DE19754920A1 - Elektromotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, umfassend eine Ständeranordnung mit einer Ständerachse und eine Läuferanordnung mit einer Läuferachse, wobei die Ständeranordnung oder die Läuferanordnung eine Mehrzahl von Erregerwicklungen mit bezüglich der jeweiligen Achse sternförmig angeord­ neten Wicklungsachsen umfaßt, wobei die Erregerwicklungen derart mit Strom beschickbar sind, daß sich ein um die jeweilige Achse umlaufendes magnetisches Wanderfeld ergibt, und wo bei die Läuferanordnung infolge der magnetischen Wechselwirkung von Läuferanordnung und Ständeranordnung um die Ständerachse herum bewegbar ist.

Derartige Elektromotoren werden sowohl in der Ausführungsvariante mit Innenläufer als auch in der Ausführungsvariante mit Außenläufer gebaut. Beispielsweise wird von Firma Pabst ein elektronisch kommutierter Elektro­ motor mit permanentmagnetischem Außenläufer angeboten. Bei dem be­ kannten Elektromotor ist eine Hall-Sensoranordnung vorgesehen, die die jeweilige Drehstellung des Außenläufers erfaßt. Die Erregerwicklungen werden unter Berücksichtigung des Erfassungsergebnisses der Hall-Sensor­ anordnung derart mit Strom beschickt, daß sich der Außenläufer infolge magnetischer Attraktion oder/und magnetischer Repulsion mit der Drehzahl des von den Erregerwicklungen erzeugten Wanderfelds dreht. Auch bei den anderen Ausführungsvarianten gattungsgemäßer Elektromotoren dreht sich der Läufer unabhängig von der Art der Kommutierung und dergleichen mit der Drehzahl des magnetischen Wanderfelds.

Nun laufen aber insbesondere kleinere Elektromotoren, wie sie in Haus­ haltsgeräten, Servoantrieben und dergleichen eingesetzt werden, übli­ cherweise mit einer relativ hohen Drehzahl, wobei diese schnelle Dreh­ bewegung ins Langsame übersetzt wird, um die gewünschten Drehmomente zu erzielen. Hierzu wird dem Elektromotor üblicherweise ein Untersetzungs­ getriebe nachgeordnet, wobei die Ausgangswelle des Elektromotors mit der Antriebswelle des Getriebes gekoppelt wird. Für ein derartiges Unter­ setzungsgetriebe muß selbstverständlich bei der Konstruktion des Haus­ haltsgeräts oder dergleichen ein entsprechender Bauraum vorgesehen werden, was eine kompakte Bauweise dieser Vorrichtungen zumindest erschwert. Darüber hinaus sind die für das Untersetzungsgetriebe anfallenden Kosten zu berücksichtigen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor der ein­ gangs genannten Art bereitzustellen, von dessen Läuferanordnung eine Drehbewegung abgegriffen werden kann, deren Drehzahl bezüglich der Drehzahl des Wanderfelds in einem vorbestimmten Verhältnis ins Langsame übersetzt ist.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Elektromotor, umfassend eine Ständeranordnung mit einer Ständerachse und eine die Ständeranordnung umgebende Außenläufer­ anordnung mit einer Läuferachse, wobei die Ständeranordnung eine Mehr­ zahl von Erregerwicklungen mit bezüglich der Ständerachse sternförmig angeordneten Wicklungsachsen umfaßt, wobei die Erregerwicklungen derart mit Strom beschickbar sind, daß sich ein um die Ständerachse umlaufendes magnetisches Wanderfeld ergibt, wobei die Läuferanordnung infolge der magnetischen Wechselwirkung von Läuferanordnung und Ständeranordnung um die Ständeranordnung herum bewegbar ist, wobei der Innenumfang der Läuferanordnung größer ist als der Außenumfangs der Ständeranordnung, wobei die Läuferanordnung einen federelastischen und flexiblen Zylinder oder einen im wesentlichen starren Zylinder umfaßt, der magnetisierbares oder/und magnetisiertes oder/und permanentmagnetisches Material oder/und wenigstens ein elektromagnetisches Element aufweist, und wobei die Erregerwicklungen ferner derart mit Strom beschickbar sind, daß sich der Zylinder aufgrund der Wechselwirkung mit dem Magnetfeld verformt oder bezüglich der Ständerachse exzentrisch anordnet, und sich die Verformung bzw. die Exzentrizität der Anordnung des Zylinders entsprechend dem magnetischen Wanderfeld um die Ständerachse herum bewegt.

Der Einfachheit der Darstellung halber soll der Betrieb dieses Elektromotors mit Außenläufer und Ständerwickler im folgenden am Beispiel einer Läufer­ anordnung erläutert werden, die einen im wesentlichen starren Kreiszylinder aus magnetisierbarem Material umfaßt:

Beschickt man zwei benachbarte Erregerwicklungen der Ständeranordnun­ gen mit Strom, so wird der Kreiszylinder von dem Magnetfeld dieser beiden Erregerwicklungen angezogen, bis er an der Ständeranordnung anliegt. Da der Innenumfang der Läuferanordnung größer ist als der Außenumfang der Ständeranordnung, ist der dem Anlagebereich gegenüberliegende Abschnitt des Kreiszylinders im Abstand von der Ständeranordnung angeordnet. Genauer gesagt, hat dieser Abschnitt des Kreiszylinders, verglichen mit den anderen Abschnitten des Kreiszylinders, maximalen Abstand von der Stän­ deranordnung und bildet einen "Nockenbereich". Schaltet man nun den Strom einer der beiden Wicklungen ab und beschickt dafür die andere Nachbarwicklung der weiterhin bestromten Erregerwicklung mit Strom, so wandert hierdurch das den Kreiszylinder anziehende Magnetfeld um eine Erregerwicklung weiter, woraus sich eine entsprechende Weiterbewegung des Nockenbereichs um eine Erregerwicklung ergibt. Fährt man mit der Weitergabe der Bestromung der Erregerwicklungen auf diese Art und Weise fort, so ergibt sich ein magnetisches Wanderfeld, dessen Drehzahl n_M von der Weitergabefrequenz der Bestromung der Erregerwicklungen abhängt. Der Nockenbereich des Kreiszylinders läuft mit der gleichen Drehzahl n_M um die Ständerachse um. Da der Kreiszylinder auf der Ständeranordnung infolge der magnetischen Attraktion im wesentlichen schlupffrei abrollt, bewegt sich jedoch der Kreiszylinder insgesamt nicht mit der Drehzahl des Wanderfelds, sondern mit einer ins Langsame übersetzten Drehzahl n_L, wobei das Untersetzungsverhältnis vom Innenumfang U_L der Läuferanord­ nung und vom Außenumfang U_S der Ständeranordnung abhängt. Genauer gesagt, gilt:

n_L = (U_L-U_S)/U_L.n_M

Somit kann bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor unmittelbar von der Läuferanordnung dieses Elektromotors eine Drehbewegung abgegriffen wer­ den, deren Drehzahl bezüglich der Drehzahl des Wanderfelds ins Langsame übersetzt ist. Die Bewegung des Nockenbereichs der Läuferanordnung bzw. der Läuferanordnung selbst um die Ständeranordnung herum kann mit der Bewegung eines Wellenbergs verglichen werden, der sich in einen Fluß stromabwärts fortpflanzt: Der Wellenberg selbst schreitet mit einer deutlich größeren Geschwindigkeit fort als der diese Wellenbewegung bildende Wasserkörper.

Die vorstehenden Betrachtungen gelten in analoger Weise auch bei Einsatz einer Läuferanordnung, die einen federelastischen und flexiblen Zylinder aufweist. In diesem Fall wird der umlaufende Nockenbereich von einer durch die Wechselwirkung mit dem magnetischen Wanderfeld gebildete Verfor­ mung dieses flexiblen Zylinders gebildet. Darüber hinaus kann das erfin­ dungsgemäße Konzept, das Abgreifen einer bezüglich der Bewegung des Wanderfelds ins Langsame übersetzten Drehbewegung unmittelbar von der Läuferanordnung eines Elektromotors, auch bei Elektromotoren mit Außen­ läufer und Läuferwicklung, Elektromotoren mit Innenläufer und Ständer­ wicklung und Elektromotoren mit Innenläufer und Läuferwicklung verwirk­ licht werden. Dementsprechend wird die vorstehend angegebene Aufgabe nach weiteren Gesichtspunkten auch gelöst von:

• - einem Elektromotor umfassend eine Ständeranordnung mit einer Ständerachse, und eine die Ständeranordnung umgebende Außen­ läuferanordnung mit einer Läuferachse, wobei die Läuferanordnung eine Mehrzahl von Erregerwicklungen mit bezüglich der Läuferachse sternförmig angeordneten Wicklungsachsen umfaßt, wobei die Erre­ gerwicklungen derart mit Strom beschickbar sind, daß sich ein um die Läuferachse umlaufendes magnetisches Wanderfeld ergibt, wobei die Läuferanordnung infolge der magnetischen Wechselwirkung von Läu­ feranordnung und Ständeranordnung um die Ständeranordnung herum bewegbar ist, wobei der Innenumfang der Läuferanordnung größer ist als der Außenumfangs der Ständeranordnung, wobei die Ständeranordnung einen im wesentlichen starren Zylinder umfaßt, magnetisierbares oder/und magnetisiertes oder/und permanentmagne­ tisches Material oder/und wenigstens ein elektromagnetisches Element aufweist, und wobei die Erregerwicklungen ferner derart mit Strom beschickbar sind, daß sich die Läuferanordnung aufgrund der magnetischen Wechselwirkung bezüglich der Ständerachse exzen­ trisch anordnet, und sich die Exzentrizität der Anordnung der Läuferanordnung entsprechend dem magnetischen Wanderfeld um die Ständerachse herum bewegt,
• - einem Elektromotor umfassend eine Innenläuferanordnung mit einer Läuferachse, und eine die Läuferanordnung umgebende Ständer­ anordnung mit einer Ständerachse, wobei die Ständeranordnung eine Mehrzahl von Erregerwicklungen mit bezüglich der Ständerachse sternförmig angeordneten Wicklungsachsen umfaßt, wobei die Erregerwicklungen derart mit Strom beschickbar sind, daß sich ein um die Ständerachse umlaufendes magnetisches Wanderfeld ergibt, wobei die Läuferanordnung infolge der magnetischen Wechselwir­ kung zwischen Läuferanordnung und Ständeranordnung in der Ständeranordnung bewegbar ist, wobei der Innenumfang der Ständer­ anordnung größer ist als der Außenumfangs der Läuferanordnung, wobei die Läuferanordnung einen federelastischen und flexiblen Zylinder oder einen im wesentlichen starren Zylinder umfaßt, magnetisierbares oder/und magnetisiertes oder/und permanentmagne­ tisches Material oder/und wenigstens ein elektromagnetisches Element aufweist, und wobei die Erregerwicklungen ferner derart mit Strom beschickbar sind, daß sich der Zylinder aufgrund der magne­ tischen Wechselwirkung verformt oder bezüglich der Ständerachse exzentrisch anordnet, und die Verformung bzw. die Exzentrizität der Anordnung des Zylinders entsprechend dem magnetischen Wander­ feld um die Ständerachse herum bewegt, und
• - einem Elektromotor umfassend eine Innenläuferanordnung mit einer Läuferachse, und eine die Läuferanordnung umgebende Ständer­ anordnung mit einer Ständerachse, wobei die Läuferanordnung eine Mehrzahl von Erregerwicklungen mit bezüglich der Läuferachse sternförmig angeordneten Wicklungsachsen umfaßt, wobei die Erregerwicklungen derart mit Strom beschickbar sind, daß sich ein um die Läuferachse umlaufendes magnetisches Wanderfeld ergibt, wobei die Läuferanordnung infolge der magnetischen Wechselwir­ kung von Läuferanordnung und Ständeranordnung in der Ständer­ anordnung bewegbar ist, und wobei der Innenumfang der Ständer­ anordnung größer ist als der Außenumfangs der Läuferanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständeranordnung einen im wesent­ lichen starren Zylinder umfaßt, magnetisierbares oder/und magne­ tisiertes oder/und permanentmagnetisches Material oder/und wenig­ stens ein elektromagnetisches Element aufweist, und daß die Erre­ gerwicklungen ferner derart mit Strom beschickbar sind, daß sich die Läuferanordnung aufgrund der magnetischen Wechselwirkung bezüg­ lich der Ständerachse exzentrisch anordnet, wobei die Exzentrizität der Anordnung der Läuferanordnung entsprechend dem magnetischen Wanderfeld um die Ständerachse herum bewegbar ist.

