DE202005005641U1

DE202005005641U1 - Elektromotor oder Generator

Info

Publication number: DE202005005641U1
Application number: DE200520005641
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-04-09
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2015-04-10

Abstract

Elektromotor oder Generator, dadurch gekennzeichnet, dass sein Rotor und / oder Stator oder die Elektromagnete / Dauermagnete, die an Rotor oder Stator eingebaut sind, gesteuert radial beweglich sind, wobei der Luftspalt zwischen dem Rotor und Stator änderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromotor / Generator, dessen Drehmoment bei nahezu gleich bleibenden Strom-Werten, verändert werden kann.
Es ist bekannt, dass das Drehmoment eines Elektromotors durch Strom-Werte-Änderung (bzw. Spannung) verändert werden kann. Der Elektromotor ist sehr weit verbreitet und nicht wegzudenken von unserem Leben. Es gibt unzählige Varianten und Bauarten von Elektromotoren. Prinzipiell besteht ein Elektromotor aus einem Stator und einem Rotor, der in eine Welle befestigt ist und der sich dreht. Eine Steuerung für die Elektromagnet-Spulen ist insbesondere bei Gleichstrom-Elektromotoren notwendig. Trotz vieler Vorteile hat der Elektromotor auch einige Nachteile. Es wird immer öfter eine änderbare Drehmoment und Drehzahl eines Elektromotors gebraucht. Die Drehzahl und der Drehmoment eines Elektromotors lassen sich durch elektronische Schaltungen regeln, dadurch wird aber nicht optimal der gewünschte Effekt erreicht.
Wenn eine niedrige Drehzahl gebraucht wird, aber ein starker Drehmoment, dann benutzt man ein Getriebe. Das ist z.B. der Fall in Industrie Bedarf. Der Bohrkopf einer Standbohrmaschine wird, je nachdem was gebohrt wird, schnell oder langsam drehen. Die Drehzahl wird durch ein Getriebe eingestellt. Auch ein spezieller Schalter, der die Stromwerte regelt, kann dafür eingesetzt werden. Ohne das Getriebe konnte man nicht einen hohen Drehmoment und eine niedrige Drehzahl erreichen. Wenn die Spannung und Strom gleichzeitig erhöht werden, dann erzeugt der Elektromotor schon ein höheres Drehmoment. In diesem Fall wird aber auch seine Drehzahl erhöht. Daher muss ein Getriebe verwendet werden. Ein Getriebe verursacht bekanntlich Verluste in der Leistung.
Der in den Schutzansprüchen 1 bis 63 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Elektromotor (oder Generator) zu schaffen, der in der Lage ist, sein Drehmoment und Drehzahl intern zu ändern, ohne dass es dabei ein Spannungs-Wandler benötigt wird, ohne dass die Strom- / Spannungs-Werte geändert werden müssen und ohne Getriebe, das die mechanische Kraft des Elektromotors über die Drehachsenwelle des Elektromotors übersetzt / untersetzt.
Dieses Problem wird mit den in den Schutzansprüchen 1 bis 63 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Vorteile der Erfindung sind:

– sie ermöglicht eine Veränderung des Drehmoments des Elektromotors ohne dass es dabei die Kraftübertragung durch ein Getriebe übersetzt oder untersetzt werden muss,
– sie ermöglicht eine Veränderung des Drehmoments des Elektromotors ohne dass es dabei die Strom- oder Spannungswerte geändert werden müssen,
– sie ist sehr sparsam an Energie-Verbrauch und daher sehr umweltfreundlich, weil keine Energie-Fressende Getriebe verwendet werden muss,
– Platzsparende Lösung, da kein Getriebe für die Drehzahl-Übersetzung (Untersetzung) notwendig,

Ebenfalls die Verwendung als Generator bringt Vorteile mit sich. Als Generator weist diese Erfindung einen automatischen Überlastungs-Schutz durch Luftspalt-Änderung zwischen dem Rotor und dem Stator bei zeitweiser Überhöhung der Drehzahl, wie z.B. bei Windkraftanlagen der Fall ist.
Die Erfindung ist eine Weiterentwicklung des herkömmlichen Elektromotors.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 15 erläutert. Es zeigen:
1 zeigt eine Variante mit dem veränderbaren Rotor-Durchmesser,
2 die Variante mit der spiralförmigen Nut,
3 die Steuerung des kleinen internen Elektromotors und den Aufbau des Getriebes,
4 eine optische Steuerung für die Veränderung des Rotor-Durchmessers.
