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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektromotor-Generator-Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage.
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Elektromotoren finden zum Antrieb von Gegenständen Verwendung, die beispielsweise eine Achswelle einer Maschine oder eines Fahrzeugs, eine Gelenkstange, usw. sein können. Je nach Bauart ist der Elektromotor in der Lage, den Gegenstand in eine Drehbewegung oder eine translatorische Bewegung anzutreiben. Hierfür werden die Elektromotoren mit einem elektrischen Strom gespeist, der Magnetfelder erzeugt. Die Magnetfelder versetzen einen mit dem Gegenstand gekoppelten Rotor des Elektromotors relativ zu einem Stator des Elektromotors in eine Bewegung. Somit wandelt der Elektromotor elektrische Energie in mechanische Energie um.
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Im Gegensatz dazu wird bei einem Generator ein Gegenstand mechanisch angetrieben, so dass sich ein mit dem Gegenstand gekoppelter Rotor des Generators relativ zu einem Stator des Elektromotors bewegt. Dadurch werden Magnetfelder in einer Spule eines Stators des Generators erzeugt, die einen elektrischen Strom induzieren. Der induzierte Strom kann abgegriffen werden, um einen elektrischen Verbraucher mit dem elektrischen Strom zu versorgen, beispielsweise eine Lampe zum Leuchten zu bringen, einen Elektromotor anzutreiben, usw.. Somit wandelt der Generator mechanische Energie in elektrische Energie um.
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In der Regel werden für technische Anwendungen je nach dem Bedarf einer Stromerzeugung oder einer Stromzufuhr entweder Generatoren oder Elektromotoren eingesetzt. Somit ist bei Anwendungen, die zumindest teilweise eine Stromerzeugung bieten können, jedoch zumindest in Teilbereichen eine Stromzufuhr benötigen, sowohl ein separater Elektromotor als auch ein separater Generator vorzuhalten. Dadurch steigt der Platzbedarf.
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Außerdem wird bei vielen Anwendungen ein derzeit benötigter elektrischer Strom oft über eine Batterie bereitgestellt, auch wenn mechanische Energie der Anwendung vorhanden ist. Dies ist insbesondere bei einem Fahrzeug, beispielsweise einem Fahrrad oder Kraftfahrzeug der Fall, bei welchem im Betrieb ohne Tageslicht mit einer Beleuchtungsanlage Licht erzeugt werden muss oder heutzutage immer häufiger ein Elektromotor zur Antriebsunterstützung verwendet wird. Jedoch sind Batterien in der Herstellung vergleichsweise teuer bzw. benötigen wertvolle Rohstoffe und sind im Recycling nicht unproblematisch. Zudem wird die Aufladung einer Batterie oft mit Strom vorgenommen, der durch nicht regenerative Energien erzeugt wurde. Alles dies ist kostenintensiv und in Bezug auf einen schonenden Umgang mit Ressourcen nicht optimal.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektromotor-Generator-Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage bereitzustellen, mit welchem die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen eine Elektromotor-Generator-Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage bereitgestellt werden, mit welcher bei geringem Platzbedarf und Schonung von Ressourcen ein hoher Wirkungsgrad einer technischen Anlage erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Elektromotor-Generator-Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die Elektromotor-Generator-Vorrichtung hat eine Welle, mindestens zwei Abdeckelemente zur Aufnahme mindestens eines Magnets, und mindestens zwei Spulen, die zwischen den Abdeckelementen und in Umfangsrichtung der Welle beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei der mindestens eine Magnet jedes Abdeckelements radial beabstandet von der Welle angeordnet ist, wobei die mindestens zwei Abdeckelemente oder die mindestens zwei Spulen um die Welle drehbar gelagert sind, so dass ein Pol des mindestens einen Magnets nacheinander dem Spuleninneren einer der mindestens zwei Spulen zugewandt angeordnet wird, und wobei der andere Pol des mindestens einen Magnets von den Spulen abgewandt an den Abdeckelementen angeordnet ist.
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Die Elektromotor-Generator-Vorrichtung hat eine sehr kompakte Bauweise. Daher benötigt die Elektromotor-Generator-Vorrichtung nur sehr wenig Platz. Somit ist die Elektromotor-Generator-Vorrichtung auch bei beengten Platzverhältnissen gut einsetzbar.
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Noch dazu hat die Elektromotor-Generator-Vorrichtung einen sehr hohen Energiewirkungsgrad. Je nach Bedarf kann eine mechanische Drehung entweder zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet werden oder mit von der Elektromotor-Generator-Vorrichtung erzeugtem elektrischem Strom erzeugt und/oder beschleunigt werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Elektromotor-Generator-Vorrichtung den Einsatz einer Batterie beispielsweise bei einem beliebigen Fahrzeug, insbesondere bei einem Fahrrad, Motorrad, Kraftfahrzeug, Schiff, usw., zumindest verkleinern oder sogar entbehrlich machen kann. Dies ist bei einem Fahrzeug sehr vorteilhaft, da hier, neben den umweltschonen Aspekten und dem Wegfall des zusätzlichen Aufladens in Betriebspausen des Fahrzeugs und der Wartung der Batterie, das Gewicht des Fahrzeugs gesenkt werden kann. Bei einem Fahrzeug ist zudem die mechanische Energie besonders gut verwendbar, um den gegebenenfalls benötigten elektrischen Strom für die Beleuchtungsanlage oder zur Antriebsunterstützung zu verwenden. Alles dies kann mit zu der Senkung von Abgasemissionen beitragen, die durch brennstoffbetriebene Fahrzeuge verursacht werden. Außerdem fördert alles dies die Benutzung beispielsweise des Fahrrads als kostengünstige Alternative zu der Fahrt mit beispielsweise einem Personenkraftwagen.
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Zudem kann mit der Vorrichtung der Antrieb und ein Energiespeicher, insbesondere eine Batterie, bei einem Elektrofahrzeug oder einer industriellen Anlage oder Maschine optimiert werden.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Elektromotor-Generator-Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei der Elektromotor-Generator-Vorrichtung kann die Spulenachse jeder Spule in etwa parallel zu der Achse der Welle 13 derart ausgerichtet sein, dass der mindestens eine Magnet jedes Abdeckelements einen Strom in einer der Spulen induzieren kann, wenn die mindestens zwei Abdeckelemente und die mindestens zwei Spulen relativ zueinander um die Welle bewegt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat die Elektromotor-Generator-Vorrichtung einen Stator, der mindestens zwei Abdeckelemente zur Aufnahme mindestens eines Magnets aufweist, einen Rotor, der relativ zu dem Stator bewegbar ist, wobei der Rotor aufweist mindestens zwei Spulen, die zwischen den Abdeckelementen des Stators angeordnet sind, mindestens vier Kontakte, von denen jeweils zwei Kontakte an einer der mindestens zwei Spulen angeordnet sind, und mindestens vier Kontaktabgriffelemente, von denen jeweils ein Kontaktabgriffelement einem der Kontakte zugeordnet ist, wobei die mindestens vier Kontakte und/oder die mindestens vier Kontaktabgriffelemente derart verschaltet sind, dass im Betrieb der Vorrichtung mit mindestens zwei der Kontaktabgriffelemente von der Vorrichtung erzeugter elektrischer Strom abgreifbar ist, während der Rotor über eine Einleitung von elektrischem Strom in die mindestens zwei anderen der Kontaktabgriffelemente in eine Bewegung relativ zum Stator angetrieben wird.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel hat die Elektromotor-Generator-Vorrichtung mindestens einen Sensor, zu dem der mindestens eine Magnet relativ drehbar angeordnet ist, zur Erfassung des Wechsel zwischen zwei Magneten bei einer Bewegung einer der Abdeckelemente relativ zu dem mindestens einem Sensor, und einer Steuereinrichtung zum Umschalten der Polung des elektrischen Stroms einer Spule, wenn der mindestens eine Sensor einen Wechsel zwischen zwei Magneten erfasst.