Zunächst sollen Weiterbildungen der Außenläufer-Varianten des erfindungsgemäßen Elektromotors diskutiert werden.

Gemäß der vorstehenden Schilderung des Funktionsprinzips des erfindungs­ gemäßen Elektromotors genügt es grundsätzlich, daß die Innenumfangs­ fläche der Läuferanordnung mit einer der Ständeranordnung zugeordneten Außenumfangsfläche in reibschlüssigem Eingriff steht. Zur Herbeiführung eines im wesentlichen schlupffreien Eingriffs ist es zusätzlich oder alternativ auch möglich, daß die beiden Umfangsflächen in formschlüssigem Eingriff stehen. Beispielsweise kann die Läuferanordnung an ihrer Innenfläche mit einer Innenverzahnung versehen sein, die mit einer der Ständeranordnung zugeordneten Außenverzahnung kämmt.

Nach einer ersten alternativen Weiterbildung kann die Außenumfangsfläche bzw. die Außenverzahnung an der Ständeranordnung selbst vorgesehen sein. Gemäß einer zweiten alternativen Weiterbildung kann jedoch die Außenumfangsfläche bzw. die Außenverzahnung an wenigstens einem mit der Ständeranordnung verbundenen und dieser benachbarten Ring- bzw. Scheibenteil vorgesehen sein. Letztgenannte Weiterbildungsalternative ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein formschlüssiger Eingriff der beiden Umfangsflächen vorgesehen werden soll, beispielsweise ein Verzahnungs­ eingriff. In diesem Fall kann nämlich der die Erregerwicklungen tragende Teil eines herkömmlichen, handelsüblichen Elektromotors ohne eingriffsspezifi­ sche, konstruktive Änderungen verwendet werden und die zum gewünsch­ ten Eingriff von Läuferanordnung und Ständeranordnung erforderlichen Flächen können an dem zusätzlichen Ring- bzw. Scheibenteil vorgesehen werden.

Bei letzterer Weiterbildungsalternative kann das wenigstens eine Ring- bzw. Scheibenteil in Richtung der Ständerachse vor oder/und hinter der Ständer­ anordnung und konzentrisch zur Ständerachse angeordnet sein. Dabei ist die Anordnung von Ring- bzw. Scheibenteilen in Achsrichtung sowohl vor als auch hinter der Ständeranordnung, insbesondere bei der Übertragung hoher Drehmomente, von Vorteil.

Wenn der Durchmesser des wenigstens einen Ring- bzw. Scheibenteils größer ist als der Durchmesser der Ständeranordnung, so kann beispiels­ weise bei Vorsehen eines Verzahnungseingriffs ein spielfreier Eingriff der beiden Verzahnungen vorgesehen werden. Dies ist zum Beispiel beim Einsatz des erfindungsgemäßen Elektromotors als Servomotor, etwa in einem Industrieroboter oder dergleichen, von Vorteil.

Bei allen vorstehend diskutierten Ausführungsformen stand die Läufer­ anordnung mit der Ständeranordnung oder einem dieser zugeordneten Ring- bzw. Scheibenteil in Eingriff, vorzugsweise in schlupffreiem Rolleingriff. Es ist jedoch auch möglich, den Eingriff zwischen der Läuferanordnung und einem relativ zur Ständeranordnung beweglichen, die Läuferanordnung umgebenden Ringteil vorzusehen. Zwischen Läuferanordnung und Ringteil kann dabei wiederum reibschlüssiger Eingriff bestehen. Zusätzlich oder alternativ kann jedoch auch ein formschlüssiger Eingriff vorgesehen sein, beispielsweise in der Art, daß der Läuferanordnung eine Außenverzahnung zugeordnet ist, die mit einer an dem Ringteil vorgesehen Innenverzahnung kämmt.

Um eine möglichst ungehinderte Bewegung der Läuferanordnung ermögli­ chen zu können, wird vorgeschlagen, daß die Außenumfangsfläche der Ständeranordnung und die Innenumfangsfläche der Läuferanordnung derart aufeinander abgestimmt ausgebildet oder angeordnet sind, daß eine Relativbewegung dieser beiden Umfangsflächen möglich ist. Dabei kann beispielsweise der Außendurchmesser der Läuferanordnung größer sein als die Summe von Innenradius des die Läuferanordnung umgebenden Ringteils plus Außenradius der Ständeranordnung des Elektromotors plus Dicke der Läuferanordnung, so daß zwischen der Innenumfangsfläche der Läufer­ anordnung und der Außenumfangsfläche der Ständeranordnung ein Spalt vorhanden ist.

Zusätzlich oder alternativ kann die Läuferanordnung eine flexible Hülse oder eine starre Hülse umfassen, in der das das magnetisierbare oder/und magne­ tisierte oder/und permanentmagnetische Material oder/und das wenigstens eine elektromagnetische Element umfassende Teil (im folgenden kurz "Magnetteil" genannt) im wesentlichen spielfrei, jedoch relativ zu dieser beweglich angeordnet ist. In diesem Fall steht das Magnetteil der Läufer­ anordnung zwar mit der Ständeranordnung in Kontakt, während die ihm zu­ geordnete Hülse mit dem äußeren Ringteil in Kontakt steht. Eine unge­ hinderte Bewegung wird jedoch durch die Relativbewegbarkeit von Magnet­ teil und Hülse ermöglicht. Die Ausgangsbewegung des Elektromotors kann in diesem Fall sowohl von dem Magnetteil als auch von der Hülse abge­ griffen werden. In Weiterbildung der Erfindung kann die Hülse an ihrer Außenumfangsfläche mit einer Außenverzahnung versehen sein.

Bei den Innenläufer-Varianten des erfindungsgemäßen Elektromotors können den vorstehend für die Außenläufer-Varianten diskutierten Weiterbildungen entsprechende Weiterbildungen vorgesehen werden. Diese Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 18 bis 30 und ergeben sich aus den Weiterbildungen der Außenläufer-Varianten im wesentlichen durch einen Austausch von "radial innen" und "radial außen". Hinsichtlich der mit den Weiterbildungen der Innenläufer-Varianten erzielbaren Vorteile kann gemäß vorstehendem zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Diskussion der Weiterbildungen der Außenläufer-Varianten verwiesen werden.

Bei allen Ausführungsvarianten, Innenläufer-Varianten und Außenläufer- Varianten, kann ein Verzahnungseingriff auf besonders kostengünstige Weise bereitgestellt werden, wenn der Zylinder aus Wellblech gefertigt ist. Dabei wird die Dicke des Blechs nach Bedarf so gewählt, daß sich ein mehr oder weniger flexibler bzw. ein starrer Zylinder ergibt.

Was den Aufbau der jeweils nicht mit Erregerwicklungen versehenen Anord­ nungen, Läuferanordnung oder Ständeranordnung, anbelangt, so sind bei allen Ausführungsvarianten, Innenläufer-Varianten und Außenläufer- Varianten, verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten denkbar:
Beispielsweise kann diese nicht mit den Erregerwicklungen versehene Anordnung im wesentlichen vollständig aus magnetisierbarem oder/und magnetisiertem oder/und permanentmagnetischem Material gebildet sein. Ein Beispiel für diese Ausbildungsmöglichkeit ist der eingangs diskutierte Stahlring. Es ist jedoch ebenso möglich, daß die nicht mit den Erreger­ wicklungen versehene Anordnung einen Zylinder aus einem beliebigen geeigneten festen Werkstoff, beispielsweise Kunststoff, umfaßt, an dem wenigstens ein Element aus magnetisierbarem oder/und magnetisiertem oder/und permanentmagnetischem Material oder/und wenigstens ein elek­ tromagnetisches Element angeordnet ist. Diese Ausführung kann bei­ spielsweise dann bevorzugt sein, wenn man mit einem besonders flexiblen Zylinder arbeiten möchte.

Wenn in der vorstehenden Anmeldung der Begriff "flexibler Zylinder" verwendet wird, so seien damit nicht nur einstückige Gebilde gemeint, sondern auch einzelne kettenartig zusammenhängende Glieder umfassende Gebilde. Beispielsweise kann ein flexibler Zylinder in dem vorstehend angegebenen Sinn von einer Mehrzahl von Elementen aus magnetisierbarem oder/und magnetisiertem oder/und permanentmagnetischem Material oder/und einer Mehrzahl von elektromagnetischen Elementen gebildet sein, welche an einem gemeinsamen Träger gehalten sind, beispielsweise ange­ lenkt oder geführt sind, und über diesen miteinander verbunden sind.

Ferner ist es möglich, daß diejenige Anordnung, Läuferanordnung oder Ständeranordnung, welche nicht mit den Erregerwicklungen versehen ist, einen ersten Zylinder aus einem beliebigen geeigneten festen Werkstoff umfaßt, der mit einem zweiten Zylinder aus magnetisierbarem oder/und magnetisiertem oder/und permanentmagnetischem Material verbunden ist.

Wie vorstehend bereits erwähnt, kann die Wechselwirkung von Läufer­ anordnung und Ständeranordnung auf einer attraktiven Wechselwirkung des magnetisierbaren oder/und magnetisierten oder/und permanentmagnetischen Materials oder/und des wenigstens einen elektromagnetischen Elements mit dem von den Erregerwicklungen erzeugten Magnetfeld beruhen. Bei Einsatz von magnetisiertem oder/und permanentmagnetischem Material oder/und des wenigstens einen elektromagnetischen Elements kann zusätzlich oder alternativ auch auf die repulsive magnetische Wechselwirkung zurück­ gegriffen werden. Durch eine entsprechende Bestromung einander gegen­ überliegender Erregerwicklungen kann beispielsweise ein permanent­ magnetischer, starrer Zylinder in einem Abschnittsbereich von der Ständerwicklung angezogen werden, während er in dem gegenüberliegen­ den Abschnittsbereich von der Ständerwicklung abgestoßen wird. Die doppelte magnetische Beeinflussung des Läufers verbessert die Sicherheit der Führung der Läuferanordnung und erhöht gegebenenfalls das übertrag­ bare Drehmoment.

Im Hinblick auf eine möglichst einfache Ansteuerung der Bestromung der Erregerwicklungen ist es bevorzugt, daß das Magnetfeld der aus magneti­ siertem oder/und permanentmagnetischem Material gebildeten Teile oder/und des wenigstens einen elektromagnetischen Elements der Läufer­ anordnung bzw. der Ständeranordnung derart orientiert ist, daß alle den Erregerwicklungen zugewandten Oberflächen dieser Teile die gleiche Polarität aufweisen. In diesem Fall kann auf das Vorsehen eines die Drehstellung des Läufers erfassenden Hall-Sensors verzichtet werden. Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn die Erregerwicklungen einzeln angesteuert werden können, d. h. unabhängig voneinander mit Strom beschickt werden können.

