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Die Erfindung bezieht sich auf eine Synchronmaschine nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bis 3.
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Bei bekannten Synchronmaschinen der gattungsgemäßen Art (DE-OS 25 03 650), die auch als Scheibenläufermaschinen bekannt sind, weist der magnetische Kreis einen relativ großen magnetisch wirksamen Spalt auf, der sich zusammensetzt aus dem Luftspalt zwischen den Magnetoberflächen und der Wicklung sowie der Dicke des ringscheibenförmigen Bereichs derWicklung. Da der Luftspalt im wesentlichen vorgegeben ist, hat man versucht, die Breite des nicht magnetischen Spaltes dadurch möglichst gering zu halten, daß für den ringscheibenförmigen Bereich der Mehrphasenwicklung eine möglichst geringe Dicke vorgesehen ist. Die angestrebte möglichst dünne Wicklungsdicke begrenzt wiederum die Leiterdicke und -zahl und damit die mögliche Strombelastung. Die Synchronmaschinen sind damit nur bis zu einer gewissen Leistungsgröße herstellbar, wobei die obere Leistungsgrenze wesentlich durch den Magnetwerkstoff und die damit erreichbare maximale magnetische Feldstärke vorgegeben ist.
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Bei einem Wechselstromkleinmotor zum Antrieb von Uhren, Tarifgeräten oder dergleichen, der aus einem scheibenförmigen Läufer und Ständer besteht, der in Nuten auf der dem Läufer zugekehrten Stirnseite eine ebene Erregerwicklung und in einer Ebene liegende Kurzschlußbrillen hat, die die Ständerpole teilweise abschalten, ist es bekannt, den Ständer und auch den Läufer aus magnetischem Pulver mit Bindemittelzusatz zu pressen oder zu gießen, um das sonst notwendige Stanzen oder Fräsen der Nuten zu umgehen (DE-PS 8 44 481). Es ist weiter bekannt, in gleicher Weise elektrische Kleinmotoren für Gleich- oder Wechselstrom, insbesondere Spaltpolmotoren herzustellen (DE-GM 18 08 370).
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Es ist ferner bekannt, den Ständer eines Hysterese-Scheibenläufermotors, der einen ferromagnetischen, gezahnten Ringkern aufweist, und bei dem zwischen den Zähnen in gleichmäßigen Abständen Drehstromwicklungen angeordnet sind, den Ringkern als Eisenbandwickel auszubilden, an den die Zähne aus einem Eisenpulver-Gießharz-Gemisch angegossen sind (DE-AS 20 38 351).
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Synchronmaschine der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß sie als leistungsstarker, kostengünstiger Fahrzeugmotor mit großer Kraftausbeute verwendbar ist, der an die Fahrzeugkennlinie leicht anpaßbar und für einen großen Drehzahlbereich geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird auf drei Wegen durch die in den Kennzeichen der Patentansprüche 1 bis 3 herausgestellten Merkmale gelöst.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 4 bis 8.
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Die Synchronmaschine gemäß der Erfindung zeichnet sich durch eine günstige Spannungskurve bei abfallendem Drehmoment aus. Es lassen sich weiter einfache Umrichter verwenden, die darüber hinaus in Modulbauweise einsetzbar sind, für die damit eine einheitliche Fertigung in großen Stückzahlen möglich ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Im einzelnen zeigt
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Bild 1 einen Axialschnitt durch eine Synchronmaschine.
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Bild 1a einen Querschnitt durch eine Synchronmaschine nach Bild 1.
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Bild 2 ein Schaltschema der Energieversorgung der Synchronmaschine.
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Bild 3 ein aus zwei Stromstellern in Zweiquadrantenschaltung bestehendes Wechselrichter-Modul bei einer zweisträngigen Wicklungsausführung.
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Bild 4 einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Synchronmaschine.
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Bild 4a einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Bild 4.
