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Dokumentenidentifikation DE69106776T2 07.09.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0458056
Titel Elektromagnetischer Motor.
Anmelder Etablissement S.A. Fabriques d'Ebauches, Grenchen, CH
Erfinder Taghezout, Daho, CH-1006 Lausanne, CH;
Strahm, Martin, CH-2017 Boudry, CH
Vertreter Sparing Röhl Henseler, 40237 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 69106776
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, LI
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 15.04.1991
EP-Aktenzeichen 911059574
EP-Offenlegungsdatum 27.11.1991
EP date of grant 18.01.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.1995
IPC-Hauptklasse H02K 21/16

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Motor, der insbesondere geeignet ist, mit einem mehrphasigen Speisemodus zu arbeiten, vorzugsweise dreiphasig.

Dieser Motortyp ist insbesondere beschrieben in dem Patent CH- 540 597 und umfaßt im allgemeinen einerseits einen Rotor, versehen mit einem bipolaren Permanentmagneten und ausgebildet zum Übertragen eines Motormoments auf einen anzutreibenden Mechanismus, und andererseits einen Stator, auf dem drei Erregerspulen angeordnet sind, jeweils gesteuert von einem entsprechenden Steuerschaltkreis.

Der Stator ist mit einer peripheren Statorpartie im wesentlichen runder Form versehen, die um den Rotor einen Magnetkreis geringer Reluktanz bildet. Drei Arme erstrecken sich von dieser peripheren Statorpartie in Richtung der Drehachse des Rotors, um durch ihre freien Enden drei polare Verzweigungen zu bilden.

Diese Verzweigungen sind senkrecht zur Drehachse des Rotors orientiert und weisen geometrische gleichlaufende Längsachsen auf, im wesentlichen in Höhe der Drehachse des Rotors und zueinander um 120º versetzt. Jede der Erregerspulen, die von einer der Speisephasen über den Steuerschaltkreis gespeist werden kann, ist auf einem der Arme angeordnet und erzeugt einen Magnetfluß. Durch Steuerung des Steuerkreises ordnet man dem Permanentmagnetfeld generell mehrere Magnetflüsse zu, was durch Erzeugung eines gegenseitigen Moments den Rotor umlaufen läßt.

Dieser Motortyp weist zahlreiche Vorteile auf.

Er hat einen guten Wirkungsgrad, aber er eignet sich auch besonders gut sowohl für kontinuierliche Rotation wie auch die Arbeitsweise in zwei Drehrichtungen.

Mit einem solchen Motor ist man jedoch auch wegen seiner besonderen Struktur, wie sie oben definiert wurde, mit Problemen der hohen Herstellungskosten konfrontiert, was offensichtlich sein Interesse begrenzt, insbesondere wenn er als Wandler benutzt werden soll oder auch bei der Betätigung in einer relativ hohen Anzahl von Exemplaren für jedes Produkt, wie dies generell der Fall ist bei Anwendungen, wie der Robotertechnik, Kraftfahrzeugen, Luftfahrt-, Raumfahrt- oder auch biomedizinischem Ingenieurwesen. Der vorstehend beschriebene Motor hat nämlich im wesentlichen das Ziel der Entwicklung relativ hoher Leistungen, beispielsweise für den Antrieb von Fahrzeugen, so daß er nicht für die Herstellung in sehr hohen Serien konzipiert wurde, bei niedrigen Kosten, sondern einfach um hinreichende Ausgangscharakteristiken bieten zu können.

Weitere Beispiele von Motoren, die nach dem Stand der Technik hergestellt wurden, sind in den Dokumenten WO-A-89 02 670 und GB-A- 20 54 978 beschrieben.

Die vorliegende Erfindung hat demgemäß zum Ziel, diese Nachteile zu beheben, indem ein elektromagnetischer Motor geschaffen wird, der mit einem Mehrphasen-Speisemodus betrieben werden kann, vorzugsweise dreiphasig, und einfachen Aufbau besitzt, d.h. in sehr hohen Serien bei einem sehr niedrigen Herstellungspreis realisierbar ist.

