DE9201088U1 - Electric motor to drive a wheel - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor zum Antrieb eines Rades, insbesondere zum Antrieb für Laufräder von Rollstühlen, mit Magnetfelder erzeugendem Stator und Rotor, die beide achsensymmetrisch um eine Motorachse herum angeordnet sind und von denen mindestens einer zur Erzeugung seines Magnetfeldes von einem Speicher elektrischer Energie gespeist wird, und dessen Energiezuführung über einen auf der Motorachse angeordneten mechanischen Kommutator bewirkt wird.The invention relates to an electric motor for driving a wheel, in particular for driving wheels of wheelchairs, with a stator and rotor that generate magnetic fields, both of which are arranged axially symmetrically around a motor axis and of which at least one is fed by a storage device for electrical energy to generate its magnetic field, and whose energy supply is effected via a mechanical commutator arranged on the motor axis.
Solche Elektromotoren sind in allen möglichen Leistungsbereichen bekannt. Sie werden bei einem Behinderten-Rol!stuhl üblicherweise unter der Sitzfläche des Stuhls angeordnet. Sie entwickeln eine Drehzahl von 2000-3000 Umdrehungen pro Minute und liegen üblicherweise in einem Leistungsbereich von 200 bis 500 Watt. Sie verfügen über ein Getriebe, das die hohen Drehzahlen auf die bei Rollstühlen gewünschten Drehzahlen von z.B. maximal 100 Umdrehungen pro Minute verringert, mit der dann jeweils die Antriebsräder des Rollstuhls angetrieben werden.Such electric motors are known in all possible power ranges. In a wheelchair for the disabled, they are usually located under the seat of the chair. They develop a speed of 2000-3000 revolutions per minute and are usually in a power range of 200 to 500 watts. They have a gear that reduces the high speeds to the speeds required for wheelchairs, e.g. a maximum of 100 revolutions per minute, which is then used to drive the drive wheels of the wheelchair.
Solche Antriebe weisen den Nachteil auf, daß durch das Getriebe und die Vielzahl der sich drehenden Teile eine erhebliche Geräuschbelastung auftritt. Desweiteren bewirkt das Getriebe einen Leistungsverlust, der einen geringeren Aktionsradius bei den für diese Art von Antrieb möglichen und vorgegebenen Batterien bedeutet.Such drives have the disadvantage that the gear box and the large number of rotating parts cause a significant amount of noise. Furthermore, the gear box causes a loss of power, which means a smaller range for the batteries possible and specified for this type of drive.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor zu schaffen, der es gestattet, einen leiseren, im Energiever-Based on this state of the art, the invention is based on the object of creating an electric motor that allows a quieter, more energy-efficient
brauch besseren und damit bei gleicher Batterie eine größere Reichweite des angetriebenen Fahrzeugs aufweisenden Radantrieb herzustellen.need to produce a better wheel drive that will therefore have a greater range for the powered vehicle using the same battery.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Motorachse die Achse des angetriebenen Rades ist, daß der Stator auf einem zylindrischen, topfförmigen Magnetkörper auf der Motorachse befestigt ist, daß auf dem Rotor über mit ihm verbundene Motorgehäuseschalen das anzutreibende Rad befestigt ist, daß der Kommutator auf der Motorachse des mit dem Elektromotor angetriebenen Rades innerhalb des von dem Stator vorgegebenen Zylindermantel des topfförmigen Magnetkörpers angeordnet ist, daß er in seiner axialen Länge nicht breiter als die Wicklung des Feldmagneten oder des Ankers ist, und daß der topfförmige Magnetkörper über einen den magnetischen Schluß gewährleistenden axialen Zylindermantel verfügt.This object is achieved according to the invention in that the motor axis is the axis of the driven wheel, the stator is attached to a cylindrical, pot-shaped magnetic body on the motor axis, the wheel to be driven is attached to the rotor via motor housing shells connected to it, the commutator is arranged on the motor axis of the wheel driven by the electric motor within the cylinder jacket of the pot-shaped magnetic body defined by the stator, its axial length is not wider than the winding of the field magnet or the armature, and the pot-shaped magnetic body has an axial cylinder jacket that ensures the magnetic connection.
