DE3141536A1

DE3141536A1 - Impulsmotor

Info

Publication number: DE3141536A1
Application number: DE19813141536
Authority: DE
Inventors: Federico Valladolid Marne Blanco; Casimiro Toledo Mayo Magdaleno; Gonzalo de Madrid Onate Fernández de Gamboa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-10-21
Filing date: 1981-10-20
Publication date: 1982-08-26
Also published as: ES8200976A1; NL8104775A; FR2492605A1; US4365179A; ES496129A0

Description

Keil&Schaafhausen

- PATENTANWÄLTE

16. Oktober 1981 6000 Frankfurt am Main

I 82 P

Casimire» MAYO Magdaleno

Jardines 8,

Guadamur Toledo Spanien

Federico MARNE Blanco Cigüena Valladolid Spanien

Gonzalo DE ONATE Fernandez de Gamboa Bravo Murillo Madrid Spanien

Impul smotor

KEIL& SCHAAFHAUSEN

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Impulsmotor

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, der nachfolgend als "Impulsmotor" bezeichnet wird, und magnetische Anziehungsimpulse in eine Drehbewegung umsetzen kann, die zur Leistung einer Arbeit mit einem ausgezeichneten energetischen Wirkungsgrad geeignet ist.

Der erfindungsgemäße Motor ist auf dem Gebiet der ein hohes Anlaufdrehmoment erfordernden Motoren verwendbar. Er kann aber auch ohne weiteres auf jeden anderen mechanischen Anwendungsfall abgestimmt werden.

Der erfindungsgemäße Motor ist ebenfalls für Bedarfsfälle geeignet, in denen eine häufige Veränderung der Umdrehungsgeschwindigkeit, ohne fühlbare Veränderung des Drehmomentes, gefordert wird. Aufgrund der Dichtigkeit seines Aufbaus ist er ferner für Anwendungsfälle geeignet, in denen eine starke Umweltverschmutzung vorhanden ist.

Der erfindungsgemäße Elektromotor besteht im wesentlichen aus einem Stator und einem Rotor, die in einem gemeinsamen Gehäuse gelagert sind, wobei die Wellenenden der Rotorwelle in zwei mit dem Gehäuse fest verbundenen Lagerbuchsen montiert sind, deren Innendurchmesser größer als der Durchmesser der Wellenenden ist. Letztere sind an zwei exzentrisch zur Rotorwelle gelagerten Abtriebshalbwellen angekoppelt. Deren Exzentrizität ist größer als der vorgenannte Durch— messerunterschied und wird durch Zwischenlegung von sich im Betrieb verformenden, elastischen Kupplungen aufgenommen. Bei Speisung des Motors mit Wechselstrom wird der Rotor durch die erwähnten elastischen Kupplungen entgegen der Richtung der vom Stator erzeugten Anziehungskraft bewegt" und führt eine translatorische Kreisbewegung aus, bei

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der die Rotorwelle in ständiger Berührung mit der Innenfläche der vorgenannten Lagerbuchsen bleibt, sowie eine Rotationsbewegung um die eigene Achse, die eine Drehbewegung der Abtriebshalbwellen zur Folge hat.

Die im Stand der Technik durchgeführten Nachforschungen nach Elektromotoren, bei denen Winkel- oder Kreisverschiebungen eines Rotors sowie elastische Rückholmittel zur Erzeugung einer konventionellen Drehbewegung benutzt werden, blieben erfolglos.

Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Impulsmotors und zur Erläuterung weiterer Merkmale und Vorteile dieses Motors, wird nachfolgend ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Motors,

Fig. 2 je einen Schnitt durch den Motor entlang der ^{und 3} Linie H-II bzw. IH-III in Fig. 1,

Fig. 4 den Motor ohne das Gehäuse und sonstige Hilfselemente in perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 die relativen Ruhestellungen der Rotorwelle in einer Lagerbuchse, schematisch dargestellt, sowie zwei mögliche Bahnen des Mittelpunktes der Rotorwelle bei seiner Translationsbewegung im Inneren der Lagerbuchsen, gestrichelt dargestellt.

