Die brisante Idee eines langsam drehenden Elektromotors frei übersetzt aus der Veröffentlichung   THREE-PHASE LOW-SPEED PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MACHINES P.Zielinski, K.Schoepp Institute of Electrical Machine Systems Technical University of  Wroclaw ul. Smoluchowskiego 19, 50-372  Wroclaw, Poland 1991 Abstract There is a growing demand for low-speed electrical machines, because they can eliminate expensive, energy-consumming and noise-producing gear-boxes. Among the potential applications of the low-speed machines are motors in direct drive systems and generators in small wind- or hydro-power plants. The paper attempts to make contribution to that subject, presenting the construction principle of the novel 3-phase multipole synchronous machines. The new armature winding arrangement, used in the design, requires very small number of slots per pole per phase. That feature enables the design of the multipole low--speed machine of relatively small diameter. The laboratory tests results of the 14-pole machine model, equipped with such a winding are included. Original text in English here. Zusammenfassung Immer mehr wird nach langsam drehenden elektrischen Maschinen verlangt, da sie das, Krach produzierende und Energie schluckende, Getriebe eliminieren. In der Reihe der möglichen Anwendungen befinden sich direkt angetriebene Motorsysteme und Generatoren in kleinen Wind- und Wasserkraftwerken. Diese Veröffentlichung versucht einen Beitrag in diesem Gebiet zu leisten, indem sie die Konstruktionsprinzipien einer neuen, ungewöhnlichen (novel) 3-Phasen mehrpoligen Synchronmaschine präsentiert. Die neue Wicklungsanordnung benötigt sehr kleine Anzahl von Statornuten pro Pol und Phase. Das erlaubt die Konstruktion einer merhpoligen langsam drehenden Elektromaschine mit relativ kleinem Durchmesser. Testergebnisse eines 14-poligen Motors, ausgestattet mit der vorgeschlagenen Wicklung sind vorgestellt worden. Nun folgen 6 Doppelspaltligen Seiten, die ich nicht genau übersetzen werde. Nur Passagen die uns Motornachbauer interessieren, werden übersetzt. Konzept eines 3-Phasen mehrpoligen Motors Die Drehzahl n eines Synchronmotors hängt mit der Frequenz des Wicklungsstromes F, der Zahl der Polpaare P (dadurch indirekt mit dem Durchmesser D) n = F / P        (sehe auch "Warum dreht er so langsam und so kräftig") Aus der Gleichung ist es ersichtlich, daß der einzige Weg die Drehzahl n zu verkleinern ist die Anzahl der Polpaare P zu steigern. Das führt aber zur Vergrößerung des Durchmessers oder Verkleinerung der Nuten. Die Vergrößerung des Durchmesser bedeutet aber starke Zunahme am Gewicht und am Trägheitsmoment. Beide eigentlich unerwünscht. Auf der anderen Seite die Verkleinerung der Nuten führt zu Verkleinerung des Wickelschlitzes und zur kleineren Wickelraumausnutzung. Auch das ungünstige Verhältnis der Nutentiefe zu Breite führt zu magnetischen Leakage (Durchsickern). Das ist also nicht der richtige Weg. In den letzten Jahren entwickelten starken Magnete (seltene Erde) erlauben neue Motorenkonzepte. Ein Konzept stellt eine Transversalfluß-Synchronmaschine. Diese Motoren sind jedoch viel schwächer als konventionelle Motoren, da die beiden magnetischen Kreise fast unabhängig voneinander existieren (zu wenig Kraft zwischen den Beiden). Ein von vielen Nachteilen dieser Motoren ist die komplizierte Bauweise. Diese Transversalfluß-Synchronmaschinen sind in der Tat 1-phasige Strukturen, die man unter Umständen zu 2-phasigen umbauen könnte. 