EP4010970A1

EP4010970A1 - Verfahren für das betreiben einer elektrischen maschine und elektrische maschinen

Info

Publication number: EP4010970A1
Application number: EP20764294.3A
Authority: EP
Inventors: Ulusar AKBAY
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2022-06-15
Also published as: US20220360126A1; WO2021023326A1; DE112020003727A5

Abstract

Bei einem Verfahren für das Betreiben einer elektrischen Maschine mit wenigstens zwei Spulen, die einen magnetisierbaren, beweglichen Kern wie einen Anker oder einen Rotor aufweist, wird an die Spulen ein Strom konstanten Mittelwerts einer Gleichspannungsquelle angelegt derart, dass ein Betrieb der Vorrichtung im magnetischen Sättigungsbereich des Kerns erfolgt. Insbesondere für eine solche Betriebsart wird ein linearer und ein rotatorischer Aktor vorgeschlagen.

Description

Verfahren für das Betreiben einer elektrischen Maschine und elektrische Maschinen

Beschreibung :

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Betreiben einer elektrischen Maschine und elektrische Maschinen, die für dieses Verfahren geeignet sind.

Elektrische Maschinen und deren Betriebsverfahren sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt und bewährt. Grundsätzlich können elektrische Maschinen nach der Bewegungsart eines beweglichen Kerns unterschieden werden.

Bei Linearmotoren führt ein Anker als Kern eine lineare Bewegung aus, während bei rotatorischen Aktoren ein Rotor als Kern rotiert.

Diese Terminologie wird im Folgenden beibehalten.

Aus Wikipedia, Die freie Enzyklopädie, ist ein Reluktanz Motor mit einem Stator und einem Rotor bekannt. Der Stator weist radial nach innen gerichtet Zapfen als Spulenkerne auf, die in Umlaufrichtung des Rotors fortfolgend ein bzw. ausgeschaltet werden. Durch die hierdurch hervorgerufenen magnetischen Kräfte werden flügelartige Pohle des radial von dem Stator eingefassten Rotors in Bewegung gesetzt. Bei der Ausbildung des Rotors ist von Vorteil, dass dieser ohne Spulen, Magnete oder spezielle Werkstoffe gefertigt werden kann. Dies beruht auf dem Prinzip, dass das Drehmoment des Rotors im Wesentlichen durch die Reluktanz Kraft erzeugt wird und nicht durch die Lorenzkraft.

Allerdings weist ein Reluktanz Motor eine geringe Drehmomentdichte auf, das Nenndrehmoment bezogen auf das Volumen der Maschine ist geringer als beispielsweise bei einem Synchronmotor. Vor diesem Hintergrund macht die Erfindung es sich zur Aufgabe, elektrische Maschinen zur Verfügung zu stellen, die aufgrund ihres modularen Aufbaus in einfacher Weise an unterschiedlichste Aufgaben angepasst werden können und die trotzdem wirtschaftlich betrieben werden können.

So wird zunächst für ein Verfahren für das Betreiben einer elektrischen Maschine mit wenigstens zwei Spulen, die einen magnetisierbaren, beweglichen Kern wie einen Anker oder einen Rotor aufweist, gern, des Anspruchs 1 vorgeschlagen, dass an die Spulen ein Strom konstanten Mittelwerts einer Gleichspannungsquelle angelegt ist derart, dass ein Betrieb der Vorrichtung im magnetischen Sättigungsbereich des Kerns erfolgt, wobei vorzugsweise die Sättigung mehr als 10³ A/cm beträgt .

Ein solcher Wert kann bei einem Kern erreicht werden, der Weicheisen oder wenigstens ein Blechpaket aufweist, beispielsweise Trafobleche, Dynamobleche oder dergleichen.

Um die Verlustleistung einer derart betriebenen Maschine möglichst gering zu halten, sollte die magnetische Sättigung dieses Weicheisens oder der Bleche möglichst hoch sein.