Die vorliegende Erfindung hat demgemäß zum Gegenstand einen elektromagnetischen Motor, der mit einem n-phasigen Speisemodus betreibbar ist, wobei n ≥ 3 ist und die Bauart aufweist, welche umfaßt:

- einen Rotor , der einen Permanentmagneten umfaßt und ein Motormoment an einen anzutreibenden Mechanismus abgeben kann,

- einen Stator, der einerseits mit einer peripheren Statorpartie versehen ist, die einen Magnetkreis niedriger Reluktanz bildet, und andererseits einer inneren Statorpartie, angepaßt zur Aufnahme des Rotors, welche innere Statorpartie von der peripheren Statorpartie umschlossen ist,

- n Spulen, die magnetisch mit dem Stator verkoppelt sind und einen Magnetfluß über einen Kern erzeugen können, welche Spulen über eine Steuerschaltung mit einer elektrischen Speisequelle verbindbar sind, um jeweils mit n Phasen dieser Speisung erregt zu werden,

- n Magnetflußführungsteile, die auf der inneren Statorpartie angeordnet sind und erste bzw. zweite Enden umfassen, welche ersten Enden n Polstücke bzw. n Polteile bilden, wobei der Rotor drehbeweglich zwischen diesen Polstücken angeordnet ist und in einem Radialabstand von diesen, der mindestens einen Luftspalt bildet, während die Spulen mit den Polstücken über die Flußführungsteile magnetisch verkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Statorpartie eine dünne Platte in Form eines Sterns ist, dessen Arme, welche die Magnetflußführungsstücke bilden, sich in Richtung der peripheren Statorpartie erstrecken, wobei die Spulen versetzt und jeweils mechanisch verankert sind an mindestens den zweiten Enden oder freien Enden dieser Arme.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Spulen auf den Armen verankert über ihren Kern, der mechanisch auf mindestens einem dieser Arme befestigt ist.

Es ist auch zu präzisieren, daß die innere und die periphere Statorpartie im wesentlichen von einem einzigen und monolithischen Statorteil gebildet sind in Verbindung mit den n Spulen.

Darüberhinaus sind die n Spulen auf dem Statorteil unabhängig von dieser Montage dieses Teils auf einem Support montiert, wobei die n Spulen auf diesem Teil angeordnet sind und vor oder nach Montage des Statorteils auf dem Support austauschbar sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Statorpartien, der periphere und der innere, mechanisch voneinander getrennt und unabhängig, wobei die innere Statorpartie auf der äußeren Statorpartie mittels der Erregerspulen angeordnet sind, die relativ zu der peripheren Statorpartie mehrere Winkelpositionen einnehmen können.

Es ist verständlich, daß dank all diesen Ausführungsformen man einen Motor und insbesondere einen Wandler oder insbesondere einen elektromagnetischen Betätiger realisiert, der mit einer Mehrphasenspeisung arbeiten kann (vorzugsweise dreiphasig), dessen unterschiedliche Bestandteile in einfacher Weise herstellbar sind und mit relativ hohem Durchsatz, wobei die Montage dieser verschiedenen miteinander verbundenen Elemente durchaus klassische Arbeitsgänge umfaßt. Darüberhinaus ist festzustellen, daß die Anordnung der beiden Statorpartien, des peripheren und des inneren, zahlreiche Möglichkeiten der Anpassung dieses Motors bietet, die es ermöglichen, unterschiedliche Ausgangscharakteristiken zu erzielen auf Basis ein- und derselben Konstruktion mit zusätzlich der Möglichkeit einer totalen Optimierung des von diesem Motor eingenommenen Volumens.

Der Modulaufbaucharakter und diese Optimierung des eingenommenen Volumens bieten natürlich ein Verwendungsspektrum dieses Motors, der für ein extrem verringertes Volumen eine Ausgangsleistung bietet, die ausreicht für die Anwendung, für die er bestimmt ist.

Andere Vorteile der Erfindung ergeben sich jedoch besser aus dem Studium der detaillierten nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten, nur als Beispiel zu verstehenden Zeichnungen, worin die Figuren 1 bis 5 Draufsichten auf fünf Ausführungsformen des Motors gemäß der Erfindung sind.

Der elektromagnetische Motor gemäß der Erfindung, wie er in einer ersten Ausführungsform in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt in herkömmlicher Weise einen Rotor 1, der hier sehr schematisch dargestellt ist und dazu bestimmt ist, ein Motormoment an einen nicht dargestellten anzutreibenden Mechanismus zu übertragen.

Dieser Motor umfaßt im übrigen einen Stator 2, umfassend ein Statorteil 10, das in Form einer ausgestanzten Platte realisiert ist aus einem Material vorzugsweise hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise einer Legierung, wie sie unter der Bezeichnung "Vacoperm" marktgängig ist. Der Stator 2 kann in magnetische Wechselwirkung mit dem Rotor 1 treten, entweder um ihn unterschiedliche stabile Gleichgewichtspositionen einnehmen zu lassen oder um ihn um eine Drehachse XR1 umlaufen zu lassen. Der Rotor 1 ist zu diesem Zweck frei drehbeweglich mittels Lagern montiert, die mit einem Support verbunden sind oder über einen eingefügten Käfig (nicht dargestellt).

