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Die
Erfindung betrifft einen Elektromotor, der zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrade
aufweist, und einen dazugehörigen
Antrieb.
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Die
am weitesten verbreiteten Elektromotoren sind entweder Gleichstrom-
oder Wechselstrommotoren, in dessen Inneren ein Rotor läuft, um
eine Motorwelle oder eine Zentralachse anzutreiben. Der Rotor liegt im
Inneren eines Stators, der als ortsfest anzusehen ist. Je nach Ausführungsform
des Motortyps, ob es ein Gleichstrommotor oder ein Wechselstrommotor
ist, variiert das elektrische Feld innerhalb des Stators und regt den
Rotor zur Bewegung an. Kleinere Motoren werden häufig mit permanent erregten
Magneten an Stelle von elektrischen Wicklungen ausgestattet. Um
die Verluste zwischen Stator und Rotor in dem vorhandenen Luftspalt
zu minimieren, gibt es in der Patentliteratur Vorschläge, wie
durch eine geeignete Formgebung der Magnete bei den so genannten
Kugelrotormotoren der Abstand zwischen Rotor und Stator klein gehalten
werden kann.
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Aus
der
DE 31 28 304 A1 ist
bekannt, dass bei Kugelmotoren durch eine nahe Heranführung des
Stators, insbesondere durch ein getrepptes, mehrfach aufgeschichtetes,
durch abfallloses Scheren hergestelltes Blechpaket, der Wirkungsgrad
verbessert werden kann. In dem dort vorgestellten Herstellverfahren
wird versucht, materialeffizient einen Motor mit möglichst
kleinem Luftspalt zwischen Stator und Rotor herzustellen. Eine Fortentwicklung
zu der zuvor benannten Druckschrift kann der
DE 33 02 349 A1 der gleichen
Erfindergruppe entnommen werden, die eine speziell temperierte Legierung
als geeignetes Material vorschlägt.
Eine weitere Materialausgestaltung ist aus der
EP 1 416 607 A2 entnehmbar,
durch die die gleiche Erfindergruppe versucht, den Wirkungsgrad
eines Kugelmotors zu steigern.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
zu Kugelmotoren mit einem sphärischen
Luftspalt zwischen Rotor und Stator sind aus der
DE 35 09 188 A1 ersichtlich,
wobei der Schwerpunkt der Beschreibung auf der Klemmplatine liegt.
Der Kugelmotor selber wird laut Druckschrift schon als ausreichend
bekannt angesehen. Die gleiche Anmelderin erkannte dann gem. der
EP 0 194 540 A2 ,
dass Kugelmotoren einen instabilen Zustand in Bezug auf ihren Rotor,
insbesondere beim Abschalten des Erregungsstroms, erfahren. Daher
wurden besondere Lagerungsmaßnahmen
ergriffen, um das Taumeln während
der Instabilität
zu verringern.
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Ein
permanent magnetisierter Läufer
bzw. Rotor ist in der
EP
0 810 719 A1 vorgestellt worden, dessen Oberfläche mit
zahlreichen Magneten unterschiedlicher Polarität ausgestattet ist.
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Der
Vollständigkeit
halber sei noch auf die
JP
0 2 261 046 A verwiesen, in der ein Kugelmotor beschrieben
wird, der getaktet angefahren wird.
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Der
Erfinder stellte sich die Aufgabe, von den bisher bekannten Motorenkonzepten
abzukehren und ganz neu startend ein umfassendes Motorenkonzept
aufzustellen, mit der Absicht, durch die Einzigartigkeit des konzeptionellen
Entwurfs in neue Anwendungsgebiete für Elektromotoren vorstoßen zu können, ohne
zuviel Augenmerk auf die bisher verbreiteten Lehrmeinungen zum Elektromaschinenbau
legen zu müssen.
Dabei fiel ihm auf, dass schon seit Jahrzehnten immer wieder ähnliche
Motorenkonzepte schrittchenweise optimiert wurden.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Erfindung gemäß Hauptanspruch;
ein geeigneter Antrieb ist Anspruch 12 entnehmbar.
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Der
Elektromotor umfasst, wie schon dargestellt, einen Rotor und einen
Stator. Der Rotor liegt im Inneren des Stators. Der Rotor dreht
fremderregt. Er rotiert auf Grund der Fremderregung. Durch die Drehbewegung
treibt der Rotor eine Motorwelle an. Je nach Ausgestaltung zwischen
Rotor und Stator ist der Elektromotor für ein Gleichfeld oder ein Wechselfeld
ausgelegt, er ist also ein Gleichstrommotor oder ein Wechselstrommotor.
Erfindungsgemäß ist der
Stator schwingbeweglich gelagert. Er kann um die virtuell gebildete
Schwingebene, die durch die durch die Motorwelle gebildete Zentralachse
verläuft,
Auf- und Abbewegungen durchführen.
