NL2024269B1 - Elektromotor - Google Patents

Abstract

13 Uittreksel De uitvinding betreft een elektromotor omvattende: — een aan te drijven as; 5 — ten minste een, op de aan te drijven as aangebracht, aandrijfelement, welk ten minste een aandrijfelement een eerste en een tweede paar van een elektrische spoel en een permanent magneet omvat, waarbij de elektrische spoel en permanent magneet coaxiaal zijn l0 aangebracht en in axiale richting ten opzichte van elkaar verplaatsbaar zijn door bekrachting van de betreffende elektrische spoel; waarbij het ten minste een aandrijfelement een langsas heeft, waarbij de langsas zich radiaal uitstrekt op de 15 aan te drijven as, de axiale richting van de twee paren samenvalt met deze langsas en het eerste en tweede paar aan tegenoverliggende zijden van de aan te drijven as zijn aangebracht; en — een besturing voor het bekrachtigen van de twee 20 elektrische spoelen van elk aandrijfelement op basis van de hoekpositie van de aan te drijven as.

Description

Elektromotor De uitvinding betreft een elektromotor.

In de stand van techniek zijn diverse typen elektromotoren bekend, waaronder elektromotoren met een verplaatsbare massa, zoals beschreven in FR 2932621.

In deze publicatie wordt een elektromotor beschreven, waarbij op een aan te drijven as een buis is aangebracht, waarin een permanent magneet heen en weer schuifbaar is. Aan de beide uiteinden van de buis zijn elektrische spoelen voorzien, die de permanent magneet in de buis heen en weer kunnen voortstuwen. Verder kan de permanent magneet in een uiteinde van de buis vastgezet worden.

Door een geschikte aansturing van de elektrische spoelen kan een zodanige verplaatsing van het massamiddelpunt verkregen worden, dat de aan te drijven as geroteerd wordt.

Een nadeel van de elektromotor beschreven in FR 2932621 is dat de permanent magneet over de gehele lengte van de buis verplaatst moet worden en tussen de twee uiteinden vrij is om te bewegen. Wanneer de aan te drijven as een zekere weerstand heeft en daardoor traag is om op snelheid te komen, kan het zijn dat de permanent magneet terugvalt naar de positie van waaruit de permanent magneet is weggedreven. Hierdoor verandert het massamiddelpunt niet en zal de as niet gaan draaien.

Het is nu een doel van de uitvinding om de bovengenoemde nadelen te verminderen of zelfs te voorkomen.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt met een elektromotor omvattende: - een aan te drijven as; - ten minste één, op de aan te drijven as aangebracht, aandrijfelement, welk ten minste één aandrijfelement een eerste en een tweede paar van een elektrische spoel en een permanent magneet omvat, waarbij de elektrische spoel en permanent magneet coaxiaal zijn aangebracht en in axiale richting ten opzichte van elkaar verplaatsbaar zijn door bekrachting van de betreffende elektrische spoel; waarbij het ten minste één aandrijfelement een langsas heeft, waarbij de langsas zich radiaal uitstrekt op de aan te drijven as, de axiale richting van de twee paren samenvalt met deze langsas en het eerste en tweede paar aan tegenoverliggende zijden van de aan te drijven as zijn aangebracht; en - een besturing voor het bekrachtigen van de twee elektrische spoelen van elk aandrijfelement op basis van de hoekpositie van de aan te drijven as.

Volgens de uitvinding zijn aan weerszijden van de aan te drijven as elk een paar van een elektrische spoel en een permanent magneet voorzien, die relatief ten opzichte van elkaar verplaatsbaar zijn. Deze relatieve verplaatsing zorgt voor een verandering van het massamiddelpunt, waardoor de aan te drijven as geroteerd kan worden.

Nu kunnen volgens de uitvinding de elektrische spoelen een vaste positie hebben ten opzichte van de aan te drijven as en verschuiven de permanent magneten, of hebben de permanent magneten een vaste positie ten opzichte van de as en verschuiven de elektrische spoelen.

