DE102008038255A1

DE102008038255A1 - Elektromotor am Rad

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Publication number: DE102008038255A1
Application number: DE200810038255
Authority: DE
Inventors: Sergei Afanassev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2028-08-19
Also published as: DE102008038255B4

Abstract

Elektrische Radnabenmotore haben die alte Geschichte. Auf der Ausstellung World Expo, die in Paris am 14. April 1900 gingen, war das Elektromobil Lochner-Porsche ausgestellt, dessen Antrieb Ingenieur Ferdinand Porsche entwickelt hat. Die Vorderräder des Autos drehten sich wie der Rotor des Elektromotors des Gleichstroms, und der Motorständer war auf den Achsen befestigt. Eigentlich waren es die echten Motor-Räder. Gegenwärtig bekommen die Motor-Räder den immer mehr breiten Vertrieb für den Antrieb der Elektrofahrräder, der elektrischen Rollstühle usw. [1]. Jetzt werden in den Motor-Rädern auch die Elektromotoren des Wechselstroms verwendet. Die Vorzüge der Motoren-Räder sind: die kleinen Abmessungen (aller befinden sich im Rad), die Abwesenheit der zusätzlichen Antriebe, die Einfachheit der Verwaltung. Doch sind ihnen auch die Mängel eigen: 1. der ziemlich große Energieverbrauch, was führt zum verhältnismäßig kurze Zeit des Laufes bei der Akku-Ernährung; 2. das verhältnismäßig kleine Drehmoment; es erlaubt dem Beförderungsmittel nicht, auf dem Weg mit großem Gefälle hinaufzufahren; 3. die Abwesenheit der automatischen Blockierung der Bewegung rückwärts bei der Bewegung auf den Aufstieg; besonders ist es für die Rollstähle aktuell. Die gegebene Erfindung ist auf die Beseitigung der angegebenen Mängel gerichtet. Dazu ist vorgeschlagen, den Schritt-Kraftelektromotor mit einer Impulsernährung auf der Grundlage des Ratschenklinke-Mechanismus zu verwenden. Der ...

Description

Elektrische Radnabenmotore haben die alte Geschichte. Auf der Ausstellung World Expo, die in Paris am 14. April 1900 gingen, war das Elektromobil Lochher-Porsche ausgestellt, dessen Antrieb Ingenieur Ferdinand Porsche entwickelt hat. Die Vorderräder des Autos drehten sich wie den Rotor des Elektromotors des Gleichstroms, und Motorständer war auf die Achsen gefestigt. Eigentlich waren es die echte Motor-Räder. Gegenwärtig bekommen die Motors-Räder den immer mehr breiten Vertrieb für den Antrieb der Elektrofahrräder, der elektrischer Rollstuhle usw. [1]. Jetzt verwenden in den Motor-Rädern auch die Elektromotoren des Wechselstroms.
Die Vorzüge der Motoren-Räder sind: die kleinen Abmessungen (aller befindet sich im Rad), die Abwesenheit der zusätzlichen Antriebe, die Einfachheit der Verwaltung. Doch sind ihnen auch die Mängel eigen:

1. Den ziemlich großen Energieverbrauch, was führt zum verhältnismäßige kurze Zeit des Laufes bei dem Akku-Ernährung.
2. Das verhältnismäßig klein Drehmoment. Es erlaubt nicht dem Beförderungsmittel auf dem Weg mit dem großen Gefälle zu hinauffahren.
3. Die Abwesenheit der automatischen Blockierung der Bewegung rückwärts bei der Bewegung auf den Aufstieg. Besonders ist es für die Rollstuhle aktuell.

Die gegebene Erfindung ist auf die Beseitigung der angegebenen Mängel gerichtet. Dazu ist es vorgeschlagen, den Schritt-Kraftelektromotor mit einer Impulsernährung auf der Grundlage des Ratschenklinke-Mechanismus zu verwenden. Aus anderen Gebieten der Technik ist die Anwendung des Ratschenklinke-Mechanismus zusammen mit dem Elektromagneten als der Elektromotor bekannt. Zum Beispiel, in den Fernsprechvermittlungsstellen wurden die Schrittsucher aufgrund solcher Motoren von Anfang an verwendet. Auch haben sie und in die Uhren mit elektromechanischen Weichenantrieb gefunden. Doch ist in diesen Elektromotoren, wie auch in den modernen Schrittelektromotoren ohne Ratschenklinke-Mechanismus, Hauptaufgabe das Erhalten der genauen Position der Abgabewelle. Für den gegebenen Fall wird die Aufgabe des Erhaltens des Kraftantriebes gestellt, und es gibt die Konstruktion des Elektromotors die Besonderheit.
Auf 1 ist das Beispiel der Erfüllung solchen Elektromotors, wo gezeigt

