DE102013112625A1

DE102013112625A1 - Elektrische Drehmaschine mit Magnetverstärkungsring

Info

Publication number: DE102013112625A1
Application number: DE102013112625.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Rainer Kurt Jenjahn
Current assignee: JENJAHN, RAINER KURT, DE
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2015-05-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor (1) und/oder Elektrogenerator aufweisend ein Gehäuse (2) und ein in dem Gehäuse (2) drehbar angeordneten Rotor (3), wobei der Rotor (3) massiv aus magnetfeldleitendem Werkstoff ausgebildet ist und auf dem Rotor (3) radial umlaufend Magnete angeordnet sind und in dem Gehäuse (2) ein Stator (7) mit einem Elektromagneten angeordnet ist, der dadurch gekennzeichnet ist, dass an dem Stator (7) radial außenseitig umgreifend ein Magnetverstärkungsring (11) anliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor und/oder einen Elektrogenerator gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie Patentanspruch 10.
Aus dem Stand der Technik sind elektrische Drehmaschinen für verschiedene Anwendungsfälle bekannt. Entweder wird die elektrische Drehmaschine als Elektromotor genutzt, dies bedeutet, dass dem Elektromotor elektrische Energie zugeführt wird, welcher diese in mechanische Energie umwandelt. Hierzu wird eine Drehbewegung zwischen einem Rotor und einem Stator erzeugt, wobei dann die mechanische Energie in Form eines Drehmomentes an den verschiedenen Anwendungsfall weitergegeben wird. Beispielsweise wird so eine Bohrmaschine betätigt oder aber auch ein Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben.
Im umgekehrten Fall ist es möglich, eine elektrische Drehmaschine als Elektrogenerator zu nutzen. Hierzu wird auf den Rotor eine mechanische Energie in Form eines Drehmomentes übertragen und aufgrund der Drehbewegung zwischen Rotor und Stator wird elektrische Energie erzeugt, die dann einem elektrischen Verbraucher zugeführt werden kann oder aber auch elektrisch gespeichert werden kann, beispielweise in einem Akkumulator.
So ist beispielsweise aus der EP 0 608 424 B1 eine elektrische Drehmaschine bekannt, die einen Stator und einen in dem Stator befindlichen drehbar gelagerten Rotor aufweist.
Eine elektrische Drehmaschine selbst weist im Gegensatz zu einem Verbrennungsmotor einen sehr hohen Wirkungsgrad auf. Hier ist ein mechanischer Wirkungsgrad von über 90% mitunter nicht selten. Verschiedene spezielle Anwendungsfälle machen es jedoch notwendig eine elektrische Drehmaschine mit kompakten Gehäuseabmessungen, bei gleichzeitiger Bereitstellung eines hohen Drehmomentes und insbesondere eines hohen Anfahrmomentes bereitzustellen.
Hierzu ist aus oben genannter Druckschrift bekannt, zusätzlich zu dem Magneten des Rotors an dem Stator Feldmagneten einzusetzen. Zur Leistungssteigerung sieht die elektrische Drehmaschine dann vor entsprechend zu dem Stator dann zusätzlich außenseitig Feldmagneten anzuschließen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde den Wirkungsgrad und die erzielbare Performance zum Betrieb einer solchen elektrischen Drehmaschine weiter zu steigern und gleichzeitig die Gehäuseabmessungen geringer auszubilden.
Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einem Elektromotor und/oder Elektrogenerator gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 sowie Patentanspruch 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die zuvor genannte Aufgabe wird bei einem Elektromotor und/oder Elektrogenerator, welcher ein Gehäuse aufweist und einen in dem Gehäuse drehbar angeordneten Rotor, wobei der Rotor massiv aus magnetfeldleitendem Werkstoff ausgebildet ist und auf dem Rotor radial umlaufend Magnete angeordnet sind und in dem Gehäuse ein Stator mit einem Elektromagneten angeordnet ist, dadurch gelöst, dass an dem Stator radial außenseitig umgreifend ein Magnetverstärkungsring anliegt bzw. angeordnet ist.