Ein Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Betrieb einer elektrischen Maschine mit einer Betriebsspannung, die geringer ist als die Berührspannung, insbesondere geringer als 60 V, vorzugsweise geringer als 40 V.

Diese Maßnahme hat ferner zur Folge, dass die mit einem großen Strom von bspw. mehr als 40 A betriebenen Spulen unmittelbar durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt werden können, ein Nassbetrieb ermöglicht ist. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl für rotatorische Aktoren, bei denen der Kern, der Rotor, bei einer Beaufschlagung der Spulen mit einem Strom eine rotatorische Bewegung ausführt, als auch für translatorische Aktoren, bei denen der Kern, der Anker, eine lineare Bewegung ausführt .

Für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung haben sich insbesondere Spulen als geeignet erwiesen, die durch eine Wicklung einer sich flächenhaft erstreckenden, leitenden Folie gekennzeichnet sind, wobei die Wicklungen durch eine Isolierschicht getrennt sind.

Dabei ist insbesondere an Folien aus Kupfer oder Aluminium gedacht, deren Wicklungen beispielsweise durch eine Papierbahn elektrisch voneinander isoliert werden, gegebenenfalls durch eine einfache Lackschicht.

Eine solche Spule weist für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei Vorteile auf, nämlich vergleichsweise unempfindlich gegenüber hohen elektrischen Strömen von beispielsweise 40 A und mehr. Darüber hinaus kann eine solche Spule problemlos hergestellt werden und, senkrecht zu den Lagen der Wicklung, mechanisch bearbeitet werden, insbesondere geschnitten, gesägt oder gebohrt, da die Windungen selbst dann nicht beschädigt werden, sondern lediglich der Leiterquerschnitt. So kann die Herstellung eines Spulenrohlings auf einem langgestreckten Kern erfolgen, wonach durch Sägen oder Schneiden Spulen vereinzelt werden können.

Bevorzugt wird dabei, dass die Folie und die Isolierschicht einstückig ausgebildet sind. Dabei kann insbesondere an eine kupferkaschierte Teflonfolie gedacht sein, deren PFTE-Schicht bspw. eine Materialstärke von 10 Mikrometer aufweist, während die CU-Schicht 30 Mikrometer stark ist.

Derartige Spulen erlauben ferner eine konische Ausbildung, die zu einem Kreisring, einem Stator eines rotatorischen Aktors, nahezu abstandslos zusammengesetzt werden können.

Der Kern der erfindungsgemäßen elektrischen Maschinen wird durch wenigstens ein magnetisierbares Blechpaket auf einer zentralen, nicht magnetisierbaren Welle ausgebildet.

Dabei ist in konstruktiver Ausgestaltung daran gedacht, dass auf der Welle Abstandshülsen geführt sind, die das Blechpaket zwischen wellenfesten Kopfplatten verspannen und/oder mehrere Blechpakete beabstanden. Auch die Abstandshülsen sind nicht magnetisierbar, womit nur auf das bzw. die Blechpakete magnetische Kräfte einwirken.

In Weiterbildung eines solchen Aktors ist vorgesehen, dass der Kern sich mit dem Blechpaket durch eine Vielzahl von Spulen oder an einer Vielzahl von Spulen vorbeibewegt, die unmittelbar angrenzend oder gleichmäßig beabstandet angeordnet sind, oder dass sich das Blechpaket des Kerns an einer Vielzahl von Spulen vorbeibewegt, die einen Kreisring ausbilden.

Bei einem linearen Aktor, der lediglich einen Hub ausführt oder der als Feder ausgebildet ist, wird sich der Kern durch gleichmäßig beabstandeten Spulen bewegen bzw. an solchen vorbei. Ist eher an einen linearen Aktor nach Art eines Linearmotors gedacht, werden solche Spulen bevorzugt unmittelbar angrenzend angeordnet sein. Bei rotatorischen Aktoren bildet das Blechpaket Pole durch Flügel aus, die sich zwischen einer Vielzahl von Spulen bewegen, die zwei koaxiale Kreisringe ausbilden.