1: Sperrrad;
2: die Achse des Drehens des Rads;
3: die Fußplatte des Motors;
4: der Elektromagnet;
5: der Anker des Elektromagnets 4;
6: die Zunge des Elektromagnets 4;
7: die Schraube;
8: die wiederkehrende Feder des Elektromagnets 4;
9: der Zweiarmhebel;
10: die Achse des Drehens;
11: der Schlitten;
12: die Klammer;
13: die Kraftklinke;
14: die Sperrklinke;
15: das Andrückfeder;
16: der Exzenterkurventräger;
17: die Klammer der Befestigung den Elektromagnet 4 zur die Fußplatte 3 des Motors;
18: die Bremsscheibe.

Die Zeigern Auf 1 und 2 zeigen die Richtungen der möglichen Bewegungen der abgesonderten Elemente des Motors.
Auf die 1 verwendet man als Sperrrad 1 die Bremsscheibe, deswegen entlang der Kreislinie der Bremsescheibe 18 Schrägzähne sind gelegen. Diese Schrägzähne stören nicht die Bremsscheibe 18 seine Hauptfunktion zu vollziehen. Bei der anderen Variante der Konstruktion (2) ist das Sperrrad 1 unmittelbar zur Bremsscheibe 18 befestigt.
Die Bremsescheibe ist auf dem Rad des Beförderungsmittels zum Beispiel des Fahrrades fest befestigt (auf 1 und 2 ist das Rad bedingt nicht gezeigt).
Der übrige Teil des Motors ist auf der Fußplatte 3 aufgestellt, die auf dem Rahmen des Beförderungsmittels, zum Beispiel des Fahrrades (die Elemente der Befestigung der Fußplatte 3 bedingt nicht gezeigt) befestigt. Der Anker 5 des Elektromagnets 4 ist mit der Zunge 6 des Elektromagnets 4 hart verbunden und kann die kleinen Umstellungen in der horizontalen Richtung begehen. Die Feder 8 ist mit der Zunge 6 des Elektromagnets 4 verbunden und strebt den Anker 5 des Elektromagnets 4 nach rechts zurückzuziehen. Der Zweiarmhebel 9 hat die Möglichkeit, sich um die eigene Achse 10 zu drehen und ist von einem Ende mit der Zunge 6 des Elektromagnet 4 und anderem – mit dem Schlitten 11 verbunden, wobei die Öffnungen auf den Enden des Zweiarmhebels 9 oval für die freie Umstellung der verknüpften Zunge 6 und Schlitten 11 gemacht sind. Der Schlitten 11 wird in den Klammern 12, die auf der Fußplatte 3 gefestigt sind versetzt. Auf dem Schlitten 11 ist die Kraftklinke 13 aufgestellt, und die Sperrklinke 14 ist auf der Fußplatte 3 aufgestellt. Beide Klinken haben die Möglichkeit, sich – jede um die eigene Achse 10 zu drehen und ständig zu dem Sperrrad 1 von den Andrückfedern 15 werden gedrückt.
Die Notwendigkeit der Einleitung in die Konstruktion des Elektromotors des Zweiarm Hebels 9 ist vom Folgenden bedingt: für die Sendung der großen Bemühungen auf das Sperrrad 1, seiner Schrägezähne sollen genügend groß sein, und entsprechend soll der Schritt des Schrägezähne, ziemlich groß sein. Andererseits, bei der bedeutenden Vergrößerung des Spielraums zwischen dem Elektromagnet 4 und seinem Anker 5, die Hubbemühung des Elektromagneten heftig fällt, deshalb soll der maximale Lauf des Ankers 5 nach Möglichkeit klein sein. Deshalb gewährleistet der Zweiarm Hebel 9 mit dem entsprechenden Verhältnis der Schultern die Umstellung die Sperrrad 1 auf einen Schritt beim kleinen Lauf des Ankers 5 des Elektromagnets 4.
Ein Beispiel der Ausführung der elektrischen Ernährung für diesen Elektromotors ist auf 3 gezeigt. Diesen Spannungsquelle enthält den Stammoszillator mit der Regulierung der Frequenz der Impulse, der Former der kurzen Impulse durch den Front der Impulse des Stammoszillators und den Leistungsstromschalter, der den Elektromagnet 4 des Elektromotors als die Belastung hat. Der Stammoszillator ist auf dem Präzisions-Timer IC1 555N und auch auf Widerstand R1, auf Potentiometer R2 und auf Kondensatoren C1 und C2 erfüllt. Er stellt das typische Schema des Multivibrators mit unsymmetrischen Selbstschwingungen dar und irgendwelcher Besonderheiten hat nicht. Den Frequenz des Stammoszillators definiert man die Kondensatorkapazität C1 und der elektrischer Widerstand des Potentiometers R2. Man kann diese Frequenz im großen Bereich mit der Veränderung des elektrischen Widerstands des Potentiometers R2 leicht verändern. Ab den Ausgang 3 die Abgabeimpulse des Stammoszillator des Präzisions-Timers IC1 gehen auf die Differential-Kette C3R3 und mit der Front des Impuls starten den Univibrator (Schaltung IC2, Widerstand R4 und Kondensator C4). Auf dem Ausgang des Univibrators entwickelt sich den kurzen positiven Impuls, dessen Dauer die Kondensatorkapazität C4 und der elektrischer Widerstand R4 definieren und von der Frequenz des Stammoszillators nicht abhängt. Dieser Impuls via das Widerstand R5 handelt auf den Gate des MOSFET n-Kanal Transistors T1, öffnet ihn und via der Belastung (Elektromagnet 4) den Impuls des Stromes verläuft.
