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Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Bodenbearbeitungsgerät mit einem Gehäuse, einem Bodenbearbeitungselement und einem Elektromotor, welcher einen Stator, einen relativ zu dem Stator rotierbaren Rotor und eine mittels des Rotors rotierbare Rotationsachse aufweist.
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Stand der Technik
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Bodenbearbeitungsgeräte der vorgenannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Diese sind beispielsweise als Reinigungsgeräte mit einer rotierenden Bürstenwalze oder Wischwalze ausgebildet.
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Zum Antrieb des Bodenbearbeitungselementes verfügt das Bodenbearbeitungsgerät über einen Elektromotor mit einem Stator und einem relativ zu dem Stator rotierbaren Rotor. Der Elektromotor ist als eine Baugruppe ausgebildet, die insgesamt in das Gehäuse des Bodenbearbeitungsgerätes eingesetzt wird. Um die Antriebskraft des Elektromotors auf das Bodenbearbeitungselement zu übertragen, ist zwischen dem Rotor des Elektromotors und der Rotationsachse des Bodenbearbeitungselementes üblicherweise ein Getriebe angeordnet. Dieses kann beispielsweise Zahnräder, Schnecken, Riemen und dergleichen aufweisen.
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Nachteilig dabei ist, dass die vorgefertigte Elektromotor-Baugruppe einen großen Bauraum innerhalb des Bodenbearbeitungsgerätes beansprucht. Des Weiteren setzt das Getriebe den Wirkungsgrad des Elektromotors deutlich herab. Bei mehr als einer Getriebestufe kann üblicherweise mit Wirkungsgraden von weniger als 65 Prozent gerechnet werden. Dadurch steigt die benötigte Aufnahmeleistung des Elektromotors. Falls es sich bei dem Bodenbearbeitungsgerät um ein mit einem Akkumulator betriebenes Gerät handelt, reduziert sich durch die Wirkungsgradverluste die Betriebslaufzeit, was unkomfortabel für den Nutzer ist, da dieser alsbald den Akkumulator wieder aufladen muss.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Bodenbearbeitungsgerät zu schaffen, bei welchem der Platzbedarf und der Wirkungsgrad des Elektromotors optimiert sind.
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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass der Stator, der Rotor und/oder die Rotationsachse separat zueinander ausgebildet und unter Beibehaltung der Funktion des Elektromotors unabhängig voneinander relativ zu dem Gehäuse des Bodenbearbeitungsgerätes verlagerbar und/oder mit dem Gehäuse verbindbar sind.
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Erfindungsgemäß sind nunmehr die einzelnen Bauteile des Elektromotors, d.h. der Rotor, der Stator und/oder die Rotationsachse separat zueinander ausgebildet und unabhängig voneinander verlagerbar. Es ergibt sich somit eine grundsätzlich freie Anordenbarkeit der einzelnen Bauteile zueinander, wobei selbstverständlich vorausgesetzt ist, dass der Rotor und der Stator so zueinander angeordnet sind, dass der Rotor in das Magnetfeld des Stators ragt. Jedes Bauteil kann einzeln in das Gehäuse des Bodenbearbeitungsgerätes eingesetzt und dort montiert werden. Insbesondere kann jedes Bauteil einem bestimmten Teilbereich des Gehäuses zugeordnet sein, vorzugsweise in dieses integriert sein oder mit diesem verbunden werden.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Rotationsachse des Elektromotors gleichzeitig die Rotationsachse des Bodenbearbeitungselementes ist. Insbesondere wird dabei vorgeschlagen, dass die Rotationsachse drehfest und unmittelbar mit dem Rotor verbunden ist und/ oder einteilig mit diesem ausgebildet ist. Gemäß der Erfindung sind die Rotationsachse des Elektromotors und die Rotationsachse des Bodenbearbeitungselementes somit nicht mehr über ein Getriebe miteinander verbunden, sondern unmittelbar drehfest miteinander verbunden, wobei diese in einem besonders vorteilhaften Fall einteilig