WO1998040958A1 - Elektrische maschine, elektronisch geregelt - Google Patents

Elektrische maschine, elektronisch geregelt Download PDF

Info

Publication number
WO1998040958A1
WO1998040958A1 PCT/CH1998/000092 CH9800092W WO9840958A1 WO 1998040958 A1 WO1998040958 A1 WO 1998040958A1 CH 9800092 W CH9800092 W CH 9800092W WO 9840958 A1 WO9840958 A1 WO 9840958A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrical machine
machine according
primary
parts
freely
Prior art date
Application number
PCT/CH1998/000092
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Dambach
Original Assignee
Horst Dambach
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Horst Dambach filed Critical Horst Dambach
Priority to AU60870/98A priority Critical patent/AU6087098A/en
Publication of WO1998040958A1 publication Critical patent/WO1998040958A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K51/00—Dynamo-electric gears, i.e. dynamo-electric means for transmitting mechanical power from a driving shaft to a driven shaft and comprising structurally interrelated motor and generator parts

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine according to the preamble of patent claim 1 and according to independent patent claim 15.
  • This electrical machine which is disclosed in CH 682 891 GAFNER, contains at least two coaxial electric motors which are connected in cascade.
  • This engine is quite comparable to the engine model described above, whose Stators and rotors are arranged in the same sequence, ie the outer stator drives the outer inner rotor package, which is firmly connected to the stator of the inner motor and drives the spindle shaft with its rotor package.
  • the motors lie next to each other instead of being pushed together. In principle, both of the motors mentioned are identical; the motor from GAFNER also reaches 2-pole 6000 rpm.
  • the two motors connected in cascade are separately connected to the mains with two frequency converters in parallel and are controlled variably in terms of speed and torque.
  • the two stators producing the rotating fields are each separated from one another by a secondary rotor. This creates the force effect of two rotating field systems, which are variable in slip in the direction of rotation in asynchronous machines and variable in load angle in synchronous machines.
  • the two rotating fields do not have the same load angle approach and are separated by a variable speed difference.
  • the permanently rotating engine parts cannot be designed as the largest possible rotating dynamic flywheel masses; in relation to a motor there is no flywheel symmetry. A small rotor diameter is connected to a large stator diameter.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention has for its object to build a variable-speed drive that manages at low and high speeds without expensive mechanical transmission, the motor is controlled variable speed, the coherent primary part maintains the full speed or partial speed while the two secondary parts rotate with each other with a relative speed difference or are still.
  • Such machine units can be assembled axially, so that, based on the individual motor or generator with a reduced bearing load per unit, much higher engine speeds can be achieved or generator speeds can be set many times lower.
  • synchronous motors can also be built according to the above principle.
  • synchronous motors can be built with an enhanced excitation field, so that fixed speed levels can be switched on and off as desired with these motors by switching the three-phase winding on and off and the motor remains blocked thanks to the DC field. In this way, fixed speed jumps can be switched on and off within a drive system.
  • simple drive units mentioned sophisticated drive sequences can be set up, for example, with different speed and power levels.
  • the primary windings of a drive unit for fixed speed and power can be connected in parallel or in series.
  • Another advantage of this motorized arrangement is the idle control of the freely rotatable primary part, which can also be used when standing Secondary parts remain rotatable at any speed and provide self-ventilation.
  • One example is the braked car.
  • the principle offers mechanical advantages because the height of the bearing speeds remains limited to the individual motor step range.
  • the bearing load must take into account the highest driving load in the system.
  • the electrical connection is made mechanically via slip rings or ring transformers.
  • Another very useful device is the high-frequency inductive or capacitive coupling of the rotating unwrapped stator surface to the outer casing of the machine. Such coupling methods allow signal bandwidth as well as power transfer in frequency bandwidths.
  • hollow shafts can be installed at different speeds in the individual drive units, which, concentrically nested, connect different tool holders with the individual drive units, so that there are direct connection options for different speeds and torques.
  • the individual motors can also be dimensioned the same or can be designed differently with the known windings for different speeds in one motor.
  • the motors can be operated in any direction of rotation.
  • the drive units are cooled by self-ventilation, whereby the fan blades are mounted on the rotating stator and on the secondary shafts, so that continuous air draft is guaranteed.
  • the electrical machine according to the invention consists of two motors, preferably asynchronous motors, or generators of any kind, the wound primary parts of which are mechanically connected, the secondary parts are arranged separately from one another. Both the primary part and the secondary parts are freely rotating on the same axis. The speeds and individual torques generated by the motor between the secondary parts are added up and transferred, for example, to force-transmitting connecting parts such as shafts, flanges, couplings or brackets, which can be connected or coupled with mechanical elements that can be freely rotated or fixed in the same axis.
  • Two variants can be described:
  • the machine consists of two single motors arranged concentrically one above the other in a disc shape.
  • the inner and outer wound and electrically active stator rings are placed concentrically one inside the other on a ring that is laterally connected to a disc.
  • the primary parts are mechanically connected in this way and magnetically and electrically separated from one another as required.
  • the two secondary rings assigned to the primary stator parts are each arranged with an air gap separately from the primary rings inside and outside.
  • the primary part and secondary parts are freely rotating in the same axis.
  • the primarily generated electromagnetic traveling fields interact with the assigned secondary rings.
  • the torques of the individual motors are preferably generated in equal parts, but this is not a requirement.
  • the machine consists of two electric motors lying side by side on the same axis, the primary wound stators of which are mechanically connected on a shaft, preferably on a hollow shaft, but are magnetically and electrically separated and freely rotatable on both sides.
  • the secondary parts are each connected with an air gap separately from the stators, preferably laterally on the outside, with a disk or a flange.
  • the stator part and secondary parts are freely rotatable in the same axis of the motor.
  • the primarily generated electromagnetic traveling field works with the assigned secondary rings together.
  • the torques of the individual motors are preferably generated in equal parts, but this is not a requirement.
  • the machine consists of two concentrically arranged drive halves in the form of a disk.
  • the inner and outer wound and electrically active primary stator ring are concentrically nested on a cylinder that is laterally connected to a disc.
  • the primary parts are mechanically connected in this way and magnetically and electrically separated from one another as required.
  • the two secondary rings assigned to the primary stator parts are each separated by an air gap and arranged on the inside and outside of the primary rings.
  • the primary part as well as the secondary parts are connected with hubs and freely rotating in the same axis.
  • an asynchronous machine consists of two drive halves lying side by side on the same axis, the statically wound stators of which are pressed on both sides into a two-part T-shaped housing.
  • the housing is freely rotating on the drive shaft and a hollow shaft mounted on it and consists of two cup-shaped halves, both of which have a receptacle for rolling bearings.
  • the housing is provided with an end cover on the non-drive side (NAS).
  • the secondary excitation poles on the non-drive side are mounted on the hollow shaft and are either secured with a wedge in the non-drive side flange of the outer housing or mounted freely rotating.
  • the drive shaft is mounted so that it can rotate freely in the drive-side (AS) flange and in the non-drive-side flange of the outer housing, optionally via a shaft extension, with a standstill brake or with another motor on the back.
  • a slip ring body permanently mounted on the hollow shaft is optionally installed for the power supply.
  • the freely rotating rotor can be integrated into a system of high-frequency inductive or capacitive coupling in relation to the outer housing. Coils, which couple two systems, are installed in the gap between the rotor and the outer jacket.
  • the feedback and the converter for the three-phase drive are installed on the rear wall of the primary part. The same power transfer can take place from the primary body to the excitation of the poles.
  • the asynchronous machine consists of two drive halves lying next to one another on the same axis, the primary wound stators of which are radially aligned in a disk-shaped manner, but are magnetically and electrically separated and freely rotatable on both sides.
  • the secondary parts are each aligned with an air gap and radially laterally to the stator and preferably connected laterally on the outside with a washer or a flange.
  • the stator part and secondary parts are freely rotatably mounted in the same axis of the drive unit.
  • the machine consists of two drive halves lying next to one another on the same axis, the primary wound stators of which are mounted laterally within a drum with a T-shaped cross section to the disk-shaped drum base designed as a bearing flange.
  • the drum is provided with a bearing flange on both sides.
  • the two secondary parts are each mounted on individual shafts, which are inserted into the drum flanges and inserted laterally into the drum.
  • the primary part and secondary parts are separated by an air gap and are freely rotatable in the same axis of the drive unit.
  • the machine is an electrical speed and load-stable variator, which is controlled electronically variable in speed, and does without expensive gears for low and high speeds.
  • the stator which is equipped with two primary windings, is freely rotatable and, by means of counter-rotating fields, maintains the full speed or partial speed, while the two secondary parts rotate relative to each other with a relative speed difference or are stationary (at standstill). Because the two windings are mechanically connected, the two rotating fields have the same load application point. This fact is crucial for the regulation of the machine.
  • the rotating stator has a load-stable, dynamic torque that is effective in every operating situation, which is generated by the greatest possible moment of inertia and thus has an energy storage volume.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the function of an embodiment of the electrical machine according to the invention
  • FIG. 4 vector diagram of the primary current and flow vectors in an asynchronous machine
  • FIG. 5 vector diagram of the primary current and flow vectors in a synchronous machine
  • FIG. 6 shows a longitudinal section of an electric drive of an embodiment of the electric machine according to the invention shown in the undercarriage of a small car;
  • FIG. 7 shows a section of the undercarriage with an embodiment of the electrical machine according to the invention.
  • FIG. 8 shows a section of a machine tool spindle drive with an embodiment of the electrical machine according to the invention
  • FIG. 9 shows a section through an embodiment of the electrical machine according to the invention as a synchronous machine; 10 shows a section through an embodiment of the electrical machine according to the invention as an asynchronous machine;
