Elektrische Maschinen weisen üblicherweise einen Rotor mit mindestens einem Permanentmagneten oder einem elektrisch erregten Polpaar und einen Stator auf, wobei die Wicklungen auf Polschuhe gewickelt oder in Nuten eines Blechpakets eingelegt sind. Sind mehrere Permanentmagnete im Rotor vorgesehen, so haben diese eine entsprechend der Polzahl wechselnde magnetische Ausrichtung.

Der prinzipielle Aufbau derartiger Maschinen hat sich seit Jahrzehnten nicht geändert. Die Maschinen haben, je nach dem ob sie als Generator oder Motor laufen, einen begrenzten Wirkungsgrad bzw. ein begrenztes Drehmoment und ein begrenztes Leistungs/Masse-Verhältnis.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art mit einem gegenüber herkömmlichen Maschinen erhöhten Wirkungsgrad bzw. Drehmoment und einem deutlich verbesserten Leistungs/Masse-Verhältnis anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Danach besteht der Stator und/oder Rotor aus einem Ringkern aus magnetisch leitfähigem Material, der zwischen Abschnitten, die als magnetische Pole wirken, in gleichmäßiger Verteilung Ausnehmungen oder in radialer Richtung mäanderförmig vor-bzw. zurückspringende Bereiche aufweist, in die Wicklungsabschnitte mindestens einer Wicklung mit in Umfangsrichtung des Stators bzw. Rotors liegender Wicklungsachse gewickelt sind.

Die Abstände zwischen den das Erregerfeld erzeugenden, entgegengesetzt gepolten Permanentmagneten bzw. zwischen den Polen bei elektrischer Erregung entsprechen im wesentlichen der Größe der Pollücken im Stator bzw. Rotor.

In bevorzugter Weise ist eine Statorwicklung oder eine Rotorwicklung eine Mehrfachwicklung, deren einzelne Wicklungen mit separaten Ausgängen betrieben oder parallel geschaltet sein können, wobei eine besonders zweckmäßige Variante eine geradzahlige Anzahl von Wicklungen aufweist. Die Wicklungen bestehen dann aus am Umfang des Stators bzw. Rotors abwechselnd folgenden, miteinander in Reihe geschalteten Wicklungsabschnitten, so dass entgegengesetzt gepolte Wicklungsabschnitte am Stator-bzw. Rotorumfang verteilt sind.

In besonders bevorzugter Weise besteht die Mehrfachwicklung bei einer Statorwicklung aus zwei separat mit Verbrauchern beschalteten Wicklungen mit am Umfang des Stators abwechselnd folgenden, miteinander in Reihe geschalteten Wicklungsabschnitten.

Dabei spielt es keine Rolle, ob der Rotor trommel-oder scheibenförmig ausgebildet ist.

Z. B. können die Ausnehmungen für eine Statorwicklung vom Innenumfang bzw. bei scheibenförmigem Rotor von der Innenseite des Stators ausgehen. Sie können auch von innen und außen ausgehen und Stege für die Wicklungsabschnitte zwischen den Statorpolen bilden, besitzen dann jedoch nur einen kleinen magnetischen Querschnitt gegenüber den Polbereichen. Besser ist es, den magnetischen Querschnitt gleich zu halten, indem der Statorring von vornherein eine mäanderförmige Gestaltung aufweist.

"Mäanderförmig vorspringend"bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die die Ausnehmungen bildenden Bereiche einer Statorwicklung bei einer Maschine mit einem trommelförmigen Rotor in radialer Richtung und bei einer Maschine mit einem scheibenförmigen Rotor in axialer Richtung vom Luftspalt weg weisend zurückgesetzt sind.

"Mäanderförmig zurückspringend"bezieht sich auf einen Rotor, bei dem diese Bereiche in umgekehrter Weise in Richtung auf den Rotormittelpunkt zurückgesetzt sind.

Stator und Rotor bestehen, wenn sie bewickelt sind, entweder aus einem geeigneten magnetisch leitfähigen Material, z. B.

Weicheisen oder Ferrit, oder sind wie allgemein üblich geblecht.

Die Maschine kann als Generator sowie als Motor eingesetzt werden.

Sind bei einer permanentmagnetisch erregten Maschine im Rotor mehrere Permanentmagnete pro magnetischen Pol oder sind beispielsweise hufeisenförmige Permanentmagnete vorgesehen, so erfolgt die Anordnung der Magnete so, dass sich eine den Statorpolen entsprechende Polung ergibt, also beispielsweise Nord-Nord, Süd-Süd usw. Die Permanentmagnete können auch die gesamte Polbreite einnehmen ; die Polung ist dann Nord-Süd, Nord-Süd usw.

Eine vorteilhafte Anordnung für variable Leistungen ergibt sich, wenn mehrere derartig aufgebaute Maschinen mit einer Antriebs-bzw. Abtriebsachse gemeinsam betrieben werden, so dass sich gegebenenfalls nur die Wicklungen einzelner Statoren zuschalten lassen. Es kann auch eine mechanische Trennung vorgesehen sein, indem einzelne oder alle Statoren am Umfang oder den Stator durchgreifend an Schienen gelagert sind, so dass sie sich von ihren Rotoren abziehen lassen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Elektromaschine im Querschnitt, Fig. 2 eine Variante der Machine mit einem speziellen Blechschnitt, Fig. 3 die Draufsicht auf einen Stator einer Maschine mit scheibenförmigem Rotor und Fig. 4 eine zweite Variante mit einem speziellen Blechschnitt im Stator und Rotor.