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Bild 5 eine Schaltung zur Spannungs- und Drehmomentbeeinflussung durch Wicklungsumschaltung.
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Bild 6a in einem Diagramm die Momentenkurve über der Winkelgeschwindigkeit bei einer Schaltung nach Bild 5.
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Bild 6b ein Diagramm des magnetischen Flusses über der Winkelgeschwindigkeit bei einer Schaltung nach Bild 5.
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Bild 7a ein Diagramm der Momentenkurve über der Winkelgeschwindigkeit bei einer abgewandelten Ausführung der Schaltung nach Bild 5.
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Bild 7b ein Diagramm des magnetischen Flusses über der Winkelgeschwindigkeit bei einer weiteren Ausführungsform der Schaltung nach Bild 5.
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Bei der in Bild 1 und 1a dargestellten Ausführungsform des Antriebsmotors ist in einem Statorgehäuse 2, das symmetrisch geteilt ist, in Lagern 4 eine Welle 6 gelagert, auf der der Rotor 8 befestigt ist. Der Rotor hat eine Scheibenform. Auf dem Umfang des Rotors sind alternierend Permanentmagnete 10 angeordnet, wie aus Bild 1a ersichtlich. Diese Magnete stützen sich über Aluminiumformstücke gegen einen unmagnetischen Ring 12 ausreichender Festigkeit. Dieser kann z. B. aus Kohlefasern oder auch aus nichtmagnetischem Stahl bestehen. Eine wirksame Materialausnutzung wird dann erreicht, wenn die radiale Ausdehnung der Magnete 10 deutlich kleiner ist als der Radius, auf dem sie angeordnet sind. Der als Magnetträger dienende Rotor, der im Zentrum eine Nabe 14 besitzt, mit der er auf der Welle 6 befestigt ist, kann eine Konstruktion aus Aluminiumlegierung sein. Der Magnetträger überträgt die Umfangskräfte und fixiert die Magnete. Sowohl die mit dem Drehmoment entstehenden Umfangskräfte als auch die Fliehkräfte der Magnete werden hierbei in Form von Druckkräften übertragen. Lediglich die in axialer Richtung auftretenden Normalkräfte erzeugen in den Magneten Zugspannungen. Deren Größe bleibt jedoch weit unterhalb der zulässigen Grenze.
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Der von den Permanentmagneten am Rotor erzeugte magnetische Fluß tritt beidseitig in Statoren 16 ein und sorgt mit den Strömen der Statorwicklungen 18 für das Zustandekommen der Umfangkräfte. Der ringförmig angeordneten Magnetfolge entsprechen zwei ringförmig geformte Statoren. Die Wicklungen sind als mehrphasige Wicklungen ausgeführt und im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Maschinenachse angeordnet. Die einzelnen Spulen 20, 22 - Bild 1a - bestehen bevorzugt aus Draht oder Litze aus Kupfer, wobei die schubbildenden Ströme in den radialen Leiterteilen 24 fließen. Kleine Wicklungsvolumina erfordern begrenzte Polteilungen, so daß der nicht schubbildend wirkende Spulenteil in Umfangsrichtung im Vergleich zum radialen Anteil nicht zu groß wird. Eine kleine Polteilung ist außerdem günstig zur Begrenzung der Höhe der Rückschlußjoche 26 der Statoren. Die Joche 26 sind zweckmäßig als Blechbandspule ausgebildet, wobei die Blechdicke bei hohen Frequenzen niedriger gewählt wird als bei kleinen. Die Spulen 20, 22 sind in bekannter Weise in Flachlage angeordnet und mit Kunstharz vergossen.
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Um eine ausreichende axiale magnetische Leitfähigkeit im Wicklungsraum sicherzustellen, wird das dort zur Verbindung der Einzelleiter verwendete Kunstharz mit Eisenpulver versetzt. Hierdurch kann annähernd eine dem üblichen Zahn entsprechende Leitfähigkeit und gleichzeitig eine sehr weitgehende Verhinderung von Wirbelströmen erzielt werden. Auch die Einbettung von lamellierten Blechpaketen in die vergossene Wicklung führt zu einem ähnlichen Ergebnis.