  • the electromechanical structure enables two different electrodynamic functions and the parallel primary windings can be switched in two variants:
  • the loosely rotating primary stator drives the two secondary rotors equipped with short-circuit windings rotating against each other.
  • the rotors are moved by the rotating fields in the direction of rotation, repelling each other, from the driving side to the driving side. Because two rotors drive, the input torque and the output speed are determined by the sum of the speeds and individual torques of the secondary parts.
  • n s ⁇ r. R2 ( ⁇ n NAS ) n AS on the drive side.
  • n AS n s ⁇ n R2 (+ n NAS )
  • Positive direction of rotation (+) means parts rotating to the right on the drive side. Shafts, primary and secondary parts have opposite rotation behavior.
  • n s The speed n s of the rotating stator is decisive for the torque on the AS shaft.
  • the torque acting on the shaft is calculated from:
  • the torque acting on the shaft is in turn calculated from:
  • I nj
  • the differential motor behavior can be shown graphically from the local curves derived from the equivalent circuit (FIG. 2). If we consider the two locus curves individually, the torque-related zero point of the 1st motor half lies in the axis of the non-drive shaft, the torque-related zero point of the 2nd motor half coincides with the resulting torque point of the 1st motor half (in the freely rotating stator) and the resulting torque point The second half of the motor lies in the axis of the drive shaft. The system approach of the motor lies in the resulting moment of the first half of the motor, which is identical to the zero point of the second half of the motor, it is the differential point of the system. If the rotating field forces are rectified, the field-generating stator rotates at idle, the force effect is generated by counter-rotating field movement.
  • the field-determining flood wave can be displayed in relation to the stator or the rotor.
  • complex instantaneous values can be introduced.
  • the rotating field can assume any position relative to the stator coordinate system, regardless of the rotor coordinate system.
  • the displacement angles in the two air gaps of the motors can be represented as follows (Fig. 5).
  • the load angle components ⁇ i and S 2 are inversely proportional to the load components.
  • Fig. 1 If the synchronous machine is used as a generator, it works directly on the connected network after synchronization. The stator (s) A and B are driven in parallel by the drive machine to approx. Nominal speed. In this case, the machine works against the field, the non-drive-side rotor 4 remaining blocked. This means that if the generator is switched to the network, the rotating stator is first accelerated against the nominal speed by the drive machine, synchronized with the network and connected to the network. The regulation of the two machine halves is determined solely by the excitation current that builds up the fields. The synchronous generator is controlled in a field-oriented manner. The control is carried out from a computer according to the exact model profile of the machine. Starting from the rotating stator (stator coordinates) of both machine halves, the rotating fields are built up.
  • the undercarriage consists of wheel axle 1 and screwed-on wheel rim 8, which is detachably connected to the motor-driven driving sleeve 4 of the undercarriage motor by means of toothing 3.
  • the chassis motor consists of a motor hub, which is also wheel hub 2.
  • the wheel hub 2 is connected to the wheel suspension 7 of the vehicle via a double-sided toothed disk 6, the disk brake 8 is also screwed to this toothed disk 6 and connected to the driving sleeve 4 of the motor.
  • the driving sleeve 4 is mounted on the wheel hub 2 with two roller bearings 9.
  • the secondary package 10 with short-circuit winding 19 of the outer motor 11 is pressed into the driving sleeve 4 of the chassis motor.
  • the drive shown consists of outer and inner chassis motors 11 and 12, both of which are arranged concentrically one above the other.
  • the inner and outer wound primary part 13; 14 of the motors are placed concentrically one inside the other and pressed onto a cylinder 15a, which is part of the trough-shaped rotor 15, the inner cylinder 15b of which is mounted in the inner bore of the hub via a track sleeve 16 with double roller bearings 17.
  • the wheel axle 1 in turn is supported by two roller bearings 18 in the inner cylinder of the trough-shaped rotor 15.
  • the secondary package 20 with short-circuit winding 21 of the inner motor is pressed onto the fixed wheel hub 5.
  • the slip ring 21 or the transmission element for the power connection 23 of the motors is mounted in the cylindrical hub cavity 5a.
  • the engine is self-ventilated. The cooling takes place via ventilation blades 5a; 5b; 5c, which create air circulation at attached breakthroughs. Positions are additionally noted in FIG. 16.
  • FIG. 7 shows a section of the undercarriage. It shows the toothing 3 between the driver sleeve and the wheel rim 5. Furthermore, the double rod displacement conductor 19a of the short-circuit armature winding 19 and the position of the stator winding 14a are shown. 8 shows the section through a machine tool spindle drive. This consists of two axially mounted motor units 11 and 12. The structure of the drive is divided into an inner 1st hollow shaft, which corresponds to the hub 2, with a front flange 2a that can be fixed to a machine, with a fixed steel tube 2b and a secondary package 20 that can be mounted on one side Short-circuit winding 21.
  • the primary motor stators 13 and 14 are pressed onto a hollow shaft 15, which are freely rotating on the hub 2 via roller bearings 17.
  • the secondary package 10 with short-circuit winding 19 is aligned with the position of the primary part 14 and pressed into a tubular sleeve 4 a, which is firmly connected to the drive flange 4.
  • the drive flange 4 is connected to the inner tool holder hollow shaft 4b via a spigot connection.
  • the inner tool holder hollow shaft 4b is supported in the inner bore of the hub 2 on both sides via roller bearings.
  • hollow shafts 4b; 23 are mounted, which connect the individual drive elements separately to the front tool holder 26.
  • the slip ring 22 for the power connection is mounted on the inside of the flange 2a and connects it to the shaft 15.
  • the fan blade 15a is mounted on the shaft 15.
  • 4 openings 4c ventilatorför ig in the flange housing educated. This applies to a machine installation with slip-on cooling housing 35 with cooling jacket made of coils 36 in which cooling medium circulates.
  • FIG. 9 shows the section of a synchronous machine consisting of two drive halves 1 and 2 lying next to one another on the same axis.
  • the statically wound stators 10 and 12 of the drive halves 1 and 2 are pressed into a two-part T-shaped housing 14 on both sides.
  • the housing is freely rotating on the drive shaft 15 and a hollow shaft 16 mounted on it and consists of two pot-shaped halves 14a and 14b, each of which has a receptacle 16 for rolling bearings.
  • the housing On the non-drive side (NAS), the housing is provided with an end cover 17.
  • the secondary non-drive-side excitation poles 11 are mounted on the hollow shaft 12 and are optionally secured in the non-drive-side flange 18 of the outer housing with a wedge 18a and are mounted in a freely rotating manner 18b.
  • the drive shaft 15 is mounted in the drive-side (AS) flange 19 and in the non-drive-side flange 18 of the outer housing so that it can rotate freely, optionally via a hollow shaft extension 20 with a standstill brake or with a further motor 21 on the back.
  • slip ring bodies 6 are optionally permanently mounted on the hollow shaft.
  • the freely rotating rotor housing can be integrated into a system of high-frequency inductive or capacitive coupling in relation to the outer housing 22a.
  • Coils 2a; 2b; 5, which are two systems, are mounted opposite one another in the gap 23 between the rotor and the outer casing couple and are part of a resonant circuit.
  • the feedback and the converter 24 for the three-phase drive are installed on the rear wall 17 of the primary part.
  • the same power transfer can take place from the primary body via converter 25 to the excitation of the poles 11 and 13.
  • a fan 9 with a radial fan impeller 26 is mounted on the drive side shaft and the primary stator. These are spaced apart by a deflection air chamber 27 and supply the motor with a continuous air flow.
  • Positions 8a; 8b; 8c are position and speed sensors.
  • the asynchronous machine consists of two drive halves 1 and 2 lying next to one another on the same axis, the statically wound stators 10 and 11 of which are pressed into a one-piece T-shaped housing 14 on both sides.
  • the housing is freely rotating on a drive shaft 15 and an output shaft 16.
  • a bearing for rolling bearings is integrated in the center bar for each side.
  • the housing 14 is screwed to both sides with a bearing cover 17a and 17b.
  • the secondary short-circuit anchor packages 12 and 13 are pressed onto the shafts in such a way that they are radially aligned with the primary packages 10 and 11 when mounted in the housing 14.
  • the two drive and output shafts 15 and 16 protruding from the housing 14 are mounted so as to rotate freely in the drive-side (AS) flange 20 and in the non-drive-side flange 19 of the outer housing, optionally via a shaft extension 21 with a standstill brake or with a further motor 22 on the back.
  • For the Power supply are optionally slip ring body 6 firmly mounted on the shaft.
  • the freely rotating rotor housing can be integrated into a system of high-frequency inductive or capacitive coupling in relation to the outer housing 23a.
  • coils 2a; 2 B; 5 mounted, which couple two systems and are part of a resonant circuit.
  • the feedback and the converter 24 for the three-phase drive are installed on the bearing cover 17a of the primary part.
  • a fan 9 with a radial fan impeller 26 is mounted on the drive side shaft and the primary stator. These are spaced apart by the deflection air chamber 27 and supply the motor with continuous air flow.
  • Positions 8a; 8b; 8c are position and speed sensors.
  • FIG. 11 shows circuits with a three-phase intermediate circuit inverter.
  • FIG. 13 shows a variant of a drum rotor ge ass of the embodiment of the electrical machine according to the invention shown in FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 14 shows a variant of a rotor rotor according to the embodiment of the electrical machine according to the invention shown in FIG. 8.
  • FIG. 15 shows a variant of a disk rotor.
  • the rotor and disc can be freely rotated between the primary parts.
  • FIG. 16 shows a flywheel rotor according to FIG. 6.
  • the flywheel rotor comprises a speed and angle sensor 35, a field probe 38, a ring transformer 36 and a standstill brake 37.
  • the energy block shown in FIG. 17 shows two synchronous generators according to FIG. 9, which are coupled together to a turbine 5. In this way, speed level 1-2; Set up 3-4. The high speed of the turbine is reduced in the generator down to "0" revolutions.
  • the machine is controlled by angle-synchronous load control via the differential values of the two synchronous generators 1; 2; 3; 4.
  • the turbine 5 drives the rotor 1 via the primary part A and is connected to rotors 2 and 3. This in turn drives via the primary part B on rotor 4, which is stationary.
  • the synchronization takes place via 10 1 ; 10 2 - the load torque control takes place digitally via a magnetic flux circuit 6 known per se with a target / actual comparison of the turbine 5 - generator 1; 2; 3; 4 load regulation 7 with the generator excitation 8 and the turbine control 9.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Die erfindungsgemässe elektrische Maschine umfasst mindestens zwei und paarweise angeordnete elektromotorische, beziehungsweise generatorische Einheiten, deren gewickelte, elektrisch gespiesene Primärteile untereinander auf Achse bezogen mechanisch starr verbunden und zwischen den Sekundärteilen frei drehend gelagert sind. Die Sekundärteile sind den Primärhälften zugeordnet und einzeln getrennt durch einen Luftspalt distanziert mit diesen magnetisch verbunden. Die Sekundärteile sind in gleicher Achse wie die Primärteile frei drehend gelagert und lassen sich als kraftübertragende Anschlussteile mit frei drehbaren oder feststehenden mechanischen Elementen verbinden beziehungsweise kuppeln.

