-
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Rotationsmaschine, nämlich einen Elektromotor oder einen Generator. Die elektrische Maschine ist vom Scheibentyp und hat einen Rotor, der ein oder zwei segmentierte, drehbare Magnetringe aufweist und einen Stator, der eine stromdurchflossene Wicklung hat. Die Erfindung bezieht sich im Wesentlichen auf den Aufbau der stromdurchflossenen Wicklung, und zwar einerseits für eine Wicklung, die entweder aus einzelnen, segmentförmigen, baugleichen und in Umfangrichtung versetzt angeordneten Spulen aufgebaut ist, oder eine Wicklung, die aus einzelnen Leitern aufgebaut ist, die jeweils über zumindest 350° in Umfangsrichtung verlaufen.
-
Aus der
US 5,744,896 ist eine segmentierte Spulenanordnung für eine Wicklung der ersten Art bekannt. Dabei sind die Spulen segmentförmig und in Umfangsrichtung versetzt angeordnet, jedoch nicht alle baugleich. Vielmehr existieren zwei unterschiedliche Arten von Spulen. Einmal sind die verbindenden Spulenbereiche aus der Ebene der Spule herausgebogen, einmal nicht. Dadurch wird erreicht, dass sich beim Ineinanderschachteln der Spulen die verbindenden Spulenbereiche nicht gegenseitig stören, vielmehr befinden sie sich in unterschiedlichen Ebenen. Die Spulen überlappen einander, die einzelnen Drähte kreuzen also einander. Die Wicklung ist in ihren Außenbereichen, wo die verbindenden Spulenbereiche sind, dicker als im mittleren, scheibenförmigen Bereich. Dort liegen die Wicklungsbereiche alle in einer Ebene. Damit sind alle arbeitenden Leiter, also alle Leiter, die sich direkt im magnetischen Feld befinden, in derselben Ebene angeordnet. Diese Ausbildung der Spulen ermöglicht lediglich maximal eine dreiphasige Anordnung, eine höhere Phasigkeit ist nicht erreichbar. Demgemäß passen in den von jeder Spule begrenzten Hohlraum zwei, aber nicht mehr, Spulenbereiche mit radial verlaufenden Leitern.
-
Ziel ist ein möglichst großer Füllgrad des zur Verfügung stehenden Magnetspaltes mit Leitern, zudem eine stabile Anordnung der Wicklung, ein möglichst kurzer Verlauf des Drahtes außerhalb des eigentlichen Magnetbereichs und dort auch möglichst wenig mechanische Aufweitung.
-
Es ist bekannt, die für die Wicklung verwendeten Drähte mit einem Querschnitt auszubilden, der rechteckförmig oder quadratisch ist, so dass ein besonders hoher Füllfaktor erreicht wird. Ein entsprechender Draht kann vorzugsweise auch für die Wicklung nach der Erfindung eingesetzt werden. Weiterhin können auch sogenannte Litzen, also multifile Drähte eingesetzt werden, sie haben den Vorteil einfacherer Verarbeitbarkeit bei Erstellung der Wicklung.