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Der Motor besteht aus einem Gehäuse, das beim gezeigten Ausführungsbeispiel eine im wesentlichen parallelepipedische Form hat, aber sonst jede andere beliebige Form aufweisen kann. Das Gehäuse ist in zwei spiegelbildliche Gehäusehälften 1 und 1' geteilt, deren größere Seitenwand mit einer zylindrischen Ausnehmung versehen ist (siehe Fig. 1). In letztere sind darin eingepreßte, eingeschraubte oder mit Schrauben befestigte, zylindrische Lagergehäuse bzw. 2' eingebaut, welche die mit elastischen Kupplungen arbeitenden Bewegungsumwandlungsvorrichtungen aufnehmen. Die kreisförmigen Böden der Ausnehmungen weisen ihrerseits in der Mitte eine durchgehende Bohrung auf. In diese sind zylindrische, metallische Lagerbuchsen 3 bzw. 3' eingepreßt, durch welche die Wellenenden der Rotorwelle 4 geführt werden. Der Durchmesser der Rotorwelle 4 ist kleiner als der Innendurchmesser der Lagerbuchsen 3 und 3'. Aus. dem Durchmesserunterschied zwischen den Lagerbuchsen 3 und 3¹ und der Rotorwelle 4 ergibt sich ein definiertes und für die Arbeitsweise des Motors notwendiges Spiel.

Jede Gehäusehälfte 1 bzw. 1' weist auf der gegenüberliegenden Seite eine Aussparung auf, die so ausgebildet ist, daß sie die eine Hälfte des Magnetkerns 5, der Spule 6 und des Rotors 7 mit der Rotorwelle 4 aufnehmen kann. Hierunter sind die Halbstücke zu verstehen, die. sich aus dem Schnitt des Motors durch eine durch die Symmetrie-Längsachse des Rotors 7 verlaufende ideelle Ebene ergeben.

Der Magnetkern 5 des Motors besteht aus einem Stapel von drei Säulen bildenden Magnetblechen geeigneter Qualität, wobei um die mittlere Säule die Wicklung der Spule 6 montiert ist, die zusammen mit dem Magnetkern 5 den Stator bildet.

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Die oberen Säulenenden sind zur Aufnahme des Rotors 7 kreisförmig ausgeschnitten. Letzterer besteht ebenfalls aus gestapelten Magnetblechen, die so ausgebildet sind, daß nur die untere Hälfte des Rotors 7 berührungslos vom Magnetkern 5 umgeben ist.

Die Spule 6 des Stators besteht aus einer Wicklung aus Kupferdraht oder jedem anderen hierfür geeigneten, stromleitenden Werkstoff mit dem nötigen Querschnitt und Isolierung. Der Draht ist auf eine geeignete Spulenhülse 8 aufgewickelt, die, wie vorstehend beschrieben, auf die mittlere Säule des Magnetkerns 5 aufgesetzt ist.

Der Rotor 7 besteht aus einem auf der Rotorwelle 4 montierten, zylindrischen Teil aus ferromagnetische!!] Werkstoff, z. B. einem Blechstapel, mit der für dessen Funktion geeigneten Länge und dem geeigneten Durchmesser. Der Rotor 7 und die Rotorwelle 4, deren konisch auslaufende Wellenenden herausragen, bilden zusammen eine Einheit. Der Rotor ist zwischen den Gehäusehälften 1 und 1' und dem Magnetkern 5 angeordnet. Die Wellenenden der Rotorwelle 4 sind durch die Gehäusehälften 1 und 1■ in den Lagerbuchsen

3 und 3' geführt, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Rotorwelle 4 ist.

Der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Außenflächen des Rotors 7 und es Magnetkerns 5 ist größer als das Spiel bzw. der Durchmesserunterschied zwischen der Rotorwelle

4 und dem Innenraum der Lagerbuchsen 3 und 3', damit während des Betriebes keine Berührung zwischen dem Rotor 7 und dem Magnetkern 5 stattfindet.