Es handelt sich bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor und/oder Elektrogenerator bevorzugt um eine Gleichstrommaschine. Der Stator selbst ist dabei als Joch ausgebildet und kann entweder als Hohlzylinder oder aber auch als Hohlkreis bzw. kreissegmentierte Scheibe ausgebildet sein, wobei insbesondere in Axialrichtung mehrere Statoren hintereinander angeordnet sind. Der Stator selbst ist dabei im Rahmen der Erfindung aus einem ferritischen Werkstoff, insbesondere aus einem Eisenwerkstoff bzw. Stahlwerkstoff ausgebildet. Der Stator selbst weist wiederum Wicklungen auf, insbesondere aus einem elektrisch gut leitfähigem Werkstoff und bevorzugt aus einem Werkstoff auf Kupferlegierungsbasis, so dass an dem Stator ein Elektromagnet ausgebildet ist, der ein entsprechendes Magnetfeld erzeugt, sobald die Wicklung mit Strom beaufschlagt wird. Insbesondere weist der Stator in Radialrichtung nach innen angeordnete Fortsätze auf, wobei der erfindungsgemäße Motor bzw. Generator ohne Schleifkontakte, beispielsweise durch Bürsten oder Kohlen funktioniert. Die einzelnen Wickelungen der Fortsätze des Stators werden derart unterschiedlich mit Strom beaufschlagt, dass jeweils ein Fortsatz den Feldmagneten des Rotors anziehend und der darauf folgende Fortsatz den Feldmagneten des Rotors abstoßend gepolt werden. Besonders bevorzugt wird ein Fortsatz den Stator des Feldmagneten des Rotors anziehend und die darauf folgenden drei Fortsätze des Stators den Feldmagneten abstoßend im Vierphasenprinzip mit Strom beaufschlagt. Aufgrund der Frequenz der Strombeaufschlagung ist dann die Drehzahl im Motorbetrieb einstellbar.
Im Rahmen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass der Magnetverstärkungsring auch in das Gehäuse selbst integriert sein kann. Dies bedeutet, dass der Magnetverstärkungsring integraler Bestandteil des Gehäuses ist. Somit kann der Magnetverstärkungsring einteilig und einstückig sowie werkstoffeinheitlich in dem Gehäuse ausgebildet sein, beispielsweise dass ein partieller Bereich des Gehäuses magnetisiert ist, insbesondere als Dauermagnet ausgebildet ist. Im Rahmen der Erfindung kann jedoch auch ein entsprechender Magnetverstärkungsring aus einem von dem Gehäuse verschiedenen Werkstoff integral in das Gehäuse eingelassen sein. Dies kann in der außenumlaufenden radialen Zylinderfläche des Gehäuses sein, aber auch in den seitlich angeordneten axialen Gehäusewandungen.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorsehen, dass zur Verstärkung des so hergestellten Magnetfeldes, den Stator radial außenseitig umgreifend bzw. umfassend ein Magnetverstärkungsring angeordnet ist. Dieser Magnetverstärkungsring liegt insbesondere spaltfrei außenseitig an dem Stator an. Der Stator selbst ist dabei als Ringstator oder Kreisstator ausgebildet. Es wird somit eine Steigerung der Kraft des Magnetfeldes erzeugt. Hierzu ist das Magnetfeld geschlossen, ausgehend vom Rotor über den Elektromagneten des Stators, über den Magnetverstärkungsring, von diesem über das Gehäuse und von dem Gehäuse wiederum über das Lager zum Rotor.
Im Rahmen der Erfindung ist insbesondere eine in Radialrichtung ausgebildete Mehrfachanordnung von Stator mit Magnetverstärkungsring als bevorzugte Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung vorstellbar. So ist der Aufbau in Radialrichtung von innen nach außen bei einem Motor mit Innenläufer derart ausgebildet, dass der Rotor innen drehbar platziert ist, auf dem Rotor Feldmagneten angeordnet sind, dann ein Stator ausgebildet ist und auf dem Stator außenseitig umgreifend ein erster Magnetverstärkungsring ausgebildet ist. In Radialrichtung nach außen folgt dann ein zweiter Statorring, der wiederum einen zweiten Magnetverstärkungsring aufweist. Im Rahmen der Erfindung ist es in Radialrichtung vorstellbar, somit zwei bzw. drei Paarungen von Stator und Magnetverstärkungsring bis hin zu 20 Paarungen aufeinander folgend anzuordnen. Hierzu sind insbesondere auch das Gehäuse und/oder die Lager, insbesondere in Form von Wälzlagern aus magnetfeldleitendem bzw. magnetisch gut leitendem Werkstoff, insbesondere ferritischem Werkstoff ausgebildet. Es ergibt sich somit eine deutliche Leistungssteigerung des Elektromotors und/oder Elektrogenerators, wobei gleichzeitig ein einfacher Zusammenbau der elektrischen Drehmaschine möglich ist.