Aufgrund der voranstehend erläuterten Ausbildung einer Spule kann bei einem linearen Aktor weiter vorgesehen sein, dass eine Spulenanordnung rechteckig, insbesondere quadratisch ausgebildet ist, mit einer zentralen Durchgangsöffnung für den Kern bzw. Anker.

Konstruktiv hat eine solche Spulenanordnung weiter den Vorteil, dass die Spulenanordnung eckseitig mit Durchbrechungen versehen sein kann, die jeweils von einer Montagewelle durchsetzt werden und dass auf der Montagewelle Abstandshülsen geführt sind, die die Spulenanordnung beabstandet und/oder zwischen zwei Montagewellenresten Kopfplatten verspannen.

Weiter kann infolge dieser Maßnahme vorgesehen sein, dass eine Kopflatte des Ankers mit Durchbrechungen versehen ist, die von als Führungen ausgebildeten Abstandshülsen der Spulenanordnung durchsetzt werden. Zweckmäßigerweise werden in den Durchbrechungen dann Gleitlager vorgesehen sein. In vorteilhafter Weise werden so Abstandshülsen sowohl für die Montage der Spulenanordnungen als auch für die Führung des Ankers genutzt.

Bei einer alternativen Ausführungsform eines linearen Aktors sind die Spulen auf einem Wickelkern ringförmig um den Kern angeordnet .

Durch die Parallel- und/oder Reihenschaltung solcher Aktoren kann die Leistung einer derartig gestalteten elektrischen Maschine nahezu beliebig erweitert werden. Eine mechanische Parallelschaltung kann dabei in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass die Kerne beidseits an eine gemeinsame Kopfplatte angeschlossen sind. Auch eine solche Kopfplatte für mehrere Aktoren kann mit Durchbrechungen und Gleitlagern versehen sein, die auf Abstandshülsen für die Verspannung von Spulenanordnungen geführt werden.

Bei einem rotatorischen Aktor sind die Spulen konisch ausgebildet und zu einer kreisringförmigen Spulenanordnung zusammengesetzt. Insbesondere ist daran gedacht, dass wenigstens zwei Spulenanordnungen vorgesehen sind, die, mit Bezug auf eine Welle des Rotors, axial beabstandet und fluchtend angeordnet sind. Konstruktiv einfach kann eine solche kreisringförmige Spulenanordnung dadurch erhalten werden, dass die Spulenanordnung einen radial innenliegenden Positionierungsring für die Spulen aufweist, beispielsweise aus einer Vergussmaterial. In Weiterbildung ist dann vorgesehen, dass die Spulenanordnung einen radial außenliegenden Positionierungsring für die Spulen aufweist, dass der Positionierungsring Durchbrechungen für Montagewellen aufweist, dass auf den Montagewellen Abstandshülsen geführt sind, die die Spulenanordnungen beabstandet und zwischen zwei montagewellenfesten Kopfplatten verspannen. Ist auch der äußere Positionierungsring aus einer Vergussmasse, wird die Druckfestigkeit durch Rohrabschnitte, die in die Vergussmasse eingebracht sind, hergestellt.

Weiter ist eine nichtmagnetisierbare Rotorwelle mit wenigstens einem magnetisierbaren Blechpaket mit radial angeordneten Flügeln vorgesehen, die in den Zwischenraum zwischen zwei Spulenanordnungen eintauchen.

Wie auch bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist weiter vorgesehen, dass auf der Rotorwelle Abstandshülsen geführt sind, die das Blechpaket zwischen rotorwellenfesten Kopflatten verspanne und/oder mehrere Blechpakete beabstanden .

Letztlich kann ein nichtmagnetisierbares Gehäuse für eine Maschine oder einen Aktor nach der Erfindung noch vorgesehen sein .

