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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor / Generator, dessen Drehmoment bei nahezu gleichbleibenden Stromwerten verändert werden kann.
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Es ist bekannt, dass das Drehmoment eines Elektromotors durch Stromwerteänderung (bzw. Spannung) verändert werden kann. Der Elektromotor ist sehr weit verbreitet und aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Es gibt unzählige Varianten und Bauarten von Elektromotoren. Prinzipiell besteht ein Elektromotor aus einem Stator und einem Rotor, wobei letzterer an einer Welle befestigt ist und sich dreht. Eine Steuerung für die Elektromagnetspulen ist insbesondere bei Gleichstromelektromotoren notwendig. Trotz vieler Vorteile hat der Elektromotor auch einige Nachteile. Es werden immer öfter änderbare Drehmomente und Drehzahlen benötigt. Die Drehzahl und das Drehmoment eines Elektromotors lassen sich durch elektronische Schaltungen regeln, dadurch wird aber der gewünschte Effekt nicht optimal erreicht.
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Wenn eine niedrige Drehzahl gebraucht wird, aber ein starkes Drehmoment, dann benutzt man ein Getriebe. Das ist z.B. im Industriebedarf der Fall. Der Bohrkopf einer Ständerbohrmaschine dreht sich - je nachdem was gebohrt wird - schnell oder langsam. Die Drehzahl wird durch ein Getriebe eingestellt. Auch ein spezieller Schalter, der die Stromwerte regelt, kann dafür eingesetzt werden. Ohne das Getriebe kann man kein hohes Drehmoment und keine niedrige Drehzahl erreichen. Wenn die Spannung und der Strom gleichzeitig erhöht werden, dann erzeugt der Elektromotor ein höheres Drehmoment. In diesem Fall wird aber auch seine Drehzahl erhöht. Daher muss ein Getriebe verwendet werden. Ein Getriebe verursacht bekanntlich Leistungsverluste.
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Aus der
DE 39 30 050 A1 ist ein Stromgenerator bekannt, bei dem Elektromagnete oder Dauermagnete an einen Rotor oder Stator angebaut sind. Dieser Rotor oder Stator ist dabei gesteuert radial beweglich, um auf diese Weise einen Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator zu verändern.
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Aus der
CN 2 191 491 Y ist ein weiterer Generator bekannt, der zum vorgenannten Generator im Wesentlichen baugleich ist. Bei diesem werden Magnete durch Zentrifugalkräfte synchron verstellt, um den Luftspalt zwischen Stator und Rotor einzustellen. Auf diese Weise ergibt sich eine Stabilisierung der Ausgangsspannung.
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Aus der
GB 1 133 797 A ist ein Motor mit radial beweglichem Stator bekannt, der Permanentmagnete aufweist. Diese Permanentmagnete sind radial verschiebbar, um auf diese Weise die magnetische Flussdichte zu verändern.
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Aus der
US 6 194 802 B1 ist ein Elektromotor oder Generator bekannt, wobei sein Stator bzw. Rotor einen Mechanismus aufweist, um Magneten radial zu verschieben. Durch eine gesteuerte radiale Bewegung der Magneten ist der Durchmesser veränderbar, wodurch der Luftspalt zwischen Rotor und Stator entsprechend anpassbar ist.
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Aus der
DE 19 98 162 U ist ein Elektromotor bekannt, der eine echte Drehmomentensteuerung ermöglichen soll. Zu diesem Zweck weist der Elektromotor eine Rotorscheibe auf, die in einem Feld von Erregermagneten umläuft. Dabei sind die Erregermagnete radial verschiebbar angeordnet, um die gewünschte Drehmomentenwandlung zu erzielen.
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Aus der
DE 10 11 508 B ist ein Synchronmotor bekannt, bei dem Stator und Rotor unterschiedlich lang und gegeneinander verschiebbar sind. Dabei verläuft ein Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor konisch, so dass durch axiales Verschieben von Rotor und Stator gegeneinander die Breite des Luftspalts variierbar ist.
