DE1538801C3 - Elektromotor mit einer Nutationsbewegung zwischen Rotor und Stator. Ausscheidung in: 1788145 - Google Patents

Description

3 4

dynamischen Gleichgewichts des Motors praktisch gebildet werden, wobei in dem Beispiel sechs solcher

gleich sind. gleicher Nuten und Polfiächen vorliegen. Die ver-

Um die Drehwinkel der Statoren relativ zum wendete Anzahl ist vorzugsweise eine gerade Zahl Rotor exakt zuordnen zu können, wird es bevorzugt, über vier, muß jedoch nicht sechs sein. In den wenn wenigstens einer der Statoren und die ihm 5 Schlitzen sind Feldwicklungen 22fei, 22fe2 usw. zugeordnete Seite des Rotors einen Zahnkranz be- angeordnet, die die betreffenden Pole umgeben, wositzen. Die Klemmwirkung der synchroti nutierenden bei die Spulenachsen etwa senkrecht zu den entStatoren gegenüber dem Rotor ergibt' hierbei die sprechenden Polflächen und damit etwa parallel zu Möglichkeit, Zahnformen gewöhnlicher bzw. ein- der Motorachse gerichtet sind,
fächer Kontur zu verwenden, und zwar ohne Ge- io Um das magnetisch permeable Glied 22 α konfährdung des Eingriffs selbst dann, wenn der Rotor zentrisch angeordnet ist eine kreisförmige Reihe von und/oder die Statoren etwas flexibel ausgebildet sind, Kommutatorsegmenten 22el, 22c2 usw., die einwie es zur Herabsetzung der Masse und des Trag- ander in der Winkelausdehnung entsprechen und heitsmomentes wünschenswert sein kann. winkelmäßig genau auf die entsprechenden Flächen

Der Elektromotor nach der Erfindung kann auf is der Pole 22al, 22α2 usw. ausgerichtet sind. Diese

verschiedenste Weise betrieben werden. Er ist ins- Kommutatorsegmente sind mittels eines inneren

besondere zum kontinuierlichen Antrieb, schritt- Isolierrings 22 d und eines äußeren Isolierrings 22 e

weisen Antrieb, als intermittierende Antriebs- und elektrisch isoliert, die von einer etwas biegsamen

Bremsvorrichtung, als Rutschkupplung, als auf eine Kiemmanschette 22/ umgeben sind. Der Klemm-

vorbestimmte Ausgangsstellung zurückführbare Ein- 20 druck, der die Manschette 22/ radial nach innen

richtung, als Komponente einer Folgesteuerung usw. preßt, um die Kommutatorlamellen fest in ihrer

geeignet. Lage zu halten, wird durch Klemmschrauben 22 g

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von erzeugt, die radial nach innen durch diese Teile

Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt einschließlich des magnetisch permeablen Gliedes _x-

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Elektro- 25 22a eingeschraubt werden. Zwei der Klemmschrau- **

motor nach der Erfindung, ben22g^/ sind länger als die anderen und weisen

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht in ausein- nicht mit Gewinden versehene, nach innen ragende

andergezogener Darstellung dieses Elektromotors, zylindrische Endstücke 22 g'a mit gemeinsamer

wobei jedoch einzelne Teile zum Zwecke der Ver- Achse B-B senkrecht zur Motorachse A-A auf

einfachung weggelassen wurden, 30 (Fig. 2). Diese Elemente dienen als Spurzapfen-

Fig. 3A teilweise im Schnitt eine vereinfachte lager, die in fluchtenden Bohrungen22ha in dem

Seitenansicht einer anderen Ausführungsform von Kardanring 22 h drehbar aufgenommen werden. Der

mit Verzahnungen versehenen Statoren mit Rotor, Kardanring ist etwas kleiner als das Innere der

Fig. 3B einen Teilschnitt nach Fig. 3A, Laufbuchse22i, die in dem magnetisch permeablen

Fig. 4 einen Axialschnitt durch eine andere Aus- 35 Glied 22α aufgenommen wird, so daß ein Kippen

führungsform eines Motors nach der Erfindung, des Stators relativ zu dem Kardanring 22 h um die

F i g. 5 eine isometrische Ansicht in auseinander- Achse B-B ermöglicht wird.

gezogener Darstellung des in F i g. 4 gezeigten Mo- Das Kippen des Stators 22 um eine zu den beiden

tors, Achsen A-A und B-B senkrechte Achse C-C wird

Fig. 6 eine isometrische Ansicht in auseinander- 40 durch die Lagerung des Kardanrings 22h auf Spurgezogener Darstellung einer der Lagerungseinheiten zapfen 22/, die in miteinander fluchtende Bohrungen für den Stator des Motors nach F i g. 4, 22 hb des Kardanringes eindringen, erzielt. Diese

F i g. 7 eine F i g. 3 B entsprechende Ansicht einer Spurzapfen stützen sich ihrerseits auf eine Nabe

weiteren Ausführungsform eines Motors nach der 22 k, die in dem Kardanring 22 h untergebracht ist