-
Ausgehend von der elektrischen Maschine nach der genannten US-Patentschrift liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wicklung anzugeben, die eine Ausbildung auch von mehr als drei Phasen zulässt, gegenüber der genannten US-Patentschrift verbesserte Eigenschaften aufweist und insbesondere eine möglichst kleine Ausbildung der nichtaktiven Bereiche, der so genannten Kopfbereiche, zulässt.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine in Form eines Elektromotors oder -generators vom Scheibentyp und mit einem Rotor der ein oder zwei segmentierte, drehbare Magnetringe aufweist, und mit einem Stator, der eine stromdurchflossene Wicklung aufweist, die aus einzelnen, segmentförmigen, baugleichen und in Umfangsrichtung versetzt angeordneten Spulen aufgebaut ist und die durch eine vordere Radialfläche und eine hintere Radialfläche begrenzt ist, wobei sich in der Mitte zwischen diesen beiden Radialflächen eine mittlere Radialfläche befindet, wobei jede Spule einen vorderen Spulenbereich hat, der von der vorderen Radialfläche begrenzt ist und sich maximal bis zur mittleren Radialfläche erstreckt und Drähte aufweist, die in radialer Richtung verlaufen, b) einen verbindenden Spulenbereich hat, der Drähte aufweist, die an die Drähte des vorderen Spulenbereichs anschließen und in einem Winkel durch die mittlere Radialfläche hindurch verlaufen und c) einen hinteren Spulenbereich aufweist, der Drähte hat, die an die Drähte des verbindenden Spulenbereichs anschließen und der von der hinteren Radialfläche begrenzt wird und sich maximal bis zur mittleren Radialfläche erstreckt und der vordere und der hintere Spulenbereich baugleich sind und jeweils eine in Umfangsrichtung gemessene Breite B und eine in Umfangsrichtung gemessenen lichten Abstand A voneinander haben, wobei der lichte Abstand A mindestens so groß ist wie zwei Spulenbreiten und größer ist als die Breite M eines Magnetsegments.
-
Im Unterschied zu der segmentförmigen Anordnung nach dem
US-Patent 5,744,896 werden die einzelnen Spulen, die separat hergestellt werden, beim Zusammensetzen zur Wicklung nicht in axialer Richtung aufeinandergelegt und zusammengefügt, sondern in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass in den Freiraum, den jede Spule ausbildet, mehr als zwei vordere Spulenbereiche bzw. hintere Spulenbereiche hineinzubringen, entsprechend ist der lichte Abstand A mindestens so groß wie (m – 1) Spulenbreiten, wobei m die Anzahl der Phasen ist.
-
Erfindungsgemäß sind die Segmente alle baugleich, es müssen also nicht unterschiedlich ausgebildete Segmente miteinander verschachtelt werden. Dadurch wird auch erreicht, dass der elektrische Beitrag jeder Spule gleich ist. Im Gegensatz hierzu ist der elektrische Beitrag unterschiedlich ausgebildeter Spulen nach dem US-Patent unterschiedlich, weil durch die Abwinklung der Wandbereiche andere induktive Verhältnisse geschaffen werden als für Spulen ohne eine derartige oder mit einer anderen Abwicklung.
-
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine elektrische Maschine in Form eines Elektromotors oder- generators vom Scheibentyp und mit einem Rotor, der ein oder zwei segmentierte, drehbare Magnetringe aufweist, und mit einem Stator, der eine stromdurchflossene Wicklung aufweist, die aus mehreren einzelnen über zumindest 350 Grad in Umfangsrichtung verlaufenden Leitern aufgebaut ist, wobei die Wicklung durch eine vordere Radialfläche und eine hintere Radialfläche begrenzt ist und sich in der Mitte zwischen diesen beiden Radialflächen eine mittlere Radialfläche befindet, wobei jeder einzelne Leiter a) Teil eines vorderen Spulenbereichs ist, der von der vorderen Radialfläche begrenzt ist und sich maximal bis zur mittleren Radialfläche erstreckt und dort in radialer Richtung verläuft, b) Teil eines verbindenden Spulenbereichs ist und dort in einem Winkel durch die mittlere Radialfläche hindurch verläuft und c) Teil einen hinteren Spulenbereichs ist, der von der hinteren Radialfläche begrenzt wird und sich maximal bis zur mittleren Radialfläche erstreckt und dort in radialer Richtung verläuft, wobei der vordere und der hintere Spulenbereich baugleich sind und jeweils eine in Umfangsrichtung gemessene Breite B und eine in Umfangsrichtung gemessenen lichten Abstand A voneinander haben, wobei der lichte Abstand A mindestens so groß ist wie zwei Spulenbreiten und größer ist als die Breite M eines Magnetsegments.