5 die Variante mit der Achsen-Welle-Außenhülle,
6 die fernsteuerbare Variante,
7 eine Variante, wobei der Durchmesser des Stators verändert werden kann,
8 eine Variante, wobei die Rotor-Elektromagneten an tangential angeordneten Flügel angebracht sind,
9 eine Variante mit Piezo-Elemente,
10 einen Generator der ähnlich wie der Elektromotor gebaut ist,
11 eine Windkraftanlage mit einem Generator, dessen Rotor-Flügel sich verändern können,
12 eine Variante, wobei die Flügel durch Feder in Richtung Achse angezogen werden,
13 einen Elektromotor, der kein Scheiben-Typ ist und bei der der Luftspalt sich vergrößern lässt,
14 einen Generator, bei dem der Stator-Durchmesser sich variabel gestalten kann bzw. vergrössert oder verkleinert werden kann,
15 einen Elektromotor, der auch als Generator verwendbar ist, dessen Rotor und Stator sich verändern können.
Die Funktionsweise dieses Elektromotors basiert auf die Drehmoment bzw. Hebelwirkung der Rotorflügel. Je grösser der Durchmesser eines Rotors ist, desto grösser ist der Drehmoment des Elektromotors (bei gleich bleibende elektromagnetische Kraft). Seine Drehzahl nimmt mit der Rotorgrösse ab. Während ein kleiner Elektromotor problemlos 30.000 und mehr UpM erreichen kann, sieht das bei einem grossen Elektromotor anders aus. Aber deshalb ist der Drehmoment bei grossen Elektromotoren viel höher. Die Erfindung vereint auf eine interessante Art diese beiden Eigenschaften in einem Elektromotor.
Dieser Elektromotor 1 besteht aus einem Rotor 2, dessen Durchmesser verändert werden kann. Auf diese Weise ändert sich auch das Drehmoment des Motors. Der Stator 3 ist aus doppelt und parallel angebrachten Scheiben 4 gebaut, die so angeordnet sind, dass der Rotor wie in einem Sandwich dazwischen rotiert. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die elektromagnetische Kraft des Stator gleichmässig an nahezu jedem Position wirkt, an dem sich der Rotor befindet. Der Luftspalt ändert sich radial, wobei die Distanz zwischen dem Rotor und Stator jederzeit konstant sehr klein bleibt. Die Flügel 5 des Rotors sind einziehbar und werden elektrisch oder mechanisch bewegt. Die Bewegung der Rotor-Flügel erfolgt durch einen Mechanismus der ähnlich wie bei der Spannbacken in dem Spannkopf einer Drehbank funktioniert. Eine drehende spiralförmige Nut 6 zwingt die radiale Bewegung der Rotor-Flügel / Elektromagneten 7 in Richtung Motor-Drehachse B. Die radiale Bewegung der Elektromagneten findet nur durch das extra Drehen der spiralförmigen Nut. Die spiralförmige Nut kann durch einen kleineren Elektromotor 9, der in dem grossen Elektromotor eingebaut ist, gedreht werden. Die Elektromagneten werden keinesfalls durch die zentripetale Kraft radial bewegt. Das verhindert die spiralförmige Nut oder eine spiralförmige Führungsschiene. Dadurch dass alle Elektromagneten gleichzeitig und gleichmässig bewegt werden, kann keine Unwucht entstehen. Somit ist eine Durchmesser-Veränderung auch während der Elektromotor läuft, realisierbar. Das ist praktisch für Elektromotoren, die als Antrieb an Fahrzeuge, insbesondere an Schienen-Fahrzeuge (Trambahn, U-Bahn, Zug – ICE, etc.) eingebaut sind. Ein externes Getriebe wäre dann überflüssig. Die elektromagnetische Kraft bleibt gleich, egal ob die Flügel des Rotors völlig eingezogen sind oder sehr weit ausgebreitet. Nur der Drehmoment und die Drehzahl ändern sich.
Die Elektromagneten 10 in dem Stator können in konzentrischen Ringen 11 eingebaut werden. Wenn der Rotor ganz groß wird, dann wird der grösste Elektromagneten-Ring 12 eingeschaltet. Je kleiner der Rotor wird, desto kleiner ist der Elektromagneten-Ring, der gerade aktiv ist. Das kann durch Elektromagnet-Sensoren 13 gesteuert werden, die mit je einen Elektromagneten-Ring gekoppelt sind realisiert werden. Wenn ein solcher Sensor einen Rotor-Elektromagnet 7, der in seine Nähe rotiert registriert, dann wird der dementsprechende Elektromagneten-Ring eingeschaltet, der am nächsten zu den Rotor-Elektromagneten ist.