Das Wesen der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der lediglich Ausführungsbeispiele dargestellt sind .

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1: teilweise geschnitten einen Kern oder einen Anker für einen linearen Aktor,

Fig. 2: eine stirnseitige Ansicht gern, des Pfeils II in

Fig. 1,

Fig. 3: in einer Draufsicht die Lagerung mehrerer Anker,

Fig. 4: die Anordnung von Spulen mit Bezug auf die Anker in

Fig. 3,

Fig. 5: einen Schnitt gern, der Linie V, V in Fig. 4,

Fig. 6: einen Schnitt gern, der Linie VI, VI in Fig. 4,

Fig. 7: eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht einer Spule,

Fig. 8: einen Schnitt gern, der Linie VIII, VIII in Fig. 7,

Fig. 9: einen Schnitt gern, der Linie IX, IX in Fig. 7,

Fig. 10: einen Abstandshalter, Fig. 11: eine Ansicht gern, des Pfeils XI in Fig. 10, Fig. 12: eine Variante einer Spulenanordnung, Fig. 13: eine konische Spulenanordnung, Fig. 14: einen Schnitt parallel zu der Zeichenebene von Fig. 13,

Fig. 15: einen Schnitt gern, der Linie XV, XV in Fig. 16, Fig. 16: ausschnittsweise einen Stator eines rotatorischen Aktors ,

Fig. 17: als Kern eines rotatorischen Aktors ausschnittsweise einen Rotor,

Fig. 18: ausschnittsweise einen Längsschnitt durch einen rotatorischen Aktor.

Ein linearer Aktor

Fig. 1 zeigt einen in der linken Bildhälfte geschnittenen Kern oder Anker 1 für eine lineare Bewegung in Achsrichtung. Der Anker 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Blechpaketen 2,3 auf einer nicht magnetischen, zentralen Welle 4 versehen. Die Blechpakete 2,3 aus einer Vielzahl von beispielsweise radial orientierten Trafoblechen, Dynamoblechen III oder IV oder dergleichen einer typischen Materialstärke von 0,5 mm weisen wie die Welle 4 einen kreisringförmigen Querschnitt auf, vgl. Fig. 2. Die magnetische Sättigung solcher Bleche sollte möglichst hoch sein, derzeit bis zu 2,310⁴ Gauß, um die Verlustleitung möglichst gering zu halten. Die Blechpakete 2,3 werden durch eine Abstandshülse 5 auf der Welle 4 von einander beabstandet. Zwischen den Wellenenden und den Blechpaketen 2,3 sind zwei weitere Abstandshülsen 6,7 vorgesehen.

Verspannt werden die nicht magnetischen Abstandshülsen 5 bis 7 und die beiden Blechpakete 2,3 zwischen zwei Kopfplatten 8,9, die mit Schrauben 10,11 an der Welle 4 festgelegt sind.

Ein solcher Anker 1 bildet in Verbindung mit ihn in Bewegung versetzenden Spulen gleichsam ein Modul aus, das mit weiteren Modulen gleichsam parallel und/oder in Reihe geschaltet werden kann.

So wird anhand der Figuren 3 bis 11 der Aufbau eines translatorischen Aktors 14 mit vier parallel geschalteten Ankern 15 bis 19 weiter erläutert, die über gemeinsame Kopfplatten 19,20 starr miteinander verbunden sind. Zwischen den Kopfplatten 19,20 sind wie bei dem vorausgegangenen Ausführungsbeispiel gern. Fig. 1 bei jedem Anker 15 bis 18 zwischen Abstandshülsen 21 bis 23 zwei Blechpakete 24,25 verspannt. Im Wesentlichen ist der Aktor 14 zu einer horizontalen und zu einer vertikalen Mittelebene 26,27 symmetrisch ausgeführt.