Der Stator folgt somit den abstoßenden und anziehenden elektromagnetischen
Kräften
innerhalb des Motors und setzt die Energie der elektromagnetischen
Felder in Schwingbewegungen um eine Schwingebene um. Die Schwingebene
ist sozusagen eine Halbierende durch den Elektromotor. In der Schwingebene
liegt die Zentralachse. Um die Zentralachse herum ist der Elektromotor
aufgebaut. Im Betrieb bewegen sich nicht nur die zum Rotor gehörenden Bauteile,
sondern auch der Stator führt
eine schwingende Bewegung durch. Die schwingende Bewegung kann bei
einer Ausführungsform
Winkel zwischen 10° und
90° überstreichen,
vorzugsweise 25° und
70°. Hierbei
durchläuft
die Schwingbewegung immer wieder die Schwingebene. In der Regel
schwingt der Stator beidseitig zur Schwingebene gleich weit aus.
Vorteilhaft kann also davon gesprochen werden, dass die Energie
der elektromagnetischen Felder zur beidseitigen bzw. zweiseitigen
Bewegungsumsetzung des Rotors und des Stators beiträgt.
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Zum
Stator werden die Bauteile gerechnet, die das elektrische Feld für den Rotor
aufbauen und die sich zueinander bzw. untereinander synchron bewegen.
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Der
Elektromotor ist weiterhin mit zumindest einer Steuerwelle, häufig auch
mit zwei Steuerwellen, ausgestattet, auf die der Stator einwirkt.
Die Steuerwellen liegen in der Verlängerung, die durch den Mittelpunkt des
Rotors geht. Die Steuerwellen liegen in der Schwingebene. Eine Verlängerung
der Zentralachse führt
nach einem Ausführungsbeispiel
in die Steuerwelle. Der Stator wirkt über Verbindungsmittel auf die
vorhandenen Steuerwellen ein. Die Kraft und das Moment werden somit über Steuerwellen übertragen,
die außerhalb
des Motoraufbaus liegen. Die Verbindungsmittel können als mechanische Brücken bezeichnet
werden, die den schwingenden Stator überspannen.
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Insbesondere
bei kleinen und mittelgroßen
Motoren, die schwingend gelagert aufgebaut werden können, hilft
somit die Schwingmasse des Stators, eine Drehmomentsteigerung des
Elektromotors herbeizuführen.
Im Gegensatz zu den weit verbreiteten Motoren, in denen der Rotor
mit seiner Motorwelle je nach Anforderung an das Motormoment größer skaliert
wird, wird in der vorliegenden Erfindung vorteilhaft der Stator
zur Bewegungsnutzung verwendet. Hierbei sei angemerkt, dass das
Schwingen des Stators von der Trägheitsmasse
und der Drehzahl des Rotors abhängt.
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Weil
aber der Motor insgesamt ortsfest vorhanden sein muss, müssen die
Bewegungen des Stators auf die Lagerung der Anordnung entkoppelt
werden. Hierzu werden mechanische Verbinder zwischen Stator und
wenigstens einer Steuerwelle geschaffen, die kraftschlüssig eine
Verbindung zwischen beiden Bauteilen herstellen. Die Verbinder überbrücken Lagerelemente,
wie z. B. Kugellager, in denen die Motorwelle rotieren kann. Die
Verbinder übernehmen
die Aufgabe, die inneren Elemente des Stators zu fixieren. Durch
die Fixierung mittels Verbinder findet eine energetische Abkoppelung
von Massen statt.
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Die
Schwingbewegung des Stators durchläuft Punkte höchster Beschleunigung
und Punkte, in denen die potenzielle Energie maximal ist. Die Energieumlagerung
wird verbessert, wenn eine Energiespeicherfeder vorhanden ist. Die
Energiespeicherfeder greift an wenigstens einer Steuerwelle, vorzugsweise
an allen vorhandenen Steuerwellen, an. Die Energiespeicherfeder
ist gegenüber
einem Fixierpunkt fest verbunden. Als Fixierpunkt gelten spezielle
Federhalterungen oder auch die Antriebshalterung des gesamten Elektroantriebs. Die
Energiespeicherfeder ist daher spannbar. Die Schwingungsenergie
des Elektromotors zum weitergehenden Antrieb wird somit während des
Schwingungsumkehrpunktes zwischengespeichert. Bei der gegenläufigen Bewegung
des Stators wird die Energie der Energiespeicherfeder wieder in
den Motor eingespeist. Die Feder trägt zu einer Wirkungsgradverbesserung
bei.
