Mehrphasiger, vielpoliger, schnelllaufender Linear- oder Rotationssynchronmotor Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen mehrphasigen, vielpoligen, schnelllaufenden Linear- oder Rotationssynchronmotor mit einem Primärteil, umfassend ein vorzugsweise geblechtes Joch mit einer Vielzahl von Zähnen mit Zahnköpfen und dazwischen befindlichen Nuten, sowie in den Nuten angeordnete Poloder Ankerwicklungen, einem Sekundärteil, welches im wesentlichen dem Primärteil gegenüberliegend ausgebildet ist und eine Vielzahl von Perma- mentmagneten wechselnder Polarität aufweist, die auf einer gemeinsamen Rückflusssohle angeordnet sind, wobei weiterhin die Nutausgänge eine im wesentlichen gleichmäßigen Nutteilung Tn sowie die Permamentmagnetpole eine im wesentlichen gleichmäßige Polteilung Tp aufweisen und wobei mehrere in nebeneinander liegenden Nuten verlaufende Wicklungen mit gleicher Bestromung beschaltet sind, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Elektrische Synchronmotoren bestehen aus einem sogenannten Primärteil, welches die eigentliche Wicklung enthält, und einem mit Permament- magneten bestückten Reaktionsteil, auch Sekundärteil genannt. Unterschieden wird bei solchen Motoren zwischen geblechten oder eisen- behaftenen bzw. eisenlosen Motoren.
Bei allen Synchronmotoren der vorbeschriebenen Art, die eine deutlich erkennbare Zahnstruktur im Primärteil aufweisen, und ausgeprägten Magnetpolen im Sekundärteil, treten bei Relativbewegung zwischen den beiden Teilen Änderungen im magnetischen Widerstand, d.h. Reluktanzunterschiede auf, welche zu unerwünschten Rasteffekten oder sogenannten Reluktanzkräften führen.
Ein solcher Effekt ist bei der Anwendung von Synchronmotoren störend, da er vor allem die Gleichlaufeigenschaften beeinflusst und nicht oder nur mit sehr großem Aufwand durch regelungstechnische Maßnahmen beseitigt werden kann.
Es ist weiterhin bekannt, dass der vorstehend erwähnte Reluktanzeffekt sehr stark von der Grundanordnung der Polstruktur bei Primär- und Sekundärteil abhängt.
Eine solche Polstruktur des Standes der Technik ist in der Fig. la gezeigt. Diese Figur offenbart auch eine übliche Anordnung mit Blick auf das Teilungsverhältnis zwischen der Nutteilung Tn und der Polteilung Tp.
Das Primärteil ist mit dem Bezugszeichen 1 und das Sekundärteil mit dem Bezugszeichen 2 versehen. Das Primärteil 1 weist eine Anzahl von Zähnen 4 auf, die über ein Joch 5 verbunden sind. Zwischen den Zähnen 4 befinden sich Nuten 3, welche die Wicklung aufnehmen.
Um Reluktanzrippel gering zu halten, ist es vorbekannt, die Breite 3a des Nutausgangs zu minimieren, was durch eine pilzkopfförmige Ausbildung 4a am freien Ende der Zähne realisiert wird. Eine solche Pilzkopfstruktur ist beispielsweise aus der DE 197 01 342 AI, der DE 33 20 805 C2, aber auch der CZ 288 081 B vorbekannt.
Eine derartige Pilzkopfausbildung der Zähne hat fertigungstechnisch einen wesentlichen Nachteil zur Folge, da es nicht möglich ist, vorgefertigte Wicklungen durch die verbleibenden, engen Nuten, vorbei an den Zahnköpfen 4a in den Nutzwischenraum einzubringen.