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Aufgrund des Aufbaues des Stators wird eine hohe Materialausnutzung erreicht, weil hohe magnetische Flußdichten und große Wicklungsschichtdicken und damit eine große Stromdurchflutung je Längeneinheit des Umfangs realisiert werden können. Die Wicklungsschicht kann durch einen Gießvorgang nach vorausgehender Formung der Wicklung und Einbringung der magnetisch leitfähigen Zähne hergestellt werden. Hierdurch wird eine hohe Betriebssicherheit der Wicklung erzielt. Weiter trägt die erzielbare hohe Umfangsgeschwindigkeit dazu bei, daß nur ein geringes aktives Volumen benötigt wird.
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Durch die hier beschriebene Formgebung der Maschine kann erreicht werden, daß das aktive Material hauptsächlich nur im Feldbereich angeordnet wird, wobei die bisher für solche Maschinen befürchteten Stanzprobleme und der verhältnismäßig große Abfall an hochwertigem Dynamoblech vermieden werden. Die Vorteile der Ringgeometrie kommen insofern voll zum Tragen, als hier ein Motor mit hoher Umfangsgeschwindigkeit vorliegt, aber infolge des großen Durchmessers keine extrem hohen Drehzahlen auftreten. Damit verbundene Nachteile wie größere Getriebeübersetzungen können weitgehend vermieden werden.
Die Energieversorgung und Aufbereitung
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Die Mehrphasen-Drehstromwicklung ist mehrpolig und kann in mehrere parallele Abschnitte, z. B. a, b, c, und d nach Bild 2 unterteilt werden. Die Stromzuführung derWicklung erfolgt über mehrere gleichartige Wechselrichter (WR a-d), die über eine Gleichstromsammelleitung gespeist sind. Ein Wechselrichter kann dabei im einfachsten Falle aus zwei Gleichstromstellern bestehen, die um 90° verschobene Ströme in den beiden Strängen der Drehstromwicklung erzeugen. Die Grundfrequenz der Steller entspricht der Polwechselfrequenz und damit der Drehzahl. Die Größe der Stromamplitude, die das Drehmoment bestimmt, kann entweder durch das sogenannte Pulsverfahren, also über die Beeinflussung der Spannungszeitfläche durch Zwischentakten oder durch Steuerung des Stromes über den Gleichrichter bzw. durch den speisenden Generator bestimmt werden. Energieversorgung und Aufbereitung lassen sich insoweit standardisieren, als die Wechselrichtermodule für Maschinen unterschiedlicher Leistung und Drehzahl auf gleiche Spannung und gleichen Strom ausgelegt werden können. Dies erfordert für die Drehstromwicklungen gegebenenfalls unterschiedliche Windungszahlen. Unterschiedliche Maschinenleistungen bedingen eine unterschiedliche Zahl von Wechselrichtermodulen; sie ist etwa der Stromstärke proportional. Das Verfahren einer modularen Anordnung der Wechselrichter ist nicht ausschließlich auf Fahrzeugantriebe beschränkt. Eine entsprechende Modulbauweise des Gleichrichters erscheint nicht mit gleicher Dringlichkeit geboten, weil dieser durch seine einfachere Struktur weniger stark in die Gesamtkosten eingeht.