Erfindung. 45 und die einen Lagerflansch 22m aufweist, der an

In den Fig. 1, 2 und 3 ist eine Motorwelle 10 in der Endplatte 12 festgeschraubt ist. Der Innendurcheinem Rahmenwerk drehbar gelagert, das zwei im messer des Kardanringes 22 h ist genügend größer Abstand voneinander angeordnete Endplatten 12 als der Außendurchmesser der Nabe 22 k, so daß und 14 aufweist, die durch Spannbolzen 16 starr ein ungehindertes Kippen des Kardanringes um die miteinander verbunden und in der Mitte mit einer 50 Achse C-C möglich ist. Folglich ist der Stator 22 so Öffnung zur Aufnahme der Lager 18 für die Welle gelagert, daß er um einen durch den Schnittpunkt 10 versehen sind. Auf der Welle 10 ist zur Drehung der drei Achsen bestimmten Punkt nutiert. Er kann mit dieser ein dünner, scheibenförmiger Rotor 20 sich daher ungehindert im Rollkontakt mit der beangeordnet, der eine mittige, mittels einer Schraube nachbarten Seite des Rotors 20 bewegen. Dieser 20 fe an der Welle befestigte Nabe 20 a aufweist. 55 Mittelpunkt der Nutation (Nutationszentrum) liegt Zwei Statoren 22 und 24 sind auf den entsprechen- vorzugsweise nahe dem Massenmittelpunkt des Staden Endplatten 12 und 14 nutativ in koaxialer Aus- tors 22, so daß die Vibrationstendenzen seiner Nurichtung beiderseits des Rotors 20 gelagert. tation auf ein Mindestmaß beschränkt werden und

Der Stator 22 weist ein ringförmiges, magnetisch die für die Nutationsbewegung des Stators relativ

permeables Glied 22 a auf, dessen dem Rotor 20 zu- 60 zu dem Rotor erforderlichen Kräfte während des

gewandte Seite eine konische Oberfläche hat, die ganzen Rollkontaktes zwischen diesen gleich

dazu dient, in Berührung mit der benachbarten Seite bleiben.

des Rotors zu rollen unter fortlaufender Nutation Der Stator 24 ist ebenso wie der Stator 22 gebaut ■des Stators, wie später beschrieben ist. Diese Seite oder kann ebenso konstruiert sein und muß nicht des Stators ist parallel zur Motorachse A-A in glei- 65 gesondert beschrieben werden; seine entsprechenden chen Winkelabständen um die Achse genutet, wo- Teile sind mit den Unter-Bezugszeichen der beschriedurch mit Winkelabstand voneinander getrennte benen Teile des Stators 22 entsprechenden Unter-Flächen mit ausgeprägten Polen 22al, 22a2 usw. Bezugszeichen versehen. Der Stator 24 ist auf der

5 6

Endplatte 14 gegenüber der Platte 12 gelagert und wird, ist weiter unten zu F i g. 7 beschrieben. Jedenist im speziellen Fall im gleichen Abstand von der falls kann die Rotorscheibe relativ dünn und gering benachbarten Seite des Rotors 20 angeordnet wie an Gewicht sein, wobei ihre geringste annehmbare der Abstand zwischen dem Stator 22 und dem Ro- Dicke im wesentlichen durch ihre Lastungsübertrator 20. Da die beiden Statoren sich synchron in ent- 5 gungsfunktion bestimmt wird,
gegengesetzten Richtungen bewegen, - während sie Um Schlupf bzw. ein Kriechen zwischen dem bei Roll- und Antriebskontakt mrUjiem Rotor 20 Rotor und den Statoren zu verhindern, können Verunter Strom gesetzt sind, wird in dem Motor ein zahnungen auf einer oder beiden Seiten des Rotors dynamisches Gleichgewicht erzielt, wenn' die Nei- vorgesehen sein, die in dazu passende Zähne an gungswinkel der eine Nutation ausführenden Sta- io einem oder beiden Statoren eingreifen, wie in toren gleich sind und ihre polaren Trägheitsmomente Fig. 3 A und 3B dargestellt ist. In diesen Figuren bei der Nutation gleich sind. Sollte es aus irgend- ist auf dem Rotor 20' ein peripherer Zahnflansch mit einem Grund gewünscht werden, daß der eine Stator einer Anzahl sich nach außen erstreckender Zähne ein von dem des anderen Stators abweichendes 20'm auf der einen und einer entsprechenden Anzahl Trägheitsmoment besitzt oder daß ein Unterschied 15 Zähne 20'n auf der gegenüberliegenden Seite geim Abstand zwischen dem Rotor und den betreffen- lagert, während der Stator 22' einen peripheren den Statoren besteht, kann trotzdem durch geeignete Flansch mit Zähnen 22'm trägt, die in die Zähne Änderungen der Konstruktion ein annähernd dyna- 20'm eingreifen, und der Stator 24' eine Anzahl von misches Gleichgewicht erzielt werden. in die Zähne 20'n eingreifenden Zähnen 24'n auf-