Dadurch, daß die Motorachse die Achse des angetriebenen Rades ist, ist ein den Einsatz eines Getriebe vermeidender Direktantrieb realisiert, der im Betrieb leise ist. Weil der Kommutator innerhalb des von dem Stator vorgegebenen Zylindermantel des topfförmigen Magnetkörpers angeordnet ist, ist die für den Motor benötigte axiale Länge klein. Dies wird weiter dadurch gewährleistet, daß der Kommutator in seiner axialen Länge nicht breiter als die die aufbauende Wicklung ist. Schließlich verfügt der topfförmige Magnetkörper über einen axialen Zylindermantel, der den magnetischen Schluß gewährleistet, so daß die magnetischen Feldlinien nicht in der Luft verlaufen.Because the motor axis is the axis of the driven wheel, a direct drive is realized that avoids the use of a gearbox and is quiet in operation. Because the commutator is arranged within the cylinder jacket of the pot-shaped magnetic body defined by the stator, the axial length required for the motor is small. This is further ensured by the fact that the axial length of the commutator is not wider than the winding it is made up of. Finally, the pot-shaped magnetic body has an axial cylinder jacket that ensures the magnetic circuit so that the magnetic field lines do not run in the air.
Zusammenfassend ist es mit einem solchen Motor nach der Erfindung möglich, die Geräuschentwicklung des Fahrzeugs erheblich zu vermindern, da diese vor allem aufIn summary, with such an engine according to the invention it is possible to significantly reduce the noise generated by the vehicle, since this is mainly due to
der Vielzahl der bewegten Teile in dem sonst notwendigen Getriebe beruhte.the multitude of moving parts in the otherwise necessary gearbox.
Gleichzeitig weist der Motor nach den oben genannten Merkmalen eine Generatorfunktion auf, die es ermöglicht, mit der durch die Bewegung des Fahrzeugs gespeicherte kinetische Energie bei einem Rollen des Fahrzeugs die den Motor speisende Batterie beim Abbremsen wieder getrennt aufzuladen.At the same time, the motor has a generator function in accordance with the above-mentioned features, which makes it possible to separately recharge the battery that supplies the motor when braking using the kinetic energy stored by the movement of the vehicle when the vehicle is rolling.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun beispielhaft anhand der einzigen Figur dargestellt, die eine geschnittene Seitenansicht des Elektromotors gemäß der Erfindung darstellt.An embodiment of the invention will now be illustrated by way of example with reference to the single figure, which shows a sectional side view of the electric motor according to the invention.
Der dargestellte Elektromotor kann zum Beispiel wie bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel zum Einsatz für einen Rollstuhl vorgesehen sein. Er kann aber auch für jeden anderen Radantrieb eingesetzt werden, der eine energiesparende und leise Ausführung verlangt.The electric motor shown can, for example, be intended for use in a wheelchair, as in the example described here. However, it can also be used for any other wheel drive that requires an energy-saving and quiet design.
Der Elektromotor ist bei dem genannten Rollstuhlantrieb vorteilhafterweise jeweils in den Radnaben eingesetzt. Er verfügt über eine feststehende, nicht rotierende und vorzugsweise hohle Achse 1, die mit dem Gestell oder Rahmen des Rollstuhls fest verbunden ist. Die Hohlachse 1 bildet den Grundkörper des Motors. Auf dieser Hohlachse 1 sind seitlich jeweils ein Lager 2 bzw. 3 aufgesetzt, auf denen jeweils eine zugehörige, bezüglich der Hohlachse 1 drehbare Lagerschale 4 bzw. 5 befestigt ist. Die Lagerschalen 4 und 5 bilden das rotierende Gehäuse des Elektromotors. Vorteilhafterweise sind die Lagerschalen 4 und 5 zusammen mit den Lagern 2 bzw. 3 derart ausgebildet, daß die äußeren Seitenwände der Lagerschalen 4 und 5 gleichzeitig die seitlichen Außenwände des Motors bilden.The electric motor in the wheelchair drive mentioned is advantageously installed in the wheel hubs. It has a fixed, non-rotating and preferably hollow axle 1, which is firmly connected to the frame of the wheelchair. The hollow axle 1 forms the base body of the motor. A bearing 2 or 3 is placed on the side of this hollow axle 1, to each of which a corresponding bearing shell 4 or 5 is attached, which can rotate with respect to the hollow axle 1. The bearing shells 4 and 5 form the rotating housing of the electric motor. The bearing shells 4 and 5 are advantageously designed together with the bearings 2 or 3 in such a way that the outer side walls of the bearing shells 4 and 5 simultaneously form the outer side walls of the motor.