Voordeel van de uitvinding is dat er geen massa voorbij de aan te drijven as verplaatst hoeft te worden, maar dat de massa slechts dichterbij en verder af van de aan te drijven as gebracht wordt door de relatieve verplaatsing van de elektrische spoel en de permanent magneet.

De besturing zorgt voor een gesynchroniseerde bekrachtiging van de elektrische spoelen, waardoor het massamiddelpunt zodanig gepositioneerd wordt, dat op de aan te drijven as een moment wordt uitgeoefend, waardoor de as zal gaan draaien.

Een verder voordeel is dat elk aandrijfelement ten opzichte van de as symmetrisch is, zodat de elektrische spoelen na een halve omwenteling op een zelfde manier bekrachtigd kunnen worden om de volgende slag in de elektromotor te bewerkstelligen en een volgende halve omwenteling te verkrijgen.

Daarnaast draagt de massa van de aandrijfelementen bij aan een vliegwiel effect, waardoor externe krachten weinig invloed zullen hebben op de omwentelingssnelheid van de elektromotor volgens de uitvinding.

In een uitvoeringsvorm van de elektromotor volgens de uitvinding zijn van het tenminste één aandrijfelement de beide elektrische spoelen van een paar vast aan elkaar aangebracht en zijn de beide permanent magneten van een paar vast aan elkaar aangebracht.

Doordat de elektrische spoelen aan elkaar zijn aangebracht en de permanent magneten aan elkaar zijn aangebracht, zal de relatieve beweging van elk paar synchroon gaan.

Hierdoor wordt gewaarborgd dat het verplaatsende element, bijvoorbeeld de permanent magneet, door het andere verplaatsende element binnen het aandrijfelement meegenomen wordt.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de elektromotor volgens de uitvinding zijn één van de elektrische spoelen en de permanent magneten vast aangebracht aan de aan te drijven as en kunnen de ander van de elektrische spoelen en de permanent magneten in radiale richting ten opzichte van de aan te drijven as verschuiven.

Als de elektrische spoelen vast aan de aan te drijven as zijn aangebracht, dan kan bedrading van de elektrische spoelen minder gecompliceerd zijn.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de elektromotor volgens de uitvinding is het tenminste één aandrijfelement aan beide einden van de langsas voorzien van schokdempers voor het dempen van de relatieve beweging tussen de elektrische spoel en de permanent magneet van elk paar van het ten minste één aandrijfelement.

Wanneer een elektrische spoel bekrachtigd wordt, zal een relatieve versnelling van de bijbehorende permanent magneet verkregen worden, doordat bijvoorbeeld de permanent magneet ten opzichte van de as zich verplaatst. Wanneer de permanent magneet het einde van langsas van het aandrijfelement bereikt zal de permanent magneet tegen het eind botsen en een kracht en daarmee trilling genereren. Door het aanbrengen van een schokdemper worden dergelijke trillingen gereduceerd.

In een bijzondere uitvoering worden de schokdempers gevormd door veren, die de relatieve beweging van elektrische spoel en permanent magneet afremmen en zo een heftige trilling voorkomen.

De veren kunnen overtollige kinetische energie van het bewegende deel van de elektrische spoel en permanent magneet opslaan, alsook kunnen de veren door de middelpunt vliedende kracht verder ingedrukt worden, en bij de volgende slag weer vrijgeven, waardoor het stroomverbruik verminderd kan worden.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de elektromotor volgens de uitvinding omvat de besturing een distributeur met een op de aan te drijven as aangebrachte rotor met langs de omtrek van de rotor aangebrachte contacten, die elk elektrisch verbonden zijn met een elektrische spoel van het ten minste één aandrijfelement en zijn twee tegencontacten stationair en diametraal aangebracht langs de omtrek van de rotor.

De distributeur verbindt hierbij een stroombron met een elektrische spoel afhankelijk van de hoekpositie van de aan te drijven as. Zo kan eenvoudig de bekrachtiging van 5 elektrische spoelen afgestemd worden op de hoekpositie van de aan te drijven as.