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Der in den Patentansprüchen 1 bis 12 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Elektromotor (oder Generator) zu schaffen, der in der Lage ist, Drehmoment und Drehzahl intern zu ändern, ohne dass dabei ein Spannungswandler benötigt wird, ohne dass die Strom- / Spannungswerte geändert werden müssen und ohne Getriebe, das die mechanische Kraft des Elektromotors über die Drehachsenwelle des Elektromotors übersetzt / untersetzt.
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Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 12 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Vorteile der Erfindung sind:
- - sie ermöglicht eine Veränderung des Drehmoments des Elektromotors ohne dass dabei die Kraftübertragung durch ein Getriebe übersetzt oder untersetzt werden muss,
- - sie ermöglicht eine Veränderung des Drehmoments des Elektromotors ohne dass dabei die Strom- oder Spannungswerte geändert werden müssen,
- - sie ist sehr sparsam im Energieverbrauch und daher sehr umweltfreundlich, weil keine Verluste verursachenden Getriebe verwendet werden müssen,
- - platzsparende Lösung, da kein Getriebe für die Drehzahlübersetzung / -untersetzung notwendig ist,
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Die Verwendung als Generator bringt ebenfalls Vorteile mit sich. Als Generator weist diese Erfindung einen automatischen Überlastungsschutz durch Luftspaltänderung zwischen dem Rotor und dem Stator bei zeitweiser Überhöhung der Drehzahl auf, was z.B. bei Windkraftanlagen der Fall ist.
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Die Erfindung ist eine Weiterentwicklung des herkömmlichen Elektromotors.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 15 erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Variante mit dem veränderbaren Rotordurchmesser,
- 2 die Variante mit einer spiralförmigen Nut,
- 3 die Steuerung eines kleinen internen Elektromotors und den Aufbau des Getriebes,
- 4 eine optische Steuerung für die Veränderung des Rotordurchmessers.
- 5 eine Variante mit der Achsenwellenaußenhülle,
- 6 eine fernsteuerbare Variante,
- 7 eine Variante, in der der Durchmesser des Stators verändert werden kann,
- 8 eine Variante, in der die Rotor-Elektromagneten an tangential angeordneten Flügeln angebracht sind,
- 9 eine Variante mit Piezoelementen,
- 10 einen Generator, der ähnlich wie der Elektromotor aufgebaut ist,
- 11 eine Windkraftanlage mit einem Generator, dessen Rotorflügel sich verändern können,
- 12 eine Variante, in der die Flügel durch Federn in Richtung Achse angezogen werden,
- 13 einen Elektromotor, der kein Scheibentyp ist und bei dem sich der Luftspalt vergrößern lässt,
- 14 einen Generator, bei dem der Statordurchmesser sich variabel gestalten kann bzw. vergrößert oder verkleinert werden kann,
- 15 einen Elektromotor, der auch als Generator verwendbar ist, dessen Rotor und Stator sich verändern können.
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Die Funktionsweise dieses Elektromotors basiert auf dem Drehmoment bzw. der Hebelwirkung der Rotorflügel. Je größer der Durchmesser eines Rotors ist, desto größer ist das Drehmoment des Elektromotors (bei gleichbleibender elektromagnetischer Kraft). Seine Drehzahl nimmt mit der Rotorgröße ab. Während ein kleiner Elektromotor problemlos 30.000 und mehr UpM erreichen kann, sieht das bei einem großen Elektromotor anders aus. Aber deshalb ist das Drehmoment bei großen Elektromotoren viel höher. Die Erfindung vereint diese beiden Eigenschaften in einem Elektromotor.