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Die die Bewegungsumwandlungsvorrichtungen aufnehmenden Lagergehäuse 2 und 2' bestehen aus einem hohlzylindrischen Körper, dessen eine Stirnseite in geeigneter Weise an den Gehäusehälften 1 und I¹ befestigt ist, und dessen andere Stirnseite mit einem beispielsweise mit Schrauben befestigten Deckel 9 und 9' versehen ist. In letzteren sind Lager IO bzw. 10" eingebaut, durch welche die Äbtriebswellen 11 bzw. II-¹ des Motors geführt werden.

Im Inneren der Lagergehäuse 2 und 2¹ ist je eine mit einer elastischen Kupplung arbeitende Bewegungsumwandlungsvorrichtung angeordnet. Sie besteht aus zwei Scheiben 12 bzw. 12' aus Stahl, die auf der einen Seite glatt sind und auf der anderen Seite einen zylindrischen Ansatz aufweisen. Dieser bildet bei der außenliegenden Scheibe die Abtriebshalbwelle 11 bzw. 11' und weist bei der innenliegenden Scheibe eine konische Bohrung 13 auf, die so bemessen ist, daß sie das entsprechende konische Wellenende der Rotorwelle 4 in kupplungsartiger Verbindung aufnehmen kann.

Die Scheiben 12 bzw. 12· sind paarweise durch eine zwischen deren glatten Seitenflächen liegende dritte Scheibe14 aus elastischem Material, wie z. B. Kautschuk oder jedem anderen hierfür geeigneten Werkstoff, fest verbunden.

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Der Durchmesser der Zwischenscheibe 14 ist gleich oder etwas kleiner als der Durchmesser der Scheiben 12 und 12". Ihre Wandstärke ist größer oder kleiner als die der Scheiben 12 und 12' in Abhängigkeit von der Elastizität des verwendeten Werkstoffes. In jedem Falle wird sie in geeigneter Weise an die glatten Seitenflächen der Scheiben 12 und 12' mittels eines starken Klebers festgeklebt.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, ist die Symmetrie-Achse der Halbwellen 11 und II¹ in den Lagern 10 und 10' gegenüber der Symmetrieachse des Rotors 7 und der Rotorwelle 4 etwas versetzt, wobei die Exzentrizität etwas größer als das Spiel zwischen der Rotorwelle 4 und den Lagerbüchsen 3 und 3' bemessen ist. Diese Exzentrizität wird durch die gewälte Anordnung der Lager 10 und 10· in den Deckeln 9 bzw. 9' hervorgerufen und durch die elastische Verformung der Scheiben 14 beim Einzwängen der Deckel 9 und 9¹ in die Aufnehmungen der Lagergehäuse 2 und 2' ermöglicht. Es ist daher verständlich, daß zwischen der Umfangsfläche der Wellenenden und der Innenfläche der Lagerbuchsen 3 und 3' eine ständige Punktberührung infolge der Übertragung der Exzentrizität durch die Halbwellen 11 bzw. 11■, die außenliegenden Scheiben 12 bzw. 12', die elastischen Scheiben 14, die innenliegenden Scheiben 12 bzw. 12' und die Kupplungen 13 mit den Wellenenden der Rotorwelle 4 vorhanden ist.

Nach dem Zusammenbau des Motors und Speisung der Spule 6 mit Wechselstrom, wird diese einen magnetischen Wechselfluß erzeugen, dessen Frequenz gleich der Stromfrequenz ist - d. h., 50/60 Hz im Falle von normalem Netzstrom -

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und dessen Wert in jedem Speisestromzyklus zweimal zwischen 0 und einem positiven bzw» negativen Höchstwert variiert. Dies hat die Erzeugung einer auf den Rotor 7 in Richtung zum Magnetkern 5 hin wirkenden, lineare Anziehungskraft zur Folge, deren Wert vom magnetischen Kraftfluß abhängig ist und zwischen 0 und einem gleichzeitig mit dem Höchstwert des magnetischen Kraftflusses eintretenden Maximum variiert..

