DE202019000926U1

DE202019000926U1 - Motor- und Generator mit konzentrischer Anordnung von Permanentmagneten und elektromagnetischen Spulen

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Publication number: DE202019000926U1
Application number: DE202019000926.4U
Authority: DE
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Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2029-02-27

Abstract

Motor- und Generatorsystem, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau mehrere konzentrische Anordnungen von Permanentmagneten und elektromagnetischen Spulen umfasst.

Description

ZUSAMMENFASSUNG
Elektromotoren oder Generatoren sind mit konzentrischen Anordnungen von Stator- und Rotorelementen konstruiert, die auf verschiedenen Tragebenen montiert sind, wobei Rotorelemente nicht nur an einer zentralen Achse befestigt sind, sondern auch auf Stator-Elementen kugelgelagert geführt sein können.
HINTERGRUND DER NEUERUNG
Elektromotoren sind herkömmlicherweise auf einem rohrförmigen Stator aufgebaut, wobei Spulen auf einem rotierenden Kern durch ihr mit dem Feld des Stators zusammenwirkendes elektromagnetisches Feld angetrieben werden, oder umgekehrt ein Rotor mit Permanentmagneten, die von einem Feld geschalteter Elektromagnete angetrieben werden es.
Diese Standardanordnung ist wirksam, solange die Feldlinien ausreichend übereinstimmen. Bei sehr flachen Bauformen passen diese nicht kohärent zusammen, und daher verschlechtert sich der Wirkungsgrad zunehmend bei kürzerer axiale Länge von Stator und Rotor.
STAND DER TECHNIK
Es gab einige Vorschläge für scheibenförmige Motoren und Generatoren, bei denen meistens flache Spulen eines Rotors zwischen hufeisenartigen Elementen an Ringen von Permanentmagneten angeordnet waren. Diese Motoren haben sich als geeignet für langsam bewegte Einheiten erwiesen, wurden jedoch aufgrund von Kommutierungsverlusten für eine schnelle Drehung nicht anwendbar. Daher wurden andere Versuche unternommen, um einen hohen Wirkungsgrad bei notwendigerweise flach gebauten Motoren zu erreichen.
Ein Ansatz, der hier verwendet wird, ist die konzentrische Ausrichtung von Rotoren und Statoren gemäß US 8,643,269 B2 . Dieses Patent bezieht sich jedoch auf elektrostatische Elemente und deutet nicht auf einen angemessenen Aufbau hin, der leicht montiert oder demontiert werden kann, lässt aber die mögliche Gestaltung der rotierenden und statischen Elemente unberücksichtigt.
Die US 9,614,462 , die die Nachfolger der oben genannten US 8,643,269 ist, beschreibt einen elektrostatischen Generator, der einen inneren Stator, einen äußeren Stator, einen inneren Rotor und einen äußeren Rotor aufweist. Statoren und Rotoren sind konzentrisch ausgerichtet - soweit sie der hier offenbarten Erfindung ähnlich sind. Dieses Patent bezieht sich jedoch auf eine elektrostatische Vorrichtung und ist nicht auf elektromagnetische Erzeugung anwendbar.
Darüber hinaus wurden einige andere ähnliche US-Patente gefunden:
US 2,248,285 bezieht sich auf elektrische Synchronmotoren und insbesondere auf diese Art von Einphasenmotoren, die beim Betrieb von elektrischen Uhren und anderen Zeitgebungsmechanismen nur bei niedrigen Drehzahlen verwendet werden können.
US 4,743,777 beschreibt ein Startergeneratorsystem, das mit einer dynamoelektrischen Maschine versehen ist, die einen Stator und einen Rotor aufweist, der zur Drehung auf den Stator montiert ist.
US 6,404,089 beschreibt einen bürstenlosen elektrischen Hochspannungsgenerator. Das Gehäuse ist in verschiedene elektrische Abschnitte unterteilt und enthält einen flachen leitfähigen Rotor, der getrennte negative und positive Gehäuseabschnitte elektrisch verbindet und auf dem eine Vielzahl von Ringspulen erzeugenden Spulen drehbar montiert sind.
US 6,794,783 beschreibt einen flachen drehenden elektrischen Generator, der eine Ringspulenstruktur zum Schneiden von Magnetleitungen zum Induzieren eines Stroms und mindestens eine scheibenförmige Magnetpolstruktur umfasst, die parallel zu der Helixspulenstruktur ausgerichtet ist.
US 6,822,369 beschreibt einen drehenden Permanentmagnetmotor, der ausgeprägte Statorpole mit ungleichförmiger Poldicke in radialer Richtung enthält, um die Auswirkungen des Rastmoments auszugleichen. Polfußabschnitte enden an Polschuhen am radialen Luftspalt. Die Polschuhe erstrecken sich in Umfangsrichtung von der voluminöseren Basis. Eine Änderung der Dicke der Polschuhe ändert die Konzentration des effektiven Flusses am Kopplungspunkt zwischen den Statorpolen und dem Dauermagneten.
US 2014/0028142 Ein Doppelstator umfasst äußere und innere Statoren, die jeweils einen haben
Magnetpole. Außenstator- und Innenstatorwicklungen sind in Phasen in Reihe geschaltet, wodurch eine magnetomotorische Wicklungskraft erzeugt wird. Außenmagnete und Innenmagnete eines Rotors sind in Umfangsrichtung in einem Rotorkern angeordnet.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Aufgabe der hier offenbarten Erfindung ist es daher, einen flachen Motor oder Generator mit hohem Wirkungsgrad bei beliebigen Drehzahlen zu entwickeln. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine leicht montierbare und demontierbare Einheit und ein weithin skalierbares Design zu erreichen.
LÖSUNG
Diese Ziele werden mit einem Satz konzentrischer permanenter und elektromagnetischer Einheiten erreicht, die aufgrund geringer Entfernungen effizient zusammenwirken.
Prinzipiell kann dieser Aufbau zur Stromerzeugung eingesetzt werden, insbesondere für niedrige Drehzahlen an großen Generatoren, die auf diese Weise flach gestaltet werden können, um als eine Ansammlung von Einheiten mit unterschiedlich angeordneten Einzelmagneteinheiten angeordnet zu werden, die unterschiedliche Antriebskräfte kompensieren bestimmte Rotationsgrade.
Darüber hinaus ermöglicht dieses System die Nutzung einer Vielzahl von kleinen Permanentmagneten, die kostengünstig sind und automatisch für ein perfektes Auswuchten selektiert werden können.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass einzelne Stator- und Rotorelemente zur Wartung leicht demontiert werden können.
Um einen hohen Wirkungsgrad des Systems zu erzielen, sind kurze Abstände zwischen den Permanentmagneten und den elektrischen Spulenmagneten nötig, um zu einem maximalen Antriebs- bzw. Bremsmoment (für die Stromgewinnung) führen.
Figurenliste