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Bild 3 zeigt als Beispiel den aus zwei Stromstellern in Zweiquadrantenschaltung bestehenden Wechselrichter-Modul bei einer zweisträngigen Wicklungsausführung. Die Stromsteller d und q bestehen je aus 2 Zweigen, einer Antiparallelschaltung von Transistor Tr und Diode D. Zur Steigerung der Stromstärke lassen sich mehrere Transistoren parallel schalten. Ihre Zündstromversorgung kann in Form der Darlington-Schaltung oder durch eine Aufschaltung über einen Zündstromtransformator erfolgen. Die Schalteigenschaften der Transistoren erlauben die Anwendung einer vergleichsweise einfachen und störsicheren Ansteuerlogik. Die Stromführdauer der Statorwicklung wird mit Hilfe der Polwinkelsteuerung der örtlichen Lage der von den Magneten erzeugten Flußverteilung fest zugeordnet. Durch eine phasenrichtige Zuordnung von Strom und Feldverteilung ohne Zwischenschaltung von Regelkreisen wird eine dynamisch hochwertige und im Hinblick auf die Schubausbeute sehr günstige Lösung erreicht. Wie bei einer Gleichstrommaschine bürgt die zwangsweise Zuordnung von Magnetfeld und Stromverteilung für den Größtwert des Schubes bei kleinsten Verlusten der Wicklung und eine geringe Schwingungsneigung bei Ausgleichsvorgängen. Zur Erreichung dieses Ziels wird über einen Pollagesensor die Ansteuerlogik mit der Information über die Lage der Magnete im Verhältnis zur Wicklung versorgt. Das Öffnen und Schließen der Schalter kann damit phasenrichtig und mit der den Polwechseln entsprechenden Frequenz vorgenommen werden.
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Insoweit nicht über den Gleichstromkreis eine Stellbarkeit der Größe des Stromes gegeben ist, kann durch die Vorgabe von bestimmten zusätzlichen Schaltspielen innerhalb einer Grundperiode der resultierende Spulenstrom zwischen einem Maximalwert und Null gestellt werden. Die Anwendung von Transistoren als Schaltelemente läßt im Vergleich zum Thyristor weit größere Taktfrequenzen bis hinauf auf 10- 20 kHz zu. Da mehrere Taktspiele je Grundperiode benötigt werden, ist für sie bei Pulsbetrieb eine obere Frequenzgrenze von 1-2 kHz gegeben. Sie übersteigt damit die Frequenzgrenze der Thyristorumrichter um ein Mehrfaches. Bei Stromstellung vom Gleichrichter aus stehen 10-20 kHz für die Grundfrequenz zur Verfügung.
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Eine vollständige Ausnutzung dieses Frequenzgebietes scheint z. B. für die Fahrzeugtechnik noch nicht sichtbar zu sein. Die über eine Gleichstromsammelleitung verbundenen Wechselrichtermodule arbeiten mit einer Betriebsspannung, die wesentlich durch die Sperrspannung der Leistungstransistoren festgelegt wird. Letztere erreicht heute eine obere Grenze von 1700-2000 V. Eine Reihenschaltung von Transistoren erscheint nicht zwingend notwendig. Der Verzicht auf höhere Betriebsspannungen kommt einer einfacheren Isolationstechnik und der Herstellung der Wicklung zugute. Er entspricht darüber hinaus der erwünschten Parallelschaltung mehrerer Wechselrichtermodule zur Stromvervielfachung.
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Der Parallelbetrieb von Modulen mit jeweils eigenständiger Ansteuerlogik führt zu einer mehrfach redundanten Energieaufbereitung. Auch für die auf die Leistungseinheiten bezogenen Preise des Gleichrichters wirkt sich die vergleichsweise niedrige Betriebsspannung günstig aus.
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Dem Bild 3 liegt die Annahme zugrunde, daß jeweils 2 Spulen pro Strang in Reihe geschaltet sind. Dies entspricht einem Wicklungssektor mit 4 Polen.
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Außer der Zweiquadrantenschaltung der Steller, die eine Aufspaltung der Gleichspannungsquelle mit zwei gegensinnigen Teilpotentialen erfordert, steht ohne Mittelanzapfung eine Vierquadrantenschaltung der Steller zur Auswahl. Sie besitzt den Vorteil nur einer Gleichstromsammelleitung, führt aber bezüglich der Bauteilausnutzung zu ähnlichen Ergebnissen wie die Schaltung nach Bild 3.