Description

Elektrische Maschine, elektronisch geregelt
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrische Maschine gemass dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und gemass dem unabhängigen Patentanspruch 15.
Aus dem Stand der Technik sind mechanische Variatoren, Elektromotoren mit Getriebe und Generatoren bekannt, welche alle mit einem feststehenden Stator ausgerüstet sind. Bereits 1930 war ein hochtouriger Schleifbock bekannt, der einen rotierenden Zwischenmotor besass. Weiter ist ein Kaskadenmotor bekannt, der praktisch das gleiche Prinzip des hochtourigen Schleifbocks übernommen hat. Diese bekannten Techniken besitzen keinen rotierenden Stator, welcher mit gleichem Lastansatz differential Drehmomente erzeugt und bei Maschinenstillstand das volle dynamische laststabile Drehmoment behält sowie durch Rotation des Stators auch im Stillstand auf keine Fremdkühlung angewiesen ist.
Neuerungen dieser Motoren sind:
- Transformation der Drehzahlen (Drehzahltreppen);
- Laufeigenschaften stufenloser Variatoren, direkt reversierend;
- dynamisches Stillstandsmoment; - Fähigkeit, kinetische Energie zu speichern;
- Drehzahl- und Drehmoment des Einzelaggregates über Drehzahl des Primärteiles stellbar;
- Mechanische Teile nur mit halber Nenndrehzahl eines Einzelaggregates belastet;
- Eisenverluste lassen sich reduzieren;
- Funktion bisher mechanischer Getriebe, bzw. Variatoren im Motor bzw. Generator integriert; und
- Belastungshöhe der elektronischen Komponenten ist bezüglich der Endlast halbiert.
Ebenfalls sind aus dem Stand der Technik bekannt:
- hochtourige Bockschleifmaschinen, welche mit einem inneren und äusseren Hohlwellen-Motor ausgerüstet sind. Der Stator des äusseren Motors war im Maschinenständer montiert. Die Kurzschlusswicklung war auf eine innenliegende Hohlwelle montiert, welche ihrerseits mit dem Stator des inneren Motors ausgerüstet war. Das Rotorpaket des inneren Motors war auf die Schleifspindelwelle montiert. Solche Motoren in 2-poliger Ausführung liefen ohne drehzahlvariable Regulierung mit 6000 U/min.
ein Hauptspindelantrieb für eine Werkzeugmaschine. Diese in der CH 682 891 GAFNER offenbarte Elektrische Maschine enthält mindestens zwei gleichachsig hintereinander liegende Elektromotoren, die in Kaskade geschaltet sind. Dieser Motor ist durchaus vergleichbar mit vorbeschriebenem Motormodell, dessen Statoren und Rotoren in gleicher Folge angeordnet sind, d.h. der äussere Stator treibt das äussere innenliegende Rotorpaket, welches fest verbunden ist mit dem Stator des inneren Motors und mit seinem Rotorpaket die Spindelwelle antreibt. Beim vorliegenden Patent GAFNER liegen die Motoren statt ineinandergeschoben entsprechend verbunden nebeneinander. Vom Prinzip her sind beide genannten Motoren identisch, auch der Motor von GAFNER erreicht 2-polig 6000 U/min. Die beiden in Kaskade geschalteten Motoren werden separat mit zwei parallel liegenden Frequenzumrichtern je einzeln ans Netz angeschlossen und Drehzahl-Drehmoment-variabel gesteuert .
Der Nachteil dieser bekannten Konstruktionen liegt darin, dass
1. bei elektronischer Schlupf- oder Frequenzansteuerung die Drehfelder erzeugenden beiden Statoren jeweils durch einen sekundären Rotor getrennt auseinander liegen. Dadurch wird die Kraftwirkung von zwei Drehfeldsystemen erzeugt, welche in Drehrichtung bei Asynchronmaschinen schlupfvariabel und bei Synchronmaschinen lastwinkelvariabel auseinander liegen. Die zwei Drehfelder haben nicht den gleichen Lastwinkelansatz und sind durch eine variable Drehzahldifferenz getrennt.
2. die permanent rotierenden Motorenteile sich nicht als grösstmöglich rotierende dynamische Schwungmassen ausbilden lassen, auf einen Motor bezogen besteht keine Schwungmassen- Symmetrie. Ein kleiner Rotordurchmesser ist mit einem grossen Statordurchmesser verbunden. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen drehzahlvariablen Antrieb zu bauen, der in tiefen wie hohen Drehzahlen ohne teure mechanische Getriebe auskommt, dessen Motor drehzahlvariabel angesteuert wird, der zusammenhängende Primärteil die volle Drehzahl bzw. Teildrehzahl behält während die zwei Sekundärteile zueinander mit relativer Drehzahldifferenz drehen beziehungsweise unbewegt sind. Solche Maschineneinheiten lassen sich axial zusammenbauen, so dass auf den einzelnen Motor oder Generator bezogen bei reduzierter Lagerbelastung pro Einheit sich um ein Vielfaches höhere motorische Drehzahlen erreichen lassen, beziehungsweise generatorisch um ein Vielfaches kleinere Drehzahlen einstellen. Ausser Asynchronmotoren lassen sich auch Synchronmotoren nach obigem Prinzip bauen. Synchronmotoren können beispielsweise mit verstärktem Erregungsfeld gebaut werden, so dass sich mit diesen Motoren feste Drehzahlstufen beliebig zu- und abschalten lassen, indem die Drehstromwicklung zu- und abgeschaltet wird und der Motor dank dem Gleichstromfeld blockiert stehen bleibt. Innerhalb eines Antriebverbundes lassen sich so vorausbestimmbar feste Drehzahlsprünge zu- und abschalten. Mit den genannten einfachen Antriebseinheiten lassen sich beispielsweise mit verschiedenen Drehzahl- und Leistungsstufen anspruchsvolle Antriebsabläufe einrichten. Bei Asynchronbetrieb lassen sich die Primärwicklungen einer Antriebseinheit für feste Drehzahl und Leistung parallel oder in Serie schalten. Ein weiterer Vorteil dieser motorischen Anordnung ist die Leerlaufansteuerung des frei drehbaren Primärteils, der auch bei stehenden Sekundärteilen mit beliebiger Drehzahl drehbar bleibt und für Eigenventilation sorgt. Ein Beispiel ist das gebremst stehende Auto.
Mechanische Vorteile bietet das Prinzip, weil die Höhe der Lagerdrehzahlen auf dem einzelnen motorischen Stufenbereich begrenzt bleibt. Die Lagerbelastung muss der höchsten Trieblast im System Rechnung tragen. Bei diesen Antriebseinheiten erfolgt der elektrische Anschluss mechanisch über Schleifringe oder Ringtrafos. Eine weitere sehr sinnvolle Einrichtung ist die hochfrequente induktive oder kapazitive Kopplung der drehenden unbewickelten Statoroberfläche mit dem Aussengehäuse der Maschine. Solche Kopplungsverfahren lassen in Frequenz Bandbreiten Signal als auch Leistungstransfer zu. Das Prinzip folgt aus Überlegungen zur Spannungsgleichung u = Ri + dy/dt, für w —*-∞ wird y = 0; d.h. wird eine in einem Schwingkreis verbundene Spule einem zeitlich sinusförmigen Feld ausgesetzt, so neigt bei hohen Frequenzen die Flussverkettung gegen 0, weil bei hinreichend grossen Frequenzen das äussere Feld durch das Rückwirkungsfeld der "kurzgeschlossenen" Spule aufgehoben wird.
Innerhalb einer Gruppe von Antriebseinheiten können wahlweise bei unterschiedlichen Drehzahlen in den einzelnen Antriebsaggregaten Hohlwellen montiert werden, die konzentrisch ineinandergefügt verschiedene Werkzeughalter mit den einzelnen Antriebsaggregaten verbindet, so dass für verschiedene Drehzahlen und Drehmomente direkte Anschlussmöglichkeiten bestehen. Die einzelnen Motoren können auch mit den bekannten Wicklungen für verschiedene Drehzahlen in einem Motor gleich bemessen oder auch unterschiedlich ausgelegt werden. Die Motoren können in beliebiger Drehrichtung betrieben werden. Die Kühlung der Antriebsaggregate erfolgt durch Eigenbelüftung, wobei die Lüfterflügel am rotierenden Stator und an den sekundären Wellen montiert werden, so dass Dauerluftzug garantiert ist.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Elektrischen Maschine, welche die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 15 aufweise.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die erfin ungsgemässe Elektrische Maschine besteht aus zwei Motoren, vorzugsweise Asynchronmotoren, oder Generatoren jeder Art, deren bewickelte Primärteile mechanisch verbunden sind, die Sekundärteile sind zueinander getrennt angeordnet. Sowohl Primärteil als auch die Sekundärteile sind in gleicher Achse frei drehend gelagert. Die zwischen den Sekundärteilen motorisch erzeugten Drehzahlen und Einzeldrehmomente werden summiert und beispielsweise auf kraftübertragende Anschlussteile wie Wellen, Flansche, Kupplungen oder Konsolen, welche sich mit frei in gleicher Achse drehbaren oder feststehenden mechanischen Elementen -verbinden beziehungsweise kuppeln lassen, übertragen. Zwei Varianten lassen sich beschreiben:
a) Scheibenförmig besteht die Maschine aus zwei konzentrisch übereinander angeordneten Einzelmotoren. Der innere und der äussere bewickelte und elektrisch aktive Statorring sind konzentrisch ineinander gestellt auf einen Ring gepresst, der seitlich mit einer Scheibe verbunden ist. Die Primärteile sind auf diese Weise mechanisch verbunden und je nach Erfordernis magnetisch und elektrisch voneinander getrennt. Die beiden, den primären Statorteilen zugeordneten Sekundärringe sind je mit einem Luftspalt getrennt von den Primärringen innen und aussen angeordnet. Primärteil als auch Sekundärteile sind in gleicher Achse frei drehend gelagert. Die primär erzeugten elektromagnetischen Wanderfelder wirken mit den zugeordneten Sekundärringen zusammen. Die Drehmomente der Einzelmotoren werden vorzugsweise zu gleichen Teilen erzeugt, was jedoch nicht Bedingung ist.