Im Rahmen der Erfindung werden insbesondere Gelenkgleitlager eingesetzt. Diese bieten insbesondere den Vorteil in Form von Radialgelenklagern, dass diese wartungsfrei sind. Gleichsam bieten die Lager jedoch die Möglichkeit, dass eine magnetfeldleitende Koppelung zwischen statischen und rotierenden Bauteilen hergestellt ist. Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch andere Lagertypen, beispielsweise Wälzlager eingesetzt werden.
In verschiedenen Anwendungsfällen ist es somit möglich, dass in Axialrichtung mehrere, insbesondere 2 bis 100 bevorzugt 2 bis 50, besonders bevorzugt 2 bis 40 und insbesondere 3 bis 20 Magnetverstärkungsringe parallel versetzt hintereinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass alle Magnetverstärkungsringe in Axialrichtung mit einem geringfügigen Abstand zueinander angeordnet sind. wiederum kann dann ein Stator ausgebildet sein, der von verschiedenen Magnetverstärkungsringen umgriffen ist oder aber es können auch entsprechend der Anzahl der Magnetverstärkungsringe verschiedene Statoren angeordnet sein, da diese insbesondere dann auch einen scheibenartigen Aufbau besitzen.
Der Stator ist ferner derart aufgebaut, dass er als Statorring ausgebildet ist, wobei sich radial nach innen an dem Stator Fortsätze erstrecken, wobei die Fortsätze als Spulenkern ausgebildet sind und mit einer Wicklung versehen sind. Insbesondere sind die Fortsätze in Form von Zähnen bzw. umwickelbaren Fortsätzen ausgebildet. Radial umlaufend sind besonders bevorzugt 2 Fortsätze insbesondere 4 bis 40 Fortsätze, ganz besonders bevorzugt 6 bis 30 Fortsätze angeordnet. Das erzeugte Magnetfeld ist somit insbesondere in Radialrichtung erzeugt, wobei die Widerlager parallel zur Axialrichtung angeordnet sind.
Weiterhin bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor und/oder Elektrogenerator in Axialrichtung mehrere Statorringe angeordnet. Das erzeugte Magnetfeld zum Betreiben des Elektromotors wird somit aufgrund des erfindungsgemäßen Magnetverstärkungsringes, wobei in diesem Fall jedem Statorring ein Magnetverstärkungsring zugeordnet ist in das Gehäuse eingeleitet, wodurch sich die magnetische Strömungsrichtung überlagert und verstärkt. Das Gehäuse ist hierzu insbesondere auch aus einem magnetfeldleitenden Material ausgebildet.
Der Magnetverstärkungsring selbst liegt spaltfrei an dem Statorring an, wobei der Magnetverstärkungsring und der Statorring in Axialrichtung weiterhin besonders bevorzugt die gleiche Länge aufweisen. Der Statorring und Magnetverstärkungsring können somit scheibenartig mit einer in Axialrichtung sich erstreckenden Länge von nur wenigen Millimetern ausgebildet sein, sie können jedoch auch bis zu mehreren Zentimetern lang ausgebildet sein.
Bevorzugt ist der Magnetverstärkungsring einstückig und insbesondere werkstoffeinheitlich ausgebildet oder aber der Magnetverstärkungsring ist segmentiert ausgebildet, wobei die einzelnen Segmente radial umlaufend spaltfrei aneinanderliegen. Der Magnetverstärkungsring selbst ist als Permanentmagnet ausgebildet, wobei insbesondere bevorzugt eine Polung derart erfolgt, dass der Südpol radial nach innen zeigend ausgebildet ist und der Nordpol radial nach außen zeigend.