Fig. 1 zeigt schematisch den Querschnitt eines Generators nach der Erfindung. Der Stator besteht aus einem Statorring 1, der wie üblich geblecht ist. In gleichmäßigen Abständen am Umfang des Statorrings 1 sind Ausnehmungen 2 vorhanden, in die Wicklungsabschnitte 3 von zwei Wicklungen gewickelt sind. Die Wicklungsabschnitte 3 sind so geschaltet, dass sich am Umfang des Statorrings 1 jeweils Wicklungsabschnitte 3 jeder Wicklung abwechseln und jeweils drei Wicklungsabschnitte 3 zu einer Wicklung in Reihe geschaltet sind. Zwischen den Ausnehmungen 2 ergeben sich jeweils magnetische Statorpole 4. Beide Wicklungen können auch invers parallel geschaltet sein, das heißt, der Wicklungsanfang der ersten Wicklung ist dann mit dem Wicklungsende der zweiten Wicklung verschaltet und umgekehrt.

Der Rotor ist Träger eines permanentmagnetischen Feldes, was in Fig. 1 schematisch durch Hufeisenmagnete 5 angedeutet ist. Die Hufeisenmagnete 5 haben eine am Umfang des Rotors wechselnde Feldrichtung, das heißt auf NS folgt SN usw. Zwischen den Permanentmagneten ergeben sich Rotorpole 6 mit abwechselnder Feldrichtung. Die Pollücken der Hufeisenmagnete 5 sind so ausgebildet, dass sich im Stator und Rotor gleich lange Pole gegenüberstehen. Die Hufeisenmagnete 5 können so gestaltet bzw. geformt sein, dass der Abstand zwischen S-S und N-N Null wird, so dass sich im Ergebnis die Anordnung N-S usw. ergibt.

Gundvoraussetzung ist jedoch, dass der Abstand der Magnetpole den Pollücken bzw. der Länge der Wicklungsabschnitte 3 entspricht. Andere Magnetformen, die diesen Bedingungen genügen, sind jedoch ebenso gut verwendbar.

Die Wirkung der Wicklungen untereinander kann gezeigt werden, indem die Statorwicklungen kurzgeschlossen werden. Bei einem herkömmlichen Generator tritt bei einem Kurzschluss eine

Bremswirkung ein. Im Falle des vorliegenden Generators tritt dagegen, wie Messungen an einer einfachen Mustermaschine ergeben haben, keinerlei Bremswirkung auf. Vielmehr sinkt die erforderliche Antriebsleistung unter die Leerlaufleistung.

Außerdem lässt sich folgende Wirkung nachweisen : Werden beide Stromkreise gleichzeitig, aber getrennt, also mit je einem eigenen Verbraucher betrieben, wie in Fig. 1 dargestellt, dann fließt nicht nur der doppelte Strom, wie zu erwarten wäre, sondern in jedem Stromkreis ein mehrfacher Wert. Außerdem steigt durch gegenseitige Induktion in den Wicklungen die induzierte Spannung.

Eine weitere vorteilhafte Wirkung bezüglich des Wirkungsgrades hat sich gezeigt, wenn mehrere Generatoren auf eine Antriebsachse angeordnet werden und die Wicklungen des ersten Generators einzeln jeweils mit den einzelnen Wicklungen des zweiten Generators in Reihe geschaltet werden.

Fig. 2 zeigt eine Variante mit einem Statorring 1, dessen Querschnitt am gesamten Umfang nahezu gleich groß ist, indem die Statorpole 4 bei gleichbleibendem, einheitlichem Innendurchmesser verjüngt sind, so dass sich die zu bewickelnden Teile des Statorrings 2 als mäanderförmig nach außen vorspringende Bereiche 7 ergeben. Neben dem gleichbleibenden magnetisch wirksamen Querschnitt ergibt sich eine Einsparung an Statormaterial und somit ein weiter verbessertes Leistungs/Masse-Verhältnis. Selbstverständlich sind auch Lösungen denkbar, die hinsichtlich der Dicke des Statrorrings 2 im Bereich der magnetischen Pole 4 zwischen den beiden hier nur beispielhaft dargestellten Varianten liegen.

Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Stator bei einer Maschine mit scheibenförmigem Rotor. In analoger Weise zur Anordnung gemäß Fig. 2 sind die mäanderförmigen Bereiche 8, hier in axialer Richtung, nach außen vorspringend gestaltet.

In Fig. 4 ist eine Variante dargestellt, bei der sowohl der Stator als auch der Rotor in der erfindungsgemäßen Art und Weise als bewickelter Ring ausgebildet sind. Der Stator entspricht der Variante in Fig. 2, die Statorwicklung dem Beispiel in Fig. 1. In analoger Weise besteht der Rotor aus einem Rotorring 8 mit magnetischen Polen 10, die durch Wicklungsabschnitte 12 erregt werden. Die Wicklungsabschnitte 12 liegen in Ausnehmungen 9 des Rotorringes 8, die durch radial zurückspringende Bereiche 11 gebildet werden.

Bezugszeichenliste 1 Statorring 2 Ausnehmung 3 Wicklungsabschnitt 4 Magnetischer Pol (des Stators) 5 Hufeisenmagnet 6 Rotorpol 7 (vorspringender) Bereich, mäanderförmige Bereiche 8 Rotorring 9 Ausnehmung 10 Magnetischer Pol (des Rotors) 11 Zurückspringender Bereich 12 Wicklungsabschnitt