Der vorliegende Elektromotor arbeitet auf folgende Weise. Im Ausgangszustand ist den Elektromagnet 4 stromlos. Bei ihm seinen Anker 5 und die Zunge 6 mittels der Feder 8 werden maximal nach rechts versetzen, und versetzen den Schlitten 11 mit Hilfe dem Zweiarmhebel 9 nach links. Den maximalen Lauf des Schlittens 11, und entsprechend die Anker 5 des Elektromagnets 4, man kann festsetzen bei der Hilfe den Exzenterkurventräger 16 und weiter mit dem Schraube 7 fixieren. Bei dem Einschluss der Einrichtung einer Ernährung des Elektromotors gehen die Impulse des Stromes via den Elektromagnet 4, die seine kurzzeitige Einschaltung herbeirufen. Deshalb wird bei jedem Impuls des Stromes der Anker 5 zum Elektromagneten 4 herbeizieht. Diese Bewegung wird sich via den Zweiarmhebel 9 dem Schlitten 11 übergeben. Die Kraftklinke 13, welche sich auf dem Schlitten 11 befindet, schiebt den Sperrrad 1 und dreht ihn auf einen Schritt um. Dabei behindert die Sperrklinke 14 der Drehung in die Rückseite des Sperrrads 1 nach dem Abschluss des Impulses des Stromes. Nach Abschluss der Handlung des Impulses des Stromes, den Anker 5 des Elektromagnets 4 kehrt unter dem Einfluss von der Feder 8 nach rechts zurück, der Kraftklinke 13 entlang dem Zahn des Sperrrads 1 gleitet und zusammen mit dem Schlitten 11 sich nach links verschiebt.
Damit der Sperrrad 1 und entsprechend das Rad des Beförderungsmittels die volle Wendung gemacht hat, muss man auf den Elektromagneten die Impulse reichen, deren Zahl wird gleichen dem Zahl der Zähne des Sperrrads 1. Zum Beispiel, beim Durchmesser des Sperrrads 1 in 100 mm und den Schritt der Zähne zirka 7 mm, wird das Sperrrad 1 45 Zähne haben. Damit wird das Rad des Beförderungsmittels eine Wendung pro eine Sekunde machen, wenn via den Elektromagnet 4 die Stromimpulse mit der Frequenz 45 Hertz folgen. Die einfachen Berechnungen erlauben die entsprechende Geschwindigkeit des Beförderungsmittels zu bestimmen. So für den Rollstuhl mit den Rädern vom Durchmesser 26 Zolle wird die Geschwindigkeit: V = (π·26·2,54:100)·3600:1000 ≈ 7,47 km/h
Bei dem gleitenden Wechseln der Impulsfrequenz des Stammoszillators, man kann die Geschwindigkeit des Rollstuhls ab 0 bis zur notwendigen Bedeutung tauschen.
Natürlich, für das Elektrofahrrad dieser Geschwindigkeit ist nicht genug, aber wenn entsprechend vergrößern den Frequenz der Impulse, dann kann man die höheren Geschwindigkeiten der Bewegung bekommen.
Doch kann man den geforderte Frequenz der Impulse wesentlich verringern, wenn zu verkleinern den Durchmesser der Sperrrad 1 und die Zahl seiner Zähne
Der angebotene Elektromotor hat die Reihe der Vorteile vor den bestehenden zurzeit Elektromotor-Rädern.
Der vorliegende Elektromotor hat einen kleinen Energieverbrauch weil er die Elektroenergie hauptsächlich während des Durchganges der kurzen Impulse des Stromes via den Elektromagnet konsumiert. Deshalb ist der mittlere Energieverbrauch des Elektromotors klein. Deshalb man kann die Zeit des Laufs des Beförderungsmittels bei gleiche existierenden Akkumulatoren wesentlich vergrößern.
Der im Elektromotor verwendete Elektromagnet hat die guten Schubkraft-Charakteristiken bei dem verhältnismäßig kleinen Kraftbedarf.
Weil in diesem Elektromotor man Sperr-Mechanismus mit der Sperrklinke verwendet, hat der Elektromotor den Rücklauf nicht. Deshalb hat er die erhöhte Sicherheit der Verwendung, zum Beispiel bei der Bewegung des Rollstuhls auf den Aufstieg.
Außerdem den Elektromotor hat die kleinen Abmessungen, da seine Konstruktion hauptsächlich platt ist (ausgenommen der Elektromagnet) und seine Verwendung die Abmessungen des Rads in Vergleich mit den elektrischen Radnabenmotor fast nicht vergrößern werden.
Als das Beispiel kann man die Charakteristiken des Elektromagneten EM-0080 der Firma MACCON GmbH bringen, den man in Form vom fertigen Bauteil für die Angabe des Elektromotors verwenden kann. Seine Abmessungen: den Durchmesser 80 mm, die Dicke 40 mm, das Gewicht die 1.450 Gramme, die Spannung des Gleichstroms 12 Volt, die elektrische Leistung 12,5 Watt, die Kraft des Abzugs bei der Zimmertemperatur 2.100 N. Von hier aus kann man ungefähr die Abmessungen und das Gewicht des ganzen Elektromotors bewerten – sie sind ziemlich klein.
Endlich, bei der Herstellung des Elektromotors und seiner Details ist die hohe Genauigkeit nicht erforderlich. Deshalb wird der Wert der Herstellung des Elektromotors nicht hoch.
Literatur

