DE102012013199A1

DE102012013199A1 - Electromotor generator has rotor that is stabilized with compressed air at desired small distance in axial direction of stators

Info

Publication number: DE102012013199A1
Application number: DE201210013199
Authority: DE
Inventors: Peter Schmuhl; Eberhardt Scharnowski; Markus Schmuhl; Michael Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-08
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2013-04-11

Abstract

The electromotor generator comprises disc-shaped or axial flat annular rotor (12) and axial flat stator (13). The rotor is stabilized with compressed air at a desired small distance in the axial direction of the stators. The stator is biased by pressure spring (9) in axial direction against the compressed air in the gap (22). The compressed air is passed through hollow shaft, cavities and holes in the rotor. The stators are connected to flat housing structures. The central shaft (16) or decentralized shaft is supported in housing portions.

Description

Es ist bekannt, dass Elektromotoren bzw. Generatoren, also elektrische Maschinen die meistens aus feststehendem Stator und sich drehendem Rotor bestehen, in flacher Bauart, also mit einem Durchmesser, der deutlich größer ist als die Baulänge in axialer Richtung strukturiert werden. Dies geschieht, um elektrische, elektromagnetische und/oder permanentmagnetische Elemente besonders vorteilhaft anzuordnen. Dabei muss der Spalt axial sehr genau fixiert werden, was bei üblicher Lagerung durch Kugellager problematisch ist. Bei den häufiger gebauten Elektromotoren mit trommelförmigem Rotor wird der Spalt radial hinreichend genau durch Kugellager definiert, wobei nur das Spiel der relativ weit auseinander liegenden Lager nur einen direkt proportionalen Einfluss auf den Luftspalt zwischen Stator und Rotor hat, was im allgemeinen unproblematisch ist. Dieser, für den Wirkungsgrad des Motors sehr wichtige Luftspalt, wird jedoch bei scheibenförmiger Bauart axial definiert. Der naturgemäß geringe Abstand der Wellenlagerung bei großem Durchmesser bedeutet dann, dass durch das Lagerspiel bedingt auch Neigungen der Achse möglich sind. Diese bewirken besonders in den äußeren Bereichen des scheibenförmigen Motors, dort wo vorteilhafterweise die elektromagnetischen und permanentmagnetischen Elemente flach ringartig angeordnet sind, überproportionale Änderungen des axialen Abstandes und damit einen insgesamt zu weiten Luftspalt, der dem Wirkungsgrad abträglich ist.It is known that electric motors or generators, ie electrical machines which usually consist of a stationary stator and a rotating rotor, are structured in a flat design, that is, with a diameter that is significantly greater than the overall length in the axial direction. This is done in order to arrange electrical, electromagnetic and / or permanent magnetic elements particularly advantageous. The gap must be axially fixed very precisely, which is problematic in conventional storage by ball bearings. In the more frequently built electric motors with a drum-shaped rotor, the gap is defined radially sufficiently accurately by ball bearings, whereby only the play of relatively widely spaced bearings has only a directly proportional influence on the air gap between the stator and rotor, which is generally not a problem. However, this air gap, which is very important for the efficiency of the engine, is defined axially in the case of a disc-shaped design. The naturally small distance of the shaft bearing with a large diameter then means that due to the bearing clearance and inclinations of the axis are possible. These cause particularly in the outer regions of the disc-shaped motor, where advantageously the electromagnetic and permanent magnetic elements are arranged flat ring-like, disproportionate changes in the axial distance and thus a total too wide air gap, which is detrimental to the efficiency.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Druckluft in geeigneter Weise in die beiden Spalten zwischen Rotoren und Stator eingeblasen wird. Da sich bei abnehmender Spaltweite der Luftdruck im Spalt erhöht und bei zunehmender Spaltweite absenkt, reguliert sich das System trotz des notwendigen Lagerspiels auf eine optimale gleichmäßige Spaltweite ein, sofern, vorzugsweise durch mechanische Federkraft, eine Gegenkraft zu der durch den Luftdruck erzeugen Kraft gegeben ist. Erfindungsgemäß kann diese Federkraft jedoch auch selbst wieder durch Druckluft erzeugt werden, welche zwischen den Statorelementen und dem vorzugsweise flachen Gehäuseseiten wirkt.This problem is inventively achieved in that compressed air is injected in a suitable manner in the two columns between rotors and stator. Since the air pressure increases in the gap with decreasing gap width and lowers with increasing gap width, the system, despite the necessary clearance on an optimal uniform gap width, if, preferably by mechanical spring force, a counterforce to the force generated by the air pressure is given. According to the invention, however, this spring force can also be generated again by compressed air, which acts between the stator elements and the preferably flat sides of the housing.