Die Ankopplung der Läuferanordnung an die Ausgangswelle des Elektro­ motors kann auf unterschiedliche Art und Weise vorgenommen werden. Beispielsweise kann eine flexible Buchse vorgesehen sein, die einenends mit der Läuferanordnung und andernends mit der Ausgangswelle des Elektro­ motors verbunden ist. Dabei kann die Buchse wenigstens in einem zwischen ihren beiden Enden angeordneten Teilabschnitt balgenartig ausgebildet sein. Alternativ ist es jedoch auch möglich, daß an der Ausgangswelle des Elek­ tromotors ein Ausgangselement befestigt ist, welches mit der Läuferanord­ nung in reibschlüssigem oder/und formschlüssigem Eingriff steht, wobei beispielsweise das Ausgangselement mit einer Verzahnung versehen ist, welche mit einem weiteren Teil der Verzahnung der Läuferanordnung bzw. mit einer weiteren Verzahnung der Läuferanordnung kämmt. Für diesen zweiten Verzahnungseingriff zwischen Läuferanordnung und Ausgangsele­ ment gilt das vorstehend für den Verzahnungseingriff von Läuferanordnung und Ständeranordnung Gesagte. Insbesondere kann die Drehbewegung mit­ tels dieses zweiten Verzahnungseingriffs nochmals untersetzt werden, was insgesamt die Erzielung sehr hoher Untersetzungsverhältnisse ermöglicht.

Schließlich kann an der Ausgangswelle ein Ausgangselement angeordnet sein, wobei an dem Ausgangselement oder der Läuferanordnung, wenig­ stens ein Mitnehmervorsprung vorgesehen ist, der in eine längliche Ausnehmung am jeweils anderen Teil, Läuferanordnung oder Ausgangs­ element, in Umfangsrichtung in Mitnehmereingriff, in Achs- bzw. Radial­ richtung jedoch gleitverschieblich eingreift.

Um auch bei Einsatz eines starren Zylinders in der Läuferanordnung eine möglichst hohe Laufruhe des erfindungsgemäßen Elektromotors sicherstellen zu können, wird vorgeschlagen, daß ein weiterer starrer Zylinder vorgesehen ist, welcher bei bezüglich der Ständerachse exzentrischer Anordnung im wesentlichen das gleiche Trägheitsmoment aufweist wie der eine starre Zylinder und mit der gleichen Drehzahl um die Ständerachse umläuft wie der eine starre Zylinder, jedoch mit einer Phasenverschiebung um 180°.

Um sicherstellen zu können, daß sich die Ausgangswelle des erfindungs­ gemäßen Elektromotors bei Stromausfall nicht unkontrolliert dreht, wird vorgeschlagen, daß ein Drehsicherungselement vorgesehen ist, welches mittels einer Federeinrichtung in eine Drehsicherungsstellung vorgespannt ist, in welcher es mit der Ausgangswelle oder einem mit dieser drehfest verbundenen Teil reibschlüssig oder/und formschlüssig zusammenwirkt, und daß eine elektrisch betätigbare Rückholeinrichtung vorgesehen ist, welche das Drehsicherungselement gegen die Vorspannkraft der Federeinrichtung aus der Drehsicherungsstellung in eine Freigabestellung zurückzieht.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung einen Elektro­ motor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Läuferanordnung an ihrer Außenumfangsfläche mit wenigstens einem Nocken versehen ist, und eine flexible Hülse umfaßt, in welcher den wenigstens einen Nocken im wesentli­ chen spielfrei, jedoch relativ zu dieser beweglich aufgenommen ist, und daß die Außenumfangsfläche der flexiblen Hülse mit der Innenumfangsfläche eines relativ zur Ständeranordnung unbeweglichen Rings in reibschlüssigem oder/und formschlüssigem Eingriff steht.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:

Fig. 1a einen erfindungsgemäßen Elektromotor mit Außenläufer und Ständerwicklung, bei dem die Läuferanordnung von einem starren Zylinder gebildet ist;

Fig. 1b eine Schnittansicht des Elektromotors gemäß Fig. 1a längs der Linie Ib-Ib;

Fig. 2a und 2b Ansichten analog Fig. 1a und 1b eines Elektromotors mit flexiblem Außenläufer und Ständerwicklung;

Fig. 2c ein Detail einer abgewandelten Ausführung einer Läufer­ anordnung;

Fig. 3a und 3b Ansichten analog Fig. 1a und 1b einer Ausführungs­ variante eines Elektromotors mit starrem Außenläufer und Ständerwicklungen;

Fig. 4a und 4b Ansichten analog Fig. 2a und 2b einer Ausführungs­ variante eines Elektromotors mit flexiblen Außenläufern;

Fig. 5a und 5b Ansichten analog Fig. 2a und 2b einer weiteren Ausfüh­ rungsvariante eines Elektromotor mit flexiblem Außen­ läufer;

Fig. 5c eine Ansicht ähnlich Fig. 5b einer abgewandelten Ausführung des Elektromotors gemäß Fig. 5a und 5b;

Fig. 6a und 6b Ansichten analog Fig. 1a und 1b eines Elektromotors mit starrem Außenläufer, der von einem ständerfesten äußeren Ring umgeben ist;

Fig. 6c ein Detail einer abgewandelten Ausführung des Elektro­ motors gemäß Fig. 6a und 6b;

Fig. 7a und 7b Ansichten analog Fig. 2a und 2b eines Elektromotors mit flexiblem Außenläufer, der von einem ständerfesten äußeren Ring umgeben ist;

Fig. 8a und 8b Ansichten analog Fig. 1a und 1b eines Elektromotors mit Innenläufer und Läuferwicklung;

Fig. 8c ein Detail einer abgewandelten Ausführung des Elektro­ motors gemäß Fig. 8a und 8b;

Fig. 9a und 9b Ansichten analog Fig. 1a und 1b eines Elektromotors mit Außenläufer und Läuferwicklung;

Fig. 10a und 10b Ansichten analog Fig. 1a und 1b eines Elektromotors mit starrem Innenläufer und Ständerwicklung;

Fig. 10c eine grobschematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Elektromotors gemäß Fig. 10a und 10b;

Fig. 11a und 11b Ansichten analog Fig. 2a und 2b eines Elektromotors mit flexiblem Innenläufer und Ständerwicklung;

Fig. 12 ein Strom-Zeit-Diagramm zur Erläuterung einer möglichen Art der Bestromung der Erregerwicklungen;

Fig. 13 ein Strom-Zeit-Diagramm zur Erläuterung einer weiteren Art der Bestromung der Erregerwicklungen;

Fig. 14 eine Abwicklung der die Polschuhe der Erregerwick­ lungen aufweisenden Umfangsfläche eines erfindungs­ gemäßen Elektromotors; und

Fig. 15 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit Außenläufer und Ständerwicklung.

Das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Elektromotors soll zunächst anhand eines Elektromotors mit Außenläufer und Ständerwicklung näher erläutert werden, bevor Varianten mit Innenläufer oder/und Läuferwicklung diskutiert werden.

In den Fig. 1a und 1b ist ein erfindungsgemäßer Elektromotor allgemein mit 10 bezeichnet. Er umfaßt eine Ständeranordnung 12 und eine Läuferanord­ nung 14. Die Ständeranordnung 12 umfaßt eine Mehrzahl von Erregerwick­ lungen 16, deren Wicklungsachsen 16a bezüglich der Ständerachse A im wesentlichen sternförmig angeordnet sind.

In der Darstellung gemäß Fig. 1a sind die Erregerwicklungen 16 sowie die Ankeranordnung nebst Polschuhen 28 der übersichtlicheren Darstellung halber nicht im einzelnen gezeigt. Vielmehr ist die Gesamtheit der Ständeranordnung 12 grobschematisch als zwölfspeichiges Rad dargestellt. Dabei sollen die zwölf Speichen andeuten, daß es sich um eine Ständer­ anordnung mit zwölf Erregerwicklungen 16 handelt. Selbstverständlich können auch Ständeranordnungen mit mehr als zwölf oder weniger als zwölf Erregerwicklungen eingesetzt werden, beispielsweise Ständer mit sechs Erregerwicklungen. Es versteht sich, daß eine höhere Anzahl von Erregerwicklungen 16 sich günstig auf einen gleichmäßigen Lauf des Elektromotors 10 auswirkt. Die Erregerwicklungen 16 könne mittels einer nicht dargestellten Steuereinheit unabhängig voneinander mit Strom beschickt werden.

In dem in den Fig. 1a und 1b dargestellen Ausführungsbeispiel umfaßt die Läuferanordnung 14 einen im wesentlichen starren Hohlzylinder 18 mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, der aus einem magnetisierbaren Material gefertigt ist. Bei der Wahl des Materials sollte auf die Laufruhe des Elektromotors 10 geachtet werden. Eine in diesem Zusammenhang interes­ sierende Eigenschaft des magnetisierbaren Materials ist dessen Remanenz, d. h. dessen Restmagnetisierung beim Abschalten der Bestromung einer Erre­ gerwicklung.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a ist mittels der nicht dar­ gestellten Steuereinheit lediglich die Erregerwicklung 16 ₁ mit Strom beschickt und erzeugt ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld magnetisiert den ihm benachbarten Bereich 18 ₁ des Zylinders 18. Aufgrund der attraktiven Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld der Erregerwicklung 16 ₁ wird der magnetisierte Bereich 18 ₁ des Zylinders 18 angezogen, bis der Zylinder 18 mit einer Innenumfangsfläche 18a an der Außenumfangsfläche 12a der Ständeranordnung 12 anliegt.

Da der Innenumfang U_L der Läuferanordnung 14 größer ist als der Außen­ umfang U_S der Ständeranordnung 12, hat der Zylinder 18 auf der der Erregerwicklung 16 ₁ gegenüberliegenden Seite der Ständeranordnung 12 maximalen Abstand von der Oberfläche 12a der Ständeranordnung 12. Dieser Bereich maximalen Abstands sei im folgenden kurz als "Nocken­ bereich N" bezeichnet.

Fig. 12 zeigt ein Strom-Zeit-Diagramm, das zur Erläuterung der Funktion der nicht dargestellten Steuereinheit dient. Der vorstehend beschriebene Zu­ stand des Elektromotors 10 entspricht in dem Strom-Zeit-Diagramm gemäß Fig. 12 dem Betriebszeitpunkt t₀. Zu diesem Zeitpunkt t₀ wird lediglich die Erregerwicklung 16 ₁ mit Strom beschickt, während alle anderen Erreger­ wicklungen stromlos geschaltet sind. Im weiteren Verlauf der Zeit t nimmt die der Erregerwicklung 16 ₁ zugeführte Stromstärke I(16 ₁) ab, während der die Erregerwicklung 16 ₂ durchfließende Strom allmählich zunimmt. Gemäß Fig. 12 sind die Stromverläufe I(16 ₁) und I(16 ₂) derart gewählt, daß der Gesamtstrom, d. h. die Summe aller Stromstärken, im wesentlichen konstant bleibt. Infolge dieser Ansteuerung der Erregerwicklungen 16 ₁ und 16 ₂ nimmt das von der Erregerwicklung 16 ₁ ausgehende Magnetfeld allmählich an Stärke ab, während das von der Erregerwicklung 16 ₂ erzeugte Magnetfeld allmählich an Stärke gewinnt, bis zum Zeitpunkt t₁ das Magnetfeld voll­ ständig von der Erregerwicklung 16 ₁ an die Erregerwicklung 16 ₂ weiter­ gegeben worden ist. Zum Zeitpunkt t₁ wird folglich der Zylinder 18 auch nicht mehr im Bereich 18 ₁, sondern nunmehr im Bereich 18 ₂ von der Stän­ deranordnung 12 angezogen.