Bovendien kan door de symmetrische opbouw van de elektromotor de stroomrichting steeds gelijk blijven en zal telkens, wanneer contact gemaakt wordt tussen de twee tegencontacten twee van de op de rotor aangebrachte contacten, de betreffende spoel een afstotende en aantrekkende kracht op de bijbehorende permanent magneet uitoefenen.

De twee diametraal tegen over elkaar geplaatste tegencontacten zijn dus 180° verdraaid ten opzichte van elkaar.

Bij voorkeur kan de hoekpositie van het langs de omtrek van de rotor aangebrachte tegencontacten aangepast worden voor het versnellen en vertragen van de elektromotor.

Door het zogenaamd vervroegen of verlaten van de distributeur kan de timing van het bekrachtigen van de elektrische spoelen aangepast worden en kan zo de snelheid van de aan te drijven as aangepast worden of kan het koppel op de aan te drijven as aangepast worden.

Een gaspedaal kan bijvoorbeeld eenvoudig met de tegencontacten gekoppeld worden, waardoor een gebruiker de elektromotor eenvoudig kan laten versnellen of vertragen.

Wanneer de draairichting van de elektromotor omgedraaid dient te worden, dan hoeft slechts de stroomrichting van de bekrachtiging van de spoelen aangepast te worden. Dit kan eenvoudig bereikt worden door het plaatsen van een geschikte schakelaar tussen de stroombron en de contacten. Daarnaast zal een eventueel gaspedaal de tegencontacten in tegengestelde richting moeten laten draaien ten opzicht van de draairichting bij normale werking.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de elektromotor volgens de uitvinding zijn ten minste twee, op de aan te drijven as aangebracht, aandrijfelementen voorzien en waarbij de tenminste twee aandrijfelementen ten opzichte van elkaar verdraaid zijn aangebracht, bij voorkeur gelijkmatig verdeeld over de omtrek van de as.

Bij twee aandrijfelementen is de hoek tussen de aandrijfelementen bij voorkeur 90 graden, terwijl bij drie aandrijfelementen de hoek 60 graden is. Zo wordt voor een bepaald aantal aandrijfelementen een gelijkmatige verdeling verkregen, waardoor ook een gelijkmatige aandrijving van de aan te drijven as verkregen wordt.

Deze en andere kenmerken van de uitvinding worden nader toegelicht aan de hand van de bijgaande figuren.

Figuur 1 toont schematisch een perspectivisch aanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van een elektromotor volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont schematisch een dwarsdoorsnede van een aandrijfelement van de elektromotor van figuur 1.

Figuren 3A - 3E tonen een schematische dwarsdoorsnede van de elektromotor volgens figuur 1 in diverse standen.

Figuur 4 toont een schematische dwarsdoorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van een aandrijfelement voor een elektromotor volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont schematisch in perspectivisch aanzicht een elektromotor 1 volgens de uitvinding. De elektromotor 1 heeft een aan te drijven as 2, waarop twee aandrijfelementen 3, 4 zijn aangebracht. De aandrijfelementen 3, 4 zijn ten opzichte van elkaar onder een hoek van 90° aangebracht.

Aan het uiteinde van de aan te drijven as 2 is een distributeur 5, 6 aangebracht. De distributeur heeft een rotor 5, waarop contacten 7 zijn aangebracht, die met de elektrische spoelen in de aandrijfelementen 3, 4 zijn verbonden (zie ook figuur 2 en verder). De distributeur heeft verder twee tegencontacten 6, die langs de omtrek van de rotor 5 en tegen over elkaar zijn geplaatst en verbinding maken met de contacten 7 om zo de elektrische spoelen te bekrachtigen.

De beide tegencontacten 6 zijn met elkaar mechanisch verbonden (schematisch weergegeven in figuur 1) en draaibaar rond de as 2, waardoor de bekrachtiging van de elektrische spoelen in de aandrijfelementen 3, 4 vervroegd of verlaat kan worden, om zo de elektromotor 1 te versnellen of te vertragen.