Weitere Varianten des Antriebsmotors
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Unterschiedliche Einsatzbedingungen können die Kriterien für die angestrebten Betriebseigenschaften und die Entwurfsparameter in unterschiedliche Richtungen verlagern. So kann der Wunsch nach besonders kostengünstigen Motoren mit Rücksicht auf den Stand der Magnettechnologie die Tendenz zu Motoren mit nur einem Rotor fördern.
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Im Zusammenhang mit der Möglichkeit zur Einsparung von Verlusten (Eisenverlusten) erscheint die zu Bild 1 duale Ausführungsform des Motors nach Bild 4 interessant. Sie stellt eine entsprechende Motorbauform mit nur einem Stator und zwei Rotoren dar. Auch hierbei ist zur Verbesserung der magnetischen Leitfähigkeit im Mittelbereich der Wicklung eine Füllung mit Eisenpulver oder in Flußrichtung lamellierten Eisenquadern vorausgesetzt worden. Der Feldrückschluß in Umfangsrichtung kann innerhalb des Rotors im massiven Weicheisen erfolgen. Da sich dort das magnetische Feld zeitlich nicht ändert, treten keine Eisenverluste auf. Letztere beschränken sich auf den Bereich der Zähne der Wicklung. Die kunststoffvergossene Wicklung hat die Umfangskräfte und die aufgrund von Inhomogenitäten des magnetischen Feldes auftretenden Restkräfte in axialer Richtung aufzunehmen.
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Der Motor nach Bild 4 weist einen Stator 28 auf, der mit zwei Rotoren 30 zusammenwirkt. Der Stator 28 ist mit zwei gesonderten Wicklungen 32 versehen, die wie bei der Ausführungsform nach Bild 1 und 1a mit Kunstharz vergossen im mittleren Bereich 34 der Wicklung jeweils somit einer Füllung mit Eisenpulver oder in Flußrichtung lamellierten Eisenquadern versehen sind. Der Feldrückschluß erfolgt hier in Umfangsrichtung innerhalb des Rotors in massivem Weicheisen, aus dem die Rotorscheiben bestehen, die mit Naben 36 auf einer gemeinsamen Abtriebswelle 38 befestigt sind. Die Abtriebswelle 38 ist hier wiederum in Lagern 40 in einem Gehäuse 42 drehbar gelagert, von dem der Stator mit der Doppelwicklung getragen wird.
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Da sich im massiven Weicheisen der Rotoren 30 das magnetische Feld zeitlich nicht ändert, treten keine Eisenverluste auf. Letztere beschränken sich auf den Bereich der Zähne der Wicklung. Die kunststoffvergossene Wicklung hat hier wiederum die Umfangskräfte und die aufgrund von Inhomogenität des magnetischen Feldes auftretenden Restkräfte in axialer Richtung aufzunehmen. Die Ausbildung der Wicklung 32 in zwei eigenständige Hälften ist aus schaltungstechnischen Gründen erwünscht. Sie ist durch eine Trennung entlang der axialen Mittelhälfte realisiert.
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Eine Leistungserhöhung bei festem Durchmesser des Motors ist durch eine Ergänzung der Zahl von Rotor- und Statorringen möglich. Diese für Scheibenmotoren bekannten Maßnahmen können Anlaß für eine weitere Anpassung bzw. Modifikation der bisher beschriebenen Bauform sein. So kann z. B. eine doppelseitig benutzte Statoranordnung auch mit einer gemeinsamen Wicklung ausgeführt sein. Diese kann als Ringwicklung ein beidseitig gespeistes Joch umschließen.