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Mindestens zwei der zuvor beschriebenen Elektromotor-Generator-Vorrichtungen können Teil eines Systems sein, wobei zwischen dem Rotor einer ersten Elektromotor-Generator-Vorrichtung und dem Rotor einer zweiten Elektromotor-Generator-Vorrichtung nur ein Abdeckelement angeordnet ist, in dem mindestens ein Magnet aufgenommen ist.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage nach Anspruch 14 gelöst. Hierbei weist die technische Anlage mindestens eine Elektromotor-Generator-Vorrichtung auf. die eine Welle, mindestens zwei Abdeckelemente zur Aufnahme mindestens eines Magnets, und mindestens zwei Spulen aufweist, die zwischen den Abdeckelementen und in Umfangsrichtung der Welle beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei der mindestens eine Magnet jedes Abdeckelements radial beabstandet von der Welle angeordnet ist, und wobei das Verfahren den Schritt aufweist Antreiben der mindestens zwei Abdeckelemente oder der mindestens zwei Spulen, die um die Welle drehbar gelagert sind, so dass ein Pol des mindestens einen Magnets nacheinander dem Spuleninneren einer der mindestens zwei Spulen zugewandt angeordnet wird, wobei der andere Pol des mindestens einen Magnets von den Spulen abgewandt an den Abdeckelementen angeordnet ist.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage nach Anspruch 15 gelöst. Hierbei weist die technische Anlage mindestens eine Elektromotor-Generator-Vorrichtung auf. Das Verfahren weist die Schritte auf: Antreiben eines Rotors der Vorrichtung in eine Bewegung relativ zu einem Stator der Vorrichtung, wobei der Stator mindestens zwei Abdeckelemente zur Aufnahme mindestens eines Magnets aufweist, und der Rotor mindestens zwei Spulen, die zwischen den Abdeckelementen des Stators angeordnet sind, mindestens vier Kontakte, von denen jeweils zwei Kontakte an einer der mindestens zwei Spulen angeordnet sind, und mindestens vier Kontaktabgriffelemente aufweist, von denen jeweils ein Kontaktabgriffelement einem der Kontakte zugeordnet ist, Abgreifen, mit mindestens zwei der Kontaktabgriffelemente, von von der Vorrichtung erzeugtem elektrischem Strom, während der Rotor über eine Einleitung von elektrischem Strom in die mindestens zwei anderen der Kontaktabgriffelemente in eine Bewegung relativ zum Stator angetrieben wird.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte schematische dreidimensionale Ansicht einer Elektromotor-Generator-Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine vereinfachte schematische Seitenansicht der Elektromotor-Generator-Vorrichtung von 1 in einer Neutralposition;
- 3 eine vereinfachte Abwicklung der Elektromotor-Generator-Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 4 eine vereinfachte Abwicklung der Elektromotor-Generator-Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ohne Kontakte und Kontaktabgriffelemente;
- 5 ein Blockschaltbild der elektrischen Verschaltung der Elektromotor-Generator-Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 6A bis 6D jeweils ein Schaubild zur Veranschaulichung des Betriebs der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Neutralposition, einer Startposition, einer Laufposition und einer Endposition;
- 7 und 8 jeweils eine vereinfachte Schnittansicht eines Anlasser für die Elektromotor-Generator-Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 9 eine vereinfachte schematische Seitenansicht einer Elektromotor-Generator-Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 10 eine vereinfachte Abwicklung der Elektromotor-Generator-Vorrichtung mit Darstellung einer Verschaltung für einen Antrieb mit nur einer Spule gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 11 eine vereinfachte Abwicklung der Elektromotor-Generator-Vorrichtung mit Darstellung einer Verschaltung für maximal möglichen Antrieb bei maximal möglicher Rekuperation gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
- 12 eine vereinfachte Abwicklung der Elektromotor-Generator-Vorrichtung mit Darstellung einer Verschaltung von zwei nebeneinander angeordneten Spulen nebeneinander für den Antrieb und anderer Spulen für Rekuperation gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
- 13 eine vereinfachte Abwicklung der Elektromotor-Generator-Vorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
- 14 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Systems gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel mit mehreren Elektromotor-Generator-Vorrichtungen an einer Welle;
- 15 eine vereinfachte schematische Seitenansicht einer Elektromotor-Generator-Vorrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel in einer Neutralposition;
- 16A bis 16D jeweils ein Schaubild zur Veranschaulichung des Betriebs der Vorrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel in einer Neutralposition, einer Startposition, einer Laufposition und einer Endposition;
- 16E bis 16H jeweils ein Schaubild zur Veranschaulichung des Betriebs der Vorrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel in einer Neutralposition, einer Startposition, einer Laufposition und einer Endposition, wenn die Polarisation der Magnete im Vergleich zu den Zuständen von 16A bis 16D jeweils umgeschaltet ist;
- 17 eine vereinfachte Abwicklung der Elektromotor-Generator-Vorrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel mit Darstellung einer Verschaltung für maximal möglichen Antrieb bei maximal möglicher Rekuperation;
- 18 eine vereinfachte Abwicklung der Elektromotor-Generator-Vorrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel mit Darstellung einer Verschaltung von zwei nebeneinander angeordneten Spulen nebeneinander für den Antrieb und anderer Spulen für Rekuperation;
- 19 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Systems gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel mit mehreren Elektromotor-Generator-Vorrichtungen an einer Welle; und
- 20 eine vereinfachte Abwicklung einer Elektromotor-Generator-Vorrichtung gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch und vereinfacht eine technische Anlage 1, die eine Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und eine elektrische Schaltung 20 aufweist, die mit einem Verteiler 30 mit der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 verbunden ist. Die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 kann einen sehr schematisch dargestellten Gegenstand 40 antreiben. Zudem kann ein Anlasser 60 vorhanden sein.
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Die technische Anlage 1 ist eine beliebige technische Anlage, wie eine industrielle Fertigungsstraße, eine Transportanlage, ein Fahrzeug, usw. Der Gegenstand 40 kann ein beliebiger Gegenstand sein, der in eine Bewegung antreibbar ist. Beispielsweise ist der Gegenstand 40 einer der folgenden Gegenstände oder eine Kombination dieser Gegenstände, wie beispielsweise ein Rad, ein Zahnrad, ein Karussell, ein Getriebe, ein zumindest abschnittsweise zylindrischer Körper, eine Welle, insbesondere eine Hohlwelle, eine Kurbelwelle, usw., eine mit einem Getriebe gekoppelte Zahnstange, mit dem die Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umgesetzt wird. Der Gegenstand 40 kann dieselbe Achse haben wie die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10, wie in 1 gezeigt. Alternativ ist der Gegenstand 40 relativ zu einer anderen Achse bewegbar, die beliebig zu der Achse der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 orientiert ist. Je nach Orientierung ist ein nicht dargestelltes Getriebe ausgestaltet, um die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 mit dem Gegenstand 40 zu koppeln.
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Gemäß 1 hat die elektrische Schaltung 20 eine Antriebsschaltung 21, eine Generatorschaltung 22 und eine Steuereinrichtung 23. Die Verbindungen zwischen der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 und der elektrischen Schaltung 20 über den Verteiler 30 sind in 1 der Übersichtlichkeit halber nur sehr vereinfacht dargestellt.
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Die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 hat ein erstes Abdeckelement 11 und ein zweites Abdeckelement 12, die jeweils scheibenförmig ausgeführt sind. Die Abdeckelemente 11, 12 sind bei dem Beispiel von 1 als kreisrunde Scheibe ausgeführt. Die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 ist rotationssymmetrisch um eine Welle 13 ausgestaltet. Die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 ist um die Welle 13 bewegbar bzw. drehbar, wie nachfolgend genauer beschrieben.
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In den Abdeckelementen 11, 12 ist mindestens ein Magnet M0 bis M9 und mindestens ein Magnet M0A bis M9A angeordnet, wobei in 1 nur die Magnete M0 bis M9 des Abdeckelements 12 sichtbar sind. Mindestens einer der Magnete M0 bis M9, M0A bis M9A ist als Permanentmagnet oder als Elektromagnet ausführbar. Die Abdeckelemente 11, 12 mit dem jeweils mindestens einen Magnet M0 bis M9, M0A bis M9A bilden den Stator der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10.
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Entlang des Umfangs der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 sind zwischen den Abdeckelementen 11, 12 Kontakte K0 bis K9 und Kontakte K0A bis K9A in zwei Reihen nebeneinander angeordnet. In 1 sind nur einige der Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A sichtbar.
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2 zeigt dagegen in einer Seitenansicht der Vorrichtung 10 die Anordnung der Kontakte K0 bis K9 relativ zu den Magneten M0 bis M9 und zu Spulen C0 bis C9 genauer. Jeweils einer der Magnete M0 bis M9 ist jeweils einer der Spulen C0 bis C9 zugeordnet. Zudem ist jeweils einer der Magnete M0A bis M9A jeweils einer der Spulen C0 bis C9 zugeordnet. Dies ist auch in 3 und 4 noch genauer dargestellt. Die Anordnung der Kontakte K0 bis K9 und der Spulen C0 bis C9 ist relativ zu den Abdeckelementen 11, 12 sowie zu den Kontaktabgriffelementen 140 bis 149 und 140A bis 1409A und einem nur teilweise veranschaulichten Gehäuse 101 der Vorrichtung 10 bewegbar. Daher bildet die Anordnung der Kontakte K0 bis K9 und der Spulen C0 bis C9 den Rotor der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10. In Aussparungen des Gehäuses 101 sind optional eine Erfassungseinrichtung 150 mit mindestens einem Sensor und Totpunkte T0 bis T9 vorgesehen, die in Bezug auf 12 genauer beschrieben sind. Zusätzlich oder alternativ sind in den Aussparungen des Gehäuses 101 ein oder mehrere Kühlkanäle 102 realisierbar, um die Vorrichtung 10 zu kühlen. Hierfür ist je nach Ausführung des jeweiligen Kühlkanals 102 ein geeignetes gasförmiges und/oder flüssiges Kühlmedium, wie beispielsweise Luft, Wasser, Öl verwendbar. Der mindestens eine Kühlkanal 102 kann in radialer Richtung und/oder Achsrichtung bzw. Richtung der Welle 13 vorgesehen sein. Die mindestens zwei Abdeckelemente 11, 12 sind Teil des Gehäuses 101 und decken die Vorrichtung 10 senkrecht zu der Welle 13 ab bzw. schließen die Vorrichtung 10 senkrecht zu der Welle 13.
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Somit sind gemäß 2 die Magnete M0 bis M9, M0A bis M9A jedes Abdeckelements 11, 12 radial beabstandet von der Welle 13 angeordnet,
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3 zeigt in einer Abwicklung des Umfangs der Vorrichtung 10 alle Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A. Zwischen den Kontakten K1 bis K9 und den Kontakten K0A bis K09A ist ein Kühlkanal 103 vorgesehen, in dem das zuvor genannte Kühlmedium verwendbar ist.
