DE60307466T2

DE60307466T2 - Elektrischer Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung sowie Verfahren zum Entwickeln desselben

Info

Publication number: DE60307466T2
Application number: DE60307466T
Authority: DE
Inventors: Claudio Antonino DI GERLANDO; Mario Ubaldini
Original assignee: Politecnico di Milano
Current assignee: Politecnico di Milano
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2023-05-27
Also published as: ITMI20021186A0; ES2270089T3; EP1514340B1; ITMI20021186A1; WO2003103114A1; AU2003242586A1; DE60307466D1; EP1514340A1; ATE336096T1

Description

Die vorliegende Erfindung hierin betrifft einen elektrischen Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung oder, anders ausgedrückt, mit Zahnwicklungen, und ein Verfahren zum Bestimmen der Zuordnung der Phase und der Wickelrichtung der Wicklungen eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung.
Das Funktionieren der Kategorie von Elektromotoren mit Zahnwicklung basiert auf physikalischen Gesetzen und Prinzipien, die gleich denjenigen sind, auf welchen das Funktionieren jedes synchronen Typs von elektrischer Maschine bzw. Elektromotor basiert: dem Gesetz einer elektromagnetischen Induktion und dem Prinzip einer Ausrichtung der Magnetfelder innerhalb des Luftspalts.
Bei den herkömmlichen Typen von Elektromotoren, bei welchen Ankerwicklungen angebracht sind, die in Schlitzen verteilt sind, macht man in Anbetracht einer unstetigen magnetischen Störung sich die größte Mühe, das Vorhandensein der Zähne vernachlässigbar zu machen, um mit geeigneten Klemmvorrichtungen, das heißt mit einer "räumlichen Filterung", zu dämpfen. Unter den Vorrichtungen gibt es die An nahme einer hohen Anzahl von Schlitzen und der relativen Neigung zwischen den Feldpolen und den gegenüberliegenden Ankerzähnen. Zusätzlich wird geglaubt, dass es nötig ist, eine hohe Anzahl von Schlitzen/(Polphase) auszuwählen, um qualitative elektromagnetische Leistungsfähigkeiten (eine sinusförmige Wellenform einer induzierten elektromotorischen Kraft; ein konstantes elektromagnetisches Drehmoment, mit vernachlässigbarer Welligkeit) zu erreichen.
Ein häufiger Versuch zum Lösen der Probleme, die mit dem Vorhandensein der Schlitze verbunden sind, besteht im Eliminieren von ihnen unter einer Annahme magnetischer Konfigurationen, bei welchen die Wicklung, die mit den aktiven Leitern direkt gegenüberliegend dem Spalt positioniert ist, normal um ringförmige Rotorstrukturen gewickelt ist, mit Verfahren, die gleich denjenigen des Pacinotti-Ankers sind.
Die Hauptnachteile dieser Lösungen (die den Vorteil eines Eliminierens der harmonischen elektromotorischen Kräfte und der parasitären Drehmomente aufgrund des Vorhandenseins von Zähnen für die Tatsache, dass sie die Zähne eliminieren, haben) sind die folgenden.
Die Wicklung bei der Pacinotti-Struktur ist konstruktiv aufwändig herzustellen, da sie um den ringförmigen ferromagnetischen Kern "gesägt" werden muss, um dadurch Hunderte von Einfügungen herzustellen, die eine konstruktive Schwierigkeit und eine Unregelmäßigkeit eines Layouts (sowohl in der radialen Richtung mit dem Risiko einer Überlagerung, als auch in der peripheren Richtung mit einer ungleichmäßigen peripheren Positionierung der Wicklungen unterschiedlicher Phasen, vor allem dann, wenn die Dimension der Maschine bzw. des Motors groß ist) erzeugen können.
Der im Luftspalt durch die Dimensionen der Leiter und der relativen Isolierdicken besetzte Raum reduziert die Effizienz der Magnetisierung drastisch; tatsächlich ist, während der mechanische Luftspalt der Luftraum ist, der zwischen der Oberfläche der Permanentmagnete und der äußersten Oberfläche des gewickelten ringförmigen Kerns umfasst ist, der magnetische Spalt viel größer, der auch die durch die Leiter besetzte radiale Dimension umfasst. Dies reduziert den durch die Permanentmagnete gelieferten Fluss im Vergleich mit demjenigen, was in Maschinen bzw. Motoren mit gezahntem Kern auftritt (wo der magnetische Luftspalt gleich dem mechanischen Luftspalt zwischen Permanentmagneten und Zähneköpfen ist); somit impliziert bei gleichem erforderlichen Drehmoment das Vorhandensein eines geringeren Flusses beim Luftspalt eine Zirkulation von intensiveren Strömen und somit die Entwicklung von größeren Verlusten in den Wicklungen.
Zusätzlich müssen, da die Wicklungen durch den durch die Permanentmagnete gelieferten Hauptmagnetfluss direkt getroffen werden (was unterschiedlich von dem ist, was in Maschinen bzw. Motoren passiert, an denen Schlitze angebracht sind, wo nur der Leckfluss mit einer beträchtlich niedrigeren Intensität durch die Leiter läuft), die Wicklungen mit Leitern hergestellt werden, die genau unterteilt und transponiert sind. Tatsächlich würde dann, wenn herkömmliche Leiter verwendet würden (wie beispielsweise die Reißleinen, normalerweise von den Rotationsmaschinen mit Zahnstruktur, die für Anwendungen mittelgroßer Leistung verwendet werden), der oben angegebene Fluss, bezüglich der Zeit variabel, Wirbelströme (und daher Verluste) induzieren, die unter dem Gesichtspunkt des thermischen Aspekts und der Leistungsfähigkeit nicht tolerierbar sind.
Wir haben auch bei dem Lastbetrieb, wenn Strom durch die Leiter läuft und sie in den Fluss eingetaucht werden, der durch die Permanentmagnete geliefert wird, mechanische Aktionen (entsprechend dem zwischen Stator und Rotor übertragenen elektromagnetischen Drehmoment) direkt auf dieselben Leiter ausgeübt, was sie mechanisch zu einem sehr intensiven Ausmaß beansprucht (bei der Maschine, an der Zähne angebracht sind, werden die Kräfte zwischen Stator und Stator an den Zähnen sehr viel robuster entladen, während die mechanischen Beanspruchungen an den Leitern beschränkt werden).
WO 00/76054 offenbart einen Synchronmotor mit axialem Spalt mit 2 Zyklen und 3 Phasen.
US-A-4 774 428 offenbart einen dreiphasigen elektrischen Synchronmotor mit einem einzigen Zyklus, mit 8 Permanentmagnet-Rotorpolen und 9 Statorzähnen, von welchen jeder mit einer konzentrierten Wicklung versehen ist, wobei abwechselnde Wicklungen in umgekehrten Richtungen gewickelt sind.