Eine steuerungstechnisch einfachere Art der Weitergabe des Magnetfelds von Erregerwicklung zu Erregerwicklung ist in dem Strom-Zeit-Diagramm gemäß Fig. 13 dargestellt. Gemäß diesem Diagramm werden die einzelnen Erregerwicklungen mit Rechteck-Impulsen beschickt, d. h. der Strom, mit dem eine der Erregerwicklungen, beispielsweise die Erregerwicklung 16 ₁, beschickt wird, wird zu einem Zeitpunkt t' instantan eingeschaltet, verbleibt für eine vorbestimmte Zeitdauer auf einem konstanten Wert I(16 ₁)' und fällt dann zum Zeitpunkt t'' instantan wieder auf Null ab, wobei gleichzeitig der Strom für die Erregerwicklung 16 ₂ instantan eingeschaltet wird.

Einem unrunden Lauf des Elektromotors 10, der sich aus dieser sprung­ haften Weitergabe des Erregerstroms und somit des Magnetfelds ergeben würde, kann durch eine in Richtung der Ständerachse A gesehene, über­ lappende Anordnung der Erregerwicklungen 16 bzw. der mit diesen verbun­ denen Polschuhen 28 vorgebeugt werden. In Fig. 14 ist diese überlappende Anordnung der Polschuhe 28 in einer Abwicklung der äußeren Umfangs­ fläche 12a der Ständeranordnung 12 dargestellt.

Die Rundheit des Laufs des Elektromotors kann auch bei Einsatz der Pol­ schuhanordnung gemäß Fig. 14 durch eine Bestromung der Erregerwicklun­ gen gemäß dem in Fig. 12 dargestellten Strom-Zeit-Diagramm weiter verbessert werden.

Wird das Magnetfeld unter dem Einfluß der nicht dargestellten Steuereinheit von Erregerwicklung zu Erregerwicklung weitergegeben, so ergibt sich insgesamt also ein mit einer vorbestimmten Drehzahl n_M um die Ständerachse A herumwanderndes Magnetfeld, dem der Kontaktbereich zwischen Ständeranordnung 12 und Läuferanordnung 14 bzw. der Nocken­ bereich N mit der gleichen Drehzahl n_M folgt. Diese Bewegung hat allerdings nicht zur Folge, daß sich die Läuferanordnung 14 insgesamt mit dieser Drehzahl n_M um die Ständerachse A dreht. Da der Zylinder 18 nicht immer mit dem gleichen Bereich von den Erregerwicklungen 16 der Ständeranord­ nung 12 angezogen wird, sondern vielmehr mit aufeinanderfolgenden Berei­ chen 18 ₂, 18 ₂ auf der Oberfläche 12a der Ständeranordnung abrollt, wird auch der Nockenbereich N von aufeinanderfolgenden Umfangsabschnitten des Zylinders 18 gebildet.

Aus den vorstehenden Betrachtungen ergibt sich für die Drehzahl n_L unter der Voraussetzung eines schlupffreien Abrollens des Zylinders 18 auf der äußeren Oberfläche 12a der Ständeranordnung 12 folgende Beziehung:

n_L = (U_L-U_S)/U_L.n_M.

Das schlupffreie Abrollen der Läuferanordnung 14 auf der Ständeranordnung 12 kann beispielsweise mittels einer an der Läuferanordnung 14 vorgesehe­ nen Innenverzahnung 24 und einer an der Ständeranordnung vorgesehenen Außenverzahnung 26 sichergestellt werden.

Gemäß vorstehendem führt die Läuferanordnung 14 eine verglichen mit der Drehbewegung des Magnetfelds ins Langsame übersetzte Drehbewegung aus, wobei das Untersetzungsverhältnis zum einen von der Außenumfangs­ länge U_S der Ständeranordnung 12 und zum anderen der Innenumfangslänge U_L der Läuferanordnung 14 abhängt. Die exzentrische Bewegung der Läufer­ anordnung 14 um die Ständeranordnung 12 herum und insbesondere die Bewegung des Nockenbereichs N kann mit der Fortpflanzung eines Wellen­ bergs in Stromabwärtsrichtung in einem fließenden Gewässer verglichen werden: Der dem Wellenberg entsprechende Nockenbereich N pflanzt sich wesentlich schneller fort als die den Wassermolekülen entsprechenden einzelnen Umfangsabschnitte des Zylinders 18.

Gemäß Fig. 1b ist die Läuferanordnung 12 mit der Ausgangswelle 20 des Elektromotors über eine balgenartige Hülse 22 verbunden, die lediglich eine radiale Balgenfalte 22a umfaßt. Es versteht sich, daß auch mehrere radiale Balgenfalten vorgesehen sein können.

In den Fig. 2a und 2b ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Elektromotors mit Außenläufer und Ständerwicklung dargestellt, die im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1a und 1b entspricht. Daher sind nachstehend analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1a und 1b, jedoch vermehrt um die Zahl 100. Die Ausführungs­ form gemäß Fig. 2a und 2b wird im folgenden nur insoweit beschrieben werden, als sie sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1a und 1b unter­ scheidet, auf deren Beschreibung hiermit ansonsten ausdrücklich verwiesen sei.

Der Elektromotor 110 unterscheidet sich vom Elektromotor 10 gemäß Fig. 1a und 1b zum einen durch den Aufbau der Läuferanordnung 114, die einen flexiblen Hohlzylinder 118 aus magnetisierbarem Material umfaßt. Zum anderen unterscheidet er sich vom Elektromotor 10 dadurch, daß die Läuferanordnung 114 nicht an der Außenumfangsfläche des Ständeranord­ nung 112 abrollt, sondern am Außenumfang U_S' eines in Achsrichtung A vor der Ständeranordnung 112 angeordneten Scheibenteils 113. Analog zur Ausführungsform gemäß Fig. 1a und 1b, weist der Innenumfang U_L der Läuferanordnung 114 eine größere Länge auf als der Außenumfang U_S' des Scheibenteils 113.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 2a werden die Erregerwicklungen 116 der Ständeranordnung 112 derart mit Strom beschickt, daß jeweils zwei einander gegenüberliegende Erregerwicklungen, im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel sind dies die Erregerwicklungen 116 ₁ und 116 ₇, gleichzeitig mit Strom beschickt werden. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a wird infolge der Magnetisierung benachbarter Abschnitte des flexiblen Zylinders 118 dieser in Kontakt mit dem Scheibenteil 113 gezogen, wobei sich aufgrund der Federelastizität des Zylindermaterials in den zwischen den angezogenen Umfangsabschnitten liegenden Bereichen zwei Nocken N₁ und N₂ ausbilden. Durch Weitergabe des magnetischen Felds an die Erreger­ wicklungen 116 ₂ und 116 ₈ wandern auch die Nockenbereiche N₁ und N₂ im Uhrzeigersinn um die Ständerachse A. Gemäß Fig. 2b erfolgt die Verbindung der Läuferanordnung 114 mit der Ausgangswelle 120 des Elektromotors 110 analog zur Ausführungsform gemäß Fig. 1b über eine Balgenhülse 122.
Was das erzielbare Untersetzungsverhältnis anbelangt, kann auf die Ausfüh­ rungen zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a und 1b verwiesen werden, wobei allerdings anstelle der Umfangslänge U_S der Ständeranordnung 12 die Umfangslänge U_S' des Scheibenteils 113 zu berücksichtigen ist. Festzuhal­ ten ist, daß es bei Einsatz eines flexiblen Zylinders 118 auch durchaus denkbar ist, durch entsprechende Beschickung der Erregerwicklungen 116 mit Strom mit mehr als zwei Nockenbereichen zu arbeiten.

In Fig. 2c ist eine Ausführungsvariante 118A des flexiblen Zylinders 118 des Elektromotors 110 gemäß Fig. 2a und 2b dargestellt. Der flexible Zylinder 118A ist aus relativ dünnem und somit biegsamem Wellblech gefer­ tigt. Diese Art der Fertigung stellt in einfacher Weise eine Innenverzahnung 124A bereit, welche mit einer entsprechenden Außenverzahnung der Ständeranordnung einen formschlüssigen eingriff eingehen kann.

In den Fig. 3a und 3b ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Elektromotors mit Außenläufer und Ständerwicklung dargestellt, die im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1a und 1b entspricht. Daher sind nachstehend analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1a und 1b, jedoch vermehrt um die Zahl 200. Die Ausführungs­ form gemäß Fig. 3a und 3b wird im folgenden nur insoweit beschrieben werden, als sie sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1a und 1b unter­ scheidet, auf deren Beschreibung hiermit ansonsten ausdrücklich verwiesen sei.

Der Elektromotor 210 gemäß Fig. 3a unterscheidet sich von dem Elektro­ motor 10 gemäß Fig. 1a zum einen dadurch, daß die die Ständeranordnung 212 umgebende Läuferanordnung 214 aus zwei ineinander angeordneten Zylindern 218' und 218'' gebildet ist, und zum anderen in der Art der Verbindung der Läuferanordnung 214 mit der Ausgangswelle 220 des Elektromotors.

Die Läuferanordnung 214 gemäß Fig. 3a kann beispielsweise dann von Vor­ teil sein, wenn man mit einem Zylinder 218' aus permanentmagnetischem Material arbeiten möchte. In diesem Fall empfiehlt es sich nämlich, zwischen der äußeren Oberfläche 212a der Ständeranordnung 212 und der inneren Umfangsfläche 218a dieses permanentmagnetischen Zylinders 218' ein Abstandselement aus nichtmagnetisierbarem Material vorzusehen, das das Wiederabheben des Zylinders 218' von der Umfangsfläche 212a der Stän­ deranordnung 212 erleichtert.

Der Einsatz eines permanentmagnetischen Rings 218' kann beispielsweise deshalb erwünscht sein, weil er es ermöglicht, zum einen die Erreger­ wicklung 216 ₁ derart mit Strom zu beschicken, daß sich zwischen dem permanentmagnetischen Zylinder 218' und dem von ihr erzeugten Magnet­ feld eine attraktive Wechselwirkung ergibt, und zum anderen die Erre­ gerwicklung 216 ₇ derart mit Strom zu beschicken, daß sich zwischen dem Zylinder 218' und dem von ihr erzeugten Magnetfeld eine repulsive Wech­ selwirkung ergibt. Dies hat den Vorteil einer sichereren Führung der Läuferanordnung 214. Um die Beschickung der Erregerwicklungen mit Strom steuerungstechnisch möglichst einfach gestalten zu können, ist der permanentmagnetische Zylinder dabei derart polarisiert, daß er in sämtlichen Umfangsabschnitten der Ständeranordnung 212 die gleiche Polarität zu­ kehrt.

Wiederum können die Außenumfangsfläche 212a der Ständeranordnung 212 und die Innenumfangsfläche 214a der Läuferanordnung 214 mit Ver­ zahnungen versehen sein. Dabei kann die Innenverzahnung der Läufer­ anordnung 214 ferner mit einer Außenverzahnung eines Scheibenelements 230 in Eingriff stehen, das mit der Ausgangswelle 220 des Elektromotors 210 verbunden ist, um auf diese Weise die Drehbewegung der Läufer­ anordnung 214 abzugreifen. Mittels dieses zweiten Verzahnungseingriffs kann die bezüglich des magnetischen Wanderfelds ohnehin schon ins Lang­ same übersetzte Drehung der Läuferanordnung 214 nochmals ins Langsame übersetzt werden, so daß sich insgesamt sehr hohe Untersetzungsverhält­ nisse erzielen lassen.