Weiterhin besonders bevorzugt ist der Magnetverstärkungsring spaltfrei an einer Innenmantelfläche des Gehäuses angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine zentrale Einheit aus Gehäuse, Magnetverstärkungsring und Stator, so dass die magnetischen Feldlinien entsprechend verstärkt werden und gleichsam sich durch Überlagerung bei gleicher Polungsrichtung verstärken.
Weiterhin besonders bevorzugt ist der Rotor selbst auf Lagern aus magnetfeldleitendem Werkstoff drehbar gelagert. Insbesondere handelt es sich dabei um Wälzlager. In besonders bevorzugter Ausführungsvariante ist der Rotor nicht nur mit einem rotatorischen Freiheitsgrad gelagert sondern auch mit einem translatorischen Freiheitsgrad, so dass der Rotor durch entsprechende Ansteuerung der Magnete in Axialrichtung verschiebbar ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich somit nicht nur eine elektrische Drehmaschine sondern auch ein in Axialrichtung verfahrbarer Linearaktor.
Die zuvor beschriebene Ausführungsvariante ist mit einem Rotor als Innenläufer mithin einem in dem Stator liegenden Rotor beschrieben. Im Rahmen der Erfindung ist auch eine inverse Anordnung vorstellbar, so dass der Stator innenliegend angeordnet ist und der Rotor außenliegend. Hierbei handelt es sich dann um einen entsprechenden Außenläufermotor und/oder Außenläufergenerator.
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch vorstellbar, dass Innenläufer und Außenläufer kombiniert werden. Hierzu ist dann vorgesehen, dass an dem Gehäuse ein zusätzlicher Außenläufer ausgebildet ist, wobei der Außenläufer entsprechend auch über den in dem Gehäuse angeordneten Stator betrieben wird. Hierzu sind dann außen an dem Gehäuse Lager vorgesehen, wobei eine Außenmantelfläche des Gehäuses selbst durch den Außenläuferrotor gebildet wird. Im Rahmen der Erfindung können dabei Außenläuferrotor und Innenläuferrotor synchron, mithin mit gleicher Drehzahl betrieben werden. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch vorstellbar, dass Außenläufer und Innenläufer mit voneinander verschiedenen Drehzahlen betrieben werden.
Weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass aufgrund des auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors liegenden Magnetverstärkungsring, der Wirkungsgrad der Elektromagneten des Stators deutlich besser ausgenutzt wird. Somit werden die Elektromagneten auf die radiale Richtung nicht nur nach innen sondern aufgrund des Magnetverstärkungsringes auch nach außen ein elektromagnetisches Feld erzeugen, was durch den Magnetverstärkungsring wiederum durch das ferromagnetische Gehäuse und die ferromagnetische Lagerung auf den Rotor zurückgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor und/oder Elektrogenerator aufweisend einen Stator und einen gegenüber dem Stator drehbar angeordneten Außenrotor, wobei der Außenrotor massiv aus magnetleitendem Werkstoff ausgebildet ist. Der Elektromotor und/oder Elektrogenerator ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Stator innenliegend angeordnet ist und radial nach außen gerichtete Fortsätze aufweist, welche jeweils eine Wicklung aufweisen und in dem Stator ein Magnetverstärkungsring angeordnet ist.
Der Motor gemäß dieser Ausführungsvariante kann sowohl im Elektromotor als auch im Elektrogeneratorbetrieb eingesetzt werden. Er zeichnet sich auch insbesondere dadurch aus, dass er ohne Schleifkontakte in Form von Bürsten oder ähnlichem betrieben werden kann. Auch hier ist aufgrund der Fortsätze des Stators eine voneinander verschiedene Polung jeweils aufeinander folgender Fortsätze bzw. von Fortsätzen in verschiedenen Absätzen möglich, die Feldmagneten in dem Außenrotor anzuziehen bzw. abzustoßen und somit den Außenrotor in Bewegung zu setzen. Auch hier erfolgt wiederum erfindungsgemäß ein Magnetfeld ausgehend von dem Elektromagneten, welcher an dem Fortsatz ausgebildet ist, über den jeweiligen Feldmagneten des Außenrotors, durch das Gehäuse des Außenrotors über magnetfeldleitende Lager in den Magnetverstärkungsring und von dem Magnetverstärkungsring in den Stator.