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Dieser Elektromotor 1 besteht aus einem Rotor 2, dessen Durchmesser verändert werden kann. Auf diese Weise ändert sich auch das Drehmoment des Motors. Der Stator 3 ist aus doppelt und parallel angebrachten Scheiben 4 gebaut, die so angeordnet sind, dass der Rotor wie in einem Sandwich dazwischen rotiert. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die elektromagnetische Kraft des Stators gleichmäßig an nahezu jeder Position wirkt, an der sich der Rotor befindet. Der Luftspalt ändert sich radial, wobei die Distanz zwischen dem Rotor und dem Stator jederzeit konstant sehr klein bleibt. Die Flügel 5 des Rotors sind einziehbar und werden elektrisch oder mechanisch bewegt. Die Bewegung der Rotorflügel erfolgt durch einen Mechanismus, der ähnlich wie bei Spannbacken im Spannkopf einer Drehbank funktioniert. Eine drehende, spiralförmige Nut 6 zwingt die radiale Bewegung der Rotorflügel / Elektromagneten 7 in Richtung Motordrehachse 8. Die radiale Bewegung der Elektromagneten findet nur durch das relative Drehen der spiralförmigen Nut statt. Die spiralförmige Nut kann durch einen kleineren Elektromotor 9, der in dem großen Elektromotor eingebaut ist, gedreht werden. Die Elektromagneten werden keinesfalls durch die Zentripetalkraft radial bewegt. Das verhindert die spiralförmige Nut oder eine spiralförmige Führungsschiene. Dadurch, dass alle Elektromagneten gleichzeitig und gleichmäßig bewegt werden, kann keine Unwucht entstehen. Somit ist eine Durchmesserveränderung, auch während der Elektromotor läuft, realisierbar. Das ist praktisch für Elektromotoren, die als Antrieb an Fahrzeugen, insbesondere an Schienenfahrzeugen (Trambahn, U-Bahn, ICE, etc.) eingebaut sind. Ein externes Getriebe wäre dann überflüssig. Die elektromagnetische Kraft bleibt gleich, egal ob die Flügel des Rotors völlig eingezogen sind oder sehr weit ausgebreitet. Nur das Drehmoment und die Drehzahl ändern sich.
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Die Elektromagneten 10 in dem Stator können in konzentrischen Ringen 11 eingebaut werden. Wenn der Rotor ganz groß wird, dann wird der größte Elektromagnetenring 12 eingeschaltet. Je kleiner der Rotor wird, desto kleiner ist der Elektromagnetenring, der gerade aktiv ist. Das kann durch Elektromagnetsensoren 13 gesteuert werden, die mit je einem Elektromagnetenring gekoppelt sind. Wenn ein solcher Sensor einen Rotorelektromagneten 7, der in seiner Nähe rotiert, registriert, dann wird der dementsprechende Elektromagnetenring eingeschaltet, der am nächsten zu den Rotorelektromagneten ist.
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Der kleine Innenelektromotor 9 soll mit einem Schneckengetriebe 14 oder einer Spindel 15 gekoppelt werden. Alle diese Elemente sind in dem Rotor des Elektromotors eingebaut. Die Steuerung des kleinen Innenelektromotors kann über Schleifringe 16 erfolgen. Auch eine optische Steuerung durch Lichtsensoren 17 und Laserdioden 18 oder einfache Leuchtdioden kann realisiert werden (4). In diesem Fall ist der kleine Innenelektromotor mit einem oder mehreren Lichtsensoren 17 ausgestattet, die ihn steuern. Am einfachsten können für diesen Zweck zwei Sensoren verwendet werden, die mit je einem Lichtfilter 19 versehen sind. Einer der Sensoren reagiert z. B. auf blaues Laserlicht, der andere auf rotes Laserlicht. Der große Elektromotor kann mit einem Fenster 20 ausgestattet werden, durch das die Sensoren des kleinen Elektromotors per Lichtstrahl 21 zu erreichen sind. Das Fenster kann eine kleine Öffnung sein, die seitlich am Elektromotor (an seiner Drehebene) angebracht ist. Sie kann auch eine durchsichtige Scheibe 22 z. B. aus Glas, Kunststoff, Plexiglas, Mineralglas etc. sein. Die durchsichtige Scheibe kann auch als Lichtfilter dienen, indem sie mit einem oder mehreren farbgetönten Bereichen 23 