Die Erfindung betrifft einen Elektromotor zum Antrieb eines Rades, insbesondere zum Antrieb für Laufräder von Rollstühlen, mit Magnetfelder erzeugendem Stator und Rotor, die beide achsensymmetrisch um eine Motorachse 5 herum angeordnet sind und von denen mindestens einer zur Erzeugung seines Magnetfeldes von einem Speicher elektrischer Energie gespeist wird, und dessen Energie¬ zuführung über einen auf der Motorachse angeordneten mechanischen Kommutator bewirkt wird.

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Solche Elektromotoren sind in allen möglichen Lei¬ stungsbereichen bekannt. Sie werden bei einem Behinder- ten-Rollstuhl üblicherweise unter der Sitzfläche des Stuhls angeordnet. Sie entwickeln eine Drehzahl von

15 2000-3000 Umdrehungen pro Minute und liegen üblicher¬ weise in einem Leistungsbereich von 200 bis 500 Watt. Sie verfügen über ein Getriebe, das die hohen Drehzah¬ len auf die bei Rollstühlen gewünschten Drehzahlen von z.B. maximal 100 Umdrehungen pro Minute verringert, mit

20 der dann jeweils die Antriebsräder des Rollstuhls angetrieben werden.

Solche Antriebe weisen den Nachteil auf, daß durch das Getriebe und die Vielzahl der sich drehenden Teile eine 5 erhebliche Geräuschbelastung auftritt. Desweiteren bewirkt das Getriebe einen Leistungsverlust, der einen geringeren Aktionsradius bei den für diese Art von An¬ trieb möglichen und vorgegebenen Batterien bedeutet.

30 Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin¬ dung die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor zu schaf¬ fen, der es gestattet, einen leiseren, im Energiever-

brauch besseren und damit bei gleicher Batterie eine größere Reichweite des angetriebenen Fahrzeugs aufwei¬ senden Radantrieb herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Motorachse die Achse des angetriebenen Rades ist, daß der Stator auf einem zylindrischen, topfförmigen Magnetkörper auf der Motorachse befestigt ist, daß auf dem Rotor über mit ihm verbundene Motorgehäuseschalen das anzutreibende Rad befestigt ist, daß der Kommutator auf der Motorachse des mit dem Elektromotor angetrie¬ benen Rades innerhalb des von dem Stator vorgegebenen Zylindermantel des topfförmigen Magnetkörpers ange¬ ordnet ist, daß er in seiner axialen Länge nicht brei- ter als die Wicklung des Feldmagneten oder des Ankers ist, und daß der topfförmige Magnetkörper über einen den magnetischen Schluß gewährleistenden axialen Zylin¬ dermantel verfügt.

Dadurch, daß die Motorachse die Achse des angetriebenen Rades ist, ist ein den Einsatz eines Getriebe vermei¬ dender Direktantrieb realisiert, der im Betrieb leise ist. We l der Kommutator innerhalb des von dem Stator vorgegebenen Zylindermantel des topfförmigen Magnetkör- pers angeordnet ist, ist die für den Motor benötigte axiale Länge klein. Dies wird weiter dadurch gewährlei¬ stet, daß der Kommutator in seiner axialen Länge nicht breiter als die die aufbauende Wicklung ist. Schlie߬ lich verfügt der topfförmige Magnetkörper über einen axialen Zylindermantel, der den magnetischen Schluß gewährleistet, so daß die magnetischen Feldlinien nicht in der Luft verlaufen.

Zusammenfassend ist es mit einem solchen Motor nach der Erfindung möglich, die Geräuschentwicklung des Fahr¬ zeugs erheblich zu vermindern, da diese vor allem auf

der Vielzahl der bewegten Teile in dem sonst notwendi¬ gen Getriebe beruhte.

Gleichzeitig weist der Motor nach den oben genannten Merkmalen eine Generatorfunktion auf, die' es ermög¬ licht, mit der durch die Bewegung des Fahrzeugs gespei¬ cherte kinetische Energie bei einem Rollen des Fahr¬ zeugs die den Motor speisende Batterie beim Abbremsen wieder getrennt aufzuladen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun bei¬ spielhaft anhand der einzigen Figur dargestellt, die eine geschnittene Seitenansicht des Elektromotors gemäß der Erfindung darstellt.

Der dargestellte Elektromotor kann zum Beispiel wie bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel zum Einsatz für einen Rollstuhl vorgesehen sein. Er kann aber auch für jeden anderen Radantrieb eingesetzt werden, der eine energiesparende und leise Ausführung verlangt.