Auf den Außenflächen der Lagerschalen 4 und 5 ist das in der Zeichnung nicht dargestellte Rad des Rollstuhls über eine entsprechende Felge befestigt. Bei den großen Antriebsrädern eines Rollstuhls handelt es sich üblicherweise um 18-Zol!-Räder, so daß bei einer solchen Anwendung der Durchmesser der bezüglich der Hohlachse 1 rotationssymmetrisch angeordneten Lagerschalen 4 und 5 kleiner als 40 Zentimeter sein sollte.The wheelchair wheel (not shown in the drawing) is attached to the outer surfaces of the bearing shells 4 and 5 via a corresponding rim. The large drive wheels of a wheelchair are usually 18-inch wheels, so that in such an application the diameter of the bearing shells 4 and 5, which are arranged rotationally symmetrically with respect to the hollow axle 1, should be less than 40 centimeters.
Auf der Hohlachse 1 ist ein Stator in Gestalt einer Vielzahl von Permanentmagnetsegmenten 6 angeordnet, von denen im Querschnitt der Fig. nur zwei im Schnitt zu erkennen sind. Diese bilden den Feldmagneten, der bei einer elektromagnetischen Erregung auch durch eine entsprechende Erregerspule ersetzt werden könnte. Der Feldmagnet besteht aus mehreren vorteilhafterweise dem Abstand von der Hohlachse 1 entsprechenden Radius nachgeformten Magnetsegmenten 6, wobei bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel vier Magnetpol paare vorgesehen sind. Die Anzahl der Magnetpol paare sollte möglichst groß gewählt werden, wobei vorteilhafterweise auch fünf oder sechs Magnetpol paare vorgesehen sein könnten. Insgesamt werden durch eine hohe Magnetpol zahl die Laufquälitäten des als Langsamläufer zu bezeichnenden Raddirektantriebes verbessert.A stator in the form of a large number of permanent magnet segments 6 is arranged on the hollow axle 1, of which only two can be seen in the cross section of the figure. These form the field magnet, which could also be replaced by a corresponding excitation coil in the case of electromagnetic excitation. The field magnet consists of several magnet segments 6, which are advantageously shaped to a radius corresponding to the distance from the hollow axle 1, with four magnetic pole pairs being provided in the embodiment described here. The number of magnetic pole pairs should be as large as possible, although five or six magnetic pole pairs could also be provided advantageously. Overall, a high number of magnetic poles improves the running quality of the direct wheel drive, which can be described as a slow-running device.
Die Magnetsegmente 6 sind auf einem Magnet- oder Rückschlußkörper 7 angeordnet. Dieser Magnetkörper 7 weist im Äußeren einen den magnetischen Rückschluß gewährenden im wesentlichen zylindrischen Mantel 10 sowie eine Seitenwand 8 auf, die über eine der Hohlachse 1 entsprechende axiale öffnung auf der Radnabe befestigt ist. Der Magnetkörper 7 ist also mit der Hohlachse 1 starr verbunden, so daß der Stator im Bezug auf den Rollstuhl fixiert ist und in relativer Bewegung zu denThe magnet segments 6 are arranged on a magnet or magnetic return body 7. This magnet body 7 has on the outside a substantially cylindrical casing 10 that provides the magnetic return and a side wall 8 that is attached to the wheel hub via an axial opening corresponding to the hollow axle 1. The magnet body 7 is thus rigidly connected to the hollow axle 1, so that the stator is fixed in relation to the wheelchair and can move relative to the
mit den Lagerschalen 4 und 5 verbundenen Teilen rotieren kann.parts connected to the bearing shells 4 and 5 can rotate.