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Bei der Darstellung von 4 sind dagegen aus der Abwicklung des Umfangs der Vorrichtung 10 von 3 alle Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A und die Kontaktabgriffelemente 140 bis 149 und 140A bis 1409A weggelassen, so dass die Spulen C0 bis C9 sichtbar sind. Die Spulen C0 bis C9 haben jeweils Wicklungen CW und einen weichmagnetischen Kern CK. Bei dem Zustand von 4 ist bei der Spule C0 der Südpol S des weichmagnetischen Kerns CK dem Südpol S des Magnets M0A zugewandt und der Nordpol N des weichmagnetischen Kerns CK ist dem Nordpol N des Magnets M0 zugewandt. Zudem ist bei der Spule C1 der Nordpol N des weichmagnetischen Kerns CK dem Südpol S des Magnets M0A zugewandt und der Nordpol N des weichmagnetischen Kerns CK ist dem Nordpol N des Magnets M0 zugewandt. Ähnliches gilt für die Spulen C2 bis C9 und die zugehörigen Magnete M2 bis M9, M2A bis M9A.
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Somit sind gemäß 4 die Spulen C0 bis C9 zwischen den Abdeckelementen 11, 12 angeordnet. Außerdem sind die Spulen C0 bis C9 in Umfangsrichtung der Welle 13 beabstandet voneinander angeordnet, wie auch in Zusammenschau mit 2 ersichtlich, Zudem sind die Magnete M0 bis M9, M0A bis M9A jedes Abdeckelements 11, 12 radial beabstandet von der Welle 13 und somit deren Wellenachse angeordnet. Auch die Spulen C0 bis C9 sind radial beabstandet von der Welle 13 und somit deren Wellenachse angeordnet. Die Spulen C0 bis C9 und die Magnete M0 bis M9, M0A bis M9A werden nebeneinander vorbeibewegt.
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Mit anderen Worten, die Spulenachse jeder Spule C0 bis C9 ist in etwa parallel zu der Wellenachse ausgerichtet. Die Magnete M0 bis M9, M0A bis M9A jedes Abdeckelements 11, 12 werden neben den Spulen C0 bis C9 vorbeibewegt. Dabei können die Magnete M0 bis M9, M0A bis M9A einen Strom in den Spulen C0 bis C9 induzieren, wenn die mindestens zwei Abdeckelemente 11, 12 und die Spulen C0 bis C9 relativ zueinander um die Welle 13 bewegt werden.
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Die Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A gemäß 1 bis 3 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt. Beispielsweise sind die Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A als Metallplatte ausführbar, die insbesondere zum Teil Kupfer und/oder Aluminium, und/oder ein sonstiges elektrisch leitfähiges Material aufweist. Bei dem Beispiel von 1 bis 3 sind die Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A in Umfangsrichtung jeweils in etwa gleich lang und breit. Selbstverständlich ist es möglich, die Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A unterschiedlich breit auszugestalten. Dies wird anhand von 5 noch genauer beschrieben.
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Wie aus 1 in Zusammenschau mit 2 oder 3 ersichtlich, sind an den Kontakten K0 bis K9, K0A bis K9A jeweils Kontaktabgriffelemente 140 bis 149 und 140A bis 149A vorgesehen. Die Kontaktabgriffelemente 140 bis 149, 140A bis 1409A sind insbesondere als Kohlebürsten ausgeführt. Jedes der Kontaktabgriffelemente 140 bis 149, 140A bis 149A kontaktiert einen der Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A. Außerdem ist jedes der Kontaktabgriffelemente 140 bis 149, 140A bis 149A mit der elektrischen Schaltung 20 verbindbar. Hierbei kann je nach Ausführung gewählt werden, wie die Kontaktabgriffelemente 140 bis 149, 140A bis 149A miteinander verschaltet werden. Auf diese Weise ist die Leistung eines in der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 vorgesehenen Elektromotors im Verhältnis zu der Leistung eines in der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 vorgesehenen Generators einstellbar.
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Gemäß 1 und 3 bilden die Kontakte K0 bis K9 eine erste Reihe in Umfangsrichtung der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10. Hierbei sind die Kontakte K0 bis K9 jeweils durch einen Spalt 15 voneinander beabstandet. Die Kontakte K0A bis K9A bilden eine zweite Reihe in Umfangsrichtung der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10. Die Kontakte K0A bis K9A sind jeweils durch einen Spalt 16 voneinander beabstandet. Bei dem speziellen Beispiel von 1 bis 3 sind die Spalte 15, 16 jeweils in etwa gleich groß. Die Spalte 15, 16 sind jedoch unterschiedlich groß bzw. breit ausführbar.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Reihe von Kontakten K0 bis K9 und die zweite Reihe von Kontakten K0A bis K9A versetzt zueinander angeordnet. Dadurch ist der Spalt 15 zwischen den einzelnen Kontakten K0 bis K9 jeweils versetzt zu dem Spalt 16 zwischen den einzelnen Kontakten K0A bis K9A angeordnet.
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Wie in 1 angegeben, sind die erste Reihe von Kontakten K0 bis K9 und die zweite Reihe von Kontakten K0A bis K9A voneinander durch einen Spalt 17 beabstandet. Zudem ist die erste Reihe von Kontakten K0 bis K9 von dem Abdeckelement 11 durch einen Spalt 18 beabstandet. Die zweite Reihe von Kontakten K0A bis K9A ist von dem Abdeckelement 12 durch einen Spalt 19 beabstandet. Bei dem speziellen Beispiel von 1 und 3 sind die Spalte 17, 18, 19 jeweils in etwa gleich groß. Mindestens einer der Spalte 17, 18, 19 kann im Vergleich zu einem der anderen Spalte unterschiedlich groß bzw. breit ausgeführt sein.
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Jeder der Spalte 15 bis 19 ist derart dimensioniert, dass eine elektrische Isolation der einzelnen Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A von den benachbarten Kontakten K0 bis K9, K0A bis K9A gewährleistet ist. Insbesondere ist in mindestens einem der Spalte 15 bis 19 zumindest teilweise ein Isolationselement angeordnet, mit welchem die elektrische Isolation zu den benachbarten Kontakten K0 bis K9, K0A bis K9A sichergestellt wird. Das Isolationselement ist neben Luft aus der Gruppe der nachfolgenden Materialen auswählbar, nämlich, einem dielektrischen Material, einem Harz, Kunststoff, usw.
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Je nach Verschaltung der Kontaktabgriffelemente 140 bis 149 und 140A bis 149A in dem Verteiler 30 liefern die Spulen C0 bis C9 im Betrieb der Vorrichtung 10, bei welchem der Rotor der Vorrichtung 10 in eine Bewegung um die Welle 13 versetzt wird, einen elektrischen Strom. Hierbei kann entweder in einer Elektromotorfunktion mehr elektrischer Strom für die Antriebsschaltung 21 geliefert werden oder aus der Bewegung um die Welle 13 in einer Generatorfunktion mehr elektrischer Strom zur Weitergabe an einer Generatorschaltung 22 erzeugt werden. Die mit der Generatorschaltung 22 gespeicherte elektrische Energie kann später durch die Vorrichtung 10 bzw. durch den Antrieb des Gegenstands 40 oder durch mindestens einen elektrischen Verbraucher 50 genutzt werden.
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5 zeigt ein spezielles Beispiel einer Verschaltung der Kontaktabgriffelemente 140 bis 149 und 140A bis 149A der Vorrichtung 10 mit der Schaltung 20. An die Schaltung 20 ist optional zusätzlich ein externer elektrischer Verbraucher 50 angeschlossen.
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Bei dem Beispiel von 5 hat die elektrische Schaltung 20 als Antriebschaltung 21 eine Stromversorgungseinrichtung 211 und eine Schalteinrichtung 212 mit einem Anschaltmodul 213. Die Antriebschaltung 21, genauer gesagt ihre Stromversorgungseinrichtung 211, wird von einem Energiespeicher 221 mit elektrischen Strom 110 versorgt, der ein Gleichstrom oder Wechselstrom für die Vorrichtung 10 sein kann. Die Stromversorgungseinrichtung 211 gibt den elektrischen Strom 110 als elektrischen Strom I1 an die Schalteinrichtung 212 weiter. Der elektrische Strom I1 ist ein Gleichstrom. Ist auch der elektrische Strom 110 ein Gleichstrom, kann die Stromversorgungseinrichtung 211 entfallen und der Energiespeicher 221 kann insbesondere eine Batterie sein.
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In Bezug auf die Generatorseite der Vorrichtung 10 hat die elektrische Schaltung 20 als Generatorschaltung 22 den Energiespeicher 221 und einen Gleichrichter 222, dem ein Anschaltmodul 223 vorgeschaltet ist. Der Energiespeicher 221 kann insbesondere eine Batterie mit mindestens einer wiederaufladbaren Batteriezelle aufweisen. Der Energiespeicher 221 kann zusätzlich oder alternativ andere geeignete Energiespeicher aufweisen, insbesondere ein Schwungrad, einen Kondensator, usw. Der Gleichrichter 222 wandelt einen von der Vorrichtung 10 gelieferten Wechselstrom I2 in einen Gleichstrom 120. Der Gleichstrom 120 wird an den Energiespeicher 221 weitergeleitet und dort zwischengespeichert. Je nach Bedarf kann der Energiespeicher 221 mit der Antriebsschaltung 21 oder dem externen elektrischen Verbraucher 50 zumindest zeitweise verbunden werden. Hierbei kann der Energiespeicher 221 zum Versorgen der Stromversorgungseinrichtung 211 zum Einsatz kommen, wie zuvor beschrieben.