Weiterhin sind insbesondere an der Innenmantelfläche des Rotors Feldmagneten bzw. Permanentmagneten angeordnet, die Feldmagneten können dabei von innen auf die Innenmantelfläche aufgesetzt sein oder aber in die Innenmantelfläche integriert sein. Durch entsprechendes Anziehen bzw. Abstoßen der Feldmagneten mit dem Stator ist es somit möglich, den erfindungsgemäßen Elektromotor im Rotorbetrieb bzw. im Generatorbetrieb zu betreiben. Letzterenfalls wird der Außenrotor mechanisch angetrieben und an dem jeweiligen Stator eine Spannung induziert, die dann in elektrische Energie umgewandelt wird.
In vorteilhafter Ausführungsvariante des Elektromotors bzw. Generators mit Außenrotor ist zusätzlich in dem Stator ein weiterer Innenrotor angeordnet. Der Innenrotor kann dabei selbst über den Stator für den Außenrotor auch in Bewegung versetzt werden bzw. ist es möglich in Radialrichtung nach innen in den Magnetverstärkungsring einen weiteren Stator für den Innenrotor anzuordnen. Im Rahmen der Erfindung ist es dann möglich Innenrotor und Außenrotor mit gleichen oder voneinander verschiedenen Drehzahlen in gleicher oder aber in verschiedener Drehrichtung zu betreiben.
Der Stator weist weiterhin zum Betreiben des Innenrotors dann auch nach innen gerichtete Fortsätze auf. Hier ist dann eine konstruktive Besonderheit bei nur einem Stator darin zu sehen, dass zusätzlich der Magnetverstärkungsring angeordnet ist. Dieser kann beispielsweise bei einem nachfolgend beschriebenen scheibenartig aufgebauten Stator dann zwischen den einzelnen Statorscheiben angeordnet sein.
Der Außenrotor ist jedoch auf insbesondere randseitig radial außen umlaufenden magnetfeldleitenden Lagern selbst gelagert. Diese Lager haben dann je nach geometrischer Ausgestaltung des Rotors einen Durchmesser von mehr als 5 cm, insbesondere mehr als 10 cm und mitunter mehr als 15 cm oder 20 cm, insbesondere handelt es sich dabei um Wälzlager, die insbesondere einen Rotationsfreiheitsgrad besitzen. Im Rahmen der Erfindung ist es bei außenseitig in Axialrichtung verlagerbarem Außenrotor in Form eines Linearaktors auch möglich, dass die Lager zusätzlich einen translatorischen Freiheitsgrad aufweisen. Bei einem Innenläufer können die Lager auch einen Durchmesser von 0,5 cm bis 10 cm haben.