Es liegt auf der Hand, daß das Verhältnis der ao weist. Sonst sind oder können die entsprechenden

Anzahl der Rotorumdrehungen zur Anzahl der Nu- Statoren und der Rotor im wesentlichen die gleichen

tationen der Statoren im wesentlichen von den effek- wie in der Ausführungsform nach z. B. Fig. 1 sein;

tiven Durchmessern des Rotors und der Statoren um das zu unterscheiden, sind verschiedene Teile,

an dem Punkt des jeweiligen Rollkontaktes bestimmt die in Fig. 1 gezeigten Teilen entsprechen, mit glei-

wird, d. h. durch den Neigungswinkel der Statoren 25 chen Bezugszeichen versehen. Dabei ist selbst- *·

während der Nutation. Die hierfür maßgeblichen verständlich zu beachten, daß Fig. 3A und 3B nur

geometrischen Beziehungen sind bekannt, und es ist vereinfachte Teilansichten sind, in denen nicht alle

offensichtlich, daß jedes gewünschte »Untersetzungs- Teile dargestellt sind.

Verhältnis« durch geeignete Konstruktionsmaßnah- Wird, wie z.B. gemäß Fig. 3A, 3B, eine Ver-

men erzielt werden kann. 30 zahnung verwendet, kann der Motor auch hohe

Jedes Armatursegment des Stators 22 weist eine Drehmomente über sich wiederholende Nutations-

Kontaktklemme auf, die aus der Rückseite des Sta- zyklen der Statoren und Rotationszyklen des Rotors

tors herausragt, ebenso wie jedes Armatursegment winkelgetreu und maßgerecht übertragen. Durch

des Stators 24. Diese Kontaktklemmen sind im Falle Verwendung einer etwas verschiedenen Anzahl von

des Stators 22 mit 22 c' und im Falle des Stators 24 35 Zähnen in den Statorzahnrädern und den entspre-

mit 24 c' bezeichnet. chenden Rotorzahnrädern ist ein sehr hohes, jedoch

Die Kommutatorsegmente können aus jedem ge- konstantes Verhältnis der Nutationszahlen der Staeigneten Material, wie etwa einer Beryllium-Kupfer- toren pro Umdrehung des Rotors erzielbar. Wäh-Legierung, bestehen und können durch ein Um- rend die Verwendung von Kerben oder Zähnen in mantelungsmaterial in ihrer Lage befestigt und iso- 40 Nutationsmotoren nicht neu ist, bedeutet ihre Verliert sein, beispielsweise etwa durch eine durch Glas- wendung in einem Motor nach dieser Erfindung, bei faserstränge verstärkte Palstikmasse, wie durch die dem der Rotor fest zwischen nutativen Statoren ein-Isolierringe 22 c und 22 d angedeutet ist. Ebenso geklemmt wird, einen besonderen Vorteil, da die kann die gleiche oder eine andere Masse zur Auf- Zahnräder trotz extremer Belastungsdrehmomente füllung der Nuten zwischen den Polflächen verwen- 45 korrekt im Eingriff gehalten werden. Normale Zahndet werden, um eine durchgehende konische Roll- formen mit sehr geringem Spiel und guter Verkontaktfläche gegenüber der benachbarten Seite des Schließfestigkeit können daher auch für die höchsten Rotors 20 zu schaffen. Ist die Rotorfläche wie im Belastungen verwendet werden. Das heißt, es ist Ausführungsbeispiel planar, wird der Konuswinkel bei dem verbesserten Motor nicht notwendig, auf der Rollkontaktfläche der Statoren durch den Nei- 50 Zahnformen mit Zahneingriffswinkel Null zurückgungswinkel des Stators in seiner Nutationsbewegung zugreifen, wie etwa Stifte, die in gerade Schlitze bestimmt. eingreifen od. dgl., um ein Außer-Eingriff-Treten

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Rotor- der Zahnräder bei hohen Drehmomenten zu verhinscheibe 20 elektrisch leitend gemacht, so daß sie, dem. Folglich ist es nicht notwendig, großes Spiel wenn sie zwischen den gegenüberliegenden Sätzen 55 und starke Abnutzung in Kauf zu nehmen, was bei von Kommutatorsegmenten liegt, den erforderlichen früheren mit Zahnrädern arbeitenden Nutations-Kommutatorstrom führt. Gegebenenfalls kann sie motoren der Fall war. Außerdem braucht der Rotor, aus magnetisch permeablem Material bestehen, das da er an einer einzigen Stelle zwischen Statoren eindazu beiträgt, die magnetische Anziehung der Sta- geklemmt ist, nicht starr zu sein, um die Zähne toren in ihrem Klemmgriff für den Rotor zu erhöhen. 60 sicher miteinander im Eingriff zu halten.
Gegebenenfalls kann sie auch nichtleitend sein, vor- Der Motor nach der Erfindung hat gewisse Abausgesetzt, daß geeignete Vorkehrungen getroffen drosseleigenschaften, die konstruktiv veränderbar sind, um die elektrische Kontinuität zwischen den sind. Diese Eigenschaften sind abhängig von der gegenüberliegenden Kommutatorsegmenten herzu- Permeabilität und Form der Feldstruktur einschließstellen, wenn sie, wie bei diesem Ausführungs- 65 lieh der Pole, der Feldwicklungen und deren Schalbeispiel, koaxial mit den jeweiligen Statoren und tung, der Permeabilität der eingeklemmten Rotorauf diesen gelagert sind. Ein Beispiel einer Kon- scheibe, dem Betriebsstrom, der Leitfähigkeit des struktionsart, mit der das letztere Ergebnis erzielt Rotors und der Statoren usw. In einer Kombination