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Die Verschaltung der Verbindungen der Kontaktabgriffelemente 140 bis 149, 140A bis 149A für den Verteiler 30 ist von der Steuereinrichtung 23 steuerbar. Hierfür hat das Anschaltmodul 213 entsprechende Schalter, die die Kontaktabgriffelemente miteinander verschalten. Hierbei kann die Steuerung der Verschaltung der Verbindungen der Kontaktabgriffelemente 140 bis 149, 140A bis 149A fest vorgegeben sein oder im Betrieb der Vorrichtung 10 und/oder der elektrischen Schaltung 20 und/oder des externen Verbrauchers 50 je nach Anforderung variabel angepasst werden.
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Bei dem speziellen Beispiel von 5 sind die Kontaktabgriffelemente 140A, 141 in Serie geschaltet und in das Anschaltmodul 213 geführt, mit anderen Worten mit dem Anschaltmodul 213 elektrisch verbunden. Dasselbe gilt analog für die Kontaktabgriffelemente 148A, 149, für die Kontaktabgriffelemente 146A, 147, für die Kontaktabgriffelemente 144A, 145 und für die Kontaktabgriffelemente 142A, 143. Dadurch stellen die Kontaktabgriffelemente 141, 143, 145, 147, 149, 140A, 142A, 144A, 146A, 148A der Vorrichtung 10 den elektrischen Strom I1 bereit, wodurch der Rotor der Vorrichtung 10 relativ zu dem Stator angetrieben wird.
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Zudem sind die Kontaktabgriffelemente 149A, 140 in Serie geschaltet und in das Anschaltmodul 223 geführt, mit anderen Worten mit dem Anschaltmodul 223 elektrisch verbunden. Dasselbe gilt analog für die Kontaktabgriffelemente 147A, 148, für die Kontaktabgriffelemente 145A, 146, für die Kontaktabgriffelemente 143A, 144 und für die Kontaktabgriffelemente 141A, 142. Dadurch liefern die Kontaktabgriffelemente 140, 142, 144, 146, 148, 141A, 143A, 145A, 147A, 149A den elektrischen Strom I2 an den Energiespeicher 221.
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Die Menge bzw. Größe des elektrischen Stroms I1, I2 wird durch die Steuereinrichtung 23 gesteuert, indem sich die Vorrichtung 10 schneller oder langsamer um die Achse ihrer Welle 13, mit anderen Worten die Wellenachse, dreht. Zusätzlich oder alternativ kann die Schaltung 20 derart ausgestaltet sein, dass die Steuereinrichtung 23 die Verschaltung der Kontaktabgriffelemente 140 bis 149 je nach Bedarf steuert, um das Verhältnis der Ströme I1, I2 zueinander zu steuern.
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Noch dazu ist das Verhältnis der Ströme I1, I2 zueinander und/oder deren Frequenz steuerbar, indem die Breite der Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A in Richtung der Achse der Welle 13 unterschiedlich groß gewählt wird. Bei dem Beispiel von 1 bis 4, bei welchem die Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A in Umfangsrichtung jeweils in etwa gleich lang und breit sind, ist die Steuerung des Verhältnisses der Ströme I1, I2 durch die Steuereinrichtung 23 möglich, wie zuvor beschrieben.
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Im Betrieb der technischen Anlage 1 wird die Vorrichtung 10 über den Antrieb bzw. die Einspeisung des Stroms I1 in die entsprechenden Spulen C0, C2, C4, C6, C8 bewegt, in diesem Fall ihr Rotor um ihre Welle 13 gedreht. Dabei wird in den für die Generatorseite verschalteten Spulen C1, C3, C5, C7, C9 ein elektrischer Strom induziert, so dass der Strom I2 in den Gleichrichter 222 und dann in den Energiespeicher 221 gespeist werden kann.
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Die elektrische Schaltung 20 kann derart ausgestaltet sein, dass alle Spulen der Vorrichtung 10 im Leerlauf der Vorrichtung 10 oder im minimalen Lastfall für die Generatorschaltung 22 elektrischen Strom I2 erzeugen. Ein derartiger Fall kann beispielsweise bei einem Fahrzeug bei einer Bergabfahrt vorliegen oder auftreten, wenn das Fahrpedal nicht betätigt ist. In diesem Fall können Schalter entsprechend geschaltet werden.
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6A bis 6D zeigen die verschiedenen Stadien während eines Betriebs der Vorrichtung 10, wobei jeweils der Übersichtlichkeit halber nur ein Teil der Vorrichtung 10 gezeigt ist und die Kontakte K der Vorrichtung 10 neben den Spulen C8 bis C9 der Vorrichtung 10 dargestellt sind, auch wenn die Kontakte K der Vorrichtung 10 tatsächlich über den Spulen C8 bis C9 der Vorrichtung 10 angeordnet sind, wie in 2 veranschaulicht. Hierbei zeigt 6A die Neutralposition, 6B die Startposition für eine Bewegung, 6C die Laufposition und 6D die Endposition.
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Gemäß 6A stehen sich in der Neutralposition der Nordpol N des Magneten M9A und der Südpol S des Spulenkerns CK der Spule C9 gegenüber. Außerdem stehen sich der Nordpol N des Spulenkerns CK der Spule C9 und der Südpol S des Magneten M9A gegenüber. Noch dazu stehen sich in der Neutralposition der Südpol S des Magneten M8A und der Nordpol N des Spulenkerns CK der Spule C8 gegenüber. Außerdem stehen sich der Südpol N des Spulenkerns CK der Spule C8 und der Nordpol S des Magneten M8A gegenüber.
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Die Kontaktabgriffelemente 148A, 149 sind zwischen den Spulen C8, C9 und über den Kontakten K8A, K9 angeordnet. Dasselbe gilt analog für die Kontaktabgriffelemente 149A, 140 und die Kontaktabgriffelemente 147A, 148, die jeweils zwischen der Spule C9 und der angrenzenden Spule C0 bzw. C7 angeordnet sind, die in 6A nicht dargestellt sind.
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In der Position von 6A findet keine Bewegung der Spulen C8, C9 mit den Kontakten und Kontaktabgriffelementen als Teil des Rotors der Vorrichtung 10 relativ zu dem Stator der Vorrichtung 10 statt. Der Stator ist unter anderem aus den Abdeckelementen 11, 12 mit den Magneten M9A, M9, M8A, M8 gebildet.
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Bei dem Beispiel von 6A kann an dem Kontaktabgriffelement 140 der Strom 12, ein Wechselstrom, für die Rekuperation abgegriffen werden, wie mit der Sinuskurve an dem Abgriff der Spule C9 auf der linken Seite von 6A veranschaulicht. Die Kontaktabgriffelemente 148A, 149 sind bei dem Beispiel von 6A für den Antrieb vorgesehen.
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Mit dem Anlasser 60 kann der Rotor der Vorrichtung 10 relativ zu dem Stator der Vorrichtung 10 in die Startposition von 6B bewegt werden. Der Anlasser 60 ist in Bezug auf 7 und 8 nachfolgend genauer beschrieben.
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In der Position gemäß 6B ziehen der Nordpol des Magneten M9A und der Südpol des Magneten M9 die Spule C8 an, so dass sich die Spule C8 in Richtung der Magneten M9A, M9 bewegt. Außerdem schiebt der Südpol des Magneten M8A und der Nordpol des Magneten M8 die Spule C8 an, deren Spulenkern CK nun ebenfalls magnetisiert ist, so dass sich auf der dem Abdeckelement 11 zugewandten Seite des Spulenkerns CK der Nordpol N ausbildet. Somit fängt der Rotor der Vorrichtung 10 an, sich zu drehen. Die Bewegung induziert gleichzeitig einen Strom in den Spulen C7, C9. Somit kann beispielsweise an den Kontaktabgriffelementen 147A, 148 der Wechselstrom I2 für die Rekuperation abgegriffen werden, wie mit der Sinuskurve an den Abgriffen der Spulen C7, C9 von 6B veranschaulicht.
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Daraufhin läuft der Rotor der Vorrichtung 10 relativ zum Stator der Vorrichtung 10, wobei unter anderem ein Zustand eingenommen wird, wie in 6C veranschaulicht.
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Zudem erreicht der Rotor der Vorrichtung 10 relativ zum Stator der Vorrichtung 10 eine Position, die in 6D veranschaulicht ist. In der Position von 6D wird der Rotor nicht aktiv angetrieben, sondern der Rotor läuft nur mit dem Schwung der zuvor beschriebenen Bewegung wieder zu einer Position analog zu der Anfangsposition der Bewegung und anschließend zu der darauffolgenden Position, die in Bezug auf 6A und 6B zuvor beschrieben sind. Die Position in 6D ist daher hier als Endposition der Bewegung bezeichnet. In der Endposition ist nur eine Induktion in den Spulen C0 bis C9 vorhanden.
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Somit wird der Rotor bei der Drehung um die Achse der Welle 13 entweder aktiv angetrieben oder nutzt den Schwung des zuvor bewirkten Antriebs. Hierbei durchläuft der Rotor fortlaufend der Reihe nach die Zustände gemäß 6A bis 6D.