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Der
Stator selber umfasst mehrere Bauteile. Die Bauteile sind zueinander
statisch fix, sie können
aber alle gleich durch ihre feste Verbindung schwingen. Die Bauteile
legen eine synchrone Schwingbewegung vor. Zu diesen Bauteilen gehören Halterungen,
insbesondere Halteringe, die miteinander verspannbar sind, Magnetfelderzeuger
und geeignete Verbinder. Magnetfelderzeuger sind solche Bauteile,
die im Inneren des Stators ein Magnetfeld für den Rotor erzeugen. Verbinder
sind die Bauteile, die zwei weitere Bauteile miteinander mechanisch
fixieren. Bei einer Gleichstrommotorausführung können die Magnetfelderzeuger
permanent erregte Kugel- oder Zylindermagnete sein. Bei einer Wechselstromausführung des
Elektromotors sind die Magnetfelderzeuger in der Regel Wicklungen,
die auf Statorblechen liegen. Der gesamte Statorblock mit seiner
Masse führt
untereinander die gleiche Bewegung durch.
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Nach
einer Ausführungsform
wird die elektrische Energie des Rotors über Bürstenkontakte übergeben.
Die Bürsten
laufen zwischen zwei Statorhälften
und sind dort eingespannt. Zwischen den zwei Statorhälften machen
die Bürsten
eine umlaufende Kreisbewegung. Sie bewegen sich daher rotatorisch
in einer der schwingenden Parallelebenen zu der Schwingebene. Der
Antriebsstrom für
die Rotationsbewegung des Motors wird über die Bürsten geleitet.
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Nach
einem anderen Ausführungsbeispiel
kann die elektrische Energie auch außerhalb des inneren Statorraumes übergeben
werden. In diesem Falle stehen Kontaktübergaben aus dem Stator heraus.
Geeignete Kontaktübergaben
sind z. B. Schleifringe, Berührungskontaktgeber
oder auch Kohlen. Weil wenigstens zwei Polaritäten zu übergeben sind, umfasst die
Kontaktierungseinheit der Kontaktübergaben wenigstens zwei Kontaktgestänge. Aufgrund
der Schwingbewegung des Stators sind die Kontaktgestänge in einem
Ausführungsbeispiel
keine flexiblen Kabel, sondern mechanisch feste Gestänge. Die
Kontaktgestänge
sind drehbar gelagert. Sie umlaufen einen Kontaktstift, als Kontaktdorn
bezeichnet. Der Kontaktdorn ist ortsfest in einem Antriebsrahmen
platziert. Nach einem Ausführungsbeispiel
ist der Kontaktdorn rechtwinklig zur Zentralachse platziert.
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Die
Ausführungsform,
bei denen über
Bürsten
zwischen zwei Statorhälften
die elektrische Energie übergeben
wird, baut insgesamt kompakter als die Ausführungsbeispiele, bei denen
vom Stator abstehende Kontaktübergaben
vorhanden sind. Befindet sich der Elektromotor in einem größeren Antriebsrahmen,
so kann der vorhandene Bauraum genutzt werden, um eine stabilere
Kontaktübergabe
im Vergleich zur Bürstenübergabe
zu schaffen.
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Der
Start des Motors kann durch Fremdunterstützung erfolgen. Um die Schwingneigung
des Stators zu erhöhen,
kann am Antriebsrahmen ein Hilfsantriebsmotor platziert sein, der
die notwendige Startenergie für die
ersten Schwingbewegungen des Stators zur Verfügung stellen kann. Der Hilfsantriebsmotor
ist auf einer zum Rotor entfernteren Seite angeordnet. Beispielhaft
kann der Elektromotor an einer der Steuerwellen, der Energiespeicherfeder
oder einer Arbeitswelle angreifen. Weil der Hilfsantriebsmotor nur
die notwendige Starenergie zur Verfügung stellen soll, kann er
auch so klein ausgelegt werden, dass er nur die Startenergie für das Anschwingen
zur Verfügung
stellen kann. Als Hilfsmotoren dienen kleine Standardmotoren, wie
zum Beispiel auch Servomotoren.
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Für eine kleinere
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Motors
sind vorteilhaft permanent erregte Magnete verwendbar, insbesondere
Kugelmagnete, die einen möglichst
kleinen Luftspalt zwischen Stator und Rotor zulassen.
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Werden
die erfindungsgemäßen Elektromotoren
zu Elektroantrieben ausgebaut, so können die Steuerwellen über exzentrische
Antriebsmittel eine Arbeitskurbelwelle antreiben. Exzentrische Antriebsmittel
sind z. B. ein Pleuel. Die Bauteile Elektromotor, Steuerwelle und
Arbeitskurbelwelle sind in einer Antriebshalterung gelagert.