7 8

ist es beispielsweise möglich, ein Ansprechen auf bildung und Erosion am Kommutator daher ver-Uberbelastung durch ein hohes Drehmoment zu er- ringert und die elektrische Leistung erhöht,
reichen, wobei sowohl die Drehung der Rotorscheibe Weitere Gesichtspunkte für den Aufbau sind ver-

als auch die Nutation des Stators abgedrosselt bzw. besserte Kontaktbedingungen zwischen den Kommuy angehalten werden, wenn das Belastungsdrehmoment ,5 tatorsegmenten und den leitenden Teilen des Scheieinen bestimmten Wert erreicht. Andererseits ist es benrotors. Zwischen diesen Flächen kann der Konz. B. möglich, den Motor so auszulegen, daß die takt in Form eines echten Rollkontaktes praktisch Statoren weiter nutieren, jedoch den~Rotor infolge ohne Gleitreibung zwischen den Flächen dadurch von Schlupf nicht weiter drehen. " erzielt werden, daß die konische Fläche der Statoren

Auch andere Eigenschaften können durch den iq an den entsprechenden Schnittpunkten der benachbesonderen Aufbau des Motors geändert werden. harten Rotorflächen und der Rotorachse konvergiert. Beispielsweise . kann für extrem schnelle Schalt- Statt dessen können die Flächen auch etwas abweischritte bzw. Drehzahlen bei niedrigen Drehmomen- chend schwenkbar ausgebildet oder leicht im Winkel ten eine_; dünne, nichtmagnetische, nichtleitende angeordnet sein, so daß zwischen den Flächen eine Rotorscheibe, etwa aus Kunststoff oder aus Faser- 15 leichte Reinigungs- oder Gleitbewegung entsteht, die material, verwendet werden. Um höhere Klemm- den Rollkontakt begleitet, wodurch die Flächen und Drehmomenteigenschaften zu erzielen, kann der sauber und frei von Fremdkörpern gehalten werden. Rotor magnetisch permeabel gemacht werden. Ge- Gegebenenfalls können die gleitenden Teile des gebenenfalls kann der, Rotor elektrisch nichtleitend Scheibenrotors, die zwischen den gegenüberliegenden gemacht werden, so; daß Kurzschlußwindungs- oder 20 Kommutatorsegmenten eingeklemmt sind, die Form Wirbelstromwirkungen, die gegenelektromotorische eines kontinuierlichen Ringes haben oder aus einer Kräfte hervorrufen, auf ein Minimum beschränkt Anzahl von in Umfangsrichtung kurzgeschlossenen werden. Ein solches „Ergebnis kann erzielt werden, Abschnitten aus leitendem Material bestehen, das in indem die Rotorscheibe aus Eisenteilchen in Plastik ein Isoliermedium eingebettet-ist, und dadurch ein eingebettet oder aus.einem.permeablen eisenhaltigen 25 Kurzschließen benachbarter . Kommutatorsegmente Material besteht. Eine äußerst starke Dämpfung der im Falle einer nicht ganz genauen oder schlagfreien Ansprechcharakteristik. .des.; "Motors kann dadurch Rotorscheibe verhindern.

erreicht werden, daß iJi& Rotorscheibe aus einem Die magnetischen Polflächen'der töroiden Statoren

stark leitenden Material,,,wie'J3eryllium-Kupfer-oder bilden möglichst eine echte konische Rollfläche, die. Phosphor-Bronze-Legierungen, besteht, um eine 30 durch das Ausfüllen der Nuten zwischen den Statorausgeprägte . Kurzschluß Windungswirkung zu erzeu- polflächen mit einer geeigneten Ummantelungsmasse gen. Eine, aus kaltgewalztem Stahl hergestellte vervollständigt ist. Wahlweise kann statt Füllung die Scheibe, die sowohl magnetisch, permeabel als auch Kontinuität des Rollkontaktes durch Schrägstellung elektrisch leitend ist, ergibt.eine mittlere Verhal- der sonst im allgemeinen radialen Kanten der vortenscharakteristik mit . hohem Klemmdruck und 35 stehenden Feldpole in gleicher: Umfangsrichtung er^ hohem Drehmoment, kombiniert mit einem gemäßig- reicht werden und damit auch die »magnetischen ten Grad, an Dämpfung. Weiterhin kann die Rotor- Zahn-Wirkungen« vermindert werden, indem die scheibe für rauhen Betrieb bei hohe.n Klemmdrücken Winkeländerungen beim Rollen; wo nur zwei (anstatt und Drehmomenten mit relativ.niedriger Dämpfung vier) gegenüberliegende Polflächen gleichzeitig im zum Erreichen, einer raschen Schrittfolge bzw. eines 40 Eingriff stehen, ausgeschaltet werden,
schnellen; Ansprechens aus umwickeltem, geblätter- ' Es ist offensichtlich, daß auch andere Wege zue tem Silizium-Eisen in Form eines umwickelten paarweisen Erregung der Statorwicklungen des Mo-Toroids aus konzentrischen Manschetten mit pro- tors von jeweils zwei gleichzeitig zur Verfugung gressiv abnehmenden Durchmessern ausgebildet sein. stehen.