Die in der Fig. la angedeutete Polanordnung ist durch eine sich deutlich von der magnetischen Polteilung Tp unterscheidende Nutteilung Tn gekennzeichnet. Das Verhältnis Tn/Tp ist hier 1/3 = 0,33. Wie vorerwähnt, kommt es bei einer Relativverschiebung von Primär- und Sekundärteil durch die Reluktanzunterschiede zu Rasteffekten. Ein solcher unerwünschter Rasteffekt ist nachweislich umso größer, je weiter Tn und Tp auseinander liegen, und, wie ebenfalls dargelegt, mit Blick auf die gewünschten Gleichlaufeigenschaften des Motors störend.
Mit der Fig. lb ist ein mögliches prinzipielles Wicklungsschema für die Motorgrundanordnung nach Fig. la gezeigt. Die Tragwicklung ist gemäß dem bekannten Stand der Technik mit einer Windungszahl W um eine
Gruppe von Zähnen 4 in den Nuten 3 verlegt. Lediglich der in den Nuten selbst verlegte bzw. dort befindliche Wicklungsanteil trägt zur Krafterzeugung des Motors bei.
Der außerhalb der Nuten sich befindende Anteil 9 der Wicklung, auch Wickelkopf genannt, erhöht lediglich den Wicklungswiderstand und damit den Verlustanteil, d.h. es tritt eine Verminderung der Effizienz des Motors auf.
Durch das Polteilungsverhältnis Tn/Tp gemäß Fig. la und die damit vorge- gebene elektrische Phasenlage ist bestimmt, welche Phasenzuordnung und welchen Wicklungssinn die in den Nuten verlegten Wicklungsstränge aufweisen müssen. Hieraus ist ein Zusammenhang zwischen dem gewählten Polteilungsverhältnis und davon abhängigen möglichen Wicklungsvarianten erkennbar.
Synchronmotoren entwickeln mit steigender Relativgeschwindigkeit zwischen Stator bzw. Primärteil und Läufer, d.h. dem Sekundärteil, eine steigende elektrische Gegenspannung. Diese Gegenspannung ergibt sich zu Ug = kv • v bzw. Ug = kω . ω. Wenn die Gegenspannung in den Bereich der Betriebsspannung bzw. der Zwischenkreisspannung bei Umrichtern gelangt, wird der Stromfluss in den Motor limitiert und es ist keine weitere Geschwindigkeitserhöhung mehr möglich.
Besonders in dem Fall, wenn der Motor gleichzeitig eine hohe Kraft bzw. ein hohes Drehmoment und eine hohe Geschwindigkeit bzw. eine hohe Drehzahl erzeugen soll, ist die Spannungskonstante kv (kω) aufgrund der notwendigen hohen Polzahl sehr groß und der entsprechende Motor benötigt dann eine sehr hohe Betriebsspannung, um die gewünschten großen Geschwindigkeiten zu erreichen.
Motoren mit hoher Kraft- bzw. Momentausbeute werden in ebenfalls bekannter Weise mit hohen Polzahlen ausgelegt, wobei hier nun das Problem der steigenden Gegenspannungen, welche zu unterdrücken sind, ansteht.
Da bei gebräuchlichen Umrichtern die Zwischenkreisspannungen meist auf Werte zwischen 300 und 600 V begrenzt sind, lassen sich hohe Geschwindigkeiten außer bei Anwendung des sogenannten Feldschwäche- betriebs nur noch durch Senkung der kv (kω)-Konstante erreichen .
Dies bedeutet in der Konsequenz, dass sehr niederohmige und niederinduktive Wicklungen mit entsprechend geringen Spannungskonstanten und damit einhergehenden geringen Kraftkonstanten zu realisieren sind. Demzufolge steigt aber der Strombedarf I = F/kf (I = M/Km) zur Erzeugung der gewünschten Kräfte F bzw. Drehmomente M aufgrund der Geschwindigkeitsanforderungen an, was wiederum bedeutet, dass die Wicklungen entweder mit sehr großen Querschnitten ausgelegt sein müssen oder aber die Anordnung mehrerer gleichphasig liegender Teilwicklungen vorzusehen ist, welche parallel zu schalten sind.