-
Anstelle von einzelnen Spulen ist in dieser zweiten Bauform die Wicklung nun kontinuierlich aufgebaut, jeder einzelne Leiter streckt sich nicht nur innerhalb einer segmentförmigen Spule, sondern über mindestens 350° in Umfangsrichtung. Erreicht wird eine Verschachtelung wie bei segmentförmigen Spulen, jedoch ohne die Möglichkeit eines bausteinartigen Zusammensetzens. Für die Wicklung mit kontinuierlich durchlaufenden Leitern ist es vorteilhaft, einen Spulenträger vorzusehen. Er sollte mechanisch so fest wie möglich sein und zudem so wenig Volumen beanspruchen wie irgendwie möglich. Bei einer Wicklung, die segmentiert aus einzelnen segmentförmigen Spulen zusammengesetzt ist, kann dagegen ein Spulenträger entfallen. Der Zusammenhalt zwischen den einzelnen segmentförmigen Spulen und/oder der Leiter wird durch einen Klebstoff erreicht, vorzugsweise wird die Wicklung unter Vakuum in einen Lack oder einen Kunststoff getaucht. Alle Hohlräume sollten ausgefüllt und die einzelnen Drähte so gut wie möglich mechanisch miteinander verbunden sein.
-
Vorzugsweise lassen sich die fertigen Wicklungen beider Bauformen zur Leistungssteigerung beliebig oft in Axialrichtung übereinander stapeln. Dabei ist jedoch auf gleiche Phasenlage zu achten.
-
Aufgrund der Möglichkeit, mehr als 3 Phasen vorzusehen, ist es möglich, die Spulen ggf. auch unter Last elektronisch in unterschiedlichen Konfigurationen zu verschalten. Hierfür ist die hohe Phasenzahl und die durch die Anordnung gleiche Phasenlage einzelner Spulenpaare Voraussetzung. Durch die unterschiedliche Verschaltung kann man eine deutliche Effizienzsteigerung erreichen, beispielsweise im Generatorbetrieb, z. B. bei Windgeneratoren. Bei geringem Wind wird eine hohe Spannung bereits bei geringer Umdrehungszahl erreicht, wenn die Spulen im Wesentlichen in Serie geschaltet sind. Bei stärker werdendem Wind kann durch zunehmende Parallelschaltung der Spulen erreicht werden, dass die Spannung im Wesentlichen gleich bleibt, aber nun ein größerer Strom zur Verfügung steht. Die möglichen Abstufungen und Schaltstufen sind abhängig von der Phasen- und Spulenzahl. Der Nutzdrehzahlbereich bleibt von dieser Technik unberührt. Bei jedem Schaltvorgang ändert man den Querschnitt des wirksamen Leiters. Dadurch wird der zur Verfügung gestellte Strom proportional größer, die Spannung kleiner, oder umgekehrt.
-
Der Einsatzbereich für die elektrischen Maschine ist sehr breit, beispielsweise Motoren für CD-Player, Betriebsmotoren für Fahrzeuge, insbesondere für solarbetriebene Fahrzeuge, Windgeneratoren usw.
-
Die einzelnen Phasen können aus mehreren elektrisch gegeneinander isolierten, parallel liegenden Spulen bestehen. Es lassen sich immer zwei oder mehrere phasengleich liegende Spulen jeweils in Reihe oder Parallelschaltung und dann wieder mit den benachbarten Spulenpaaren verbinden.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von drei nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser Zeichnung zeigen:
-
1: eine prinzipielle Darstellung mit Sicht in Axialrichtung einer elektrischen Rotationsmaschine mit einem Rotor und einem Stator, von dem Stator ist lediglich eine Spule dargestellt,
-
2: ein Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in 1,
-
3: eine perspektivische Darstellung der in den vorangegangenen Figuren gezeigten Spule,
-
4: eine Verschachtelung in Umfangsrichtung von insgesamt 6 Spulen, die baugleich sind und von denen nur eine vollständig dargestellt ist,
-
5: eine Darstellung wie 1 für ein zweites Ausführungsbeispiel der Spule,
-
6: eine Darstellung wie 4, jedoch nun für eine Wicklung, die aus mehreren einzelnen, über zumindest 350° in Umfangsrichtung verlaufenden Leitern aufgebaut ist,
-
7: eine Prinzipdarstellung einer Schaltung von vier phasengleichen Spulen entsprechend 1 in Reihenschaltung,
-
8: die Darstellung wie 7, jedoch nun mit Reihen-Parallelschaltung,
-
9: die Darstellung wie 7, jedoch nun mit Parallelschaltung aller Spulen und
-
10: ein Diagramm für einen Generator, aufgetragen ist die jeweils erzeugte Spannung über der Umdrehungszahl für die drei Zustände gemäß den 7 bis 9.
