DE10020942A1

DE10020942A1 - Kontakt- und kommutierungsfreie Gleichstrommaschine

Info

Publication number: DE10020942A1
Application number: DE2000120942
Authority: DE
Inventors: Samy Akbar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-02-22

Abstract

Kommutierungs- und schleifringfreie Gleichstrommaschine mit läufergebundenen Feldern KW, die aus einem Unipolarfeld W, bei jeweils einer Ringmagneten- oder Ringspulenerregung, herrühren und aufgrund ihrer Läufergebundenheit in der Lage sind, mit den einzelnen wirkenden Ständerströmen Verkettungen zwecks Bündelung der Ströme bzw. Induktivitäts-Maximierung des Systems einzugehen und somit den Läufer in Rotation zu versetzen.

Description

Die kontakt- und kommutierungsfreie Gleichstrommaschine ist eine Fortentwicklung der Erfindung laut Anmeldung Aktenzeichen 198 38 670.2 und beruht im Einklang mit dieser Anmeldung, gemäß der Gleichung

dL/dt .i = 2n.Blv,

auf einer Gleichstrominduktion Maxwellscher Prägung, die bei einem konstanten Strom i aus dem Induktivitäts- Differential dL/dt hervorgeht, wobei B die Luftspalt induktion, v die Relativgeschwindigkeit, n die Windungs zahl je Nutzspule und 1 deren Breite darstellen, bei je weils zwei Spulenseiten je Nut mit 2n Leitern.

Dem Stand der Technik Rechnung tragend, ist in Zusammen hang mit Gleichstrominduktion die Unipolarmaschine zu erwähnen, die als Generator Gleichstrom kommutierungs frei liefert.

Sie zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine Wicklung aufweist, die aus der Kombination von Kupferstäben und Schleifbürsten hervorgeht, welche mittels Schleifringen gegeneinander bewegt werden, um im Bereich eines raum füllenden Poles (360° Umfang) Gleichstrom bei schwacher Leistung zu liefern.

Bezeichnet man die Unipolarerregung mit dem Strom I = ki (ki = Konstante), wobei i die Belastung der Maschine dar stellt, ist ferner B die Luftspaltinduktion laut

B = µ_oI/d oder B = µ_oki/d (d = Luftspalt)

und weiter l die Länge der Stäbe, v deren Laufgeschwin digkeit relativ zu den Schleifbürsten gemäß v = ds/dt, wobei s die jeweilige Bogenlänge zwischen Kupferstab und Schleifbürsten darstellt, so ergibt sich für die Induktivität L einer Schleife

L = µ_ok/d .1s

und für deren elektrische Induktion

dL/dt .i = B1v

Diese Gleichungen beziehen sich auf den besonderen Fall einer Maxwellschen Induktion in einer Spule (n = 1), bei der mittels der Unipolarmaschine jeweils die eine auf dem Läufer gelegene Spulenseite relativ zur anderen, sich im Ständer virtuell zwischen den Schleifbürsten erstre ckenden, bewegt wird.

Dieser Vorgang, bei dem die Feld-Leiter-Bewegungsrelati vität der Leiter-Leiter-Bewegungsrelativität weichen muß, wird durch die Tatsache erzwungen, daß das Unipolarfeld unbeweglich ist.

Hieraus geht hervor, daß das Grundproblem, welches bei der Gleichstrominduktion zu lösen ist, darin besteht, die Beweglichkeit von Magnetfeldern zu gewährleisten, die aus einem Unipolarfeld hervorgehen.

Gestützt auf die Lösung dieses Problems (siehe Ansprüche), präsentiert sich die kontakt- und kommutierungsfreie Gleichstrommaschine nach der Erfindung als eine Anzahl Einzelströme, die ein gemeinsames Zusammenwirken zwecks Induktivitäts-Maximierung mit dem Ergebnis anstreben, daß sie Verkettungen mit den Läuferfeldern eingehen, wobei die Rotation des Läufers dem Bestreben zur Maxi mierung dient.

Würde man die Ringmagnete durch Ringspulen von je n Windungen ersetzen und sie mit der Nutzwicklung in Reihe schalten (Anmeldung Aktenzeichen 198 38 670.2), so würde dies bei einem Betriebsstrom i sowie einem Erregerfluß ϕ, eine Luftspaltinduktion

B = µ_o2ni/d (d = Luftspalt)

bei jeweils einem läufergebundenen Feldbündel

Aϕ = µ_o2ni/d .1(As)

ergeben, wobei 1 die Nutzspulenbreite und As die ent sprechende Bogenlänge darstellen.