Der Magnetkörper 7 kann zum Beispiel eine axiale Länge von 8 Zentimetern und einen äußeren Radius von 10 Zentimetern aufweisen. Die sich damit ergebende zylindrische Gestalt 10 ist bis auf eine Seitenwand 8 mit einer Breite zwischen - bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel - 3 und 10 Millimeter in einer innen hohlen, topfförmigen Gestalt ausgenommen, so daß sich ein mit dem Bezugszeichen 9 versehener innerer Hohlraum in dem Magnetkörper 7 ergibt.The magnetic body 7 can, for example, have an axial length of 8 centimeters and an outer radius of 10 centimeters. The resulting cylindrical shape 10 is recessed into an internally hollow, pot-shaped shape except for a side wall 8 with a width of between - in the exemplary embodiment presented - 3 and 10 millimeters, so that an internal cavity provided with the reference number 9 is formed in the magnetic body 7.
Der Magnetkörper 7 verfügt dabei über einen Zylindermantel 10 in einer Dicke von z.B. 5 bis 15 Millimetern, der bei einem 200-Watt-Motor mit den entsprechenden hier vier Polpaaren radial tief genug ist, um zu gewährleisten, daß die Flußlinien der Magnetsegmente nicht durch die Luft verlaufen. Der Hohlraum 9 ist zur Aufnahme eines weiter unten beschriebenen mechanischen Kommutators 20 vorgesehen.The magnet body 7 has a cylindrical shell 10 with a thickness of e.g. 5 to 15 millimeters, which in a 200-watt motor with the corresponding four pole pairs is radially deep enough to ensure that the flux lines of the magnet segments do not run through the air. The cavity 9 is intended to accommodate a mechanical commutator 20 described below.
Im Inneren des von den Lagerschalen 4 und 5 umschlossenen Raumes ist mit Hilfe von Befestigungsmitteln 11 ein Rotorblech 12 befestigt. Das im wesentlichen ringförmige und nahe des Umfangsmantels der Lagerschalen 4 und 5 angeordnete Rotorblech 12 verfügt über in der Zeichnung nicht dargestellte, achsensymmetrisch zur Hohlachse 1 angeordnete Nuten zur Aufnahme einer Ankerwicklung 13.Inside the space enclosed by the bearing shells 4 and 5, a rotor plate 12 is fastened using fastening means 11. The rotor plate 12, which is essentially ring-shaped and arranged close to the peripheral surface of the bearing shells 4 and 5, has grooves (not shown in the drawing) arranged axially symmetrically to the hollow axis 1 for receiving an armature winding 13.
Die Art der am Rotor 12 vorgesehenen Wicklung 13 hängt von der Anzahl der Magnetpol paare ab. Bei der gegebenen Polpaarzahl von 4, den hier vorgeschlagenen Magnetabmessungen und einer Nutenzahl von 48 ist die Erregerwicklung 13 hier vorzugsweise als Zweischichtwicklung mit einem Nutenschritt von 6 ausgeführt worden. BeiThe type of winding 13 provided on the rotor 12 depends on the number of magnetic pole pairs. With the given number of pole pairs of 4, the magnet dimensions proposed here and a number of slots of 48, the excitation winding 13 is preferably designed as a two-layer winding with a slot pitch of 6. With
einer erreichten Windungszahl von 35 pro Spule ergibt sich eine Gesamtdrahtzahl von 70 Drähten pro Nut, was zu einer Material-Belegung von hier ungefähr 0,5 führt. Es ist nötig, bei der Wicklung eine möglichst hohe Drahtzahl pro Nut zu erreichen, da sich die Drahtzahl bei ansonsten konstanten Motor-Parametern umgekehrt proportional zur erreichbaren Drehzahl der angetriebenen Welle bzw. hier des rotierenden Motorgehäuses verhält.With a winding number of 35 per coil, the total number of wires is 70 wires per slot, which leads to a material coverage of approximately 0.5. It is necessary to achieve the highest possible number of wires per slot in the winding, since the number of wires is inversely proportional to the achievable speed of the driven shaft or, in this case, the rotating motor housing, with otherwise constant motor parameters.