Weiterhin besonders bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor und/oder Elektrogenerator mit Innenrotor bzw. Außenrotor oder aber kombiniertem Innenrotor und Außenrotor der Stator derart ausgebildet, dass er aus in Axialrichtung parallel zueinander beabstandeten Scheiben ausgebildet ist. Die Scheiben selbst können dabei aus magnetfeldleitendem Werkstoff oder aber aus nicht magnetfeldleitendem Werkstoff ausgebildet sein. Zwischen den Scheiben sind dann radial umlaufend verteilt Eisenkörper angeordnet, wobei jeder Eisenkörper jeweils wiederum mit elektrisch leitfähigem Draht umwickelt ist. Dies bildet dann die Elektromagneten aus, die jeweils individuell einzeln durch Beaufschlagung mit Strom ein entsprechendes Magnetfeld in anziehender bzw. abstoßender Richtung für den jeweiligen Feldmagneten des passierenden Rotors ausüben.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung, diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor,
2 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor,
3 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Elektromotors,
4 einen erfindungsgemäßen Elektromotor mit Innenläufer und Außenläufer,
5 einen erfindungsgemäßen Elektromotor mit in dem Gehäuse integriertem Magnetverstärkungsring und
6 einen erfindungsgemäßen Motor mit Außenläufer.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Elektromotor 1 in einem Gehäuse 2. Auf die Bildebene bezogen in der Mitte angeordnet ist ein drehbarer Rotor 3 aus einem magnetfeldleitenden Werkstoff. Auf der Außenmantelfläche 4 des Rotors 3 sind radial versetzt Feldmagneten bzw. Permanentmagneten 5 angeordnet. Dann ist in Radialrichtung R nach außen folgend ein Spalt 6 ausgebildet, zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 7. Der Stator 7 selbst weist wiederum einen außen umlaufenden geschlossenen Aufbau auf und sich in Radialrichtung R nach innen erstreckende Fortsätze 8. Die Fortsätze 8 selbst sind mit Wicklungen 9 versehen, so dass sie als Elektromagneten dienen. Nunmehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf einer Außenmantelfläche 10 des Stators 7 radial umlaufend ein Magnetverstärkungsring 11 mit Nordpol N und Südpol S angeordnet ist. Zwischen dem Gehäuse 2 und dem Magnetverstärkungsring 11 ist ein Luftspalt L ausgebildet. Die Bauteile können jedoch auch spaltfrei aneinanderliegen.
Der damit einhergehende erfindungswesentliche Vorteil zeigt sich in der Längsschnittansicht gemäß 2. Gut zu erkennen ist hier das äußere Gehäuse 2, welches aus magnetfeldleitendem Werkstoff ausgebildet ist. Zwischen Gehäuse 2 und Rotor 3 sind Lager 12 ebenfalls aus magnetfeldleitendem Werkstoff ausgebildet. Es entsteht somit, ausgehend von dem Rotor 3 durch das über die Lager 12 in das Gehäuse 2 und von dem Gehäuse 2 in den Magnetverstärkungsring 11 und von diesem wiederum in den Stator 7. Hierdurch wird die entstehende Magnetkraft entsprechend erfindungsgemäß derart verstärkt bzw. ergänzt, dass eine kompaktere Bauform des erfindungsgemäßen Elektromotors 1 möglich ist und/oder eine bessere Leistungsausbeute zu verzeichnen ist. Sowohl die Permanentmagneten 5 des Rotors 3 als auch der Magnetverstärkungsring 11 weisen dabei eine Polung derart in Radialrichtung R auf, dass jeweils der Nordpol in Radialrichtung R nach außen zeigt und der Südpol in Radialrichtung R nach innen. Die Magnetfeldlinien M sind ebenfalls dargestellt.
3 zeigt hierzu eine alternative Ausführungsvariante, die zunächst nach dem gleichen Funktionsprinzip mit dem Magnetverstärkungsring 11 arbeitet. Hier ist jedoch der Stator 7 als ein Hülsenbauteil ausgebildet von dem sich in Radialrichtung R Fortsätze 8 erstrecken und auf dessen Außenmantelfläche 10 in Axialrichtung A verteilt, vier Magnetverstärkungsringe 11 angeordnet sind. Auch hier erfolgt eine entsprechende Verstärkung des magnetischen Flusses über das Gehäuse 2. Weiterhin dargestellt ist in 3, dass die entsprechenden Magnetverstärkungsringe 11 an dem Stator 7 mit gleicher Anzahl ausgebildet sind, um die durch die jeweils hervorgerufenen Magnetfelder entsprechend zu verstärken. Exemplarisch sind die Magnetfeldlinien M dargestellt. Der Rotor 3 weist jedoch nur drei Feldmagneten auf seiner Außenmantelfläche 4 auf, so dass durch entsprechende Polung der einzelnen Statorringe auch eine Axialbewegung A des Rotors 3 ermöglicht wird. Die Lager 12 sind in diesem Fall nicht nur mit einem Rotationsfreiheitsgrad sondern auch mit einem translatorischen Freiheitsgrad in Axialrichtung A ausgestattet.