Angesichts des beschriebenen Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung im Bereitstellen eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung, der nicht im Gegensatz zum Vorhandensein der Zähne steht, sondern sie stattdessen geeignet verwendet, während die natürliche Neigung zum Wei terleiten des mit den Erregerpolen der Induktorstruktur ausgetauschten Flusses unterstützt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe mittels eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung, wie er im Anspruch 1 definiert ist, und mittels eines Verfahrens zum Entwickeln eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung, wie es im Anspruch 15 definiert ist, erreicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe auch mittels eines Verfahrens zum Bestimmen der Zuordnung der Phase und der Wickelrichtung der Wicklungen eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung erreicht, das die folgenden Operationen aufweist: Bestimmen des elektrischen Winkels α_cf zwischen den ersten Wicklungen von aufeinander folgenden Phasenzyklen gleich α_cf = (N_dcf + v/N_f) 180°, wobei N_dcf die Anzahl von Zähnen pro Phasenzyklus ist und N_f die Anzahl von Phasen ist; Bestimmen der Wechselstromzeiger, die voneinander um einen Winkel getrennt sind, der gleich dem elektrischen Winkel α_cf ist, auf der Basis der Phasensequenz bzw. Wechselstromzeigersequenz entsprechend der Anzahl von Phasen des Motors; Zuordnen der Namen der Wechselstromzeiger, die zuvor bestimmt sind, zu den ersten Wicklungen von aufeinander folgenden Phasenzyklen; Zuordnen der Phase der ersten Wicklungen von Phasenzyklen zu den Wicklungen jedes Phasenzyklus.
Dank der vorliegenden Erfindung kann ein elektrischer Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung mit einer fortschreitenden räumlich versetzten Anordnung zwischen Polen und Zähnen hergestellt werden. Tatsächlich sind die Anzahlen der Ankerzähne und der Induktorpole sehr unterschiedlich voneinander; diese Konfiguration impliziert das Erreichen von elektromagnetischen und mechanischen Leistungsfähigkeiten höherer Qualität als denjenigen herkömmlicher Motoren, was auch in zahlreichen konstruktiven Vorteilen resultiert (geringe Anzahl von Zähnen, einfaches Wickeln, kürzere Länge der Endwicklungsanschlüsse).
Die Verwendung von Motoren mit Zahnwicklung gemäß der vorliegenden Erfindung präsentiert verschiedene konstruktive und betriebsmäßige Vorteile, die hiermit beschrieben werden.
Die Wicklungen der konzentrierten Wicklungen sind aufgrund des Nichtvorhandenseins einer Überlagerung der Endwicklungen unter den aktiven Seiten in den Schlitzen in sich ordentlicher.
Die Endwicklungen der Zahnwicklungen sind sehr kurz, was Kupfer spart, ohmsche Verluste reduziert und die Erwärmung des Motors reduziert und eine Effizienz verbessert.
Die Verwendung konzentrierter Wicklungen erleichtert die Konstruktion der Wicklungen sowohl bei kleinen Motoren (bei einer automatisierten seriellen Herstellung) als auch bei mittelgroßen Motoren (die bis jetzt manuell oder mit halbautomatischen Verfahren konstruiert bzw. hergestellt werden).
Da die Wicklungen alle dieselben sind, ist ihre separate Konstruktion möglich und angenehm, da sie in Transformatoren erfolgt: dies ist besonders bei den Doppelseitenstrukturen ohne magnetisches Joch beim Stator nützlich, dessen Zähne einzeln umwickelt und dann in die Statorrahmenstruktur montiert werden können.
Die Annahme von Herstellungstechnologien gleich denjenigen der Transformatoren lässt die Erhöhung der Spannungsgrenzen bei einem großen Dreh- bzw. Rotationsmotor (nun von einigen zehn Kilovolt) ahnen: daher könnte die Zwischenpositionierung von Transformatoren vermieden werden.
Zeigt N_f die Anzahl von Phasen, N_d = c die Anzahl von Zähnen, N_p = p die Anzahl von Polen, N_dc die Anzahl von Zähnen pro Zyklus und N_pc die Anzahl von Polen pro Zyklus an, ergibt sich Folgendes: Berücksichtigt man, dass ein Schlitz jedem Zahn entspricht, ist die Anzahl von Schlitzen/(Phasenpol) q eines Motors mit Zahnwicklung gleich Folgendem: q = c/(p·N_f) = N_d/(N_p·N_f) = N_dc/(N_pc·N_f). Bei der Hypothese (vorteilhafter für die Qualität einer Leistungsfähigkeit), dass N_dc und N_pc nur um eine Einheit unterschiedlich voneinander sind, folgt daraus, dass: q = (1 ± 1/N_pc)·(1/N_f) 1/Nf.-Daher haben wir bei einem Dreiphasenmotor mit Zahnwicklung q ≈ 0,33 Schlitze/(Polphase). Bei einem herkömmlichen Motor erreichen wir eine gute Qualität einer Wellenform einer elektromotorischen Kraft und eine geringe Welligkeit des Drehmoments (oder der Schubkraft), das unter Annahme von Ankerstrukturen mit einer Anzahl von Schlitzen/(Phasenpol) q um 5–6 entwickelt ist, während ein Motor mit Zahnwicklung gleiche Qualitätsleistungsfähigkeiten mit q ≈ 1/3 präsentiert: somit kön nen Motoren mit einer bestimmten Anzahl von Polen mit Ankerstrukturen mit einer sehr niedrigen Anzahl von Schlitzen hergestellt werden. In Korrelation dazu gibt es bei Motoren mit Zahnwicklungen hohe Anzahlen von Polen bei reduzierten Dimensionen.
Die hohe Anzahl von Polen ergibt diese maschinenspezifischen Betriebscharakteristiken, was bedeutet, dass sie sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit drehen (oder eine Translationsbewegung durchführen), was hohe Drehmomente (Schubkräfte) erzeugt, und dann, wenn die Drehmoment- und Trägheitscharakteristiken der mechanischen Last adäquat sind, ist es auch möglich, von einer Geschwindigkeit von Null mit einer Synchronisation direkt bei der Netzfrequenz zu beginnen.
Sie können als Generatoren funktionieren: diese Motoren können eine elektromotorische Kraft einer signifikanten Größe und Frequenz von industriellem Interesse bei einer sehr niedrigen Drehzahl erzeugen.