ausgebildet sind, d.h. eine einzige Rotationsachse darstellen. Hieraus ergibt sich eine Vielzahl von Vorteilen. Zum einen entfällt die durch ein Getriebe verursachte Verlustleistung des Elektromotors, so dass die Aufnahmeleistung des Elektromotors nicht künstlich erhöht werden muss, um die entstehende Verlustleistung zu kompensieren. Des Weiteren ist der Bauraum für den Elektromotor aufgrund des Entfalls des Getriebes wesentlich geringer. Es sind keine Getriebekomponenten, wie beispielsweise Zahnräder, innerhalb des Bodenbearbeitungsgerätes erforderlich. Des Weiteren ergibt sich eine platzsparende Anordnung von Elektromotor und Bearbeitungselement, wobei vorzugsweise insbesondere eine Ineinander-Anordnung von Bodenbearbeitungselement und Elektromotor erfolgen kann. Ein Teilbereich des Elektromotors, nämlich dessen Rotationsache, ragt in das Bodenbearbeitungselement hinein, so dass eine einen großen Bauraum erfordernde Hintereinander- oder Nebeneinander-Anordnung von Elektromotor und Bodenbearbeitungselement entfällt.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor ein Reluktanzmotor ist, wobei der Rotor zwei oder mehr magnetisierbare Rotorsegmente aufweist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor ein bürstenloser Gleichstrommotor ist, wobei der Rotor einen oder mehr Permanentmagnete aufweist. In beiden Fällen verfügt der Elektromotor über zumindest zwei Phasen, die nach einem bestimmten Schaltschema be- und entstromt werden können. Jede Phase besitzt bezogen auf die Rotationsachse eine andere Winkelposition in Umfangsrichtung. Beide Phasen wirken auf dieselbe Rotationsachse ein, so dass diese mechanisch miteinander gekoppelt sind. Bringt man die Phasen darüber hinaus in eine relativ zueinander abgestimmte Position und Verschaltung, übernimmt stets eine von mehreren Phasen einen Anteil der Rotationsbewegung der Rotationsachse. Die Anzahl der Phasen und/ oder auch die Anzahl von Polen der Permanentmagnete bzw. Rotorsegmente kann individuell auf die gewünschte Anwendung zugeschnitten werden. Beispielsweise empfiehlt sich bei niedrigen Drehzahlen und hohen Drehmomenten des Elektromotors eine möglichst große Anzahl von Phasen bzw. Polen.
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Im Falle eines Reluktanzmotors weist der Stator räumlich versetzte Spulen auf, in deren Magnetfeld der Rotor aufgrund einer in Umfangsrichtung unterschiedlichen magnetischen Leitfähigkeit ein Drehmoment erfährt und rotiert. Der Reluktanzmotor kann beispielsweise ein Reluktanzmotor sein wie er in der Offenlegungsschrift
WO 01/76044 A2 beschrieben ist. Der Reluktanzmotor weist beispielsweise einen metallischen, um eine Rotationsachse rotierbaren Rotor auf sowie einen den Rotor außenseitig umgebenden Stator, der zumindest zwei steuerbare Statorspulenpaare mit sich in Rotationsrichtung gegenüberliegenden Statorspulen aufweist. Die beiden Statorspulen des Statorspulenpaares bilden ein Nordpol-Südpol-Paar bzw. eine Phase des Reluktanzmotors. Wenn durch eines der Statorspulenpaare ein Strom fließt, wird ein elektromagnetisches Feld zwischen den gegenüberliegenden Statorspulen erzeugt. Der Rotor versucht, die Stellung minimaler Reluktanz einzunehmen, wobei er ein Drehmoment erfährt und dadurch rotiert. Die Phase bleibt solange mit Strom beaufschlagt, bis die Pole des Rotors relativ zu den Polen des Stators ausgerichtet sind. Eine zeitlich aufeinanderfolgende Beaufschlagung der über den Umfang des Stators angeordneten Phasen bewirkt eine kontinuierliche Rotation des Rotors. Während eines Rotationsumlaufs werden bezogen auf aufeinanderfolgende Phasen die in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Statorspulenpaare mit Strom beaufschlagt. Bei beispielsweise zwei Statorspulenpaaren ergeben sich somit zwei Phasen pro Rotationsumlauf, wobei bezogen auf die erste Phase das erste Statorspulenpaar und bezogen auf die zweite Phase das zweite Statorspulenpaar mit Strom beaufschlagt wird.