4 zeigt eine alternative Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Elektromotors 1, der mit einem Rotor 3 als Innenläufer sowie einem Außenrotor 13 aufgebaut ist. Hierzu ist das Gehäuse 2 selbst aus zwei Seitenscheiben 14 ausgebildet, zwischen denen dann ein Stator 7 angeordnet ist. Der Stator 7 selbst weist wiederum einen Teil mit Wicklungen 9 auf. Zwischen den Seitenscheiben ist über Lager 12 der Rotor 3 gelagert, der hier als Innenrotor ausgebildet ist. Auf dem Rotor 3 sind Permanentmagnete 5 angeordnet, so dass durch Beaufschlagung des Stators 7 mit Strom der Innenläufer zum Drehen in Rotation versetzt wird. Ferner sind auf die Radialrichtung R bezogen an den Außenseiten ebenfalls Lager 12 angeordnet, an denen dann der Außenrotor 13 drehbar gelagert ist. Die Lager 12 der Außenseite der Seitenscheibe 14 sind radial umlaufend ausgebildet. Der Außenrotor 13 weist auf die Radialrichtung R bezogen nach innen wiederum Permanentmagneten 5 auf, so dass bei einer Beaufschlagung des Stators 7 mit Strom entsprechend auch der Außenrotor 13 in Rotation versetzt werden kann. Innenrotor 3 und Außenrotor 13 können dabei mit gleicher Drehzahl oder aber auch mit voneinander verschiedenen Drehzahlen betrieben werden. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, Innenrotor und Außenrotor 13 gegenläufig zu betreiben, auch mit verschiedenen Drehzahlen. Auch ist der Elektromotor 1 gemäß Ausgestaltung in 4 als Elektrogenerator betreibbar. Hier sind zwei Magnetverstärkungsringe 11 als integraler Bestandteil in das Gehäuse 2 bzw. in die Seitenscheibe 14 des Gehäuses 2 eingelassen, so dass eine Verstärkung für den Innenrotor 3 aber auch für den Außenrotor 13 erfolgt.
5 zeigt eine weitergehende Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, wobei in dieser Variante die Magnetverstärkungsringe 11 nicht radial außenseitig den Stator 7 umgreifend angeordnet sind, sondern in das Gehäuse 2 integriert sind. 5 zeigt eine Querschnittsansicht, wobei auch die dort gezeigten Magnetverstärkungsringe 11 jeweils radial umlaufend ausgebildet sind. Hierdurch wird weiterhin der erfindungswesentliche Vorteil ermöglicht, wonach das Magnetfeld ausgehend vom Stator 7 über den Magnetverstärkungsring 11 in das Gehäuse 2, die Lager 12, den Rotor 3 und wiederum die auf dem Rotor 3 angeordneten Feldmagneten geschlossen und verstärkt wird.
6 zeigt einen erfindungsgemäßen Elektromotor 1, welcher auch im Generatorbetrieb genutzt werden kann, in einer Querschnittsansicht. Hier ist ein Rotor 3 in Form eines Außenläufers ausgebildet, wobei an einer Innenmantelfläche 15 Feldmagneten in Form von Permanentmagneten 5 angeordnet sind. Auf die Radialrichtung R bezogen nach innen ist der Stator 7 angeordnet, wobei sich auf die Radialrichtung R bezogen nach außen von dem Stator 7 Fortsätze 8 erstrecken, die eine jeweilige Wicklung 9 aufweisen. In dem Stator 7 selbst ist nunmehr selbst ein Magnetverstärkungsring 11 jeweils mit Nordpol N und Südpol S angeordnet. Durch Beaufschlagung der Fortsätze 8 bzw. der Wicklungen 9 der Fortsätze 8 mit Strom wird ein Magnetfeld erzeugt, das die Permanentmagneten 5 anzieht oder aber abstößt. Hierdurch kann der Außenläufer in Bewegung gesetzt werden. Ferner dargestellt ist in 6 schematisch eine Magnetfeldlinie M ausgehend von dem Magnetverstärkungsring 11 über den Stator 7 bzw. den Fortsatz 8 des Stators 7 in den Permanentmagneten 5 des Rotors 3 sowie dann in den Rotor 3. Über nicht näher gezeigte Lager 12, wobei die Lagerung analog bei dem Außenrotor 13 analog 4 ausgebildet sein kann, wird dann der Kreis der Magnetfeldlinien M geschlossen und aufgrund des Magnetverstärkungsringes 11 entsprechend verstärkt. Im Rahmen der Erfindung ist es ebenfalls möglich, dass auf die Radialrichtung R bezogen nach innen innerhalb des Stators 7 ein Innenrotor angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Gehäuse
