1. Die Einsparung durch verbesserten Aufbau

Fig. 1. Grundprinzip neuer Motor: Mehr Elektropole als Permanentpole

Die obige Skizze dient allein der Erläuterung des Einsparpotentials durch Verkleinerung der elektromagnetischen Pole  des Stators.

Jede Polfläche An des neuen Motors ist ein Viertel der Polfläche Aa des bisherigen Motors. Um beim neuen Motor die identische magnetische Feldstärke H in den Polen wie beim alten Motor zu erreichen, ziehen wir die Formel für die Feldstärke der kurzen Spule heran.

Beim alten Motor ist

Ha = Na * la /(a2+da20,5

mit N = Windungszahl der Spule;  I= Strom; l  = Länge der Spule; d = Durchmesser eines Pols bzw. Wurzel der Polfläche

Nun ist die Polfläche beim neuen Motor 1/4 der Polfläche des alten Motors.

Also ist dn = da /2.   Nun wählen wir Nn = Na /2, daraus folgt dann, daß l n = l a/2.

Daraus folgt für

Hn = Nn *In/((0,5*l )2 +(0,5*da)2 )0,5 =

= 0,5*Na*In /(0,5*(l a2+da2)0,5) = Na*In /(l a2+da2)0,5

Da Hn = Ha sein soll und sich alles herauskürzt, muß In = Ia sein.

Nun berechnen wir die notwendige Spannung U für alle Pole des Altmotors.

Nach der Transformatorenhauptgleichung  U = (4,44*Na *f *B´*Aamit N = Zahl der Wicklungen; f = Frequenz; B´= Maximalwert der Induktion; A = Querschnittsfläche der ferromagnetischen Kerns einer Spule (hier ein Pol)

Daher ist die Spannung für alle Pole des Altmotors

UAltges = 4*UEinzelpol = 4* (4,44*Na *f *B´*Aa)

Beim neuen Motor haben wir 16 Pole also wird

Uneugesamt=16*4,44*Na/2*f*B´*Aa/4 = 16/8 * (4,44*Na *f *B´*Aa ) = UAltges/2

Das heißt, daß

 Pneu = In*Uneugesamt =Ia * UAltges/2  =0,5*Palt

Da man aufgrund der obenstehenden Skizze vermuten könnte, daß das System nur ein theoretisches, aber praktisch nicht realisierbares sein könnte, ist nachfolgend ein Aufbau gezeigt (unsere Lösung ist anders), der praktisch realisierbar ist.

 

1
WebsitMotoraltBlumenjpg
WebsitMotorneublumejpg
2 Herkömmlicher Motor mit 3 Läuferpolpaaren Neuer Motor mit 3 Läuferpolpaaren
3 3 Statormagneten 12 Statormagneten
4 Wicklungszahl pro Statormagnet Na =10 Wicklungszahl pro Statormagnet Nn = 5
5 Querschnittsfläche Aa Statormagnet = 40 QuerschnittsflächeAn Statormagnet= 10
6 Durchmesser da = 400,5 = 6,32 Durchmesser dn = 100,5 = 3,16
7 Leiterdurchm. 0,5 Spulenlänge La =0,5*10=5 Leiterdurchm. 0,5Spulenlänge Ln =0,5*5=2,5
Berechnen Leiterstrom I aus Formel für Feldstärke in Spule
8 Feldstärke HkurzSp = (Na *Ia)/(La2 + da2 )0,5

HkSa = 10*Ia /(25+40)0,5 = 1,24*Ia

Feldstärke HkurzSp = (Nn *In)/(L n 2 + d n2)0,5

HkSn = 5*In /(6,25+10)0,5 = 1,24*In

9 Da HkSa =HkSn wegen identischer Magnetkraft für beide Motortypen gilt:

Strom alter Motor Ia = HkSa /1,24 = HkSn/1,24  = Strom  neuer Motor In

Berechnen Spannung U mit Transformatorenhauptgleichung

 U = 4,44*Na *f *B´*Aa

mit f = Frequenz; B´= Maximalinduktion

10  Ua = 3 * (4,44*10*f*B´*40) = 5328*f*B Un = 12 * (4,44*5*f*B´*10) = 2664*f*B
11 Ua / 5328 = f*B = Un /2664   — Ua  = (5328/2664)* Un — Ua  = 2* Un
12 El.Leistungsbedarf aPa  = Ua *Ia  = (2*Un )* In = 2*Pn =2*El. Leistungsbedarf n