DE102006037249A1

DE102006037249A1 - Elektromagnetischer Antrieb

Info

Publication number: DE102006037249A1
Application number: DE200610037249
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Luecke Heidrun De
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-02-14

Abstract

Elektromagnetischer Antrieb für drehende Bewegungen, der die Vorschubkraft nach dem Prinzip eines Elektromagneten als Anziehungskraft zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Weicheisenteilen erzeugt, welche als Stator und Rotor fungieren, wobei der Stator von Spulen elektrisch erregt und der Rotor elektrisch passiv ist, wobei beide Weicheisenteile periodische Strukturen in Form von Polteilungen aufweisen und die Pole in einer Folge erregt werden, daß sich eine kontinuierliche Kraft in gewünschter Drehrichtung (rechts/links) entwickelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) mehr als ein mit Magnetfeld (6) versehenes Schwungelement (5) aufweist, welche axial um den Abstand (x) und radial um den Teilungswinkel (α) versetzt sowie drehfest auf einer Triebwelle (4) angeordnet sind und in jeder Laufebene (9) der Schwungelemente (5) getrennt durch einen Luftspalt, ein zuschaltbares Magnetfeld (2) im Stator (1) vorhanden ist, welches mit dem zugeordneten Magnetfeld (6) des Rotors (3) kontaktiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antrieb für drehende Bewegungen, der die Vorschubkraft nach dem Prinzip eines Elektromagneten als Anziehungskraft zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Eisenteilen/Weicheisenteilen erzeugt, welche als Stator und Rotor fungieren.
Der Stator wird hierbei von Spulen bzw. Spulenpaaren elektrisch erregt, während der Rotor elektrisch passiv ist und beide Weicheisenteile periodische Strukturen in Form von Polteilungen aufweisen. Genannte Pole werden in einer Folge erregt, daß sich eine kontinuierliche Kraft in der gewünschten Drehrichtung (rechts/links) entwickelt.
Anwendung finden derartige elektromagnetische Antriebe für stationäre aber auch mobile Antriebslösungen, die einen großen Drehzahlbereich und hohe Drehmomente zu realisieren haben, sowie als rotierender Direktantrieb ohne mechanische Getriebe einsetzbar sind.
Bekannt ist ein elektromagnetischer Gleichstromantrieb mit periodisch gegeneinander versetzter Doppelpolanordnung ( DE 195 00 095 ) zur Erzeugung rotierender oder linearer Bewegungen.
Die Vorschubkraft des Läufers gemäß dem elektromagnetischen Prinzip wird hierbei als Anziehungskraft zwischen Stator und Läufer erzeugt.
Ein Teil, nämlich der aus Weicheisen bestehende Stator, wird durch Spulen elektrisch erregt, während der aus dem gleichen Werkstoff bestehende Läufer/Rotor elektrisch passiv ist.
Beide Teile dieses Antriebes, also Stator und Läufer, besitzen periodische Polteilungen, deren Pole in bestimmter Folge durch eine elektronische Schaltung erregt werden, um eine kontinuierliche Antriebskraft für den Läufer in der gewünschten Richtung (rechts/links) zu sichern.
Aufgabe der Erfindung mit der Schaffung eines elektromagnetischen Antriebes für drehende Bewegungen stationärer oder mobiler Antriebsfälle, dessen Vorschubkraft nach dem elektromagnetischen Prinzip als Anziehungskraft zwischen zwei relativ zueinander beweglichen als Stator und Rotor fungierenden Teilen/Eisenteilen erzeugt werden soll, wobei die Vorschubkraft des Rotors durch zyklisches Weiterschalten des elektrischen Stromes erfolgt.
Durch diese sog. Kommutierung, sowie die Ausbildung des Rotors als unwuchtfreies Schwungelement, soll ein effektiver Einsatz von elektrischer Antriebsenergie eine wesentliche Erhöhung der Energie am Rotor und folglich ein optimales Drehmoment realisiert werden.
Aufgrund möglicher Veränderung des zyklisch zugeführten Stromes können Drehzahl bzw. Geschwindigkeit des Rotors bestimmt werden, wobei durch Umpolung des Stromes in einfacher Weise die Bewegungsrichtung/Drehrichtung des Rotors umkehrbar sein soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des vorliegenden Hauptanspruches gelöst, wobei die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des im Hauptanspruch aufgeführten elektromagnetischen Antriebes ermöglichen.
Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher dargestellt und beschrieben, wobei die Zeichnungen in vereinfachter Form folgendes prinzipiell zeigen:
1 die Vorderansicht eines elektromagnetischen Antriebes als Prinzipdarstellung.
2 die Seitenansicht des Antriebes gemäß 1 als Schnittdarstellung in Ebene A-A.
3 ein Schwungelement des Rotors auf der Triebwelle in Seitenansicht.
4 den Querschnitt des Schwungelementes gemäß 3
5 in Ebene B-B.
Der gezeigte elektromagnetische Antrieb ist als rotierender Direktantrieb ausgebildet und besitzt einen Stator (1) mit innerem ringförmigen Magnetfeld (2) und einem koaxial darin angeordneten und als Läufer ausgebildeten drehbar gelagerten Rotor (3).