Die sich dicht an dicht in den Nuten drängenden Drähte der Ankerwicklung 13 erstrecken sich über diese Nuten und den Rand des Rotorbleches 12 hinaus. Sie überragen das Rotorblech um ungefähr ein Drittel seiner eigenen Breite, d.h. um ungefähr 4 Zentimeter auf jeder Seite. Dies ist entsprechend den in elektrotechnischen Zeichnungen üblichen Gepflogenheiten bei der Ankerwicklung 13 nicht dargestellt worden. Die beidseitigen mit 14 bezeichneten "Hohl"-Räume beinhalten daher dieses Drahtmaterial und tragen damit wesentlich dazu bei, daß sich der notwendige in der Fig. dargestellte Abstand der äußeren radialen Seitenwände der Lagerschalen 4 und 5 voneinander ergibt. Dabei ist von Vorteil, daß in den Hohlräumen 14 jeweils in Achsennähe koaxial die Lager 2 und 3 angeordnet sind, die so nicht zu einer größeren Breite des Motors beitragen.The wires of the armature winding 13, which are packed tightly together in the slots, extend beyond these slots and the edge of the rotor plate 12. They extend beyond the rotor plate by approximately one third of its own width, i.e. by approximately 4 centimeters on each side. In accordance with the usual practice in electrical engineering drawings, this has not been shown for the armature winding 13. The "hollow" spaces on both sides, designated 14, therefore contain this wire material and thus make a significant contribution to ensuring that the necessary distance between the outer radial side walls of the bearing shells 4 and 5 is achieved, as shown in the figure. It is advantageous that the bearings 2 and 3 are arranged coaxially in the hollow spaces 14 near the axis, which does not contribute to a larger width of the motor.
Der Rotor 12 wird von einer im Querschnitt der Fig. nur schematisch zu erkennenden Halteklammer 15 umgeben und gehalten, die in einer in der Zeichnung nicht dargestellten Weise über eine Halteeinrichtung mit einem Kollektorschild 16 verbunden ist, welches im Innern des Hohlraumes 9 angeordnet ist.The rotor 12 is surrounded and held by a retaining clip 15, which can only be seen schematically in the cross section of the figure, which is connected in a manner not shown in the drawing via a holding device to a collector shield 16, which is arranged in the interior of the cavity 9.
Das Kollektorschild 16 ist über die Halteklammer 15 mit dem Rotor 12 starr verbunden und daher zusammen mitThe collector shield 16 is rigidly connected to the rotor 12 via the retaining clip 15 and therefore together with
diesem und den Lagerschalen 4 und 5 um die Hohlachse 1 frei drehbar. Auf der Innenseite des Kollektorschilds 16 sind die einzelnen Lamellen 17 angeordnet, deren Anzahl bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel bei 48 Kupferplättchen liegt.This and the bearing shells 4 and 5 can rotate freely around the hollow axis 1. The individual lamellae 17 are arranged on the inside of the collector shield 16, the number of which in the embodiment shown here is 48 copper plates.
Das Kollektorschild 16 begrenzt die äußeren Maße des im wesentlichen ebenfalls um die Achse 1 rotierenden Kommutators 20. Dieser ist im wesentlichen innerhalb des Magnetkörpers 7 und unterhalb des Zylindermantels 10 angeordnet, doch ist es ebenfalls möglich, daß einzelne Elemente seitlich herausstehen, sofern diese in ihrer axialen Länge nicht über die aus den Nuten hei— vorstehende Wicklung des Feldmagneten oder des Ankers herausragen.The collector shield 16 limits the external dimensions of the commutator 20, which also essentially rotates about the axis 1. This is essentially arranged inside the magnet body 7 and below the cylinder shell 10, but it is also possible for individual elements to protrude laterally, provided that their axial length does not protrude beyond the winding of the field magnet or the armature protruding from the slots.