Die vorstehend erläuterte Methode zur Realisierung geringer Wicklungswiderstände weist jedoch entscheidende Nachteile auf.
Ein Parallelschalten von Teilwicklungen hat den Nachteil, dass geringste Differenzen der in den Teilwicklungen erzeugten Gegenspannungen zu ungewollten Ausgleichsströmen und ab einer bestimmten Geschwindigkeit zu nicht mehr beherrschbaren thermischen- und Dämpfungseffekten führen.
Eine weitere Erhöhung des Wicklungsquerschnitts bei konventionellen Motoraufbauten mit Lackdrahtwicklungen in den Nuten ist aufgrund der handhabbaren Drahtquerschnitte entweder begrenzt oder auch bei üblichen Polteilungsverhältnissen zwischen Primär- und Sekundärteil mit einem erheblichen Verdrahtungsaufwand außerhalb der Nuten verbunden .
Letztendlich kommt es bei herkömmlichen Drahtwicklungen mit hohen Wicklungsquerschnitten durch Wirbelstromeffekte zu unerwünschten Wärmeverlusten.
Alle bisher aus dem Stand der Technik bekannten Polteilungs- und Wicklungskonstellationen erfüllen die gegebenen Forderungen nach geringer Geschwindigkeitskonstante bei hoher Kraftausbeute bei einem minimierten elektrischen Widerstand mit minimalen Reluktanzrippel nicht in der gewünschten Weise.
Bezüglich des Standes der Technik sei weiterhin auf die DE 92 958 verwiesen, welche eine Mehrphasenmaschine mit ungleicher Ankerspulen- und Polzahl beschreibt. Gemäß der dortigen Lösung wird zur effizienteren Wicklungsgestaltung ein bestimmtes Polteilungsverhältnis vorgeschlagen und weiterhin eine Reihenschaltung von in Polgruppen zusammengefaßten Wicklungen offenbart.
Die dortige Lösung bezieht sich jedoch nicht auf eine Synchronmaschine mit Permamentmagneten und liefert keine Aussagen zur oben erläuterten Gegenspannungs-Problematik bzw. zur Reluktanzrippel-Unterdrückung.
Die Lehre nach DE 33 20 805 C2 zielt auf die Effizienzverbesserung und Reluktanzrippel-Minimierung eines Synchronmotors ab, wobei dort der Motor in Zonen aufgeteilt wird und eine Verschaltung separater Wicklungen in Reihe erfolgt. Ebenfalls wird dort ein geringer Phasenversatz von Wicklung zu Wicklung bis zum Phasenwinkel zwischen zwei Phasen angesprochen.
In eine ähnliche Lösungsrichtung mit der Zielstellung der Effizienzver- besserung eines Motors und einer verbesserten Herstellungs-Technologie geht das deutsche Patent DE 195 03 610 C2. Ein Wicklungsleiter ist innerhalb einer definierten Zone mit wechselnder Richtung um aufeinander folgende Ständerpole angeordnet. Weiterhin wird dort eine mäanderförmige Umwicklung gezeigt, wobei allerdings die Polwicklungen in Reihe verschaltet sind. Bei der dortigen Lösung entspricht die Nutbreite grundsätzlich der Breite des Wicklungsleiters und es sind innerhalb einer Polnut zusammentreffende Abschnitte des Wicklungsleiters übereinander angeordnet.