Die von den Kopfplatten 19,20 gehaltenen Anker 15 bis 18 sind innerhalb eines Käfigs 28 aus vorzugsweise einem amagnetischen Material gern, des Doppelpfeils linear verschiebbar. Der Käfig 28 weist bei dem Ausführungsbeispiel zwischen zwei Seitenelementen 29,30 sechzehn gleichartige Montagestangen 31 auf. Jeweils vier Montagestangen 31 durchsetzen vier einem Anker 15 zugeordnete Spulenanordnungen 32 bis 35, vgl. auch Fig. 5. Durch drei auf der Welle 31 geführte Abstandshülsen 36 bis 38 werden die vier Spulenanordnungen 32 bis 35 in Bewegungsrichtung des Ankers 15 gleichermaßen beabstandet. Der Luftspalt zwischen den Spulenanordnungen 32 bis 35 und den Blechpaketen 24,25 des Ankers 15 beläuft sich zwischen 0,3 und 0,5 mm.

Die Spulenanordnungen 32 bis 35 mit dazwischen angeordneten Abstandshülsen 36 bis 38 werden über zwei äußere Abstandshülsen 39,40 zwischen den Seitenwangen 29,30 verspannt. Entsprechend druckfest sind die Spulenanordnungen 32 bis 35 auszulegen.

Die vier Anker 15 bis 18 sind durch die gemeinsamen Kopfplatten 19,20 miteinander verbunden, vgl. Figuren 5 und 6. Die Kopfplatten 19,20 sind mit Durchbrechungen versehen, in die Gleitlager 43,44 eingelassen sind. Diese Gleitlager 43,44 sind hier beispielhaft auf den inneren Abstandshülsen 45,46 geführt. Alternative Lagerungsmöglichkeiten sind problemlos möglich.

Anhand der Figuren 7 bis 11 wird der Aufbau einer druckfesten Spulenanordnung 50 weiter erläutert. Die Spulenanordnung 50 weist eine zentrale Durchbrechung 51 für einen Anker 15 bis 18 auf. Vier weitere Durchbrechungen 52 in den Eckbereichen der quadratischen Spulenanordnung 50 dienen der Durchführung von Montagestangen 31.

Die beispielhaft 100 bis 250 Windungen der Spule 53, zum Beispiel aus einer kupferbeschichteten Teflonfolie mit einer PFTE-Schicht einer Materialstärke von 10 pm und einer Materialstärke der Cu-Schicht von 30 pm auf einem Spulenträger 54, einem Teflonfilm, einem selbstklebenden Teflon Gewebe oder dergleichen, dessen Materialstärke von ca. 0,125 mm in der Zeichnung deutlich überhöht dargestellt ist, sind zwischen zwei nicht elektrisch leitenden oder zur Seitenträgern 55,56 gefangen. Auch Spulenanordnungen 50 gern. Fig. 7 werden zwischen zwei Abstandshülsen verspannt und müssen daher ausreichend druckstabil sein. Dies gewährleisten Abstandhalter 57 in Röhrchenform gern, den Figuren 10 und 11, die wie die Seitenträger 55,56 vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material sind. Diese Abstandhalter 57 nehmen die auf die Spulenanordnung 50 wirkenden Druckkräfte zwischen den Seitenträgern 55,56 im Bereich der Durchbrechungen 52 im Wesentlichen auf.

Ein umlaufender Ring aus einer Vergussmasse 60 wie einem Gießharz, beispielsweise Epoxid oder Polyester, verbindet die Seitenträger 55,56 und hält damit die Spulenanordnung 50 zusammen .

In der Zeichnung nicht dargestellt sind die Anschlussdrähte der Spule 53, die durch die Vergussmasse 60 oder durch die Seitenträger 55,56 geführt sein können.

Da die Betriebsspannung des Aktors 14 unterhalb der Berührspannung liegt, können die Spulenanordnungen 32 bis 35 unmittelbar nass gekühlt werden.

Ein Schnitt durch eine alternative Spulenanordnung 63 wird anhand der Fig. 12 erläutert.