Auf der Innenseite des durch die Lamellen 17 gebildeten Hohlrohrabschnittes des Kommutators 20 sind entsprechend der genannten Polpaarzahl des Ausführungsbeispiels acht entsprechend der Krümmung der Lamellen 17 konvex geschliffene Kohlebürsten 18 angeordnet, die über auf der Hohlachse 1 abgestützte Kohlehalter 19 federnd gegen die KoIlektorlamellen 17 gedrückt sind. Die Kohlebürsten 18 sind über in der Zeichnung nicht dargestellte Anschlüsse über in dem Inneren des Hohlrohrs 1 verlaufende Anschlußdrähte mit der den Motor mit Spannung versorgenden Batterie verbunden. Die Kollektorlamellen 17 sind weiter über in der Fig. nicht dargestellte Drähte, die über das Kollektorschild 16 und entlang der Halteklammer 15 verlaufen, mit den einzelnen Anschlüssen der Wicklungen 13 verbunden.On the inside of the hollow tube section of the commutator 20 formed by the lamellae 17, eight carbon brushes 18 are arranged, ground convexly in accordance with the curvature of the lamellae 17, corresponding to the number of pole pairs mentioned in the embodiment, which are pressed against the collector lamellae 17 in a spring-loaded manner by means of carbon holders 19 supported on the hollow shaft 1. The carbon brushes 18 are connected to the battery supplying the motor with voltage via connections not shown in the drawing via connecting wires running inside the hollow tube 1. The collector lamellae 17 are also connected to the individual connections of the windings 13 via wires not shown in the figure, which run over the collector shield 16 and along the retaining clip 15.
Somit wird der Strom beim Betrieb über die Hohlachse 1 und über die Kohlebürsten 18 des innen ablaufenden Kollektors zu den Wicklungen 13 geführt. Die Verdrahtung bei 4 Pol paaren und der genannten WicklungsartDuring operation, the current is thus fed to the windings 13 via the hollow shaft 1 and the carbon brushes 18 of the internal collector. The wiring for 4 pole pairs and the winding type mentioned
Laufruhe bei den genannten kleinen Drehzahlen gewährleistet. Smooth running is guaranteed at the low speeds mentioned.
Aufgrund eines Fehlens mechanischer Zwischenteile, z.B. eines Getriebes, ist es nun möglich, daß bei einem mit abgeschalteten Antrieb rollenden Rollstuhl der Motor als Generator arbeitet und so die Batterie in einer Bremsung unter Rückgewinnung von Energie wieder auflädt. Dies führt zu einer größeren Reichweite und Autonomie des bewegten Fahrzeugs oder Gegenstandes. Es wird damit der bei einem Getriebeantrieb üblicherweise vorhandene "Leerlauf"-Betriebszustand vermieden und jede Bremsung kann zu einem Teil in einer im wesentlichen verlustfreien Generatorfunktion zur Umwandlung der kinetischen Energie in elektrische benutzt werden.Due to the lack of intermediate mechanical parts, e.g. a gearbox, it is now possible for the motor of a wheelchair to work as a generator and thus recharge the battery during braking by recovering energy. This leads to a greater range and autonomy of the moving vehicle or object. This avoids the "idling" operating state that is usually present with a gearbox drive and each braking can be used in part in an essentially loss-free generator function to convert the kinetic energy into electrical energy.
Natürlich können die Permanent-Magnetsegmente 6 durch entsprechende Erregerspulen für die Feldmagnete ersetzt werden und es ist ebenfalls möglich, die Funktionsgruppen des Ankers und des Feldmagneten zu vertauschen, d.h. es wird eine feststehende Wicklung und eine rotierende Erregung verwendet.Of course, the permanent magnet segments 6 can be replaced by corresponding excitation coils for the field magnets and it is also possible to swap the functional groups of the armature and the field magnet, i.e. a fixed winding and a rotating excitation are used.