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Bild 4a stellt dar, wie eine teilweise Abstützung der Fliehkräfte der Magnete auf den Jochring 30 und den äußeren Stützring erreicht wird. Die Magnete 35 sind hier wiederum in radiale innere Blöcke 46 und radiale äußere Blöcke 48 aufgeteilt, die jeweils quaderförmig ausgebildet sind, wobei der innere Block 46 sich gegen einen Vorsprung 50 des Jochringes abstützt. Die Magnete werden zweckmäßig aufgeklebt.
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Mit Hilfe des äußeren unmagnetischen Stützringes 44 können die Fliehkräfte der äußeren Magnetreihe 48 aufgefangen werden, ohne daß der Jochring überbeansprucht wird. Hohe Umfangsgeschwindigkeiten bei ausreichender mechanischer Sicherheit sind somit ausführbar.
Maßnahmen zur Drehmomentbeeinflussung und zur Spannungsbegrenzung
1. Feldschwächung
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Fahrzeugmotoren haben beim Betrieb ohne Schaltgetriebe bei kleinen Geschwindigkeiten große Drehmomente zu erzeugen, während im oberen Geschwindigkeitsbereich deutlich niedrigere Kräfte gefordert werden. Die Grenzkurve der Beziehung zwischen Drehmoment und Drehzahl entspricht näherungsweise einer Kurve konstanter Leistung. Um günstige Bedingungen für die Bemessung des Frequenzumrichters zu schaffen, wird mit zunehmender Drehzahl überlicherweise der magnetische Fluß geschwächt. Hierdurch kann erreicht werden, daß in dem betreffenden Betriebsbereich das Produkt aus Fluß und Frequenz (letztere ist proportional der Drehzahl) und damit die Betriebsspannung, etwa konstant bleibt. Konstant bleibt dann ebenfalls der Strom von Umrichter und Maschine.
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Bei Motoren mit Permanentmagneten läßt sich eine Feldschwächung durch die Verschiebung von Maschinenteilen in Umfangsrichtung realisieren. Als Stellgröße dient hierbei die Veränderung der magnetischen Leitfähigkeit des Flußpfades, insbesondere durch eine Verschiebung einer Wicklungshälfte in Umfangsrichtung.
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Da mit Hilfe einer Eisenanreicherung in den Zahnzonen Bereiche guter magnetischer Leitfähigkeit mit solchen schlechter Leitfähigkeit im Spulenbereich abwechseln, kann eine Verschiebung um eine Zahnteilung bewirken, daß sich in der Mitte zwischen beiden Wicklungen ein Leitfähigkeitssprung ergibt. Dieser ist gleichbedeutend mit einer stark verkleinerten Leitfähigkeit, die einem Kleinstwert des Flusses entspricht. Es erscheint dabei als Vorteil, daß bereits ein kleiner Weg in Umfangsrichtung einer großen Feldänderung entspricht. Als Stellorgan kann ein elektrischer Stellantrieb dienen. Die Bewegung der Wicklungshälfte kann deswegen verhältnismäßig reibungsarm erfolgen, weil die in axialer Richtung auftretenden magnetischen Restkräfte gering sind.
2. Phasenschwenkverfahren durch Wicklungsverschiebung
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Ohne direkt auf die Größe des magnetischen Flusses Einfluß zu nehmen, kann eine Spannungsbegrenzung durch Phasenschwenken zwischen zwei gleichartigen, vom selben Magnetfeld durchsetzten Wicklungshälften herbeigeführt werden, wenn diese elektrisch in Reihe geschaltet sind. Eine Verschiebung einer Wicklungshälfte um eine Polteilung bedeutet eine Spannungsabsenkung auf Null und eine gleichgroße Reduktion des Drehmoments. Das Verfahren ist sowohl bei Maschinen nach Bild 1 wie solchen nach Bild 4 realisierbar.