Eine weitere wichtige Qualität infolge der fortschreitenden räumlich versetzten Anordnung zwischen Erregerpolen und Ankerzähnen ist das praktische Fehlen von Störungen aufgrund der Zahngebung (Verzerrung der Wellenform der elektromotorischen Kraft und Drehmoment-(oder Schubkraft-)Welligkeit); bei den herkömmlichen Permanentmagnetmotoren ist auch der Effekt einer "Verzahnung" bei einem Anker, der nicht mit Energie versorgt wird, so sehr vorhanden, dass es nötig ist, ihn zu dämpfen, um geeignete Werte der relativen Neigung zwischen Schlitzen und Polen der gegenüberliegenden Strukturen anzunehmen.
Die Charakteristiken und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ihres Ausführungsbeispiels klar erscheinen, das als nicht beschränkendes Beispiel in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, wobei:
1 die Grundstruktur eines Teilabschnitts eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom Typ mit Einzelseiteninduktor mit Permanentmagnet-Erregerpolen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 die Grundstruktur eines Teilabschnitts eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung von dem Typ mit Doppelseiteninduktor mit Permanentmagnet-Erregerpolen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Vorderansicht und eine Ansicht von oben der gegeneinander gerichteten Phasenwicklungen der Wicklungen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine Vorderansicht und eine Ansicht von oben der zueinander gerichteten Phasenwicklungen der Wicklungen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 die Grundstruktur eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom Typ mit Einzelseiteninduktor mit Permanentmagnet-Erregerpolen mit Wicklungen in einer Doppelschicht und mit gegeneinander gerichteten Wicklungen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 die Grundstruktur des elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom Typ mit Doppelseiteninduktor mit Permanentmagnet-Erregerpolen mit Wicklungen in einer Doppelschicht und mit gegeneinander gerichteten Wicklungen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 die Grundstruktur eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom Typ mit zylindrischem Spalt mit einer zweischichtigen dreiphasigen gegeneinander gerichteten Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 die Grundstruktur eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom linearen Typ mit einzelseitigem flachen Luftspalt mit zweischichtiger dreiphasiger gegeneinander gerichteter Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 die Grundstruktur eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom linearen Typ mit doppelseitigem flachen Luftspalt mit zweischichtiger dreiphasiger gegeneinander gerichteter Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 die Grundstruktur eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom linearen rohrförmigen Typ mit zylindrischem Luftspalt mit Ringmagneten, die radial magnetisiert sind, und mit zweischichtiger dreiphasiger gegeneinander gerichteter Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 die Teil-Grundstruktur im Hinblick auf einen elektrischen Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung vom Typ mit sich drehendem flachen Luftspalt mit zweischichtiger gegeneinander gerichteter Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine Kurve mit dem durch einen Motor auf eine Variation des angelegten Drehmoments hin absorbierten Strom gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 eine Kurve mit der Wellenform der elektromotorischen Kraft zeigt, die in einer Sondenwicklung gemessen ist, die um einen Zahn bei einem Drehmotor, der ohne Last arbeitet, gemäß der vorliegenden Erfindung gewickelt ist;
14 eine Kurve mit der Wellenform der elektromotorischen Kraft, die an den Anschlüssen der Phasenwicklung eines Drehmotors, der ohne Last arbeitet, gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
15 eine Kurve mit der Simulation des Einschaltübergangs von einer Geschwindigkeit von Null des Motors mit einer fortschreitenden Erhöhung des Lastmoments zeigt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem neuen Typ von elektrischen Synchronmotoren, die durch Wicklungen charakterisiert sind, die nur durch konzentrierte Wicklungen eines Ankers gebildet sind, die um die Zähne der Magnetstruktur gewickelt sind.
Unter Bezugnahme auf 1, die die Grundstruktur eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom Typ mit Einzelseiteninduktor zeigt, kann das Joch 10 des Ankers des Stators mit den Statorzähnen 12 gesehen werden, auf wel che die Wicklungen 13 miteinander verbunden gewickelt sind; das Joch 11 des mobilen Induktors, auf welchem die Erregerpole 14 platziert sind, ist beispielsweise mittels Permanentmagnete hergestellt. Der an den Erregerpolen 14 angeordnete Pfeil zeigt ihre Polarität an, und insbesondere sind sie so angeordnet, dass die Erregerpole 14, die benachbart sind, eine entgegengesetzte Polarität haben.
In 2 ist eine Grundstruktur eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom Typ mit Doppelseiteninduktor gezeigt. Somit gibt es zwei Joche 11 des mobilen Induktors, auf welchen die Erregerpole 14 angeordnet sind, die beispielsweise mittels Permanentmagneten hergestellt sind. Es gibt die Statorzähne 12, auf welche die Wicklungen 13 miteinander verbunden gewickelt sind.
In beiden Figuren zeigt τ_d den Abstand der Statorzähne 12 an und zeigt τ_m den Abstand der Magnete (oder Erregerpole) 14 an.
Im Prinzip können mit beiden Typen der 1 und 2 Dreh- oder Linearmotoren mit flachem oder zylindrischem Luftspalt, mit Einzelseiten- oder Doppelseitenmagnetisierung, arbeitend als Motoren oder Generatoren, hergestellt werden. Die Permanentmagnete der Erregerpole 14 können durch polare Körper ersetzt werden, an denen Wicklungen angebracht sind, und sie sind auch konzentriert, was in einem solchen Fall Zähne des mobilen Teils (Rotor oder Gleiter) genannt werden kann.
3 zeigt eine Vorderansicht und eine Ansicht von oben der gegeneinander gerichteten Wicklungs-Phasenwicklungen, wobei eine Wicklung 13 auf jeden Statorzahn 12 gewickelt in der Richtung der Pfeile, gewickelt ist, was bedeutet, so, dass die benachbarten Wicklungen 13 gegeneinander gerichtet gewickelt sind. In den zwei Ansichten kann auch die Verbindung zwischen einer Wicklung und der anderen gesehen werden.
4 zeigt eine Vorderansicht und eine Ansicht von oben der zueinander gerichteten Wicklungs-Phasenwicklungen, und das bedeutet für jedes Paar von benachbarten Statorzähnen 12, dass nur ein Zahn 12 umwickelt ist, was darin resultiert, dass die Wicklungen zueinander gerichtet gewickelt sind. In den zwei Ansichten kann auch die Verbindung zwischen einer Wicklung und der anderen gesehen werden. In diesem Fall empfangen aufeinander folgende umwickelte Zähne Induktorflüsse, die nahezu gleichphasig sind; daher lässt die zueinander gerichtete Verbindung die Maximierung der Flussverbindung und somit der elektromotorischen Kraft der Phasenwicklung zu.
Gemeinsame Charakteristiken der oben beschriebenen Motoren sind die nahezu völlige Gleichheit zwischen einem Zahnabstand τ_d und dem Erregerpolabstand τ_m. Insbesondere kann sie τ_d > τ_m oder τ_d < τ_m (mit τ_d ≠ τ_m) sein.