In jedem Fall rotiert eine der beiden Funktionsgruppen Feldmagnet/Anker um die andere. Solche Maßnahmen, insbesondere das Vorsehen einer Erregerspule auf dem im Durchmesser gegenüber dem Rotor kleineren Stator führen u.U. zu Wicklungsproblemen, da auf dem im Durchmesser kleineren Statorteil nur eine geringe Drahtzahl möglich ist.In any case, one of the two functional groups field magnet/armature rotates around the other. Such measures, especially the provision of an excitation coil on the stator, which has a smaller diameter than the rotor, may lead to winding problems, since only a small number of wires are possible on the stator part with a smaller diameter.
Mit dem hier vorgeschlagenen Motor ist es möglich, einen Direktradantrieb bei Rollstühlen vorzusehen, so daß die aufwendige, mit Verlust an mechanischer Leistung behaftete und platz- und gewichtsraubende Getriebeeinheit weggelassen werden kann. Zudem gestattetWith the motor proposed here, it is possible to provide a direct wheel drive for wheelchairs, so that the complex gear unit, which is subject to loss of mechanical power and takes up space and weight, can be omitted. In addition,
liegt in einer Beschaltung jeder zweiten Bürste mit
jeweils einer Polarität, so daß durch die doppelte Belegung jeder Nut mit der Wicklung in jede Spule 1/8
des ursprünglichen Stromes der Batterie fließt.
5lies in a wiring of every second brush with one polarity each, so that by double occupancy of each slot with the winding, 1/8 of the original current of the battery flows into each coil.
5
Anstelle des innen ablaufenden Kollektors können auch andere konventionelle Kollektoren verwendet werden, sofern diese in ihrer Größe in dem Hohlraum 9 einsetzbar sind.Instead of the internal collector, other conventional collectors can also be used, provided that they are large enough to fit in the cavity 9.
Bei einer bei Rollstühlen üblichen 24-Volt-Stromversorgung entwickelt der hier beschriebene Motor eine Leistung von mindestens ungefähr 400 Watt und ermöglicht Drehzahlen im Bereich zwischen 50 und 200 Umdrehungen pro Minute. Diese Umdrehungen entsprechen bei einem Direktradantrieb von 18-Zoll-Rädern einer erreichbaren Geschwindigkeit von ungefähr 4 bis 16 km/h. Die Stromversorgung kann natürlich neben der üblichen Batterie auch über Solargeneratoren erfolgen, wobei hier dann ohne eine Batterie als Zwischenspeicher die Rückgewinnung der kinetischen Energie des Fahrzeugs über die Generatorfunktion des Motors fehlt.With a 24-volt power supply, as is usual for wheelchairs, the motor described here develops an output of at least around 400 watts and enables speeds in the range between 50 and 200 revolutions per minute. With a direct wheel drive of 18-inch wheels, these revolutions correspond to an achievable speed of around 4 to 16 km/h. In addition to the usual battery, the power supply can of course also be provided by solar generators, although without a battery as an intermediate storage device, the recovery of the vehicle's kinetic energy via the generator function of the motor is missing.
Durch die Verlagerung des mechanischen Kommutators 20 in den Magnetkörper 7, bei dem seitlich ein genügend
starkes Seitenblech 8 verbleibt, ist es möglich, einen in seiner axialen Dimension schmalen Motor zu bauen,
der daher geeignet ist, auf beiden Seiten eines Rollstuhls jeweils auf die Nabe aufgesetzt zu werden.
30By displacing the mechanical commutator 20 into the magnet body 7, with a sufficiently strong side plate 8 remaining on the side, it is possible to build a motor that is narrow in its axial dimension and is therefore suitable for being placed on the hub on both sides of a wheelchair.