Genannter Rotor (3) besteht aus Triebwelle (4) mit mehreren fest auf dieser angeordneten und axial in Drehrichtung versetzten Schwungelementen (5).
Jedes Schwungelement (5) ist peripher über seinen gesamten Bogenbereich mit einem Magnetfeld (6) versehen, welches aus magnetischem Werkstoff besteht und mit dem Magnetfeld (2) des Stators (1) direkt kooperiert.
Gemäß Ausführungsbeispiel (siehe 2) sind drei um jeweils 120° versetzte Schwungelemente (5a)(5b)(5c) auf der Triebwelle (4) angeordnet, die jeweils mit Luftspaltabstand in separaten ringförmigen Magnetfeldern (2a)(2b)(2c) des Stators (1) laufen.
Eine andere Anzahl von Schwungelementen (5) auf der Triebwelle (4) und damit eine veränderte Größe eines Teilungswinkels (α) für den radialen Versatz der Schwungelemente (5) ist anwendungsbedingt möglich und gewünscht, wobei stets ein exakter Unwuchtausgleich des Rotor (3) zu sichern ist.
Die genannten Schwungelemente (5a, 5b, 5c) dienen der optimalen Energieerzeugung an der Triebwelle (4), der Energieerhöhung durch rotierende Schwungmassen und vermeiden durch ihre spezielle radial versetzte Anordnung auf genannter Triebwelle (4) eine nachteilig wirkende Unwucht des Rotors (3).
Das Magnetfeld (2) des Stators (1) wird im Ausführungsbeispiel durch nicht näher dargestellte elektrisch angeregte Spulen bzw. Spulenpaare realisiert, welche mit dem jeweils zugeordneten Magnetfeld (6a, 6b, 6c) der Schwungelemente (5a, 5b, 5c) kommutieren und somit deren Rotation und der mit ihnen drehfest verbundenen Triebwelle (4) sichert.
Die Magnetfelder (2a, 2b, 2c) des Stators (1) werden segmentartig mit elektrischem Strom versorgt, wobei durch zyklisches Weiterschalten des Stromes – Kommutierung genannt – nur bestimmte Spulen bzw. Spulenpaare des Stators (1) angeregt werden und daher jedes der genannten Magnetfelder (2a, 2b, 2c) um jeweils dem Teilungswinkel (α) entsprechenden (120°) versetzt und nacheinander zugeschaltet werden.
Der hiermit realisierte Phasenantrieb zwischen den Magnetfeldern (2a, 2b, 2c) des Stators (1) und dem jeweils zugeordneten Magnetfeld (6a, 6b, 6c) des Schwungelementes (5a, 5b, 5c) unterbindet die permamente Stromversorgung jedes Magnetfeldes (2a, 2b, 2c) und sichert damit einen effektiven Energieeinsatz zum Betätigen des elektromagnetischen Antriebes, d.h. zur Realisierung optimaler Drehmomente an der Triebwelle (4).
Die Zuführung der elektrischen Antriebsenergie zu den Magnetfeldern (2a, 2b, 2c) des Stators (1) erfolgt durch elektronische Zu und Abschaltung einer als Energiezuführeinheit ausgebildeten Stromquelle, wodurch die angesprochene Kommutierung des Antriebes erfolgt.
Über Sensoren, welche mit Informationen über die jeweilige Position der Schwungelemente (5a, 5b, 5c) des Rotors (3) innerhalb der Magnetfelder (2a, 2b, 2c) des Stators (1) versorgt bzw. gespeist werden, erfolgt die Ansteuerung einer als Impulsgeber fungierenden Leistungssteuereinheit, welche für die Zuschaltung bzw. Abschaltung der Stromquelle verantwortlich zeichnen.
Die Schwungelemente (5a, 5b, 5c) sind als scheibenförmige Segmente ausgebildet, mit gleichem axialen Abstand (x) in je einer Laufebene (9) auf der Triebwelle (4) angeordnet und mittels Verschraubung (7) sowie Mitnahmefeder (8) drehfest, d.h. kraft und formschlüssig mit der Triebwelle (4) verbunden.
Alle als Segment ausgebildeten Schwungelemente (5a, 5b, 5c) besitzen aus Gründen der Unwuchtvermeidung die exakt gleiche Schwungmasse.
Die Größe des Teilungswinkel (α) für die Schwungelemente (5) ergibt sich als Quotient eines Vollkreises von (360°) und der Anzahl (ϟ) genannter Schwungelemente (5), im Ausführungsbeispiel somit bei drei Schwungelementen (5a, 5b, 5c) ein Teilungswinkel (α) von (120°).
Durch Teilung, gemäß Ausführungsbeispiel des Radius auf (120°) werden (33%) Strom verbraucht.
Bei Teilung des Radius auf (90°) werden (25%) Strom benötigt, wobei Kraftverlust nicht zu erwarten ist, da Hebel im (90°) Winkel bleibt.
Bei Teilung des Radius auf (45°) d.h. bei Verwendung von acht Schwungelementen (5) werden (12,5%) Strom verbraucht. Ab drei Schwungelemente (5) wird Antrieb zur Turbine.
Die Anordnung der Schwungelemente (5) erfolgt spiralförmig auf Triebwelle (4).
Bei Teilung des Radius auf (45°) sind (315°) des Magnetfeldes (2) ohne Stromversorgung.
Schwungelement mit (45°) Teilung wird bei einer Upm. acht mal mit Strom versorgt bzw. durch Sensoren und Impulsgeber abgestellt.
Die Umpolung des Stromes, d.h. die mögliche Polaritätsumkehr des den Magnetfeldern (2a, 2b, 2c) am Stator (1) zugefühten elektrischen Stromes realisiert über die angesprochene Leistungssteuereinrichtung die Drehrichtung des Rotors (3) durch Zuschaltung einer parallelen Reihe von Spulen bzw. Spulenpaaren des Magnetfeldes (2) im Stator (1).
Auf Skizze 5 sind Schwungelemente versetzt auf Achse angebracht. (Horizontallauf der Schwungelemente/Achse läuft vertikal) um Zentrifugalkräfte zu nutzen. Schwungelemente laufen im Wanderfeld.