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Demzufolge sind die zwei Abdeckelemente 11, 12 oder die Spulen C0 bis C9 um die Welle 13 drehbar gelagert, so dass ein Pol N, S jedes Magnets M0 bis M9, M0A bis M9A nacheinander dem Spuleninneren einer der Spulen C0 bis C9 zugewandt angeordnet wird, wobei der andere Pol S, N des jeweiligen Magnets M0 bis M9, M0A bis M9A von den Spulen C0 bis C9 abgewandt an dem zugehörigen Abdeckelement 11, 12 angeordnet ist.
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7 und 8 zeigen den Anlasser 60, welcher die Bewegung der Welle 13 der Vorrichtung 10, und damit des Rotors der Vorrichtung 10, von der Neutralposition von 6A in die Startposition von 6B bewirken kann.
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Gemäß 7 ist der Anlasser 60 benachbart zu einem Gehäuse 100 der Vorrichtung 10 an der Welle 13, genauer gesagt ihrem verzahnten Ende 131, montiert. Der Anlasser 60 hat ein Gehäuse 61, ein Hauptrad 62, einen Anlassmotor 63, eine Zahnstange oder Gewindestange 64, ein erstes Nebenrad 67 und ein zweites Nebenrad 68.
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Wie in 7 und 8 gezeigt, ist greift das verzahnte Ende 131 der Welle 13 in Zähne der Nebenräder 67, 68 ein. Hierbei ist das verzahntes Ende 131 der Welle 13 in der Mitte der beiden Nebenräder 67, 68 angeordnet. Die Nebenräder 67, 68 kämmen in einer Innenverzahnung des Hauptrads 62. Zudem hat das Hauptrad 62 eine Außenverzahnung, die mit der Zahnstange 64 kämmt. Die Außenverzahnung des Hauptrads 62 und die Zahnstange 64 sind derart ausgestaltet, dass der Anlasser 60 das Hauptrad 62 und damit die Welle 13 um einen vorbestimmten Winkel α je nach Bedarf hin oder her drehen kann. Der vorbestimmte Winkel α kann insbesondere maximal 45° betragen. Hierfür kann der Anlassmotor 63 die Zahnstange 64 linear antreiben.
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9 zeigt eine Vorrichtung 10A mit nur zwei Spulen C1, C2 mit Kernen CK, Magneten M1, M2, Kontakten K1, K1A, K2, K2A und Kontaktabgriffelementen 141, 141A, 142, 142A. Ansonsten ist die Vorrichtung 10A auf die gleiche Weise aufgebaut, wie zuvor für die Vorrichtung 10 beschrieben.
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Bei der Vorrichtung 10A ist der Magnet M1 in einem Abdeckelement 11 gemäß 1 vorgesehen, auch wenn dies in 9 nicht genauer dargestellt ist. Der Magnet M1 hat die gleiche Abmessung, genauer gesagt in etwa denselben Durchmesser, wie der Kern CK der Spule C1. Der Magnet M2 ist in dem Abdeckelement 11 gemäß 1 vorgesehen, auch wenn dies in 9 nicht genauer dargestellt ist. Der Magnet M2 hat die gleiche Abmessung, genauer gesagt in etwa denselben Durchmesser, wie der Kern CK der Spule C2. In einem Abdeckelement 12 gemäß 1 sind noch zwei Magnete M1A, M2A vorhanden, auch wenn diese in 9 nicht sichtbar sind. Die Magnete M1A, M2A haben die gleiche Abmessung wie die Magnete M1, M2.
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Die Vorrichtung 10A stellt die minimale Anzahl von Teilen für Rotor und Stator der Vorrichtung 10A bzw. der Vorrichtung 10 dar. Somit hat eine Vorrichtung 10A, 10 als Stator mindestens zwei Abdeckelemente 11, 12, in denen insgesamt die mindestens vier Magnete M1, M2, M1A, M2A angeordnet sind. Als Rotor hat eine Vorrichtung 10A, 10 die mindestens zwei Spulen C1, C2 mit zugehörigem Kern CK, mindestens vier Kontakte K1, K1A, K2, K2A und mindestens vier Kontaktabgriffelemente 141, 141A, 142, 142A.
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Mit der Vorrichtung 10A kann ein voller Antrieb realisiert werden. Alternativ kann die Vorrichtung 10A für Antrieb und Rekuperation verwendet werden.
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Somit kann die Vorrichtung 10A auf sehr kleinem Bauraum und mit wenig Materialeinsatz das Prinzip der Vorrichtung 10 realisieren, das in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel ausführlich beschrieben ist.
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10 zeigt die Abwicklung einer Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10B gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10B ist vom Grundprinzip auf die gleiche Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Im Unterschied zu der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind bei der Vorrichtung 10A nur die Magnete M8A, M8 bei der Spule C8 zum Antrieb vorgesehen, wobei alle anderen Magnete M0A bis M7A, M9A, M0 bis M7, M9 bei den Spulen C0 bis C7 und C9 für die Generatorfunktion oder Rekuperation vorgesehen sind. Daher sind bei der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10B nur die Kontaktabgriffelemente 149 und 148A mit der Antriebsschaltung 21 verbunden. Die anderen Kontaktabgriffelemente und/oder die Kontakte sind dagegen miteinander verbunden, wie in 10 gezeigt, wobei die Kontaktabgriffelemente 140, 141 und/oder die Kontakte K0, K1 direkt mit der Generatorschaltung 22 verbunden sind, wie in 10 gezeigt. Im Betrieb der Vorrichtung 10B werden alle Spulen C0 bis C9 für Antrieb und Rekuperation genutzt.
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Bei dem Beispiel von 10 ist das Kontaktabgriffelement 148A mit einem Pluspol einer Gleichspannungsversorgung der Antriebsschaltung 21 verbunden. Das Kontaktabgriffelement 149 ist mit einem Minuspol einer Gleichspannungsversorgung der Antriebsschaltung 21 verbunden. Die Vorrichtung 10B liefert der Generatorschaltung 22 den Wechselstrom 12.
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Die Generatorschaltung 22 kann die gleichen Elemente aufweisen, wie in Bezug auf 5 zuvor beschrieben, auch wenn diese Elemente in 10 nicht im Detail dargestellt sind. Ähnliches gilt für die Antriebsschaltung 21.
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In Folge dessen ist es in diesem Beispiel ausreichend, nur zwei Leitungen zu dem Gleichrichter 222 (5) der Generatorschaltung 22 zu führen. Dadurch kann der Verkabelungsaufwand zwischen der Vorrichtung 10B und dem Verteiler 30 und/oder der elektrischen Schaltung 20 verringert und somit optimiert werden.
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11 zeigt die Abwicklung einer Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10C gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10C ist vom Grundprinzip auf die gleiche Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 von 1 bis 8 beschrieben. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Im Unterschied zu der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind bei der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10C die Spulen C0, C2, C4, C6, C8 zum Antrieb vorgesehen. Hierfür werden den Spulen C0, C2, C4, C6, C8 die Gleichströme 111 bis 115 zugeführt. Dagegen werden die Spulen C1, C3, C5, C7, C9 für die Generatorfunktion oder Rekuperation der Vorrichtung 10C genutzt. Dementsprechend sind die Kontaktabgriffelemente 141 bis 149, 141A bis 149A und/oder die Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A verschaltet, wie in 11 veranschaulicht. Damit ist mit der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10B der maximal mögliche Antrieb bei maximal möglicher Rekuperation, insbesondere für einen Gegenstand 40, möglich. Die Generatorschaltung 22 kann die gleichen Elemente aufweisen, wie in Bezug auf 5 zuvor beschrieben, auch wenn diese im Detail in 11 nicht dargestellt sind. Ähnliches gilt für die Antriebsschaltung 21.
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Treten bei einer technischen Anlage 1 im Betrieb verschiedene Lastfälle auf, kann die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10C derart ausgestaltet sein, dass zwischen der Verschaltung von 10 und der Verschaltung von 11 hin und her geschaltet werden kann. Das Schalten kann von der Steuereinrichtung 23 gesteuert werden.
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Selbstverständlich sind in einer Modifikation der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10C zusätzlich oder alternative andere Verschaltungen möglich, zwischen denen, insbesondere mit Hilfe der Steuereinrichtung 23, umgeschaltet werden kann. Dadurch sind beliebige Lastfälle realisierbar.
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Beliebige Abwandlungen in Bezug auf die Anzahl von Elementen zwischen der minimalen Anzahl gemäß der Vorrichtung 10A und dem speziellen Beispiel von 11 sind denkbar.
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12 zeigt die Abwicklung einer Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10C1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10C1 ist vom Grundprinzip auf die gleiche Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 von 1 bis 8 beschrieben. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Im Unterschied zu der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel sind bei der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10C1 die Spulen C0, C2, C4, C6, C7, C8 zum Antrieb vorgesehen. Hierfür werden den Spulen C0, C2, C4, C6, C7, C8 die Gleichströme 111 bis 116 zugeführt, wie in 12 gezeigt. Dagegen werden die Spulen C1, C3, C5, C9 für die Generatorfunktion oder Rekuperation der Vorrichtung 10C1 genutzt. Dementsprechend sind die Kontaktabgriffelemente 141 bis 149, 141A bis 149A und/oder die Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A verschaltet, wie in 12 veranschaulicht. Damit sind bei der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10B die nebeneinander angeordneten Spulen C6, C7, C8 für den Antrieb genutzt.