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Bei Ausführungsformen mit einem Gleichstrommotor wird vorgeschlagen, dass der Rotor zumindest einen Permanentmagnet aufweist. Der Permanentmagnet weist in üblicher Art und Weise einen Nordpol und einen Südpol auf, welche mit dem von dem Stator erzeugten Magnetfeld wechselwirken. Je nachdem, welche Phase des Stators aktuell mit Strom beaufschlagt wird, wird der Permanentmagnet des Rotors mit dem Nordpol oder Südpol angezogen, woraus eine Rotationsbewegung des Rotors und somit auch der Rotationsachse des Bodenbearbeitungselementes resultiert. Der Rotor kann eine Mehrzahl von Permanentmagneten aufweisen, welche beispielsweise bezogen auf eine Längserstreckung der Rotationsachse hintereinander angeordnet sind. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Rotor eine Mehrzahl von Permanentmagneten in einer gemeinsamen Ebene aufweist, welche senkrecht zu der Rotationsachse orientiert ist. In diesem Fall kann der Rotor beispielsweise eine Scheibe oder ein Ring sein, welcher im Wesentlichen sternförmig angeordnete Permanentmagnete aufweist, wobei sich in Umfangsrichtung des Rotors Nordpole und Südpole abwechseln. Bezogen auf die Rotationsachse liegen sich Nordpole und Südpole auf einer Verbindungsgeraden gegenüber.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass eine zwei entgegengesetzt magnetisierte Magnetpole verbindende Verbindungsgerade oder eine zwei Rotorsegmente verbindende Verbindungsgerade senkrecht zu einer Längserstreckung der Rotationsachse orientiert ist. Der Permanentmagnet bzw. die Permanentmagnete sind somit bezogen auf ihre Nordpol-Südpol-Verbindungsachse senkrecht zu der Längserstreckung der Rotationsachse orientiert, wobei der Stator des Elektromotors entsprechend so ausgerichtet ist, dass die von dem Stator erzeugte und auf den Permanentmagnet wirkende magnetische Anziehungskraft in Umfangsrichtung wirkt, so dass die Rotationsachse des Bodenbearbeitungselementes rotiert wird. Im Falle eines Reluktanzmotors stehen die Rotorsegmente senkrecht zu der Rotationsachse im Magnetfeld des Stators.
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Besonders vorteilhaft ist der Rotor an einer Stirnseite der Rotationsachse angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung befindet sich der Rotor an der Stirnseite der Rotationsachse und damit beispielsweise auch an der Stirnseite eines walzenförmigen Bodenbearbeitungselementes, beispielsweise einer Wischwalze oder Borstenwalze. An der Stirnseite der Rotationsachse ist dem Rotor ein Statorelement zugeordnet, in dessen Magnetfeld der Rotor rotieren kann. Der Stator kann dabei beispielsweise in eine Endkappe des Bodenbearbeitungselementes oder einen an das Bodenbearbeitungselement angrenzenden Gehäuseteilbereich des Bodenbearbeitungsgerätes integriert sein.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Rotor zwei oder mehr Permanentmagnete aufweist, deren Magnetfelder in Rotationsrichtung des Rotors zueinander winkelversetzt sind. Diese Ausgestaltung dient einem zweiphasigen Aufbau des Elektromotors, bei welchem sich die Magnetfelder der zwei oder mehr Permanentmagnete kreuzen. Die zwei oder mehr Permanentmagnete können dabei wie zuvor erläutert in derselben Ebene senkrecht zu der Längserstreckung der Rotationsachse angeordnet sein oder aber in unterschiedlichen Ebenen, beispielsweise an gegenüberliegenden Stirnseiten der Rotationsachse.