Der Elektromotor ist bei dem genannten Rollstuhlantrieb vorteilhafterweise jeweils in den Radnaben eingesetzt. Er verfügt über eine feststehende, nicht rotierende und vorzugsweise hohle Achse 1, die mit dem Gestell oder Rahmen des Rollstuhls fest verbunden ist. Die Hohlachse 1 bildet den Grundkörper des Motors. Auf dieser Hohl¬ achse 1 sind seitlich jeweils ein Lager 2 bzw. 3 aufge¬ setzt, auf denen jeweils eine zugehörige, bezüglich der Hohlachse 1 drehbare Lagerschale 4 bzw. 5 befestigt ist. Die Lagerschalen 4 und 5 bilden das rotierende Gehäuse des Elektromotors. Vorteil afterweise sind die Lagerschalen 4 und 5 zusammen mit den Lagern 2 bzw. 3 derart ausgebildet, daß die äußeren Seitenwände der Lagerschalen 4 und 5 gleichzeitig die seitlichen Außen¬ wände des Motors bilden.

Auf den Außenflächen der Lagerschalen 4 und 5 ist das in der Zeichnung nicht dargestellte Rad des RollStuhls über eine entsprechende Felge befestigt. Bei den großen Antriebsrädern eines Rollstuhls handelt es sich übli¬ cherweise um 18-Zoll-Räder, so daß bei einer solchen Anwendung der Durchmesser der bezüglich der Hohlachse 1 rotationssymmetrisch angeordneten Lagerschalen 4 und 5 kleiner als 40 Zentimeter sein sollte.

Auf der Hohlachse 1 ist ein Stator in Gestalt einer Vielzahl von Permanentmagnetsegmenten 6 angeordnet, von denen im Querschnitt der Fig. nur zwei im Schnitt zu erkennen sind. Diese bilden den Feldmagneten, der bei einer elektromagnetischen Erregung auch durch eine entsprechende Erregerspule ersetzt werden könnte. Der Feldmagnet besteht aus mehreren vorteilhafterwe se dem Abstand von der Hohlachse 1 entsprechenden Radius nachgeformten Magnetsegmenten 6,- wobei bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel vier Magnetpolpaare vorgesehen sind. Die Anzahl der Magnetpolpaare sollte möglichst groß gewählt werden, wobei vorteilhafterweise auch fünf oder sechs Magnetpolpaare vorgesehen sein könnten. Insgesamt werden durch eine hohe Magnetpolzahl die Laufquälitäten des als Langsamläufer zu bezeichnen¬ den Raddirektantriebes verbessert.

Die Magnetsegmente 6 sind auf einem Magnet- oder Rück¬ schlußkörper 7 angeordnet. Dieser Magnetkörper 7 weist im Äußeren einen den magnetischen Rückschluß gewähren¬ den im wesentlichen zylindrischen Mantel 10 sowie eine Seitenwand 8 auf, die über eine der Hohlachse 1 ent¬ sprechende axiale Öffnung auf der Radnabe befestigt ist. Der Magnetkörper 7 ist also mit der Hohlachse 1 starr verbunden, so daß der Stator im Bezug auf den Rollstuhl fixiert ist und in relativer Bewegung zu den

mit den Lagerschalen 4 und 5 verbundenen Teilen rotie¬ ren kann.

Der Magnetkörper 7 kann zum Beispiel eine axiale Länge von 8 Zentimetern und einen äußeren Radius von 10 Zentimetern aufweisen. Die sich damit ergebende zylin¬ drische Gestalt 10 ist bis auf eine Seitenwand 8 mit einer Breite zwischen - bei dem vorgestellten Ausfüh¬ rungsbeispiel - 3 und 10 Millimeter in einer innen hohlen, topfförmigen Gestalt ausgenommen, so daß sich ein mit dem Bezugszeichen 9 versehener innerer Hohlraum in dem Magnetkörper 7 ergibt.

Der Magnetkörper 7 verfügt dabei über einen Zylinder- mantel 10 in einer Dicke von z.B. 5 bis 15 Millimetern, der bei einem 200-Watt-Motor mit den entsprechenden hier vier Polpaaren radial tief genug ist, um zu ge¬ währleisten, daß die Flußlinien der Magnetsegmente nicht durch die Luft verlaufen. Der Hohlraum 9 ist zur Aufnahme eines weiter unten beschriebenen mechanischen Kommutators 20 vorgesehen.

Im Inneren des von den Lagerschalen 4 und 5 umschlosse¬ nen Raumes ist mit Hilfe von Befestigungsmitteln 11 ein Rotorblech 12 befestigt. Das im wesentlichen ringförmi¬ ge und nahe des Umfangsmantels der Lagerschalen 4 und 5 angeordnete Rotorblech 12 verfügt über in der Zeichnung nicht dargestellte, achsensymmetrisch zur Hohlachse 1 angeordnete Nuten zur Aufnahme einer Ankerwicklung 13.

