Zum Thema: Hocheffiziente elektrische Maschinen, wie Energiesparmaschinen und hochstdynamische Antriebe, nach dem Luftspulenprinzip

(weitere Gewinnbeispiele und Informationen zum Luftspulenprinzip (homepage))

Gewinnbeispiel 5:

Hocheffizienter Scheibenläufer-Servomotor nach dem Luftspulenprinzip

Vergleich eines Scheibenläufermotors für dynamische Antriebsaufgaben mit einem Doppel-Scheibenmotor nach dem Luftspulenprinzip gleichen Durchmessers

Anhand der bekannten Geometrie der herkömmlichen Wicklung und der Polflächen, wird durch die Methode der Vergleichsberechnung ohne das Wissen der konkreten Leistungskennwerte der prozentuale relative Gewinn der Leistungskennwerte für den generatorischen und motorischen Betrieb ermittelt. Für die vergleichenden Berechnungen wurde für die herkömmlichen Maschinen und die erfindungsgemäßen Maschinen die gleichen geometrischen Abmessungen, wie, gleicher Wicklungsdurchmesser, gleiche Polzahl und Polweite, gleiche Luftspaltbreite, gleicher Leiterquerschnitt und auch die gleiche Luftspaltinduktion, gleiche Drehzahl beim Generator, den gleichen Motorstrom, sowie die gleiche Windungszahl, genommen.

1. Die zu vergleichenden Maschinen

1.1 Die herkömmliche Maschine hat eine Scheibenwicklung

Bild 7 zeigt eine herkömmliche Scheibenwicklung. Diese Maschine bildet die Vergleichsmaschine, dessen Maschinenwerte als 100% angenommen werden.

1.2. Die Doppel-Scheibenmaschine nach dem Luftspulenprinzip

Bild 8 a und 8b zeigen die Wicklung der Doppel-Scheibenmaschine des Luftspulenprinzips. Nicht dargestellt sind die Verbindungsleiter im Umfangsbereich, die die beiden Scheibenwicklungen verbinden. Sie sind aber in der Rechnung als unwirksame Leiter berücksichtigt. Der Axialschnitt dieser Doppel-Scheibernmaschine ist ähnlich dem in Fig.9 der Konstruktionsformen der Doppel-Scheibenmaschine.

2. Vergleichsberechnungen für den generatorischen Betrieb

2.1 Berechnung der herkömmlichen Scheibenwicklungsspule aus Bild 7

In Bild 9 ist ein Wicklungsumlauf mit vier Spulen der Wicklung aus Bild 7 gezeigt. Für jede Spulenseite wird die wirksame Länge lw und der dazugehörige Radius rvm der mittleren Geschwindigkeit vm der jeweiligen Spulenseite für einen Zeitpunkt ermittelt.

Sind die wirksamen Leiterlängen und auch die mittleren Geschwindigkeiten der wirksamen Leiter unterschiedlich, wie hier, müssen alle Spulen einzeln berechnet werden, aus denen sich dann die Spannung des Generators ermitteln lässt. Für die oberste Spule in Bild 9 sind die Werte lw1 , lw2 und rvm1 , rvm2 anschaulich dargestellt.

Für diese Spule gilt:

Nach dem gleichen Verfahren wird nun die Spannung für die gesamte Wicklung in Bild 7 ermittelt. Das ergibt: Die ermittelten Kennwerte des herkömmlichen Scheibengenerators:

Die Werte des herkömmlichen Scheibengenerators werden als 100% angenommen.

Auf die Angabe von Einheiten wird hier verzichtet, da nur der Gewinn durch den Einsatz des Luftspulenprinzips im Verhältnis zu der herkömmlichen Technik von Bedeutung ist.

2.2. Berechnung des Doppel-Scheibengenerators aus Bild 8

Bild 10a/b zeigt eine Spule der Wicklung aus Bild 8. Die wirksame Länge lw ist hier für jede Spulenseite gleich, so wie auch der dazugehörige Radius rvm der mittleren Geschwindigkeit vm der jeweiligen Spulenseite.

Sind die wirksamen Längen lw und die Radien rvm der mittleren Geschwindigkeit vm für alle Spulen gleich, braucht nur eine Spule berechnet werden, deren Wert dann entsprechend der Anzahl der Spulen in die Berechnung eingeht. Das ergibt:

Die ermittelten Werte des Doppel-Scheibengenerators

2.3. Der Gewinn durch den Einsatz des Luftspulenprinzips in Form eines Doppel-Scheibengenerators:

Aus (14), (25), (36), (43)

3. Vergleichsberechnungen für den motorischen Betrieb

3.1 Berechnung der herkömmlichen Scheibenwicklungsspule aus Bild 7

In Bild 11ist ein Wicklungsumlauf mit vier Spulen der Wicklung aus Bild 7 gezeigt. Für jede Spulenseite wird die wirksame Länge lw und der dazugehörige Radius rvm der mittleren Geschwindigkeit vm der jeweiligen Spulenseite für einen Zeitpunkt ermittelt.

Sind die wirksamen Leiterlängen lw und auch die mittleren Geschwindigkeiten vm der wirksamen Leiter unterschiedlich, wie hier, müssen alle Spulen einzeln berechnet werden, aus denen sich dann die Motorkraft F ermitteln lässt. Für die oberste Spule in Bild 11 sind die Werte lw1 , lw2 und rvm1 , rvm2 anschaulich dargestellt. Für diese Spule gilt:

Für diese Spule gilt:

Nach dem gleichen Verfahren wird nun das Drehmoment für die gesamte Wicklung in Bild 7 ermittelt. Das ergibt:


Die ermittelten Kennwerte des herkömmlichen Scheibenmotors

Wird der Strom I der zu vergleichenden Motoren als gleich groß angenommen, ergibt sich aus (48):

Die Werte der herkömmlichen Scheibenmaschine werden als 100% angenommen. Auf die Angabe von Einheiten wird hier verzichtet, da nur der Gewinn durch den Einsatz des Luftspulenprinzips im Verhältnis zu der herkömmlichen Technik von Bedeutung ist.

3.2. Berechnung des Doppel-Scheibenmotors aus Bild 8

Bild 12a/b zeigt eine Spule der Wicklung aus Bild 8. Die wirksame Länge lw ist hier für jede Spulenseite gleich, so wie auch der dazugehörige Radius der mittleren Geschwindigkeit vm der jeweiligen Spulenseite.

Sind die wirksamen Längen lw und die Radien der mittleren Geschwindigkeit für alle Spulen gleich, braucht nur eine Spule berechnet werden, deren Wert dann entsprechend der Anzahl der Spulen in die Berechnung eingeht. Das ergibt:

Die ermittelten Werte des Doppel-Scheibenmotors

Wird der Strom I der zu vergleichenden Motoren als gleich groß angenommen, ergibt sich aus (48):

Auf die Angabe von Einheiten wird hier verzichtet, da nur der Gewinn durch den Einsatz des Luftspulenprinzips im Verhältnis zu der herkömmlichen Technik von Bedeutung ist.

3.3. Der Gewinn durch den Einsatz des Luftspulenprinzips in Form eines Doppel-Scheibenmotors:

Es ergibt sich ein Gewinn an Drehmoment M, wenn der Strom I der zu vergleichenden Motoren als gleich groß angenommen wird aus (66) von:

Der Leistungsgewinn liegt in der Größenordnung, wie beim Generator (66). Der Gewinn an Spulenausnutzung entspricht dem der Generatorberechnung (67).

Autor:

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