-
Die elektrische Rotationsmaschine ist in den Figuren nur schematisch dargestellt, sie gehört allgemein zum Stand der Technik und muss daher nicht näher erläutert werden. Die Erfindung behält diejenigen Merkmale einer elektrischen Rotationsmaschine bei, die im Folgenden nicht im Einzelnen näher erläutert oder als unterschiedlich zum Stand der Technik beschrieben sind.
-
Wie insbesondere aus 1 hervorgeht, hat der Elektromotor oder -generator einen Rotor 20, der im hier gezeigten Ausführungsbeispiel einen drehbaren Magnetring aufweist. Dieser ist mit n einzelnen Magneten 22 abwechselnder Polarität bestückt, die segmentförmig ausgebildet sind. Sie erstrecken sich radial von einem inneren Kreis 24 zu einem äußeren Kreis 26 und haben in Umfangsrichtung eine Winkelbreite M. Gezeigt sind in 1 zwei Magnete 22 unterschiedlicher Polarität.
-
Unterhalb des Rotors 20 in 1 befindet sich ein Stator, der eine Wicklung hat, die im ersten und im zweiten Ausführungsbeispiel durch eine Vielzahl, hier 6 × n, von in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Spulen 27 aufgebaut ist. Es handelt sich jeweils um segmentförmige, baugleiche Spulen 27, die in Axialrichtung durch eine vordere Radialfläche 28 und eine hintere Radialfläche 30 begrenzt sind. Mittig zwischen diesen beiden Radialflächen 28, 30 und damit gleichabständig zu diesen beiden Radialflächen 28, 30 befindet sich eine mittlere Radialfläche 32. Die Radialflächen 28–32 sind parallel und befinden sich jeweils in Ebenen, die rechtwinklig zur hier nicht dargestellten Rotationsachse der Rotationsmaschine verlaufen. Wie die 1 und 2 zeigen, hat jede Spule 27 zwei Anschlüsse 36. Die Anschlüsse 36 können sowohl aus dem Spulenbereich 50 oder 46 heraus geführt werden. Die Spule 27 wird jeweils gebildet durch einen Leiter, der kontinuierlich von dem einen Anschluss 36 zum anderen Anschluss 36 führt. Er läuft mehrfach um und folgt dabei der durch die Spule gegebenen Form. Dieser Leiter kann monofil oder multifil sein.
-
Das besondere in der Erfindung liegt nun in der Ausbildung der Wicklung, einerseits in Form von einzelnen Spulen 27, die in Umfangsrichtung hintereinander geschachtelt sind und in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel besprochen sind, andererseits in Form mindestens eines durchgehenden Leiters, der eine kontinuierliche Spule 27 bildet, wie im dritten Ausführungsbeispiel beschrieben.
-
Es wird zunächst auf das erste und zweite Ausführungsbeispiel eingegangen. Hier hat jede Spule 27 einen vorderen Spulenbereich 38 und einen hinteren Spulenbereich 40. Der vordere Spulenbereich 38 ist näher an den Magneten 22 und der hintere Spulenbereich 40 ist näher an den Magneten 21. Die beiden Spulenbereiche 38, 40 werden durch die mittlere Radialfläche 32 voneinander getrennt. Der vordere Spulenbereich 38 erstreckt sich zwischen der mittleren Radialfläche 32 und der vorderen Radialfläche 28, der hintere Spulenbereich 40 befindet sich zwischen der mittleren Radialfläche 32 und der hinteren Radialfläche 30. An der Position der Radialfläche kann ein scheibenförmiger oder anders ausgeformter Wicklungsträger vorhanden sein, beispielsweise ein Ring, der die Abmessungen des von den beiden Kreisen 24, 26 begrenzten Rings hat. Die beiden Spulenbereiche 38, 40 müssen sich nicht bis unmittelbar zur mittleren Radialfläche 32 erstrecken, dort kann auch ein Freiraum sein.