Dabei kann die notwendige relative, axiale Beweglichkeit des Stators zu den Rotoren erfindungsgemäß durch elastische Verbindung des Stators zur Welle und/oder Lagerspiel bei gleichzeitiger axialer Beweglichkeit eines Stators gewährleistet sein. Bei starrer Verbindung zwischen Rotor und Welle und fehlendem Lagerspiel in axialer Richtung müssen beide Statoren axial beweglich sein.The necessary relative axial mobility of the stator to the rotors can be ensured according to the invention by elastic connection of the stator to the shaft and / or bearing clearance with simultaneous axial mobility of a stator. For a rigid connection between rotor and shaft and lack of clearance in the axial direction both stators must be axially movable.

Wegen der Komplexität der elektromagnetischen bzw. permanentmagnetischen Strukturen müssen in den Statoren geschickt angepasste Bohrungen sein, die in die engen Spalten zwischen Stator und Rotoren münden. Die Luftversorgung dieser Bohrungen geschieht vorteilhaft durch umlaufende Nuten, die vorzugsweise in Versorgungsringen sind, welche auf die Statoren in geeigneter Weise aufgesetzt sind, und vorzugsweise die Stutzen für die Druckluftzuführung aufnehmen. Diese Ringe enthalten außerdem günstigerweise axiale Bohrungen, damit der jeweils daran befestigte Stator axial beweglich auf Bolzen gelagert werden kann, wobei letztere gleichzeitig die tangentialen Reaktionskräfte aus dem Drehmoment aufnehmen müssen. Zur Verteilung der Druckluft können erfindungsgemäß aber auch Kanalstrukturen auf Stator oder Rotor dienen, sofern sich dieses mit den elektrischen oder elektromagnetischen Elementen verträgt.Because of the complexity of the electromagnetic or permanent-magnetic structures, well-adapted holes must be in the stators, which open into the narrow gaps between the stator and rotors. The air supply of these holes is advantageously done by circumferential grooves, which are preferably in supply rings, which are placed on the stators in a suitable manner, and preferably receive the nozzle for the compressed air supply. These rings also conveniently contain axial bores so that each attached thereto stator can be axially movably mounted on bolts, the latter must simultaneously absorb the tangential reaction forces from the torque. For distributing the compressed air, channel structures on the stator or rotor may also serve according to the invention, provided that this is compatible with the electrical or electromagnetic elements.

Es ist erfindungsgemäß auch möglich, die Ab- oder Einleitung der Rotationsenergie über ein oder mehrere Achsen vorzunehmen, die direkt am Innenradius des Rotors vorzugsweise in einen Zahnkranz eingreifen, und in bekannter Weise in ein Planetengetriebe führen. Analog kann der Rotor auch in der Nähe seines Innenradius mittels mehrerer Wälzlagern, oder bei langsamer Drehung, z. B. für Positionierungsaufgaben, durch ein großes Gleitlager geführt werden. Generell sind erfindungsgemäß auch paketartige Bauweisen möglich, wobei in Achsrichtung Rotoren und Statoren abwechselnd angeordnet sind.It is also possible according to the invention to carry out the discharge or initiation of the rotational energy via one or more axes, which engage directly at the inner radius of the rotor, preferably in a ring gear, and lead in a known manner in a planetary gear. Similarly, the rotor can also near its inner radius by means of multiple bearings, or at slow rotation, z. B. for positioning tasks, are guided by a large sliding bearing. In general, packet-like constructions according to the invention are also possible, wherein rotors and stators are arranged alternately in the axial direction.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 15 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the claims 2 to 15.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below.

Es zeigen:Show it:

1 einen Schnitt durch den Motor mit zentraler Welle 16, die in scheibenförmigen Seitenteilen 20 mittels Kugellager 6 und Lagerdeckel 5 gelagert ist. Zwei Flansche 4 Sind mit der Welle und einer flachen Scheibe 15 fest verbunden, welche sich am oberen Ende verbreitert und mit einer Klebung 14 an den Innenradius des Rotors 12 anschließt. Seitlich sind die Luftspalte 22 erkennbar, die den Rotor 12 von den Statoren 13 trennt. In den Statoren ist ein Bohrungssystem 8, welches die Druckluft aus den Versorgungskanälen 19 zu den Spalten führt. Die Kanäle 19 befinden sich in den Versorgungsringen 11, welche mit den Statoren 13 fest verbunden sind. Die Ringe 11 enthalten Bohrungen, die auf Führungsbolzen 1 gleiten. Letztere sind vorzugsweise in der hinteren, hier links dargestellten Seitenscheibe 20, eingepresst. Die Bohrungen in dem rechts dargestellten Ring 11 sind mit Schrauben und Mutter 18 an der rechten, also vorderen Seitenscheibe fixiert. Durch Schrauben 17 und Abstandsrohre 7 sind die beiden Seitenscheiben gehäuseartig verbunden. Vorzugsweise drei Druckfedern 9 sind in Bohrungen der hinteren Wand gelagert und drücken den hinteren Stator in Richtung Rotor. Durch Gewindeplatten 3 und darin eingeschraubten Rändelschrauben 2 kann die Federspannung variiert und durch Mutter 21 fixiert werden. 1 a section through the engine with central shaft 16 , which are in disc-shaped side parts 20 by means of ball bearings 6 and bearing cap 5 is stored. Two flanges 4 Are with the shaft and a flat disc 15 firmly connected, which widened at the top and with a bond 14 to the inner radius of the rotor 12 followed. On the side are the air gaps 22 recognizable, the rotor 12 from the stators 13 separates. In the stators is a bore system 8th which removes the compressed air from the supply channels 19 leads to the columns. The channels 19 are in the supply rings 11 , which with the stators 13 are firmly connected. The Rings 11 contain holes on guide pins 1 slide. The latter are preferably in the rear, shown here left side window 20 , pressed in. The holes in the ring shown on the right 11 are with screws and nut 18 fixed to the right, ie front side window. By screws 17 and spacer tubes 7 the two side windows are connected like a box. Preferably three compression springs 9 are mounted in holes in the rear wall and press the rear stator in the direction of the rotor. By threaded plates 3 and screwed in thumbscrews 2 The spring tension can be varied and through nut 21 be fixed.

2 eine Schrägansicht des Motors schräg seitlich, wobei zwei der Zuführungsstutzen 23 für Druckluft erkennbar sind. 2 an oblique view of the engine obliquely laterally, with two of the supply nozzle 23 are recognizable for compressed air.

Claims

Electric motor-generator with disk-shaped or axially flat annular rotor and preferably two corresponding axially flat stators, characterized in that the rotor is stabilized by compressed air on a desired in the axial direction of a small distance to the stators.

Electric motor-generator according to claim 1, characterized in that at least one stator is biased in the axial direction by means of springs against the compressed air in the gap.

Electric motor generator according to claim 1, characterized in that at least one of the stators by means of compressed air, which acts in gaps or cavities between the housing and at least one stator, against the compressed air, which acts in the gaps between stators and rotor, is stabilized.

Electric motor-generator according to claim 1, characterized in that an axially flat annular rotor is connected by means of a relatively rigid disc with the central shaft, provided that the gap corresponding axial mobility of the shaft and at least one of the two stators is given.

Electric motor generator according to claim 1, characterized in that a rotor is connected in an axially flat annular shape with a central shaft through a preferably substantially thinner elastic disk in the axial direction with a shaft which can be dispensed with a bearing clearance.

Electric motor-generator according to claim 1, characterized in that on the stators at least one supply ring without electromagnetic elements outside or laterally, the electromagnetically active zone, or even inwardly, is firmly attached.

Electric motor generator according to claim 1, characterized in that the stators in each case seated supply ring includes a circumferential groove and one or more therein entering nozzle for compressed air supply.

Electric motor generator according to claim 1, characterized in that at least one of the stators in each case seated supply rings contains axially parallel bores, which allow an axial mobility of at least one of the stators via sliding pins.

Electric motor generator according to claim 1, characterized in that in the stators, adapted to the respective electromagnetic elements, grooves, cavities and bores are included, which direct the air into the gaps between the rotor and stators.

Electric motor generator according to claim 1, characterized in that the compressed air passes through a hollow shaft and other cavities and holes in the rotor to the columns.

Electric motor generator according to claim 1, characterized in that the stators are each connected to flat housing structures fixed or axially movable, wherein the central shaft or decentralized waves are also stored in these housing parts.

Electric motor generator according to claim 1, characterized in that in at least one side of the housing, a central compression spring, or eccentrically at least two compression springs, are mounted, the adjustable variable press on at least one axially movable stator.

Electric motor generator according to claim 1, characterized in that on the inner circumference of the rotor ring, a toothing is mounted, in which engage one or more gears on shafts.

Electric motor-generator according to claim 1, characterized in that the storage takes place directly on or in the vicinity of the- inner radius of the axially flat annular rotor running.

Electric motor generator according to claim 1, characterized in that axially more rotors and stators are arranged alternately in a packet-like construction.