Vorzügsweise ist jedoch die Rotorscheibe in allen 45 In Fig. 4, 5 und 6 ist eine weitere Ausführungs-Fällen so dünn wie möglich gehalten, um die Kupp- form eines Motors nach der Erfindung dargestellt.; lung der entgegengesetzten Pole der Statoren im wobei der Rotor so gelagert ,ist, daß er sich auf Gegensatz zu der Kupplung benachbarter Pole ma- einer feststehenden Welle dreht und mit einem gnetisch zu steigern und damit das Drehmoment- Außengehäuse in Verbindung steht und dieses Ge-Trägheitsyerhältnis so groß wie möglich zu halten. 50 häuse dreht, während die Statoren in Rollkontakt

Der Aufbau der Statorfeldanlage hat ,selbst- mit dem Rotor nutieren. In diesem Fall ist die Welle verständlich auch unmittelbaren Einfluß auf die 106 um einen begrenzten Winkel drehbar, indem Leistungscharakteristiken und auf eine günstige Her- sie mittels einer Buchse bzw. Lagerung 108 in einer stellung. Zum Beispiel hat. die Verwendung eines feststehenden Wand 100 gelagert ist. ;

einstückigen, fortlaufenden- Ringtoroids aus ge- 55 Auf der Welle 106 sind zwei runde Endplatten blättertem Silizium-Eisen den Vorteil, daß es einfach 122 und 114 gelagert, die mittels Schrauben 116, ist, den Stator in eine Plastikverbindung einzubetten die in die Platten eingeschraubt sind und in Ab- und ihn präzise zu bearbeiten, wobei Festigkeit und plattungen 117 der Welle eingreifen, starr an den Starrheit erhalten bleiben. Elektromagnetisch ge- Welle befestigt sind. Die Endplatte 112 ist perfo/ sehen, besteht der Vorteil eines tofoiden Stator- 60 riert, ebenso wie die Wand 100, um Zuleitungen zu aufbaus mit immer gleichen einzelnen Polpolari- den Wicklungen in dem Motorgehäuse hindurchzu-, täten in der Einfachheit, mit der das magnetische führen. Die Platte 112 weist ein im Paßsitz darauf Feld aufgebaut werden und in dem Toroid unter- angeordnetes Rollenlager 118 auf, auf dem wiederum gebracht werden kann, obwohl sich der äußere Fluß ein Ring 120 im Paßsitz angeordnet ist.
von Pol zu Pol ändert,'um die Nutation des Stators 65 Ein zylindrisches Motorgehäuse 122 ist mittels zu bewirken.. Dadurch wird das Ansprechen be- Schrauben 123 an dem Ring 120 befestigt und überschleunigt, nur eine mäßige gegenelektromotorische brückt den Zwischenraum zwischen den Endplatten. Kraft in den Statorwicklungen induziert, Lichtbogen- Das Gehäuse weist an dem der Endplatte 114 be-

9 10

nachbarten Ende einen einwärts gerichteten Flansch Wirkung des progressiven Erregern von benachbar- 124 auf. Ein zweites Kugellager 126 zwischen der ten magnetischen Wicklungspaaren besteht darin, Endplatte 114 und dem Gehäuseflansch 124 stützt daß die Kanten der Wicklungen eine Rollwirkung reibungsfrei drehbar das Gehäuse. Das zylindrische auf die Membran in vorbestimmter Richtung haben, Gehäuse ist mit einer Anzahl von Schlitzen 128 '5 wodurch wiederum eine rückwärtige Winkelbewe-(Fig. 5) versehen, die parallel zur; Gehäuseachse gung der Membran bewirkt wird und wobei die verlaufen und die hier als vier im Abstand von 90° Winkelgröße der Rückwärtsbewegung eine Funktion voneinander liegende Schlitze dargestellt'sind, wobei des Neigungswinkels der Ringe 154 und 156 zueinin diese Schlitze Vorsprünge 130 einer angetriebenen ander ist, wenn die Wicklungen erregt sind. Die Scheibe 132 eingreifen, die fest in eine drehbar auf ίο Winkellage kann durch Einstellung der Naben 138 der Welle 106 gelagerte Nabe 134 eingebettet ist. längs der Welle 106 vorherbestimmt werden. Je

