DE102006031750A1 - Elektromotor-Generator als Ringläufer in Sandwichbauform - Google Patents

Abstract

Ein Elektromotor wird für eine bestimmte Leistung und Drehmoment hergestellt. Dabei ist es von Nachteil, dass bei einer Änderung der obigen Eigenschaften der komplette Motor oder sogar die gesamte Antriebseinheit gewechselt werden muss. Durch die hier konstruktionsbedingte Anordnung von Spule und Läufer soll ein höherer Wirkungsgrad und das maximale Drehmoment im gesamten Drehzahlbereich erreicht werden. Ein Ring, der als Läufer dient, ist abwechselnd aus magnetischen und nicht magnetischen Segmenten zusammengefügt. Die Spulen werden in Reihenfolge bestromt und die Segmente abwechselnd in den Spulenkörper, wo der magnetische Fluss am höchsten ist, hineingezogen. Der Ring erfährt hierbei eine Drehbewegung mit maximalem Drehmoment. Zur Leistungssteigerung kann ein zweiter Motor angeflanscht werden. Aufgrund des hohen Drehmoments und der flachen und leichten Bauweise kann er im Fahrzeugbau direkt in die Antriebsräder integriert werden. Dabei entfallen Getriebe und weitere Antriebskomponenten. Die Generatorwirkung, durch Einsatz von Dauermagneten, unterstützt beim Bremsen und liefert Energie zurück ins System. Der Aufbau bei Positionierungsanwendungen kann aufgrund der Bauform platzsparend neu gestaltet werden. Wegen des erheblich leichteren Läufers ist ein Geschwindigkeitszuwachs der Stelländerung denkbar. Aufgrund der weit außen liegenden Spulen ist ein sehr hohes Haltemoment zu erzielen, das bei diesen Anwendungen eine erhebliche Rolle spielt. Sehr interessant ist ...

Description

• Für die Umwandlung elektrischer Energie in Bewegungsenergie werden Elektromotore verwendet. Dabei zählen Gleich- Wechsel- und Drehstrommotor sowie Servo- und Schrittmotor zu den Bekanntesten.
• Für die Rückwandlung der Energieform werden Generatoren verwendet. Sie haben einen ähnlichen Aufbau wie ein Elektromotor. Ob Elektromotor oder Elektrogenerator, beide sind elektrische Maschinen, und in beiden finden gleiche physikalische Prozesse statt. Somit gibt es auch Anwendungen, die beide oben genannten Eigenschaften in einer Maschine vereinen. Aus konstruktiver sicht ist es oftmals nicht einfach, den geeigneten Motor zu wählen, wobei auch die Kosten mitberücksichtigt werden müssen. Hierbei währe ein höheres Drehmoment, mehr Energieübertragung, leichtere und kostengünstigere Bauweise wünschenswert. Es ist bekannt, dass je mehr Drehmoment und Leistung gefordert wird, desto größer muss die Maschine in Durchmesser und Baulänge werden. Des Weiteren ist bekannt, dass das Drehmoment je nach Motortyp stark Drehzahlabhängig ist und in der Antriebstechnik eine große Rolle spielt. Nicht selten muss ein Motor leistungsmäßig überdimensioniert werden, um ein gefordertes Drehmoment zu erreichen, der dann im weiteren Betrieb mit einem niedrigen Wirkungsgrad und hohen Energieverlusten weiterläuft. Bei einer Leistungssteigerung muss der Motor oder sogar die gesamte Antriebskonstruktion gewechselt werden.
• Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, konstruktive Vielfalt zu vereinen sowie eine leichte und kostengünstige Leistungsanpassung sowie Herstellung zu ermöglichen. Im Weiteren eine effizientere Ausnutzung der Energiewandlung, des höheren Drehmoments und der Bereitstellung des vollen Drehmoments in allen Drehzahlbereichen.
• Diese Probleme werden durch die Sandwichbauweise, bessere Ausnutzung des magnetischen Flusses sowie durch den im Durchmesser größeren Läufer und der Anordnung der Läufersegmente und Spulen im Patentanspruch 1 realisiert, wobei je nach Leistungsbedarf ein weiterer Ringläufer an den Vorhandenen angeflanscht wird.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bezüglich der Konstruktion bestehen darin, dass der Ringläufer das bei vielen Anwendungen gebräuchlichen Getriebe schon beinhaltet.
• Dadurch gibt es dem Konstrukteur neuen Handlungsspielraum bezüglich der Größe und Gestaltung der Gesamtapparatur. Der Ringläufer ist einfach aufgebaut und ermöglicht so eine kostengünstige Herstellung und Leistungsanpassung. Ein weiterer positiver Nebeneffekt der Sandwichbauweise sind die niedrigen Lager- und Transportkosten.
• Aufgrund des größeren Durchmessers des Läufers hat der Ringläufer ein höheres Drehmoment als Motoren gleicher Baugröße. Des Weiteren werden die Segmente des Ringes mit dem vollen magnetischen Fluss der Spulen beaufschlagt, wodurch ein größerer Wirkungsgrad erzielt wird. Durch die Art wie der Läufer in Drehbewegung versetzt wird, steht das volle Drehmoment bei gleicher Leistung im gesamten Drehzahlbereich zur Verfügung.
• Die Erfindung erlaubt auch die Vielzahl der verschiedenen Motortypen abzudecken. So kann der Ringläufer mit gesteuertem Gleichstrom, Wechsel- oder Drehstrom betrieben werden. Er kann im Servo- oder Schrittbetrieb arbeiten und durch Auswechseln der Segmente durch Dauermagnete im Motor- und Generatorbetrieb laufen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen (1, 2) dargestellt und wird im Folgenden beschrieben. Die weiteren Zeichnungen in dreidimensionaler Ansicht (3, 4, 5) dienen nur dem besseren Verständnis und der weiteren Ausgestaltung.
• Es zeigen
• 1 Das Gehäuse, das im Wesentlichen aus Grund (1) – und Deckplatte (1) besteht. Darauf drei um 120° versetzten Spulenträger (2) aus magnetischem Werkstoff, unterteilt in je drei Kammern um einen hohen magnetischen Fluss je Spule (4) zu gewähren. In den Spulenträgern sind neun einzelne gleichwertige Spulen (4.1 = 4.2 = 4.3) eingesetzt. Zwischen den Spulenträgern sitzen Stützräder (3), um den Läufer zu fixieren.
• 2 Der Läufer (5), der einerseits aus Segmenten (5.1) von magnetischem Werkstoff mit gleicher Baulänge wie die Spulen (4), andererseits aus nicht-magnetischen Segmenten (5.2) mit halber Länge der Spulen (4) zusammengesetzt ist, besitzt einen Querschnitt (B-B), welcher dem inneren Querschnitt der Spule (4) so angepasst ist, dass sich der Läufer in Längsrichtung frei bewegen kann, wobei auf minimalsten Abstand geachtet werden muss.
• Dabei sind die magnetischen Segmente (5) so angeordnet dass sie deckungsgleich mit den ersten Spulen (4.1, 4.2, 4.3) einer Spulengruppe sind.
• Die mechanische Kopplung mit den Zahnrädern (6) dient dazu die Bewegungsenergie des Ringläufers abzugreifen.
• 3 Eine dreidimensionale Darstellung über die Anordnung der Segmente, Spulen und Kopplung in offener Bauweise.
• 4 Eine dreidimensionale Darstellung mit geschlossenen Spulen.
• 5 Eine dreidimensionale Darstellung mit Grund und Deckplatte.