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Permanentmagnete oder Rotorsegmente an gegenüberliegenden Stirnseiten der Rotationsachse angeordnet sind. Bei einer zueinander rotationsversetzten Anordnung der an den Stirnseiten angeordneten Permanentmagnete bzw. Rotorsegmente ergibt sich eine zweiphasige Ausbildung des Rotors, so dass den Stirnseiten jeweils ein einphasiges Statorelement zugeordnet sein kann. Beide Statorelemente wirken auf die gleiche Achse und sind dadurch mechanisch miteinander gekoppelt. Durch die zueinander rotationsversetzte Anordnung der Permanentmagnete bzw. Rotorsegmente übernimmt zumindest jeweils einer der Permanentmagnete bzw. eines der Rotorsegmente einen Anteil der Rotationsbewegung in Umfangsrichtung. Gemäß einer alternativen Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Permanentmagnete so zueinander orientiert sind, dass deren Magnetfelder parallel verlaufen. Bei dieser Ausgestaltung ist der Rotor einphasig ausgebildet, so dass der Stator für eine Rotation entsprechend zwei Phasen aufweisen muss. Entsprechend sind dann bei dieser Ausgestaltung die Statorfelder zueinander rotationsversetzt, so dass stets zu jedem Zeitpunkt eine der Rotor-Stator-Paarungen ein Drehmoment auf die Rotationsachse ausüben kann.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Stator mehrere Statorelemente aufweist. Die Statorelemente können einerseits entweder entlang der Längserstreckung der Rotationsachse zueinander versetzt angeordnet sein und/oder in Umfangsrichtung der Rotationsachse, so dass wahlweise mehrere Statorelemente einen Stator mit einer oder mehreren Phasen bilden.
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Schließlich wird vorgeschlagen, dass die Statorelemente an gegenüberliegenden Stirnseiten der Rotationsachse je mindestens einem Permanentmagneten oder Rotorsegment des Rotors zugeordnet sind. Wahlweise können dabei für eine zwei- oder mehrphasige Ausbildung des Elektromotors entweder die Statorelemente zueinander rotationsversetzt angeordnet sein und/ oder die Permanentmagnete bzw. Rotorsegmente. Die Anordnung erfolgt stets unter der Maßgabe, dass zu jedem Zeitpunkt zumindest eine Phase einen Teil der Rotationsbewegung der Rotationsachse bewirkt. Die Statorelemente an gegenüberliegenden Stirnseiten der Rotationsachse begrenzen die Endbereiche der Rotationsachse und damit auch des Bodenbearbeitungselementes, so dass die Statorelemente beispielsweise gleichzeitig auch zur Lagerung der Rotationsachse des Bodenbearbeitungselementes dienen können. Die beiden Statorelemente sind vorteilhaft unterschiedlichen Gehäuseteilbereichen des Bodenbearbeitungsgerätes zugeordnet, wobei die Statorelemente vorzugsweise identisch ausgebildete Teile des Elektromotors sind, welche variabel innerhalb des Bodenbearbeitungsgerätes angeordnet werden können, um gemeinsam mit dem Rotor den Elektromotor zu bilden. Die Verteilung der Statorelemente und der Rotorelemente, d. h. Permanentmagnete bzw. Rotorsegmente, innerhalb des Bodenbearbeitungsgerätes gibt neue Gestaltungsmöglichkeiten im Hinblick auf die Bauform des Bodenbearbeitungsgerätes insgesamt.