-
Der vordere Spulenbereich 38 hat eine Vielzahl von Drähten 42, von denen in 1 einer dargestellt ist, er verläuft in radialer Richtung, jedenfalls im Wesentlichen radial. Ebenso ist ein Draht 44 der Drähte des hinteren Spulenbereichs 40 dargestellt. Beide Drähte 42, 44 sind Teil des kontinuierlich umlaufenden, die Spule 27 bildenden Leiters. Wie auch die Figuren zeigen, haben die Spulenbereiche 38, 40 einen im Wesentlichen rechteckförmigen, vorzugsweise quadratischen Querschnitt.
-
Außerhalb des äußeren Kreises 26 befindet sich ein äußerer verbindender Spulenbereich 46. Er besteht aus drei Verbindungsbereichen 48, 50, 52. Im ersten Ausführungsbeispiel schließt sich radial nach außen an den vorderen Spulenbereich 38 ein erster Verbindungsbereich 48 an, der ungefähr im Winkel von 45°, genau genommen in einem Winkel etwas kleiner als 45°, zum radialen Verlauf des vorderen Spulenbereichs 38 abgeknickt ist. Die Knickstelle befindet sich am äußeren Kreis 26. Im ersten Verbindungsbereich 48 verlaufen die einzelnen Drähte wiederum parallel zueinander, ebenso wie in den beiden Spulenbereichen 38, 40. Sie laufen in einen zweiten verbindenden Spulenbereich 50 hinein, dort ist der rechteckförmige Querschnitt in einem Winkel zwischen 45 und 90°, insbesondere 90°, nach unten (in der Papierebene der 1) gebogen und anschließend noch einmal in einem Winkel zwischen 45 und 90°, insbesondere 90°, abgebogen zu einem dritten Verbindungsbereich 52 hin, der ebenso ausgebildet ist wie der erste Verbindungsbereich 48. Der erste Verbindungsbereich 48 und der dritte Verbindungsbereich 52 stehen in einem Winkel zwischen 45 und 90°, insbesondere von etwa 90°, zueinander, dies gilt für das erste Ausführungsbeispiel. Der erste Verbindungsbereich 48 befindet sich axial in derselben Ebene wie der vordere Spulenbereich 38, er bleibt also oberhalb der mittleren Radialfläche 32. Der zweite Verbindungsbereich 50 geht durch die mittlere Radialfläche 32 hindurch, beim Durchtritt verlaufen die einzelnen Drähte im Winkel zwischen 45° und 90° zu dieser mittleren Radialfläche 32. Der dritte Verbindungsbereich 52 befindet sich unterhalb der mittleren Radialfläche 32 und damit in derselben Höhe wie der hintere Spulenbereich 40.
-
Schließlich ist ein innerer, verbindender Spulenbereich 54 vorgesehen, der die ringförmige Ausbildung der Spule 27 schließt. Auch er besteht aus einem ersten Verbindungsbereich 48, der in derselben Höhe ist wie der vordere Spulenbereich 38, einem zweiten Verbindungsbereich 50, in dem wiederum die Drähte im Winkel zwischen 45° und 90° durch die mittlere Radialfläche 32 hindurchgehen, und aus einem dritten Verbindungsbereich 52, der sich unterhalb der mittleren Radialfläche 32 befindet, ebenso wie der hintere Spulenbereich 40.