Das Statorstück oder die Statorplatte 10 des Stators 2 umfaßt drei Arme 4, 6 und 8, identischer Gestalt und zueinander um einen Winkel A von etwa 120º versetzt. Man erkennt, daß die drei Arme 4, 6 und 8 demgemäß einstückig aus einem Statorstück 10 gebildet sind, dessen Zentralbereich, der sich von der Drehachse des Rotors XR1 bis zu der ersten Konturlinie, die mit strichpunktierten Linien dargestellt ist, erstreckt, einen inneren oder zentralen Statorteil bildet, dessen freie Endbereiche oder Punkte darüberhinaus Teile einer peripheren Statorpartie 14 bilden, die sich zwischen der ersten und zweiten Konturlinie, dargestellt in Fig. 1 mit unterbrochenen strichpunktierten Linien, erstreckt.

Das Statorteil oder die Statorplatte 10 und damit die innere Statorpartie 12 weist die Form eines Sterns auf.

Man erkennt, daß die periphere Statorpartie 14 ihrerseits die allgemeine Gestalt eines gleichschenkligen Dreiecks und insbesondere eines gleichseitigen Dreiecks aufweist, indem sie einerseits den Rotor 1 umschließt, der im wesentlichen in ihrem Zentrum angeordnet ist, jedoch auch andererseits die innere oder zentrale Statorpartie 12.

Diese Form eines gleichseitigen Dreiecks ist eine bevorzugte Form der peripheren Statorpartie 14, könnte jedoch auch eine andere Gestalt aufweisen, beispielsweise eine runde.

Die zentrale oder innere Statorpartie 12 wird demgemäß im wesentlichen gebildet von drei Armen 4, 6 und 8 und, genauer gesagt, von ihrer Partie, die aus der Nachbarschaft des Rotors 1 zum Äußeren des Stators 2 erstreckt, nämlich in Richtung der peripheren Statorpartie 14. Diese drei Arme 4, 6 und 8 weisen jeweils eine geometrische Längsachse XL4, XL6 bzw. XL8 auf, welche drei Längsachsen XL4, XL6 bzw. XL8 senkrecht zu der Drehachse XR1 stehen und zueinander um den Winkel A versetzt sind. Diese Längsachsen XL4, XL6 und XL8 und insbesondere die Arme 4, 6 und 8, welche sie materialisieren, sind vorzugsweise in ein- und derselben Ebene liegend, welche eine Ebene des elektromagnetischen Feldes bildet. Zu diesem Zweck erkennt man, daß dieser elektromagnetische Motor von der Bauart mit Radialfeld ist, da das Magnetfeld bzw. die Magnetfelder, die im Stator 2 erzeugt werden, eine Orientierung senkrecht zur Drehachse des Rotor XR1 aufweisen.

Die Arme 4, 6 und 8 können mehr oder weniger teilweise sich in unterschiedlichen und parallel zueinander und zur Achse des Rotorumlaufs XR1 orientierten Ebenen erstrecken.

Die drei Arme 4, 6 und 8 weisen erste bzw. zweite Enden 4a, 6a, 8a bzw. 4b, 6b, 8b auf; die ersten Enden 4a, 6a und 8a der drei Arme 4, 6 und 8 bilden Polstücke EP4, EP6 bzw. EP8, gegenüber welchen der Rotor 1 vorbeidrehbar ist. Zu diesem Zweck ist zu präzisieren, daß der Rotor 1 vorzugsweise einen Permanentmagneten, vorzugsweise vom bipolaren Typ, aufweist mit einer herkömmlichen diametralen Nord-Süd-Magnetisierung, welche Magnetisierungsachse in den Figuren durch eine Pfeil symbolisiert ist in Richtung des Nordpols, der von diesem Magneten gebildet wird. Der Motor gemäß der Erfindung ist nicht beschränkt auf einen bipolaren Rotor, sondern könnte auch mit einem mehrpoligen Rotortyp ausgestattet sein.

Man erkennt im übrigen, daß die drei Arme 4, 6 und 8 magnetisch und mechanisch miteinander verbunden sind an der zentralen oder inneren Statorpartie 12 über ihre ersten Enden 4a, 6a und 8a.

Diese ersten Enden 4a, 6a und 8a sind dabei miteinander über Isthmen 16 verbunden, die die Funktion haben, Magnetflußsättigungsmittel zu bilden, welcher Fluß in dem Stator 2 erzeugt wird, welche Mittel als erste Flußsättigungsmittel bezeichnet werden.