In den Fig. 4a und 4b ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Elektromotors mit Außenläufer und Ständerwicklung dargestellt, die im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 2a und 2b entspricht. Daher sind nachstehend analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 2a und 2b, jedoch vermehrt um die Zahl 200, insgesamt also vermehrt um die Zahl 300. Die Ausführungsform gemäß Fig. 4a und 4b wird im folgenden nur insoweit beschrieben werden, als sie sich von der Aus­ führungsform gemäß Fig. 2a und 2b unterscheidet, auf deren Beschreibung hiermit ansonsten ausdrücklich verwiesen sei.

Beim Elektromotor 310 gemäß Fig. 4a umfaßt die Läuferanordnung 314 einen flexiblen, federelastischen Zylinder 318' aus nichtmagnetisierbarem Material, auf dessen äußerer Umfangsfläche permanentmagnetische Elemen­ te 318' angeordnet sind. Das Vorsehen der permanentmagnetischen Ele­ mente 318' hat dieselben Vorteile, wie sie für den permanentmagnetischen Zylinder 218' gemäß Fig. 3a beschrieben worden sind. Da der Elektromotor 310 gemäß Fig. 4a aufgrund der Flexibilität des Zylinders 318'' im wesentlichen dem Elektromotor 110 gemäß Fig. 2a entspricht, haben die permanentmagnetischen Elemente 218' auf seine Funktion nur insofern einen Einfluß, als durch gleichzeitiges Beschicken der Erregerwicklungen 316 ₁, 316 ₄, 316 ₇ und 310 ₁₀ die beiden Nockenbereiche N₁ und N₂ sowohl durch attraktive als auch durch repulsive magnetische Wechselwirkung um die Achse A der Ständeranordnung 312 herumgeführt werden können.

Gemäß Fig. 4b erfolgt die Kopplung der Läuferanordnung 314 mit der Ausgangswelle 320 des Elektromotors 310 über eine Balgenhülse 322, die aber im Unterschied zu den Balgenhülsen 22 und 122 gemäß Fig. 1b bzw. 2b axiale Balgenfalten 322 umfaßt.

Festzuhalten ist, daß auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3a und 3b anstelle des permanentmagnetischen Zylinders 218'' eine Mehrzahl perma­ nentmagnetischer Elemente entsprechend den Elementen 318'' eingesetzt werden können, und daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4a und 4b ebenfalls ein flexibler permanentmagnetischer Zylinder anstelle der Elemente 318'' eingesetzt werden kann.

In den Fig. 5a und 5b ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Elektromotors mit Außenläufer und Ständerwicklung dargestellt, die im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 2a und 2b entspricht. Daher sind nachstehend analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 2a und 2b, jedoch vermehrt um die Zahl 300, insgesamt also vermehrt um die Zahl 400. Die Ausführungsform gemäß Fig. 5a und 5b wird im folgenden nur insoweit beschrieben werden, als sie sich von der Aus­ führungsform gemäß Fig. 2a und 2b unterscheidet, auf deren Beschreibung hiermit ansonsten ausdrücklich verwiesen sei.

Fig. 5a und 5b zeigen eine weitere Ausführungsform eines Elektromotors 410 mit einer flexiblen Läuferanordnung 414, die die Ständeranordnung 412 umgibt. Dabei wird die Flexibilität der Läuferanordnung 414 nicht wie bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 2a und 4a durch die Biegsamkeit des sie bildenden Materials bereitgestellt, sondern eher einer Kette ver­ gleichbar durch eine bewegliche Verbindung einer Mehrzahl von beispiels­ weise starren Elementen. So umfaßt die Läuferanordnung 414 eine Mehr­ zahl permanentmagnetischer Elemente 418', die in einer entsprechenden Mehrzahl von Aufnahmen 432a eines Trägerkörper 432 bezüglich der Stän­ derachse A radial beweglich aufgenommen sind. Die Aufnahmen 432a sind dabei entsprechend der Mantellinie eines Zylinders angeordnet, so daß man in dem vorstehend erläuterten Sinn wiederum von einer Läuferanordnung sprechen kann, die einen flexiblen Zylinder umfaßt.

Die Ständeranordnung 412 ist an ihrem Außenumfang mit einer Verzahnung 424 versehen, während die permanentmagnetischen Elemente 418' an ihrer der Ständeranordnung 412 zugewandten Seite jeweils mit einer Innenver­ zahnung 426 versehen sind. Die permanentmagnetischen Element 418' sind vorzugsweise derart orientiert, daß sie der Ständeranordnung 412 alle die gleiche Magnetpolarität zukehren. Durch entsprechende Beschickung der Erregerwicklungen 416 mit Strom können somit die Elemente 418' gezielt zur Ständeranordnung 412 hin angezogen werden, so daß die Verzahnun­ gen 424 und 426 miteinander in Eingriff treten, oder von der Ständer­ anordnung 412 in die jeweiligen Aufnahmen 432a zurückgestoßen werden.

In der Darstellung gemäß Fig. 5 sind die Erregerwicklungen 416 ₁ und 416 ₂ im Sinne einer attraktiven Wechselwirkung mit den Elementen 418' mit Strom beschickt, während die anderen Erregerwicklungen 416 im Sinne einer repulvisen Wechselwirkung mit Strom beschickt sind. Durch Weiter­ gabe des vorstehend dargelegten Strombeschickungsmusters, beispiels­ weise im Uhrzeigersinn, können nacheinander sämtliche permanentmagneti­ schen Elemente 418' mit der Oberfläche der Ständeranordnung 412 in Eingriff gebracht werden. Durch eine Differenz der Zahnanzahl der Außenverzahnung 424 der Ständeranordnung zur Summe der Zähne der Verzahnungen 426 der Elemente 418' kann wie bei den vorstehenden Aus­ führungsformen die Drehbewegung des Magnetfelds der Ständeranordnung 412 ins Langsame übersetzt werden, wobei diese Bewegung von den Ele­ menten 418' auf Trennwände 432b der Aufnahmen 432a des Trägerkörpers 432 und vom Trägerkörper 432 über eine starre Verbindung 434 auf die Ausgangswelle 420 des Elektromotors 410 übertragen werden kann.

Ein Vorteil der Ausführungsform gemäß Fig. 5a und 5b besteht darin, daß die permanentmagnetischen Elemente 418', die durch entsprechende Be­ stromung der Erregerwicklungen 416 gerade in Kontakt mit der Ständer­ anordnung 412 angezogen sind, bei einem Stromausfall in Kontakt mit der Ständeranordnung 412 verharren, da sie aufgrund ihres eigenen Magnetfelds mit den Polschuhen 428 der Erregerwicklungen 416 in attraktive Magnet­ wechselwirkung treten. Auch die anderen permanentmagnetischen Elemente 418 werden aufgrund dieser Wechselwirkung von der Ständeranordnung 412 angezogen, jedoch können aufgrund der verglichen mit der Anzahl von Zähnen der Verzahnung 424 größeren Gesamtanzahl von Zähnen der Ver­ zahnungen 426 nicht alle in Kontakt mit der Ständeranordnung 412 gelan­ gen. Dies ist auch nicht erforderlich, denn bereits der Eingriff der zum Zeitpunkt des Stromausfalls mit der Ständeranordnung 412 in Kontakt befindlichen Elemente 418' genügt aufgrund des Verzahnungseingriffs der Verzahnungen 424 und 426, um jegliche Relativdrehung zwischen Läufer­ anordnung 414 und Ständeranordnung 412 zu verhindern. Der Elektromotor 410 ist bei Stromausfall also selbstgehemmt.

In Fig. 5c ist in einer Fig. 5b entsprechenden Schnittdarstellung eine Ausführungsvariante des Elektromotors 410 gemäß Fig. 5a und 5b darge­ stellt. Bei diesem Elektromotor 510 gemäß Fig. 5c sind die permanent­ magnetischen Elemente 518' über einen Hebel 518'a an einem Träger 532 bei 532a radial verschwenkbar angebracht, wobei eine Verschwenkbewe­ gung nach radial außen beispielsweise durch einen Anschlag 532b begrenzt ist. Der Träger 532 ist mit der Ausgangswelle 520 des Elektromotor 510 starr verbunden. Hinsichtlich der Funktion des Elektromotors 510 sei auf die vorstehende Beschreibung des Elektromotors 410 verwiesen. Auch der Elek­ tromotor 510 ist bei Stromausfall selbstgehemmt.

In den Fig. 6a und 6b ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Elektromotors mit Außenläufer und Ständerwicklung dargestellt, die im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1a und 1b entspricht. Daher sind nachstehend analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1a und 1b, jedoch vermehrt um die Zahl 600. Die Ausführungs­ form gemäß Fig. 6a und 6b wird im folgenden nur insoweit beschrieben werden, als sie sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1a und 1b unter­ scheidet, auf deren Beschreibung hiermit ansonsten ausdrücklich verwiesen sei.

Der Elektromotor 610 gemäß Fig. 6a, der im wesentlichen dem Elektromotor 10 gemäß Fig. 1a entspricht, umfaßt neben der Ständeranordnung 612 und der Läuferanordnung 614 ferner einen äußeren, im wesentlichen starren Hohlzylinder 636 mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, der Ständeranordnung 612 und Läuferanordnung 614 umgibt. Genauer gesagt, steht der die Läuferanordnung 614 bildende Zylinder 618 im Betrieb des Elektromotors 610 mit ihrer Außenumfangsfläche 614b, die gegebenenfalls mit einer Verzahnung 624 versehen sein kann, in Eingriff mit der Innen­ umfangsfläche 636a des äußeren Zylinders 636, die ebenfalls mit einer Verzahnung 626 versehen sein kann. Nachzutragen ist noch, daß der Zylin­ der 636 relativ zur Ständeranordnung 612 unbeweglich festgelegt ist.

Die Läuferanordnung 614 kann - wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 1a - aus magnetisierbarem Material gebildet sein. Es ist jedoch ebenso möglich, daß sie - wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3a - aus einem permanentmagnetischen Material gebildet ist. Im ersteren Fall kann der Eingriff der beiden Verzahnungen 624 und 626 durch Beschickung der Erregerwicklung 616 ₂ herbeigeführt werden. Im letzteren Fall kann dieser Eingriff durch entsprechende Bestromung auch der Erregerwicklung 616 ₇ unterstützt werden.

Da die Läuferanordnung 614 nicht wie bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen am Außenumfang der Ständeranordnung abrollt, son­ dern am Innenumfang des starren Zylinders 636, wird das erzielbare Untersetzungsverhältnis auch vom Innenumfang U_R des Zylinders 636 und vom Außenumfang U_L' der Läuferanordnung 614 bestimmt. Darüber hinaus kommt es im Vergleich mit den vorstehend erläuterten Ausführungsformen zu einer Umkehr der Drehbewegung der Läuferanordnung; d. h. bei einer Drehung des Magnetfelds der Ständeranordnung 612 in der Darstellung. Gemäß Fig. 6a im Uhrzeigersinn dreht sich die Läuferanordnung 614 ent­ gegen dem Uhrzeigersinn. Bei den vorstehend erläuterten Ausführungs­ formen drehten das Magnetfeld der Ständeranordnung und die Läufer­ anordnung jeweils gleichsinnig.

Zur Ermöglichung der gegensinnigen Drehung empfiehlt es sich, die Ständeranordnung 612, die Läuferanordnung 614 und den Zylinder 636 derart zu dimensionieren, daß die Läuferanordnung 614 mit der Ständer­ anordnung 612 nicht in direkten Kontakt treten kann. Dies kann bei­ spielsweise dadurch erzielt werden, daß man den Außendurchmesser D_L der Läuferanordnung 614 größer wählt als die Summe des Innenradius R_R des Zylinders 636 plus dem Außenradius R_S der Ständeranordnung 612 plus der Dicke d der Läuferanordnung 614.

Die Drehung der Läuferanordnung 614 wird über eine Balgenhülse 622 abgegriffen, die mit der Ausgangswelle 620 des Elektromotors 610 verbunden ist.

