DE7807482U1 - Elektrischer motor bzw. generator - Google Patents

Description

DR. INC. HANS LICiHTI · F¹ATE N TAN WALT

I M J A O E R a ■ 7400 KARLSRUHE 41 ι CS OTZiNGEN) Durlacher _Str. 31^T£Lt'^{ON ϋ/11}""""⁷

9. Harz 197Ö

001/70 Le/p

Siegfried Schiuitt, Alter liusuh.cr Uej, ÜO5 U- 'j. J 90 Flensburg

ischer Motor bzw. C6nerator

Die trfintlun«, Letrifft einen elektrischen Motor bzw. Generator mit einem frei drehbaren iiotor und einem konzentrisch zu (liebem angeordneten Stator, die beide iuite//»ander magnetisch, bei&pielsueiüe über die elektromagnetische Induktion in Wechselwirkung stehen.

Klektroinotox cn (uzw. Generatoren) bind in zahlreichen AusiührungsCoriiicii UeKr.nnt, d:e mitteln Gleich-, i/ecliscl- oder Ltrehotroni betrieben \.erden und ^c^eLeueufalls auch ala Generatoren arbeiten können, liü sind Ausiührun&iioruien

bekannt, bei denen der Stator entweder ein feststehendes elektromagnetisches Feld mittels von Strom durchflossenen Feldwicklungen oder mittels eines Permanentmagneten, oder aber ein rotierendes Feld, das sogenannte Drehfeld, erzeugt. Im erstgenannten Fall, d. h. bei feststehendem Statorfeld wird durch äußere Beschaltung des Motors bzw. Generators ein sich änderndes Kotorfeld erzeugt, das mit dem Statcrfeld derart in Wechselwirkung tritt, daß im ständigen Wechsel eine magnetische Anziehung einer Abstoßung folgt, wodurch eine Drehbewegung erzeugt wird. Im zweitgenannten Fall, d, h. bei einem Drehfeld, kann der Rotor entweder als Permanentmagnet oder aber als sogenannter Kurzschlußläufer ausgebildet sein; dη beiden Fällen wird ebenfalls eine Drehbewegung erzeugt, da der Permanentmagnet sich ständig nach dem Drehfeld auszurichten versucht, bzw: in dem Kurzschlußläufer eine Spannung induziert wird, die einen Strom zur Folge hat, der seinerseits ein Magnetfeld erzeugt, Dieses Magnetfeld richtet sich ebenfalls ständig nach dem Drehfeld aus, bis die Relativgeschwindijikeiten des Stators und Rotors im Idealfall zu Null werden, d. h. der Läufer dieselbe Winkelgeschwindigkeit wie das ürehfeld aufweist. Wird an die Feldwicklungen eine Spannung gelegt, so arbeitet die Anordnung als Motor, wohingegen bei Einwirkung eine? Drehmoments auf die Achse des Rotors an den Feldwicklungen eine Spannung entsteht, so daß die Anordnung als Generator verwendet werden kann.

Zum Abbremsen des Motors ist es erforderlich, daß die Feldwicklung von der Spannungsquelle getrennt und die Wick lungen kurzgeschlossen werden. Dadurch wird in der Feldwicklung aufgrund der Drehbewegung des Rotors eine Spannung induziert, die einen Kurzschlußstrom mit einem entsprechend

großen Magnetfeld zur Folge hat, das mit dem Magnetfeld des Rotors wechselwirkt und diesen damit so lange abbremst, bis die Relativgeschwindigkeit zwischen Rotor und Stator zu Null geworden ist. Von Nachteil bei diesem Bremsvorgang ist der Umstand, daß die gesamte Rotations— energie des Rotors aufgrund des Kurzschlußstrouis in den Feldwicklungen des Stators in Wärme umgewandelt wird. Beim Betrieb als Generator bewirken starke Laststöße auf der elektrischen Seite, bei denen kurafristig infolge de^ sehr gering gewordenen Lastwiderstandes sehr große Ströme fließen, ein der Drehung des Rotors entgegengerichtetes Drehmoment, was seinerseits eine Verkleinerung der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Rotor und dem Stator zur Folge hat. Nach dom Laststoß muß die in Wärme umgewandelte und beim Bremsen verlorengegangene Rotationsenergie des Rotors wieder von außen zugeführt werden. Es verschlechtert sich also bei häufigem Abbremsen bzw. Belastungswechsel der Wirkungsgrad der bekannten Motoren bzw. Generatoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Motoren bzw. Generatoren der eingangs angegebenen Art mit einem, insbesondere beim Bremsen, besseren Wirkungsgrad auszubilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stator bezüglich des Rotors in zumindest einer Richtung als zweiter Rotor frei drehbar gelagert ist. Vorteilhaft ist der Stator an der Achse des Rotors gelagert. Es ei-weist eich als zweckmäßig,wenn der als zweiter Rotor ausgebildete Stator bezüglich des ersten Rotors ein großes Trägheitsmoment aufweist.