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Die
Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die
Ausführungsbeispiele
genommen wird, wobei die
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1 bis 5:
ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Elektromotors
darstellen;
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6 bis 9:
ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Antriebs darstellen;
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10 bis 13:
ein zweites Ausführungsbeispiel
eines Elektroantriebs darstellen:
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14 bis 17:
ein drittes Ausführungsbeispiel
eines Elektroantriebs darstellen; und
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18 bis 21:
ein viertes Ausführungsbeispiel
eines Elektroantriebs darstellen.
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Bauteile,
die ähnliche
Funktionen übernehmen,
sind je nach Ausführungsbeispiel
mit Bezugszeichen versehen worden, die um jeweils 200 höher zu dem
vorherigen Ausführungsbeispiel
nummeriert sind. Die Ausführungsbeispiele
werden jeweils gruppiert beschrieben, so dass alle Figuren, die
einem Ausführungsbeispiel zugerechnet
werden, ohne individuelle Bezugnahme beschrieben werden, weil sie
das gleiche Ausführungsbeispiel
aus verschiedenen Perspektiven unter teilweiser Vernachlässigung
einzelner konstruktiver Elemente zum leichteren Verständnis offenbaren.
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In
den 1 bis 5 zeigen die 1 den
erfindungsgemäßen Elektromotor
in Vorderansicht, 2 in Aufsicht, 3 in
Seitenansicht, 4 in perspektivischer Darstellung
und 5 im Schnitt. Es wird ein Elektromotor 1 ohne
außenliegenden
Antrieb dargestellt, wobei der Elektromotor 1 nach dem
Gleichstrommotorprinzip mit permanent erregten Magneten 31, 33 arbeitet.
Die Magnete 31, 33 haben die Form von Kugelmagneten,
die den Rotor 3 jeweils hälftig überdecken. Die Magnete 31, 33 sind
in Ringen gelagert, die als Läuferringe 81, 83 und
als außenliegender
Haltering 65 bzw. als erster und zweiter Haltering 67, 69 zu
bezeichnen sind. Radial von den Kugelmagneten 31, 33 nach
Außen
gehend folgen auf die ersten und zweiten Halteringe 67, 69 die
Läuferringe 81, 83 vor
dem äußeren Haltering 65.
Die Ringe 67, 69, 81, 83, 65 sind
aus Montagegründen
zweiteilig übereinander
liegend umlaufend aufgebaut, wobei mit versenkbaren Spannschrauben die
als Ober- und Unterteil dienenden Teilringe miteinander verspannt
werden. Die ineinander liegenden Ringe können zueinander kippbeweglich
in unterschiedliche Richtungen kreisend ausschwenken. Die Läuferringe 81, 83 rotieren
um die sich aus der Verlängerung
des Kontaktdorns 46 gedachte Achse. Außerhalb des äußeren Halterings 65,
axial abgehend, sind die Steuerwellen 9, 11 angeordnet,
die die Kraftübermittlung
von der innen liegenden Motorwelle 7 indirekt bewerkstelligen.
Die Verbinder 13, 15, die als schmale, längliche
Stege ausgestaltet sind, sind an ihren Enden mit einem der Halteringe 67, 69 und
dem äußeren Haltering 65 mechanisch
fest, z. B. durch Anschweißen,
verbunden. Die Kontaktierung mit der positiven und negativen Gleichspannung
erfolgt über
Kontaktgestänge 37, 39,
die mit ihren Kontaktkohlen 41, 43 an den Enden
die Kontaktringe 47, 49 eines Kontaktdorns 46 berühren, der
Teil des Fixiergestänges 21 ist.
Vorteilhaft befindet sich ein elektrischer Leiter innerhalb des
Kontaktgestänges 37, 39,
der von dem Kontaktgestänge
isoliert vorliegt. Das Fixiergestänge 21 überspannt
als Bogen, der auf einer Seite des Motors vorhanden ist, vorzugsweise
auf der Unterseite, stabilisierend den Motor. Der elektrische Strom
für den
Antrieb wird von den Kontaktgestängen 37, 39 über Motorkohlen 53, 55 auf
den Kommutator 35 der Motorwelle 7 geleitet, um
in den Wicklungen 59 ein elektrisches Feld um die Motorwelle 7 herum
aufzubauen. Die Wicklungen 59 liegen um die Motorwelle 7 verteilt
vor. Durch die über
den Umfang der Enden der Motorwelle 7 verteilten Lager 23, 25, 27 und 29 wird
die Rotationsmöglichkeit
der Motorwelle 7 eingeräumt.
In Anklang zu den klassischen Fachbegriffen des Elektromaschinenbaus
gilt als Rotor 3 das Trägermaterial
mit den Wicklungen 59, das im Motor rotiert. Als Stator 5 gelten
die Kugelmagnete 31, 33 mit ihren inneren Halteringen 67, 69.