In eine Vergussmasse 64 eingebettet sind bei diesem Ausführungsbeispiel sieben Spulen 64 mit Kernen 65 um zwei Anker 66 angeordnet. Problemlos lässt sich die Anzahl von Ankern 66 und Spulen 65 wie auch bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel erhöhen. Dabei kann, wie in der Fig. 12 dargestellt, zwischen den Ankern 66 lediglich eine Spule 65 angeordnet sein, die somit doppelt genutzt wird. Die Anker 67 weisen bei diesem Ausführungsbeispiel Blechpakete 68 von quadratischem Querschnitt auf einer Welle 69 auf, die wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel über Abstandshülsen 70 verspannt sind. Damit in vergleichbarer Weise auch Spulenanordnungen 63 auf Montagestangen 71 verspannt werden können, jedoch die Vergussmasse 64 in der Regel dem Druck nicht standhalten würde, sind in die Vergussmasse 64 Rohrabschnitte 72 eingebracht, die diese Druckkräfte aufnehmen.

Die hier beispielhaften zwei Anker 67 sind mit den Spulen 65 in einem Gehäuse 73 aus einem nicht magnetischen Material eingegossen .

Das erläuterte Ausführungsbeispiel eines linearen Aktors kann nahezu beliebig erweitert werden. So können weitere Anker und Spulenanordnungen parallel angeordnet werden. Auch kann die Anzahl der Blechpakete auf der Welle eines Ankers erhöht werden und damit einhergehend die Anzahl der Spulenanordnungen. In beiden Fällen erfolgt eine Leistungssteigerung des Aktors.

Eine weitere Alternative stellt ein Linearmotor dar, bei dem ein Anker durch eine Vielzahl von Spulenanordnungen bewegt wird, die dann bevorzugt unmittelbar aneinandergereiht sind.

Ein rotatorischer Aktor

Das Wickeln der Spulen mit flächenhaft sich erstreckenden, mit einem Leiter, vorzugsweise Kupfer, alternativ bspw. Aluminium, beschichteten, selbst elektrisch isolierenden Folien, ggf. auch zweilagige Wicklungen, einer leitenden und einer isolierenden Folie, hat mehrere Vorteile. Aufgrund des großen Leiterquerschnittes können hohe Ströme von regelmäßig mehr als 10 A problemlos fließen. Darüber hinaus kann die Geometrie einer Spule durch Sägen, Schneiden und Bohren senkrecht zu den flächenhaft sich erstreckenden Folien verändert werden.

So zeigt Fig. 13 in einer Draufsicht auf eine äußere Windung eine Spulenanordnung 80 von konischer Gestaltung. Wie der Schnitt gern. Fig. 14 aufzeigt, weist die Spulenanordnung 80 eine Spule 81 auf einem Kern 82 auf, ggf. auch auf einem einfachen Wickelkörper.

Solche Spulenanordnungen 80 sind herstellungstechnisch einfach. Auf einem lang sich erstreckenden Kern, in Fig. 15 senkrecht zur Zeichenebene, wird die Wicklung aufgebracht.

Aus einem solchen Rohling kann dann mit einem Laser oder durch einfaches Sägen die Spulengeometrie gern. Fig. 13 erhalten werden. Gegebenenfalls sind die offenen Spulenränder noch nachzuarbeiten, so dass es zu keinem Windungsschluss kommt .

Die konische Geometrie der Spulenanordnung 80 erlaubt eine kreisringförmige Anordnung gern. Fig. 16. Die vierundzwanzig kreisringförmig angeordneten Spulenanordnungen 83,84 bilden den scheibenförmigen Stator 85 eines rotatorischen Aktors aus. Radial innenliegend sind die Spulenanordnungen 83,84 mit abwechselndem, radialem Abstand in einem Montage- und Positionierungsring 86 gefasst, der eine zentrale Durchbrechung 100 aufweist. Ein weiterer Montage- und Positionierungsring 87 ist radial außenliegend vorgesehen.