Bei der Betriebsweise als Motor wird dieser zunächst in geeigneter Weise, beispielsweise ohne äußere mechanische Last angefahren, wobei der Stator und der Rotor sich in eine Richtung zu drehen begj men. Beim Abbremsen durch eine Last wird vorteilhafter Weise die relative Winkelgeschwindigkeit des Rotors zu dem sich ebenfalls drehenden Stator schneller als beim Stande der Technik gegen den Wert Null verkleinert. Andererseits besitzen Stator und Rotor, wenn sie abgebremst sind, noch gegenüber dem Bezugspunkt Erde eine absolute, von Null verschiedene Winkelgeschwindigkeit. Insoweit ist also iiuch Rotationsenergie vorhanden, die beim Witieranfahren des Motors, sei es mit oder ohne Last sich vorteilhaft auf den wirkungsgrad bei häufigen Bremsungen auswirkt.

Dasselbe gilt im wesentlichen bei der Betriebsweise als Generator, wobei der Rotor bei kurzfristigen, starken Belastungen auf der elektrischen Seite bezüglich der Geschwindigkeit des Stators abgebremst und dieser seinerseits etwas beschleunigt wird, so daß die Relativgeschwindigkeit zwischen Stator und Rotor abnimmt. Es wird also gewissermaßen beim Bremsen die Rotationsenergie des Rotors zumindest teilweise in Rotationsenergie für den Stator umgewandelt, woraus ein besserer Wirkungsgrad beim Bremsen und eine Restkraft zum Wjfeder-Anfrahren resultiert.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. So können der Stator und der Rotor vorzugsweise als an sich bekannte Teile eines Gleichstrommotors bzw. -generators mit zumindest einem permanentmagnetisch oder bzw. und elektromagnetisch erzeugten Statorfeld ausgebildet sein, wobei die dos Statorfeld

erzeugende Feldwicklung kurzgeschlossen oder an einen regelbaren elektrischen Widerstand angeschlossen sein kann. Ebenso können der Stator und der Rotor als an sich bekannte Teile eines Wechselstrom— oder Drehstrommotors bzwo —generators mit einem permanentmagnetisch und bzw· oder elektromagnetisch erzeugten Rotorfeld ausgebildet sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung als Motor ist der Stator in nur einer Drehrichtung drehbar gelagert, so daß bei langen Abbremsungen der Stator höchstens seine gesamte Energie an die zu bremsende Last abgeben, nicht aber von dieser selbst beschleunigt werden kann.

Beim Betrieb der Erfindung als Generator wird der Stator eine von Null verschiedene absolute und relative Winkelgeschwindigkeit einnehmen, wobei letztere jedoch kleiner als die bei bekannten Motoren nach dem Stande der Technik ist. Es kann daher zweckmäßig sein, daß die Achse des Rotors gemäß der Erfindung starr mit der Rotorachse eines an sich bekannten Generators verbunden ist und diese beiden Generatoren elektrisch zusammengeschaltet werden.

Erfindungsgemäß eignet sich demnach der Motor zur Verwendung als Antrieb für Land-, Wasser- oder Luftfahrzeuge.

Der Generator kann demgegenüber mit Vorteil zur Erzeugung von Strom in Verbindung mit von Wind angetriebenen Turbinen als sogenannter Windkraftgenerator verwendet werden.

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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sicla aus der nachfolgenden Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten Ausführu.ngsform. Es zeigen:

Figur 1 den Motor bzw. Generator in schematischer Seitenansicht;

Figur 2 einen Schnitt gemäß Schnittlinie II-II in Figur 1.

In Figur 1 ist der Motor bzw. Generator als Gesamtheit mit 1 bezeichnet. Er weist eine Achse 2 auf, an. der der Rotor 3 befestigt ist. Der Stator k ist seinerseits an der AclLoe 2, beispielsweise über nicht dargestellte Kugellager drehbar und gfcgen Verschiebung in Achsrichtung gesichert gelagert. Die Achse 2 ist mit beiuen Enden an einem U-förmig ausgebildeten Lagerbock 5 drehbar gelagert.

In Figur 2 ist der Motor bzw. Generator gemäß der Erfindung im Querschnitt mit der elektrischen Zuschaltung schematisch dargestellt. Der Stator 4 weist insgesamt vier gleichmäßig am inneren Umfang verteilte Pole 6 auf, auf die der richtigen Polung gemäß Wicklungen 7 aufgebracht sind, die untereinander mittels elektrischer Verbindungen 8 durchverbunden sind.