Der Rotor 7 kann sich dennoch nicht geradlinig zürn Stator 5 hin bewegen - d. h. so wie er von der Anziehungskraft beansprucht ist -, da die Wellenenden der Rotorwelle 4 ständig an einem einzigen Berührungspunkt auf den Lagerbüchsen 3 und 3¹ abgestützt sind und die Rotorwelle 4 infolgedessen in dieser Bewegung die von den Lagerbuchsen 3 und 3¹ vorgegebene, bogenförmige Bahn beschreiten muß. Da am Berührungspunkt zwischen den Wellenenden der Rotorwelle 4 und den Lagerbuchsen 3 und 3' ein bestimmter Druck und eine bestimmte Reibung vorhanden sind, wird dabei die Rotorwelle 4 dazu gezwungen, eine■Rollbewegung, d. h. eine kombinierte Translations- und Rotationsbewegung im Inneren der Lagerbuchsen 3 und 3V auszuführen. Zu diesem Zweck haben letztere eine Gleitfläche aus gehärtetem Stahl.

Während der von der Anziehung durch den Magnetkern 5 hervorgerufenen Bewegung des Rotors 7 und der Rotorwelle 4 ver*rformen sich die Kautschukscheiben 14 und erzeugen dadurch eine der Bewegung des Rotors 7 entgegengerichtete Kraft, die von deren Elastizitätskonstanten abhängig ist. Nachdem der magnetische Kraftfluß seinen Höchstwert erreicht hat, beginnt er dann abzunehmen und infolgedessen beginnt auch die vom Magnetkern 5 des Stators auf den Rotor 7 ausgeübte Anziehungskraft kleiner zu werden. Die Kraft,

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welche die elastischen Scheiben 14 auf den Rotor 7 über die innenlielenden Scheiben 1? und 1?' und din mit. ihnen gekoppelten Wellenenden der Rotorwelle 4 ausüben, wird dann stärker als die vom Stator erzeugte Anziehungskraft und treibt somit den Rotor 7 zurück zu seiner ursprünglichen Ausgangsstellung. Dieser Zyklus wiederholt sich ununterbrochen, solange der Stator mit Strom gespeist wird.

Es ist verständlich, daß die Winkel- oder Kreisbewegung der Rotorwelle 4 pro Anziehungsimpuls des Rotors 7 von der Anziehungskraft selbst abhängig ist. Wie in der Fig. dargestellt, sind verschiedene Bahnen möglich, die der Rotor 7 oder besser gesagt, die Rotorwelle 4 im Inneren der Lagerbuchsen 3 und 3¹ beschreiten kann. Ist die vom Stator auf den Rotor ausgeübte Anziehungskraft so bemessen, daß sie den Rotor dazu zwingt, bis zum von den Lagerbuchsen 3 und 3' vorgegebenen niedrigsten Punkt hinabzusteigen, so wird dann der Rotor 7 bei .Abnahme der auf ihn ausgeübten Anziehungskraft und Rückgewinnung der in den elastischen Scheiben 14 gespeicherten Energie aufgrund seiner Trägheit bewirken, daß die Rotorwelle 4 auf der diametral zu der bei der Abwärtsbewegung benutzten Rollfläche liegenden Innenfläche der Lagerbuchsen 3 und 3' hinaufsteigt, so daß sie auf diese Weise bei ihrer Rollbewegung eine ganze Umdrehung vollziehen wird. Dieser Bewegungsablauf entspricht der Bahn "a" des Mittelpunktes der Rotorwelle 4, die in der Fig. 5 gestrichelt dargestellt ist. Die gestrichelte Linie "b" bezeichnet ihrerseits die Bahn des Mittelpunktes der Rotorwelle 4 im ungünstigsten Fall, wenn der Motor abgestellt wird. Der in der Praxis übliche Fall ist allerdings, daß die Rotorwelle

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zur Ausgangs- oder Ruhestellung auf der gleichen Bahn (jedoch in umgekehrter Richtung) wie bei ihrer Abwärtsbewegung beim Anhalten des Motors zurückkehrt.