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Die Spule C7 ist anders gepolt als die Spulen C6, C8. Somit fließt der Strom 112 anders herum als jeder der Ströme 111, 113. Ganz allgemein, werden zwei direkt nebeneinander angeordnete Spulen für den Antrieb verwendet, so sind die Spulen unterschiedlich zu polen. Damit sind jeweils die Kontakte der Spulen C6, C7, C8 in der Kontaktreihe K0 bis K9 abwechselnd an den Pluspol und den Minuspol angeschlossen. Außerdem sind jeweils die Kontakte der Spulen C6, C7, C8 in der Kontaktreihe K0A bis K9A abwechselnd an den Pluspol und den Minuspol angeschlossen. Zudem sind mindestens die Totpunkte T6 bis T8 vorgesehen, um einen Kurzschluss zu vermeiden, der sonst bei einer Drehung der Vorrichtung 10C1 auftreten könnte. Die Totpunkte T1 bis T9 können beispielsweise mit Metall oder Metallkombinationen ausgestaltet sein. Die Totpunkte T1 bis T9 können alternativ als Aus-/Einschaltpunkte bezeichnet werden.
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Die Generatorschaltung 22 kann die gleichen Elemente aufweisen, wie in Bezug auf 5 und 11 zuvor beschrieben, auch wenn diese Elemente in 12 nicht im Detail dargestellt sind. Ähnliches gilt für die Antriebsschaltung 21.
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Jedoch ist an die Steuereinrichtung 23 die Erfassungseinrichtung 150 mit mindestens einem Sensor angeschlossen, die zuvor im Zusammenhang mit 2 erwähnt ist. Die Erfassungseinrichtung 150 erfasst die Totpunkte T0 bis T9. Die Steuereinrichtung 23 steuert die Stromversorgung entsprechend den erfassten Totpunkten T0 bis T9. Ist beispielsweise das Kontaktabgriffelement 148A zwischen den Kontakten K9A/K8A angeordnet und/oder das Kontaktabgriffelement 149 zwischen den Kontakten K9/K8 angeordnet, dann schaltet die Steuereinrichtung 23 den Strom I1 von der Antriebsschaltung 21 aus. Die Steuereinrichtung 23 schaltet den Strom I1 von der Antriebsschaltung 21 wieder ein, wenn das Kontaktabgriffelement 148A an dem Kontakt K8A angeordnet ist und das Kontaktabgriffelement 149 an dem Kontakt K8 angeordnet ist, um den Strom von den Kontakten K8A, K8 ohne Kurzschluss abzugreifen. Die Zeitdauer des zuvor beschriebenen Ausschaltens des Stroms I1 während einer Drehbewegung der Vorrichtung 10C1 ist umso kürzer, je schneller sich der Rotor der Vorrichtung 10C1 um die Achse der Welle 13 bewegt.
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Treten bei einer technischen Anlage 1 im Betrieb verschiedene Lastfälle auf, kann die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10C1 derart ausgestaltet sein, dass zwischen der Verschaltung von 10 und mindestens einer der Verschaltungen von 11, 12 hin und her geschaltet werden kann. Insbesondere sind alle Spulen C0 bis C9 für Antrieb verschaltbar, so dass keine Rekuperation möglich ist. Das Schalten kann von der Steuereinrichtung 23 gesteuert werden.
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Selbstverständlich sind in einer Modifikation der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10C1 zusätzlich oder alternativ andere Verschaltungen möglich, zwischen denen, insbesondere mit Hilfe der Steuereinrichtung 23, umgeschaltet werden kann. Dadurch sind beliebige Lastfälle realisierbar.
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Beliebige Abwandlungen in Bezug auf die Anzahl von Elementen zwischen der minimalen Anzahl gemäß der Vorrichtung 10A und dem speziellen Beispiel von 12 sind denkbar.
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13 zeigt die Abwicklung einer Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10D gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10D ist vom Grundprinzip auf die gleiche Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Im Unterschied zu der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10D gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keine versetzte Anordnung der Reihen von Kontakten K0 bis K9, K0A bis K9A.
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Durch die Anordnung der Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A ist die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10D eher für kleinere Elektromotor-Generator-Kombinationen geeignet, wie sie beispielsweise an einem Fahrrad als Lichtmaschine und/oder zur Antriebsunterstützung des Fahrrads zur Anwendung kommen.
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In einer Modifikation der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10D hat die Vorrichtung 10D nur die Mindestzahl von Elementen, wie in Beug auf die Vorrichtung 10A von 9 beschrieben. Beliebige Abwandlungen in Bezug auf die Anzahl von Elementen zwischen der minimalen Anzahl gemäß der Vorrichtung 10A und dem speziellen Beispiel von 13 sind denkbar.
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14 zeigt sehr schematisch ein System 2 mit mehreren Elektromotor-Generator-Vorrichtungen 10D, nämlich den Vorrichtungen 10E1, 10E2, 10E3, gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist nur ein Ausschnitt des gesamten Systems 2 gezeigt, welches nach rechts in 14 weiter fortgesetzt werden kann, wie in 14 bereits für die drei Elektromotor-Generator-Vorrichtungen 10E1, 10E2, 10E3 dargestellt. Somit kann das System 2 eine beliebige Anzahl von Elektromotor-Generator-Vorrichtungen 10E1, 10E2, 10E3 aufweisen. Alternativ ist in dem System 2 eine beliebige Kombination der Vorrichtungen 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E möglich.
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Die Elektromotor-Generator-Vorrichtungen 10E1, 10E2, 10E3 sind vom Grundprinzip her auf gleiche Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung 10 beschrieben. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Bei dem System 2 sind die Elektromotor-Generator-Vorrichtungen 10E1, 10E2, 10E3 von 14 nebeneinander an der Welle 13 angeordnet. Die Welle 13 kann mit einem sehr schematisch dargestellten Getriebe 70 verbunden sein, welches die Drehgeschwindigkeit der Welle 13 und/oder die Bewegungsrichtung der Welle 13 in eine andere Bewegungsrichtung umsetzt. Hierfür sind je nach Bedarf bekannte Getriebe verwendbar.
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Zwischen den einzelnen Elektromotor-Generator-Vorrichtungen 10E1, 10E2, 10E3 ist jeweils ein Kühlkanal 104 vorgesehen, der beispielsweise in dem Abdeckelement 11, 12 oder zwischen zwei Abdeckelementen 11, 12 angeordnet ist und nach außen mit mindestens einer Öffnung 105 geöffnet ist. Der Übersichtlichkeit halber sind in 14 nur zwei der Öffnungen 105 mit einem Bezugszeichen versehen.
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Dadurch ist ein Kühlkanal 102, 103, 104 in Achsrichtung und/oder in radialer Richtung und oder in Umfangsrichtung der Vorrichtungen 10E1, 10E2, 10E3 realisiert.
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Auch in dem Kühlkanal 104 kann ein Kühlmedium verwendet werden, wie in den Kühlkanälen 102, 103. Dadurch kann das System 2 zusätzlich gekühlt werden.
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Sollen die Kontakte K2A, K2 bzw. die zugehörige Spule der Vorrichtung 10E1 zum Antrieb der Vorrichtung 10E1 verwendet werden, wie zuvor in Bezug auf die vorangehenden Ausführungsbeispiele analog beschrieben, so sollten die Kontakte K1A, K1 der Vorrichtung 10E2 zum Antrieb der Vorrichtung 10E2 verwendet werden. Zudem sollten dann die Kontakte K2A, K2 bzw. die zugehörige Spule der Vorrichtung 10E3 zum Antrieb der Vorrichtung 10E3 verwendet werden. Dies setzt sich gemäß diesem Prinzip für noch zusätzliche Vorrichtungen 10E an der Welle 13 entsprechend fort, die gegebenenfalls vorhanden sind.
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Auf diese Weise ist je nach Bedarf eine noch größere Variabilität in Bezug auf die Menge von erzeugtem elektrischem Strom I2 im Verhältnis zu dem zum Antrieb verwendeten elektrischem Strom I1 in einer technischen Anlage 1 bereitgestellt.
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15 zeigt eine Vorrichtung 10F gemäß einem achten Ausführungsbeispiel von der Seite. Die Vorrichtung 10F von 15 ist bis auf die nachfolgend genannten Unterschiede auf die gleiche Weise aufgebaut wie in Bezug auf die Vorrichtung 10 von 1 bis 8 beschrieben.
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Wie in 15 gezeigt, hat die Vorrichtung 10F keine Kontakte K0 bis K9 und keine Kontaktabgriffelemente 140 bis 149 und 140A bis 1409A. Stattdessen sind bei der Vorrichtung 10F entlang des Umfangs des Abdeckelements 12 Totpunkte T0 bis T9 vorgesehen. Die Totpunkte T0 bis T9 sind als Teilumfangsflächen an dem Abdeckelement 12 ausgestaltet. Die Totpunkte T0 bis T9 können quer zur Umfangsrichtung angrenzend aneinander oder durch einen Abstand beabstandet voneinander angeordnet sein. Außerdem ist an dem Abdeckelement 12 ein Sensor 152 derart angeordnet und ausgestaltet, dass der Sensor 152 mindestens eine Eigenschaft der Totpunkte T0 bis T9, insbesondere berührungslos, erfassen kann, wenn sich das Abdeckelement 12 und der Sensor 151 relativ zueinander bewegen. Dasselbe gilt für das Abdeckelement 11, bei dem Totpunkte T0A bis T9A und ein Sensor 151 entsprechend angeordnet sind. Dabei bewegen sich beispielsweise die Abdeckelemente 11, 12 in die Laufrichtung LR von 15. Dies ist in Bezug auf 16A bis 16D noch genauer beschrieben.
