DE9203655U1 - Billigscheibenläufermaschinen - Google Patents

Description

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Bekannt sind elektrische Maschinen mit scheibenförmigen Läufern (im folgenden Scheibenläufermaschinen genannt), deren magnetisches Nutzfeld die Wicklungen in axialer Richtung durchsetzt. Die Wicklungen sind üblicherweise so gestaltet, daß sie den gesamten Magnetfluß eines Poles (vgl. Fig. 1.1 bei 2poligen Maschinen einen Sektor von 180°; vgl. Fig. 1.2 bei 4poligen Maschinen einen Sektor von 90°) umfassen. Insbesondere bei kleineren Scheibenläufermaschinen ergeben sich erhebliche konstruktive und fertigungstechnische Schwierigkeiten, die achsseitigen Wickelköpfe unterzubringen (vgl. Fig. 1.3). Ein weiterer Nachteil ist die unverhältnismäßige große Wicklungslänge der umfangsseitigen Wickelkopfverbindungen. Es sind dreiphasige (= Drehstrom-)Spulenanordnungen bekanntgeworden (vgl. Fig. 2.1 für 2polige und Fig. 2.2 für 4polige Maschinen), die jedoch nur einen geringen Anteil eines Polflusses umfassen und dementsprechend eine geringe Materialausnutzung aufweisen und dadurch wieder teuerer werden.

Der Erfindungsgedanke geht davon aus, einerseits eine fertigungsfreundliche Spulenform zu finden, andererseits aber einen möglichst hohen Anteil des Spulenflusses zu nutzen. Dies gelingt bei z. B. 4poligen Maschinen in genialer Weise dadurch, daß - wie in Fig. 3.2 beispielhaft gezeigt mit einer Wicklungsspule zwei gleichnamige Magnetpole umfaßt werden: Dadurch addieren sich beide Flüsse z. B. auf 170 % des Wertes eines Polflusses, während die Wicklungslänge nur um 30 % gegenüber der Länge einer einzigen Polspule anwächst. Hieraus ist unschwer zu erkennen, daß die Materialausnutzung dieser Maschinenwicklungen höher, mindestens aber gleich groß ist wie in dem in Fig. 1.2 gezeigten Fall und unvergleichlich besser ist als in den in Fig. 2 gezeigten Fällen. Erfindungsgemäß lassen sich ähnliche, wie in Fig. 3.2 am Beispiel der 4poligen Maschine beschriebene Vorteile auch für 2polige Maschinen nutzen, wie in Fig. 3.1 beispielhaft gezeigt ist.

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Zur Erzielung eines sicheren Selbstanlaufs können die erfindungsgemäß zunächst einsträngig ("einphasig" nach Anspruch 1) ausgeführten Wicklungen beiderseits der magnetisierenden Läuferscheibe und um je 90° elektrisch (d. h. 45 % räumlich bei 4poligen Maschinen) in ihren Spulenachsrichungen gegeneinander verdreht angeordnet werden, so daß sich insgesamt ein zweisträngiges Wicklungssystem ergibt (siehe Anspruch 2).

Ein weiterer erfindungsgemäßer Kostenvorteil der vorbeschriebenen ein- bzw. zweisträngigen Wicklungssysteme beruht (im Vergleich zu den in Fig. 2. gezeigten dreisträngigen Wicklungssystemen) in der geringen Anzahl der speisenden Stromventile (z. B. Transistoren): Zwecks Erzeugung eines Drehfeldes zur Gewährleistung eines sicheren Hochlaufs sind zweisträngig zweipulsig bei Wicklungen mit erfindungsgemäßer Mittelanzapfung und Speisung über eine Schaltung (z. B. gemäß Fig. 4) nur insgesamt vier Ventile mit entsprechender Ansteuerung erforderlich (anstelle von sechs Ventilen der in Fig. 2 gezeigten "Drehstrom"-Anordnungen). Bei einer Beschränkung auf einpulsige Anordnungen reduziert sich die Ventilzahl zweisträngig auf zwei Ventile (gegenüber drei Ventilen bei einpulsigen "DrehstronV'-Anordnungen):

Weitere Kostenvorteile ergeben sich erfindungsgemäß, wenn die Wicklungen nicht in genutete Blechpakete eingebracht werden, sondern als sogenannte "Luftspaltwicklungen" (siehe Anspruch 5) ausgeführt werden. Hierzu ist es im Sinne einer guten Materialausnutzung erfindungsgemäß zweckdienlich, die das Magnetfeld erregenden Läuferscheiben aus Dauermagnetmaterial auszuführen (siehe Anspruch 6). Diese Kostenvorteile lassen sich durch weitere Steigerungen der Materialausnutzungen erhöhen, wenn gemäß Anspruch die Wicklungen mit (ungenuteten) magnetischen Rückschlußteilen (z. B. aus spiral ig gewickelten Bändern aus Dynamoblechmaterial) als "Magnetjoche" auf den - der Magnetscheibe abgekehrten - Seiten der Scheibenläufermaschinen versehen werden.