Die durch die Anordnung der Lager 10 und 10' erzeugte Exzentrizität der Antriebshalbwellen 11 und II¹ gegenüber der Symmetrie-Achse des Rotors 7 ist, wie schon erwähnt, größer als das sich aus der Durchmesserdifferenz zwischen der Rotorwelle 4 und den Lagerbuchsen 3 und 3¹ ergebende Spiel. Die Umfangsflache der Rotorwelle 4 wird dadurch ständig gegen die inneren Gleitflächen der Lagerbuchsen 3 und 3¹ angedrückt und bleibt somit ständig mit ihnen in Berührung. Die Exzentrizität der Halbwellen 11 und II¹ ist aber darüber hinaus so berechnet, daß der Berührungspunkt zwischen der Rotorwelle 4 und der Innenfläche der Lagerbüchsen 3 und 3¹ zwangsläuft in dem zum Anlassen des Motors günstigsten Punkt liegt, nämlich so, daß beim Anhalten des Motors die Rotorwelle 4 jedesmal zu dieser günstigen Ausgangsstellung zurückkehrt. Diese vorbestimmte Exzentrizität dient gleichzeitig dazu, die Motordrehrichtunp, zu ber.t Immen. Ausgehend von der kreisförmigen Bahn der Rotorwelle 4 innerhalb der Lagerbuchsen 3 und 3' wird, nämlich die Exzentrizität der Halbwellen 11 und II¹ so berechnet, daß die Ausgangs- oder Ruhestellung der Rotorwelle 4 in einem Punkt innerhalb des ersten oder vierten Quadrants der kreisförmigen Bahn bzw. des von den Lagerbuchsen 3 und 3' begrenzten Innenkreises liegt. Beim Setzen des Stators unter Strom zum Anlassen des Motors, wird auf diese Weise eine magnetische Anziehung des Rotors verursacht, die seine Abwärtsbewegung sowie den Beginn seines Impulszyklusses bewirkt, wobei die Drehrichtung des Motors vom Quadranten (nämlich der erste oder der vierte Quadrant) abhängt, in den die Ruhestellung der Rotorwelle 4 in den Lagerbuchsen 3 und 3' gelegt wird.

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Hierbei sind die Mittel zum Befestigen der Deckel 9 und 9' an die Lagergehäuse 2 und 2¹ so beschaffen, daß man deren Einbauexzentrizität verändern kann, um die Motordrehrichtung zu verändern.

Wie aus der vorherigen Boschre i bunp, hervorgeht, wird die von den Abtriebshalbwellen 11 und 11' ausgeführte Drehbewegung durch die wiederholten und zyklischen Anziehungsimpulse zwischen Stator und Rotor verursacht. Diese Anziehung hängt vom magnetischen Kraftfluß ab, der seinerseits von dem durch die Wicklung fließenden Strom abhängig ist. Es ist daher ohne weiteres verständlich, daß man die Drehgeschwindigkeit des Motors durch Verändern des Erregerstromes leicht regeln kann.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Rollbahn bzw. Innenfläche der Lagerbuchsen 3 und 3' sowie die Außenfläche der Rotorwelle 4 glatt ausgeführt. Es ist aber auch möglich, diese Flächen rauh, gerillt, geriffelt oder mit einer die Rollbewegung der Wellenenden der Rotorwelle beim Gleiten im Inneren der Lagerbuchsen 3 und 3' erleichternden Verzahnung auszuführen. Derartige Ausführungen wären allerdings nur bei großen Motoren optimal.

Es ist außerdem möglich, anstelle des in den Figuren gezeigten Magnetkerns jeden anderen Mnp.netknrn /.u vorwendon, welcher die Anziehung des Rotor;-» 7 in der hier beschriebenen Weise bewirken kann.