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Das Bodenbearbeitungsgerät kann im Sinne der Erfindung ein handgeführtes Bodenbearbeitungsgerät sein oder auch ein sich selbsttätig fortbewegendes, mit einem Akkumulator betriebenes Bodenbearbeitungsgerät, insbesondere ein Reinigungsroboter. Des Weiteren kann das Bodenbearbeitungsgerät zur Ausführung unterschiedlichster Aufgaben vorgesehen sein, beispielsweise zum Saugreinigen, Feuchtwischen, Polieren, Schleifen und dergleichen.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Bodenbearbeitungsgerät,
- 2 einen Elektromotor des Bodenbearbeitungsgerätes,
- 3 ein Statorelement mit einem Rotorelement,
- 4 eine weitere Ausführungsform eines Rotorelementes,
- 5 eine weitere Ausführungsform eines Rotorelementes,
- 6 einen Teilbereich eines als Außenläufer ausgebildeten Elektromotors in einem Längsschnitt,
- 7 den Teilbereich gemäß 6 in einem Querschnitt,
- 8 ein Statorelement und ein Rotorelement mit mehreren Rotorpolen,
- 9 ein Statorelement und ein Rotorelement mit mehreren Rotorpolen gemäß einer weiteren Ausführungsform,
- 10 ein Statorelement und ein Rotorelement eines Reluktanzmotors.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bodenbearbeitungsgerät 1, welches hier beispielsweise als selbsttätig verfahrbares Feuchtwischgerät ausgebildet ist. Das Bodenbearbeitungsgerät 1 weist ein Gehäuse 19 und ein um eine Rotationsachse 2 rotierbares Bodenbearbeitungselement 3 auf, welches hier eine Reinigungswalze mit einem Textilbelag ist. Während einer Fahrt stützt sich das Bodenbearbeitungsgerät 1 über das Bodenbearbeitungselement 3 und zwei Räder 20 auf einer zu reinigenden Fläche ab und navigiert selbsttätig innerhalb einer Umgebung. Zur Navigation und Selbstlokalisierung misst eine Abstandsmesseinrichtung 22, welche hier als Triangulationsmesseinrichtung (nicht im Einzelnen dargestellt) ausgebildet ist, Abstände zu Hindernissen und Raumbegrenzungen innerhalb der Umgebung. Des Weiteren ist den Rädern 20 üblicherweise ein Odometrie-Sensor zugeordnet, welcher zurückgelegte Strecken erkennen kann.
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Unterhalb des Gehäuses 19 des Bodenbearbeitungsgerätes 1 ist des Weiteren eine Seitenbürste 21 angeordnet, welche insbesondere der Säuberung von Raumecken dient. Des Weiteren kann das Bodenbearbeitungsgerät 1 über einen nicht dargestellten Flüssigkeitstank und eine nicht dargestellte Motor-Gebläse-Einrichtung verfügen.
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Dem Bodenbearbeitungselement 3 ist ein Elektromotor zugeordnet, welcher aus mehreren Bauteilen besteht, die innerhalb des Gehäuses 19 des Bodenbearbeitungsgerätes 1 verteilt sind. Der Elektromotor ist hier ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor), welcher einen Stator 4, einen Rotor 5 und eine Rotationsachse 2 aufweist. Die Rotationsachse 2 des Elektromotors ist gleichzeitig die Rotationsachse 2 des Bearbeitungselementes 3. Der Stator 4 weist zwei Statorelemente 17, 18 auf, welche zwei gegenüberliegenden Stirnseiten 15, 16 des Bodenbearbeitungselementes 3 zugeordnet sind. Jedes Statorelement 17, 18 verfügt über einen von einer Spule 24 umwickelten Kern 23. Jedem der Statorelemente 17, 18 ist an der jeweiligen Stirnseite 15, 16 des Bodenbearbeitungselementes 3 ein Rotorelement 26, 27 zugeordnet, welches jeweils einen Permanentmagneten 6, 7 aufweist. Jeder der Permanentmagnete 6, 7 verfügt über zwei Magnetpole 9,10,11,12, welche korrespondierende Nord- und Südpole sind. Die Permanentmagnete 6, 7 sind unmittelbar mit der Rotationsachse 2 des Bodenbearbeitungselementes 3 verbunden.
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Die Bauteile des Elektromotors können grundsätzlich frei innerhalb des Gehäuses 19 angeordnet werden, sofern die Funktion des Elektromotors zum Antrieb der Rotationsachse 2 gewährleistet ist. Das Bodenbearbeitungselement 3 ist drehfest mit der Rotationsachse 2 verbunden, so dass es bei Rotation des Rotors 5 des Elektromotors automatisch zu einer Rotation des Bodenbearbeitungselementes 3 kommt.