Beide Montage- und Positionierungsringe 86,87 können in einfacher Weise durch einen Verguss der Spulenanordnungen 83,84 mit einem Kunstharz oder dergleichen erstellt werden. Insbesondere bei einem Verguss ist es problemlos möglich, die beiden Flachseiten der Spulenanordnungen 83,84 als Gleitfläche für einen Ölfilm während des Betriebs zu verhauten. Andere Techniken für ein Aufbringen einer Haut einer Materialstärke von ca. 0,2 bis 0,3 mm Stärke können gleichwohl zur Anwendung gelangen. Daneben kann durch einen vergleichsweise dünnen Schicht der Vergussmasse eine Verklebung der Spulenanordnungen 83,84 untereinander erreicht werden .

Ist insbesondere der äußere Montage- und Positionierungsring 87 aus einem Gießharz, so werden Durchbrechungen 88 durch Abstandhalter 89 in Röhrchenform druckstabil ausgebildet.

Die Geometrie des in Fig. 17 ausschnittsweise wiedergegebenen Rotors 90 als Kern des rotatorischen Aktors, ein Blechpaket aus einer Vielzahl von Trafoblechen wie bei dem Anker 1, ist dem Grunde nach bekannt. An einem zentralen Ring 91, dessen zentrale Durchbrechung 92 von einer Rotorwelle 93 durchsetzt wird, vgl. Fig. 18, erstrecken sich bei dem Ausführungsbeispiel sechs Flügel 94 radial nach außen. Die radiale Erstreckung der Flügel 94 des Rotors 90, der zwischen Statoren 85 angeordnet ist, vgl. Fig. 18, reicht etwa bis zu dem gestrichelten Kreissegment 95 in Fig. 16, die radiale Erstreckung des Rings 91 bis zu dem gestrichelten Kreissegments 101. Damit wird der radial innen liegende Montage- und Positionierungsring 86 von dem Ring 91 überdeckt und sind die Flügel 94 sicher zwischen den Spulenanordnungen 80 positioniert, vgl. Fig. 9.

Der in Fig. 18 ausschnittsweise wiedergegebene rotatorische Aktor weist auf der Rotorwelle 93 drei, gleichsam in Reihe geschaltete, geblechte Rotoren 90 auf. Vergleichbar den vorangegangenen Ausführungsbeispiele sind die Rotoren 90 durch Abstandshülsen 96 gleichmäßig beabstandet und fassen zwei Spulenanordnungen 80 einen Rotor 90 ein. Weitere Module, bestehend aus einem Rotor 90 und einer Spulenanordnung 90 können sich modulartig weiter anschließen. An den Enden der Rotorwelle 93 werden dann die äußeren Abstandhülsen an der Rotorwelle 93 festgelegt, bspw. wie bei dem Anker 1 erläutert. Entsprechen ist die zentrale Durchbrechung 100 des radial innen liegenden Montage- und Positionierungsring 86 für das Durchsetzen der Rotorwelle 93 und der Abstandshülse 96 zu bemessen.

In dem Zwischenraum zwischen einer Spulenanordnung 80 und einem Rotor 90 kann ggf. ein Ölfilm noch vorgesehen sein.

Auch die Spulenanordnungen 80 mit dem radial äußeren Montage- und Positionierungsring 87 werden durch Abstandshülsen 97 auf Montagestäben 98 beabstandet und gegenüber einem angedeuteten Gehäuse 99 verspannt.

Claims

Verfahren für das Betreiben einer elektrischen Maschine und elektrische Maschinen Ansprüche:

1. Verfahren für das Betreiben einer elektrischen Maschine mit wenigstens zwei Spulen, die einen magnetisierbaren, beweglichen Kern wie einen Anker oder einen Rotor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an die Spulen ein Strom konstanten Mittelwerts einer Gleichspannungsquelle angelegt ist derart, dass ein Betrieb der Vorrichtung im magnetischen Sättigungsbereich des Kerns erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sättigung mehr als 10³ A/cm beträgt.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern Weicheisen oder wenigstens ein Blechpaket aufweist.