b) Achsial besteht die Maschine aus zwei auf gleicher Achse nebeneinander liegenden Elektromotoren, deren primär bewickelte Statoren auf einer Welle, vorzugsweise auf einer Hohlwelle, mechanisch verbunden, jedoch magnetisch und elektrisch getrennt beidseitig frei drehbar gelagert sind. Die Sekundärteile sind je mit einem Luftspalt getrennt von den Statoren, vorzugsweise aussen seitlich, je mit einer Scheibe beziehungsweise einem Flansch verbunden. Statorteil als auch Sekundärteile sind in der gleichen Achse des Motors frei drehbar gelagert. Das primär erzeugte elektromagnetische Wanderfeld wirkt mit den zugeordneten Sekundärringen zusammen. Die Drehmomente der Einzelmotoren werden vorzugsweise zu gleichen Teilen erzeugt, was jedoch nicht Bedingung ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine besteht die Maschine scheibenförmig aus zwei konzentrisch angeordneten Antriebshälften. Der innere und der äussere bewickelte und elektrisch aktive primäre Statorring sind konzentrisch ineinander gestellt auf einen Zylinder gepresst, der seitlich mit einer Scheibe verbunden ist. Die Primärteile sind auf diese Weise mechanisch verbunden und je nach Erfordernis magnetisch und elektrisch voneinander getrennt. Die beiden, den primären Statorteilen zugeordneten Sekundärringe sind je mit einem Luftspalt getrennt und zu den Primärringen innen und aussen angeordnet. Primärteil als auch die Sekundärteile sind mit Naben verbunden in gleicher Achse frei drehend gelagert.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine besteht eine Asynchron-Maschine aus zwei auf gleicher Achse nebeneinander liegenden Antriebshälften, deren primär bewickelte Statoren in ein 2-teiliges T-förmiges Gehäuse beidseitig eingepresst sind. Das Gehäuse ist frei rotierend auf der Antriebswelle und einer auf ihr gelagerten Hohlwelle montiert und besteht aus zwei topfförmigen Hälften, welche beide je eine Aufnahme für Wälzlager besitzen. Nichtantriebsseitig (NAS) ist das Gehäuse mit einem Abschlussdeckel versehen. Die sekundären nichtantriebsseitigen Erregungspole sind auf der Hohlwelle montiert und im nichtantriebsseitigen Flansch des Aussengehäuses wahlweise fest mit einem Keil gesichert oder frei drehend gelagert montiert. Die Antriebswelle ist im antriebsseitigen (AS) Flansch und im nichtantriebsseitigen Flansch des Aussengehäuses frei drehbar gelagert montiert, wahlweise über eine Wellenverlängerung, mit Stillstandsbremse oder mit einem weiteren Motor rückseitig kuppelbar. Für die Stromzufuhr sind wahlweise ein auf der Hohlwelle fest montierter Schleifringkörper montiert. Wie bereits erwähnt kann der frei drehende Rotor gegenüber dem Aussengehäuse in ein System von hochfrequenter induktiver oder kapazitiver Kopplung eingebunden werden. Im Spalt zwischen Rotor und Aussenmantel werden gegenüber liegend Spulen montiert, welche zwei Systeme koppeln. Die Rückkopplung und der Umrichter für den Drehstromantrieb sind an der Rückwand des Primärteiles installiert. Der gleiche Leistungstransfer kann vom Primärkörper auf die Erregung der Pole erfolgen.
Wiederum in einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine besteht die Asynchronmaschine aus zwei auf gleicher Achse nebeneinanderliegenden Antriebshälften, deren primäre bewickelte Statoren scheibenförmig radial ausgerichtet sind, jedoch magnetisch und elektrisch getrennt beidseitig frei drehbar gelagert sind. Die Sekundärteile sind je mit einem Luftspalt getrennt radial seitlich zum Stator ausgerichtet und vorzugsweise aussen seitlich je mit einer Scheibe oder einem Flansch verbunden. Statorteil als auch Sekundärteile sind in der gleichen Achse der Antriebseinheit frei drehbar gelagert.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine besteht die Maschine aus zwei auf gleicher Achse nebeneinander liegenden Antriebshälften, deren primäre bewickelte Statoren innerhalb einer im Querschnitt T-förmigen Trommel je seitlich zum scheibenförmigen als Lagerflansch ausgebildeten Trommelfuss montiert sind. Die Trommel ist beidseitig mit je einem Lagerflansch versehen. Die beiden Sekundärteile sind je auf einzelne Wellen montiert, welche seitlich in die Trommel eingeschoben in den Trommelflanschen lagern. Primärteil und Sekundärteile sind durch einen Luftspalt getrennt und in der gleichen Achse der Antriebseinheit frei drehbar gelagert.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass die Maschine ein elektrischer Drehzahl- und Laststabiler Variator ist, der elektronisch drehzahlvariabel angesteuert wird, und für tiefe wie hohe Drehzahlen ohne teure Getriebe auskommt. Der mit zwei primären Wicklungen bestückte Stator ist frei drehbar gelagert und behält durch Drehfelder gegenwirkend angesteuert die volle Drehzahl, bzw. Teildrehzahl, während die zwei Sekundärteile zueinander mit relativer Drehzahldifferenz drehen, beziehungsweise (im Stillstand) unbewegt sind. Weil die beiden Wicklungen mechanisch verbunden sind, haben die beiden Drehfelder den gleichen Lastansatzpunkt. Dieser Sachverhalt ist bezüglich der Regelung der Maschine entscheidend. Der rotierende Stator besitzt ein in jeder Betriebssituation wirksames laststabiles, dynamisches Drehmoment, das durch das grösstmögliche Massenträgheitsmoment erzeugt wird und dadurch ein Energie-Speichervolumen besitzt. Gleicher Lastansatz der beiden Drehfelder und die Fähigkeit des rotierenden Stators, kinetische Energie zu speichern, das dynamische Stillstandsmoment bei voller Eigenkühlung, die Stellbarkeit von Drehzahl und Drehmoment des Einzelaggregates über die Drehzahl des Primärteils, die Belastung der mechanischen Teile nur mit halber Nenndrehzahl eines Einzelaggregates und dass sich Eisenverluste reduzieren lassen sind die Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung der Funktion einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine;
Fig. 2 Ortskurven einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine in Leerlaufposition und in Lastposition; Fig. 3 Drehmoment-Drehzahlkennlinie Drehzahlverstellcharakteristik einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine in 4 Quadranten, mit Frequenz-Wechselrichter und mit Drehstromstell-Wechsel- richter (Primärteil mit Nenndrehzahl);
Fig. 4 Vektordiagramm der primären Strom- und Flussvektoren bei einer Asynchronmaschine;
Fig. 5 Vektordiagramm der primären Strom- und Flussvektoren bei einer Synchronmaschine;
Fig. 6 Längsschnitt eines elektrischen Antriebs einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine dargestellt im Fahrwerk eines Kleinautos;
Fig. 7 Schnittpartie des Fahrwerkes mit einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine ;
Fig. 8 Schnitt eines Werkzeugmaschinen-Spindelantriebs mit einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine;
Fig. 9 Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine als Synchronmaschine ; Fig. 10 Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine als Asynchronmaschine;
Fig. 11 Schaltungen mit Drehstromzwiεchenkreis-Wechsel- richter ;
Fig. 12 Schaltungsbeispiele von Wechselrichtern in Verbindung mit den Maschinen;
Fig. 13 Variante eines Trommelläufermotors gemass einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine;
Fig. 14 Variante eines Rotorläufermotors gemass einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine;
Fig. 15 Variante eines Scheibenläufers gemass einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine;
Fig. 16 Variante eines Schwungradläufers gemass einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine; Fig. 17 Variante eines Energieblockes mit 2 Synchrongeneratoren in einer als Generator geschalteten Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine;
Fig. 18 Schema einer hochfrequent induktiven Kopplung des rotierenden Primärteils zum stehenden Aussengehäuse gemass einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine; und
Fig. 19 Schema einer hochfrequent kapazitiven Kopplung des rotierenden Primärteils zum stehenden Aussengehäuse gemass einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine.
Fig. 1.2 stellt folgenden Sachverhalt dar:
Die elektromechanische Struktur ermöglicht zwei unterschiedliche elektrodynamische Funktionsweisen und die parallel liegenden Primärwicklungen lassen sich in zwei Varianten schalten:
A) gegenparallel in Serie; oder
B) getrennte Schaltungen.
Die weiteren Ausführungen beziehen sich auf asynchrone Maschinen.
Zu A) : Bei dieser Anordnung treibt der lose drehende primäre Stator die beiden mit Kurzschlusswicklungen bestückten sekundären Rotoren gegeneinander drehend an. Motorisch oder generatorisch betrachtet, werden die Rotoren von den Drehfeldern in Drehrichtung von der abtreibenden zur antreibenden Seite gegeneinander abstossend bewegt. Weil zwei Rotoren treiben, wird das Antriebsdrehmoment und die Abtriebsdrehzahl durch die Summe der Drehzahlen und Einzelmomente der Sekundärteile bestimmt.
MAS1;1 = MR1 + MR2 —— f nAS = NR1 + nR2
Zu B): Bei dieser Anordnung treibt der lose drehend gelagerte primäre Stator mit seinen parallel liegenden Drehstromwicklungen die mit Kurzschlusswicklungen bestückten sekundären Rotoren an. Mittels Umrichtertechnik wird das Drehzahl-Drehmomentverhalten spannungs- oder stromgesteuert geregelt. Sind die Drehfelder bezogen auf die gemeinsame Achse in Drehrichtung und Drehmoment gleichgerichtet, so dreht der Primärteil bei stehenden, beziehungsweise blockierten Sekundärteilen leer. Dieser Sachverhalt definiert das Anlassverfahren, wobei der Stator bei blockiertem nichtantriebsseitigem Rotor und stehendem antriebsseitigem Rotor mit gleichgerichteten Drehfeldern im Leerlauf auf Nenndrehzahl hochgefahren wird, beziehungsweise die sekundären Wellen werden gegeneinander mit dem Nenndrehmoment des rotierenden Primärteils festgehalten. Sobald die Spannung, die Ströme und die Frequenzen variiert werden, entsteht zwischen den Sekundärteilen ein variables Drehmoment, beziehungsweise es stellt sich an der antriebsseitigen Welle eine Drehzahl ein. Drehzahl - Drehmomentverhalten. Mit den Drehzahlen kann das Verfahren folgendermasser. beschrieben werden: ( Fig. 3 )
HNAS nicht antriebsseitig; bei gewöhnlichem Motcr = 0
ΓIRI des 1. Rotor relativ zum primären Stator. nR2 des 2. Rotors relativ zum primären Stator.