Figuur 2 toont een dwarsdoorsnede aanzicht van een aandrijfelement 3, 4. Het aandrijfelement 3, 4 heeft een langwerpige behuizing 8 met aan weerseinden twee ruimtes 9, 10, waarin elk een permanent magneet 11, 12 heen en weer verschuifbaar is. De beide permanent magneten 11, 12 zijn met elkaar gekoppeld door een koppelstang 13.

In de langwerpige behuizing 8 zijn twee elektrische spoelen 14, 15 verwerkt, die elk samen met de permanent magneten 11 respectievelijk 12 een paar vormen. De twee elektrische spoelen 14, 15 zijn in serie geschakeld en de vrije uiteinden van de spoelen 14, 15 zijn verbonden met de contacten 7 op de rotor 5.

Door het bekrachtigen van een elektrische spoel 14, 15 van een paar kan de bijbehorende permanent magneet 11, 12 aangetrokken of afgestoten worden.

Verder is aan elk uiteinde van de langwerpige behuizing 8 een veer 16 voorzien, die de beweging van de permanent magneten 11, 12 nabij de uiteinden van de behuizing 8 dempt door de kinetische energie om te zetten in veerenergie en zo trillingen verminderd. Daarnaast worden de veren 16 door de middelpunt vliedende kracht extra ingedrukt, wat helpt bij de teruggaande beweging van de permanent magneten 11, 12.

Doordat de magneten 11, 12 spiegelsymmetrisch ten opzichte van de as 2 zijn aangebracht, dat wil zeggen dat in deze uitvoeringsvorm de zuidpolen van beide mageneten 11, 12 naar elkaar toe gericht zijn en doordat de elektrische spoelen 14, 15 een gelijke wikkelrichting hebben, zal het aandrijfelement 3, 4 er bij elke halve omwenteling weer gelijk geconfigureerd zijn, waardoor op gelijke wijze de spoelen 14, 15 weer van stroom voorzien kunnen worden en een volgende halve omwenteling bewerkstelligd kan worden.

In de figuren 3A - 3E wordt een schematische dwarsdoorsnede van de elektromotor 1 getoond in diverse standen.

In figuur 3A wordt de elektromotor 1 in een ruststand getoond. Hierbij is de permanent magneet 11 van het aandrijfelement 3 naar het uiteinde van de behuizing 8 verplaatst en is de permanent magneet 11 van het aandrijfelement 4 eveneens naar het uiteinde van de betreffende behuizing 8 verplaatst. Hierbij bevinden beide permanent magneten 11 zich in zwaartekrachtrichting gezien onder de aan te drijven as. Het massamiddelpunt G bevindt zich derhalve onder de aan te drijven as.

In figuur 3B worden de elektrische spoelen 14 en 15 zodanig bekrachtigd dat de permanent magneet 11 afgestoten wordt en de permanent magneet 12 aangetrokken wordt, waardoor nu de permanent magneet 12 naar het uiteinde van de behuizing 8 verplaatst. Als gevolg verplaatst het massamiddelpunt G zich in de tekening naar rechts, waardoor op de aan te drijven as een moment uitgeoefend wordt en de aan te drijven as met de aandrijfelementen 3, 4 begint te roteren.

Zoals getoond in figuur 3C worden na enige rotatie de elektrische spoelen 14, 15 van het aandrijfelement 4 bekrachtigd, waardoor de permanent magneten van het aandrijfelement 4 verplaatsen en het massamiddelpunt G opnieuw verschuift en weer een impuls aan de aan te drijven as gegeven wordt.

Zoals getoond in de figuren 3D en 3E worden de elektrische spoelen 14, 15 van het aandrijfelement 3 tegengesteld bekrachtigd nu de aandrijfelementen 3 180° gedraaid zijn ten opzichte van de stand getoond in figuur 3A, waardoor de permanent magneet 11 weer terug gaat naar het uiteinde van de behuizing.

Zoals eerder genoemd wordt de bekrachtiging van de diverse spoelen bestuurt door de distributeur 5, 6 en dit zorgt er voor dat de aan te drijven as 2 aangedreven wordt.