Bei dem Spindelmotor mit minimierten Torquerippeln gemäß US-PS 4,874,712 wird auf eine feste Polteilung mit neun Zahnpolen und acht Magnetpolen abgestellt, wobei die Polwicklungen in Reihe geschaltet sind. Ein Phasenversatz zwischen den Zähnen liegt nicht vor. Bei den dortigen Zahnwicklungen ist nur jede zweite in Reihe geschaltet, wobei die
Zuordnung zu den drei Phasen nicht dem logischen Phasenversatz der Pole entspricht. Die Gegenspannungs-Problematik ist in der zitierten US- Patentschrift nicht angesprochen.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten, mehrphasigen, vielpoligen, schnelllaufenden Linearoder Rotationssynchronmotor mit Primär- und Sekundärteil anzugeben, wobei der Motor eine effiziente und niederohmige Wicklung zum Betreiben auch bei höchsten Geschwindigkeiten aufweisen soll und der sich als besonders reluktanzrippelarm darstellt.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegenstand gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Erfindungsgemäß wird also bei der vorgeschlagenen Motorkonstruktion von mehreren, in nebeneinander benachbarten Nuten verlaufenden Wicklungen ausgegangen, die mit der gleichen elektrischen Motorphase und Bestromung beschaltet sind. Die der gleichen Motorphase zugehörigen Wicklungen sind in Serie geschaltet, wobei der Wicklungssinn und die Stromrichtung von Nut zu Nut wechselt.
Jede Wicklung ist als einen Zahn umfassende Zahnwicklung ausgebildet und weist n Windungen auf. Eine solche Zahnwicklung ist am effizientesten und technologisch sehr einfach auszuführen.
Die Reihenschaltung der Zahnwicklungen ist im Vergleich zu bekannten Parallelschaltungen günstiger, d.h. die beim Stand der Technik gegebenen Nebeneffekte, die die Effizienz des Motors beeinträchtigen, treten nicht auf.
Der Weg zwischen den Zahnwicklungen bzw. von Nut zu Nut wird so kurz wie möglich gewählt.
Um die Wicklungsstränge außerhalb der Nuten so kurz wie möglich zu halten, liegen die einer Phase zugehörigen Wicklungsstränge und Zahnwicklungen eng beeinander.
Auch bezogen auf den Verdrahtungsaufwand zwischen den in Reihe geschalteten Wicklungssträngen wird eine Minimierung angestrebt.
Das erfindungsgemäße Polteilungsverhältnis Tn/Tp mindestens über Abschnitte des Motors nahe 1, d.h. auch nahe größer oder nahe kleiner 1, gewährleistet, dass innerhalb eines breiten Bereichs über mehrere Zähne hinweg von Nut zu benachbarter Nut im Hinblick auf die Richtung des Sollstroms und damit des Wicklungssinns ein stetiger Wechsel vorliegt. Damit können unmittelbar benachbarte Wicklungsstränge, die die Zahnwicklungen bilden, in gewünschter Weise elektrisch in Reihe geschaltet werden.
An sich wird durch jede Nut über eine Magnetperiode eine merkbare Reluktanzrippelwelle hervorgerufen. Durch das vorgeschlagene Polteilungsverhältnis Tn/Tp nahe 1 überlagern sich die durch die Einzelnuten hervorgerufenen Rippelwellen in der Art, dass eine gegenseitige, weitgehende Kompensation bzw. ein Auslöschen erfolgt. Hierdurch reduziert sich die Zahl der resultierenden Reluktanzrippel drastisch.
Die anspruchsseitig erwähnte Vielzahl von Zähnen beträgt mindestens sechs, wobei der geringe elektrische Phasenversatz auf Werte < 60° eingestellt ist.
In vorteilhafter Weise ist die Wicklung als durchgehende, elektrisch isolierte, hochtemperaturfeste Litze, welche bezogen auf das Einbrigen in die Nut stopffähig sein kann, ausgeführt und weist einen großen Querschnitt zur Führung eines hohen Sollstroms auf. Die Wicklung selbst besitzt nur wenige Zahnwindungen und ist dementsprechend in den Nuten
verlegt. Durch diese Maßnahme tritt die gewünschte Reduzierung des Verdrahtungsaufwands ein und es ist eine Minimierung des Wicklungswiderstands des Gesamtmotors gegeben mit der Folge der angestrebten Effizienzerhöhung.