versehen ist, z.B. blau und rot. Hinter dem blauem und dem rotem Teil der Scheibe kann je ein Sensor eingebaut werden, der dann per Lichtstrahl von außen zu steuern ist. Sobald ein blauer Laser aktiviert wird und auf dem Fenster von außen einen schmalen oder breiten Strahl abgibt, wird er den blauen Teil der Scheibe durchdringen, wobei der rote Teil der Scheibe für diesen Laserstrahl nahezu undurchdringlich ist. Der Sensor, der sich unter der blauen Abdeckung befindet, wird aktiviert und den Elektromotor z. B. durch das Einziehen der Rotorflügel und seine Durchmesserverkleinerung schneller machen. Die spiralförmige Nut 6 wird in die Richtung gedreht, die das radiale Einziehen der Rotorflügel 5 bewirkt. Der rote Laser bewirkt das Gegenteil: Die Rotorflügel werden ausgefahren und dadurch der Rotordurchmesser vergrößert. Das ermöglicht eine Erhöhung des Drehmoments, wobei die Geschwindigkeit reduziert wird. Selbstverständlich kann man diesen Elektromotor zusätzlich in bekannter Weise steuern, wobei auch die Stromwerte geändert werden können. Selbstverständlich können andere Farbcodierungen eingesetzt werden oder die Informationen an den optischen Sensoren durch codierte Lichtsignale weitergegeben werden. Dann kann ein einziger Lichtsensor verwendet werden, der mit einer elektronischen Steuerung gekoppelt ist, wobei die Codierung der Signale entschlüsselt und im Befehl eingesetzt wird.
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Man kann sehr gut IR-Sensoren 24 und eine IR-Fernsteuerung 25 verwenden, die dann ähnlich wie bei einer IR-Fernsteuerung und einem Fernsehgerät funktioniert.
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Eine Variante ist in der 5 dargestellt. Hier überträgt eine Außenhülle 26, die wie ein Drehrohr in die Achsenwelle 8 gesteckt ist, die radiale Bewegungsenergie des Elektromotors auf die Rotorflügel. Das Drehrohr 26 ist direkt mit einem Getriebe 27 im Rotor gekoppelt, das die Elektromagneten radial bewegen kann. Das Drehrohr kann so eingebaut werden, dass es mit der Achsenwelle mitdreht. Sobald man es während der Drehung ein wenig bremst, dreht es sich nicht mehr ganz mit, bzw. es dreht sich langsamer als die Achsenwelle und erzeugt ein Drehmoment, das im Rotor für die Bewegung der Elektromagneten benutzt wird. Eine schnellere Drehung des Drehrohrs erzeugt eine Kraft, die auf die Elektromagneten wirkt und sie radial in Gegenrichtung schiebt. Somit können die Elektromagneten in beiden Richtungen radial bewegt werden. Eine elektromechanische Drehsperre / Freiläufer 28 kann dafür verwendet werden, um eine Änderung des Abstandes der Rotorelektromagneten von der Achsenwelle zu erzeugen.
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Die Drehsperre kann auch als eine Art Drehbremse konzipiert werden, die eine stufenlose Drehmomentänderung des Elektromotors erlaubt. Der Freiläufer kann durch einen Elektromagneten 29 gesteuert werden.
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Die Bewegung der Elektromagneten in dem Rotor / Stator kann auch per Fernsteuerung erfolgen (6). Hier werden ein Mikroelektromotor 30 und ein Radiowellenempfangsgerät 31 eingebaut, das den Mikroelektromotor steuert. Die Aufgabe des Mikroelektromotors ist es, die Elektromagneten des Rotors von der Rotierachse zu entfernen bzw. sie näher an die Achse zu bringen. Die Fernbedienung 32 kann an die Außenhülle (Gehäuse) 33 des Elektromotors eingebaut / angebracht werden oder auch völlig getrennt davon auf einen Bürotisch gestellt werden. Wichtig ist, dass die Funkwellen nicht von der Außenhülle des Elektromotors absorbiert werden. Deshalb soll eine Art Antenne 34 an einer Stelle des Elektromotors angebracht werden, die die elektromagnetischen Wellen von außen in das Innere des Elektromotors bringt. Eine Führungsschiene 43 hält die Elektromagneten 7 in Position, während sie radial bewegt werden.
