Sternen-Motoren des Luftspulenprinzips

Dipl.-Ing. Jörg Bobzin, Kiel

Angebot 2:

(weitere Angebote und Informationen zum Luftspulenprinzip (homepage))

An Motorenhersteller
von
Glockenmaschinen mit Luftspulenwicklung
als DC- oder EC-Motor
und von
klassischen Trommelmaschinen mit in Nuten eingelegter Wicklung,
die sich für den Bereich der hocheffizienten Maschinen interessieren

Hocheffiziente Elektrische Maschinen

Highly Efficiency Electrical Machines

Angebot mehrerer grundlegender Neuentwicklungen zur Lizenznahme

Zum Thema: Höchsteffiziente elektrische Maschinen, wie Energiesparmaschinen und höchstdynamische Antriebe nach dem Luftspulenprinzip

Anhand der Hocheffizienten Elektischen Glocken-Scheibenmaschine wird das Luftspulenprinzip und deren Ausgestaltungsmöglichkeiten als DC-, EC- Motor und deren hoher Gewinn gegenüber klassischen Glockenmotoren vorgestellt.

Internationale Patentanmeldung

Sehr geehrter Interessent/in,

Bei meiner Forschung und Entwicklung im Bereich hocheffizienter elektrischer Maschinen bin zu grundlegenden neuen Erkenntnissen gekommen.

Es handelt sich dabei um ein neues Maschinenkonzept, das ich "Luftspulenprinzip" nenne, dass u.a. Luftspulenmaschinen in linearer, trommelförmiger und scheibenförmiger Ausführung beinhaltet.

Diese Luftspulenmaschinen sind hocheffizient und bringen, z.B. neben anderen Vorteilen, bei annähernd gleicher Baugröße, wie der von herkömmlichen Glockenmaschinen, bei einer reinen Schrägwicklung eine ca. 50-200%ige Leistungssteigerung und bei einer nur teilweisen Schrägwicklung eine bis zu 600%ige Leistungssteigerung und erreichen Wirkungsgrade bis zu ca. 98%.

Der Wirkungsgrad hat in Zukunft eine sehr große Bedeutung für elektrische Maschinen, da man festgestellt hat, dass mit Energiesparmaschinen, die einen hohen Wirkungsgrad haben, erhebliche Betriebskosten eingespart werden können und die Bedeutung der einmaligen Anschaffungskosten der Maschinen dabei in den Hintergrund rückt.

Luftspulenmaschinen spielen dabei eine bisher unerkannt große Rolle und sie werden sich andere neue Anwendungsbereiche erschließen und sich dabei viele Anwendungsbereiche, die bisher "Eisenmaschinen" vorbehalten waren, eröffnen. Bisherige Makel, wie Leistungsbegrenzung und unpraktische Formen, von Luftspulenmaschinen sind durch die Neuentwicklungen nicht nur überwunden, sondern sie führen in ganz neue Dimensionen.

Der gerade stattfindende Bewusstseinswandel bezüglich der Bedeutung des Wirkungsgrades und der damit verbundenen Einsparungen hat auch eine grundlegende Veränderung in der Entwicklung von Maschinen zur Folge. So spielen Herstellungskosten in Zukunft eine sehr untergeordnete Rolle. Diese Sichtweise bewirkt auch eine Umstellung in der Entwicklung und Fertigung, bei der das erreichen eines hohen Wirkungsgrades eine sehr hohe Priorität einnimmt, so dass Luftspulenmaschinen nun für viele Anwendungen in Betracht kommen. Die Weichen sind in Richtung Energiesparmaschinen neu gestellt, und in Anbetracht der drohenden Energieknappheit, der Umweltprobleme und der schnelllebigen Zeit und nicht zuletzt, um Kosten zu sparen, wird sich dieses neue Bewusstsein auch sehr schnell durchsetzen.

Scheiben und Glockenläufer kommen dem neuen Maschinenkonzept am Nächsten und deshalb liegen diese Maschinen voll im Trend, was auch an den stark gestiegenen Umsatzzahlen im Bereich der Mikromaschinen der letzten Jahre zu sehen ist. Dies hat nicht nur mit dem hohen Wirkungsgrad der Luftspulenmaschinen zu tun, sondern auch mit den anderen hervorragenden Eigenschaften der Luftspulenmaschinen, die alle durch das Luftspulenprinzip noch wesentlich verbessert werden.

Da das Luftspulenprinzip konstruktiv sehr nahe am Stand der Technik und am Maschinenkonzept von Glockenmaschinen liegt, hat den Vorteil, dass nicht viel an der Konstruktion und in der Fertigung verändert werden muss, um diesen technischen Fortschritt zu integrieren, wodurch eine schnelle Produktion aufgenommen werden kann.