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Wie in 15 für das Abdeckelement 12 gezeigt, ist an dem Abdeckelement 12 der Totpunkt T0 dem Magnet M0 fest zugeordnet. Der Totpunkt T1 ist dem Magnet M1 fest zugeordnet. Der Totpunkt T2 ist dem Magnet M2 fest zugeordnet. Der Totpunkt T3 ist dem Magnet M3 fest zugeordnet. Ähnliches gilt für die Totpunkte T4 bis T9 und die Magnete M4 bis M9, wie in 15 dargestellt. Von den Magneten M0, M2, M4, M6, M8 ist in 15 jeweils der Nordpol sichtbar. Von den Magneten M1, M3, M5, M7, M9 ist in 15 jeweils der Südpol sichtbar. Die Magnete M0 bis M9 sind also um die Welle 13 herum abwechselnd mit umgedrehter Polarität angeordnet.
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Außerdem ist das Abdeckelement 11 in Bezug auf Totpunkte T0A bis T9A, die Magnete M0A bis M09A und den Sensor 151 entsprechend ausgestaltet.
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Im Betrieb der Vorrichtung 10F von 15 bewegen sich die Abdeckelemente 11, 12 und die Spulen C1 bis C9 relativ zueinander. Insbesondere bilden die Abdeckelemente 11, 12 mit den zugehörigen Totpunkten T0 bis T9, T0A bis T9A einen Rotor und die Spulen C1 bis C9 bilden den Stator. In diesem Fall bewegen sich die Totpunkte T0 bis T9, T0A bis T9A an den zugehörigen Sensoren 151, 152 vorbei. Der Sensor 152 gibt je nach erfasster Eigenschaft der Totpunkte T0 bis T9 ein entsprechendes Signal, beispielsweise einen 0- oder 1-Impuls, an die Steuereinrichtung 23 aus, so dass die Steuereinrichtung 23 die nebeneinander angeordneten Totpunkte T0 bis T9 an dem Abdeckelement 12 unterscheiden kann. Dasselbe gilt für den Sensor 151 und die nebeneinander angeordneten Totpunkte T0A bis T9A an dem Abdeckelement 11.
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Die Totpunkte T0, T2, T4, T6, T8 haben mindestens eine Eigenschaft, die sich von einer Eigenschaft der Totpunkte T1, T3, T5, T7, T9 unterscheidet. Diese unterschiedliche Eigenschaft kann sein, dass die Totpunkte T0, T2, T4, T6, T8 eine andere erfassbare Oberflächenbeschaffenheit haben als die Totpunkte T1, T3, T5, T7, T9. Beispielsweise haben die Totpunkte T0, T2, T4, T6, T8 eine rauhe Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere gezackt, gewellt, gezahnt, usw., wohingegen die Oberfläche der Totpunkte T1, T3, T5, T7, T9 glatter als die Oberflächenbeschaffenheit der Totpunkte T0, T2, T4, T6, T8 ist. Alternativ oder zusätzlich unterscheiden sich die Totpunkte T0, T2, T4, T6, T8 in Bezug auf deren Material von den Totpunkten T1, T3, T5, T7, T9. Beispielsweise sind die Totpunkte T0, T2, T4, T6, T8 und/oder magnetischen Totpunkte aus einem Material, insbesondere Edelmetall, gefertigt, das weniger magnetisch ist als das Material, insbesondere Metall, der Totpunkte T1, T3, T5, T7, T9. Selbstverständlich sind beliebige Kombinationen der zuvor genannten Unterschiede der Eigenschaften denkbar, solange der Sensor 152 die Totpunkte T0, T2, T4, T6, T8 von den Totpunkten T1, T3, T5, T7, T9 unterscheiden kann und der Sensor 151 die Totpunkte T0A, T2A, T4A, T6A, T8A von den Totpunkten T1A, T3A, T5A, T7A, T9A unterscheiden kann. Hierbei ist es möglich, dass sich das Messprinzip des Sensors 151 von dem Messprinzip des Sensors 152 unterscheidet. Die Sensoren 151, 152 können die Unterschiede der Eigenschaften der Totpunkte T0 bis T9, T0A bis T9A insbesondere optisch und/oder akustisch und/oder magnetisch und/oder kapazitiv und/oder mittels Infrarot erfassen. Selbstverständlich können mehr als zwei Sensoren für die zu erfassenden Eigenschaften der Totpunkte T0 bis T9, T0A bis T9A vorhanden sein, wenn dies mit der Bauart der Vorrichtung 10F vereinbar und/oder aus im Hinblick auf die Kosten umsetzbar sein sollte.
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Aufgrund der zuvor beschriebenen Ausgestaltung liefern die Spulen der Vorrichtung 10F als Strom I2 einen Wechselstrom. Die Antriebschaltung 21 speist das Anschaltmodul 213 jedoch mit einem Gleichstrom.
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16A bis 16D zeigen analog zu der Darstellung von 6A bis 6D die verschiedenen Stadien während eines Betriebs der Vorrichtung 10F, wobei jeweils der Übersichtlichkeit halber nur ein Teil der Vorrichtung 10F gezeigt ist. Daher ist auch nur ein Teil der Totpunkte T der Vorrichtung 10F und der Magnete M bei den Spulen C8 bis C9 der Vorrichtung 10F dargestellt. Hierbei zeigt 16A die Neutralposition, 16B die Startposition für eine Bewegung, 16C die Laufposition und 16D die Endposition.
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Zudem zeigen 16E bis 16H jeweils entsprechende Darstellungen zu 16A bis 16D, wobei der Strom für die Spulen C9, C8 bei den Darstellungen von 16E bis 16H aufgrund des Wechselstroms im Vergleich zu den Darstellungen von 16A bis 16D umgepolt ist. Dadurch unterscheidet sich die Magnetisierung der Spulen C9, C8 bei den Darstellungen von 16E bis 16H von der Magnetisierung der Spulen C9, C8 in den Darstellungen von 16A bis 16D. Die Zustände von 16A und 16E treten mit der Frequenz des zugeführten Wechselstroms abwechselnd auf. Dasselbe gilt für die Zustände von 16B und 16F. Dasselbe gilt für die Zustände von 16C und 16G. Dasselbe gilt für die Zustände von 16D und 16H. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist nachfolgend nur auf 16A bis 16D Bezug genommen.
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Gemäß 16A stehen sich in der Neutralposition der Nordpol N des Magneten M9A und der Südpol S des Spulenkerns CK der Spule C9 gegenüber. Außerdem stehen sich der Nordpol N des Spulenkerns CK der Spule C9 und der Südpol S des Magneten M9 gegenüber. Noch dazu stehen sich in der Neutralposition der Südpol S des Magneten M8A und der Nordpol N des Spulenkerns CK der Spule C8 gegenüber. Außerdem stehen sich der Südpol S des Spulenkerns CK der Spule C8 und der Nordpol S des Magneten M8 gegenüber.
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Der Sensor 151 ist über zwei Totpunkten der Totpunkte T0A bis T9A, nämlich bei dem Beispiel von 16A über den Totpunkten T7A, T8A, angeordnet. Dasselbe gilt analog für den Sensor 152, der bei dem Beispiel von 16A über den Totpunkten T7, T8 angeordnet ist.
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In der Position von 16A findet keine Bewegung der Abdeckelemente 11, 12 mit den Magneten M und Totpunkten T als Teil des Rotors der Vorrichtung 10F relativ zu dem Stator der Vorrichtung 10F statt. Der Stator ist aus den Spulen C0 bis C9 gebildet.
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Bei dem Beispiel von 16A kann an der Spule C9 der Strom 12, ein Wechselstrom, für die Rekuperation abgegriffen werden, wie mit der Sinuskurve an den Abgriffen der Spule C9 von 16A veranschaulicht. Die Spule C8 ist bei dem Beispiel von 16A für den Antrieb vorgesehen.
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Mit dem Anlasser 60 kann der Rotor der Vorrichtung 10F relativ zu dem Stator der Vorrichtung 10F in die Startposition von 16B bewegt werden, Wie zuvor in Bezug auf 7 und 8 beschrieben.
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In der Position gemäß 16B schaltet die Steuereinrichtung 23 aufgrund eines Impulses des Sensors 152 einen Strom durch die Spule C8. Dadurch werden die Magnete M8A, M8 von der Spule C8 abgestoßen, so dass sich die Abdeckelemente 11, 12 mit den Magneten M und Totpunkten T als der Rotor der Vorrichtung 10F relativ zu dem Stator der Vorrichtung 10F in die Laufrichtung LR bewegen, wie in 16B gezeigt. Somit fängt der Rotor der Vorrichtung 10F an, sich zu drehen. Die Bewegung induziert gleichzeitig einen Strom in beispielsweise der Spule C9. Somit kann beispielsweise an der Spule C9 der Wechselstrom I2 für die Rekuperation abgegriffen werden, wie mit der Sinuskurve an den Abgriffen der Spule C9 von 16B veranschaulicht.
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Daraufhin läuft der Rotor der Vorrichtung 10F relativ zum Stator der Vorrichtung 10F, wobei unter anderem ein Zustand eingenommen wird, wie in 16C veranschaulicht.