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2 zeigt eine Detaildarstellung der Komponenten des Elektromotors mit den beiden Statorelementen 17, 18 des Stators 4, den beiden Rotorelementen 26, 27 des Rotors 5 - inklusive jeweils eines Permanentmagneten 6, 7 - sowie der Rotationsachse 2, welche die beiden Rotorelemente 26, 27 des Rotors 5 drehfest miteinander verbindet und gleichzeitig die Rotationsachse 2 des Bodenbearbeitungselementes 3 darstellt. Der Elektromotor stellt gemäß dieser Ausgestaltung einen zweiphasigen Antrieb bereit, indem jeweils an jeder Stirnseite 15, 16 der Rotationsachse 2 ein einphasiges Statorelement 17, 18 angebracht ist. Beide Statorelemente 17, 18 wirken auf dieselbe Rotationsachse 2 und sind damit mechanisch gekoppelt. Die Rotorelemente 26, 27 stehen senkrecht zueinander und senkrecht zu der Rotationsachse 2. Konkret sind die Magnetfelder der Permanentmagnete 6, 7, d. h. die Verbindungsgeraden 8 zwischen den Magnetpolen 9, 10 bzw. 11, 12, senkrecht zueinander orientiert. Dadurch bewirkt immer eine der beiden Phasen des Elektromotors einen Teil der Rotationsbewegung der Rotationsachse 2. Hier stehen die beiden Rotorelemente 26, 27 senkrecht zueinander. Es kann jedoch alternativ auch vorgesehen sein, die beiden Statorelemente 17, 18 senkrecht zueinander, d. h. um 90 Grad rotiert, anzuordnen, so dass deren Magnetfelder senkrecht zueinander stehen. Im letztgenannten Fall weisen dann die Rotorelemente 26, 27 eine zueinander parallele Ausrichtung auf.
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Alternativ könnte des Weiteren neben dem gezeigten zweiphasigen Aufbau auch ein Aufbau mit mehr als zwei Phasen gewählt werden. Bei einem dreiphasigen Aufbau werden beispielsweise jeweils drei Rotorelemente 26, 27, drei Permanentmagnete 6, 7 (siehe z. B. 8 und 9) oder drei Statorelemente 17,18 genutzt, welche dann jeweils um 120 Grad zueinander rotationsverlagert sind. Die Anzahl der Rotorelemente 26, 27, Permanentmagnete 6, 7 bzw. Statorelemente 17,18 kann anwendungsbezogen optimiert werden, wobei beispielsweise bei niedrigen Drehzahlen und einem relativ hohen Drehmoment des Elektromotors eine große Anzahl von Rotorelementen 26, 27, Permanentmagneten 6, 7 bzw. Statorelementen 17, 18 vorteilhaft ist, um den Drehimpuls aufrecht zu halten.
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Die Rotorelemente 26, 27 können grundsätzlich einteilig mit der Rotationsachse 2 ausgebildet sein, wobei das Bodenbearbeitungselement 3 in diesem Fall von einer radialen Richtung kommend an der Rotationsachse 2 zu montieren ist. Dazu kann das Bodenbearbeitungselement 3 beispielsweise aus zwei Zylinderhälften bestehen, welche beispielsweise um ein Scharnier, insbesondere Filmscharnier, relativ zueinander verschwenkt und verrastet werden können. Des Weiteren können die Rotorelemente 26, 27 trennbar mit der Rotationsachse 2 verbunden sein, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung oder Rastverbindung, so dass die Rotationsachse 2 zur Befestigung des Bodenbearbeitungselementes 3 von zumindest einem Rotorelement 26, 27 getrennt werden kann. In diesem Fall ist es möglich, das Bodenbearbeitungselement 3 von einer Stirnseite 15, 16 auf die Rotationsachse 2 aufzuschieben und dort drehfest anzuordnen. Des Weiteren kann auch das Bodenbearbeitungselement 3 einteilig mit der Rotationsachse 2 ausgebildet sein, so dass das Bodenbearbeitungselement 3 unmittelbar mit den Rotorelementen 26, 27 drehfest verbunden werden kann.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform eines zweiphasigen Gleichstrommotors werden die beiden Spulen 24 des ersten Statorelements 17 und des zweiten Statorelements 18 abwechselnd mit Strom beaufschlagt, so dass entweder an dem ersten Statorelement 17 oder an dem zweiten Statorelement 18 ein Magnetfeld zur Ausrichtung des jeweiligen Rotorelements 26, 27 zur Verfügung steht. Durch die um 90 Grad rotierte Anordnung der Permanentmagnete 6, 7 relativ zueinander, wird stets auf eines der Rotorelemente 26, 27 ein Drehmoment ausgeübt, so dass eine fortwährende Rotation des Bodenbearbeitungselementes 3 gewährleistet ist. Um eine vollständige 360 Grad-Umdrehung der Rotationsachse 2 zu erreichen, ist in üblicher Art und Weise eine Umpolung der Spulen 24 nach einer Teilrotation von 180 Grad erforderlich.