Ns des frei rotierenden Stators. ns = ± r.R2 ( ± nNAS ) nAS antriebsseitig . nAS = ns ± nR2 ( + nNAS ) nAS = ± nR1 ± nR2 ( ± nNAS ) wenn nAS = 0 ; bei Stillstand folglich nAS = nRι - nR2 ( nNAS = 0 ) τ-s = I nR1 | = | nR2 ( + nNAS ) | Positive Drehrichtung (+) bedeutet antriebsseitig rechts drehende Teile. Wellen, Primär- und Sekundärteile haben gegenläuifiges Drehverhalten. Bezüglich der Drehmomente, ergibt ns ≠ 0; nNAS = 0 auf Welle Stillstandsdrehmoment ns = 0 auf Welle kein Stillstandsdrehmoment
Die Drehzahl ns des rotierenden Stators ist für das Drehmoment an der AS-Welle massgebend. Ausgehend von einer beliebigen Stiilstandsposition ergibt ein ... 1. Liπearisierungsansatz, {drehzahlbezogen) ns = konstant und ≠ 0 nRι; n?.2 = variabel nRι = nRi ΔnA nR2 = nR2 - ΔnA nAS =( n?.ι + ΔnA )-( n?.2 - ΔnA )= + 2*ΔnA Wellen, drehricht- nAs =( nRi - ΔnA )-( n?.2 + ΔnA )= - 2*ΔnA ungsbezogen
+ (MSι + Ms2) = (3/2)*(J/2)*{d(Ωsι- ΩR1)+ ΔΩA)/dt)+ d((Ωs2- ΩSι) - ΔΩA)/dt)}
-(Msi + Ms2) = (3/2)*(J/2)*{d(Ωsι- ΩRI)- ΔΩA)/dt)+ d((Ωs2- ΩSι) + ΔΩA)/dt)}
Das an der Welle wirksame Drehmoment berechnet sich aus:
MAS = ±(Ms*ns)/nAS MAS = (Msι+Ms2) und ein ....
- 2. Linearisierungsansatz {drehmomentbezogen) Wird von beliebiger Dre zahlpostion des Primärteils aus, die Primärdrehzahl (ns) bei gleichzeitig konstanter Abtriebsdrehzahl n(AS) erhöht oder gesenkt, so wird das Drehmoment (Msι+MΞ2) positiv oder negativ verändert. ns = variabel nRι; nR2 = variabel
ΔnRι;R2 = konstant (nRi;2 ± ΔnA) = ΔnRι;R2 nR1 = r.?.ι + ΔnA ± Δn5 nR2 = n?.: - ΔnA ± Δr.B
ΠAS =( nRi + Δr.A± ΔnB)-( n?2 - ΔnA ± ΔnB)= + 2*ΔnA Wellen, dreh-
Γ-ΛS =( Γ.RI - Δr.A ± ΔnB)-( n?2 -- ΔnA + ΔnB)= - 2*ΔnA richtungsbezoqen + (Mι+M2) = (3/2) * (J/2) * {d (ΩSI-ΩRI) +ΔΩA±ΔΩA) /dt) +d ( (Ωs2-Ωsι) -ΔΩA ±ΔΩA) /dt ) } - (Mi+Mz) = (3/2 ) * (J/2 ) * {d {ΩSI-ΩRI) -ΔΩA±ΔΩA) /dt ) +d ( (Ωs2-Ω3ι) +ΔΩA ±ΔΩA) /dt ) } Das an der Welle wirksame Drehmoment berechnet sich wiederum aus:
MAS = ±(Ms*ns)/nAS MAS = (Msι+Ms2)
Die obenstehende Ableitung basiert auf der rotorbezogenen Bewegungsgleichung am rotierenden Stator und lautet vollständig: (MA)± MSι ± MS = (MA)±(3/2)*J*dΩsl2/dt
= (MA)±(3/2* (J/2) *dΩsl/dt±(3/2)* (J/2 ) *dΩs2/dt
= (MA)± 3*p*J*dnSι2/dt
= (MA)±(3/2) *J*p*dnsl/dt±(3/2) *J*p*dns2/dt
I nj =| n2|=| m;2| wobei d2θs/dt2 = dΩs/dt = 2p*dn/dt und (d2θsι2/dt2)/2 = d2θSι/dt2 - d2θRi/dt2
(d20sι2/dt2)/2 = d2θs2/dt2 - d2θR2/dt2 dθSι2/dt = p * Bech.prιm.= (1-S)* ΩΞi2 (p = Polpaarzahl )
(s = Schlupfzahl) MA≤ ; MNAS = mechanisches Moment an der Welle
J = Massenträgheitsmoment des gesamten „rotierenden
Primär- und Sekundärteils", p = Polpaarzahl dJi.-c/dt = Winkelgeschwindigkeit des Primärteils relativ zum Sekundärteil J1;2 = Verschiebungswinkel zwischen dem primären und sekundären Feldsystem. (Lastwinkei) Mit obiger Darstellung ist das variable Drehzahl-Drehmomentverhalten bewiesen. Die Drehzahldifferenzen werden mittels Frequenzänderung oder auch mittels Schlupfänderung erzielt. (Fig.3)
Sofern die Maschinendaten bekannt sind, kann man das differentiale Motorverhalten aus den von der Ersatzschaltung abgeleiteten Ortskurven (Fig. 2) zeichnerisch darstellen. Betrachten wir die beiden Ortskurven einzeln, so liegt der momentbezogene Nullpunkt der 1. Motorhälfte in der Achse der nichtantriebsseitigen Welle, der momentbezogene Nullpunkt der 2. Motorhälfte deckt sich mit dem resultierenden Momentpunkt der 1. Motorhälfte (im frei rotierenden Stator) und der resultierende Momentpunkt der 2. Motorhälfte liegt in der Achse der antriebsseitigen Welle. Der Systemansatz des Motors liegt im resultierenden Momentpunkt der 1. Motorhälfte, welche mit dem Nullpunkt der 2. Motorhälfte identisch ist, es handelt sich um den Differentialpunkt des Systems. Sind die Drehfeldkräfte gleichgerichtet so dreht der felderzeugende Stator im Leerlauf, die Kraftwirkung wird durch Gegendrehfeldbewegung erzeugt.
In den Fig. 2 und 3 wird die Lage des Differentialpunktes in den Ortskurven und der Drehmoment-Drehzahlkennlinie dargestellt. Steuerung und Regelung
In einem Wicklungssystem kann die feldbestimmende Durchflutungswelle ständerbezogen oder läuferbezogen dargestellt werden. Mit der Wahl des Koordinatensystems lassen sich komplexe Augenblickswerte einführen. Das Drehfeld kann zum Ständerkoordinatensystem eine relativ beliebige Lage unabhängig vom Läuferkoordinatensystem einnehmen. Bezogen auf einen Augenblickswert lassen sich die Verschiebewinkel in den beiden Luftspalt-en der Motoren wie folgt ( Fig. 5 ) darstellen. Bezüglich der Transformationsbeziehung γs = YL + θ s nd die Durchflut-ungswellen der Läuferströme im primären Koordinatensystem definiert.
Figure imgf000022_0001
und im sekundären Koordinatensystem dargestellt
Figure imgf000022_0002
auf X - Koordinaten übertragen:
is=
Figure imgf000022_0003
(is + jiü die Spannungsgleichungen (auf einen Motorteil bezogen)
us = Rs*isx τ ψsx/ t + j( Ssx/dt)/ψsχ uix = - ΪL - dψLs/dt + j (dθ- -dθ)/dt)/ψLx Die Flussverkettungsgleichungen (auf einen Motorteil bezogen)
Figure imgf000023_0001
und die Drehmomente:
M = - (3/2)* p * Im {ψs:< * isx } für 2 „parallel wirkende Systeme" erweitert sich die Beziehung in Ysi + γs2 = (Ytl + S l)+ (YL2 + θ 2 ) → inot. = (isl + jiL1) + (is2 + jiL2) Eine elektrische Maschine zu regeln verlangt von der Konstruktion eindeutige Werte welche auf Netzkoordinaten mittels meist lineraisierten Funktionen dargestellt werden. So ist es in einem differentiaien System erwünscht, dass die beiden wie im Patent dargestellten Drehfelder den gleichen Lastansatz haben. Eine weitere Forderung wird durch ein in jeder Betriebsbeanspruchung wirksames laststabiles, dynamisches Drehmoment erfüllt, wie im Patent vorgeschlagen, durch ein möglichst grosses Massen- trägheitsmorr.ent mit dem der rotierende Stator ein Energiespeichervoluπen besitzt. Diese beiden Anforderungen werden durch die oben beschriebenen Maschinen erfüllt. Auf Grund der vorhandenen Motorkoπφonenten kann die Steuerung in einem rechnerischen Modell erfolgen, und die Drehmomente :
-( sι+Ms2) = -{3/2)Im{ψs (isι + jiLi) + (is2 + jiL2)]}
Figure imgf000023_0002
= (3/2)* ψ=ι.2 * ia l.2
innerhalb des Systems verhalten sich die Lastwinkelanteile δ i und S 2 umgekehrt proportional zu den Lastanteilen. (Fig. 1 ) Wird die Synchronmaschine als Generator eingesetzt, so arbeitet diese nach der Synchronisation direkt auf das zugeschaltete Netz. Der oder die Stator(en) A und B werden parallel von der Antriebsmaschine auf ca. Nenndrehzahl gefahren. Die Maschine arbeitet in diesem Fall gegen das Feld, wobei der nichtantriebsseitige Rotor 4 blockiert bleibt. D.h. wird der Generator auf das Netz geschaltet, so wird erst der rotierende Stator durch die Antriebsmaschine gegen Nenndrehzahl beschleunigt, mit dem Netz synchronisiert und auf das Netz zugeschaltet. Die Regelung der beiden Maschinenhälften wird allein durch den Erregerstrom bestimmt, der die Felder aufbaut. Der Synchrongenerator wird feldorientiert geregelt. Aus einem Rechner wird nach dem exakten Modellprofil der Maschine die Regelung ausgeführt. Ausgehend vom rotierenden Stator (Ständerkoordinaten) beider Maschinenhälften werden die Drehfelder aufgebaut.
In Fig. 6 ist der komplette Schnitt eines elektrischen Antriebs im Fahrwerk eines Kleinautos dargestellt. Das Fahrwerk besteht aus Radachse 1 und aufgeschraubter Radfelge 8, welche mittels einer Verzahnung 3 lösbar verzahnt mit der motorischen Mitnehmerhülse 4 des Fahrwerkmotors verbunden ist. Der Fahrwerkmotor besteht aus Motornabe, welche auch Radnabe 2 ist. Die Radnabe 2 ist über eine doppelseitige Zahnscheibe 6 mit der Radaufhängung 7 des Fahrzeugs verbunden, die Scheibenbremse 8 ist ebenso mit dieser Zahnscheibe 6 verschraubt und mit der Mitnehmerhülse 4 des Motors verbunden. Die Mitnehmerhülse 4 ist mit zweifacher Wälzlagerung 9 auf der Radnabe 2 montiert. Das sekundäre Paket 10 mit Kurzschlusswicklung 19 des äusseren Motors 11 ist in die Mitnehmerhülse 4 des Fahrwerkmotors eingepresst. Der dargestellte Antrieb besteht aus äusserem und innerem Fahrwerkmotor 11 und 12, beide sind konzentrisch übereinander angeordnet. Der innere und äussere bewickelte Primärteil 13; 14 der Motoren sind konzentrisch ineinander gestellt auf einen Zylinder 15a gepresst, der Teil des muldenförmig ausgebildeten Rotors 15 ist, dessen innerer Zylinder 15b über eine Spurhülse 16 mit zweifacher Wälzlagerung 17 in der Nabeninnenbohrung lagert. Die Radachse 1 ihrerseits lagert über zwei Wälzlager 18 im Innenzylinder des muldenförmig ausgebildeten Rotors 15. Das sekundäre Paket 20 mit Kurzschlusswicklung 21 des inneren Motors ist auf die feststehende Radnabe 5 gepresst. Der Schleifring 21, beziehungsweise das Übertragungselement für den Stromanschluss 23 der Motoren ist im zylindrischen Nabenhohlraum 5a montiert. Der Motor ist eigenventiliert. Die Kühlung erfolgt über Ventilationsflügel 5a; 5b; 5c, die Luftzirkulation an angebrachten Durchbrüchen erzeugen. In Fig. 16 sind zusätzlich Positionen vermerkt.