1. www.heinzmann.de HEINZMANN Firmenbroschüre.
2. http://www.maccon.de/elektrohaftmagnete.html> Datenblatt „Elektromagnete".

Claims

Elektromotor am Rad mit dem Sperrrad, dem Elektromagnet mit dem Anker und mit der wiederkehrende Feder, der Kraftklinke mit der Feder und auch der Sperrklinke mit der Feder, dadurch gekennzeichnet, dass als Sperrrad die Bremsscheibe des Rads des Beförderungsmittels man verwendet, wobei entlang den Kreisumfang der Bremsscheibe die schräge Zähne sich befinden, außerdem im Elektromotor gibt es einen Zweiarmhebel mit eine Rotationsachse, welcher die Kraftklinke und den Anker des Elektromagnets verbindet, wobei das Verhältnis der Schultern des Zweiarmhebels definiert den Schritt des Sperrrads bei aufgegebenem Lauf des Ankers des Elektromagnets, dabei alle Teile des Elektromotors, außer Sperrrad, auf der Fußplatte des Motors sich befinden und diese Fußplatte des Motors auf dem Rahmen des Beförderungsmittels sich befestigt.
Elektromotor am Rad nach dem Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass darin die gewöhnliche Bremsscheibe man verwendet, aber ist auf der Bremsscheibe hart das Sperrrad befestigt.