Der kleine Innen-Elektromotor 9 soll mit einem Schnecken-Getriebe 14 oder einem Spindel 15 gekoppelt werden. Alle diese Elemente sind in dem Rotor des Elektromotors eingebaut. Die Steuerung des kleinen Innen-Elektromotors kann über Schleifringe 16 erfolgen. Auch eine optische Steuerung durch Lichtsensoren 17 und Laserdioden 18 oder einfache Leuchtdioden kann realisiert werden (4). In diesem Fall ist der kleine Innen-Elektromotor mit einem oder mehreren Lichtsensoren 17 ausgestattet, die ihn steuern. Am einfachsten können für diesen Zweck zwei Sensoren verwendet werden, die mit je einen Licht-Filter 19 versehen sind. Einer der Sensoren, z.B. reagiert auf blaues Laser-Licht, während der andere auf rotes Laser-Licht. Der grosse Elektromotor kann mit einem Fenster 20 ausgestattet werden, durch die die Sensoren des kleinen Elektromotors per Lichtstrahl 21 zu erreichen sind. Das Fenster kann eine kleine Öffnung sein, die seitlich am Elektromotor (an seine Drehebene) angebracht ist. Sie kann auch durch eine durchsichtige Scheibe 22 z.B. aus Glas, Kunststoff, Plexiglas, Mineralglas etc. gebaut. Die durchsichtige Scheibe kann auch als Lichtfilter dienen, in dem sie mit einer oder mehrere farbgetönte Bereichen 23 versehen ist, z.B. blau und rot. Hinter dem blauem und dem rotem Teil der Scheibe, kann je ein Sensor eingebaut werden, die dann per Lichtstrahl von aussen zu steuern sind. Sobald ein blauer Laser aktiviert wird und auf dem Fenster von aussen einen schmalen oder breiten Strahl abgibt, dann wird sie den blauen Teil der Scheibe durchdringen, wobei der rote Teil der Scheibe für diese Laserstrahl nahezu undurchdringlich ist. Der Sensor, der unter die blaue Abdeckung sich befindet, wird aktiviert und den Elektromotor z.B. durch das Einziehen der Rotor-Flügel und seine Durchmesser-Verkleinerung schneller machen. Die spiralförmige Nut 6 wird in die Richtung gedreht, die das radiale Einziehen der Rotor-Flügel 5 bewirkt. Der rote Laser bewirkt das Gegenteil: Die Rotor-Flügel werden ausgefahren und dadurch der Rotor-Durchmesser vergrössert. Das ermöglicht eine Erhöhung des Drehmoments, wobei die Geschwindigkeit reduziert wird.
Selbstverständlich kann man diesen Elektromotor zusätzlich durch bekannte elektrische Steuerung, wobei auch die Stromwerte geändert werden können, gesteuert werden. Selbstverständlich können andere Farbcodierungen eingesetzt werden oder die Informationen an den optischen Sensoren durch codierte Lichtsignale weitergegeben. Dann kann ein einziger Licht-Sensor verwendet werden, der mit eine elektronische Steuerung gekoppelt ist, wobei die Codierung der Signale entschlüsselt wird und im Befehl eingesetzt.
Anstatt der optischen Steuerung, kann man sehr gut IR-Sensoren 24 und IR-Fernsteuerung 25 verwenden, die dann ähnlich wie bei einem IR-Fernsteuerung und einem Fernsehgerät funktioniert.
Eine interessante Variante ist in der 5 dargestellt worden. Hier überträgt eine Aussenhülle 26, die wie ein Dreh-Rohr in die Achsenwelle 8 gesteckt ist, die radiale Bewegungs-Energie des Elektromotors auf die Rotor-Flügel. Das Dreh-Rohr 26 ist direkt mit einem Getriebe 27 im Rotor gekoppelt, das die Elektromagneten radial bewegen kann. Das Dreh-Rohr kann so eingebaut werden, dass sie mit der Achsenwelle mitdreht. Sobald man sie während Drehung ein wenig bremst, dreht sie sich nicht mehr ganz mit, bzw. sie dreht sich langsamer als die Achsenwelle und erzeugt eine Drehmoment (Kraft) der im Rotor für die Bewegung der Elektromagneten benutzt wird. Eine schnellere Drehung des Dreh-Rohrs erzeugt eine Kraft, die auf die Elektromagneten wirkt und sie in Gegenrichtung radial schiebt. Somit können die Elektromagneten in beiden Richtungen radial bewegt werden. Eine elektromechanische Drehsperre / Freiläufer 28 kann dafür verwendet werden um eine Änderung der Abstand der Rotor-Elektromagneten von der Achsenwelle. Die Drehsperre kann auch als eine art Drehbremse konzipiert werden, die eine stufenlose Drehmoment-Änderung des Elektromotors erlaubt. Der Freiläufer kann durch einen Elektromagnet 29 gesteuert werden.
Die Bewegung der Elektromagneten in dem Rotor / Stator kann auch per Fernsteuerung erfolgen (6). Hier werden ein Mikro-Elektromotor 30 und ein Radiowellen-Empfangsgerät 31 eingebaut, der den Mikro-Elektromotor steuert. Die Aufgabe des Mikro-Elektromotors ist es die Elektromagneten des Rotors von der Rotierachse zu entfernen bzw. sie näher an die Achse zu bringen. Die Fernbedienung 32 kann an die Aussenhülle (Gehäuse) 33 des Elektromotors eingebaut / angebracht werden oder auch völlig getrennt auf eine Bürotisch angebracht werden. Wichtig ist, dass die Funkwellen nicht von der Aussenhülle des Elektromotors absorbiert werden. Deshalb soll eine art Antenne 34 an einer Stelle des Elektromotors angebracht werden, die die Elektromagnetischen-Wellen von außen in das innere des Elektromotors bringt. Eine Führungsschiene 43 hält die Elektromagneten 7 in Position, während sie radial bewegt werden.