Die Art der am Rotor 12 vorgesehenen Wicklung 13 hängt von der Anzahl der Magnetpolpaare ab. Bei der gegebenen Polpaarzahl von 4, den hier vorgeschlagenen Magnetab¬ messungen und einer Nutenzahl von 48 ist die Erreger- Wicklung 13 hier vorzugsweise als Zweischichtwicklung mit einem Nutenschritt von 6 ausgeführt worden. Bei

einer erreichten Windungszahl von 35 pro Spule ergibt sich eine Gesamtdrahtzahl von 70 Drähten pro Nut, was zu einer Material-Belegung von hier ungefähr 0,5 führt. Es ist nötig, bei der Wicklung eine möglichst hohe Drahtzahl pro Nut zu erreichen, da sich die Drahtzahl bei ansonsten konstanten Motor-Parametern umgekehrt proportional zur erreichbaren Drehzahl der angetriebe¬ nen Welle bzw. hier des rotierenden Motorgehäuses verhält.

Die sich dicht an dicht in den Nuten drängenden Drähte der Ankerwicklung 13 erstrecken sich über diese Nuten und den Rand des Rotorbleches 12 hinaus. Sie überragen das Rotorblech um ungefähr ein Drittel seiner eigenen Breite, d.h. um ungefähr 4 Zentimeter auf jeder Seite. Dies ist entsprechend den in elektrotechnischen Zeich¬ nungen üblichen Gepflogenheiten bei der Ankerwicklung 13 nicht dargestellt worden. Die beidseitigen mit 14 bezeichneten "Hohl"-Räume beinhalten daher dieses Drahtmaterial und tragen damit wesentlich dazu bei, daß sich der notwendige in der Fig. dargestellte Abstand der äußeren radialen Seitenwände der Lagerschalen 4 und 5 voneinander ergibt. Dabei ist von Vorteil, daß in den Hohlräumen 14 jeweils in Achsennähe koaxial die Lager 2 und 3 angeordnet sind, die so nicht zu einer größeren Breite des Motors beitragen.

Der Rotor 12 wird von einer im Querschnitt der Fig. nur schematisch zu erkennenden Halteklammer 15 umgeben und gehalten, die in einer in der Zeichnung nicht darge¬ stellten Weise über eine Halteeinrichtung mit einem Kollektorschild 16 verbunden ist, welches im Innern des Hohlraumes 9 angeordnet ist.

Das Kollektorschild 16 ist über die Halteklammer 15 mit dem Rotor 12 starr verbunden und daher zusammen mit

diesem und den Lagerschalen 4 und 5 um die Hohlachse 1 frei drehbar. Auf der Innenseite des Kollektorschilds 16 sind die einzelnen Lamellen 17 angeordnet, deren Anzahl bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel bei 48 Kupferplättchen liegt.

Das Kol lektorschild 16 begrenzt die äußeren Maße des im wesentlichen ebenfalls um die Achse 1 rotierenden Kommutators 20. Dieser ist im wesentlichen innerhalb des Magnetkörpers 7 und unterhalb des Zylindermantels 10 angeordnet, doch ist es ebenfalls möglich, daß ein¬ zelne Elemente seitlich herausstehen, sofern diese in ihrer axialen Länge nicht über die aus den Nuten her¬ vorstehende Wicklung des Feldmagneten oder des Ankers herausragen.

Auf der Innenseite des durch die Lamellen 17 gebildeten Hohlrohrabschnittes des Kommutators 20 sind entspre¬ chend der genannten Polpaarzahl des Ausführungsbei- spiels acht entsprechend der Krümmung der Lamellen 17 konvex geschliffene Kohlebürsten 18 angeordnet, die über auf der Hohlachse 1 abgestützte Kohlehalter 19 federnd gegen die Kollektorlamellen 17 gedrückt sind. Die Kohlebürsten 18 sind über in der Zeichnung nicht dargestellte Anschlüsse über in dem Inneren des Hohl¬ rohrs 1 verlaufende Anschlußdrähte mit der den Motor mit Spannung versorgenden Batterie verbunden. Die Kollektorlamellen 17 sind weiter über in der Fig. nicht dargestellte Drähte, die über das Kollektorschild 16 und entlang der Halteklammer 15 verlaufen, mit den einzelnen Anschlüssen der Wicklungen 13 verbunden.

Somit wird der Strom beim Betrieb über die Hohlachse 1 und über die Kohlebürsten 18 des innen ablaufenden Kollektors zu den Wicklungen 13 geführt. Die Verdrah¬ tung bei 4 Polpaaren und der genannten Wicklungsart

liegt in einer Beschaltung jeder zweiten Bürste mit jeweils einer Polarität, so daß durch die doppelte Belegung jeder Nut mit der Wicklung in jede Spule 1/8 des ursprünglichen Stromes der Batterie fließt.