In Fig. 7 wird eine Schnittpartie des Fahrwerkes dargestellt. Es zeigt die Verzahnung 3 zwischen Mitnehmerhülse und Radfelge 5. Weiter sind die Doppelstab-Verdrängungsleiter 19a der Kurzschlussankerwicklung 19 und die Position der Statorwicklung 14a dargestellt. In Fig. 8 ist der Schnitt durch einen Werkzeugmaschinen-Spindelantrieb dargestellt. Dieser besteht aus zwei axial gelagerten Motoreinheiten 11 und 12. Der Aufbau des Antriebes gliedert sich in eine innere 1. Hohlwelle, welche der Nabe 2 entspricht, mit fest auf eine Maschine montierbarem Stirnflansch 2a, mit fest aufgesetztem Stahlrohr 2b und einseitig montierbarem Sekundärpaket 20 mit Kurzschlusswicklung 21. Die primären Motorstatoren 13 und 14 sind auf eine Hohlwelle 15 aufgepresst, welche auf der Nabe 2 über Wälzlager 17 frei drehend lagern. Das sekundäre Paket 10 mit Kurzschlusswicklung 19 ist ausgerichtet auf die Position des Primärteils 14 in eine rohrförmige Hülse 4a gepresst, welche mit dem Antriebsflansch 4 fest verbunden ist. Der Antriebsflansch 4 ist über Keilzapfenverbindung mit der inneren Werkzeughalterhohlwelle 4b verbunden. Die innere Werkzeughalterhohlwelle 4b lagert in der Innenbohrung der Nabe 2 beidseitig über Wälzlager. Die Werkzeughalterwelle mit Konushalterung 26 wird mit Kontermuttern 26a befestigt und mit dem Lagerdeckel 26b gesichert. Weitere Maschineneinheiten 25 lassen sich auf dem 1. Antrieb mit Zwischenflansch 24 oder direkt 24=25 anschrauben. Innerhalb einer Gruppe von Antriebselementen 1 können konzentrisch ineinander gefügte Hohlwellen 4b; 23 montiert werden, die die einzelnen Antriebselemente separat mit der vorderen Werkzeughalterung 26 verbinden. Der Schleifring 22 für den Stromanschluss ist auf die Innenseite des Flansches 2a montiert und verbindet diesen mit der Welle 15. Auf der Welle 15 ist der Ventilatorflügel 15a montiert. Als Gegenstück zu diesem Ventilator 15a sind im Flanschgehäuse 4 Durchbrechungen 4c ventilatorför ig ausgebildet. Dies gilt für einen Maεchineneinbau mit überstülpbarem Kühlgehäuse 35 mit Kühlmantel aus Rohrschlangen 36 in denen Kühlmedium zirkuliert.
In Fig. 9 wird der Schnitt einer Synchron-Maschine bestehend aus zwei auf gleicher Achse nebeneinander liegenden Antriebshälften 1 und 2 dargestellt. Die primär bewickelten Statoren 10 und 12 der Antriebshälften 1 und 2 sind in ein zweiteiliges T-förmiges Gehäuse 14 beidseitig eingepresst. Das Gehäuse ist frei rotierend auf der Antriebswelle 15 und einer auf ihr gelagerten Hohlwelle 16 montiert und besteht aus zwei topfförmigen Hälften 14a und 14b, welche beide je eine Aufnahme 16 für Wälzlager besitzen. Nichtantriebsseitig (NAS) ist das Gehäuse mit einem Abschlussdeckel 17 versehen. Die sekundären nichtantriebsseitigen Erregungspole 11 sind auf der Hohlwelle 12 montiert und im nichtantriebsseitigen Flansch 18 des Aussengehäuses wahlweise fest mit einem Keil 18a gesichert und frei drehend gelagert 18b montiert. Die Antriebswelle 15 ist im antriebsseitigen (AS) Flansch 19 und im nichtantriebsseitigen Flansch 18 des Aussengehäuses frei drehend gelagert montiert, wahlweise über eine Hohlwellenverlängerung 20 mit Stillstandsbremse oder mit einem weiteren Motor 21 rückseitig kuppelbar. Für die Stromzufuhr sind wahlweise Schleifringkörper 6 auf der Hohlwelle fest montiert. Wie bereits erwähnt, kann das frei drehende Rotorgehäuse gegenüber dem Aussengehäuse 22a in ein System von hochfrequenter induktiver oder kapazitiver Kopplung eingebunden werden. Im Spalt 23 zwischen Rotor und Aussenmantel werden gegenüberliegend Spulen 2a;2b;5 montiert, welche zwei Systeme koppeln und Teil eines Schwingkreises sind. Die Rückkoppelung und der Umrichter 24 für den Drehstromantrieb sind an der Rückwand 17 des Primärteils installiert. Der gleiche Leistungstransfer kann vom Primärkörper über Wandler 25 auf die Erregung der Pole 11 und 13 erfolgen. Für die Kühlung sind auf der antriebsseitigen Welle und dem primären Stator ein Ventilator 9 mit antriebsseitig je einem Radialventilatorflügelrad 26 montiert. Diese sind durch eine Umlenkluftkammer 27 distanziert und versorgen den Motor mit einem Dauerluftstrom. Die Positionen 8a; 8b; 8c sind Positions- und Drehzahlgeber.
In Fig. 10 wird der Schnitt einer Asynchronmaschine dargestellt. Die Asynchronmaschine besteht aus zwei auf gleicher Achse nebeneinander liegenden Antriebshälften 1 und 2, deren primär bewickelte Statoren 10 und 11 in ein einteiliges T-förmiges Gehäuse 14 beidseitig eingepresst sind. Das Gehäuse ist frei rotierend auf einer Antriebswelle 15 und einer Abtriebswelle 16 montiert. Im Mittelsteg sind für jede Seite je eine Aufnahme für Wälzlager integriert. Das Gehäuse 14 wird beidseitig mit je einem Lagerdeckel 17a und 17b verschraubt. Die sekundären Kurzschlussankerpakete 12 und 13 werden derart auf die Wellen aufgepresst, dass sie im Gehäuse 14 montiert mit den Primärpaketen 10 und 11 radial fluchten. Die beiden aus dem Gehäuse 14 ragenden Antriebs- und Abtriebswellen 15 und 16 sind im antriebsseitigen (AS) Flansch 20 und im nichtantriebsseitigen Flansch 19 des Aussengehäuses frei drehend gelagert montiert, wahlweise über eine Wellenverlängerung 21 mit Stillstandsbremse oder mit einem weiteren Motor 22 rückseitig kuppelbar. Für die Stromzufuhr sind wahlweise Schleifringkörper 6 fest auf der Welle montiert. Wie bereits erwähnt kann das frei drehende Rotorgehäuse gegenüber dem Aussengehäuse 23a in ein System von hochfrequenter induktiver oder kapazitiver Kopplung eingebunden werden. Im Spalt 4 zwischen Rotor und Aussenmantel werden gegenüberliegend Spulen 2a; 2b; 5 montiert, welche zwei Systeme koppeln und Teil eines Schwingkreises sind. Die Rückkopplung und der Umrichter 24 für den Drehstromantrieb ist an dem Lagerdeckel 17a des Primärteils installiert. Für die Kühlung sind auf der antriebsseitigen Welle und dem primären Stator ein Ventilator 9 mit antriebsseitig je einem Radialventilatorflügelrad 26 montiert. Diese sind durch die Umlenkluftkammer 27 distanziert und versorgen den Motor mit Dauerluftstrom. Die Positionen 8a; 8b; 8c sind Positions- und Drehzahlgeber.
In Fig. 11 sind Schaltungen mit einem Drehstromzwischenkreis- Wechselrichter dargestellt.
Fig. 13 zeigt eine Variante eines Trommelläufers ge ass der in Fig. 9 und 10 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine.
Fig. 14 zeigt eine Variante eines Rotorläufers gemass der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrischen Maschine.
In Fig. 15 ist eine Variante eines Scheibenläufers gezeigt. Rotor und Scheibe sind zwischen den Primärteilen frei drehbar. Fig. 16 zeigt einen Schwungradläufer gemass Fig. 6. Der Schwungradläufer umfasst einen Drehzahl- und Winkelgeber 35, eine Feldsonde 38, einen Ringtransformator 36 und eine Stillstandsbremse 37.
Der in Fig. 17 dargestellte Energieblock zeigt zwei Synchrongeneratoren gemass Fig. 9, welche zusammengekoppelt an eine Turbine 5 angekuppelt sind. Auf diese Weise lassen sich Drehzahlstufe 1-2; 3-4 einrichten. Die hohe Drehzahl der Turbine wird im Generator bis auf "0" Umdrehungen abgebaut. Die Maschine wird durch winkelsynchrone Laststeuerung über die Differentialwerte der zwei Synchrongeneratoren 1;2;3;4 gesteuert. Die Turbine 5 treibt den Rotor 1 über das Primärteil A und ist mit Rotor 2 und 3 verbunden. Dieser wiederum treibt über das Primärteil B auf Rotor 4, welcher stillsteht. Die Synchroni- sierug geschieht über 101;102- Die Last-Momentsteuerung geschieht digital über einen an und für sich bekannten Magnetflusskreis 6 mit einem Soll-Ist Vergleich der Turbine 5 - Generator 1;2;3;4 Lastregulierung 7 mit der Generatorerregung 8 und der Turbinenregelung 9.
Fig. 18 und 19 zeigen, wie mit Hochfrequenz induktive oder kapazitive Kopplung des rotierenden Primärteils zum stehenden Aussengehäuse erfolgt. In zwei Hauptstrompfaden über den an und für sich nicht kraftwirkenden Luftspalt wird je ein Frequenzgang eingerichtet. Die induktive Kopplung 1 erfolgt durch den Luftspalt 3 und die kapazitive Kopplung 2 erfolgt über den Luftspalt 4. Der Unterschied liegt darin, dass bei der induktiven Lösung der Luftspalt nicht aktiv in einen Schwingkreis eingeschlossen ist. Während bei der kapazitiven Lösung der Luftspalt in zwei kapazitive Zonen 5 geteilt einen Schwingkreis nach "Marconi" darstellt. Diese kapazitiven Zonen 5 können kurzgeschlossene Wicklungsteile einer induktiven Frequenzkopplung sein. Dies ist insofern sinnvoll, weil induktive Spulen für die Koppelung bereits bewegt sein müssen und auf diese Weise über kapazitive Kopplung gestartet werden können. Somit ist eine AnlaufSchaltung gedanklich nachvollziehbar.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Maschine dadurch gekennzeichnet, dass diese aus mindestens zwei und paarweise angeordneten elektromotorischen Einheiten besteht, deren gewickelte, elektrisch gespiesene Primärteile untereinander mechanisch fest verbunden, die Sekundärteile voneinander getrennt und durch Luftspalte getrennt den Primärteilen zugeordnet sind, sowohl Primärteil (e) als auch Sekundärteile in gleicher Achse frei drehend gelagert sind, die Sekundärteile sich über Flansche, Konsolen und dergleichen Teile mit bewegenden oder feststehenden Anschlussteilen verbinden lassen.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass deren elektromotorische Einheiten als innerer und äusserer Motor konzentrisch übereinander angeordnet sind, deren innerer und äusserer Primärring zentrisch ineinander gestellt mit einem tragendem Ring verbunden sind, der seitlich mit einer Scheibe verbunden als Schwungrad in Achse drehbar gelagert ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass deren elektromotorischen Einheiten auf gleicher Achse aufgereiht liegen.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass deren Antriebseinheiten untereinander drehrichtungsbezogen frei steuerbar sind.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der in gleicher Achse frei drehend gelagerte zweiteilige primäre Stator und die sekundären Läufer, bei blockierten oder stehenden sekundären Läufern, die Wicklungen des Stators in gleiche Feldrichtung gesteuert werden kann und der Stator ohne Lastwirkung frei dreht.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass deren Primärteile elektrisch und magnetisch getrennt sind.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass deren Primärteile elektrisch getrennt, jedoch magnetisch verbunden sind.
8. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass deren Primärteile elektrisch verbunden sind.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoreinheiten mit servogesteuertem Umrichter über zwei Hardwareschienen elektrisch verbunden sind, diese über zentralen Softwareblock mit Steuerungs- und Kommunikationsschnittstelle verbunden sind.
10. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein frei drehbarer Sekundärteil als Mitnehmerhülse nicht fest verbunden ist, jedoch mit in gleicher Achse liegenden Scheibe, Felge, Rohr oder dergleichen verzahnt oder gleichartig kraftschlüssig verbunden ist.
11. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Anschluss über in Achse liegenden Schleifringkörper beziehungsweise andere induktive oder vergleichbare Wandler erfolgt.
12. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärteil als Mitnehmerhülse derart ausgebildet ist, dass parallel zur Andockungsstelle Bremsen, Kupplungen und dergleichen montierbar sind.
13. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Büchsen aus antimagnetischem Material Rotorwelle und Lager vom magnetisch aktiven Teil trennen .
14. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei motorische Blechpakete mit Drehstromwicklung im Abstand auf die Motorwelle gepresst sind und zwischen Drehstromwicklung und Motorwelle und in der Polaritätsebene liegend je ein magnetisch leitender Jochbalken in die Blechpakete eingeschoben ist, auf welchen je eine Gleichstromspule zur Felderregung der Statorblechpakete montiert ist.
15. Elektrische Maschine dadurch gekennzeichnet, dass diese aus mindestens zwei und paarweise angeordneten elektromotorischen / beziehungsweise -generatorischen Einheiten besteht, deren gewickelte, elektrisch gespiesene Primärteile untereinander auf Achse bezogen mechanisch fest verbunden und zwischen den Sekundärteilen frei drehend gelagert sind, die Sekundärteile den Primärhälften zugeordnet, einzel getrennt, durch Luftspalt distanziert mit diesen magnetisch verbunden sind, Sekundärteile in gleicher Achse wie Primärteile frei drehend gelagert sind, als kraftübertragende Anschlussteile sich mit frei drehbaren oder feststehenden mechanischen Elementen verbinden beziehungsweise kuppeln lassen.
16. Elektrische Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass deren elektromotorische, beziehungsweise -generatorische Einheiten als innere und äussere Antriebshälfte konzentrisch übereinander angeordnet sind, deren innerer und äusserer Primärring zentrisch ineinander gestellt mit tragendem Ring verbunden sind, der seitlich mit einer Scheibe verbunden als Schwungrad in Achse drehbar gelagert ist.
17. Elektrische Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet dass deren elektromotorische, beziehungsweise generatorische Einheiten auf gleicher Achse achsial oder radial ausgerichtet aufgereiht liegen.
18. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 und 17, dadurch gekennzeichnet dass deren elektromotorische, beziehungsweise generatorische Einheiten in eine im Querschnitt T-förmige Trommel montiert sind, deren mittiger Trommelfuss als doppelseitiger Lagerflansch ausgebildet ist, die Trommel mit eingepressten Primärteilen mit seitlich je einem Lagerflansch versehen frei drehend auf Einzelwellen montiert ist, welche seitlich je mit aufgepreεstem Sekundärteil in die Trommel eingeschoben sind, durch Luftspalt getrennten Primärteil und Sekundärteile lagern.
19. Elektrische Maschine nach Anspruch 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass deren Antriebseinheiten untereinander drehrichtungsbezogen frei steuerbar sind.
20. Elektrische Maschine nach Anspruch 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der in gleicher Achse frei drehend gelagerte zweiteilige primäre Rotor und die sekundären Läufer, bei blockierten oder stehenden sekundären Teilen, die Wicklungen des Stators in gleiche Feldrichtung steuerbar sind und der Primärteil ohne Lastwirkung frei dreht.
21. Elektrische Maschine nach Anspruch 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass deren Primärteile elektrisch und magnetisch getrennt sind.
22. Elektrische Maschine nach Anspruch 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass deren Primärteile elektrisch getrennt, jedoch magnetisch verbunden sind.
23. Elektrische Maschine nach Anspruch 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass deren Primärteile elektrisch verbunden jedoch magnetisch getrennt sind.
24. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Wicklungen mit servogesteuertem Umrichter über zwei Hardwareschienen elektrisch verbunden sind, diese über zentralen Softwareblock mit Steurerungs- und Kommunikationsschnittstelle verbunden sind.
25. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass frei drehbarer Sekundärteil als Mitnehmerhülse abtriebsseitig nicht fest verbunden ist, jedoch mit in gleicher Achse liegender Scheibe, Felge, Rohr oder dergleichen verzahnt oder gleichartig kraftschlüssig verbunden ist.
26. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Anschluss über in Achse liegenden Schleifringkörper oder Ringtrafo, beziehungsweise zwischen Aussengehäuse und Primärteil installierte induktive, beziehungsweise kapazitive Wandler erfolgt.
27. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass Wechselrichter auf Primärteil montiert ist, dass der elektrische Anschluss über in Achse liegenden Schleifringkörper oder Ringtrafo, beziehungsweise zwischen Aussengehäuse und Primärteil installierte induktive, beziehungsweise kapazitive Wandler erfolgt, die Ansteuerung der Wechselrichter über in Achse liegenden Schleifringkörper oder Ringtrafo, beziehungsweise zwischen Aussengehäuse und Primärteil installierte induktive, beziehungsweise kapazitive Wandler erfolgt.
28. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass Sekundärteile derart ausgebildet sind, dass diese im Stillstand sich gegenseitig blockieren beziehungsweise bremsen.
29. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass verbunden mit Aussengehäuse Bremsen, Kupplungen, Drehzahl- und Drehrichtungsgeber montiert sind.
30. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass Rotorwelle gegen magnetisch aktive Teile und Lager mit antimagnetischen Hülsen versehen sind.
31. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinen ring- bezw. scheibenförmig als lagerlose Aggregate gebaut sind und deren innere Vermassung auf die Lagerung einer "Wirtmaschine" abgestimmt sind.
GEÄNDERTE ANSPRÜCHE
[beim Internationalen Büro am 31. üuli 1998 (31.07.98) eingegangen; ursprüngliche Ansprüche 1,4 und 15 geändert; ursprünglicher Anspruch 19 gestrichen; alle weiteren Ansprüche unverändert (2 seiten)]
Patentansprüche
1. Elektrische Maschine dadurch gekennzeichnet, dass diese aus mindestens zwei und paarweise angeordneten elektromotorischen Einheiten besteht, deren gewickelte, elektrisch gespiesene Primärteile untereinander mechanisch fest verbunden, die Sekundärteile voneinander getrennt und durch Luftspalte getrennt den Primärteilen zugeordnet sind, sowohl Primärteil (e) als auch Sekundärteile in gleicher Achse frei drehend gelagert sind, die Sekundärteile sich über Flansche, Konsolen und dergleichen Teile mit bewegenden oder feststehenden Anschlussteilen verbinden lassen, und dass deren Antriebseinheiten untereinander drehrichtungsbezogen frei steuerbar sind.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass deren elektromotorische Einheiten als innerer und äusserer Motor konzentrisch übereinander angeordnet sind, deren innerer und äusserer Primärring zentrisch ineinander gestellt mit einem tragenden Ring verbunden sind, der seitlich mit Scheibe verbunden als Schwungrad in Achse drehbar gelagert ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass deren elektromotorischen Einheiten auf gleicher Achse aufgereiht liegen.
4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige dieser elektromotorischen Einheiten oder Motoren als Generatoren ausgebildet sind. in die Blechpakete eingeschoben ist, auf welchen je eine Gleichstromspule zur Felderregung der Statorblechpakete montiert ist.
15. Elektrische Maschine dadurch gekennzeichnet, dass diese aus mindestens zwei und paarweise angeordneten elektromotorischen/ beziehungsweise -generatorischen Einheiten besteht, deren gewickelte, elektrisch gespiesene Pπmarteile untereinander auf Achse bezogen mechanisch fest verbunden und zwischen den Sekundarteilen frei drehend gelagert sind, die Sekundärteile den Pπmarhalften zugeordnet, einzel getrennt, durch Luftspalt distanziert mit diesen magnetisch verbunden sind, Sekundarteile m gleicher Achse wie Primarteile frei drehend gelagert sind, als kraftubertragende Anschlussteile sich mit frei drehbaren oder feststehenden mechanischen Elementen verbinden beziehungsweise kuppeln lassen, und dass deren Antriebseinheiten untereinander drehrichtungsbezogen frei steuerbar sind.
16. Elektrische Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass deren elektromotorische beziehungsweise -generatorische Einheiten als innere und äussere Antriebs- halfte konzentrisch übereinander angeordnet sind, deren innerer und äusserer Primarring zentrisch ineinander gestellt mit tragendem Ring verbunden sind, der seitlich mit einer Scheibe verbunden als Schwungrad m Achse drehbar gelagert ist.
IN ARTIKEL 19 GENANNTE ERKLÄRUNG
Aufgrund des internationalen Recherchenberichts vom 26.6.1998 habe ich folgende Änderungen in den Ansprüchen vorgenommen:
- Die Ansprüche 1 und 4 werden zusammengelegt.
- Der neue Anspruch 4 ergibt sich aus dem ursprünglichen
Anspruch 1 und der Bemerkung "Motoren ... oder Generatoren" auf Seite 6 der Beschreibung, Zeilen 1 und 2 im 4. Abschnitt.
- Die Ansprüche 15 und 19 werden zusammengelegt.
- Die Ansprüche 2, 3, 5 bis 14, 16, 17, 18 und 20 bis 31 bleiben unverändert.
PCT/CH1998/000092 1997-03-07 1998-03-06 Elektrische maschine, elektronisch geregelt WO1998040958A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU60870/98A AU6087098A (en) 1997-03-07 1998-03-06 Electronically controlled electrical machine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH536/97 1997-03-07
CH53697 1997-03-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1998040958A1 true WO1998040958A1 (de) 1998-09-17