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Die 3 bis 5 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen eines Statorelementes 17 und eines Rotorelementes 26. Das Statorelement 17 weist wie zuvor dargestellt einen Kern 23 und eine Spule 24 auf.
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In 3 ist das Rotorelement 26 ein einzelner Permanentmagnet 6 mit einem Magnetpol 9, welcher hier ein Nordpol ist, und einem Magnetpol 10, welcher hier ein Südpol ist. Eine Verbindungsgerade 8 zwischen den beiden Magnetpolen 9, 10 ist punktsymmetrisch zu der Rotationsachse 2 ausgerichtet.
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4 zeigt ein Rotorelement 26 mit einem relativ zu der Rotationsachse 2 unsymmetrisch in das Rotorelement 26 eingelegten Permanentmagneten 6, welcher zwei Magnetpole 9, 10 aufweist. Gemäß dieser Ausführung ist das Rotorelement 26 als solches nicht als Permanentmagnet 6 ausgebildet, sondern weist nur in einem Teilbereich einen solchen auf.
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In 5 weist ein Rotorelement 26 zwei eingelegte Permanentmagnete 6, 7 auf, welche jeweils einen Nordpol und einen Südpol aufweisen. Die Magnetpole 9, 10, 11, 12 sind dabei so ausgerichtet, dass die Verbindungsgeraden 8 aufeinanderliegen und auch die Magnetfelder parallel zueinander orientiert sind, indem der als Südpol ausgebildete Magnetpol 10 des ersten Permanentmagneten 6 dem als Nordpol ausgebildeten Magnetpol 11 des zweiten Permanentmagneten 7 benachbart ist.
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Die 6 und 7 zeigen eine Ausführung eines Elektromotors als Außenläufer. Dabei ist der Rotor 5 um den Stator 4 herum angeordnet. Der Rotor 5 ist hier beispielsweise ein rotierbar an einem Lager 25 des Stators 4 gelagertes Blechteil. Das Lager 25 ist beispielsweise ein Kugellager. Der Rotor 5 ist drehfest mit einer Rotationsachse 2 des Bodenbearbeitungselementes 3 verbunden. Der Rotor 5 weist auf der Innenwandung des ringförmigen Blechteils zwei Permanentmagnete 6, 7 auf, welche jeweils zwei Magnetpole 9, 10 bzw. 11, 12 bereitstellen. Der Stator 4 ist relativ zu einem Gehäuse 19 (in 6 nicht dargestellt) des Bodenbearbeitungsgerätes 1 unbeweglich angeordnet, wobei der Stator 4 hier zwei Statorelemente 17, 18 mit jeweils einem Kern 23 und einer Spule 24 aufweist. 7 zeigt eine Draufsicht auf den als Außenläufer ausgebildeten Elektromotor.