Auf jeder Seite der Scheibe 132 ist auf der Welle näher die Lagerbüchsen 138 der Membran 132 sind, eine biegsame Kupplung 136 gelagert. Eine der desto näher ist die Anziehungsstellung der Wick-Kupplungen 136 ist in auseinandergezogener Dar- lungen der Vertikalen und desto geringer ist die stellung in Fig. 6 abgebildet. Sie weist eine Nabe ih Rückwärtsdrehung der Membran, wenn die Wickin Form eines zylindrischen Körpers 138 auf, eine lungen nacheinander erregt werden. Somit kann der kreisförmige federnde Zwischenmembran 140 und Bewegungsgrad der Membran unabhängig von der einen zylindrischen Stützkörper 142. Die Naben 138 Tatsache, daß die Wicklungen feststehend 60° vonsind einstellbar auf der Welle 106 gelagert und mit- einander angeordnet sind, gewählt werden. Es ist zu tels Schrauben 144 in Gewindebohrungen 146 der »ö beachten, daß infolge der Zähne bzw. Vorsprünge Naben befestigt, die an Abflachungen 148 der Welle 130 auf der Membran und der entsprechenden 106 angreifen. Der Stützkörper 142 weist eine große Schlitze des Gehäuses eine Winkelwanderung der Mittelöffnung auf, die eine ungehinderte Neigung Membran das Gehäuse 122 mitnimmt, wodurch sich gegenüber der Welle gestattet. Die Membran 140 hat das Gehäuse relativ zu den Wicklungen im Winkel *- vier Bohrungen 150, von denen je zwei sich dia- ü§ verlagert. Da die Wicklungen praktisch an der Welle * metral gegenüberliegen, so daß sie einen Abstand befestigt sind, erfolgt eine Relativbewegung zwischen von 90° voneinander haben, während an den Teilen der Welle und dem Gehäuse. Wenn das Gehäuse 138 und 142 vier Stifte 152 so angeordnet sind, daß mit der Hand gegen eine Drehung festgehalten wird, sie in die Bohrungen der Membran hineinpassen bewirken Reaktionskräfte eine Drehung der Welle, und an dieser so befestigt sind, daß die Membran 30 Die Drehung der Welle unter diesen Umständen von jedem der Teile gleichen Abstand hat. Da die führt zur Rückstellung eines Schwingschalters. Membran aus federndem Material ist und die Nabe In dem Gehäuse des Motors ist ein Kommutator-

138 auf der Welle befestigt ist, kann der Stützkörper schalter gelagert, der aus einem feststehenden, Kon- 142 durch eine Deformation der Membran relativ zu takte tragenden Teil besteht, der starr auf der Welle der Welle gekippt werden. Die Mittelöffnung in der 35 und mit dieser drehbar gelagert ist, sowie aus eindm Membran ist groß genug, um eine solche Neigung nütierbar, aber nicht drehbar auf der Welle, jedoch zu ermöglichen. mit dieser drehbar gelagerten Kontakte tragenden

Auf jedem der Stützkörper 142 ist ein Ring 154 Teil. Der'feststehende Teil weist, wie; aus Fig. 4 bzw. 156 gelagert (Fig. 4). Die Ringe sind durch ersichtlich, zwei Faserscheiben 166 und 168 auf, die Abstands- und Befestigungsschrauben 158 im Ab- 40 mittels eines Faserabstandringes 170 voneinander gestand von den Körpern 142 gehalten, wobei die trennt sind, wobei das Ganze mittels Schrauben 172 Schrauben durch die Ringe geschraubt sind und an an der Endplatte 114 befestigt ist. Auf der Scheibe den Körpern 142 anliegen. Die Außenfläche jedes 166 ist ein Distanzring 173 angeordnet, an dem Körpers 142 ist gemäß F i g. 6 zum Zwecke der eine Kontakte tragende Scheibe 174 anliegt. Jeder richtigen Anordnung der Schrauben .mit Aussparen- 45 von sechs im gleichen Abstand voneinander befindgen 159 versehen. liehen Kontakten 175 ist dadurch auf der Scheibe

Jede Schraube 158 trägt einen Polschuh 160. In 174 gehalten, daß er in Form einer U-Klammer die der hier gezeigten Ausführungsform sind sechs Pol- Scheibe umgreift und mittels einer Schraube 176 schuhe in jedem Ring 154 und 156 in gleichmäßigem an der Scheibe 174 befestigt ist, die auch durch eine Abstand vorgesehen, wobei diese Polschuhe auf die 50 Drahtklemme 177 geht. An diese Klemmen ange-Membran 132 zu gerichtet sind. Jeder Polschuh schlossene Leitungen gehen durch öffnungen in den trägt eine Feldwicklung 162, wobei eingelegte Faser- Faserplatten und Endplatten 114 und „entsprechen stücke 164 die Teile mechanisch gegen Abrieb u. dgl. in Anzahl und Aufgabe und sind verbunden mit schützen. Wicklungen des anderen der beiden Motoren.