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Anstatt des Mikroelektromotors können auch Elektromagnetrelais eingebaut werden, die in der Lage sind, die Rotorelektromagneten radial zu bewegen und an einer bestimmten Position festzuhalten. Die Variante, die in 7 dargestellt ist, ist ähnlich wie die anderen Varianten die bisher beschrieben wurden, nur dass hier der Stator 3 seinen Durchmesser verändern kann.
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Die 8 stellt eine einfache Variante dar. Hier sind die Elektromagneten des Rotors an gebogenen Flügeln 35 angebracht, die tangential angeordnet sind. Die Flügel sind an einem Ende 36 durch ein Gelenk 37 mit einer Rotorhalterung 38 befestigt. Das andere Ende ist frei schwenkbar. Ganz frei ist das andere Ende auch nicht. Es ist mit einem Mikroelektromotor 30 und einem Schneckengetriebe 14 oder einer Spindel 15 gekoppelt, die sich radial zu der Hauptelektromotordrehachse 8 bewegen. Auch eine spiralförmige Nut kann dabei behilflich sein. Dadurch kann der Rotordurchmesser verkleinert oder vergrößert werden. Da die Statorelektromagneten oder Dauermagneten an Scheiben 4 angebracht sind, die parallel und rechtwinklig zu der Hauptdrehachse angeordnet sind, wobei der Rotor dazwischen rotiert, stört es überhaupt nicht und die Magnetfelder bleiben nahezu konstant, wenn der Rotor seinen Durchmesser verkleinert, bzw. vergrößert. Die Flügel können auch so angeordnet werden, dass sie kleine Rhomben (Rauten) 39 bilden, deren Ebenen gleich wie die Drehebene der Achse angeordnet sind. Eine Spindel 15, die in der Mitte jeder Raute tangential zu den Achsen angeordnet ist, kann die Raute ausfahren oder sie näher an die Achse heranziehen. Die Elektromagnete sind an äußeren Spitzen der Rauten eingebaut, denn sie werden dadurch näher an die Achse herangezogen oder ausgefahren. Auf diese Weise kann der Rotordurchmesser verkleinert oder vergrößert werden.
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Der Elektromotor kann in fast allen technischen Bereichen verwendet werden, überall dort, wo eine geregelte Drehzahl des Elektroantriebs notwendig ist. Er kann als Antrieb für die Werkzeugmaschinen, wie z.B. Tischbohrer, Drehbank, Fräser etc. eingesetzt werden. Der Einsatz in Verkehrstechnik ist sehr wichtig. Die U-Bahn oder Trambahn brauchen unbedingt geregelte Drehzahlen für den Antrieb. Denkbar sind auch der Einsatz und die Verbindung mit der Weltraumtechnologie. Mit dem neuartigen Elektromotor können z. B. auch Roboter oder Weltraumfahrzeuge ausgestattet werden. Ein besonders wichtiges Merkmal des Elektromotors ist unter anderen auch sein geringes Gewicht. Die Drehmomentsteuerung erspart ein Getriebe, was bei Weltraumflügen viel an Gewicht ausmacht.