Claims (1)

1. Ringläufer in Sandwichbauform bestehend aus einem Gehäuse 1.1 aus Grund- und Deckplatte (1) 1.1.1 die Planparallel zusammen stehen 1.1.2 auf denen jeweils halbe Spulenträger (2) im selben Abstand kreisförmig angebracht sind 1.1.2.1 von denen jeder Spulenträger (2) je nach Bedarf aus mehreren Kammern besteht 1.1.2.2 die aus magnetischem Werkstoff hergestellt sind 1.1.2.3 die mehrere elektromagnetische Spulen (4) in den Spulenträgern (2) tragen 1.1.2.3.1 deren magnetische Durchflutungsrichtung so angeordnet ist, dass sie im Gesamtbild kreisförmig verläuft 1.1.2.3.2 die angeordnet zur gleichen Anzahl an Spulen (4) je Träger (2) sind 1.2.2.3.3 deren innerer Querschnitt den in Patentanspruch 2 beschriebenen Läufer (5) angepasst ist 1.1.2.3.4 die abwechselnd vom Strom durchflossen die magnetischen Segmente (5.1) des in Patentanspruchs 2 beschriebenen Läufers (5) anziehen 1.1.2.4 und sich zwischen ihnen eine Stützeinrichtung (3) befindet die den in Patentanspruch 2 beschriebenen Läufer (5) zentriert 1.2 und einem Läufer (5) 1.2.1 in Ringausführung 1.2.1.1 der aus mehreren Segmenten (5.1/5.2) zusammengesetzt ist, 1.2.1.1.1 bestehend abwechselnd aus magnetischem Werkstoff (5.1) 1.2.1.1.2 der die gleiche Baulänge wie eine Spule (4) in Patentanspruch 1 hat 1.2.1.1.3 und nicht magnetischem Werkstoff (5.2) 1.2.1.1.4 der die halbe Baulänge wie eine Spule (4) in Patentanspruch 1 hat 1.2.1.1.5 und welche so angeordnet sind, dass jeweils ein magnetisches Segment (5.1) deckungsgleich mit jeweils der ersten am Umfang bestimmenden Spule (4.1) einer Spulengruppe ist 1.2.1.2 dessen Querschnittsfläche (Schnitt B-B) eine beliebige Form oder beliebiges Profil haben kann und der inneren Querschnittsfläche der Spule so angepasst ist, das der Läufer (5) sich frei bewegen kann, wobei der Abstand zur Spule (4) möglichst gering gehalten werden muss. 1.2.1.3 der am Umfang eine Verzahnung oder ähnliches zum Abgeben der Bewegungsenergie aufweist 1.3 und einer mechanischen Kopplung welche 1.3.1 über Räder (6) zwischen den in Patentanspruch 1 beschriebenen Spulenträgern die Drehbewegung des Läufers (5) abgreift. wobei die Merkmale 1, 1.1, 1.2, 1.3 den Oberbegriff, die übrigen Merkmale den kennzeichnenden Teil bilden.