Die Verwendung einer elektrisch isolierten Litze minimiert bei üblicher hochfrequenter Ansteuerung unerwünschte Skin- oder sonstige Wirbelstromeffekte mit den dadurch gegebenen Vorteilen gegenüber einer Wicklung bestehend aus einem Kupferdraht mit großem Querschnitt. Die Litze besteht hier aus mindestens 20, bevorzugt 60 bis 100 Einzeladern, d.h. es liegt Hochadrigkeit vor.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine spezielle Ausbildung der Zahnköpfe vorgenommen. Hierbei sind die Zahnköpfe in der Lage, Formkörper oder Formstücke aufzunehmen mit dem Ziel, in technologisch einfacher Weise die Wicklungslitze, auch vorgefertigt, in Nuten, d.h. die Zahnzwischenräume einzubringen.
Zu diesem Zweck weisen die jeweiligen Zahnkopfenden eine Ausnehmung oder einen Rücksprung auf. Diese Ausnehmungen bzw. Rücksprünge dienen dem Fixieren der vorerwähnten Formkörper oder Formstücke, die so orientiert sind, dass sich die Breite des Nutausgangs verringert.
Die Formkörper oder Formstücke werden nach dem Einbringen oder Anordnen der Wicklung in die Nuten mit den freien Zahnkopfenden stoffschlüssig und/oder formschlüssig, respektive kraftschlüssig verbunden.
Die Formstücke oder Formkörper bestehen bevorzugt aus einem weichmagnetischen Material, das bei einer besonderen Ausgestaltung gegenüber dem Zahnmaterial, d.h. dem Blechpaket des Primärteils, elektrisch isoliert ist.
Die Formkörper oder Formstücke sind mit der jeweiligen Ausnehmung oder dem jeweiligen Rücksprung bevorzugt verklebt. Im Anschluss nach dem
Einbringen der Wicklung und dem Fixieren der Formkörper oder Formstücke erfolgt ein Gesamtverguss der Teilanordnung.
Die Isolation zwischen Formkörper oder Formstück und dem Zahnmaterial kann bevorzugt durch eine Kleberschicht gebildet werden, welche auch zum Befestigen des jeweiligen Formkörpers in der entsprechenden Ausnehmung dient.
Die Ausnehmungen oder Rücksprünge sind bei einer Ausführungsform der Erfindung beidseitig eines jeweiligen Zahnkopfendes ausgebildet und besitzen eine Nutform. Diese Nut kann einen halbkreisförmigen, rechteckigen, quadratischen, dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
Alternativ oder ergänzend können Ausnehmungen oder Rücksprünge stirnseitig des Zahnkopfes befindlich sein, wobei der jeweilige Formkörper oder das Formstück, den Zahnkopf verbreiternd, aufgesetzt und arretiert wird.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. 2a einen Abschnitt eines Linearmotors bzw. einer Abwicklung eines rotativen Motors mit Primärteil und Sekundärteil;
Fig. 2b ein Wicklungsschema mit Angaben zum elektrischen Phasenversatz bei einem Motor gemäß Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines rotativen Synchronmotors mit sieben Polpaaren bzw. vierzehn Permamentmagnetpolen und
Fig. 4 einen Motor analog der Darstellung nach Fig. 3, jedoch mit einer mäanderförmig durch die Nuten verlegten Wicklung.
Bezüglich der Fig. 2a sei auf die Erläuterungen zur Grundkonstruktion eines Synchronmotors in der Beschreibungseinleitung verwiesen, wobei für dieselben Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden. Mit Bn ist die Breite der Nutausgänge definiert, wobei zur Verbreiterung der Zahnköpfe 4a Formstücke vorgesehen sind, die sich in Ausnehmungen oder Rücksprüngen des jeweiligen Zahnkopfes befinden bzw. dort eingebracht werden.
Diese Verbreiterung der Zahnköpfe zum Zweck des Reduzierens der Breite Bn ist unter Beachtung der Vermeidung störender Reluktanzrippel von Vorteil.