Gemäß Fig. 6c kann die Läuferanordnung 614A von einem dem Zylinder 618 entsprechenden Zylinder 618A und einer flexiblen oder starren Hülse 619A gebildet sein, wobei der Zylinder 618A in der Hülse 619A im wesent­ lichen spielfrei, jedoch relativ zu dieser beweglich angeordnet ist. Die Hülse 619A kann beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein. Aufgrund der Rela­ tivbewegbarkeit von Zylinder 618A und Hülse 619A kann der Zylinder 618A mit der Ständeranordnung auch in Kontakt stehen, ohne daß die Funktion des Elektromotors beeinträchtigt würde. Die Ausgangsbewegung des Elek­ tromotor kann in diesem Fall sowohl von dem Zylinder 618A als auch von der Hülse 619A abgegriffen werden. Zur Sicherstellung eines im wesentli­ chen schlupffreien Abrollens der Hülse 619A am äußeren Ring 636A ist die Hülse 619A an ihrer Außenumfangsfläche mit einer Außenverzahnung 624A versehen, während der Ring 636A an seiner Innenfläche mit einer Innen­ verzahnung 626A versehen ist.

Beim Elektromotor 710 gemäß Fig. 7a umfaßt die von einem herkömmlichen Elektromotor abgeleitete Läuferanordnung 714 zwei Nockenbereiche N₁ und N₂, welche von einer flexiblen Hülse 738 umgeben sind, wobei die Nocken­ bereiche N₁ und N₂ in der Hülse 738 gleitbeweglich aufgenommen sind. Die Hülse 738 steht über ihre Außenumfangsfläche mit der Innenumfangsfläche eines bezüglich der Ständeranordnung 712 unbeweglich festgelegten Kreis­ zylinders in reibschlüssigem oder/und formschlüssigem Eingriff. Die ins Langsame übersetzte Drehbewegung des Elektromotors 710 wird über eine mit der Ausgangswelle 720 des Elektromotors verbundene Balgenhülse 722 von der flexiblen Hülse 738 abgegriffen.

Die vorstehend erläuterten Ausführungsformen betrafen alle erfindungs­ gemäße Elektromotoren mit Außenläufer und Ständerwicklung. Nachfolgend soll anhand der Fig. 8a, 8b, 9a, 9b, 10a und 10b an dem Elektromotor 10 gemäß Fig. 1a und 1b entsprechenden Ausführungsformen aufgezeigt wer­ den, daß das erfindungsgemäße Motorkonzept auch bei Elektromotoren mit Innenläufer und Läuferwicklung (Fig. 8a und 8b), Elektromotoren mit Außenläufer und Läuferwicklung (Fig. 9a und 9b) und Elektromotoren mit Innenläufer und Ständerwicklung (Fig. 10a und 10b) verwirklicht werden kann.

Bei dem Elektromotor 810 gemäß Fig. 8a und 8b ist die Ständeranordnung 812 von einem im wesentlichen starren Hohlzylinder mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt gebildet. Die die Erregerwicklungen 816 tragende Läuferanordnung 814 zieht sich bei Bestromung der Erregerwicklungen 816 aufgrund magnetischer Wechselwirkung in Kontakt mit der Innenumfangs­ fläche der Ständeranordnung 812. Aufgrund reibschlüssigen oder/und form­ schlüssigen Eingriffs, der durch Verzahnungen 824 und 826 sichergestellt werden kann, rollt die Läuferanordnung 814 bei Weiterschaltung des Magnetfelds in dem anhand der Ausführungsform gemäß Fig. 1a und 1b erläuterten Sinne an der Innenumfangsfläche der Ständeranordnung ab. Die Drehbewegung wird mittels einer Balgenhülse 822 von der Läuferanordnung 814 abgegriffen und an die Ausgangswelle 820 des Elektromotors 810 wei­ tergegeben. Die zur Beschickung der Erregerwicklungen 816 erforderliche Stromzuführung kann beispielsweise über Schleifkontakte 840 sichergestellt werden, die an der Ausgangswelle 820 angeordnet sind.

Zu der vom Elektromotor 810 gemäß Fig. 8a und 8b abgeleiteten Ausfüh­ rungsvariante gemäß Fig. 8c sei zusätzlich auf Fig. 2b verwiesen. Die Läuferanordnung 814A rollt an der Innenumfangsfläche eines Ringteils 813A ab, welches in Achsrichtung A vor der Ständeranordnung 812A angeordnet ist.

Bei dem Elektromotor 910 gemäß Fig. 9a und 9b ist die Ständeranordnung 912 von einem Vollzylinder gebildet, der von einem Läuferring 914 umgeben ist, an dem die Erregerwicklungen 916 angeordnet sind. Die Drehbewegung des Läuferrings 914 wird mittels einer Balgenhülse 922 auf die Ausgangs­ welle 920 des Elektromotors 910 übertragen. Wiederum stellen Schleif­ kontakte 940 die Versorgung der Erregerwicklungen 916 mit Strom sicher.

Beim Elektromotor 1010 gemäß Fig. 10a und 10b umfaßt die Läuferanord­ nung 1014 einen im wesentlichen starren Hohlzylinder 1018 im wesentli­ chen kreisförmigen Querschnitts, der an einer Innenumfangsfläche der die Erregerwicklungen 1016 tragenden Ständeranordnung 1012 gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Verzahnungseingriffs abrollt. Wiederum steht die Ausgangswelle 1020 des Elektromotors 1010 über eine Balgenhülse 1022 mit der Läuferanordnung 1040 in Kontakt.

Zu der vom Elektromotor 1010 gemäß Fig. 10a und 10b abgeleiteten Aus­ führungsvariante gemäß Fig. 10c sei zusätzlich auf Fig. 6a verwiesen. In die Läuferanordnung 1014A ist ein Scheibenteil 1036A eingesetzt, welches relativ zu der die Erregerwicklungen tragenden Ständeranordnung 1012A festgelegt und konzentrisch angeordnet ist. Der Außendurchmesser D_L' der Läuferanordnung 1014A ist kleiner als die Summe des Innenradius R_S' der Ständeranordnung 1012A plus dem Außenradius R_R' des in die Läuferanord­ nung 1014A eingreifenden Scheibenteils 1036A plus der Dicke d der Läufer­ anordnung 1014A, so daß zwischen der Innenumfangsfläche der Ständer­ anordnung 1012A und der Außenumfangsfläche der Läuferanordnung 1014A ein Spalt besteht. Die Läuferanordnung 1014A rollt auf der Außen­ umfangsfläche des Scheibenteils 1036A ab, gewünschtenfalls unter Zuhilfenahme von Verzahnungen 1024A und 1026A. Darüber hinaus sei auf die entsprechend anwendbare Ausführungsvariante gemäß Fig. 6c ver­ wiesen.

Der Elektromotor 1110 gemäß Fig. 11a und 11b unterscheidet sich von dem Elektromotor 1010 gemäß Fig. 10a und 10b lediglich dadurch, daß anstelle des starren Läuferrings 1018 ein flexibler Läuferring 1118 die Läufer­ anordnung 1114 bildet. Hinsichtlich der Ständeranordnung 1112 nebst deren Erregerwicklungen 1116 und der Verbindung der Läuferanordnung 1114 mit der Ausgangswelle 1120 des Elektromotors 1110 über eine Bal­ genhülse 1122 entspricht die Ausführungsform gemäß Fig. 11a und 11b jener gemäß Fig. 10a und 10b.

In Fig. 15 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromotors mit Außenläufer und Ständerwicklung dargestellt, die im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 1a und 1b entspricht. Daher sind nachstehend analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1a und 1b, jedoch vermehrt um die Zahl 1200. Die Ausführungsform gemäß Fig. 15 wird im folgenden nur insoweit beschrieben werden, als sie sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1a und 1b unterscheidet, auf deren Beschreibung hiermit ansonsten ausdrücklich verwiesen sei.

Die Läuferanordnung 1214 des Elektromotors 1210 umfaßt einen Ring 1218 aus permanentmagnetischem Material, dessen Magnetfeld derart orientiert ist, daß es der die Erregerwicklungen 1216 tragenden Ständeranordnung 1212 stets den magnetischen Südpol zukehrt. Durch Beschickung der Erre­ gerwicklungen 1216 ₁ und 1216 ₇ mit Strom entsprechender Stromrichtung kann erreicht werden, daß der Läuferring 1218 von der Erregerwicklung 1216 ₁ angezogen wird, während er von der Erregerwicklung 1216 ₇ abge­ stoßen wird.

Der Elektromotor 1210 gemäß Fig. 15 umfaßt darüber hinaus einen weiteren permanentmagnetischen Läuferring 1244, der von dem Läuferring 1218 in Achsrichtung A durch ein Distanzstück 1242 getrennt ist. Der Läuferring 1244 weist verglichen mit dem Läuferring 1218 genau die entgegesetzte Magnetpolarisation auf, d. h. das Magnetfeld der Läuferrings 1244 ist derart orientiert, daß es der Ständeranordnung 1212 stets den magnetischen Nordpol zukehrt. Daher wird der Läuferring 1244 von der Erregerwicklung 1216 ₁ abgestoßen und von der Erregerwicklung 1216 ₇ angezogen. Ansonsten sind die Läuferringe 1218 und 1244 identisch ausgebildet, insbesondere was den Eingriff mit der Ständeranordnung und ihre Massenverteilung anbelangt.

Infolgedessen laufen die beiden Magnetringe 1218 und 1244 mit der gleichen Drehzahl um die Ständeranordnung um, wobei sie allerdings aufgrund ihrer unterschiedlichen Magnetisierung eine Phasenverschiebung von 180° aufweisen. Somit kann der exzentrische Umlauf des Läuferrings 1244 eine Unwucht des Elektromotors 1210, die vom exzentrischen Umlauf des Läuferrings 1218 herrührt, im wesentlichen vollständig kompensieren.

Darüber hinaus weist der Elektromotor 1210 gemäß Fig. 15 eine Verdreh­ sicherung 1250 auf, welche die Läuferanordnung 1214 bei Stromausfall bezüglich des Gehäuses 1252 drehfest festlegt. Die Drehsicherung 1250 umfaßt eine Hülse 1254 aus magnetisierbarem Material, welche in Richtung der Motorachse A verschiebbar, jedoch im Umfangsrichtung unverdrehbar um die Ausgangswelle 1220 des Elektromotors 1210 herum angeordnet ist. Werden die Erregerspulen 1216 des Elektromotors 1210 mit Strom versorgt, so wird auch ein Elektromagnet 1256 der Drehsicherung 1250 mit Strom versorgt und zieht die Hülse 1254 gegen die Kraft einer Feder 1259 in Fig. 15 nach rechts zurück, so daß eine an ihrer Innenumfangsfläche 1254 vor­ gesehene Innenverzahnung 1254a außer Eingriff mit einer an der Motorwelle 1220a vorgesehenen Außenverzahnung 1220a gelangt und somit die Läufer­ anordnung 1214 freigibt. Bei Stromausfall drückt die Feder 1259 die Hülse 1254 mit ihrer Innenverzahnung 1254a wieder über die Außenverzahnung 1220a, so daß sich die Läuferanordnung 1214 nicht mehr bezüglich des Gehäuses 1252 drehen kann.

Darüber hinaus zeigt der Elektromotor 1210 gemäß Fig. 15 eine weitere Art und Weise, die Drehbewegung der Läuferanordnung 1214 auf die Aus­ gangswelle 1220 des Elektromotors 1210 zu übertragen. An der Motorwelle 1220 ist hierzu ein Scheibenkörper 1258 angeordnet, der mit einer Anzahl von radialen Schlitzen 1258a versehen ist. In diese Schlitze 1258a sind Mitnehmeransätze 1260 der Läuferanordnung 1214 eingesetzt. Die Mitneh­ meransätze 1260 können in den Schlitzen 1258a zwar in Radial- und Achsrichtung gleiten, nehmen den Scheibenkörper 1258 und somit die Motorwelle 1220 aber bei einer Bewegung um die Motorachse A mit.