Demgemäß ist der zentralste Bereich der inneren Statorpartie 12, die, wie man erkennt, dank der Anordnung ihrer Arme 4, 6 und 8 die allgemeine Gestalt eines Y hat, in ihrem Zentrum von einer Öffnung 20 durchsetzt, deren Seitenwandung, die durchgehend und rund ist, die Polstücke EP4, EP6 und EP8 materialisiert. Die Arme 4, 6 und 8 bilden Polstücke des Statorstückes oder der Statorplatte 10 und insbesondere der inneren oder zentralen Statorpartie 12.

Der Rotor 1 ist in der Öffnung 20 in einem bestimmten Abstand von der seitlichen Flanke derselben montiert und insbesondere in einem bestimmten Abstand von den Polstücken EP4, EP6 und EP8, welches Spiel einen Luftspalt E1 bildet, der nachstehend als erster Luftspalt bezeichnet wird.

Die periphere Statorpartie 14 ihrerseits wird teilweise gebildet von den zweiten Enden oder freien Enden 4b, 6b und 8b der Arme 4, 6 und 8 der inneren Statorpartie 12 und insbesondere von den Spitzen dieser Arme, jedoch auch von Spulen 22, 24 und 26. Diese Spulen 22, 24 und 26, die vorzugsweise eine zylindrische Form besitzen, werden in herkömmlicher Weise von einer Wicklung 28 eines leitenden Drahtes mit zahlreichen Windungen in mehreren koaxialen Lagen um einen Kern 30 gebildet. Diese Spulen 22, 24 und 26 sind sämtlich in der Lage, einen Magnetfluß zu erzeugen, und werden von einem elektrischen Strom durchflossen, herrührend von einer Speisung, die vorzugsweise dreiphasig ist, gesteuert von einer Steuerschaltung, im allgemeinen vom elektronischen Typ (nicht dargestellt). Jede dieser Spulen kann von einer der dreiphasigen Speisungen gespeist werden.

Man erkennt hier, daß man über ebenso viele Spulen verfügt wie Phasen vorliegen, jedoch auch ebenso viele Phasen wie Arme und Polstükke sowie Polverzweigungen auf dem Stator vorliegen.

Die Spulen 22, 24 und 26, die in der einfachsten Funktionsweise jeweils Erregerspulen bilden, umfassen erste Enden 22a, 24a und 26a und zweite Enden 22b, 24b und 26b. Diese Erregerspulen 22, 24 und 26 und insbesondere ihre geometrischen Längsachsen XL22, XL24 bzw. XL26 erstrecken sich vorzugsweise in ein- und derselben Ebene, die parallel verläuft zu jener, gebildet von den Achsen XL4, XL6 und XL8 der jeweiligen Arme 4, 6 bzw. 8.

An beiden Enden der drei Spulen 22, 24 und 26 sind Augen 32, verbunden mit den entsprechenden Kernen 30, vorgesehen, mit denen die Augen 32 vorteilhafterweise einstückig sind.

Die Augen 32 bilden die Fügemittel der Spulen 22, 24 und 26 auf dem Statorteil oder der Statorplatte 10 und im einzelnen auf den Armen der inneren oder zentralen Statorpartie 12, indem sie jeweils eine Öffnung (ohne Bezugszeichen) aufweisen, in die beispielsweise eine Schraube 34 einführbar ist, die in die freien Enden der jeweiligen Arme 4, 6 bzw. 8 eingeschraubt ist.

Man erkennt demgemäß, daß diese drei Spulen 22, 24 und 26 sämtlich mechanisch voneinander unabhängig sind und jeweils mit den freien Enden der zwei jeweils getrennten und benachbarten Arme gefügt und verankert sind.

Die sechs Augen 32, die auf einer ihrer Seiten von größerer Oberfläche sind, welche vorzugsweise eben ist in intimem Kontakt mit einer der Seitenflanken der Arme 4, 6 und 8, jedoch auch die Kerne 30 und die freien Enden 4b, 6b und 8b der Arme 4, 6 und 8 bilden gemeinsam die periphere Statorpartie 14 und bilden um den Rotor 1 und die innere oder zentrale Statorpartie 12 einen Magnetkreis CM1 mit geringer magnetischer Reluktanz.

Es ist ist auch zu präzisieren, daß jeder der Arme 4, 6 und 8 die Form eines Pfeiles besitzt, dessen Basis einerseits die ersten Enden 4a, 6b bzw. 8b bildet und andererseits die entsprechenden Polstücke EP4, EP6 bzw. EP8. Der Korpus dieses Armes oder Pfeiles verbreitert sich von dieser Basis in Richtung eines Kopfes oder einer Spitze, die sich in Richtung jeweils der entsprechenden Spulen erstreckt.