Anstatt des Mikro-Elektromotors können auch Elektromagnet-Relais eingebaut werden, die in der Lage sind die Rotor-Elektromagneten radial zu bewegen und an einer bestimmten Position sie festzuhalten.
Die Variante, die an der 7 dargestellt worden ist, ist ähnlich wie die anderen Varianten, die bisher beschrieben worden sind, nur dass es hier der Stator 3 sein Durchmesser verändern kann.
Die 8 stellt eine ziemlich einfache Variante dar. Hier sind die Elektromagneten des Rotors an gebogenen Flügel 35, die tangential angeordnet sind, angebracht. Die Flügel sind an einem Ende 36 durch ein Gelenk 37 mit einer Rotor-Halterung 38 befestigt. Das andere Ende ist frei schwenkbar. Ganz frei ist in Wirklichkeit das andere Ende auch nicht. Sie ist mit einem Mikro-Elektromotor 30 und ein Schnecken-Getriebe 14 oder einen Spindel 15 gekoppelt, die sie radial zu der Haupt-Elektromotor-Drehachse 8 bewegen kann. Auch eine spiralförmige Nut kann dabei behilflich sein. Dadurch kann der Rotor-Durchmesser verkleinert oder vergrössert werden. Da die Stator-Elektromagneten oder Dauermagneten an Scheiben 4 angebracht sind, die parallel und rechtwinklig zu die Hauptdrehachse angeordnet sind, wobei der Rotor dazwischen rotiert, stört es überhaupt nicht und die Magnet-Felder bleiben nahezu konstant, wenn der Rotor sein Durchmesser verkleinert, bzw. vergrössert. Die Flügel können auch so angeordnet werden, dass sie kleine Rhombuse (Rauten) 39 bilden, dessen Ebenen gleich wie die Drehebene der Achse angeordnet sind. Ein Spindel 15, der in der Mitte jeder Raute tangential zu der Achsen angeordnet eingebaut ist, kann die Raute ausfahren oder sie an die Achse näher heranziehen. Die Elektromagnete sind an die äussere Spitze der Rauten eingebaut dun sie werden dadurch näher an die Achse herangezogen oder ausgefahren. Auf diese Weise kann der Rotor-Durchmesser verkleinert oder vergrössert werden.
Der Elektromotor kann in fast allen technischen Bereichen verwendet werden, überall dort wo eine geregelte Drehzahl des Elektroantriebs notwendig ist. Er kann als Antrieb für die Werkzeug-Maschinen, wie z.B. Tischbohrer, Drehbank, Fräser etc. eingesetzt werden. Der Einsatz in Verkehrstechnik ist sehr wichtig. Die U-Bahn oder Trambahn brauchen unbedingt geregelte Drehzahlen an den Antrieb. Denkbar sind auch der Einsatz und die Verbindung mit der Weltraum-Technologie. Z.B. mit dem neuartigen Elektromotor können auch Roboter oder Weltraumfahrzeuge ausgestattet werden. Besondere wichtige Merkmale des Elektromotors sind unter anderen auch sein leichtes Gewicht. Die Drehmoment-Steuerung erspart ein Getriebe, was viel an Gewicht bei Weltraumflügen ausmacht.
Eine Steuerung 40, die in der Lage ist, den Elektromotor so zu steuern, dass ein konstantes Drehmoment automatisch erzeugt wird, kann in dem Elektromotor eingebaut werden. Das kann durch Drehmoment-Sensoren 41 oder Drehzahl-Messer erreicht werden. Das ist vorteilhaft, wenn z.B. aufgrund der Last, der Elektromotor langsamer fahren muss. Ein konstantes Drehmoment wird durch eine Durchmesser-Vergrösserung des Rotors, bzw. durch die Entfernung der Elektromagneten des Rotors erzeugt. Das ist z.B. wichtig für grosse Baumaschinen die elektrisch angetrieben werden, wie z.B. bei Tunnelbau oder Kohletransport, wobei grosse Laster mit eine Ladekapazität von mehreren hunderten Tonen eingesetzt werden. Der Antrieb der Super-Laster ist elektrisch durch starke Elektromotoren realisiert worden. Ein Verbrennungsmotor ist mit einem Generator gekoppelt, der die notwendige Energie erzeugt. Der neuartige Elektromotor könnte hier sehr gut eingesetzt werden. Durch die Möglichkeit das Drehmoment zu verändern wären viele Teile in dem LkW nicht mehr notwendig. Daher könnte er leichter und robuster gebaut werden.