Es können auch Wicklungen in einer Doppelschicht hergestellt werden, wobei jeder Statorzahn 12 eines Ankers zwei Wicklungen besitzt, die zur selben Phase oder zu unterschiedlichen Phasen gehören.
5 zeigt die Grundstruktur eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom Typ mit Einzelseiteninduktor, mit Permanentmagnet-Erregerpolen, mit Wicklungen in einer Doppelschicht und mit gegeneinander gerichteten Wicklungen (der Typ mit zueinander gerichteten Wicklungen kann auch angenommen werden).
In dieser Figur kann das Joch 10 des Ankers des Stators mit den Statorzähnen 12, wobei auf jeden von ihnen zwei Wicklungen 13 gewickelt sind, dem Joch 11 des mobilen Induktors und den Erregerpolen 14 gesehen werden.
6 zeigt die Grundstruktur eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom Typ mit bilateralem Induktor, mit Permamentmagnet-Erregerpolen, mit Wicklungen in einer Doppelschicht und mit gegeneinander gerichteten Wicklungen (der Typ mit zueinander gerichteten Wicklungen kann auch angenommen werden).
In dieser Figur können die Statorzähne 12, wobei auf jeden von ihnen zwei Wicklungen 13 gewickelt sind, das Joch 11 des mobilen Induktors, die Erregerpole 14 und eine Stütze 22 für die Zähne 12, die nicht ferromagnetisch sein müssen, gesehen werden.
In den 5 und 6 ist eine erste Einspeisungsphase der Wicklungen mit den Buchstaben a und A, eine zweite Einspeisungsphase der Wicklungen mit den Buchstaben b und B und eine dritte Einspeisungsphase der Wicklungen mit den Buchstaben c und C angezeigt. Der Großbuchstabe stellt ein Wickelrichtung der Wicklung beispielsweise in der Gegenuhrzeigerrichtung dar und der kleine Buchstabe stellt die entgegengesetzte Wickelrichtung der Wicklung beispielsweise in der Uhrzeigerrichtung dar.
7 zeigt die Grundstruktur eines elektrischen Synchron-Drehmotors vom Typ mit zylindrischem Luftspalt mit einer zweischichtigen gegeneinander gerichteten dreiphasigen Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung. Sie ist charakterisiert durch 34 Pole mit Permanentmagneten, wobei die unterschiedliche Polarität in der Figur mit dem Vorhandensein oder dem Nichtvorhandensein einer Schraffierung dargestellt ist, 36 Zähne, 2 Zyklen entlang der Peripherie, N_dcf = 6 Zähne pro Phasenzyklus, mit einem Schichtenversatz von N_sp = 3 Zähnen, mit dem Einzelseiteninduktor. Die Wicklungscharakteristiken des Stators in 7 dort, wo aus Gründen einer graphischen Einfachheit die Bezugs-Buchstaben der Phasen nicht gezeigt sind, entsprechen denjenigen, die in 5 dargestellt sind, welche in dieser Sphäre als ihre linearisierte Version gesehen werden können. Zusätzlich sind nur die aktiven Seiten jeder Wicklung, die um die Zähne gewickelt sind, gezeigt.
Einen Drehmotor mit flachem Luftspalt kann man sich vorstellen, wenn man auf die 5 und 6 als die Seitenansicht einer Struktur mit Rotationssymmetrie schaut (mit einer Rotationsachse in vertikaler Richtung in der Zeichenebene positioniert); die Wicklungen eines Ankers sind in Paaren um Statorkerne in der Form von axial laminierten Parallelepipeden positioniert: im doppelseitigen Fall der 6 gleiten vor ihnen zwei kreisförmige Rotorjoche integral und ausgerichtet miteinander, die die Permanentmagnete stützen, was den Stator in Sandwichbauweise umgibt. Eine besondere Charakteristik des Doppelseitentyps besteht in der Abwesenheit eines ferromagnetischen Jochs, was als Fließpfad für die Zahnflüsse arbeitet.
8 zeigt die Grundstruktur eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung von linearen Typ mit flachem einzelseitigem Luftspalt mit zweischichtiger gegeneinander gerichteter dreiphasiger Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung. Er hat einen Induktor, an dem eine ungleichmäßige Anzahl von Permanentmagnet-Erregerpolen angebracht ist, mit N_dcf = 6 und N_pc = 17 Pole/Zyklus. Der Stator-Magnetkreis ist aus ausgerichteten E-Kernen gebildet.
9 zeigt die Grundstruktur eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom linearen Typ mit einzelseitigem flachen Luftspalt mit zweischichtiger dreiphasiger gegeneinander gerichteter Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Er hat einen Induktor, an dem eine ungleichmäßige Anzahl von Permanentmagnet-Erregerpolen angebracht ist, mit N_dcf = 6 und N_pc = 17. Der Stator-Magnetkreis ist aus ausgerichteten E-Kernen ausgebildet. In solchen Kernen führen die Joche nur die Funktion einer mechanischen Lagerung aus, da sie nicht durch Flüsse gekreuzt werden.
10 zeigt die Grundstruktur eines elektrischen Synchronmotors mit konzentrierter Wicklung vom rohrförmigen linearen Typ mit zylindrischem Luftspalt mit Ringmagneten, die in radialer Richtung magnetisiert sind (alternativ in Richtung zur Innenseite und in Richtung zur Außenseite), und mit zweischichtiger dreiphasiger gegeneinander gerichteter Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung. Er hat einen Induktor, an dem eine ungleichmäßige Anzahl von Permanentmagnet-Erregerpolen angebracht ist, mit N_dcf = 6 und N_pc = 17. Der Stator-Magnetkreis ist zylindrisch, intern, gekeilt, mit einem zentralen Kern in Ferrit oder einem anderen ferromagnetischen Material mit hoher elektrischer Widerstandsfähigkeit, und Plattenzähnen, die auf dem Kern laminiert und gestapelt sind. Die Wicklungen sind in den Nuten der zentralen zylindrischen Ankerstruktur um eine Spule gewickelt.
In den 8, 9 und 10 sind die Wicklungen aus Gründen einer graphischen Vereinfachung dargestellt, ohne ihre zugeordneten Phasen der Wicklungen anzuzeigen; zusätzlich sind nur die aktiven Seiten jeder Wicklung, die um die Zähne gewickelt sind, gezeigt. Für die Aufeinanderfolge, die den Phasen zugeordnet ist, siehe diejenige in den 5 und 6.
Die Teil-Grundstruktur im Hinblick auf einen elektrischen Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung vom Drehtyp mit flachem Luftspalt ist in 11 gezeigt, und zwar mit einer zweischichtigen gegeneinander gerichteter Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung. Einige Statorkerne sind in dieser Figur gezeigt, von welchen als Beispiel nur einer mit einem Paar von Wicklungen umwickelt ist. Die Induktorpole (nicht gezeigt), die auf Rotorjochen angebracht sind, sind zu den Kernen der Wicklungen an einem Ende (Einzelseitenstruktur) oder an beiden Enden (Doppelseitenstruktur) ausgerichtet.
