DE102014012737A1

DE102014012737A1 - Elektrisch angetriebener Motor

Info

Publication number: DE102014012737A1
Application number: DE102014012737.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-03-03

Abstract

Es wird ein elektrisch angetriebener Motor vorgeschlagen, der mindestens aufweist ein feststehendes Statorgehäuse (1) mit einem am Statorgehäuse (1) in einer Befestigungsebene (2) und senkrecht zu dieser angeordneten Stab (3), wobei der Stab (3) ferromagnetische Eigenschaften aufweist, einen Spulenträger (4), der auf dem Stab (3) gleitfähig angeordnet ist, indem er den Stab (3) mantelartig umfasst und über den die Abtriebsbewegung (9) erfolgt, mindestens eine Spule (5), deren Spulendraht (10) außen und/oder innen auf dem Spulenträger (4) aufgewickelt ist, einen Dauermagneten (6), der auf, am oder im Statorgehäuse (1) unter Einhaltung eines Luftspaltes (7) zur Spule (5) angeordnet ist, sowie elektrische Leiter (8) für einen Stromfluss in die Spule (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor, der durch elektrische Energie angetrieben wird und eine Abtriebsbewegung mit einem Freiheitsgrad vollzieht. Mit einer Antriebsbewegung lässt sich im umgekehrten Betrieb elektrische Energie erzeugen, so dass der Motor dann als Generator arbeitet. Im Folgenden wird im Interesse eines besseren Verständnisses deshalb nur von einem Motor gesprochen.
Bekannt sind Linearmotore mit einem translatorischen Freiheitsgrad, die auf dem Prinzip des Magnetismus beruhen, in dem sich gegenüberstehende Pole anziehen oder abstoßen.
In einem derartigen Linearmotor sind Schwingungsspulen in einer Spuleneinheit angeordnet, die sich über Dauermagneten bewegen, in dem die Stromphase von jeder Spule gewechselt wird. Die Wechselgeschwindigkeit bestimmt die Motorgeschwindigkeit.
Derartige Linearmotore werden zu unterschiedlichen Antriebszwecken eingesetzt.
In der DE 10 2008 043 136 A1 wird ein linearmotorisch angetriebener Schlaghammer beschrieben. Der Linearmotor ist hier so ausgebildet, dass er den Schläger mittels eines Magnetfeldes in dem vorgesehenen einen translatorischen Freiheitsgrad bewegt, wobei der Schläger ausgebildet ist, ein eigenes Magnetfeld mit zueinander entgegengesetzten Magnetpolen zu erzeugen.
Die DE 20 2013 005 537 U1 beschreibt eine Stampfvorrichtung zur Bodendichtung, deren Antrieb ein Linearantrieb mit einem Stator und einem axial hin- und herbewegbaren Linearläufer ist. Vorgesehen ist hier eine Steuereinrichtung zum Steuern der Frequenz und/oder der Amplituden des Linearläufers, um die Stampfparameter und insbesondere die Einzelschlagenergie zu verändern.
Der Nachteil dieser und auch rotatorisch arbeitender elektrischer Motoren besteht darin, dass sie mit steigender Drehzahl bzw. Lineargeschwindigkeit mehr Energie verbrauchen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Motor vorzuschlagen dessen Bewegungveränderung vom Energieverbrauch im Wesentlichen entkoppelt ist. Im umgekehrten Betrieb soll Energie erzeugt werden können.
Gelöst wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Motor weist mindestens auf
ein feststehendes Statorgehäuse mit einem am Statorgehäuse in einer Befestigungsebene und senkrecht zu dieser angeordneten Stab, wobei der Stab ferromagnetische Eigenschaften hat,
einen Spulenträger, der auf dem Stab gleitfähig angeordnet ist, indem er den Stab mantelartig umfasst und über den die Abtriebsbewegung erfolgt,
mindestens eine Spule, deren Spulendraht außen und/oder innen auf dem Spulenträger aufgewickelt ist,
einen Dauermagneten, der auf, am oder im Statorgehäuse unter Einhaltung eines Luftspaltes zur Spule angeordnet ist,
sowie elektrische Leiter für einen Stromfluss in die Spule.
Die elektrischen Leiter für den Stromfluss in die Spule sind über eine Steuereinrichtung für die Frequenz des Stromes geführt, so dass der Motor bevorzugt mit einer sinusförmigen Stromfrequenz im unteren Hertzbereich, vorzugsweise zwischen 0,5–20 Hertz betrieben werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist der Dauermagnet ein Ringmagnet oder besteht aus ringförmig angeordneten Dauermagnetelementen.
Der Innenmantel des Ringmagneten oder der ringförmig angeordneten Dauermagnetelemente ist dabei auf die Außenmantelform der Spule derart abgestimmt, dass der Luftspalt zwischen dem Dauermagneten und der Spule während der oszillierenden translatorischen Bewegung des Spulenträgers und damit der Spule klein ist.