Die Läuferringe 81, 83 erlauben
die Schwenkbewegungen zwischen den Ringen und die Rotation der Motorwelle 7 um
eine zu ihrer Längsachse senkrecht
stehende Achse herum, womit auch die Rotation des Stators 5 und
des Rotors 3 um diese Achse herum ermöglicht wird.
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Wenn
sich der Rotor 3 mit seiner Motorwelle 7 in gleichmäßige Rotationsbewegung
versetzt, treibt er die Magnete 31, 33 mit ihren
inneren Halteringen 67, 69 auf Grund von anziehenden
und abstoßenden
elektromagnetischen Kräften
in eine Schwingbewegung. Diese Schwingbewegung hat zum Beispiel
die doppelte Frequenz als die Rotationsbewegung des Rotors 3.
Werden die unterschiedlichen Bewegungen des Motors 1 betrachtet,
so sind vier überlagerte
Bewegungen zu erkennen. Der Rotor 3 dreht im Inneren des
Motors 1 kontinuierlich. Die inneren Halteringe 67, 69 und
der äußere Haltering 65 bewegen
sich durch die Verbinder 13, 15 zusammengeschlossen
gleichartig starr. Dazwischen bewegen sich die Läuferringe 81, 83 in
einer rotierenden Bewegung, die von der Rotordrehzahl abhängt. Der
Motor 1 macht hierdurch eine oszillierende, sinusartige
Bewegung wischerartig auf- und nieder. In den Extremitäten des
Motors 1 kippen die Steuerwellen 9, 11. Wobei
die Steuerwellen 9, 11 aber in Querrichtung als
Wellen zu betrachten sind, die eine oszillierende Bewegung vollführen.
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Die 6 bis 9 zeigen
in 6 eine Vorderansicht, in 7 eine Aufsicht,
in 8 eine Seitenansicht und in 9 einen
Schnitt, wie in 8 eingetragen, eines Antriebs 356.
In dem Ausführungsbeispiel der 6 bis 9 ist
ein ähnlicher
Motor, wie aus den 1 bis 5 bekannt,
in einer Antriebseinheit als Antrieb 356 dargestellt. Der
Elektromotor 200 hat ebenfalls einen Rotor 203 und
einen Stator 205. Die Kreisbewegung des Rotors 203 wirkt
auf die Motorwelle 207. Außen abgreifbar sind die rotierenden
Bewegungen der Steuerwellen 209, 211. Die Kippbewegung
der Steuerwellen 209, 211 werden über außermittig
verlaufende Übertragungsmittel
wie Pleuelstangen 336, 338 auf eine Arbeitskurbelwelle 352 übertragen.
Der Elektromotor 200 mit seinen Arbeitsübertragungsgegenständen befindet
sich in einer Antriebshalterung 358. Die an der Arbeitskurbelwelle 352 vorhandene
Schwungmasse 354 verbessert den Gleichlauf der Arbeitskurbelwelle 352 der
ungleichmäßig impulsbehafteten
Krafteinlenkungen über
die Pleuel 336, 338. Jeder Pleuel 336, 338 ist
jeweils über
zwei Stellringe 344, 346, 348, 350 mit
entsprechenden Madenschrauben an der Arbeitskurbelwelle 352 befestigt.
An einer der beiden Steuerwellen 209, 211 ist
eine Feder 291 befestigt, die eine Torsionsfeder als Spiralfederausführung darstellt.
Die Torsionsfeder fördert
energetisch gesehen die Umwandlung zwischen potenzieller und kinetischer
Energie der Läuferringe 281, 283.
Ein Hilfsantriebsmotor 318, der in einer Hilfsmotorhalterung 320 befestigt
ist, wirkt über
eine Radialscheibe 328 und ein entsprechendes Schubgestänge 330 auf
die Feder 291 ein, um die Startenergie für den Elektromotor 200 aufzubringen.
Die Pleuel 336, 338 greifen abgewandt von der
Arbeitskurbelwelle 352 an den Steuerwellen 209, 211 über Quergestänge 324, 326 an.