-
Im Unterschied zum äußeren, verbindenden Spulenbereich 46 ist beim inneren, verbindenden Spulenbereich 54 folgendes gegeben: Die Winkel, in denen der erste Verbindungsbereich 48 in den vorderen Spulenbereich 38 übergeht bzw. der dritte Verbindungsbereich 52 in den hinteren Spulenbereich 40 übergeht, sind nun etwas größer als 45°. Nach wie vor aber ist der Winkel, in dem diese beiden Verbindungsbereiche 48, 52 in den zweiten Verbindungsbereich 50 einlaufen, zwischen 45° und 90°.
-
In den einzelnen Spulenbereichen 38, 40, 46 und 54 verlaufen die Drähte jeweils parallel zueinander. Mit 56 ist ein einzelner der vielen Drähte im ersten Verbindungsbereich 48 des äußeren, verbindenden Spulenbereichs 46 bezeichnet. Mit 58 ist ein einzelner Draht im dritten Verbindungsbereich 52 des inneren, verbindenden Spulenbereichs 54 bezeichnet. Im Übergang von einem Spulenbereich zu einem benachbarten Spulenbereich sind die Drähte jeweils abgeknickt. Der Abknickwinkel ist für alle Drähte praktisch gleich, unterscheidet sich jedenfalls nur geringfügig.
-
Auch die Verbindungsbereiche 48–52 haben einen im Wesentlichen rechteckförmigen, vorzugsweise quadratischen Querschnitt. Er kann im Detail von demjenigen der beiden Spulenbereiche 38, 40 unterschiedlich sein. Vorzugsweise sind die beiden Verbindungsbereiche 48, 52 baugleich.
-
Die beschriebene Ausbildung hat den Vorteil, dass die einzelnen Spulen 27 in Umfangsrichtung hintereinander geschachtelt angeordnet werden können, wie dies insbesondere 4 zeigt. Jede einzelne der baugleichen Spulen 27 ist im Grunde wie eine zweistufige Treppe aufgebaut. Die vorderen Spulenbereiche 38 der einzelnen Spulen befinden sich jeweils oberhalb der mittleren Radialfläche 32 und liegen alle in einer Ebene, ebenso liegen alle hinteren Spulenbereiche 40 in einer Ebene und sind alle unterhalb der mittleren Radialfläche 32. Die Überkreuzung der Leiter erfolgt jeweils in Nähe des zweiten Verbindungsbereichs 50, dort überkreuzen die ersten Verbindungsbereiche 48 jeder Spule die darunter liegenden dritten Verbindungsbereiche 52 einer anderen Spule. Die zweiten Verbindungsbereiche 50 liegen nebeneinander auf einem Ring, dessen Verlauf in 1 für beide zweite Verbindungsbereiche 50, also sowohl die inneren als auch die äußeren Verbindungsbereiche, durch kurze Bögen gezeigt ist, die konzentrisch zu den beiden Kreisen 24, 26 sind.
-
Im ersten Ausführungsbeispiel haben die beiden Spulenbereiche 38, 40 in Umfangsrichtung eine Wickelbreite B und einen lichten Winkelabstand A voneinander. Wie 4 zeigt, ist A so gewählt, dass es größer gleich 5 × B ist. Dadurch ist es so, dass bei sieben hintereinander geschachtelten Spulen der hintere Spulenbereich 40 der ersten Spule und der vordere Spulenbereich 38 der siebten Spule übereinander, also in der gleichen Axialebene liegen.
-
Das zweite Ausführungsbeispiel nach 5 unterscheidet sich dadurch vom ersten Ausführungsbeispiel, dass die zweiten Verbindungsbereiche 50 nun anders ausgeführt sind. Wiederum sind der innere verbindende Spulenbereich 54 und der äußere verbindende Spulenbereich 46 baugleich. Es sind allerdings Mischzustände beider Ausführungen möglich. Es ist nun im zweiten Ausführungsbeispiel so, dass im zweiten Verbindungsbereich 50 die einzelnen Drähte ebenfall zweimal um einen rechten Winkel, abgewinkelt sind, diesmal aber U-förmig. Die beiden Biegelinien verlaufen jeweils konzentrisch zu den Kreisen 24, 26. Im Gegensatz hierzu verläuft beim ersten Ausführungsbeispiel, wo auch der zweite Verbindungsbereich 50 zwei Biegelinien hat, die erste Biegelinie parallel zum dritten Verbindungsbereich 52 und die zweite Biegelinie parallel zum Verlauf des ersten Verbindungsbereichs 48. In jedem Fall sind aber die zweiten Verbindungsbereiche 50 innerhalb eines Kreisrings, und außerhalb der Kreuzungsbereiche. Dadurch ist die abstandslose Aneinanderschachtelung, wie sie in 4 dargestellt ist, jeweils möglich.