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Die 8 und 9 zeigen zwei weitere Ausführungsformen, bei welchen jeweils ein einphasiges Statorelement 17 mit einem mehrpoligen Rotorelement 26 kombiniert ist. Bei der Ausführungsform gemäß 8 besteht das Rotorelement 26 aus drei gekreuzten Permanentmagneten 6, 7, welche jeweils Magnetpole 9 bis 14 aufweisen. Bei der Ausführungsform gemäß 9 weist das Rotorelement 26 insgesamt sechs eingelegte Permanentmagnete 6, 7 auf, deren Magnetfeldrichtung entlang der Umfangsrichtung des Rotorelementes 26 jeweils abwechselnd um 180 Grad gekippt ist, d. h., dass ein erster Permanentmagnet 6 beispielsweise einen radial nach außen weisenden Nordpol (Magnetpol 10) aufweist und ein entgegen dem Uhrzeigersinn benachbarter Permanentmagnet 7 einen nach außen weisenden Südpol (Magnetpol 12) aufweist. Das Rotorelement 26 kann bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 8 und 9 (aber auch bei den übrigen Ausführungsformen) als sternförmiges Rotorelement 26 ausgebildet sein, oder wie in 8 gestrichelt angedeutet als Magnetscheibe mit abwechselnden Nordpol-Südpol-Winkelbereichen.
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10 zeigt schließlich ein Statorelement 17 und ein Rotorelement 26 für einen Reluktanzmotor. Das Statorelement 17 weist einen Kern 23 und eine Spule 24 auf. Das Rotorelement 26 ist ein magnetisierbarer, metallischer Körper mit vier Rotorsegmenten 28. Bei der Verwendung zwei solcher Paarungen aus einem Statorelement 17, 18 und einem Rotorelement 26, 27 (analog zu 2) wird ein Elektromotor mit zwei Phasen geschaffen. Wenn durch eines der Statorelemente 17,18 ein Strom fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt. Das in diesem Magnetfeld befindliche Rotorelement 26, 27 versucht, die Stellung minimaler Reluktanz einzunehmen, wobei es einem Drehmoment unterliegt und der Rotor 5 rotiert. Das Statorelement 17 bleibt solange mit Strom beaufschlagt, bis die Rotorsegmente 28, d. h. die Pole des Rotorelementes 26, 27 relativ zu den Polen des Statorelementes 17, 18 ausgerichtet sind. Eine zeitlich aufeinanderfolgende Beaufschlagung der Statorelemente 17,18 des Stators 4 sowie eine in Umfangsrichtung der Rotationsachse 2 um einen Winkelbereich rotierte Stellung des zweiten Rotorelements 27 (verglichen mit der Stellung des ersten Rotorelements 26) bewirkt eine kontinuierliche Rotation des Rotors 5. Während eines Rotationsumlaufs von 360 Grad werden somit bezogen auf aufeinanderfolgende Phasen die beiden Statorelemente 17,18 abwechselnd mit Strom beaufschlagt. Bei zwei Statorelementen 17, 18 ergeben sich somit zwei Phasen pro 360 Grad-Rotationsumlauf, wobei bezogen auf die erste Phase das erste Statorelement 17 mit Strom beaufschlagt wird, und wobei bezogen auf die zweite Phase das zweite Statorelement 18 mit Strom beaufschlagt wird.
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Wie zuvor bereits auch in Bezug auf einen als Gleichstrommotor ausgebildeten Elektromotor beschrieben, kann auch der Reluktanzmotor mehr als zwei Phasen aufweisen, welche durch mehrere Paare aus Rotorelement 26, 27 und Statorelement 17, 18 aufgebaut sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bodenbearbeitungsgerät
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Bodenbearbeitungselement
- 4
- Stator
- 5
- Rotor
- 6
- Permanentmagnet
- 7
- Permanentmagnet
- 8
- Verbindungsgerade
- 9
- Magnetpol
- 10
- Magnetpol
- 11
- Magnetpol
- 12
- Magnetpol
- 13
- Magnetpol
- 14
- Magnetpol
- 15
- Stirnseite
- 16
- Stirnseite
- 17
- Statorelement
- 18
- Statorelement
- 19
- Gehäuse
- 20
- Rad
- 21
- Seitenbürste
- 22
- Abstandsmesseinrichtung
- 23
- Kern
- 24
- Spule
- 25
- Lager
- 26
- Rotorelement
- 27
- Rotorelement
- 28
- Rotorsegment
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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