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Eine Steuerung 40, die in der Lage ist, den Elektromotor so zu steuern, dass ein konstantes Drehmoment automatisch erzeugt wird, kann in den Elektromotor eingebaut werden. Das kann durch Drehmomentsensoren 41 oder Drehzahlmesser erreicht werden. Das ist vorteilhaft, wenn z.B. aufgrund der Last der Elektromotor langsamer fahren muss. Ein konstantes Drehmoment wird durch eine Durchmesservergrößerung des Rotors, bzw. durch die Entfernung der Elektromagneten des Rotors erzeugt. Das ist z.B. für große Baumaschinen wichtig, die elektrisch angetrieben werden, wie z.B. beim Tunnelbau oder Kohletransport, wobei große Laster mit einer Ladekapazität von mehreren hundert Tonnen eingesetzt werden. Der Antrieb der Superlaster ist elektrisch durch starke Elektromotoren realisiert. Ein Verbrennungsmotor ist mit einem Generator gekoppelt, der die notwendige Energie erzeugt. Der neuartige Elektromotor könnte hier sehr gut eingesetzt werden. Durch die Möglichkeit das Drehmoment zu verändern, wären viele Teile im LkW nicht mehr notwendig. Daher könnte er leichter und robuster gebaut werden.
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Selbstverständlich kann die Rotordurchmesserveränderung auch anders erreicht werden. Praktisch jedes Element, das sich elektrisch gesteuert ausdehnen und zusammenziehen kann, kann dafür eingesetzt werden. Es können dafür z. B. Piezoelemente 42 eingesetzt werden, die elektrisch gesteuert den Rotordurchmesser aktiv verändern können (9). Auch Magnetostriktionselemente können eingesetzt werden.
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Der Elektromotor kann auch als Generator 44 verwendet werden (10). Eine Verwendung als Windkraftgenerator ist optimal (11). Bei überhöhter Drehzahl können die Rotorflügel des Generators eingezogen werden und dadurch eine konstante Spannung erzeugen. Die Drehgeschwindigkeit kann durch starken Wind erhöht werden, wobei aber in dem Generator durch das Einziehen der Rotorflügel stets eine konstante Spannung erhalten bleibt, weil der real zurückgelegte Weg der Strominduktionsteile pro Sekunde dadurch unverändert bleibt. Die Windanlagen 45 können auf diese Weise eine konstante Spannung liefern, was sie weitgehend verbessern würde.
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Bei hohen Drehzahlen können z.B. mehrere Federn, die mit jedem Rotorflügel und der Drehachse gekoppelt sind, dazu dienen, die Rotorflügel in Richtung Achse zu ziehen (12). Das erleichtert die Arbeit der kleinen Elektromotoren, wenn der Hauptelektromotor oder der Generator sich schnell drehen. Die Fliehkraft ist dann enorm und das Einziehen der Rotorflügel erfordert starke, kleine Elektromotoren oder relativ komplizierte Getriebe. Um das Einziehen auch durch kleine Elektromotoren im Rotor zu ermöglichen, werden die Rotorflügel mit je einer Einziehfeder 46 ausgestattet, die eine Kraft in Richtung Achse ausüben. Sie ziehen permanent die Rotorflügel zur Achse, wobei sich diese Kräfte bei einer mittelmäßigen Drehgeschwindigkeit des Elektromotors neutralisieren. In dem Fall haben es die kleinen Elektromotoren viel leichter, die Rotorflügel einzuziehen. Lediglich das Herausfahren der Rotorflügel würde erschwert werden, und das nur im Ruhezustand oder bei sehr niedrigen Drehzahlen des Elektromotors. Das Federsystem ist für Elektromotoren, deren Drehmoment schon während der Arbeit geändert werden muss, bestens geeignet. Das gilt auch für Generatoren.