3. Spannungs- und Drehmomentbeeinflussung durch Wicklungsumschaltung
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Durch Abtrennen eines Wicklungsteils läßt sich die wirksame Windungszahl verändern, so daß für die in der Wicklung induzierte Spannung der gleiche Effekt erzielt wird wie bei einer Feldschwächung. Bild 5 zeigt die in der Mitte des Wicklungszweiges eingebauten Schalter Sd und Sq in der Stellung, II die einer auf die Hälfte verringerten Windungszahl entspricht. Im Anfahrbereich, bei niedriger Drehzahl, wird die Schaltstellung I verwendet, die alle Pole des magnetischen Feldes schubbildend zur Wirkung bringt.
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In Bild 6a ist neben der Momentenkurve M/M max über der Winkelgeschwindigkeit Ω auch die induzierte Spannung aufgetragen. Sie steigt mit voller Windungszahl in Schaltstellung I linear an und wird durch Feldschwächung ab Ω/Ω max = 0,125 konstant gehalten. Die Flußfunktion entspricht dem Verlauf der Momentfunktion, wie Bild 6b zeigt. Der Strombelag bleibt unverändert. Wird bei Ω/Ω max = 0,25 mit Schaltstellung II die Windungszahl halbiert, so muß zur Aufrechterhaltung des Drehmomentes der Fluß wieder auf den Maximalwert gehoben werden. Die induzierte Spannung nimmt dadurch wieder den vorherigen Wert an (gestrichelt gezeichnet). Um diesen Wert nicht zu überschreiten, muß bei höheren Winkelgeschwindigkeiten der Fluß geschwächt werden, wie Bild 6b zeigt. Der Strombelag bleibt damit im gesamten Bereich konstant, beschränkt sich jedoch auf den halben Maschinenumfang. Zwischen den Geschwindigkeitsgrenzen 0,25 <Ω/Ω max < 1 entsteht damit im Vergleich zu einer Maschine mit konstanter Windungszahl nur die Hälfte der Wicklungsverluste.
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Bei einer in 3 hintereinander geschaltete Abschnitte gegliederten Wicklung kann der Schaltvorgang bei zwei Drittel und ein Drittel des Maximalmoments erfolgen, wie Bild 7a vermittelt. In Bild 7b ist der zugehörige Flußverlauf dargestellt, der zur Grenzkurve des Drehmoments gehört. Auch hierbei ist der örtliche Strombelag unabhängig von der Winkelgeschwindigkeit konstant. Die Wicklungsverluste betragen in den Schaltstellungen II und III zwei Drittel bzw. ein Drittel der Verluste des Anfahrbereichs. Das Verfahren der Wicklungsumschaltung stellt offenbar eine Möglichkeit dar, die Wicklungsverluste bei höheren Geschwindigkeiten stark zu reduzieren. Da im vorliegenden Fall Bauformen mit einem eisenarmen Stator beschrieben werden, stehen die Wicklungsverluste im Vordergrund. Ihre Reduktion führt demnach auf eine starke Anhebung des Gesamtwirkungsgrades. Die Ausführung von Maschinen mit zu- und abschaltbaren Polen der Drehfeldwicklung entspricht der bei Fahrzeugantrieben gestellten Aufgabe, im Anfahrbereich besonders hohe Drehmomente zu erzeugen.
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Für die Wahl der Schalter ist bemerkenswert, daß der Umschaltvorgang stromlos erfolgen kann, da der Wechselrichter selbst ein Stellglied mit Schaltfunktion ist und zu diesem Zweck kurzzeitig gesperrt werden kann. Hinsichtlich der elektrischen Schalteigenschaften werden somit an die Schalter keine hohen Anforderungen gestellt. Unter diesen erleichternden Bedingungen können konventionelle Schalter sehr betriebssicher eingesetzt werden und gleichzeitig sehr hohe Schaltspielzahlen erreichen.
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Das Verfahren der stufenweisen Windungszahländerung wird zweckmäßig in Verbindung mit der Feldbeeinflussung derart angewendet, daß Spannungsüberhöhungen und Schubeinbrüche weitgehend vermieden werden.