Selbstverständlich kann die Rotor-Durchmesser-Veränderung auch anders erreicht werden. Praktisch jedes Element, das sich elektrisch gesteuert ausdehnen und zusammenziehen kann, kann dafür eingesetzt werden. Z.B. es können dafür Piezo-Elemente 42 eingesetzt werden, die elektrisch gesteuert den Rotor-Durchmesser aktiv verändern können (9). Auch Magnetostriktions-Elemente können eingesetzt werden.
Der Elektromotor kann auch als Generator 44 verwendet werden (10). Eine Verwendung als Windkraftgenerator ist optimal (11). Bei überhöhter Drehzahl können die Rotor-Flügel des Generators eingezogen werden und dadurch eine konstante Spannung erzeugen. Die Drehgeschwindigkeit kann durch starken Wind erhöht werden, was aber in dem Generator durch das Einziehen der Rotor-Flügel stets eine konstante Spannung erhalten bleibt, weil der reale zurückgelegter Weg der Strom-Induktions-Teilen pro Sekunde dadurch unverändert bleibt. Die Windanlagen 45 können auf diese Weise einer ziemlich konstanten Spannung liefern, was sie weitgehend verbessern würde.
Bei hohen Drehzahlen, können von z.B. mehreren Federn, die mit jeden Rotorflügel und der Drehachse gekoppelt sind, dazu dienen, die Rotor-Flügel in Richtung Achse zu ziehen (12). Das erleichtert die Arbeit der kleinen Elektromotoren, wenn der Hauptelektromotor oder der Generator sich schnell dreht. Die Fliehkraft ist dann enorm und das Einziehen der Rotor-Flügel erfordert ziemlich starke kleine Elektromotoren oder relativ komplizierte Getriebe. Um das Einziehen auch durch kleine Elektromotoren im Rotor zu ermöglichen, werden die Rotorflügel mit je einer Einziehfeder 46 ausgestattet, die eine Kraft in Richtung Achse ausüben. Sie ziehen permanent die Rotor-Flügel in Achsenrichtung, wobei bei einer mittelmäßigen Drehgeschwindigkeit des Elektromotors, diese Kräfte sich neutralisieren. In dem Fall haben es die kleinen Elektromotoren viel leichter die Rotor-Flügel einzuziehen. Lediglich das Herausfahren der Rotor-Flügel würde erschwert werden, und das nur bei Ruhestand oder bei sehr niedrigen Drehzahlen des Elektromotors. Das Feder-System ist für Elektromotoren, dessen Drehmoment schon während der Arbeit geändert werden muss, bestens geeignet. Das gilt auch für Generatoren.
Der Generator kann mit einer Steuerung 47 ausgestattet werden, die mit eine Ausgangs-Spannung oder Ausgangs-Strom-Mess-Gerät gekoppelt ist, wobei abhängig von den Ausgangs-Spannung- / Strom-Werte die Rotor-Flügel radial so bewegt, dass möglichst konstante Spannung- / Strom-Ausgangs-Werte bei unterschiedliche Drehgeschwindigkeit des Generators erfolgen. Die Realisierung dieser Steuerung ist relativ unkompliziert. Je höher die Spannungs-Werte bei der Stromerzeugung am Stromausgang werden, desto mehr werden die Rotor-Flügel radial eingezogen und umgekehrt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die reale Geschwindigkeit der Rotor-Teile, die den Strom produzieren stets konstant bleibt, unabhängig von der Rotor-Drehzahl. Durch die konstante Distanz zwischen dem Rotor und dem Stator wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht, die genauso gut wie bei herkömmlichen Elektromotoren oder Generatoren ist. Ein zu großer Spalt, führt zu relativ hohe ineffiziente Arbeit des Elektromotors oder des Generators, insbesondere bei grossere Maschinen. Bei kleinen Maschinen fällt das nicht allzu sehr ins Gewicht und kann unproblematisch realisiert werden.
In der 13 ist ein Elektromotor dargstellt worden, der kein Scheiben-Elektromotor ist. Hier wird der Rotor gesteuert kleiner und er erzeugt einen grösseren Spalt zwischen ihn und dem Stator, durch seine Durchmesser-Verkleinerung. Die Rotor-Flügel werden eingezogen wenn keine grosse Kraft gebraucht wird und umgekehrt. Es reicht in der Regel eine sehr kleine Luftspalt-Änderung um einen grossen Effekt zu erzielen.
In der 14 ist ein Generator dargstellt worden, bei dem der Stator-Durchmesser sich variabel gestalten kann bzw. vergrössert oder verkleinert werden kann. Die Stator-Hülle sollte an mindestens einer Stelle getrennt sein, um eine Durchmesser-Veränderung zu erlauben. Je mehr getrennte Teilen den Stator bilden, die sich radial bewegen können, desto besser kann der Stator verändert werden. Die Distanz-Vergrößerung zwischen dem Rotor und dem Stator, bzw. die dynamische Gestaltung ist vorteilhaft, wenn der Generator sich zu überlasten droht.