Wie Sie anhand der quantitativen Betrachtung in Anlage 1 und der weiteren Konstruktionsformen in Anlage 2 ersehen können, birgt die Erfindung auch für den Anwendungsbereich von Glockenmaschinen noch ein enormes Verbesserungspotential. Dies schlägt sich nicht nur im Wirkungsgrad nieder, sondern in allen entscheidenden Motorkennwerten und auch in geringen Herstellungskosten gegenüber herkömmlichen Luftspulenmaschinen.

In Anlage 1 sind eine Reihe von Konstruktionsbeispielen und Wicklungsmöglichkeiten für Glocken- und Trommelmaschinen, die in den Fachaufsätzen nicht so ausführlich besprochen wurden und auf den Anwendungsbereich von Glockenmaschinen abgestimmt sind. Hier werden auch die hohen Gewinne für diese Konstruktionsformen deutlich.

Darüber hinaus birgt das Maschinenkonzept weitere neue konstruktive Formen, die durch die Erfindung erst ermöglicht wurden und das bestehende Maschinenprogramm sinnvoll ergänzen.
Diese sind in den Fachaufsätzen I und II beschrieben. Hier sind z.B. Mikroflachmaschinen (Doppel-Scheibenmaschinen), Trommelläufer mit beidseitiger Achsannäherung und Doppel-Glockenmaschinen zu nennen, die die Mikromaschinen in Leistungs- und Wirkungsgradbereiche führen, die bisher undenkbar waren. Eine beispielhafte Maschinenübersicht dazu finden Sie in Anlage 2.

Die internationale PCT- Patentanmeldung, die die vorläufige internationale europäische Prüfung kürzlich bestanden hat, ist in allen europäischen Ländern, sowie in den USA und in Japan angemeldet.

Im abschließenden nationalen Prüfungsverfahren werde ich weitere neue Patentansprüche hinzufügen, die sich auf die Feldverteilung und auf Wicklungen von Scheibenmaschinen beziehen.

Neben dieser Patentanmeldung kann ich Ihnen noch weitere zum 2.Patent angemeldete Erfindungen (Weiterentwicklungen) zur Lizenznahme anbieten, die u.a. das Luftspulenprinzip nur zum Teil auf die mit Eisen hinterlegten Spulen der EC-Motoren anwendet und deren Erfindung ihren Schwerpunkt in der Wicklung hat. Eine vollständige Darstellung dieser Erfindungen würde den Rahmen dieses Angebotes sprengen, jedoch sind einige Weiterentwicklungen auch hier enthalten.
Zwei konstruktive Maschinenformen sind in Fig.3 und 4 und die dazugehörigen Wicklungen in Anlage 1 auf Seite 6 in den Bildern 1-4 und weitere in Anlage 2 auf Blatt 2 zu sehen. Somit ist es möglich, dass das gesamte Maschinenprogramm, von herkömmlichen DC-Motoren bis zu EC-Motoren, einen großen Entwicklungssprung macht.
Luftspulenglockenmaschinen nach dem Luftspulenprinzip sind auch Asynchronmaschinen weiterentwickelt und als 3. Patent angemeldet. Auch deren Darstellung würde den Rahmen dieses Angebotes sprengen. Einige Asynchronmaschinen mit ungefalteten Trommelwicklungen sind in der Anlage 2 auf Blatt 2 zu sehen.

Aus Gründen der Verantwortung für diese Welt, sind die von mir entwickelten Maschinen nur für friedliche Zwecke bestimmt.

Ich freue mich auf einen Kontakt mit Ihnen und verbleibe bis dahin

Mit freundlichem Gruß

Jörg Bobzin

Anlagen:
1. Konstruktions- und Wicklungsbeispiele für Glocken- und Trommelmaschinen (8 Seiten)
2. Maschinenübersicht (2 Blatt)

Autor:
Dipl.-Ing. Jörg Bobzin ist Forscher und Entwickler von hocheffizienten elektrischen Maschinen und ganzheitlicher Wissenschaft und Technik

Anlage 1:

Konstruktions- und Wicklungsbeispiele für Glocken- und
Trommelmaschinen

Neuen Konstruktionsformen

In den Figuren 1 und 2 sind Konstruktionsbeispiele für eisenlose DC-Glockenläufer zu sehen, deren Wicklung 29 einerseits im Trommelbereich verläuft und sich andererseits der Welle 1 einseitig annähert (Scheibenbereich der Wicklung) und mit dieser verbunden ist. Diese Annäherung passiert in Fig.1 im Bereich des Kommutators 25 mit den Bürsten 26 und in Fig.2 auf der dem Kommutator gegenüberliegenden Seite der Wicklung. Der Luftspalt 4 ist in Abschnitte 4’, 4’’geteilt. Die Welle 1 ist in den Lagern 13 gelagert.