1 zeigt einen Querschnitt des Systems (1) in einer einfachen Ausführungsform, wobei die Hauptstatoren (2, 3) elektrische Spulen am inneren Rand des Chassis sind, während Permanentmagnete (4, 5) ebenfalls als Statoren dazwischen fixiert sind. In die Zwischenräume werden andere permanentmagnetische Strukturen (6 bis 9) eingesetzt und am Rotor (10) befestigt, der sich mit der Achse (11) dreht und auf den Kugel- oder Wälzlagern (12 bis 15) abstützt.
2 zeigt dieselbe Anordnung in Draufsicht.
3 veranschaulicht ein komplexeres Ausführungsbeispiel, bei dem eine Vielzahl von Spulen (16 - 17 und 18 - 19) und Permanentmagnete (20 - 23) als Statoren angeordnet sind und zwischen denen andere Permanentmagneten (24 - 29) als Teil des Rotors mit dessen Basis (2) verbunden sind

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

US 8643269 B2 [0005]
US 9614462 [0006]
US 8643269 [0006]
US 2248285 [0008]
US 4743777 [0009]
US 6404089 [0010]
US 6794783 [0011]
US 6822369 [0012]
US 2014/0028142 [0013]

Claims

Motor- und Generatorsystem, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau mehrere konzentrische Anordnungen von Permanentmagneten und elektromagnetischen Spulen umfasst.
Motor- und Generatorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro- und permanentmagnetische Einheiten ineinander verschränkt sind und einen Mindestabstand zueinander aufweisen.
Motor- und Generatorsystem nach Anspruch 1 und 2, Motor- und Generatorsystem, dadurch gekennzeichnet, dass elektro- und permanentmagnetische Einheiten konzentrisch an Rotor- und Statorhalterungen angeordnet sind.
Motor- und Generatorsystem nach Anspruch 1 bis 3, Motor- und Generatorsystem, dadurch gekennzeichnet, dass rotierende Einheiten in die zwischen Statorelementen verbleibenden Abstände eingefügt sind.
Motor- und Generatorsystem nach Anspruch 1, Motor- und Generatorsystem, dadurch gekennzeichnet, dass Platten aus kombinierten Elementen mit einem geringfügigen Drehversatz auf einer gemeinsamen Achse miteinander verbunden sind.
Motor- und Generatorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Satz einzelner Magnetelemente mit so ausgewählt und angeordnet sind, dass sich ein ausgeglichener Rundlauf ergibt.