1: Stator
2: Magnetfeld
2a: Magnetfeld
2b: Magnetfeld
2c: Magnetfeld
3: Rotor
4: Triebwelle
5: Schwungelement
5a: Schwungelement
5b: Schwungelement
5c: Schwungelement
6: Magnetfeld
6a: Magnetfeld
6b: Magnetfeld
6c: Magnetfeld
7: Verschraubung
8: Mitnahmefeder
9: Laufebene
α: Teilungswinkel
x: Abstand
ϟ: Anzahl

Claims

Elektromagnetischer Antrieb für drehende Bewegungen, der die Vorschubkraft nach dem Prinzip eines Elektromagneten als Anziehungskraft zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Weicheisenteilen erzeugt, welche als Stator und Rotor fungieren, wobei der Stator von Spulen elektrisch erregt und der Rotor elektrisch passiv ist, wobei beide Weicheisenteile periodische Strukturen in Form von Polteilungen aufweisen und die Pole in einer Folge erregt werden, daß sich eine kontinuierliche Kraft in gewünschter Drehrichtung (rechts/links) entwickelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) mehr als ein mit Magnetfeld (6) versehenes Schwungelement (5) aufweist, welche axial um den Abstand (x) und radial um den Teilungswinkel (α) versetzt sowie drehfest auf einer Triebwelle (4) angeordnet sind und in jeder Laufebene (9) der Schwungelemente (5) getrennt durch einen Luftspalt, ein zuschaltbares Magnetfeld (2) im Stator (1) vorhanden ist, welches mit dem zugeordneten Magnetfeld (6) des Rotors (3) kontaktiert.
Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungelemente (5) des Rotors (3) über ihre gesamte dem Teilungswinkel (α) entsprechende radiale Erstreckung je ein Magnetfeld (6) aus magnetischen Werkstoff aufweisen, welches in der Laufebene (9) dieser Schwungelemente (5) angeordnet ist.
Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch (1 und 2), dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungelemente (5) kraft und formschlüssig auf der Triebwelle (4) angeordnet und so dimensioniert sind, daß der Rotor (3) frei von Unwucht ist.
Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die im Stator (1) angeordneten Magnetfelder (2) über eine Leistungssteuereinrichtung segmentartig elektrisch angesteuert werden, um ein zyklisches elektrisches Weiterschalten zwecks Kommutierung zu realisieren.
Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch (1 bis 3), dadurch gekennzeichnet, daß der Teilungswinkel (α) dem Quotienten aus Vollkreis von (360°) und Anzahl (ϟ) der Schwungelemente (5) entspricht.
Auf Skizze 5 sind Schwungelemente versetzt auf Achse angebracht. (Horizontallauf der Schwungelemente/Achse läuft vertikal) um Zentrifugalkräfte zu nutzen.