Fig.3 zeigt einen EC-Glockenmotor, bei dem sich die Wicklung 29 einseitig der Welle 1 nähert. Die magnetischen Pole 27 sind fest mit der Welle verbunden und sind rechtwinklig zum Luftspalt (4’,4’) magnetisiert. Die Wicklung 29 ist mit dem Rückschluss 22 außenseitig hinterlegt und im festen Kontakt. Das Magnetfeld wird durch Magnetfeldsensoren 17, die auf der Leiterplatte 35 angebracht sind, sensiert.

Fig.4 zeigt das Prinzip einer Maschine mit einer Wicklung 29 mit beidseitiger Annäherung an die Achse 24. Die Wicklung ist fest mit dem Rückschluss 22 innenseitig verbunden, sowie mit der Hohlachse. Die magnetischen Pole 27 sind außenseitig von der Wicklung angebracht. Eine Ausführung dieser Wicklung wird in Bild 4 gezeigt.

Neue Wicklungen

Die Bilder 1 bis 4 zeigen in der oberen Figur jeweils eine herkömmliche Wicklung als Abwicklung, jeweils in unterschiedlichen Wicklungsabmessungen d/C, sowie Spannungen und Drehmomente, die auf die Werte der herkömmlichen Wicklung mit gleichen Abmessungen, gleicher Windungszahl, gleichem Leiterquerschnitt, gleicher Luftspaltbreite, gleicher Luftspaltinduktion und gleicher Polzahl, normiert sind.

Die erfindungsgemäße Wicklung teilt sich jeweils in einen dargestellten Trommel- und Scheibenbereich. Außerdem ist die Wicklungsabmessung d/C einer schematischen Seitenansicht gezeigt.

Eingezeichnet sind die wirksame Leiterfläche 33, die Wicklungsabmessungen d und C, sowie der Strom I mit seiner Richtung. Bei den Wicklungsabmessungen d/c sind gängige Größen gewählt worden. Die Wicklungen in Bild 1-3 sind für die Konstruktionsformen der Fig. 1-3 geeignet. Die Wicklung in Bild 4 gehört zur Konstruktionsform in Fig.4.

In den Bildern 1 bis 4 ist zu sehen, dass im scheibenförmigen Bereich diametral eine Aussparung im wirksamen Polbereich ist, die Platz für Schleifkontakte bietet, die z.B. in Fig.1 in Blickrichtung liegen. Wenn der Platz nicht ausreichend sein sollte können die Leiter auch weniger nah an die Welle gelegt werden, so dass die Aussparung breiter wird, wodurch die Leiter allerdings etwas weniger effektiv werden. Dies wäre sicherlich zu verkraften, wie man anhand der hohen Gewinne in der Spannungs-, Strom-, Leistungs- und Drehmomentzunahme bei gleichzeitiger Minderung oder geringfügiger Erhöhung der Wicklungslänge an den angegebenen Zahlenwerten erkennen kann.

Bild 1 zeigt die Abwicklung einer erfindungsgemäßen Glockenwicklung mit den Abmessungen d/c=1,11 im Vergleich zu einer herkömmlichen Glockenwicklung mit gleichen Abmessungen. Die Werte für Leistung und Drehmoment steigen um 53% gegenüber der herkömmlichen Glockenwicklung. Die Leiterlänge der Wicklung verkürzt sich sogar noch etwa um 3%. Die Wicklung ist in den Konstruktionsformen von Fig.1-3 einsetzbar.

Bild 2 zeigt die Abwicklung einer erfindungsgemäßen Glockenwicklung mit den Abmessungen d/c=0,65 im Vergleich zu einer herkömmlichen Glockenwicklung mit gleichen Abmessungen. Die Werte für Leistung und Drehmoment steigen um ca. 34% gegenüber der herkömmlichen Glockenwicklung. Die Leiterlänge der Wicklung bleibt nahezu gleich lang. Die Wicklung ist in den Konstruktionsformen von Fig.1-3 einsetzbar.

Bild 3 zeigt die Abwicklung einer erfindungsgemäßen Glockenwicklung mit den Abmessungen d/c=0,41 im Vergleich zu einer herkömmlichen Glockenwicklung mit gleichen Abmessungen. Die Werte für Leistung steigen um ca. 49% und für das Drehmoment um ca. 26% gegenüber der herkömmlichen Glockenwicklung. Die Leiterlänge der Wicklung verlängert sich um ca.7%. Die Wicklung ist in den Konstruktionsformen von Fig.1-3 einsetzbar.

Bild 4 zeigt die Abwicklung einer erfindungsgemäßen Trommelwicklung mit beidseitiger Achsannäherung im Vergleich zu einer herkömmlichen Wicklung mit gleichen Abmessungen d/C= 1,11. Der dargestellte Wicklungsverlauf bietet eine Leistungssteigerung von 195% und eine Drehmomentsteigerung von 79,5%, wobei sich die Leiterlänge um 9% verlängert. Die Wicklung ist in der Konstruktionsform von Fig.4 einsetzbar.