Festzuhalten ist, daß die vorstehend anhand einzelner Ausführungsbeispiele erläuterten Merkmale auch an anderen der diskutierten Ausführungsformen eingesetzt werden können. Beispielsweise kann die Drehsicherung 1250 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 15 auch bei den anderen eingesetzt wer­ den, und zwar unabhängig davon, ob es sich um Ausführungen mit Innen­ läufer oder Außenläufer oder mit Ständerwicklungen oder Läuferwicklungen handelt. Auch sind die verschiedenen Formen des Übertragung der Dreh­ bewegung von der Läuferanordnung auf die Ausgangswelle des Elektro­ motors untereinander austauschbar.

Die erfindungsgemäßen Elektromotoren können nahezu in jedem techni­ schen Anwendungsgebiet mit Vorteil eingesetzt werden. Insbesondere eignen sie sich als Stellmotoren, Antriebsmotoren, Servo-Motoren, Schritt­ motoren und dergleichen. Dabei ist das erfindungsgemäße Motorprinzip nicht auf eine bestimmte Motorgröße beschränkt, sondern kann von Kleinst­ motoren bis hinaus zu großen Elektromotoren, beispielsweise zum Antrieb von Elektrofahrzeugen und dergleichen, variiert werden.

Im Bereich der Gartentechnik können die erfindungsgemäßen Motoren als Stellmotoren für Bewässerungsanlagen, Beleuchtungsanlagen usw., oder als Antriebsmotoren für Pumpen, Rasenmäher, Heckenscheren und dergleichen Gartengeräte eingesetzt werden. Im Bereich der Haushaltstechnik kommt die Anwendung als Antriebsmotoren sowohl in Großgeräten, wie Wasch­ maschinen, Geschirrspülern, Trocknern usw. in Frage, wie auch der Einsatz in Kleingeräten, wie elektrischen Zahnbürsten,- Rasierapparaten, Rührgerä­ ten, Mixern und dergleichen. Ferner eignen sich die erfindungsgemäßen Elektromotoren zum Antrieb jeder Art elektronischer Geräte, seien es Videorecorder, Videokameras, Drucker, Disketten- und CD-ROM-Laufwerke, Faxgeräte, Kopiergeräte etc. Sie können zur Verstellung jeder Art optischer Systeme, wie Fernrohren, Linsen, Spiegeln und dergleichen verwendet wer­ den, wie auch im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik als Stellmotoren für Fen­ sterheber, Schiebedächer, Sitzverstellungen, Scheinwerferverstellungen, Spiegelverstellungen, Antennenmotoren, für den Lenk- und Brems-Servo- Betrieb, zum Antrieb von Scheibenwischern, Zentralverriegelungen und dergleichen mehr. Im Bereich der Haustechnik kommen sie als Stellmotoren und Antriebsmotoren beispielsweise für Klimaanlagen, Fenster und Türen, Heizungsanlagen, Beleuchtungsanlagen, Antennenanlagen und Pumpen in Betracht. Im Baumaschinenbereich können sie als Stell- und Antriebsmoto­ ren für Reinigungsgeräte, Bohrmaschinen, Betonmischer, Förderanlagen usw. eingesetzt werden. Bezüglich des Rahabilitations-Bereichs sei lediglich auf den Antrieb von Rollstühlen und Personenhebeliften hingewiesen. Darüber hinaus eignen sich die erfindungsgemäßen Elektromotoren als Stellantriebe für Industrieroboter aller Art, beispielsweise Fertigungsroboter, Bestückungsroboter, Montageroboter, Kontrollroboter, Schweißroboter usw. Im Bereich der Werkzeugmaschinen eignen sie sich zum Antrieb von Dreh-, Fräs-, Bohrautomaten und dergleichen sowie der zugeordneten Spannfutter. Ferner können sie als Antriebs- und Stellmotoren für Näh-, Strick-, Stick-, Spinn- und Webmaschinen aller Art eingesetzt werden. Weitere Einsatz­ gebiete für erfindungsgemäße Elektromotoren als Stell- oder Antriebs­ motoren sind die Schiff-, Luft- und Raumfahrt, Spielwaren, Waffentechnik und viele mehr.

Die vorstehende Aufzählung versteht sich keinesfalls als abschließende Aufzählung, sondern soll nur einige mögliche Einsatzmöglichkeiten für die erfindungsgemäßen Elektromotoren aufzeigen.

Claims (46)

1. Elektromotor (10; 110) umfassend:

• - eine Ständeranordnung (12; 112) mit einer Ständerachse (A), und
• - eine die Ständeranordnung (12; 112) umgebende Außenläufer­ anordnung (14; 114),
  wobei die Ständeranordnung (12; 112) eine Mehrzahl von Erregerwicklungen (16; 116) mit bezüglich der Ständerachse (A) sternförmig angeordneten Wicklungsachsen (16a) umfaßt,
  wobei die Erregerwicklungen (16; 116) derart mit Strom beschickbar sind, daß sich ein um die Ständerachse (A) umlaufendes magnetisches Wanderfeld ergibt,
  wobei die Läuferanordnung (14; 114) infolge der magnetischen Wechselwirkung von Läuferanordnung (14; 114) und Ständeranord­ nung (12; 112) um die Ständerachse (A) herum bewegbar ist, und
  wobei der Innenumfang (U_L) der Läuferanordnung (14; 114) größer ist als der Außenumfangs (U_S) der Ständeranordnung (12; 112), dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferanordnung (14; 114) einen federelastischen und flexiblen Zylinder (118) oder einen im wesentlichen starren Zylinder (18) umfaßt, der magnetisierbares oder/und magnetisiertes oder/und permanentmagnetisches Material oder/und wenigstens ein elektromagnetisches Element aufweist, und daß die Erregerwicklungen (16; 116) ferner derart mit Strom beschickbar sind, daß sich der Zylinder (18; 118) aufgrund der Wechselwirkung mit dem Magnetfeld verformt oder bezüglich der Ständerachse (A) exzentrisch anordnet, und sich die Verformung bzw. die Exzentrizität der Anordnung des Zylinders (18; 118) entsprechend dem magnetischen Wanderfeld um die Ständerachse (A) herum bewegt.

2. Elektromotor (910) umfassend:

• - eine Ständeranordnung (912) mit einer Ständerachse (A), und
• - eine die Ständeranordnung (912) umgebende Außenläuferan­ ordnung (914) mit einer Läuferachse,

wobei die Läuferanordnung (914) eine Mehrzahl von Erreger­ wicklungen (916) mit bezüglich der Läuferachse sternförmig ange­ ordneten Wicklungsachsen umfaßt,
wobei die Erregerwicklungen (916) derart mit Strom beschick­ bar sind, daß sich ein um die Läuferachse umlaufendes magnetisches Wanderfeld ergibt,
wobei die Läuferanordnung (914) infolge der magnetischen Wechselwirkung von Läuferanordnung (914) und Ständeranordnung (912) um die Ständerachse (A) herum bewegbar ist, und
wobei der Innenumfang der Läuferanordnung (914) größer ist als der Außenumfangs der Ständeranordnung (912), dadurch gekennzeichnet, daß die Ständeranordnung (912) einen im wesentlichen starren Zylinder (918) umfaßt, der magnetisierbares oder/und magnetisiertes oder/und permanentmagnetisches Material oder/und wenigstens ein elektromagnetisches Element aufweist, und daß die Erregerwicklungen (916) ferner derart mit Strom beschickbar sind, daß sich die Läuferanordnung (914) aufgrund der magnetischen Wechselwirkung bezüglich der Ständerachse (A) exzentrisch anord­ net, und sich die Exzentrizität der Anordnung der Läuferanordnung (914) entsprechend dem magnetischen Wanderfeld um die Ständer­ achse (A) herum bewegt.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenumfangsfläche (U_L) der Läufer­ anordnung (14) mit einer der Ständeranordnung (12) zugeordneten Außenumfangsfläche (U_S) in reibschlüssigem oder/und formschlüssi­ gem Eingriff steht.

4. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferanordnung (14) an ihrer Innenumfangsfläche (U_L) mit einer Innenverzähnung (24) versehen ist, die mit einer der Ständeranordnung (12) zugeordneten Außenverzah­ nung (26) kämmt.

5. Elektromotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangsfläche (U_S) bzw. die Außenverzahnung an der Ständeranordnung (12) selbst vorgesehen ist.

6. Elektromotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangsfläche (U_S) bzw. die Außenverzahnung an wenigstens einem mit der Ständeranordnung (112) verbundenen und diesem benachbarten Ring- bzw. Scheibenteil (113) vorgesehen ist.

7. Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Ring- bzw. Schei­ benteil (113) in Richtung der Ständerachse (A) vor oder/und hinter der Ständeranordnung (112) und konzentrisch zur Ständerachse (A) angeordnet ist.

8. Elektromotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des wenigstens einen Ring- bzw. Scheibenteils größer ist als der Durchmesser der Ständeranordnung.

9. Elektromotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des wenigstens einen Ring- bzw. Scheibenteils kleiner ist als der Durchmesser der Ständeranordnung.

10. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein relativ zur Ständeranordnung (612) unbewegliches, die Läuferanordnung (612) umgebendes Ringteil (636) vorgesehen ist, wobei die Läuferanordnung (636) oder ein ihr zugeordnetes Element mit einer Innenumfangsfläche (U_R) des Ring­ teils (636) in reibschlüssigem oder/und formschlüssigem Eingriff steht.

11. Elektromotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferanordnung (614) eine Außenverzahnung (624) zugeordnet ist, die mit einer an dem Ringteil (636) vorgesehen Innenverzahnung (626) kämmt.

12. Elektromotor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangsfläche (U_S) der Stän­ deranordnung (612) und die Innenumfangsfläche (U_L') der Läufer­ anordnung (614) derart aufeinander abgestimmt ausgebildet oder angeordnet sind, daß eine Relativbewegung dieser beiden Umfangs­ flächen möglich ist.

13. Elektromotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (U_L') der Läufer­ anordnung (614) größer ist als die Summe von Innenradius (R_R) des die Läuferanordnung (614) umgebenden Ringteils (636) plus Außen­ radius (R_S) der Ständeranordnung (612) plus Dicke (d) der Läufer­ anordnung (614).

14. Elektromotor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein das magnetisierbare oder/und magnetisierte oder/und permanentmagnetische Material oder/und das wenigstens eine elektromagnetische Element umfassendes Teil (618') der Läuferanordnung (614) in einer flexiblen Hülse oder in einer starren Hülse (619') im wesentlichen spielfrei, jedoch relativ zu dieser beweglich angeordnet ist.

15. Elektromotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (619') an ihrer Außen­ umfangsfläche mit einer Außenverzahnung (624') versehen ist.