Figuur 4 toont een schematische dwarsdoorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van een aandrijfelement 20 voor een elektromotor volgens de uitvinding. Het aandrijfelement 20 heeft een behuizing 21 met een ruimte 22 waarin twee spoelen 23, 24 heen en weer bewegen. De spoelen 23, 24 zijn met elkaar in serie gekoppeld door een koppelstang 25.

In de behuizing 21 zijn permanent magneten 26, 27 aangebracht, die met de elektrische spoelen 23 respectievelijk 24 een paar vormen. Deze permanent magneten 26, 27 zijn gelijkmatig rond de omtrek van de elektrische spoelen 23 respectievelijk 24 geplaatst, waardoor er volgens de aanvrager een gelijkmatige aantrekkingskracht uitgeoefend wordt en de betreffende elektrische spoel min of meer zal zweven. Daarnaast zijn de zuidpolen van de permanent magneten 26, 27 naar elkaar toe gericht waardoor en spiegelsymmetrische opstelling van het aandrijfelement 20 verkregen wordt.

Aan de uiteinden van de behuizing 21 zijn veren 28, 29 voorzien, die gekoppeld zijn met de elektrische spoelen 23 respectievelijk 24. Deze veren 28, 29 zorgen voor een demping van de beweging van de elektrische spoelen 23, 24 alsook functioneren als elektrische verbinding voor het bekrachtigen van deze spoelen 23, 24. Daarnaast worden deze veren 28 als gevolg van middelpunt vliedende kracht ingedrukt, waardoor de elektrische spoelen 23, 24 een extra zetje krijgen bij de teruggaande beweging.

Claims (7)

Conclusies

1. Elektromotor omvattende: - een aan te drijven as; - ten minste één, op de aan te drijven as aangebracht, aandrijfelement, welk ten minste één aandrijfelement een eerste en een tweede paar van een elektrische spoel en een permanent magneet omvat, waarbij de elektrische spoel en permanent magneet coaxiaal zijn aangebracht en in axiale richting ten opzichte van elkaar verplaatsbaar zijn door bekrachting van de betreffende elektrische spoel; waarbij het ten minste één aandrijfelement een langsas heeft, waarbij de langsas zich radiaal uitstrekt op de aan te drijven as, de axiale richting van de twee paren samenvalt met deze langsas en het eerste en tweede paar aan tegenoverliggende zijden van de aan te drijven as zijn aangebracht; en — een besturing voor het bekrachtigen van de twee elektrische spoelen van elk aandrijfelement op basis van de hoekpositie van de aan te drijven as.

2. Elektromotor volgens conclusie 1, waarbij van het tenminste één aandrijfelement de beide elektrische spoelen van een paar vast aan elkaar zijn aangebracht en waarbij de beide permanent magneten van een paar vast aan elkaar zijn aangebracht.

3. Elektromotor volgens conclusie 2, waarbij één van de elektrische spoelen en de permanent magneten vast zijn aangebracht aan de aan te drijven as en waarbij de ander van de elektrische spoelen en de permanent magneten in radiale richting ten opzichte van de aan te drijven as kunnen verschuiven.

4. Elektromotor volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het tenminste één aandrijfelement aan beide einden van de langsas is voorzien van schokdempers voor het dempen van de relatieve beweging tussen de elektrische spoel en de permanent magneet van elk paar van het ten minste één aandrijfelement.

5. Elektromotor volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de besturing een distributeur omvat met een op de aan te drijven as aangebrachte rotor met langs de omtrek van de rotor aangebrachte contacten, die elk elektrisch verbonden zijn met een elektrische spoel van het ten minste één aandrijfelement en zijn twee tegencontacten stationair en diametraal aangebracht langs de omtrek van de rotor.

6. Elektromotor volgens conclusie 5, waarbij de hoekpositie van het langs de omtrek van de rotor aangebrachte tegencontact aangepast kan worden voor het versnellen en vertragen van de elektromotor.

7. Elektromotor volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij ten minste twee, op de aan te drijven as aangebracht, aandrijfelementen zijn voorzien en waarbij de tenminste twee aandrijfelementen ten opzichte van elkaar verdraaid zijn aangebracht, bij voorkeur gelijkmatig verdeeld over de omtrek van de as.