Zwischen den Steuerwellen 209, 211 und den Quergestängen 324, 326 sind
noch die Auslenker 304, 306, 308, 310 vorhanden,
damit die Pleuel 336, 338 außerhalb der Rotationsachse
b eine Auf-/Niederbewegung zurücklegen
können
und regen somit die Arbeitskurbelwelle 352 zu einer rotatorische
Bewegung an. Die Rotationsachse b kippt, während die Schwingebene A in
der Neutrallage des Motors 200 immer wieder von den Läuferringen 281, 283 durchschritten
wird. Für
die nähere
Darstellung des Elektromotors 200 sei auf die Beschreibung
des Elektromotors 1 verwiesen, wobei einige anwendungsspezifische
Eigenheiten angesprochen seien. Die Lager 223, 225, 227, 229 bilden
zusammen zwei Lager, in denen die Motorwelle 207 zwischen
den Läuferringen 281, 283 anordnenbar
ist. Zwischen den Lagern 223, 225, 227, 229 sind
die Motorkohlen 253, 255 vorhanden, die den elektrischen
Strom auf den Kommutator 235 der Motorwelle 207 geben,
wobei der elektrische Strom an die Motorkohlen 253, 255 über die
Kontaktgestänge 237, 239 und
den Kontaktkohlen 241, 243 von dem Kontaktdorn
herstammen. Im Falle von Leitungen innerhalb des Kontaktgestänges 237, 239 erfolgt die
Weiterleitung des elektrischen Stroms über die Kabel. Die Kontaktkohlen 241, 243 schleifen
an den Kontaktringen 247, 249 vorbei. Aufgrund
der Form der Wicklungen 259 des Rotors 203 und
den Magneten 231, 233 wird von einem Kugelmagnetmotor
gesprochen. Die flexible Lagerung zwischen den Läuferringen 281, 283,
dem Stator 205 und dem Rotor 203 wird durch die
Ineinanderschachtelung eines äußeren Halterings 265, wenigstens
zweier Halteringe 267, 269 und den dazwischen
liegenden Läuferringen 281, 283 ermöglicht.
Einseitig vorhanden ist ein Fixiergestänge 221, das von dem äußeren Haltering 265 getragen
wird. Das Kontaktgestänge 237, 239 hängt an einem
der Läuferringe 281, 283.
Ein weiteres Stabilisierungselement ist ein Verbinder, von dem wenigstens
zwei vorhanden sind (213, 215). Das Wippgestänge 316 trägt zur besseren
Funktionsfähigkeit
der Torsionsfeder 291 bei. Im Betrieb erlaubt das Wippgestänge 316 das
Spannen und Entspannen der Torsionsfeder 291. Beim Start
fördert
das Wippgestänge 316 das
Spannen- und Entspannen der Torsionsfeder 291 und bringt
so eine der Steuerwellen 209, 211 in eine Kippbewegung.
Dadurch wird der Motor 200 zum Schwingen angeregt. Einmal
gestartet, z. B. über
einen Hilfsantrieb in Form eines Hilfsantriebsmotors 318,
der elektrisch, hydraulisch oder mechanisch sein kann, läuft der
angestoßene
Motor, gut versorgt über das
Kontaktgestänge 237,
kontinuierlich rund.
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Die 10 bis 13 zeigen
in 10 eine Vorderansicht, in 11 eine
perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung, in 12 eine
Aufsicht und in 13 eine perspektivische Darstellung
eines erfindungsgemäßen Elektromotors 400.
In den 10 bis 13 ist
ein etwas anderes Motorenprinzip eines Elektromotors 400 zu
sehen, bei dem unter anderem in der Antriebshalterung 558 die
Lagen des Elektromotors 400 und der Arbeitskurbelwelle 552 miteinander
getauscht worden sind. Über
Auslenker 504, 506, 508 510 und
wenigstens zwei Pleuel 536, 538, wobei aber erfindungsgemäß auch nur
einer der Pleuel 536, 538 ausreichend wäre, wird
die Auf- und Niederbewegung der Steuerwellen 409, 411 auf
die Arbeitskurbelwelle 552 übertragen, die dadurch in eine
Rotation übergeht,
damit ein Antrieb 556 entsteht. Zwischen Federspannern 560, 562, 564, 566 liegen
beidseitig zu den Steuerwellen 409, 411 an ihren
Außenseiten
zwei Federn 491, 493. Die Federn tragen zu einer
kontinuierlichen Energieumwandlung des Antriebssystems 556 bei.
Der Rotor 403 mit seiner Wicklung 459 zusammen
mit den Magneten 431, 433 hat eine kugelige Form,
so dass von einem Kugelmotor gesprochen werden kann. Die Motorwelle 407 liegt
zwischen den Lagern 423, 425, 427. Es
wird darauf hingewiesen, dass bei der erfindungsgemäßen Konstruktion
der 10–13 vorteilhafterweise
zur Lagerung der Motorwelle drei Lager, 423, 425 und 427,
ausreichend sind. Zwischen dem inneren Haltering 467, 469 und
dem äußeren Haltering 465 ist
eine Anzahl Verbinder 413, 415 vorhanden, um den
kippenden Gleichlauf der Steuerwellen 409, 411 zu
ermöglichen. Ähnlich wie
zuvor beschrieben wird der elektrische Kontakt zum Rotor 403 zwischen
den bewegenden Teilen über
Kontaktkohlen 441, 443, Kontaktringe 447, 449 und Motorkohlen 453, 455 hergestellt.
Die Kontaktierung erfolgt gleitend gelagert an einem Fixierbogen 422 bzw. einem
Fixiergestänge 421.