16. Elektromotor (1010; 1110) umfassend:

• - eine Innenläuferanordnung (1014; 1114) mit einer Läufer­ achse, und
• - eine die Läuferanordnung (1014; 1114) umgebende Ständer­ anordnung (1012; 1112) mit einer Ständerachse (A),

wobei die Ständeranordnung (1012; 1112) eine Mehrzahl von Erregerwicklungen (1016; 1116) mit bezüglich der Ständerachse (A) sternförmig angeordneten Wicklungsachsen umfaßt,
wobei die Erregerwicklungen (1016; 1116) derart mit Strom beschickbar sind, daß sich ein um die Ständerachse (A) umlaufendes magnetisches Wanderfeld ergibt,
wobei die Läuferanordnung (1014; 1114) infolge der magneti­ schen Wechselwirkung zwischen Läuferanordnung (1014; 1114) und Ständeranordnung (1012; 1112) in der Ständeranordnung (1012; 1112) bewegbar ist, und
wobei der Innenumfang der Ständeranordnung (1012; 1112) größer ist als der Außenumfangs der Läuferanordnung (1014; 1114), dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferanordnung (1014; 1114) einen federelastischen und flexiblen Zylinder (1114) oder einen im wesentlichen starren Zylinder (1014) umfaßt, der magnetisierbares oder/und magnetisiertes oder/und permanentmagnetisches Material oder/und wenigstens ein elektromagnetisches Element aufweist, und daß die Erregerwicklungen (1016; 1116) ferner derart mit Strom beschickbar sind, daß sich der Zylinder aufgrund der magnetischen Wechselwirkung verformt oder bezüglich der Ständerachse exzen­ trisch anordnet, und die Verformung bzw. die Exzentrizität der Anordnung des Zylinders entsprechend dem magnetischen Wander­ feld um die Ständerachse herum bewegt.

17. Elektromotor (810) umfassend:

• - eine Innenläuferanordnung (814) mit einer Läuferachse, und
• - eine die Läuferanordnung (814) umgebende Ständeranordnung (812) mit einer Ständerachse (A),

wobei die Läuferanordnung (814) eine Mehrzahl von Erreger­ wicklungen (816) mit bezüglich der Läuferachse sternförmig angeord­ neten Wicklungsachsen umfaßt,
wobei die Erregerwicklungen (816) derart mit Strom beschick­ bar sind, daß sich ein um die Läuferachse umlaufendes magnetisches Wanderfeld ergibt,
wobei die Läuferanordnung (814) infolge der magnetischen Wechselwirkung von Läuferanordnung (814) und Ständeranordnung (812) in der Ständeranordnung (812) bewegbar ist, und
wobei der Innenumfang der Ständeranordnung (812) größer ist als der Außenumfangs der Läuferanordnung (814), dadurch gekennzeichnet, daß die Ständeranordnung (812) einen im wesentlichen starren Zylinder umfaßt, der magnetisierbares oder/und magnetisiertes oder/und permanentmagnetisches Material oder/und wenigstens ein elektromagnetisches Element aufweist, und daß die Erregerwicklungen (816) ferner derart mit Strom beschickbar sind, daß sich die Läuferanordnung (814) aufgrund der magnetischen Wechselwirkung bezüglich der Ständerachse (A) exzentrisch anord­ net, wobei die Exzentrizität der Anordnung der Läuferanordnung (814) entsprechend dem magnetischen Wanderfeld um die Ständer­ achse (A) herum bewegbar ist.

18. Elektromotor nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenumfangsfläche der Läufer­ anordnung (814) mit einer der Ständeranordnung (812) zugeordneten Innenumfangsfläche in reibschlüssigem oder/und formschlüssigem Eingriff steht.

19. Elektromotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferanordnung (814) an ihrer Außenumfangsfläche mit einer Außenverzahnung (824) versehen ist, die mit einer der Ständeranordnung (812) zugeordneten Innen­ verzahnung (826) kämmt.

20. Elektromotor nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenumfangsfläche bzw. die Innenverzahnung an der Ständeranordnung (812) selbst vorgesehen ist.

21. Elektromotor nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenumfangsfläche bzw. die Innenverzahnung an wenigstens einem mit der Ständeranordnung (812') verbundenen und diesem benachbarten Ringteil (813') vorgesehen ist.

22. Elektromotor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Ringteil (813') in Richtung der Ständerachse (A) vor oder/und hinter der Ständer­ anordnung (812') und konzentrisch zur Ständerachse (A) angeordnet ist.

23. Elektromotor nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des wenigstens einen Ringteils größer ist als der Durchmesser der Ständeranordnung.

24. Elektromotor nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des wenigstens einen Ringteils kleiner ist als der Durchmesser der Ständeranordnung.

25. Elektromotor nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein relativ zur Ständeranordnung (1012A) unbewegliches, in die Läuferanordnung (1014A) eingrei­ fendes Ring- oder Scheibenteil (1036A) vorgesehen ist, wobei die Läuferanordnung (1014A) oder ein ihr zugeordnetes Element mit einer Außenumfangsfläche des Ring- oder Scheibenteils (1036A) in reib­ schlüssigem oder/und formschlüssigem Eingriff steht.

26. Elektromotor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Läuferanordnung (1014A) eine Innenverzahnung (1024A) zugeordnet ist, die mit einer an dem Ring- oder Scheibenteil (1036A) vorgesehen Außenverzahnung (1026A) kämmt.

27. Elektromotor nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenumfangsfläche der Ständer­ anordnung (1012A) und die Außenumfangsfläche der Läuferanord­ nung (1014A) derart aufeinander abgestimmt ausgebildet oder ange­ ordnet sind, daß eine Relativbewegung dieser beiden Umfangsflächen möglich ist.

28. Elektromotor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D_L') der Läufer­ anordnung (1014A) kleiner ist als die Summe von Innenradius (R_S') der Ständeranordnung (1012A) plus Außenradius (R_R') des in die Läuferanordnung (1014A) eingreifenden Ring- oder Scheibenteils (1036A) plus Dicke (d) der Läuferanordnung (1014A).

29. Elektromotor nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß in einem das magnetisierbare oder/und magnetisierte oder/und permanentmagnetisch Material oder/und das wenigstens eine elektromagnetische Element umfassenden Teil der Läuferanordnung eine flexible Hülse oder eine starre Hülse im wesentlichen spielfrei, jedoch relativ zu dieser beweglich angeordnet ist.

30. Elektromotor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse an ihrer Innenumfangsfläche mit einer Innenverzahnung versehen ist.

31. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (118A) aus Wellblech gefertigt ist.

32. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Anordnung, Läuferanordnung (14) oder Ständeranordnung, welche nicht mit den Erregerwicklungen (16) versehen ist, im wesentlichen vollständig aus magnetisierbarem oder/und magnetisiertem oder/und permanentmagnetischem Material gebildet ist.

33. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Anordnung, Läuferanordnung (314) oder Ständeranordnung, welche nicht mit den Erregerwicklun­ gen (316) versehen ist, einen Zylinder (318') aus einem beliebigen geeigneten festen Werkstoff, beispielsweise Kunststoff, umfaßt, an dem wenigstens ein Element (318'') aus magnetisierbarem oder/und magnetisiertem oder/und permanentmagnetischem Material oder/und das wenigstens eine elektromagnetische Element angeordnet ist.

34. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Zylinder von einer Mehrzahl von Elementen (418'; 518') aus magnetisierbarem oder/und magneti­ siertem oder/und permanentmagnetischem Material oder/und einer Mehrzahl von elektromagnetischen Elementen gebildet ist, welche an einem gemeinsamen Träger (432; 532) gehalten sind, beispielsweise angelenkt oder geführt sind, und über diesen miteinander verbunden sind.

35. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Anordnung, Läuferanordnung (214) oder Ständeranordnung, welche nicht mit den Erregerwicklun­ gen (216) versehen ist, einen ersten Zylinder (218'') aus einem beliebigen geeigneten festen Werkstoff umfaßt, der mit einem zwei­ ten Zylinder (218') aus magnetisierbarem oder/und magnetisiertem oder/und permanentmagnetischem Material verbunden ist.

36. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklungen (16; 416) derart mit Strom beschickbar sind, daß sich die Verformung bzw. die exzen­ trische Anordnung des Zylinders aus einer attraktiven Wechsel­ wirkung der aus magnetisierbarem oder/und magnetisiertem oder/und permanentmagnetischem Material gebildeten Teile oder/und der elek­ tromagnetischen Elemente der Läuferanordnung bzw. der Ständer­ anordnung mit dem von den Erregerspulen erzeugten Magnetfeld ergibt.

37. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklungen (416) derart mit Strom beschickbar sind, daß sich die Verformung bzw. die exzentri­ sche Anordnung des Zylinders aus einer repulsiven Wechselwirkung der aus magnetisiertem oder/und permanentmagnetischem Material gebildeten Teile oder/und der elektromagnetischen Elemente der Läuferanordnung bzw. der Ständeranordnung mit dem von den Erre­ gerspulen erzeugten Magnetfeld ergibt.

38. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld der aus magnetisiertem oder/und permanentmagnetischem Material gebildeten Teile (418') oder/und der elektromagnetischen Elemente der Läuferanordnung (414) bzw. der Ständeranordnung derart orientiert ist, daß alle den Erregerwicklungen (416) zugewandten Oberflächen dieser Teile die gleiche Polarität aufweisen.

39. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß eine flexible Buchse (22) vorgesehen ist, welche einenends mit der Läuferanordnung (14) und andernends mit der Ausgangswelle (20) des Elektromotors (10) verbunden ist.

40. Elektromotor nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (22) wenigstens in einem zwischen ihren beiden Enden angeordneten Teilabschnitt (22a) bal­ genartig ausgebildet ist.

41. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ausgangswelle (220) des Elek­ tromotors (210) ein Ausgangselement (230) befestigt ist, welches mit der Läuferanordnung (214) in reibschlüssigem oder/und form­ schlüssigem Eingriff steht.

42. Elektromotor nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangselement (230) mit einer Verzahnung versehen ist, welche mit einem weiteren Teil der Verzahnung der Läuferanordnung (214) bzw. mit einer weiteren Verzahnung der Läuferanordnung (214) kämmt.

43. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ausgangswelle (1220) ein Aus­ gangselement (1258) angeordnet ist, und daß an dem Ausgangsele­ ment oder der Läuferanordnung (1214), wenigstens ein Mitnehmer­ vorsprung (1260) vorgesehen ist, der in eine längliche Ausnehmung (1258a) am jeweils anderen Teil, Läuferanordnung oder Ausgangs­ element (1258), in Umfangsrichtung in Mitnehmereingriff, in Achs- und Radialrichtung jedoch gleitverschieblich eingreift.

44. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Läuferanordnung (1214) einen starren Zylinder (1218) umfaßt, ein weiterer starrer Zylinder (1244) vorgesehen ist, welcher bei bezüglich der Ständer­ achse (A) exzentrischer Anordnung im wesentlichen das gleiche Trägheitsmoment aufweist wie der eine starre Zylinder (1218) und mit der gleichen Drehzahl um die Ständerachse (A) umläuft wie der eine starre Zylinder (1218), jedoch mit einer Phasenverschiebung um 180°.

45. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehsicherungselement (1254) vorgesehen ist, welches mittels einer Federeinrichtung (1259) in eine Drehsicherungsstellung vorgespannt ist, in welcher es mit der Aus­ gangswelle (1220) oder einem mit dieser drehfest verbundenen Teil reibschlüssig oder/und formschlüssig zusammenwirkt, und daß eine elektrisch betätigbare Rückholeinrichtung (1256) vorgesehen ist, welche das Drehsicherungselement gegen die Vorspannkraft der Federeinrichtung (1259) aus der Drehsicherungsstellung in eine Freigabestellung zurückzieht.

46. Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferanordnung (714) an ihrer Außenumfangsfläche mit wenigstens einem Nocken (N₁, N₂) versehen ist und eine flexible Hülse (738) umfaßt, in welcher der wenigstens eine Nocken im wesentlichen spielfrei, jedoch relativ zu dieser beweglich aufgenommen ist, und daß die Außenumfangsfläche der flexiblen Hülse (738) mit der Innenumfangsfläche eines relativ zur Ständeranordnung (712) unbeweglichen Rings (736) in reibschlüssi­ gem oder/und formschlüssigem Eingriff steht.