Bei der vorgeschlagenen Konstruktion ist sichergestellt, dass je nach Gesamtpolzahl 6 des Sekundärteils 2 oder der Gesamtzähnezahl 4 des Primärteils 1, die durch die Phasenzahl teilbar sein sollte, das Polteilungsverhältnis Tn/Tp sich derart einstellt, dass die gleiche Zahn- Magnet-Konstellation sich erst über eine möglichst große Zahl von Zähnen 4 und damit Magnetperioden 2 Tp wiederholt.
Gemäß Fig. 2a sind dies neun Zähne bei einem Verhältnis Tn/Tp = 0,88. Damit liegt bezogen auf in den benachbarten Nutwicklungen 8 erzeugten Teil-EMK bzw. nutbezogenen Gegenspannungen ein Phasenversatz von 40° vor, der es gestattet, diese über insgesamt 120° elektrisch in Reihe zu schalten, damit an der gleichen Motorphase zu betreiben und der gleichen Sollbestromung auszusetzen. Bei Motoren gemäß dem bekannten Stand der Technik ist dies nicht möglich, weil dort die Phasenzuordnung über mehrere Nuten hinweg wechselt. Entweder treten dort Überlappungen auf oder bei sogenannten Zahnwicklungen liegt ein ständiger Wechsel der Phasenzuordnung vor.
Bei größeren Motoren mit höheren Polzahlen können wesentlich mehr Zähne zu derartigen Polgruppen innerhalb einer Motorphase zusammengefasst werden. Hierbei ist mit einem gegen 1 gehenden Verhältnis Tn/Tp ein wesentlich besserer Effekt mit Blick auf die gewünschte Reluktanzrippel- Unterdrückung erreichbar.
Jede Phasenwicklung U, V, W ist eine Reihenschaltung von aufeinander folgenden unmittelbar benachbarten Zahnwicklungen mit n Windungen, wobei von Nut zu Nut der Wicklungssinn der Wicklungsstränge 8 wechselt.
Fig. 2b zeigt das Wickelschema und den elektrischen Phasenversatz, bezogen auf die über die jeweilige Nutlänge bei generatorischem Betrieb des Motors erzeugten elektromotorischen Kräfte.
Da der Sollstrom eines Synchronmotors in jeder Motorphase phasengleich mit der entsprechenden phasenbezogenen EMK ist, setzt sich die resultierende Kraft des Gesamtmotors aus den jeweiligen phasenversetzten Teilkräften der in einer Phase verschalteten Nutwicklungen und der Überlagerung der Phasenkräfte in einem Mehrphasensystem in bekannter Weise zusammen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine lange und durchgehende, elektrisch isolierte, hochadrige Litze mit einem dem Sollstrom entsprechenden großen Querschnitt mit nur wenigen Zahn- Windungen in den jeweiligen Nuten verlegt.
Durch diese Maßnahme kann der Verdrahtungsaufwand reduziert werden und es verringert sich der Wicklungswiderstand des Gesamtmotors mit der Folge einer Effizienzerhöhung.
Als Grenzfall und kleinstes realisierbares Motorelement ist ein Primärteil oder ein Primärteilausschnitt mit sechs Zähnen und sechs Nuten anzusehen, bei dem drei nebeneinander liegende Zahnwicklungen drei verschiedenen Motorphasen zugeordnet sind und die Zahl der Magneten bei fünf liegt.
Der EMK-bezogene elektrische Phasenversatz von Nut zu Nut beträgt bei einer derartigen Variante 60°. Bei geschlossenen bzw. rotativen Motoren müssen dann mindestens zwei derartige Motorsegmente umfangsmäßig verteilt und elektrisch gegensinnig verschaltet werden.
Im Idealfall ist gemäß dem Grundgedanken der Erfindung die gesamte Zähnezahl eines Primärteils in eine der Phasenzahl entsprechende gleiche Anzahl von Nut-Zahn-Gruppen aufgeteilt und mit einem geringen EMK- bezogenen elektrischen Phasenversatz von wenigen Grad versehen. Dieser elektrische Phasenversatz beträgt 360° / Zahl der Nuten.