Der Hilfsantriebsmotor 518 in seiner Hilfsantriebsmotorhalterung 520,
der über
ein Anpressgestänge 522 an
einer ersten Kupplungsplatte 532 anliegt, greift im Startmoment
auf eine weitere Kupplungsplatte 534. Hierbei helfen spannend
weitere Federn 495, 497. Im Stator 405 rotiert
ein Abschnitt der Motorwelle 407. Die Schwingbewegung wird
von dem Läufer,
bestehend aus mehreren Läuferringen 481, 483, ermöglicht.
Die Magnete 431, 433 oder ersatzweise einer der
Halteringe 465, 467, 469 oder der Läuferringe 481, 483 sind
reihum mit gleichmäßig beabstandeten
Luftaustauschlöchern 430 zur
Kühlung
des gegenüber dem
Ausführungsbeispiel
der vorhergehenden 6 bis 9 größer aufgebauten
und daher mit mehr elektrischer Energie zu versorgenden Elektromotors 400 ausgestattet.
Vorteilhaft sind die Luftaustauschlöcher 430 selbst bei
kleineren Ausführungsformen,
damit ein Luftaustausch zwischen dem ansonsten gekapselten Inneren
der Elektromotors 400 und der Umgebung ermöglicht wird.
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Die 14 bis 17 zeigen
in 14 eine Vorderansicht, in 15 eine
Aufsicht, in 16 eine Schnittansicht und in 17 eine
perspektivische Ansicht eines Elektromotors 600. In dem
Ausführungsbeispiel
der 14 bis 17 ist
der Elektromotor 600 nicht mehr aufgrund des Rotors 603 mit
seiner Wicklung 659 und der Bauform des Stators 605 mit
den Magneten 631, 633 als klassischer Kugelrotormotor
zu bezeichnen, sondern er hat eher eine tonnenförmige Rotorform innerhalb eines
Stators 605 mit Zylindermagneten 631, 633.
Das größere Drehmoment
wird gegenüber
den zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen über vier
Pleuel 736, 738, 740, 742 auf
die Arbeitskurbelwelle 752 übertragen, die in der Antriebshalterung 758 liegt,
um einen Antrieb 756 zu bilden. Das hilfsmotorische Prinzip
des Hilfsantriebsmotors 718 innerhalb der Hilfsmotorhalterung 720 ist über das
Anpressgestänge 722 und
den beiden Kupplungsplatten 732, 734 sowie den
beiden Federn 695, 697 mit dem Ausführungsbeispiel
nach den 10 bis 13 vergleichbar.
Aufgrund der größeren Anzahl
der Pleuel 736, 738, 740, 742 bedarf
es doppelt so vieler Auslenker 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711.
Die pentagonal geformte Halterung 663, die die eine Hälfte der
Halterung zusammen mit der gleichartigen Halterung 664 bildet,
greift einseitig jeweils an der Steuerwelle 609, 611 an
und bietet gleichzeitig Aussparungen für Lager, in Form von Axiallagern 623, 625.
Die Lager 623, 625 fixieren die Läuferringe 681, 683. An
den Läuferringen 681, 683 ist
die Motorwelle 607 gelagert. Aufgrund dessen können sich
die Läuferringe 681, 683 zusammen
mit der Motorwelle 607 um die vertikale Symmetrieachse
des Motors drehen. Aufgrund der elektromagnetischen Leitfähigkeit
des gewählten
Materials der Halterung 663, 664 sind Isolierungen
innenseitig zwischen Halterungen 663, 664 und
Kontaktringen 649, 647 einzulegen. In einer Ebene
rotierend, durch die Isolierungen 638, 640 abgekoppelt,
kann die elektrische Energie über
Kontaktkohlen 641, 643 und Kontaktringe 647, 649,
sowie Motorkohlen 653, 655 an die Wicklungen 659 des
Rotors 603 übergeben
werden. Die Verbindungskabel 673, 674 übertragen
den Strom auf die Kontaktringe 647, 649; von den
Kontaktringen 647, 649 wird über Kontaktkohlen an Verbindungskabel
der Strom abgegeben. Die Verbindungskabel enden bei den Motorkohlen 653, 655.
Die Motorkohlen 653, 655 können bekannterweise, so wie
Kohlen häufig,
in Halterungen platziert sein. Über
die Motorkohlen 653, 655 wird der Strom weiter
auf den Kommutator 635 übertragen.
Die beidseitig zu den Steuerwellen 607, 609 vorhandenen
Federn 691, 693 mit ihren Federarretierungen 700, 702 fördern das
gleichmäßige Schwingen
der Läuferringe 681, 683.
Die Schwingebene A und die Rotationsachse b sind ähnlich wie
in den 10 bis 13 in
die Verlängerung
der Motorwelle 607 bzw. dem Schwingungsdurchgangspunkt
der Läuferringe 681, 683 einzuzeichnen.