3: Rotor
4: Außenmantelfläche zu 3
5: Permanentmagnet
6: Spalt
7: Stator
8: Fortsatz
9: Wicklung
10: Außenmantelfläche zu 7
11: Magnetverstärkungsring
12: Lager
13: Außenrotor
14: Seitenscheibe
15: Innenmantelfläche zu 3
R: Radialrichtung
A: Axialrichtung
M: Magnetfeldlinien
N: Nordpol
S: Südpol

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0608424 B1 [0004]

Claims

Elektromotor und/oder Elektrogenerator aufweisend ein Gehäuse (2) und einen in dem Gehäuse (2) drehbar angeordneten Rotor (3), wobei der Rotor (3) massiv aus magnetfeldleitendem Werkstoff ausgebildet ist und auf dem Rotor (3) radial umlaufend Magnete angeordnet sind und in dem Gehäuse (2) ein Stator (7) mit einem Elektromagneten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Stator (7) radial außenseitig umgreifend ein Magnetverstärkungsring (11) anliegt und/oder dass ein Magnetverstärkungsring (11) in das Gehäuse (2) integriert ist.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetverstärkungsring in Axialrichtung einen scheibenartigen Aufbau besitzt und insbesondere mehrere Magnetverstärkungsringe in Axialrichtung angeordnet sind.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (7) als Statorring ausgebildet ist, wobei sich radial nach innen an dem Stator (7) Fortsätze (8) erstrecken, wobei die Fortsätze (8) als Spulenkern ausgebildet sind und mit mindestens einer Wicklung (9) versehen sind.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Axialrichtung (A) mehrere Statorringe angeordnet sind.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetverstärkungsring (11) spaltfrei an dem Statorring anliegt, insbesondere weisen der Magnetverstärkungsring (11) und der Statorring in Axialrichtung (A) die gleiche Länge auf.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetverstärkungsring (11) einstückig ausgebildet ist oder dass der Magnetverstärkungsring (11) segmentiert ausgebildet ist, wobei die Segmente radial umlaufend spaltfrei aneinanderliegen vorzugsweise ist der Magnetverstärkungsring (11) als Permanentmagnet (5) ausgebildet.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetverstärkungsring (11) spaltfrei an einer Innenmantelfläche des Gehäuses (2) angeordnet ist.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) auf Lagern (12) aus magnetfeldleitendem Werkstoff drehbar gelagert ist.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (2) ein zusätzlicher Außenläufer vorgesehen ist.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator aufweisend einen Stator (7) und ein gegenüber dem Stator (7) drehbar angeordneten Außenrotor (13), wobei der Außenrotor (13) massiv aus magnetfeldleitendem Werkstoff ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (7) innenliegend angeordnet ist und radial nach außen gerichtet Fortsätze (8) aufweist, welche jeweils eine Wicklung (9) aufweisen und in dem Stator (7) ein Magnetverstärkungsring (11) angeordnet ist.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Innenmantelfläche (15) des Rotors (3) Feldmagneten, insbesondere Permanentmagnete (5) angeordnet sind.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stator (7) ein weiterer Innenrotor (3) angeordnet ist.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (7) nach innen gerichtete Fortsätze (8) aufweist, wobei jeder Fortsatz (8) eine Wicklung (9) aufweist und auf dem Innenrotor (3) Feldmagneten (5) angeordnet sind.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrotor (13) auf randseitig radial außen umlaufenden magnetfeldleitenden Lagern (12) gelagert ist.
Elektromotor und/oder Elektrogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (7) aus in Axialrichtung (A) parallel zueinander beabstandeten Scheiben ausgebildet ist, wobei zwischen den Scheiben Eisenkörper radial umlaufend verteilt angeordnet sind und die Eisenkörper jeweils mit einem elektrisch leitfähigen Draht umwickelt sind.