Im Einzelseitenfall, der weniger angenehm ist, müssen die Enden der auf der gegenüberliegenden Seite in Bezug auf die Korona von Induktorpolen positionierten Kerne mittels eines Statorjochs miteinander verbunden werden.
Im Doppelseitenfall sind die Statorkerne magnetisch voneinander getrennt (nur eine nichtmagnetische Stütze ist erforderlich, die in der Figur nicht gezeigt ist); in Bezug auf den Rotor gibt es zwei Rotorjoche, die miteinander integriert sind: die axial entgegengesetzt angeordneten Induktorpole sind miteinander ausgerichtet.
Eine wichtige Besonderheit der Linearmotoren mit Zahnwicklung mit flachem Luftspalt (beispielsweise derjenigen der 8 und 9) und der zylindrischen (wie denjenigen der 10) ist die exzellente Betriebssymmetrie, und zwar sowohl ohne Last (Symmetrie der elektromotorischen Phasenkräfte) als auch in belasteten Zuständen (Gleichgewicht der zirkulierenden Ströme): diese Eigenschaft (verbunden mit der Aktion einer Anzahl von Induktorpolen genau gleich derjenigen von einem Zyklus, N_pc = 17, wie es in den Figuren angegeben ist) findet keine Entsprechung bei den herkömmlich vertriebenen Linearmotoren mit Wicklungen, welche typischerweise durch eine Unsymmetrie und Betriebsungleichgewichte zwischen den verschiedenen Phasen beeinflusst bzw. beeinträchtigt sind.
Im Allgemeinen sind für die Elektromotoren mit Zahnwicklung die folgenden Definitionen und Eigenschaften gültig (siehe die 5 und 6).
Unter Bezugnahme auf die relative Anordnung zwischen Ankerzähnen und Erregerpolen, die in Richtung zum Luftspalt schauen, ist der Zyklus 20 der Teil der magnetischen Struktur (oder Peripherie), bei welcher ein Abstand von zwei Paaren (Zahn-Pol) bei derselben gemeinsamen Position vorhanden ist: Daher wird die Verteilung der Wicklungen zu den verschiedenen Phasen und ihre Wickelrichtung von einem Zyklus zum nächsten wiederholt.
Grundsätzlich könnte die Anzahl der Zyklen irgendeine sein (die Beispiele der 8, 9, 10 beziehen sich auf die Struktur mit nur einem Zyklus): nichts desto weniger ist es im Fall der Strukturen von Drehmomenten (mit zylindrischem oder flachem Luftspalt) ratsam, dass eine solche Anzahl 2 übersteigt oder wenigstens gleich 2 ist, um nicht kompensierte magnetische Anziehungen zwischen Stator und Rotor zu vermeiden.
Der Phasenzyklus 21 in Bezug auf eine Schicht ist der Teilabschnitt von einem Zyklus, zu welchem sich benachbarte Wicklungen derselben Phase erstrecken.
N_dc = (Anzahl von Ankerzähnen)/(Zyklus)
N_bc = (Anzahl von Ankerwicklungen)/(Zyklus)
N_dc und N_bc müssen Vielfache der Anzahl von Phasen N_f sein
N_dcf = (Anzahl von Ankerzähnen)/(Phasenzyklus)
N_bcf = (Anzahl von Ankerwicklungen)/(Phasenzyklus)
N_dc = N_fN_dcf
N_bc = N_fN_bcf
Im Fall von gegeneinander gerichteten Wicklungen gilt N_bcf = N_dcf.
Im Fall von zueinander gerichteten Wicklungen muss N_bcf = N_dcf/2 gelten, und somit muss N_dcf eine gleiche ganze Zahl sein.
N_bcf kann irgendeine ganze Zahl sein.
N_pc = (Anzahl von Erregerpolen)/(Zyklus).
v = Modul der Differenz zwischen N_pc und N_dc.
Somit können wir folgendes schreiben: N_pc = N_dc ± v. Die beste Auswahl entspricht v = 1; nichts desto weniger können mit einer fortschreitenden Verschlechterung der Leistungsfähigkeiten (einer Reduktion des Wicklungsfaktors des Hauptfelds) ganzzahlige Werte von v größer als Eins angenommen werden, und zwar bis zu einem Grenzwert v_max = 2·N_f (in Entsprechung mit diesem Wert tritt die Nullsetzung des vorhergesagten Wicklungsfaktors auf, was einer elektromotorischen Kraft von Null entspricht, die an den Anschlüssen resultiert).
Daher kann unter Bezugnahme auf die beste Auswahl entsprechend v = 1 eine Auswahl zwischen den folgenden Bedingungen durchgeführt werden, nämlich höher oder niedriger N_pc = N_dc + 1 = N_pcs oder N_pc = N_dc – 1 = N_pci.
Die Anzahl von Erregerpolen N_p = N_pc·N_c eines Drehmotors muss gerade sein; daher kann selbst dann, wenn N_pc gerade ist, die Anzahl von Zyklen N_c irgendeine ganze Zahl sein; umgekehrt muss bei einem ungeraden N_pc N_c gerade sein.
Die Anzahl von Erregerpolen N_p = N_pc·N_c eines Linearmotors kann ungerade sein; in einem solchen Fall gibt es keine Beschränkungen für N_c.
Da die Zyklen identisch zueinander sind, ist auch die Anzahl von Zyklen N_c gleich der maximalen Anzahl von Pfaden von jeder parallelen Phase.
Bei X, x werden die Ankerwicklungen der Phase X (X = A, B, C; x = a, b, c) zum Zuordnen der Schichtwicklungen zu den Phasen und die Definition der Pfadrichtung, die elektrischen Winkel ε, verbunden mit mechanischen Winkeln μ über die wohlbekannte Beziehung ε = (N_p/2)·μ, berücksichtigt; da der elektrische Winkel α_d zwischen benachbarten Zähnen gleich α_d = (N_pc/N_dc)·180° ist, werden die folgenden Regeln erhalten.
In Bezug auf die Wicklungen von nur einer Schicht ist der elektrische Winkel auf zwischen den ersten Wicklungen von aufeinander folgenden Phasenzyklen, die hierin nachfolgend Elternwicklungen genannt werden, α_cf = (N_dcf + v/N_f)·180°C: die Auswertung von α_cf (um sich zum Inneren von 0°–360° zu reduzieren, unter einem Subtrahieren der geeigneten ganzen Zahl von runden Winkeln) ermöglicht, dass solche Elternwicklungen einen richtigen Beitrag zu den unterschiedlichen Phasen haben.
