes.

7. SM nach Anspruch 1 bis 6, ausgenommen 5, gekennzeichnet durch Schalt­ elemente mit U-Schnitt, deren jeweilige Wicklungshälften mechanisch oder elektronisch umgeschaltet werden, damit eine Induktionsspannung im Generatorbetrieb zur Verfügung steht.