Family

ID=4189279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CH1998/000092 WO1998040958A1 (de) 1997-03-07 1998-03-06 Elektrische maschine, elektronisch geregelt

Country Status (2)

Country Link
AU (1) AU6087098A (de)
WO (1) WO1998040958A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10127102A1 (de) * 2001-06-02 2002-12-12 Aloys Wobben Asynchronmaschine und eine Windenergieanlage hiermit
DE102019112739A1 (de) * 2019-05-15 2020-11-19 Bpw Bergische Achsen Kg Elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug
FR3124041A1 (fr) * 2021-06-11 2022-12-16 Psa Automobiles Sa Systeme de transmission a balais collecteurs integres, roue et vehicule sur la base d’un tel systeme
DE102022123036A1 (de) 2022-09-09 2024-03-14 Trailer Dynamics Gmbh Elektrischer Antriebsstrang für ein Nutzfahrzeug mit zwei Elektromotoren

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR626454A (fr) * 1926-03-27 1927-09-07 Dispositif de couplage électromagnétique, progressif et automatique pour transmission d'énergie
US1913371A (en) * 1929-05-04 1933-06-13 Cleaver William Frederic Electric magnetic gear
FR845800A (fr) * 1937-11-08 1939-09-01 Thomson Houston Comp Francaise Perfectionnements aux systèmes de transmission d'énergie mécanique
DE950937C (de) * 1953-02-21 1956-10-18 Albert Linz Stufenloser elektromagnetischer Drehmomentwandler
GB2078016A (en) * 1980-05-15 1981-12-23 Pa Management Consult Hybrid machines, and vehicles powered thereby
US4309620A (en) * 1979-12-03 1982-01-05 Calspan Corporation Flywheel electric transmission apparatus
DE3025756A1 (de) * 1980-07-08 1982-01-28 Hienz Georg Elektromagnetischer drehmoment-drehzahl-wandler, insbesondere fuer hybridfahrzeuge
US5384521A (en) * 1992-09-25 1995-01-24 Coe; Carlos J. Power capacitor powertrain

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR626454A (fr) * 1926-03-27 1927-09-07 Dispositif de couplage électromagnétique, progressif et automatique pour transmission d'énergie
US1913371A (en) * 1929-05-04 1933-06-13 Cleaver William Frederic Electric magnetic gear
FR845800A (fr) * 1937-11-08 1939-09-01 Thomson Houston Comp Francaise Perfectionnements aux systèmes de transmission d'énergie mécanique
DE950937C (de) * 1953-02-21 1956-10-18 Albert Linz Stufenloser elektromagnetischer Drehmomentwandler
US4309620A (en) * 1979-12-03 1982-01-05 Calspan Corporation Flywheel electric transmission apparatus
GB2078016A (en) * 1980-05-15 1981-12-23 Pa Management Consult Hybrid machines, and vehicles powered thereby
DE3025756A1 (de) * 1980-07-08 1982-01-28 Hienz Georg Elektromagnetischer drehmoment-drehzahl-wandler, insbesondere fuer hybridfahrzeuge
US5384521A (en) * 1992-09-25 1995-01-24 Coe; Carlos J. Power capacitor powertrain

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10127102A1 (de) * 2001-06-02 2002-12-12 Aloys Wobben Asynchronmaschine und eine Windenergieanlage hiermit
DE10127102B4 (de) * 2001-06-02 2013-04-04 Aloys Wobben Windenergieanlage
DE102019112739A1 (de) * 2019-05-15 2020-11-19 Bpw Bergische Achsen Kg Elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug
WO2020228897A1 (de) 2019-05-15 2020-11-19 Bpw Bergische Achsen Kg Elektrische antriebseinheit für ein kraftfahrzeug
FR3124041A1 (fr) * 2021-06-11 2022-12-16 Psa Automobiles Sa Systeme de transmission a balais collecteurs integres, roue et vehicule sur la base d’un tel systeme
DE102022123036A1 (de) 2022-09-09 2024-03-14 Trailer Dynamics Gmbh Elektrischer Antriebsstrang für ein Nutzfahrzeug mit zwei Elektromotoren
WO2024052478A1 (de) 2022-09-09 2024-03-14 Trailer Dynamics Gmbh Elektrischer antriebsstrang fuer ein nutzfahrzeug mit zwei elektromotoren

Also Published As

Publication number Publication date
AU6087098A (en) 1998-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0916040B2 (de) Elektrische maschine in einem antriebsstrang, z.b. eines kraftfahrzeuges, und verfahren zu deren betreiben
EP1685642B1 (de) Stufenlos schaltbares, magnetodynamisches getriebe
EP2199137B1 (de) Radnebenmotor-Anordnung
EP0847490B1 (de) Antriebssystem
DE60026854T2 (de) Kontinuierlich veränderliches elektromagnetisches Getriebe
DE102009038928A1 (de) Elektromotor
DE102016207996A1 (de) Elektrische Maschine zum Antrieb eines Fahrzeugs
DE3025756A1 (de) Elektromagnetischer drehmoment-drehzahl-wandler, insbesondere fuer hybridfahrzeuge
EP3371481A1 (de) Drehschwingungsdämpfungsanordnung für den antriebsstrang eines fahrzeugs
DE102010009405A1 (de) Kraftwagen mit einer Schwungmassen-Energiespeichereinrichtung
DE102018203566B4 (de) Elektromechanischer Energiewandler mit einem inneren und einem äußeren Energiewandler
DE19548117A1 (de) Elektroantrieb mit stufenloser Lastmomentanpassung
WO1998040958A1 (de) Elektrische maschine, elektronisch geregelt
EP1759987B1 (de) Elektrischer Bootsantrieb
DE4218888C2 (de) Elektrische Maschine
DE3827519A1 (de) Antriebsanordnung
DE19507434C2 (de) Antriebsvorrichtung für ein Nebenaggregat eines Kraftfahrzeuges
EP1293024B1 (de) Vorrichtungen für roboterantriebseinheiten
WO2021110203A1 (de) Elektrische axialflussmaschine und antriebssystem
EP1094218B1 (de) Antriebsvorrichtung
DE102018202005A1 (de) Elektrische Maschine sowie Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine
DE19843480A1 (de) Leistungsübertragungseinrichtung
DE102016210993A1 (de) Rotor für eine elektrische Asynchronmaschine mit angegossenem Käfigläufer, elektrische Maschine und Herstellungsverfahren
DE102022211702A1 (de) Synchronmaschine und Fahrzeug
WO2020016074A1 (de) Antriebseinheit

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY CA CH CN CU CZ DE DK EE ES FI GB GE GH HU IL IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MD MG MK MN MW MX NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TR TT UA UG US UZ VN YU ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW SD SZ UG ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM GA GN ML MR NE SN TD TG

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

Ref document number: 1998539021

Format of ref document f/p: F

122 Ep: pct application non-entry in european phase
REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: CA