4.Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung geringer als die Berührspannung ist, insbesondere geringer als 60 V.

5.Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen unmittelbar durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt werden.

6.Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern bei einer Beaufschlagung der Spulen mit einem Strom eine rotatorische oder translatorische Bewegung ausführt.

7. Spule, insbesondere für die Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Wicklung einer sich flächenhaft erstreckenden, leitenden Folie, wobei die Wicklungen durch eine Isolierschicht getrennt sind.

8. Spule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie und die Isolierschicht einstückig ausgebildet sind.

9. Spulenanordnung mit Spulen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen konisch ausgebildet zu einem Kreisring zusammengesetzt sind.

10. Elektrischer Aktor, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche betrieben, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern durch wenigstens ein magnetisierbares Blechpaket auf einer zentralen, nicht magnetisierbaren Welle ausgebildet ist.

11. Aktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle Abstandshülsen geführt sind, die das Blechpaket zwischen wellenfesten Kopfplatten verspannen und/oder mehrere Blechpakete beabstanden.

12. Aktor nach einem oder mehreren der vorangehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern sich mit dem Blechpaket durch eine Vielzahl von Spulen oder an einer Vielzahl von Spulen vorbei bewegt, die unmittelbar angrenzend oder gleichmäßig beabstandet angeordnet sind, oder dass das Blechpaket des Kerns Flügel ausbildet, die sich zwischen einer Vielzahl von Spulen bewegen, die zwei koaxiale Kreisringe ausbilden.

13. Aktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spulenanordnung rechteckig, insbesondere quadratisch ausgebildet ist mit einer zentralen Durchgangsöffnung für den Kern.

14. Aktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung eckseitig mit Durchbrechungen versehen ist, die jeweils von einer Montagewelle durchsetzt werden und dass auf der Montagewelle Abstandshülsen geführt sind, die die Spulenanordnungen beabstanden und/oder zwischen zwei montagewellenfesten Kopfplatten verspannen.

15. Aktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopfplatte des Ankers mit Durchbrechungen versehen ist, die von als Führungen ausgebildeten Abstandshülsen der Spulenanordnungen durchsetzt werden.

16. Aktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen einen Wickelkern aufweisen und das Spulen ringförmig um den Kern angeordnet sind.

17. Elektrische Maschine, gekennzeichnet durch die Parallelschaltung mehrerer Aktoren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche.

18. Maschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne beidseits an eine gemeinsame Kopfplatte angeschlossen sind.

19. Rotatorischer Aktor, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche betrieben, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen des Stators konisch ausgebildet und zu einer kreisringförmigen Spulenanordnung zusammengesetzt sind.

20. Aktor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Spulenanordnungen vorgesehen sind, die, mit Bezug auf eine Welle des Rotors, axial beabstandet und fluchtend angeordnet sind.

21. Aktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung einen radial innen liegenden Positionierungsring für die Spulen aufweist.

22. Aktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung einen radial außen liegenden Positionierungsring für die Spulen aufweist, dass der Positionierungsring Durchbrechungen für Montagewellen aufweist, dass auf den Montagewellen Abstandshülsen geführt sind, die die Spulenanordnungen beabstanden und zwischen zwei montagewellenfesten Kopfplatten verspannen.

23. Aktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine nicht magnetisierbare Rotorwelle mit wenigstens einem magnetisierbaren Blechpaket mit radial angeordneten Flügeln, die in den Zwischenraum zwischen zwei Spulenanordnungen eintauchen.

24. Aktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rotorwelle Abstandshülsen geführt sind, die das Blechpaket zwischen rotorwellenfesten Kopfplatten verspannen und/oder mehrere Blechpakete beabstanden.

25. Maschine oder Aktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein nichtmagnetisierbares Gehäuse.