Der Stab ist in einer bevorzugten Ausführung ein Eisenkern oder ein Kern aus gegeneinander isolierten Eisenblechen. In seiner Längsausdehnung kann er zylinderförmig sein oder eine prismatischen Querschnitt aufweisen.
Dabei sollte der Stab den Dauermagneten in der Höhe bezogen auf die Befestigungsebene des Stabes am Statorgehäuse überragen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Spulenträger ausreichend geführt ist bei seiner oszillierenden translatorischen Bewegung.
Ferner wird der Stab bevorzugt vertikal im Raum angeordnet, um bei der Rückbewegung des Spulenträgers die Gravitation mit zu nutzen.
Der Spulendraht für die Spule besteht bei einer bevorzugten Ausführung in bekannter Weise aus Kupfer. Bei einer mehrlagigen Spulendrahtwicklung sollte der Spulendraht einen dreieckigen Querschnitt aufweisen, so dass die Wicklungen ineinander greifen. Dadurch ist eine glatte Spulenoberfläche erzielbar.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motors ist in der Zeichnung dargestellt.
Der in 1 im Schnitt dargestellte elektrisch angetriebene Motor besitzt ein feststehendes Statorgehäuse 1 in Form einer Platte mit einer Befestigungsebene 2. Mit dem Statorgehäuse 1 verbunden und senkrecht zur Befestigungsebene 2 sowie vertikal im Raum ist der zylinderförmige Stab 3 angeordnet, der ferromagnetische Eigenschaften aufweist. Bevorzugt ist der Stab 3 ein Eisenkern oder ein Kern aus gegeneinander isolierten Eisenblechen.
Der zylinderförmige Spulenträger 4 ist auf dem Stab 3 gleitfähig angeordnet, indem er den Stab 3 mantelartig umfasst. Der Spulenträger weist eine Spule 5 auf, deren Spulendraht 10 aus Kupfer besteht und außen auf dem Spulenträger 4 mehrlagig aufgewickelt ist. Der Spulendraht besitzt einen dreieckigen Querschnitt, so dass die Wicklungen ineinander greifen können und eine glatte zylinderförmige Oberfläche der Spule 5 entsteht.
Auf der Platte des Statorgehäuses 1 ist weiter ein ringförmig die Spule 5 umschließender Dauermagnet 6 unter Einhaltung eines ringförmigen Luftspaltes 7 zur Spule 5 angeordnet. Der Innenmantel des Ringmagneten ist auf die Außenmantelform der Spule 5 abgestimmt, in dem der Innenmantel zylinderförmig ausgebildet ist, so dass der ringförmige Luftspalt 7 zwischen dem Dauermagneten 6 und der Spule 5 klein ausgeführt werden kann.
Der Dauermagnet 6 wird in der Höhe bezogen auf die Befestigungsebene 2 des Stabes 3 am Statorgehäuse 1 vom Stab 3 überragt.
Elektrische Leiter 8 sorgen für den Stromfluss in die Spule 5. Die elektrischen Leiter 8 für den Stromfluss in die Spule 5 sind über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung für die Frequenz des Stromes geführt, so dass der Motor mit einer sinusförmigen Stromfrequenz vorzugsweise zwischen 0,5–20 Hertz betrieben werden kann. Die elektrischen Leiter sind dauerelastisch oder es werden Schleppleitungen oder Schleifleitungen usw. genutzt.
Erfolgt ein Stromfluss mit sinusförmiger Frequenz in die Spule 5 wird die Spule 5 bei der ersten Halbwelle vom Eisenkern und vom Dauermagneten abgestoßen und bei der nächsten Halbwelle angezogen usw. Die Spule 5 vollzieht somit gemeinsam mit dem Spulenträger 4 eine Bewegung mit einem Freiheitsgrad, eine oszillierende translatorische Bewegung auf dem Stab 3. Dies ist die Abtriebsbewegung 9. Ist der Spulenträger 4 z. B. über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden, wird diese Abtriebsbewegung in eine rotatorische Bewegung um die Kurbelwellenachse umgewandelt. Durch eine Frequenzänderung des Stromflusses läßt sich die Frequenz der Abtriebsbewegung und damit die gewünschte Drehzahl der Kurbelwelle einstellen. Durch das Arbeiten im unteren Hertzbereich ist der Energieverbrauch des Motors stark drehzahlunabhängig.
Soll der Motor als Generator betrieben werden, wird auf dem Spulenträger 4 von außen, z. B. über einen Kurbeltrieb, eine oszillierende translatorische Bewegung ausgeübt, die in Elektrizität umgewandelt wird und an den elektrischen Leitungen 8 abgegriffen werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Statorgehäuse
2: Befestigungsebene
3: Stab
4: Spulenträger
5: Spule
6: Dauermagnet
7: Luftspalt
8: elektrische Leiter
9: Abtriebsbewegung
10: Spulendraht

