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Im Stillstand regelbarer buerstenloser Elektromotor ohne Permanentmagnete

IP.com Disclosure Number: IPCOM000125207D
Original Publication Date: 2005-Jun-20
Included in the Prior Art Database: 2005-Jun-20
Document File: 5 page(s) / 228K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Von Elektromotoren sind u.a. folgende Ausfuehrungsformen bekannt: I. Permanenterregte Synchronmotoren II. Gleichstrommotoren ohne Permanentmagnete III. Asynchronmotoren Die Abbildung 1 zeigt einen im Querschnitt dargestellten permanenterregten Synchronmotor, auf dessen Rotor (Farbe: cyan) Permanentmagnete (Nordpole: blau liniert und Suedpole: rot liniert) angebracht sind. Hierbei handelt es sich um einen vierpoligen Motor, bei dem jeweils Bereiche von 360°/4= 90° radial in einer Richtung magnetisiert sind. Auf dem Stator befinden sich sog. Statorpolwicklungen, die von den zeitlich veraenderlichen Stroemen iR, iS und iT durchflossen werden. Die Wicklungen sind hier i.d.R. so verschaltet, dass gilt: iR+iS+iT=0. Durch geeignete Wahl der Stroeme iR, iS und iT wird ein Moment auf den Rotor ausgeuebt und dieser dreht sich in gewuenschter Weise. Im Folgenden werden Vorteile der unter I., II. und III. genannten Ausfuehrungsformen miteinander zu neuen Ausfuehrungsformen kombiniert und vorgestellt. Ausfuehrungsform 1: Es wird vorgeschlagen, die Permanentmagnete des Rotors durch stromdurchflossene Wicklungen zu ersetzen (siehe auch Abbildung 2). Diese Wicklungen, nachfolgend auch Rotorpolwicklungen genannt, werden hier jedoch nicht ueber Kommutator und Buersten mit Strom versorgt (wie beim Gleichstrommotor ohne Permanentmagnete), sondern ueber einen Drehuebertrager (siehe Laengsschnitt in Abbildung 3). Diese Rotorpolwicklungen sind untereinander verschaltet. Ferner sind die Rotorpolwicklungen mit den auf dem Rotor befindlichen Sekundaerwicklungen des Drehuebertragers vorzugsweise so verschaltet, dass sie alle vom gleichen Strom iN durchflossen werden. Dieser Strom wird hauptsaechlich durch den Strom iNp, der durch die auf dem Stator befindlichen Primaerwicklungen des Drehuebertragers fliesst, hervorgerufen. Dabei wird vorzugsweise ein durch Gleichung (10) und (20) beschriebener Strom

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S

Im Stillstand regelbarer buerstenloser Elektromotor ohne Permanentmagnete

Idee: Dr. Roland Finkler, DE-Erlangen

Von Elektromotoren sind u.a. folgende Ausfuehrungsformen bekannt:

I. Permanenterregte Synchronmotoren
II. Gleichstrommotoren ohne Permanentmagnete
III. Asynchronmotoren Die Abbildung 1 zeigt einen im Querschnitt dargestellten permanenterregten Synchronmotor, auf dessen Rotor (Farbe: cyan) Permanentmagnete (Nordpole: blau liniert und Suedpole: rot liniert) angebracht sind. Hierbei handelt es sich um einen vierpoligen Motor, bei dem jeweils Bereiche von 360°/4= 90° radial in einer Richtung magnetisiert sind. Auf dem Stator befinden sich sog. Statorpolwicklungen, die von den zeitlich veraenderlichen Stroemen iR, iS und iT durchflossen werden. Die Wicklungen sind hier i.d.R. so verschaltet, dass gilt: iR+iS+iT=0. Durch geeignete Wahl der Stroeme iR, iS und iT wird ein Moment auf den Rotor ausgeuebt und dieser dreht sich in gewuenschter Weise. Im Folgenden werden Vorteile der unter I., II. und III. genannten Ausfuehrungsformen miteinander zu neuen Ausfuehrungsformen kombiniert und vorgestellt.

Ausfuehrungsform 1: Es wird vorgeschlagen, die Permanentmagnete des Rotors durch stromdurchflossene Wicklungen zu ersetzen (siehe auch Abbildung 2). Diese Wicklungen, nachfolgend auch Rotorpolwicklungen genannt, werden hier jedoch nicht ueber Kommutator und Buersten mit Strom versorgt (wie beim Gleichstrommotor ohne Permanentmagnete), sondern ueber einen Drehuebertrager (siehe Laengsschnitt in Abbildung 3). Diese Rotorpolwicklungen sind untereinander verschaltet. Ferner sind die Rotorpolwicklungen mit den auf dem Rotor befindlichen Sekundaerwicklungen des Drehuebertragers vorzugsweise so verschaltet, dass sie alle vom gleichen Strom iN durchflossen werden. Dieser Strom wird hauptsaechlich durch den Strom iNp, der durch die auf dem Stator befindlichen Primaerwicklungen des Drehuebertragers fliesst, hervorgerufen. Dabei wird vorzugsweise ein durch Gleichung (10) und (20) beschriebener Strom Gl. (10) iNp = iNp0 cos(2πft) und Gl. (20) i'R(t) = ki iR (t) cos(2πft), i'S(t) = ki iS (t) cos(2πft), i'T(t) = ki iT (t) cos(2πft) vorgegeben.

Hierbei stellen iR, iS und iT die entsprechenden Stroeme der Statorpolwicklungen des permanenterregten Synchronmotors dar. Bei dem vorgestellten Vorschlag resultiert daraus folgendes Moment Gl. (30) M'(t) = kM [cos(2πft)]2 M(t) = (kM/2) [1 + cos(4πft)] M(t).

Dabei stellen ki in Gleichung (20) und kM in Gleichung (30) Proportionalitaetskonstanten dar. Mittels einer geeigneten Bestromung nach Gleichung (10) und (20) kann ein gewuenschter Momentenverlauf M(t) erreicht werden. Hierzu wird die Bestromung nach Gleichung (10) und (20) vorgegeben und ki derart gewaehlt, dass km=2 wird. Stoerend ist eventuell der in Gleichung (30) befindliche Term cos(4πft), da dieser eine Modulation des gewuenschten Momentenverlaufs darstellt. Dies kann geloest werden durch

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