Sie stellen virtuelle Bezugsgrößen für ein leichteres
Verständnis
dar. Die Lager 623, 625 ermöglichen das Rotieren der Läuferringe 681, 683,
die die Motorwelle 607 mit Rotor 603 und Wicklungen 659 führen.
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Die 18 bis 21 zeigen
in 18 in Vorderansicht, in 19 in
Aufsicht, in 20 im Schnitt und in 21 in
perspektivischer Darstellung ein weiteres Beispiel eines Elektromotors 800 nach
einem Wechselstromprinzip, dessen Rotor 803 zusammen mit
dem Stator 805 mit einem Drei-Phasen-System arbeitet. Aus diesem
Grund müssen
die Kontaktkohlen 841, 843, 845 und die
Kontaktringe 847, 849, 851 ebenfalls
dreifach vorhanden sein, damit die Wicklungen 859 auf den
Statorblechen 857 ein dreiphasiges Wechselfeld aufbauen können. Aufgrund
fehlender Magnete muss ersatzweise ein Motorgehäuse 861 zum Abschirmen
gegenüber der
Umwelt gewählt
werden, vorzugsweise elektrisch leitend. Natürlich sind auch die Verbindungskabel 871, 873, 875 dreiphasig
vorhanden. Der Motor 800 kann als klassischer Synchronmotor
verstanden werden, der zwischen einem Fixiergestänge 821 liegt. Der
Rotor 803 treibt die Motorwelle 807 an. Eine Torsionsfeder 891 an
einer der beiden Steuerwellen 809, 811 fördert die
energetische Umladung, während
zwei weitere Federn 893, 895 die Funktionstüchtigkeit
des Hilfsantriebs über
den Hilfsantriebsmotor 918, befestigt am Antrieb 956 über die
Hilfsmotorhalterung 920, fördern. Zwei Pleuel 936, 938,
die an Auslenker 904, 906 befestigt sind, stellen
die Verbindung zwischen den Steuerwellen 809, 811 und
den Arbeitskurbelwellen bzw. der Arbeitskurbelwelle 952 her.
Die Verbindungskabel 871, 873, 875 sind
am Fixiergestänge 821 angeschlossen,
das einen Fixpunkt der drehenden und schwingenden Elemente des Elektromotors 800 bietet,
damit kein Knoten oder Verdrehen in den Kabeln erzeugt wird. Die
Motorwelle 807 reicht bis zu den Lagern 823, 825.
Außerhalb
der Lager sind die Läuferplatten 877, 879 als
flache ausgestreckte Elemente vorhanden. Die Auslenker 904, 906 und
die Pleuel 936, 938 sind über Kugelköpfe 912, 914 miteinander
verbunden. Auf der einen Seite des Hilfsantriebsmotors 918 ist
ein Anpressgestänge 922,
während
auf der anderen Seite eine Reibkupplung über zwei Kupplungsplatten 934, 934 ermöglicht wird.
Der Hilfsantriebsmotor 920 leitet seine Kraft beim Starten
auf die Arbeitskurbelwelle 952. Läuft der Elektromotor nach dem
Start selbsttätig,
wird der Hilfsantriebsmotor 918 über die Kupplungsplatten 932, 934 entkoppelt.
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Zusammenfassend
sind einige Aspekte der vorliegenden Erfindung wie folgt hervorzuheben.
Der neuartig erfindungsgemäße Motor
operiert mit deutlich mehr beweglichen Teilen, wobei kein ortsfester
Stator mehr vorhanden ist, sondern die Bauteile, die die Statorfunktion übernehmen,
auch noch eine Kippbewegung durchführen. Die Steuerwellen arbeiten
entkoppelt, sie haben Anbindungen über Verbindungselemente, wie
z. B. mechanisch feste Verbinder. Zur Wirkungsgradsteigerung sind
Torsions- oder Spannfedern vorgesehen. Die Übertragung auf eine Arbeitswelle
ist rein exemplarisch zu verstehen, so ist genauso vorstellbar,
dass eine oder mehrere Steuerwellen direkt genutzt werden, ohne
Zwischenschaltung von Pleuel. Aufgrund der ineinander eingreifenden
Bewegungen, rotatorisch, schwingend und wieder rotatorisch, muss über Kontaktabgriffselemente
eine elektrische Kontaktgabe ermöglicht
werden.
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Auch
wenn nur einzelne Ausführungsbeispiele
aus der mannigfaltig vorhandenen Motortypenwelt vorgestellt worden
sind, ist das erfinderische Prinzip auch auf andere Motortypen,
so z. B. Asynchronmaschinen, Reihenschlussmaschinen, Reluktanzmaschinen
oder geeignete Mischformen ebenfalls übertragbar.
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