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

DE 102008043136 A1 [0005]
DE 202013005537 U1 [0006]

Claims

Elektrisch angetriebener Motor mindestens aufweisend ein feststehendes Statorgehäuse (1) mit einem am Statorgehäuse (1) in einer Befestigungsebene (2) und senkrecht zu dieser angeordneten Stab (3), wobei der Stab (3) ferromagnetische Eigenschaften aufweist, einen Spulenträger (4), der auf dem Stab (3) gleitfähig angeordnet ist, indem er den Stab (3) mantelartig umfasst und über den die Abtriebsbewegung (9) erfolgt, mindestens eine Spule (5), deren Spulendraht (10) außen und/oder innen auf dem Spulenträger (4) aufgewickelt ist, einen Dauermagneten (6), der auf, am oder im Statorgehäuse (1) unter Einhaltung eines Luftspaltes (7) zur Spule (5) angeordnet ist, sowie elektrische Leiter (8) für einen Stromfluss in die Spule (5).
Elektrisch angetriebener Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (8) für den Stromfluss in die Spule (5) über eine Steuereinrichtung für die Frequenz des Stromes geführt sind.
Elektrisch angetriebener Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromfrequenz zum Antrieb des Motors sinusförmig im unteren Hertzbereich ist, vorzugsweise 0,5–20 Hertz.
Elektrisch angetriebener Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (6) ein Ringmagnet ist oder aus ringförmig angeordneten Dauermagnetelementen besteht.
Elektrisch angetriebener Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenmantel des Ringmagneten oder der ringförmig angeordneten Dauermagnetelemente auf die Außenmantelform der Spule (5) derart abgestimmt ist, dass der Luftspalt (7) zwischen dem Dauermagneten (6) und der Spule (5) während der oszillierenden translatorischen Bewegung des Spulenträgers (4) und damit der Spule (5) klein ist.
Elektrisch angetriebener Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (3) ein Eisenkern ist oder ein Kern aus gegeneinander isolierten Eisenblechen.
Elektrisch angetriebener Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (3) in seiner Längsausdehnung zylinderförmig ist oder eine prismatischen Querschnitt aufweist.
Elektrisch angetriebener Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (3) den Dauermagneten (6) in der Höhe bezogen auf die Befestigungsebene (2) des Stabes (3) am Statorgehäuse (1) überragt.
Elektrisch angetriebener Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (3) bevorzugt vertikal im Raum angeordnet ist.
Elektrisch angetriebener Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulendraht (10) bei einer mehrlagigen Spulendrahtwicklung einen dreieckigen Querschnitt aufweist, so dass die Wicklungen ineinander greifen.
Elektrisch angetriebener Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor als Generator betreibbar ist, indem auf den Spulenträger (4) von außen eine oszillierende translatorische Bewegung ausübbar ist und die erzeugte Elektrizität an den elektrischen Leitungen (8) abgreifbar ist.