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Auch bei einseitigen Wicklungsanordnungen läßt sich der vorbeschriebene Kostenvorteil mit Hilfe eines ähnlichen ferromagnetisehen Rückschlußteils erzielen, der in diesem Fall gemäß Anspruch 8 direkt mit der rotierenden Magnetscheibe verbunden sein kann und - vorzugsweise als Bauteil der Arbeitsmaschine (z. B. Lüfterrad) auch ungeblecht ausgeführt sein kann.

Weitere Kosteneinsparungen ergeben sich erfindungsgemäß durch den Einsatz von Sensoren (z. B. Hallsonden o. ä.), die die speisenden Stromrichterventile (bspw. Transistoren) direkt schalten und somit den Steueraufwand erheblich verringern(siehe Anspruch 9). Mit Hilfe dieser "direkten Steuerung" durch Sensoren können relativ teure "Sinusgeber" zur Erzeugung annähernd sinusförmiger Ströme für pulsationsarme Drehmomente eingespart werden, wenn erfindungsgemäß (siehe Anspruch 10) eingebaute Magnetsonden direkt die Stromkurvenform steuern.

Claims (10)

1. Billigstausführungen von Scheibenläufermotoren

   Pft£en4f|nspruch

   Elektrische Scheibenläufermaschinen dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerwicklungen erfindungsgemäß rechteckförmig und so ausgeführt sind, daß die achsseitigen Wickelköpfe vollständig vermieden werden.

   Unteransprüche

   1. Erfindungsgemäße Scheibenläufermaschinen dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer Scheibenseite angeordneten Wickungen einsträngig ("einphasig") ausgeführt sind.
2. 2. Erfindungsgemäße Scheibenläufermaschinen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Scheibe je eine einsträngige Wicklungsanordnung vorgesehen wird und diese beiden Wicklungsanordnungen räumlich um je 90° elektrisch gegeneinander verdreht angeordnet insgesamt ein zweisträngiges ("zweiphasiges") Wicklungssystem bilden.
3. 3. Erfindungsgemäße Scheibenläufermaschinen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die einsträngige Wicklungsanordnung eine Mittelanzapfung besitzt und durch diese mittels zweier elektrischer Schaltventile (Transistoren o. ä., siehe Figur 4) so bestromt wird, daß beide Wicklungshälften abwechselnd so durchflutet werden, daß insgesamt eine zwei pul si ge Wirkung des einsträngigen Wicklungssystems entsteht.
4. 4. Erfindungsgemäße Scheibenläufermaschinen nach den Ansprüchen 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden einsträngigen Wicklungssysteme gemäß Anspruch 1 + 2 zwei pulsig entsprechend Anspruch 3 durchflutet wird.
5. 5. Erfindungsgemäße Scheiben!aufermaschinen nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen als "Luftspaltwicklungen" ausgeführt sind.
6. 6. Erfindungsgemäße Scheibenläufermaschinen nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferscheibe aus Dauermagnetmaterial besteht.
7. 7. Erfindungsgemäße Scheibenläufermaschinen nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen auf der - der Magnetfeld erzeugenden Scheibe abgekehrten - Seite mit einem geblechten magnetischen Rückschluß versehen werden können.
8. 8. Erfindungsgemäße Scheibenläufermaschinen nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Rückschluß bei einer einseitigen Wicklungsanordnung auf der dieser Seite abgekehrten, Magnetfeld erregenden Scheibenseite mit dieser verbunden ist und mitrotiert.
9. 9. Erfindungsgemäße Scheibenläufermaschinen nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (magnetische, induktive, optische etc.) zur Läuferlageerfassung verwendet werden und die beschriebenen Wicklungen abhängig von der Läuferlage so geschaltet werden, daß das erzielte Drehmoment ein Maximum ist oder wenigstens näherungsweise das Maximum erreicht.
10. 10. Erfindungsgemäße Scheibenläufermaschinen nach den Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenform des Wicklungsstromes von dem Verlauf des gemäß Anspruch 9 beispielsweise durch Hallsonden als Sensor erfaßten Feldverlaufs (direkt oder indirekt) für die Erzeugung einer (annähernd sinusförmigen) Stromkurvenform erspart werden.