In der 15 ist ein Elektromotor dargestellt worden, der auch als Generator verwendbar ist, dessen Rotor und Stator sich verändern können. Der Elektromotor kann praktisch komplett kleiner oder grösser werden, wobei der Luftspalt zwischen dem Rotor und Stator konstant gehalten werden kann. Auch ein variabler Luftspalt ist damit realisierbar. Man braucht nur einen der Komponenten z.B. den Rotor verkleinern, oder den Stator vergrössern um das zu erreichen. Eine Lichtschranke oder ein Magnet-Sensor kann in dem Stator eingebaut werden, um eine den Luftspalt zu überwachen. Eine Steuerung kann verhindern, dass der Rotor und der Stator sich berühren.
Bei kleinen und leichten Elektromotoren können auch elektroaktive Kunststoff-Teile verwendet werden, die durch Stromimpulse ihre Form ändern können, um den Rotor- oder Stator-Durchmesser zu verändern. Die elektroaktiven Kunststoffe können durch Stromsignale sich verbiegen oder sich verlängern oder verkürzen. Diese Eigenschaft kann sehr gut für die Durchmesser-Änderung des Rotors oder des Stators eingesetzt werden.
In den Ansprüchen 21 bis 23 wurde eine synchrone elektromagnetische Feld-Intensitäts-Änderung für den Stator und / oder den Rotor, die den Antrieb oder die Strom-Generierung ermöglicht, beschrieben. Das betrifft die Steuerung des Magnet-Feldes, der den Rotor zum Drehen bring. Sie kann optisch- (durch Lichtsensoren, Lichtschranken etc.) oder halbleitergesteuert sein oder auch wie bei einfachen Elektromotoren durch Bürsten erreicht werden. Auch Magnet-Sensoren können eingesetzt werden, um die synchrone Steuerung des Magnet-Feldes, bzw. die Magnet-Feld-Umpolung zu realisieren, bei erreichen eines bestimmten Punkts. Fast alle diese Methoden sind schon bekannt und werden in verschiedene Elektromotoren eingesetzt.
Bei Wechselstrom-Motoren wird die Magnetfeld-Steuerung durch die Wechselfelder erreicht, wobei die Bürsten nicht unbedingt notwendig sind. Das Ändern der Luftspalt kann auch durch tangentiale Anordnung der Einzieh-Elemente (9, 15, 42) erreicht werden (15).

1: Elektromotor
2: Rotor
3: Stator
4: Scheiben
5: Rotor-Flügel
6: Nut
7: Elektromagneten am Rotor
8: Motor-Drehachse
9: kleinere innen Elektromotor
10: Elektromagneten in dem Stator
11: konzentrische Ringe
12: grösste Elektromagneten-Ring
13: Elektromagnet-Sensoren
14: Schnecken-Getriebe
15: Spindel
16: Schleifringe
17: Lichtsensoren
18: Laserdioden
19: Licht-Filter
20: Fenster
21: Lichtstrahl
22: Scheibe
23: farbgetönte Bereichen an der
: Fensterscheibe
24: IR-Sensoren
25: IR-Fernsteuerung
26: Aussenhülle
27: Getriebe
28: Freiläufer
29: Elektromagnet des
: Freiläufers
30: Mikro-Elektromotor
31: Radiowellen-
: Empfangsgerät
32: Fernbedienung
33: Aussenhülle (Gehäuse)
34: Antenne
35: gebogene Flügel
36: Flügel-Ende
37: Gelenk
38: Rotor-Halterung
39: Rhombuse (Rauten)
40: Steuerung
41: Drehmoment-Sensoren
42: Piezo-Elemente
43: Führungsschiene
44: Generator
45: Windanlagen
46: Einziehfeder
47: Steuerung

Claims

Elektromotor oder Generator, dadurch gekennzeichnet, dass sein Rotor und / oder Stator oder die Elektromagnete / Dauermagnete, die an Rotor oder Stator eingebaut sind, gesteuert radial beweglich sind, wobei der Luftspalt zwischen dem Rotor und Stator änderbar ist.
Elektromotor oder Generator, dadurch gekennzeichnet, dass sein Rotor und / oder der Stator mit einem Mechanismus, der seinen Durchmesser durch gesteuerte radiale Bewegung der Elektromagneten und / oder Dauermagneten veränderbar macht, ausgestattet ist.
Elektromotor oder Generator, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einem kleinen Getriebe, das in inneren des Elektromotors oder Generators eingebaut ist, durch das die Elektromagneten des Rotors näher an die Drehachse eingezogen werden können oder von der Drehachse entfernt / ausgefahren werden können und damit eine Veränderung des Rotor-Durchmessers verursacht, ausgestattet ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Scheiben-Elektromotor oder Generator ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator doppelscheibenförmig, die parallel und rechtwinklig zu die Hauptdrehachse angeordnet sind, wobei der durchmesserveränderbarer Rotor dazwischen rotiert, gebaut ist
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein kleiner Elektromotor in dem Rotor oder Stator des Elektromotors oder Generators, als Antriebs-Element für die radiale Bewegung der Rotor-Flügel oder der Stator-Elemente eingebaut ist.