Für dreiphasige und vierphasige Wicklungen gibt es wohlbekannte Wechselstromzeigersequenzen – nämlich Esaphase AcBaCb und Tetraphase ABab, und zwar jeweils mit einer Verzögerung von elektrisch 60° und 90° zwischen benachbarten Wechselstromzeigern.
Wenn der Beitrag der Elternwicklung des ersten Phasenzyklus (von welchem wir voraussetzen, dass er unter denjenigen des Wechselstromzeigerdiagramms dem Namen Y entspricht) zu einer bestimmten Phase definiert worden ist (einschließlich einer Wickelrichtung), trägt die Elternwicklung des benachbarten Phasenzyklus zu der Phase bei, deren Name Z derjenige des Wechselstromzeigers ist, der in der berücksichtigten Phasensequenz (AcBaCb für dreiphasige Motoren; ABab für zweiphasige Motoren) für elektrische Winkel α_cf von Y (in einer Richtung oder in der anderen) steht; ein gleicher Beitrag wird für alle nachfolgenden Phasenzyklen (immer mit derselben Pfadrichtung wie das Wechselstromzeigerdiagramm, wie beispielsweise in der Uhrzeigerrichtung) gemacht. Beispielsweise haben wir bei einem Beitrag von B zur ersten Elternwicklung in dem Fall, in welchem N_dcf = 6, v = 1, N_f = 3 gilt, α_cf = 60°, und der Name 60° entfernt von B wird zu der zweiten Elternwicklung beigetragen werden, und somit a, und so weiter aufeinander folgend.
Die Sequenz der Wicklungen von einer Zyklusphase (beispielsweise N_bcf = 6) wird eine gegeneinander gerichtete Wicklung XxXxXx (oder xXxXxX) sein; und bei einer zueinander gerichteten Wicklung XXXXXX (oder xxxxxx), beginnend ab der Elternwicklung.
Beim obigen Beispiel wird bei einer gegeneinander gerichteten Wicklung der erste Phasenzyklus die Namen BbBbBb und der zweite Phasenzyklus die Namen aAaAaA haben.
Im Fall von Wicklungen in zwei Schichten präsentiert die zweite Schicht dieselben Phasenbezeichnungen wie die Schicht, die bereits beigetragen hat, aber mit einem peripheren Versatz von N_sp Zähnen (die Wickelrichtung jeder Wicklung jeder Zyklusphase der zweiten Schicht stimmt mit derjenigen des Phasenzyklus derselben Phase der anderen Schicht in dem Fall von N_sp sogar überein, während sie invertiert ist, wenn N_sp ungerade ist): der Versatz einer Schicht führt dieselbe elektromagnetische Funktion aus, die bei den verteilten Wicklungen der herkömmlichen Motoren erfolgt, und es folgt dem Verkürzen des Abstands der Wicklungen, das heißt der Dämpfung der Wicklungsfaktoren der elektromotorischen Kräfte der harmonischen Felder niedrigerer Ordnung. Beispielsweise ist im Fall von dreiphasigen Strukturen mit v = 1 die Auswahl von N_sp, die die Wellenform der elektromotorischen Kraft an den Anschlüssen optimiert, N_dcf/2 am nächsten.
Aus dem Ausdruck von α_cf scheint die Unmöglichkeit, v = N_f anzunehmen, was Elternwicklungen von nachfolgenden Phasenzyklen mit einer mehrfachen Verzögerung von 180° entsprechen würde, offensichtlich zu sein: tatsächlich ist dieses Ergebnis (das ungeachtet der Wickelrichtung einem Gehören zur selben Phase entsprechen würde) inkompatibel zur Hypothese einer Struktur mit N_f Phasen.
Aus dem Studium der Vektordiagramme, die die Zusammensetzung der elektromotorischen Kräfte der Wicklungen von einer Zyklusphase darstellen (die für die harmonische Reihenfolge h = 1, 3, 5, 7, 9, ... zu einem Verteilungsfaktor k_dh gehört) und aus der Zusammensetzung der elektromotorischen Kräfte für die Schicht (die wieder für die Harmonische h zu einem Versatzfaktor k_sph gehört), resultieren die folgenden Ausdrücke:
wobei der Wickelfaktor gegeben ist durch: kah = kdh·ksph.
Aus einfachen Ausarbeitungen kann abgeleitet werden, dass für das Hauptfeld (das der Grundkomponente h = 1 der elektromotorischen Kraft entspricht), die höchsten Werte der Wickelfaktoren für v = 1 erhalten werden; zusätzlich entsprechen, wiederum für v = 1, die Werte denjenigen der Wickelfaktoren der herkömmlichen Motoren mit verteilten Wicklungen, wobei jedoch eine Anzahl von Schlitzen/(Polphase) q berücksichtigt ist und eine Verkürzung des Abstands der Wicklungen numerisch gleich jeweils der Anzahl N_bcf und dem Versatz einer Schicht N_sp der Motoren mit Zahnwicklungen ist.
Somit ergibt für Drehmotoren mit dreiphasiger Zahnwicklung mit v = 1 die Tabelle 1 die Werte von N_d und N_p für die niedrigeren Werte von N_dcf und N_c; die Beitragsfolge S_cf zu den Phasen der Elternwicklungen der Phasenzyklen von. 2 benachbarten Zyklen (die Folge der Phasenzyklen) ist auch gegeben: in der Tabelle zeigt S_cfi die Folge S_cf in Bezug auf die Auswahl der Anzahl niedriger Pole N_pci = N_dc – 1 an, während S_cfs die Folge S_cf in Bezug auf die Auswahl der Anzahl hoher Pole N_pcs = N_dc + 1 ist.
Wenn einmal die Elternwicklungen von allen Phasenzyklen den Phasen zugeordnet worden sind, nehmen die nachfolgenden Wicklungen jeder Zyklusphase denselben Buchstaben wie ihre eigene Elternwicklung an, und zwar mit einer zueinander gerichteten Pfadrichtung (XXX oder xxx, mit N_bcf = 3) öder mit einer gegeneinander gerichteten Pfadrichtung (XxX oder xXx, mit N_bcf = 3).
Gleiche Tabellen können für zweiphasige Motoren angenommen werden, oder mit einer Anzahl von Phasen, die unterschiedlich von 2 und 3 ist.
TABELLE 1
Ein Prototyp für einen zylindrischen Luftspalt ist mit geringer Größe konstruiert worden, erhalten aus einem kommerziell erhältlichen Asynchronmotor, wobei der Stator erneut gewickelt worden ist, während der Rotor vollständig überarbeitet worden ist, wobei er mit Permanentmagneten ausgebildet ist.