F i g. 4 zeigt die Stellung der Teile bei nicht er- 55 Ein leitender Ring 184 mit vorspringender Kante regtem Zustand der Wicklungen. Wenn die Wick- wird von Bolzen 182 an einem Stützring 183 gelungen erregt sind, werden die Polschuhe zu der tragen, der relativ zu den Wicklungen fest angeord-Membran 132 hin angezogen. Da gegenüberliegende net ist. In der Anziehungsstellung der Wicklungen Wicklungen auf den beiden Ringen so gewickelt sind, wird der Ring 184 gegen zwei feststehende Kontakte daß sie entgegengesetzte Pole zueinander haben, 60 175 gedrückt. Die Taumelbewegung des Ringes ziehen sich die gegenüberliegenden Polschuhe auch macht also auch der Ring 184 mit, wodurch vergegenseitig an. schiedene der Kontakte 175 miteinander kurz-

Das Erregen beliebiger benachbarter Wicklungs- geschlossen werden.

paare erfolgt beispielsweise wie oben beschrieben, In" der weiteren, in F i g. 7 dargestellten Ausfüh-

um eine Anziehung progressiv (oder rückgreifend) 65 rungsform, wie auch in gewissem Sinne der aufeinanderfolgender Wicklungen zu bewirken, wo- Fig. 3A, 3B, stellt die magnetische Koppelung der durch die Membran 132 an verschiedenen Stellen Statoren während der Erregung eine mechanische ihres Umfangs progressiv eingeklemmt wird. Die Koppelung der Statoren mit dem Rotor durch

Flächen her, die nicht unbedingt die magnetischen Polflächen der Statoren sind. In F i g. 7 kommen die Polflächen 122 a des Stators 122 in direkten Kontakt mit den Polflächen 124 a des Stators 124, ohne daß die Rotorscheibe 120 tatsächlich zwischen ihnen liegt. Die Scheibe ist statt dessen;mit kleinerem Radius ausgebildet oder auf andexe Weise ausgeschnitten, so daß verhindert wird, daß die Rotorscheibe zwischen die Statorpolflächen selbst gerät, und der Rotor selbst kommt mit anderen Flächen der Statoren in Berührung, um den Rollkontakt mit diesen herzustellen, der zur Drehung des Rotors bei der Nutation der Statoren erforderlich ist. In diesem Falle berühren die Kommutatorsegmente 122 c die gegenüberliegenden Kommutatorlamellen 124 c unmittelbar, und ein Kontakt erfolgt nicht durch den Rotor 120. Dadurch brauchen die elektrischen Eigenschaften des Rotormaterials keine Kommutationsfunktion zu erfüllen, noch brauchen die Eigenschaften der magnetischen Permeabilität des Stators eine magnetische Kupplungsfunktion der Statorfeldsysteme zu erfüllen. Somit wird in der veränderten Ausführungsform nach F i g. 7 eine Unabhängigkeit der Konstruktionskonstanten in einem Maße erzielt, das über das in den vorhergehenden Ausführungsformen erreichbare hinausgeht, nämlich

ίο durch die Technik der tatsächlichen Trennung der körperlichen Kontaktflächen des Rotors und der Statoren, die die jeweiligen Aufgaben der magnetischen- Kupplung, der mechanischen Zugkraft und der kommutativen elektrischen Kupplung erfüllen, so daß diese Aufgaben voneinander unabhängige konstruktive Auslegungen, die ihren besonderen. Erfordernissen entsprechen, ermöglichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 toren dieser Art die Möglichkeit, den Rotor in einer Patentansprüche: bestimmten Stellung gegen ein Reaktionsdrehmoment der Belastung festzuhalten, wenn der Antriebsstrom

1. Elektromotor mit einer Nutationsbewegung abgeschaltet ist.

zwischen Rotor und Stator, bei dem beiderseits 5 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einer Rotorscheibe auf deren Achse.— einander einen Nutationsmotor zu schaffen, bei dem die Begegenüberstehend — Statoren vorgesehen sind, schränkungen hinsichtlich des Aufbaus und der Arvon denen wenigstens einer über feinen Umfang beitsweise des bekannten Nutationsmotors entfallen, verteilt Elektromagnete besitzt, die nacheinander Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung bei

einschaltbar sind, dadurch gekennzeich- io dem eingangs beschriebenen Elektromotor dadurch net, daß die Nutationsbewegung von den Sta- gekennzeichnet, daß die Nutationsbewegung von den toren (22, 24) ausgeführt wird, die spiegelbild- Statoren ausgeführt wird, die spiegelbildlich gegenlich gegeneinander geneigt sind und die Rotor- einander geneigt sind und die Rotorscheibe bescheibe (20) berühren. rühren.