Der Rotor 3 weist ebenfalls vier Pole 9 auf, von denen jeder ebenfalls Windungen 10 trägt. Die beiden Enden 11, der mittels elektrischer Leiter I3 durchverbundenen Windungen 10 der Pole 9 des Rotors 3 sind auf Schleifringe 14,

auf der Achse 2 des Rotors 3 in an sich bekannter Weise gelegt und über in der Zeichnung nicht dargestellte Bürsten über elektrische Anschlüsse 16 , 17 nach außen gelegt. Die Schleifringe 1Λ, 15 sowie die Anordnung der Bürsten und die Her atis führung der Anschlüsse 16, 17 sind in Figur 1 aus Gründen der einfachen Darstellung nicht gezeigt; diese Teile können jedoch in an sich bekannter Weise auf der Achse 2 angeordnet seiii.

Der eine AuschT-uß 16 ist mit dem Abgriff eines Potentiometers l8 verbunden, wohingegen der Anschluß 17 zu einem Umschalter 19 geführt ist. Parallel zu den Ausgangsanschlüssen des Umschalters 19 ist eine Wechselspannungsquelle 20 geschaltet, die einseitig mit dem einen Anschluß des Potentiometers 18 verbunden ist,, In der gezeichneten Stellung des Umschalters 19 sind die Anschlüsse 16, 17 über das Potentiometer IH icurzgeschlossen. In der gestrichelt gezeichneten Stellung des Umschalters I9 hingegen ist die Wechselspannungsquelle 20 über das Potentiometer 18 mit den Windungen 10 des Rotors 3 verbunden.

Der Stator k kann ferner mit einem von einem fließfähigen Medium antreibbaren Turbinenrad starr verbunden, oder aber selbst als solches ausgebildet sein, so daß eine direkte Vervendung als Generator ohne den zusätzlichen Anbau ven Propellern etc· möglich ist. Zweckmäßig ist das Turbinenrad in einem Gehäuse gekapselt, um eine optimale Ausnutzung des anströmen·· den Mediums sicherzustellen.

Ls/p

7807482 14.09.78

Claims (12)

DR. ING. HANS 'LiCHTf-PATENTANWALT 75 KARLSRUHE 41 (GRÖTZINCEN) · DURLACHER STR.31 TELEFON 07 21/48511 30. Mai I978 OOI/78 Ls/p G 78 07 482.5 Siegfried Schmidt Schut zansprüche

1. Elektrischer Motor bzw. Generator mit einem frei drehbaren Rotor und einem konzentrisch zu diesem an» geordneten '"tator, die beide miteinander magnetisch, beispielsweise über die elektromagnetische Induktion in Wechselwirkung stehen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (k) bezüglich des Rotos (3) in zumindest einer Richtung frei drehbar als zweiter Rotor gelagert ist.

2. Motor bzw. Generator nach Anspruch 1, dadurch ge« kennzeichnet, daß der Stator (k) an der Achse (2) des Rotors (3) gelagert ist.

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3. Motor bzw. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als zweiter Rotor ausgebildete Stator (4)bezüglich des ersten Rotors (3) ein großes Trägheitsmoment aufweist.

4. Motor bzw. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (4) und der Rotor (3) als an sich bekannte Teile eines Gleichstrommotors bzw. «generators mit zumindest einem permanentmagnetisch und/oder elektromagnetisch erzeugten Statorfeld ausgebildet sind.

5* Motor bzw. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang und das Ende der Feldwicklung des als zweiter Rotor ausgebildeten Stators durch eine Stromschiene unmittelbar miteinander verbunden sind.

6. Motor ^_w. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden Enden der das Statorfeld erzeugenden Feldeicklung durch eine Stromschiene mit einem regelbaren elektrischen Widerstand unmittelbar leitend verbunden ist.

7. Motor bzw. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (4) und der Rotor (3) als an sich bekannte Teile eines Wechnelstrom- oder Drehstrommotors bzw.-generators mit einem permanentmagnetisch und bzw. oder elektromagnetisch erzeugten Rotorfeld ausgebildet sind.

8. Motor bzw. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stator (k) und bzw. oder dem Rotor (3) eine mechanisch wirkende Bremseinrichtung zugeordnet ist.

9· Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator Ct) in nur einer Drehrichtung drehbar gelagert ist.

10. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (2) des Rotors (3) starr mit der Rotorachse eines an sich bekannten Generators verbunden ist.

11. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Rotors in mechanischer Antriebsverbindung mit einem Propeller bzw. einer Windkraftmaschine steht.

12. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (k) als von einem fluiden Medium antreibbares Turbinenrad ausgebildet ist.

13· Generator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenrad in einem Gehäuse angeordnet ist.