In Bezug auf die Statorwicklung ist dieser Motor vom gegeneinander gerichteten Typ in zwei Schichten (um jeden Zahn sind zwei Wicklungen gewickelt), und zwar gemäß dem Diagramm der 7 (in einer linearisierten Form gemäß der Konfiguration der 5).
Die Hauptcharakteristiken des Motors sind diejenigen in der Tabelle 2.
TABELLE 2
Numerische Simulationen und experimentelle Tests sind an diesem Motor ausgeführt worden.
Die berechnete Kurve ist in 12 gezeigt, und zwar auf der Basis des Ersatzschaltbilds, von dem RMS-Wert des Phasenstroms, der beim Arbeiten als Motor absorbiert ist, auf ein Erhöhen des angelegten Drehmoments hin, bis zu dem Verlust eines synchronisierten Betriebs, zusammen mit den Messpunkten (x), zum Arbeiten mit einem Drehmoment von Null, nominal und "Herausziehen". Die exzellente Entsprechung bestätigt die Werthaltigkeit des Typs des Elektromotors mit Zahnwicklung.
Die 13 und 14 zeigen die gemessenen Wellenformen der elektromotorischen Kräfte bei einem Betrieb ohne Last bei einer Geschwindigkeit von N = 176,47 g/min (für welche die Frequenz gleich 50 Hz ist); in 13 ist et die gemessene elektromotorische Kraft bei einer Sondenwicklung von 10 Wicklungen, die um einen Statorzahn gewickelt sind; in 14 ist e_f die gemessene elektromotorische Kraft an den Enden einer Phasenwicklung. Wie es gesehen werden kann, ist, während die elektromotorische Kraft eines Zahns eine Wellenform hat, die annähernd trapezförmig ist, diejenige der Phase bemerkenswert sinusförmig, und zwar dank dem Effekt einer Zusammensetzung aufgrund der Verzögerung zwischen den elektromotorischen Kräften von Zahnwicklungen, was ein Resultat von e_f ergibt.
Die Simulation des Einschaltübergangs des Motors ist in 15 dargestellt, der mit V_linea = 380 V, 50 Hz, mit einem anfänglich nominalen Widerstandsmoment (53 Nm) gespeist wird, und mit der Synchronisation vom Stillstand aus; nachfolgend wird das Drehmoment größer, bis der Abstand verloren wird. Die gute Betriebsstabilität ist offensichtlich, und zwar auch als Bestätigung der Grenzen für ein Drehmoment für ein "Herausziehen" bzw. "Pull out".
Die Motoren mit Zahnwicklungen gemäß der vorliegenden Erfindung präsentieren interessierende Elemente in vielen Anwendungssektoren, die hierin nachfolgend beschrieben sind.
Ein Motor für eine niedrige Geschwindigkeit und ein hohes Drehmoment (Kraft), ohne die Verwendung eines Getriebes: ein Direktantrieb kann erreicht werden, in einer Alternative zu Getriebemotoren, und zwar sowohl mit einer Netzeinspeisung als auch mit einem Einschalt- und Durchgangswechselrichter. Die Permanentmagneterregung garantiert, dass Faktoren hoher Leistung erreicht werden und dass zufrieden stellende Leistungsfähigkeitswerte beibehalten werden.
Erdungsantriebsmotoren: besonders geeignet ist der Rotationstyp mit flachem Luftspalt, weil er auf einfache Weise in Räder (Motorräder) integriert werden kann und hohe Verhältnisse von Drehmoment/Masse und Drehmoment/Trägheit erreichen kann.
Große Motoren für einen elektrischen Schiffsantrieb und für große industrielle Antriebe: Synchronmotoren werden gegenwärtig in diesen Sektoren verwendet, welche zum Vermeiden der Verwendung von mechanischen Reduktionsgetrieben mit einer niedrigen Frequenz mittels Zykluswandlern mit Energie versorgt werden müssen; die Verwendung von Motoren mit Zahnwicklungen lässt zu, dass sie durch einen Inverter bzw. Wechselrichter mit beachtlichen Vorteilen in Bezug auf Wellenformen, Drehmoment- und Geschwindigkeitsregelung, niedrige Harmonische von Strom und Drehmoment mit Energie versorgt werden.
Generatoren mit einer hohen Anzahl von Polen für Wasserantriebsanlagen mit langsamen Turbinen und für Luftgeneratoren ohne Geschwindigkeitsvervielfachern: die exzellente Qualität der Wellenform der Spannung an den Anschlüssen, und zwar sowohl bei einem Betrieb ohne Last als auch bei einem Betrieb mit Last, macht Motoren mit Zahnwicklung zu einem interessanten Wettbewerber für klassische Wechselstromgeneratoren mit vorstehenden Polen. In diesem Fall ist es für die Notwendig keit, die Spannung zu regeln, geeigneter, Induktoren mit Erregerwicklungen anzunehmen. Daher nimmt der Motor mit Zahnwicklung das Erscheinungsbild einer Struktur mit Doppelvorsprung an, wobei alle Wicklungen vom konzentrierten Typ sind und es einen sehr geringen Unterschied zwischen der Anzahl von Stator- und Rotorzähnen gibt.
Motoren für Linearantriebe: die Annehmbarkeit von modularen Statorstrukturen unter Verwendung von standardmäßigen Laminierungen in "E"-Form, die gemeinhin zum Konstruieren von kleinen Einzelphasen-Transformatoren mit Eisenmantel verwendet werden, lässt die einfache und ökonomische Konstruktion von Linearführungen irgendeiner Länge zu. Zusätzlich ermöglicht die Annahme der Doppelseitenstruktur, dass die hohe Transversalanziehung neutralisiert wird, welche typisch für Einzelseitenkonfigurationen ist, was die Antriebskraft verdoppelt.
Rohrenförmige Motoren für Linearantriebe: diese Konfiguration, bei welcher es möglich ist, die Paare bei einer relativen Bewegung mittels der Verwendung von Kontaktzylindern bei einem Antireibmaterial (beispielsweise Teflon) zu koppeln, präsentiert eine zylindrische Symmetrie, die jede seitliche Schubkraft sehr zufrieden stellend zu Null macht. Zusätzlich kann diese Konfiguration sehr kompakt sehr gut als Stellglied bei vielen Roboter-, Mechatronik- und biomechanischen Anwendungen verwendet werden.