2. Elektromotor nach Ansprach 1, dadurch 15 Die Rotorscheibe kann daher aus antimagnegekennzeichnet, daß das effektive Nutations- tischem, leichtem Material und verhältnismäßig Zentrum jedes Stators nahe seinem Massen- dünn sein, und zwar trotz höherer Kraftübertragung. Zentrum (Schnittpunkt der Achse A-A mit der Ein derartiger Elektromotor besitzt daher ein hohes Achse der Schwenkzapfen 22 bzw. 24) liegt und Drehmoment und insbesondere ein günstiges Verdaß die polaren Trägheitsmomente der Statoren ao hältnis von Drehmoment zu Trägheitsmoment und (22, 24) um ihre Nutationszentren praktisch eine geringe Bautiefe. Die Rotorscheibe kann aber gleich sind. auch aus nicht magnetisierbarem, elektrisch leiten-

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, da- dem oder nichtleitendem Material hergestellt sein, durch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der und zwar je nach den gewünschten Arbeitscharakte-Statoren (22 bzw. 24) und die ihm zugeordnete 25 ristike'n des Motors. Beispielsweise kann der Rotor Seite des Rotors (20) einen Zahnkranz (22'n aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigbzw. 24'm) besitzen. keit bestehen, um eine Dämpfung durch Kurzschlußwirkung zu erhalten. Statt dessen kann auch magnetisch permeables Material in Segment- oder La-

30 mellenform verwendet werden, um störende Stromwege im Rotor zu unterbrechen und damit die magnetische Anziehungskraft zu verstärken, ohne eine

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit entsprechende Dämpfung der Ansprechcharakteristik

einer Nutationsbewegung zwischen Rotor und Stator, des Motors.

bei dem beiderseits einer Rotorscheibe auf deren 35 Der Motor kann zugleich die Funktion einer

Achse — einander gegenüberstehend — Statoren Bremse oder einer Kupplung mit oder ohne Schlupf

vorgesehen sind, von denen wenigstens einer über übernehmen. Die erwähnten Vorteile ergeben sich

seinen Umfang verteilt Elektromagnete besitzt, die ohne einen Leistungsverlust. Da während eines Nu-

nacheinander einschaltbar sind. tationszyklus im wesentlichen alle Feldwicklungen

Durch die deutsche Patentschrift 384 926 ist ein 40 des Stators wirksam werden, erreicht die Kraft für

derartiger Elektromotor bekannt, bei dem also der den Eingriff zwischen Stator und Motor ein

Stator feststeht, während der Rotor nutiert. Der Maximum.

Rotor muß aus magnetisch permeablem Material Ein weiterer Vorteil ist die lange Lebensdauer

bestehen, das dem magnetischen Rückfluß zwischen der Kommutatoranordnung des nicht nutierenden

jeweils magnetisierten Statorpolen, die den Rotor 45 Rotors, da die gleitende Reibung und örtliche Er-

magnetisch anziehen, nur geringen Widerstand ent- hitzung vermieden oder auf ein Minimum gebracht

gegensetzt. Hieraus ergibt sich für den Rotor die werden können.

Forderung nach einem nicht unerheblichen Quer- Durch die spiegelbildliche Anordnung der Staschnitt mit entsprechendem Gewicht, was dazu führt, toren mit synchroner Nutationsbewegung werden die daß bei höheren Drehzahlen die Nutationsbewegung 50 Nutationsbeschleunigungen kompensiert, wodurch des Rotors beträchtliche Vibrationen des Motors die Motorvibrationen auf ein Minimum gebracht erzeugt. Auch wird durch die Rotormasse die werden. Theoretisch werden bei gleichen Trägheits-Elastizität des Motors nicht nur beim Starten und momenten und gleicher Neigung der Statoren Vibra-Anhalten beeinträchtigt, sondern auch seine Fähig- tionen bei allen Drehzahlen vollständig auskeit, auf Änderungen der Antriebsenergie empfind- 55 geschlossen.

lieh anzusprechen. Bei solchen Motoren ist das Ver- Da der Rotor als dünne Scheibe mit kleinem

hältnis von Drehmoment zu Trägheit relativ klein, Trägheitsmoment ausgebildet werden kann, spricht

und zwar teilweise auf Grund des Rotorgewichts der Motor beim Anlassen und Anhalten sehr gut an.

und teilweise auch wegen der geringen Zugkraft, die Vorzugsweise wird durch eine aufeinanderfolgende

aus der rollenden Berührung zwischen Stator und 60 Erregung der elektromagnetischen Wicklungen beider

Rotor an nur einer Umfangsstelle resultiert. Außer- Statoren eine synchrone Nutationsbewegung in

dem ist man bei einem Rotor, der den magnetischen rollender Berührung mit den entsprechenden Stellen

Rückfluß ermöglichen muß, in der Auswahl des auf einander gegenüberliegenden Seiten des Rotors

Werkstoffs auf magnetisch permeable Materialien erteilt..

beschränkt, wodurch die Anzahl der zur Erzielung 65 Es wird bevorzugt, wenn das effektive Nutations-

bestimmter Arbeitscharakteristiken frei wählbaren Zentrum jedes Stators nahe seinem Massezentrum

Parameter für den Aufbau des Motors entsprechend liegt, wobei die polaren Trägheitsmomente der Sta-

begrenzt ist. Weiter fehlt bei den bekannten Mo- toren um ihre Nutationszentren zur Herstellung des