Elektromotor oder Generator nach 6, dadurch gekennzeichnet, dass der kleine Elektromotor mit dem Getriebe, das ebenfalls in inneren oder in Rotor des Elektromotors oder Generators eingebaut ist, gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator mit mindestens einem Spalt, der in Drehachsen-Richtung oder schräg angeordnet ist, der einen Stator-Durchmesser-Änderung erlaubt, ausgestattet ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein kleiner Elektromotor und / oder ein Getriebe, in die Aussenhülle des Stators des Elektromotors oder Generators eingebaut ist und dessen Durchmesser durch Zusammenziehen der Stator-Teile verändern kann, eingebaut ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe eine Zahnrad-Getriebe, Schneckengetriebe oder ein Spindel-Getriebe ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotor-Elektromagneten durch je einen Spindel radial bewegbar sind.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er aus mindestens einem Stator, dessen Durchmesser veränderbar ist, besteht.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Rotors und / oder des Stators durch mindestens ein kleineres im Rotor oder Stator eingebautes Elektromotor und ein Getriebe, das die Flügel des Stators oder Rotors radial ein- und auszieht, veränderbar ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotor-Elektromagneten an teleskopartig gebauten Flügel des Rotors gebaut sind und ausfahrbar sind.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des kleineren Elektromotors, der im Rotor des Elektromotors oder Generators eingebaut ist, durch Schleifringe oder Induktions-Spulen erfolgt.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, das der kleinere Elektromotor, der im Rotor / Stator eingebaut ist, mit mindestens einem Sensor ausgestattet ist, durch den er optisch oder per IR-Strahlen die von aussen aus einer Fernsteuerung abgegeben werden, steuerbar ist (4).
Elektromotor oder Generator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Fenster oder eine durchsichtige Fensterscheibe, durch die ein Lichtsignal oder IR-Signal zumindest den Sensor für die Steuerung der Rotor-Teile erreichen kann, aufweist.
Elektromotor oder Generator nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsignal farbcodiert ist und es die durchsichtige Fensterscheibe, wobei sie mindestens zwei Bereiche mit verschiedene Farbtönungen aufweist, unter denen die dementsprechende Sensoren durch dementsprechenden Lichtfarbe erreichbar sind, eingebaut sind, an dementsprechenden Bereich durchdringt oder nicht.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mit einem IR-Sensor und IR-Steuerung ausgestattet ist, durch die er von aussen durch eine IR-Fernbedienung steuerbar ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinere Elektromotor, der in Rotor / Stator eingebaut ist, mit eine Fernsteuerungs-Schaltung, durch die er per Fernsteuerung steuerbar ist, gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine synchrone elektromagnetische Feld-Intensitäts-Änderung für den Stator und / oder den Rotor, die den Antrieb oder die Strom-Generierung ermöglicht, optisch- oder halbleiter-gesteuert ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine synchrone elektromagnetische Feld-Intensitäts-Änderung für den Stator und / oder den Rotor, die den Antrieb oder die Strom-Generierung ermöglicht, magnetisch durch Magnet-Sensor-Spulen oder durch Phasen-Wechsel-Strom gesteuert ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine synchrone elektromagnetische Feld-Intensitäts-Änderung für den Stator und / oder den Rotor, die den Antrieb oder die Strom-Generierung ermöglicht, mechanisch durch Kollektor-Bürsten gesteuert ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsenwelle des Elektromotors oder des Generators mit einer Aussenhülle oder einem Rohr, das drehbar und etwas kürzer als die Achsenwelle ist und die mit der Getriebe des Rotors steuernd gekoppelt ist, wobei das Drehen der Aussenhülle oder des Rohres die radiale Bewegung der Elektromagneten in dem Rotor und damit die Rotor-Durchmesser-Änderung verursacht, ausgestattet ist.
Elektromotor oder Generator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer elektromechanischen Drehsperre oder Drehbremse, die mit der Aussenhülle oder mit dem Rohr gekoppelt ist und durch die oder durch das der Drehimpuls des Elektromotors / Generators zum Verändern der Abstand der Elektromagneten von der Achsenwelle benutzt wird, in dem die Aussenhülle oder das Rohr kurzzeitig blockiert wird, ausgestattet ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneten des Rotors in eine spiralförmige Nut, die wie bei der Spanbacken eines Drehbank-Spankopfes, durch internes Drehen, die Elektromagneten radial bewegt, angebracht sind.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneten des Rotors an tangential angeordneten Rotor-Flügel, die an einem Ende gelenkartig an eine Rotor-Befestigung verbunden sind und am anderen Ende auf der Rotier-Ebene schwenkbar sind und an eine radial zu die Rotierachse bewegende Vorrichtung gekoppelt sind, angebracht sind (8).