Claims

Elektrischer Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung, der folgendes aufweist: eine Vielzahl von am Stator positionierten Zähnen (12); eine Vielzahl von um die Zähne gewickelten konzentrierten Wicklungen (13), die zum Bilden wenigstens eines Zyklus geeignet sind; eine Vielzahl von Induktorpolen (14); wobei der Absolutwert v der Differenz zwischen der Anzahl der Vielzahl von Polen pro Zyklus N_pc und der Anzahl der Vielzahl von Zähnen pro Zyklus N_dc kleiner als das zweifache der Anzahl der Phasen N_f ist; der elektrische Winkel α_cf zwischen den ersten Wicklungen von aufeinander folgenden Phasenzyklenα_cf = (N_dcf + v/N_f)·180° ist, wobei ein Phasenzyklus durch eine Anzahl N_bc von benachbarten Wicklungen innerhalb eines Zyklus ausgebildet ist, die miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind, und N_dcf die Anzahl von Zähnen pro Phasenzyklus ist; und die zu den ersten Wicklungen von aufeinander folgenden Phasenzyklen gehörende Phase und die Wickelrichtung der ersten Wicklungen von aufeinander folgenden Phasenzyklen durch Wechselstromzeiger bestimmt werden, die voneinander um einen Winkel getrennt sind, der gleich dem elektrischen Winkel α_cf der Wechselstromzeigersequenz der Anzahl von Phasen des Motors ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von konzentrierten Wicklungen, die um die Zähne gewickelt sind, zwei Wicklungen für jeden Zahn enthält und ein Schichtversatz N_sp, der N_dcf/2 am nächsten ist, gewählt ist.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase der ersten Wicklungen den Wicklungen jedes Zyklus zugeordnet ist.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Generator darstellt.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Motor darstellt.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Polen aus Permanentmagneten gebildet ist.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Polen aus gewickelten Polkörpern gebildet ist, die mit geeignet geformten Polschuhen versehen sind.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von konzentrierten Wicklungen zueinander gerichtet sind.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von konzentrierten Wicklungen gegeneinander gerichtet sind.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elektrische Motor mit einem zylindrischen Luftspalt dreht.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elektrische Motor mit einem flachen Luftspalt mit Einzelseitenstruktur dreht.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elektrische Motor mit einem flachen Luftspalt mit Doppelseitenstruktur und Statorzähnen ohne ferromagnetisches Joch zum Schließen der Flüsse dreht.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor linear mit einem zylindrischen Luftspalt ist.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor linear mit einem zylindrischen Luftspalt mit Einzelseitenstruktur ist.
Elektrischer Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor linear mit einem zylindrischen Luftspalt mit zweiseitiger Struktur und Statorzähnen, die kein ferromagnetisches Joch zum Schließen der Flüsse benötigen, ist.
Verfahren zum Entwickeln eines elektrischen Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung, der folgendes aufweist: eine Vielzahl von am Stator positionierten Zähnen (12); eine Vielzahl von um die Zähne gewickelten konzentrierten Wicklungen (13), die zum Bilden wenigstens eines Zyklus geeignet sind; eine Vielzahl von Induktorpolen (14); dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutwert v der Differenz zwischen der Anzahl der Vielzahl von Polen pro Zyklus N_pc und der Anzahl der Vielzahl von Zähnen pro Zyklus N_dc kleiner als das zweifache der Anzahl der Phasen N_f ist; der elektrische Winkel α_cf zwischen den ersten Wicklungen von aufeinander folgenden Phasenzyklen α_cf = (N_dcf + v/N_f)·180° ist, wobei ein Phasenzyklus durch eine Anzahl N_bc von benachbarten Wicklungen innerhalb eines Zyklus ausgebildet ist, die miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind, und N_dcf die Anzahl von Zähnen pro Phasenzyklus ist; und die zu den ersten Wicklungen von aufeinander folgenden Phasenzyklen gehörende Phase und die Wickelrichtung der ersten Wicklungen von aufeinander folgenden Phasenzyklen durch Wechselstromzeiger bestimmt werden, die voneinander um einen Winkel getrennt sind, der gleich dem elektrischen Winkel α_cf der Wechselstromzeigersequenz der Anzahl von Phasen des Motors ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase der ersten Wicklungen den Wicklungen jedes Zyklus zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Generator darstellt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Motor darstellt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Polen aus Permanentmagneten gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Polen aus gewickelten Polkörpern gebildet ist, die mit geeignet geformten Polschuhen versehen sind.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von konzentrierten Wicklungen zueinander gerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von konzentrierten Wicklungen gegeneinander gerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von konzentrierten Wicklungen, die um die Zähne gewickelt werden, zwei Wicklungen für jeden Zahn enthält und ein Schichtversatz N_sp, der N_dcf/2 am nächsten ist, gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elektrische Motor mit einem zylindrischen Luftspalt dreht.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elektrische Motor mit einem flachen Luftspalt mit Einzelseitenstruktur dreht.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elektrische Motor mit einem flachen Luftspalt mit Doppelseitenstruktur und Statorzähnen ohne ferromagnetisches Joch zum Schließen der Flüsse dreht.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor linear mit einem zylindrischen Luftspalt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor linear mit einem zylindrischen Luftspalt mit Einzelseitenstruktur ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor linear mit einem zylindrischen Luftspalt mit zweiseitiger Struktur und Statorzähnen, die kein ferromagnetisches Joch zum Schließen der Flüsse benötigen, ist.
Verfahren zum Bestimmen der Zuordnung der Phase und der Wickelrichtung der Wicklungen eines elektrischen Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung, das die folgenden Schritte aufweist: Bestimmen des elektrischen Winkels α_cf zwischen den ersten Wicklungen von aufeinander folgenden Phasenzyklen α_cf = (N_dcf + v/N_f)·180°, wobei N_dcf die Anzahl von Zähnen pro Phasenzyklus ist und N_f die Anzahl von Phasen ist; Bestimmen von Wechselstromzeigern, die voneinander um einen Winkel getrennt sind, der gleich dem elektrischen Winkel α_cf ist, auf der Basis der Phasensequenz der Anzahl von Phasen des Motors; Zuordnen der Namen der zuvor bestimmten Wechselstromzeiger zu den ersten Wicklungen aufeinander folgender Phasenzyklen; und Zuordnen der Phase der ersten Wicklungen von Phasenzyklen zu den Wicklungen jedes Phasenzyklus.
Verfahren zum Bestimmen der Zuordnung der Phase und der Wickelrichtung der Wicklungen eines elektrischen Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Zuordnen der Wicklungen jedes Phasenzyklus zu der Phase der ersten Wicklungen von Phasenzyklen den Schritt zum Zuordnen einer Wickelrichtung zu den benachbarten gegeneinander gerichteten Wicklungen aufweist.
Verfahren zum Bestimmen der Zuordnung der Phase und der Wickelrichtung der Wicklungen eines elektrischen Synchronmotor mit konzentrierter Wicklung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Zuordnen der Wicklungen jedes Phasenzyklus zu der Phase der ers ten Wicklungen von Phasenzyklen den Schritt zum Zuordnen einer zueinander gerichteten Wickelrichtung zu den benachbarten Wicklungen aufweist.