Es ist ebenfalls jede andere Ausführung der die Bewegungsumwandlungsvorrichtungen aufnehmenden Lagergehäuse 2 und 2¹ verwendbar, welche eine genügend feste Verbindung mit den Gehäusehälften 1 und 1' bietet und bei der es möglich

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ist, deren Einbauexzentrizität zwecks Änderung der Motordrohrichtung zu verändern.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als elastisches Verformungs- und Rückholmittel eine Scheibe aus Kautschuk oder einem ähnlichen Werkstoff vorgeschlagen. Man kann aber die gleiche Funktion und Wirkungsweise erzielen, wenn zwischen die Scheiben 12 und 12' senkrecht und radial zu ihnen an die sich gegenüberliegenden, glatten Scheibenflächen befestigte kleine Stahlstreifen gelegt werden.

Jeder andere Abwandlung des beschriebenen Impulsmotors, die· man darin vornehmen kann, ohne sein Wesen zu ν ο rändern,.

wird von den Patentansprüchen mit umfaßt.

Bezugszeichenliste

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1,	1 '	Gehäusehälfte
2,	2'	Lagergehäuse
3,	3'	Lagerbuchse
4		Rotorwelle
5		Magnetkern
6		Spule
7		Rotor
8		Spulenhülse
9,	9'	Deckel
10,	10'	Lager
11,	11 '	AbtriebshalbwelIe
12,	12'	Scheibe
13		konische Bohrung, Kupplung
14		Scheibe, Zwischenscheibe

Claims

3U1536 Keil&Schaafhausen PATENTANWÄLTE Patentansprüche:

1.) Impulsmotor, gekennzeichnet durch einen Stator mit einem mittels der entsprechenden Wicklung erweckten Kern aus magnetischen Blechen, dessen Oberteil eine halbzylindrische Ausnehmung aufweist, in welcher der an den Enden der Rotorwelle aufgehängte zylindrische Rotor des Motors eingelegt ist, wobei diese Teile in einem Gehäuse angeordnet sind, das in zwei miteinander fest verbindbare Gehäusehälften geteilt ist, aus denen die konisch auslaufenden Wellenenden der Rotorwelle ragen, und diese in in den Gehäusehälften eingepreßten Lagerbuchsen gelagert sind, deren Innendurchmesser größer als der Durchmesser der Rotorwelle ist, wobei an die konischen Wellenenden der Rotorwelle elastische Bewegungsumwandlungsmittel gekoppelt sind, welche aus je zwei Scheiben bestehen, deren eine Stirnfläche glatt ist und deren andere Stirnfläche einen zentrisch zur Scheibe liegenden, zylindrischen Ansatz aufweist, der bei der inneliegenden Scheibe mit einer konischen Bohrung versehen ist, die das entsprechende konische Wellenende der Rotorwelle aufnehmen kann, und bei der außenliegenden Scheibe die Abtriebshalbwelle des Motors bildet, wobei zwischen beiden Scheiben eine an die glatten Stirnflächen der vorgenannten Scheiben festgeklebte dritte Scheibe aus einem elastisch verformbaren Material angeordnet ist und die Bewegungsumwandlungsmittel in an jeder Gehäusehälfte befestigbaren Lagergehäusen liegen, die an der von der Befestigungsseite abgekehrten Seite Deckel mit Lagern für die Abtriebshalbwellen des Motors aufnehmen können, wobei die Lager bezüglich des Rotors und der Rotorwelle eine Exzentrizität aufweisen,

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die größer als der Durchmesserunterschied zwischen der Rotorwelle und dem Innenraum der Lagerbuchsen ist, so daß die Rotorwelle ständig gezwungen ist, die Innenfläche der Lagerbuchsen zu berühren.

2. Impulsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität der die Abtriebshalbwellen des Motors tragenden Lager so bemessen ist, daß der Berührungspunkt zwischen den Wellenenden der Rotorwelle und dem Inneren der Lagerbuchsen in der Ruhestellung der Rotorwelle in einem der oberen Quadranten des von den Lagerbuchsen begrenzten Innenkreises liegt.