-
Das dritte Ausführungsbeispiel nach 6 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass nicht einzelne Spulen gebildet werden, vielmehr jeder einzelne Leiter sich über mindestens 350° um die Rotationsachse umlaufend erstreckt und so eine umlaufende Spule bildet. Dies wird dadurch erreicht, dass der Leiter nun im Wesentlichen zickzackförmig geführt ist. Geometrisch sind die Unterschiede gering, die inneren, verbindenden Spulenbereiche 54 sind nun so abgeknickt, dass die beiden von demselben vorderen Spulenbereich 38 ausgehenden ersten Verbindungsbereiche 48 nahezu parallel zueinander verlaufen und mit dem vorderen Spulenbereich 38 ein S ausbilden. Gleiches gilt für die dritten Verbindungsbereiche 52, die jeweils unmittelbar an einen hinteren Spulenbereich 40 anschließen, ebenfalls nahezu parallel zueinander verlaufen und insgesamt eine Z-Struktur ausbilden, wie 6 dies zeigt. Die Winkel sind wie im ersten Ausführungsbeispiel. Wiederum ist es so, dass der Durchtritt durch die mittlere Radialfläche 32 nur in den zweiten Verbindungsbereichen 50 erfolgt.
-
In den 7 bis 9 ist dargestellt, wie vier phasengleiche Spulen 27, beispielsweise im ersten Ausführungsbeispiel, zusammengeschaltet werden können. In bekannter Weise kann durch ansich bekannte, hier nicht dargestellte Schaltmittel, die nach dem Stand der Technik ausgebildet sind, eine Reihenschaltung (7), eine Reihen-Parallelschaltung (8) und eine reine Parallelschaltung (9) erfolgen. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Wicklung hat nun den Vorteil, dass im laufenden Betrieb phasengleiche Spulen 27 oder beliebige andere Spulen beliebig geschaltet werden können, wie dies die Beispiele nach den 7 bis 9 zeigen.
-
In 10 ist ein Diagramm dargestellt, wie es bei dem Betrieb von Generatoren auftritt. Analog ist es aber auch für Motoren erstellbar. Gezeigt ist zunächst ein steiler Verlauf 60, der der Reihenschaltung gemäß 7 entspricht. Hier sind alle gleichphasigen Spulen 27 in Reihe geschaltet. Bereits bei geringer Umdrehungszahl des Generators wird die gewünschte Ausgangsspannung erreicht. Wird nun der Wind stärker, wird umgeschaltet in die Konfiguration gemäß 8, der Anstieg ist nun nicht so steil, siehe 62, jedoch steht nun der doppelte Drahtquerschnitt und damit eine entsprechend höhere Leistung zur Verfügung. Bei wiederum größerer Windgeschwindigkeit erfolgt ein Umschalten auf die Parallelschaltung gemäß 9. Nun ist der Anstieg noch einmal flacher, siehe 64, es wird aber wiederum bei den nun vorliegenden hohen Umdrehungszahlen/min. die gewünschte Ausgangsspannung erreicht. Die Anordnung hat den Vorteil, dass es nicht die Wicklung ist, die die Ausgangsleistung begrenzt, vielmehr der magnetische Fluss, der von den Magneten 21 und 22 geliefert wird. Die Wicklung erhitzt sich nicht mehr, der Leiterquerschnitt ist nun dem Strom angepasst.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