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Zudem erreicht der Rotor der Vorrichtung 10F relativ zum Stator der Vorrichtung 10F eine Position, die in 16D veranschaulicht ist. In der Position von 16D wird der Rotor nicht aktiv angetrieben, sondern der Rotor läuft nur mit dem Schwung der zuvor beschriebenen Bewegung wieder zu einer Position analog zu der Anfangsposition der Bewegung und anschließend zu der darauffolgenden Position, die in Bezug auf 16A und 16B zuvor beschrieben sind. Die Position in 16D ist daher hier als Endposition der Bewegung bezeichnet. In der Endposition ist nur eine Induktion in den Spulen C0 bis C9 vorhanden.
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Somit wird der Rotor bei der Drehung um die Achse der Welle 13 entweder aktiv angetrieben oder nutzt den Schwung des zuvor bewirkten Antriebs. Hierbei durchläuft der Rotor fortlaufend der Reihe nach die Zustände gemäß 16A bis 16D. Dabei polt die Steuereinrichtung 23 aufgrund des Signals mindestens eines der Sensoren 151, 152 an den Totpunkten T jeweils den Strom durch die Antriebsspulen C um. Mit anderen Worten, der Strom durch die Antriebsspulen C wird jeweils von plus auf minus geschaltet, um einen Südpol zu bilden, oder von minus nach plus geschaltet, um einen Nordpol zu bilden.
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Allgemein sind die zwei Abdeckelemente 11, 12 oder die Spulen C0 bis C9 um die Welle 13 drehbar gelagert, so dass ein Pol N, S jedes Magnets M0 bis M9, M0A bis M9A nacheinander dem Spuleninneren einer der Spulen C0 bis C9 zugewandt angeordnet wird, wobei der andere Pol des jeweiligen Magnets M0 bis M9, M0A bis M9A von den Spulen C0 bis C9 abgewandt an dem zugehörigen Abdeckelement 11, 12 angeordnet ist.
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Zudem ist es beispielsweise aus Redundanzgründen möglich, dass mehr als ein Sensor 151, 152 für eines der Abdeckelemente 11, 12 vorgesehen ist.
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Auch für die Vorrichtung 10F sind die Schaltungen zum Antrieb und zur Rekuperation möglich, wie zuvor in Bezug auf 10 bis 12 beschrieben.
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17 zeigt eine Vorrichtung 10F1, die für eine Betriebsart verschaltet ist, wie zuvor für 11 beschrieben.
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18 zeigt eine Vorrichtung 10F2, die für eine Betriebsart verschaltet ist, wie zuvor für 12 beschrieben.
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Bei der Version von 18, bei der für die Vorrichtung 10F2 beispielsweise die drei Spulen C6 bis C8, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind, zum Antrieb verwendet werden, wird das Signal des Sensors 152 verwendet, um beispielsweise die mittlere der drei Spulen, also hier die Spule C7, jeweils umzupolen. Dagegen wird der Sensor 151 verwendet, um die äußeren beiden Spulen dieser Reihe, also hier die Spulen C6 und C8 umzupolen.
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Wie in 19 gezeigt, ist es selbstverständlich möglich, dass mehrere der Vorrichtungen 10F ebenfalls an einer Welle 13 angeordnet werden. In diesem Fall sind beispielsweise die Spulen C0 bis C9 mit dem Gehäuse verbunden, wohingegen die Abdeckelemente 11, 12 mit der Welle 13 gekoppelt sind.
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19 zeigt sehr schematisch ein System 3 mit mehreren Elektromotor-Generator-Vorrichtungen 10F gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist nur ein Ausschnitt des gesamten Systems 3 gezeigt, welches nach rechts in 19 weiter fortgesetzt werden kann.
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Auch wenn dies in 19 nicht im Detail dargestellt ist, ist das System 3 ansonsten aufgebaut wie das System 2 von 14. Daher wird im Übrigen auf die Beschreibung von 14 verwiesen.
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20 zeigt die Abwicklung einer Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10G gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel. Die Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10G ist vom Grundprinzip auf die gleiche Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf das achte Ausführungsbeispiel beschrieben. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede zum achten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Im Unterschied zu der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10F gemäß dem achten Ausführungsbeispiel sind bei der Elektromotor-Generator-Vorrichtung 10G gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Magnete auf einer Seite der Spulen C0 bis C9 vorgesehen. Genauer gesagt, sind für die Spule C9 zwei Magnete M9A, M9B in Laufrichtung des Abdeckelements 11 nebeneinander angeordnet. Zudem sind für die Spule C9 zwei Magnete M9, M9C in Laufrichtung des Abdeckelements 12 nebeneinander angeordnet. Außerdem sind zusätzlich zu den Magneten M0A bis M8A noch Magnete M0B bis M8B in Laufrichtung des Abdeckelements 11 für die anderen Spulen C0 bis C8 vorgesehen, wie in 20 gezeigt. Außerdem sind zusätzlich zu den Magneten M0 bis M8 noch Magnete M0C bis M8C in Laufrichtung des Abdeckelements 11 für die anderen Spulen C0 bis C8 vorgesehen, wie in 20 gezeigt.
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Die Magnete M9A, M9B sind gleichpolig. Dasselbe gilt für die Magnete M8A, M8B usw. Außerdem sind die Magnete M9, M9C gleichpolig. Dasselbe gilt für die Magnete M8, M8C usw.
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Durch die Anordnung von zwei Magneten M9A, M9B, in dem Abdeckelement 11 und zwei Magneten M9, M9C in dem Abdeckelement 12 für die Spule C9, was auch analog für alle anderen Spulen C0 bis C8 und deren Magnete gilt, wird die Vorrichtung 10G auch im Antriebsfall immer aktiv angetrieben. Somit läuft die Vorrichtung 10G nicht nur mit Schwung. Dadurch ist für die Vorrichtung 10G kein Anlasser erforderlich, wie beispielsweise der Anlasser 60 von 7 und 8.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Elektromotor-Generator-Vorrichtungen 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere ist eine beliebige Kombination oder Austausch der Merkmale der Ausführungsbeispiele möglich, soweit das beschriebene Prinzip der Kombination von Elektromotor und Generator in einer Vorrichtung 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G realisiert ist. Bei Bedarf können Merkmale der Ausführungsbeispiele auch entfallen, soweit die beschriebenen Funktionen gewährleistet sind. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
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Die Elektromotor-Generator-Vorrichtungen 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G sind alternativ zu der Rotationsmaschine des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels als Linearmaschine ausführbar.
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Die Größe der Elektromotor-Generator-Vorrichtungen 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G ist beliebig wählbar, soweit die zuvor beschriebenen Funktionen erfüllt sind.
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Die Abmessungen und/oder die Form der Elektromotor-Generator-Vorrichtungen 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G sind/ist beliebig wählbar.
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Die Abmessungen und/oder die Form der Magnete M0 bis M9, M0A bis M9A, M0B bis M9B, M0C bis M9C sind/ist beliebig wählbar. Beispielsweise können kreisrunde, ovale, mehreckige, insbesondere dreieckige, rechteckige quadratische, usw. Magnete M0 bis M9, M0A bis M9A, M0B bis M9B, M0C bis M9C gewählt werden.
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Die Abmessungen und/oder die Form der Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A sind/ist beliebig wählbar. Zudem können mehr als zwei Reihen von Kontakten K0 bis K9, K0A bis K9A vorgesehen sein.
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Die Anzahl der Spulen C0 bis C9 ist beliebig wählbar. Je nach Anzahl der Spulen C0 bis C9 und/oder deren Zuordnung zu der Elektromotorfunktion bzw. der Antriebsschaltung 21 oder der Generatorfunktion bzw. der Generatorschaltung 22 ergibt sich auch die Anzahl der Kontakte K0 bis K9, K0A bis K9A und die Anzahl der Kontaktabgriffelemente 140 bis 149 und 140A bis 149A. Dadurch ist sowohl die Leistung des Elektromotors und des Generators der Vorrichtungen 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E je nach Anwendung bzw. Bedarf konfigurierbar.
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Die Abmessungen und/oder die Form der Spulen C0 bis C9 sind/ist beliebig wählbar, soweit die zuvor beschriebenen Funktionen der Elektromotor-Generator-Vorrichtungen 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G erfüllt sind.
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Zumindest ein Teil der Spulen C0 bis C9 kann mit einem weichmagnetischen Kern CK, insbesondere einem Eisenkern, ausgestattet sein, wie zuvor beschrieben. Dadurch wird die Permeabilität und damit auch die magnetische Flussdichte in der zugehörigen Spule C0 bis C9 erhöht. Zudem kann dadurch, bei gleichbleibender Wicklungszahl, die Induktivität der Spule C0 bis C9 erhöht werden. Alternativ kann bei einer Spule C0 bis C9 mit einem weichmagnetischen Kern CK die Wicklungszahl der entsprechenden Spule C0 bis C9 herabgesetzt werden, um die gleiche Induktivität zu erreichen wie bei einer Spule ohne weichmagnetischen Kern. Dadurch kann das Bauvolumen der entsprechenden Spule C0 bis C9 und damit der Platzbedarf der Vorrichtung 10 verringert werden. Der geringste Platzbedarf ergibt sich, wenn alle Spulen C0 bis C9 mit einem weichmagnetischen Kern CK ausgestattet sind, wie in 4 gezeigt.