Bei einem entsprechend großen Motordurchmesser ist damit z.B. bei 44 Magnetpolen 6 und 45 Nuten 3 eine Aufteilung der Gesamtnutzahl in drei Nut-Zahn-Gruppen mit jeweils fünf in Reihe geschalteten Nutwicklungen, die den Motorphasen U, V, W zugeordnet sind, möglich. Das Polteilungsverhältnis Tn/Tp liegt dann sehr günstig bei 0,977.
Bei der Darstellung nach Fig. 3 wird von einem rotativen Synchronmotor mit sieben Polpaaren bzw. vierzehn Permamentmagnetpolen 6 ausgegangen. Die Zahl der Nuten und Zähne beträgt dort fünfzehn. Damit ist ein Polteilungsverhältnis Tn/Tp von 0,933 realisiert.
Es ist ersichtlich, dass sich erst nach jedem fünfzehnten Zahn die gleiche Relativstellung von Primär- und Sekundärteil wiederholt. Hierdurch werden die Reluktanzunterschiede bei der Bewegung weitgehend aufgehoben und auf ein praktisch nicht mehr relevantes Maß reduziert. Die schematisierte Wicklung stellt bezüglich der Windungszahl um jeden Zahn nur eine mögliche Variante dar.
Der EMK-bezogene Phasenversatz zwischen zwei benachbarten Wicklungs- strängen gemäß Fig. 3 beträgt 24°. Von den fünfzehn Zähnen bzw. Nuten sind jeweils fünf in einer Nut-Zahn-Gruppe zusammengefasst, die ihrerseits jeweils den drei Phasen U, V, W zugeordnet sind.
Jede Phasenwicklung besteht aus einer einzigen, durchgehenden Litze, die um jeden der fünf Zähne mit je 3,5 Zahnwindungen durch die Nuten verlegt ist. In jeder Nut liegt damit ein Wicklungsstrang mit sieben Adern. Die Zahnwicklungen werden bei dieser Konstellation von Nut zu Nut auf kürzestem Wege verlegt. Durch die Verwendung einer Litze mit hohem Leitungsquerschnitt im Bereich von 2,5 bis 6 mm2 ergibt sich ein sehr geringer Wicklungswiderstand mit einer entsprechend geringen Spannungs- konstante.
Die drei Phasenwicklungen werden in bekannter Weise in einem elektrischen Dreiphasensystem verschaltet und angeschlossen.
Einen ähnlichen Motor wie oben beschrieben zeigt die Darstellung nach Fig. 4, wobei dort von mäanderförmig verlegten Wicklungen ausgegangen wird. Dieses Beispiel ist ein Extremfall für eine Wicklung mit minimierter Gegenspannung bei definierter Polzahl.
Es sei darauf hingewiesen, dass für die Verwendung der erfindungsgemäßen Lehre es unerheblich ist, ob es sich um einen geschlossenen, rotativen oder endlichen Linearmotor handelt. Die auf ein derart definiertes Motorelement entfallenden Relativkräfte und Geschwindigkeiten sind über den gegebenen Radius in bekannter Weise umrechenbar.
Bezugszeichenliste
1 Primärteil 2 Sekundärteil
3 Nuten
3a Nut mit einer Breite Bn
4 Zähne
4a Zahnköpfe / Formstücke 5 Joch
6 Permamentmagnete
7 gemeinsame Rückflusssohle
8 Wicklung Tp Polteilung Tn Nutteilung ω Kreisfrequenz rotativ v Geschwindigkeit linear
M Drehmoment
F Kraft R Radius bezogen auf den Kraftangriffspunkt
Af Kraftkonstante
Km Drehmomentkonstante
Ku Gegenspannungskonstante
I Motorstrom