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotor-Elektromagneten mit Piezo-Elemente oder Magnetostriktions-Elemente, die sie von der Rotier-Achse elektrisch gesteuert entfernen oder näher ans sie heranziehen können, ausgestattet sind.
Elektromotor oder Generator nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezo-Elemente oder die Magnetostriktions-Elemente zwischen der Rotor-Elektromagneten und der Dreh-Achse eingebaut sind.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 6 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie-Versorgung des Mini-Elektromotors oder der Elektromagnet-Relais in dem Rotor aus der Rotor-Stromversorgung geleitet wird.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einem Fliehkraft-Sensor oder Drehmoment-Sensor und einer Steuerung, die einen Konstanten oder einen programmierbaren Drehmoment-Wert des Elektromotors / Generators durch die aktive Rotor/ Stator-Durchmesser-Änderung und abhängig von der momentanen Drehmoment-Wert steuert, ausgestattet ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 4 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneten in den Stator-Scheiben in konzentrischen Kreisen oder Ringen angeordnet sind.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 4 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneten in den Stator-Scheiben gruppenweise einschaltbar sind.
Elektromotor oder Generator nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass je ein konzentrischer Elektromagneten-Ring eine zusammengeschlossene Elektromagneten-Gruppe bildet.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des jeweiligen Elektromagneten-Ring in dem Stator von einer Steuerung steuerbar ist und abhängig von der Distanz zwischen den Rotor-Elektromagneten und der Drehachse ist.
Elektromotor oder Generator nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerung jedes Mal den Elektromagneten-Ring in dem Stator aktiviert, in dessen Bereich die Rotor-Elektromagneten kreisen.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stator Elektromagnet-Sensoren eingebaut sind, die die Präsenz der Rotor-Elektromagneten für jeden Stator-Elektromagneten- Ring erfassen können, die mit der Steuerung gekoppelt sind und die dadurch den jeweiligen Elektromagneten-Ring aktivieren können.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Elektro-Fahrrad eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Elektroauto eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Elektroroller, Aluroller, oder Inline-Scates eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Schienen-Fahrzeug eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Elektrowerkzeug eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in eine Akku-Bohrschrauber oder Drehbank eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Schienen-Fahrzeug eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Spielzeug eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Flaschenzug oder Kran eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem U-Boot eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Staubsauger eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einer Wasser-Pumpe eingebaut ist und mit deren Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einer Raumfähre eingebaut ist und mit deren Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Roboter eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Baufahrzeug oder speziellen Transporter-Fahrzeug eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem elektrischen Gerät, das ein Elektroantrieb braucht, eingebaut ist und mit dessen Steuerung gekoppelt ist.
Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als Generator mit einer Turbine oder einem Verbrennungsmotor gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Steuerung, die automatisch bei Erhöhung der Drehzahl, die Rotor-Flügel des Elektromotors / Generators durch Aktivierung von Flügel-Antriebs-Elementen verkürzt, und bei abnehmende Drehzahl, die Rotor-Flügel verlängert, ausgestattet ist. verlängert, ausgestattet ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er als Generator in eine Turbine oder in einem Wasserkraftwerk oder in eine Windkraftanlage eingebaut ist.
Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit eine Steuerung, die mit eine Ausgangs-Spannung oder Ausgangs-Strom-Mess-Gerät gekoppelt ist, wobei abhängig von den Ausgangs-Spannung- / Strom-Werte die Rotor-Flügel so regelt oder radial Bewegt, dass möglichst konstante Spannung- / Strom-Ausgangs-Werte bei unterschiedliche Drehgeschwindigkeit des Generators erfolgen oder erreicht werden, gekoppelt ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotor-Flügel mit mindestens je einer Einzieh-Feder, die sie in Richtung Achse mit einer Kraft ziehen, ausgestattet sind.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er kein Scheiben-Typ ist und der Rotor durch das Einziehen und Ausfahren seiner Rotor-Flügel, sich mehr oder weniger von dem Stator entfernen kann und der Luftspalt sich mehr oder weniger vergrössert wird (13).
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einem Sensor-System, dass den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator überwacht, das mit eine Steuerung gekoppelt ist, die eine Unterschreitung einer minimalen Luftspalt durch gezielte radiale Bewegung der Rotor- und / oder Stator-Teile, verhindert, ausgestattet ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor-System Magnet-Sensoren oder optische Sensoren aufweist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit elektroaktiven Kunststoff-Schichten oder Teile, die elektrisch gesteuert sich verformen können, die mit den Rotor- und / oder Stator-Elemente gekoppelt sind und sie elektrisch gesteuert radial oder spiralförmig bewegen, sodass eine Rotor- / Stator-Durchmesser-Änderung oder eine Luftspalt-Änderung zwischen dem Rotor und dem Stator stattfindet, ausgestattet ist.
Elektromotor oder Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Einzieh-Elemente (9, 15, 30, 39, 42) tangential angeordnet ist (14 oder 15).