Eine beidseitige Wellenannäherung (Fig.4) bei diesen Maschinen bietet noch weitaus höhere Gewinne bis zu einer Größenordung um 700%, die bei rechtwinklig zur Bewegungsrichtung liegenden Leitern im Trommelbereich und einer Leiterführung, wie in den Bildern 1-3 im Scheibenbereich erreicht werden. Unter Trommel-Scheibenmaschine in den Figuren 7 und 8 sind die Scheibenwicklungsteile so einer Maschine zu sehen.

Die Luftspaltabschnitte in den Maschinen der Figuren 1 - 4 verlaufen im Scheibenbereich gleichmäßig, mit der gleichen Luftspaltbreite, wie im Umfangsbereich. Dieser gleichmäßige Verlauf gilt, wenn die Maschinenfläche im Umfangsbereich nicht voll mit Leitern belegt ist, so dass keine Überlappungen im achsnahen Bereich entstehen, wie es z.B. bei den Wicklungen mit separaten Spulen der Trommel-Scheibenmaschine Fig.1 und der Glocken-Scheibenmaschine Fig.3 der Fall ist.

Werden Gleichstromschrägwicklungen verwendet, deren Wickelschema in den Bildern 1 - 4 zu sehen sind, werden die Leiter im achsnahen Bereich dicht nebeneinander liegend in einer Zweischichtwicklung gewickelt. Bei ihrem Verlauf Richtung Außenradius entstehen Abstände zwischen benachbarten Leitern, die sich bis zum Umfang der Wicklung vergrößern. Werden die Leiter im Trommelbereich schräg gewickelt, entsteht eine siebförmige Wicklung, die den Vorteil hat, dass sie eine sehr gute Kühlung der Leiter gewährleistet. Gegenüber einer herkömmlichen Glockenwicklung, deren Leiter im Umfangsbereich dicht nebeneinander liegen, ist die Windungszahl im gleichen Luftspaltbereich kleiner. Dieser dadurch bedingte Leistungsverlust kann aber durch die effiziente Wicklungsnutzung der gefalteten Spule, mit der beschriebenen Leistungssteigerung von ca.50-700%, in Abhängigkeit von der Wickelschemaaufteilung, der Leiterdichte im Umfangsbereich und dem Maße der Achsannäherung, aufgefangen werden.

Bringt eine Stirnbereichsnutzung einen Leistungsgewinn von beispielsweise 100%, kann die Windungszahl auf 50% herabgesetzt werden und man erreicht immer noch die gleiche Leistung, wie die herkömmliche Wicklung. So kann im Umfangsbereich zwischen benachbarten Leitern entsprechend viel Platz gelassen werden, was viel Luft für den Stirnbereich schafft, damit dort eine Zweischichtwicklung gewährleistet ist und zusätzlichen Überlappungen benachbarter Leiter entstehen.
Vorteilhaft ist es, eine vierpolige Wicklung zu wählen, die im Umfangsbereich eine Leiterbreite zwischen benachbarten Leitern Platz lässt und die Leiter im Stirnbereich nur bis auf 50% des zur Verfügung stehenden Radius an die Achse heran verlaufen. So ist der Umfangsbereich durch die Leiterbelegung gut genutzt und im Stirnbereich ist eine Zweischichtwicklung gewährleistet.

Will man bei gleicher Umfangsbereichnutzung eine Wickelschemaaufteilung von 50% des Wickelschemas für den Stirnbereich wählen, wie in den Bildern 1 - 4, bei denen der Leiter bis in Achsnähe verläuft, bekommt man ab dem halben Radius im achsnahen Bereich Überlappungen benachbarter Leiter. Dieser Bereich kann dann beispielsweise als Wickelkopf aus dem Magnetfeldbereich ausgespart werden und nur der äußere halbe Radius wird dann mit Magnetpolen belegt.

Werden Schrägwicklungen verwendet, deren Leiter dicht nebeneinander liegend im Trommelbereich gewickelt sind, entstehen Überlappungen im Scheibenbereich, die den Luftspalt Richtung Achse aufweiten. Um hier dann eine ausreichende Luftspaltinduktion zu gewährleisten, ist die Höhe der Magnetpole im, sich der Achse annähernden Luftspaltabschnitt, zu vergrößern.

Eine Gestaltungsvariante ist hier, nur den Außenradius des sich der Achse annähernden Leiters zu nutzen und ihn mit den Magnetpolen mit der doppelten Magnethöhe zu versehen.

Weitere Wicklungsvarianten sind unter Glocken-Scheibenmaschine zu finden.