3-phasige symmetrische Maschine wäre äußerst kompliziert. Die Autoren schlagen ein ungewöhnlicher Konzept einer Synchronmaschine, der es erlaubt beträchtliche Reduktion in der Zahl der Windungen pro Polpaar durch die Anwendung von SPS (seperated-phase-sector). Das SPS kann als Trennsektor angesehen werden. (Bei unseren LRK-Motoren der unbewickelte Zahn). Folgendes Bild zeigt die Entwicklung der Idee vom konventionellen Motor bis zu 6-Sektoren SPS-Wicklung (wie bei LRk angewandt).   Die LRK-Nachbauer erkennen in der Zeile c)  die Wicklung A und -A. Das ist unsere, oft nachgefragt warum, gegenphasig bewickelte Windung auf dem gegenüber liegendem Zahn (180°) Sehe auch hier Das Bild 1a zeigt einen 3-Phasen 14-poligen konventionellen Motor. Er beinhaltet 21 Spulen gewickelt in 42 Schlitze (das hätte ich in meinem LRK350-20 nie geschafft, viel zu viele Schlitze) Das Bild 1b und 1c zeigen die innovative Idee einer Wicklung mit dem Trennsektor SPS (seperated-phase-sector). Phasensektor (phase sector) wird hier als der Sektor verstanden, in dem nur Spulen der gleichen Phase Platz finden. Das Bild 1b zeigt eine Bewicklung nach dem SPS-System (Trennsektoren) mit 3 Phasensektoren, wo jedem Phasensektor 2 Spulen angehören. Schließlich das Bild 1c zeigt eine Bewicklung mit 6 Phasensektoren, wo jedem Phasensektor nur eine Spule angehört (das habe ich in meinem LRK350-20 so geschafft, ohne Probleme) Trotz der extrem kleinen Zahl der Spulen behält die Bewicklung 1c die wichtige Eigenschaft der konventionellen 3-phasigen 14-poligen Bewicklung aus dem Bild 1a, symmetrisch zu bleiben. Die 6-Sektoren Wicklung 1c erweist sich als bessere als die Wicklung 1b. Die geometrische Symmetrie der Spulen (A und -A, B und -B , C und -C) hilft die radiallen Kräfte, der sich anziehenden Pole, in Gleichgewicht zu halten. Es wird keine Unwucht auf die Motorachse von den Polen ausgeübt. Die Formel Man kann rausfinden, dass die praktische Realisierung des 6-Sektoren Motors sich nicht nur auf 6 Spulen begrenzen muss. Die Anzahl der Polpaare muss immer um 1 größer oder kleiner sein, als die Anzahl der Sektoren. P = 6 * k  +/-  1 (sehe auch die kompletten Gleichungen) Die nächsten drei Seiten der Veröffentlichung beschäftigen sich mit dem Drehwinkel des Rotors. Das er 7 mal langsamer dreht. Auch komplexe Gleichungen der magnetischen Kräfte und die Phasen der Wicklungsströme werden berechnet. Ich glaube es ist zu komplex, um hier wiederzugeben. Es wird auch ein Laborprototyp vorgestellt, der 14 Pole und 6 Wicklungen besitzt. In diesem Prototyp wurden die Stator Wicklungen außen und die Magnete innen auf einem laminierten Zylinder plaziert. Der Durchmesser betrug 67 mm und die Länge 26 mm. Zwischen den Neodym Magneten und dem Stator herrschte in einem Luftspalt von 0,35 mm eine Flussdichte von 0,7 T. Der Prototyp wurde als Motor und als Generator untersucht. In beiden Fällen zeigte er sehr hohes Eta. Dann wurden auch die Harmonischen des generierten Stromes untersucht. Durch eine bessere Anformung der Magnete in dem Rotor kann man erreichen, dass der Strom fast sinusoidal wird. Mein Fazit: es ist erstaunlich, warum eine so tolle Idee der Breslauer Wissenschaftler 9 Jahre gebraucht hat, um die nur 800 km zu uns zu schaffen. Obwohl sie in Englisch veröffentlicht wurde und die Internet-Bytes in Windeseile die Welt umkreisen. Ich hätte gerne schon, sagen wir, 1993 einen kräftigen LRK in meinem E-Segler gehabt. Das Thema kann man weiter in "Warum dreht er so langsam und so kräftig" verfolgen.   zurück zu LRK-Hauptseite