Anstelle des innen ablaufenden Kollektors können auch andere konventionelle Kollektoren verwendet werden, sofern diese in ihrer Größe in dem Hohlraum 9 einsetz¬ bar sind.

Bei einer bei Rollstühlen üblichen 24-Volt-Stromversor- gung entwickelt der hier beschriebene Motor eine Lei¬ stung von mindestens ungefähr 400 Watt und ermöglicht Drehzahlen im Bereich zwischen 50 und 200 Umdrehungen pro Minute. Diese Umdrehungen entsprechen bei einem Direktradantrieb von 18-Zoll-Rädern einer erreichbaren Geschwindigkeit von ungefähr 4 bis 16 km/h. Die Strom¬ versorgung kann natürlich neben der üblichen Batterie auch über Solargeneratoren erfolgen, wobei hier dann ohne eine Batterie als Zwischenspeicher die Rückgewin¬ nung der kinetischen Energie des Fahrzeugs über die Generatorfunktion des Motors fehlt.

Durch die Verlagerung des mechanischen Kommutators 20 in den Magnetkörper 7, bei dem seitlich ein genügend starkes Seitenblech 8 verbleibt, ist es möglich, einen in seiner axialen Dimension schmalen Motor zu bauen, der daher geeignet ist, auf beiden Seiten eines Roll- stuhls jeweils auf die Nabe aufgesetzt zu werden.

Durch Ausnutzung der bei Rollstühlen vorhandenen Bauhö¬ he der Räder können die Ankerwicklungen in einem Ab¬ stand von beispielsweise 10 Zentimeter von der Achse angeordnet werden, so daß eine hohe Drahtzahl in den Nuten möglich ist. daher ist bei der mehrpoligen Aus¬ führung ein hohes Drehmoment möglich, daß eine gute

Laufruhe bei den genannten kleinen Drehzahlen gewähr¬ leistet.

Aufgrund eines Fehlens mechanischer Zwischenteile, z.B. eines Getriebes, ist es nun möglich, daß bei einem mit abgeschalteten Antrieb rollenden Rollstuhl der Motor als Generator arbeitet und so die Batterie in einer Bremsung unter Rückgewinnung von Energie wieder auf¬ lädt. Dies führt zu einer größeren Reichweite und Autonomie des bewegten Fahrzeugs oder Gegenstandes. Es wird damit der bei einem Getriebeantrieb üblicherweise vorhandene "Leerlauf"-Betriebszustand vermieden und jede Bremsung kann zu einem Teil in einer im wesentli¬ chen verlustfreien Generatorfunktion zur Umwandlung der kinetischen Energie in elektrische benutzt werden.

Natürlich können die Permanent-Magnetsegmente 6 durch entsprechende Erregerspulen für die Feldmagnete ersetzt werden und es ist ebenfalls möglich, die Funktionsgrup- pen des Ankers und des Feldmagneten zu vertauschen, d.h. es wird eine feststehende Wicklung und eine rotie¬ rende Erregung verwendet.

In jedem Fall rotiert eine der beiden Funktionsgruppen Feldmagnet/Anker um die andere. Solche Maßnahmen, insbesondere das Vorsehen einer Erregerspule auf dem im Durchmesser gegenüber dem Rotor kleineren Stator führen u.U. zu Wicklungsproblemen, da auf dem im Durchmesser kleineren Statorteil nur eine geringe Drahtzahl möglich ist.

Mit dem hier vorgeschlagenen Motor ist es möglich, einen Direktradantrieb bei Rollstuhlen vorzusehen, so daß die aufwendige, mit Verlust an mechanischer Lei- stung behaftete und platz- und gewichtsraubende Ge¬ triebeeinheit weggelassen werden kann. Zudem gestattet

ein gemäß der Erfindung mit elektrischen Radnabendi- rektantrieben ausgestatteter Rollstuhl ein einfacheres Zusammenklappen und damit den einfacheren Transport des RollStuhls selber in anderen Beförderungsmitteln. Ein solcher Rollstuhl ist erheblich leiser, insbesondere bei der Rückwärtsfahrt, und ermöglicht wegen der Gene¬ ratorfunktion bei gleicher Batterie eine größere Reich¬ weite seines Fahrzeugs.

Natürlich sind die Prinzipien der Erfindung auch in anderen Techni bereichen einsetzbar, bei denen ein mit möglichst wenig drehenden Teilen behafteter Elektroan- trieb Verwendung findet, wie z.B. im Kranbau oder im Elektrofahrzeugbau.