30
Durch Ausnutzung der bei Rollstühlen vorhandenen Bauhöhe der Räder können die Ankerwicklungen in einem Abstand von beispielsweise 10 Zentimeter von der Achse angeordnet werden, so daß eine hohe Drahtzahl in den Nuten möglich ist. daher ist bei der mehrpoligen Ausführung ein hohes Drehmoment möglich, daß eine guteBy taking advantage of the height of the wheels on wheelchairs, the armature windings can be arranged at a distance of, for example, 10 centimeters from the axle, so that a high number of wires in the slots is possible. Therefore, a high torque is possible with the multi-pole design, which means that a good
ein gemäß der Erfindung mit elektrischen Radnabendirektantrieben ausgestatteter Rollstuhl ein einfacheres Zusammenklappen und damit den einfacheren Transport des Rollstuhls selber in anderen Beförderungsmitteln. Ein solcher Rollstuhl ist erheblich leiser, insbesondere bei der Rückwärtsfahrt, und ermöglicht wegen der Generatorfunktion bei gleicher Batterie eine größere Reichweite seines Fahrzeugs.A wheelchair equipped with electric wheel hub direct drives according to the invention allows for easier folding and thus easier transport of the wheelchair itself in other means of transport. Such a wheelchair is considerably quieter, especially when reversing, and due to the generator function, enables a greater range of the vehicle with the same battery.
Natürlich sind die Prinzipien der Erfindung auch in anderen Technikbereichen einsetzbar, bei denen ein mit möglichst wenig drehenden Teilen behafteter Elektroantrieb Verwendung findet, wie z.B. im Kranbau oder im Elektrofahrzeugbau.Of course, the principles of the invention can also be used in other technical areas in which an electric drive with as few rotating parts as possible is used, such as in crane construction or electric vehicle construction.
Claims (5)
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| DE9201088U DE9201088U1 (en) | 1992-01-30 | 1992-01-30 | Electric motor to drive a wheel |
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| DE9201088U DE9201088U1 (en) | 1992-01-30 | 1992-01-30 | Electric motor to drive a wheel |
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ID=6875546
Family Applications (1)
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE9414054U1 (en) * | 1994-08-31 | 1994-11-03 | Riepl, Gerhard, 88605 Meßkirch | Electric energy saving drive for small vehicles |
| WO1996022895A1 (en) * | 1995-01-23 | 1996-08-01 | Egon Schmid | Propulsion unit for an electrically operated vehicle |
| EP2277488A3 (en) * | 2009-07-21 | 2012-10-03 | AAT Alber Antriebstechnik GmbH | Transfer assembly for a wheel, in particular a wheelchair wheel, for transferring an electric variable from a wheel-based device to a vehicle body-based device or vice versa |
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Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0695662A1 (en) * | 1994-08-04 | 1996-02-07 | Chen-Chi Yang | A driving assembly for motor wheels and method of making the same |
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Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR470942A (en) * | 1913-06-27 | 1914-10-06 | Dimitry Balachowsky | Improvements to electric wheel motors |
| FR890994A (en) * | 1941-11-12 | 1944-02-23 | Drive wheel and electric generator | |
| DE2546761A1 (en) * | 1975-10-18 | 1977-04-28 | Rau Swf Autozubehoer | Engine for fluid transport - has DC driving motor with external cup shaped rotor carrying magnets and impeller vanes |
| SU1725780A3 (en) * | 1989-09-01 | 1992-04-07 | В. В. Ш кон дин | Motor-wheel |
-
1992
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-
1993
- 1993-01-26 WO PCT/DE1993/000073 patent/WO1993015546A1/en active Application Filing
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE9414054U1 (en) * | 1994-08-31 | 1994-11-03 | Riepl, Gerhard, 88605 Meßkirch | Electric energy saving drive for small vehicles |
| WO1996022895A1 (en) * | 1995-01-23 | 1996-08-01 | Egon Schmid | Propulsion unit for an electrically operated vehicle |
| EP2277488A3 (en) * | 2009-07-21 | 2012-10-03 | AAT Alber Antriebstechnik GmbH | Transfer assembly for a wheel, in particular a wheelchair wheel, for transferring an electric variable from a wheel-based device to a vehicle body-based device or vice versa |
| US8853871B2 (en) | 2012-02-06 | 2014-10-07 | Innova Patent Gmbh | Roller, in particular track roller or carrying roller for cableway systems |
| EP2623389B1 (en) * | 2012-02-06 | 2016-03-30 | Innova Patent GmbH | Roller or carrier roller for cable railway systems |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| WO1993015546A1 (en) | 1993-08-05 |
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