Die Verkettung eines Feldbündels Aϕ mit jeweils einem aktiven Wicklungs-Nutenanteil, bestehend aus zwei Spu lenseiten bzw. 2n Leitern, bedeutet einen Induktivitäts zuwachs des Systems um jeweils

AaL = µ_o(2n)²/d .1 (As)

und eine elektrische Induktion

d (AL)/dt .i = 2n.B1v

bei d(As)/dt = v

Dies ist auch der Fall bei den Ringmagneten, wenn für die Luftspaltinduktion

B_r = µ_o2nki/d

gesetzt wird, woraus sich die Gleichungen

Aϕ_r = µ_o2nki/d . 1(As)
AL_r = µ_o(2n)²k/d .1(As)
d(ΔL_r)/dt .i = 2n B_r1v

ergeben.

Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 1.1, 1.2 und 2 zei gen den Ständer 2, dessen Mantel 1 mit den Schlitzen 3 sowie den Läufer 4 mit den Flachmagneten 5, deren Felder 6 (Fig. 2) einander entgegenwirken.

Das Beispiel nach Fig. 1.2 zeigt die Erregung mit den Ringmagneten 12, das nach Fig. 1.1 die Erregung mit den Ringspulen 10, die mit der Nutzwicklung 9 in Reihe ge schaltet sind.

Heide Erregungen weisen Magnetfelder auf, die entspre chend der Magnetkreise 8, entlang der ferromagnetischen Lagerschilder 7 verlaufen und Verkettungen (13) mit den aktiven Nutenströmen eingehen.

Claims

1. Kontakt- und kommutierungsfreie Gleichstrommaschine, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Ständer (2) mit offenen Außennuten und einem ei sernen Mantel (1) versehen ist, der jede zweite Außen nut dank einem Spalt zwischen Mantel und Ständer ferro magnetisch kontaktlos schließt, während die übrigen Außennuten durch entsprechende Schlitze (3) ihre Öff nung beibehalten - und ferromagnetisch wirkungslos blei ben, so daß die Ständerströme jeweils zu einer Hälfte magnetisch aktiv den Antrieb bestimmen, zur anderen Hälfte aber nur dafür Sorge tragen, daß die Ständerwick lung die motorisch wirksamen Einzelströme hervorzu bringen in der Lage ist;
- der hohlzylindrische Ständerrücken einen Läufer (4) umschließt, in dessen Nuten - deren Anzahl der der Stän dernuten entspricht -, Flachmagnete (5) eingelegt sind, deren Felder (6), welche paarweise einander entgegen wirken, die Aufgabe haben, die Feldlinien der Erregung, die quer zu den Läuferstirnseiten verlaufen, zu Einzel feldern zu bündeln und an den Läufer zu binden, um ihr Zusammenwirken mit den Ständer-Einzelströmen zu sichern;
- die Ständernuten mit Nutzspulen von je n Windungen ver sehen sind, die bei einer Spulenöffnung, welche sich an der Winkelbreite orientiert, die jeweils zwei Flach magnete voneinander trennt, stets in zwei benachbarte Nuten - eine vom Ständermantel umschlossene, eine durch den jeweiligen Mantelschlitz offen gelassene, magne tisch inaktive -, bei jeweils zwei Spulenseiten je Nut, eingebettet und zu einer Nutzwicklung (9) in Reihe ge schaltet sind;
- die Erregung von achsial magnetisierten Ringmagneten (12) hervorgebracht wird, die an den Stirnseiten des Ständers (2) bzw. an dessen Mantel (1) angebracht sind und Feldlinien (8) aufweisen, die sich entlang der ferro magnetischen Lagerschilder (7) und des Ständerrückens, bei stirnseitigem Verlauf durch den Läufer, hinziehen, um vermittels. Verkettungen (13) mit den aktiven Ein zelströmen ihre Magnetkreise zu schließen.

2. Kontakt- und kommutierungsfreie Gleichstrommaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die achsial erregten Ringmagnete durch Rundspulen (10) von je n Windungen ersetzt sind und mit den Nutz spulen zu einer Ständerwicklung in Reihe geschaltet.