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Der Generator kann mit einer Steuerung 47 ausgestattet werden, die mit einer Ausgangsspannung oder einem Ausgangsstrommessgerät gekoppelt ist, wobei abhängig von den Ausgangsspannung- / Stromwerten die Rotorflügel radial so bewegt werden, dass möglichst konstante Spannungs- / Stromausgangswerte bei unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit des Generators erfolgen. Die Realisierung dieser Steuerung ist relativ unkompliziert. Je höher die Spannungswerte bei der Stromerzeugung am Stromausgang werden, desto mehr werden die Rotorflügel radial eingezogen und umgekehrt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die reale Geschwindigkeit der Rotorteile, die den Strom produzieren, stets konstant bleibt, unabhängig von der Rotordrehzahl. Durch die konstante Distanz zwischen dem Rotor und dem Stator wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht, der genauso gut wie bei herkömmlichen Elektromotoren oder Generatoren ist. Ein zu großer Spalt führt zu relativ hoher ineffizienter Arbeit des Elektromotors oder des Generators, insbesondere bei größeren Maschinen. Bei kleinen Maschinen fällt das nicht allzu sehr ins Gewicht und kann unproblematisch realisiert werden.
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In der 13 ist ein Elektromotor dargstellt, der kein Scheibenelektromotor ist. Hier wird der Rotor gesteuert kleiner, und er erzeugt durch seine Durchmesserverkleinerung einen größeren Spalt zwischen sich und dem Stator. Die Rotorflügel werden eingezogen, wenn keine große Kraft gebraucht wird und umgekehrt. Es reicht in der Regel eine sehr kleine Luftspaltänderung, um einen großen Effekt zu erzielen.
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In der 14 ist ein Generator dargestellt, bei dem sich der Statordurchmesser variabel gestalten kann bzw. vergrößert oder verkleinert werden kann. Die Statorhülle sollte an mindestens einer Stelle getrennt sein, um eine Durchmesserveränderung zu erlauben. Je mehr getrennte Teile den Stator bilden, welche sich radial bewegen können, desto besser kann der Stator verändert werden. Die Distanzvergrößerung zwischen dem Rotor und dem Stator bzw. die dynamische Gestaltung ist vorteilhaft, wenn der Generator zu überlasten droht.
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In der 15 ist ein Elektromotor dargestellt, der auch als Generator verwendbar ist, dessen Rotor und Stator sich verändern können. Der Elektromotor kann praktisch komplett kleiner oder größer werden, wobei der Luftspalt zwischen dem Rotor und Stator konstant gehalten werden kann. Auch ein variabler Luftspalt ist damit realisierbar. Man braucht nur eine der Komponenten z.B. den Rotor zu verkleinern oder den Stator zu vergrößern, um das zu erreichen. Eine Lichtschranke oder ein Magnetsensor können in dem Stator eingebaut werden, um den Luftspalt zu überwachen. Eine Steuerung kann verhindern, dass der Rotor und der Stator sich berühren.
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Bei kleinen und leichten Elektromotoren können auch elektroaktive Kunststoffteile verwendet werden, die durch Stromimpulse ihre Form ändern können, um den Rotor- oder Statordurchmesser zu verändern. Die elektroaktiven Kunststoffe können sich durch Stromsignale verbiegen, sich verlängern oder verkürzen. Diese Eigenschaft kann sehr gut für die Durchmesseränderung des Rotors oder des Stators eingesetzt werden.
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Um den Antrieb oder die Stromgenerierung zu ermöglichen, wird eine synchrone elektromagnetische Feldintensitätsänderung für den Stator und/oder den Rotor realisiert. Das betrifft die Steuerung des Magnetfeldes, der den Rotor zum Drehen bringt. Sie kann optisch (durch Lichtsensoren, Lichtschranken etc.) oder halbleitergesteuert sein oder auch wie bei einfachen Elektromotoren durch Bürsten erreicht werden. Auch Magnetsensoren können eingesetzt werden, um die synchrone Steuerung des Magnetfeldes bzw. die Magnetfeldumpolung bei Erreichen eines bestimmten Punkts zu realisieren. Fast alle diese Methoden sind schon bekannt und werden in verschiedene Elektromotoren eingesetzt.
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Bei Wechselstrommotoren wird die Magnetfeldsteuerung durch die Wechselfelder erreicht, wobei die Bürsten nicht unbedingt notwendig sind. Das Ändern des Luftspalts kann auch durch tangentiale Anordnung der Einziehelemente (9, 15, 42) erreicht werden (15).