Demgemäß weist jeder der Arme 4, 6 und 8 nahe seinem ersten Ende 4a, 6a und 8a eine Breite auf, die von diesem ersten Ende in Richtung des zweiten Endes 4b, 6b, 8b zunimmt. Die Dicke der Arme 4, 6 und 8 ist relativ gering, d.h. in der Größenordnung von 0,5 mm (0,5 x 10&supmin;³ m) und bleibt ihrerseits im wesentlichen konstant.

Das zweite Ende oder freie Ende 4b, 6b und 8b dieser Arme 4, 6 und 8 bildet ein mechanisches Befestigungsmittel des Motors auf einem Support (nicht dargestellt). Demgemäß sind diese freien Enden 4b, 6b und 8b vorzugsweise quer durchbohrt von einem durchgehenden Loch, ohne Bezugszeichen, bestimmt zum Aufnehmen eines Fügemittels vom Typ Schraube- Mutter, wie einer Schraube 40, die in den vorgenannten Support eingeschraubt ist. Man erkennt auch, daß das zweite Ende 4b, 6b und 8b jedes Armes 4, 6 bzw. 8 ein Auge 32 für zwei der drei Spulen 22, 24 und 26 aufweist.

Diese zweiten Enden oder freien Enden 4b, 6b und 8b bilden demgemäß eine mechanische und magnetische Verbindung zwischen den Kernen 30 und den drei Spulen 22, 24 und 26, jedoch auch zwischen jedem Polstück EP4, EP6 und EP8 und zwei der drei Spulen 22, 24 und 26. Man erkennt bereits, daß der Motor gemäß der Erfindung von extrem einfacher Konzeption ist, da er drei Spulen verwendet, die quasi identisch sein können und in Großserie herstellbar sind, ohne die Verwendung komplizierter Maschinen zu erfordern. lndem sie vereinzelt und mechanisch unabhängig sind, bieten diese Spulen nämlich einen extrem guten Zugang zu der Wicklung 28 auf den Kernen 30. Im übrigen kann das Statorteil 10, das die drei Arme 4, 6 und 8, verbunden über die Isthmen 16 umfaßt, mit sehr hoher Geschwindigkeit mittels Produktionstechniken wie Ziehen oder Stanzen hergestellt werden, (dieses Teil besteht, wie wiederholt sein soll, aus einer Platte mit relativ geringer Dicke), und das Teil kann hergestellt werden aus Vormaterial in Bahnen oder Bobinen.

Man erkennt darüberhinaus, daß die inneren Statorpartien 12 und äußeren Statorpartien 14 im wesentlichen von dem Statorteil 10 in Verbindung mit den n Spulen 22, 24 und 26 gebildet werden. Auf diese Weise besteht abgesehen von den Spulen 22, 24 und 26 der Motor gemäß der Erfindung nur aus einem einzigen und monolithischen Statorteil 10. Man hat demgemäß erheblich die Anzahl von Teilen reduziert, die diesen Motor bilden. Im übrigen sind die n Spulen 22, 24 und 26 auf dem Statorteil 10 unabhängig von der Montage dieses Teils auf dem (nicht dargestellten) Support montiert. Die Spulen 22, 24 und 26 sind mit dem Statorteil gefügt und können beliebig vor oder nach Montage des Statorteils 10 auf dem genannten Support angebracht werden.

Im übrigen kann die Montage der gefügten Spulen 22, 24 und 26 auf dem Monoblockteil 10 leicht realisiert werden, da keine besonders genaue Positionierung erforderlich ist, sondern nur eine Verschraubung oder auch Vernietung der Augen 32 auf den freien Enden 4b, 6b und der entsprechenden Arme 4, 6 und 8.

Es ist zu präzisieren, daß die Spulen 22, 24 und 26 andere als gerade Ausgestaltung haben können. Sie können nämlich geringfügig gekrümmt sein (nicht dargestellt), was den Wirkungsgrad und die Leistung des Motors verbessert, ohne seine Ausladung zu verschlechtern.

Es wird nun auf Fig. 2 eingegangen, die eine zweite Ausführungsform des elektromagnetischen Motors gemäß der Erfindung darstellt.

Dieser Motor umfaßt wie der gerade beschriebene einen Rotor 1, der drehbeweglich relativ zu einem Stator und in dessen Innerem montiert ist.

Bei dieser Ausführungsform unterscheidet sich der Stator 2 jedoch erheblich von dem der gerade beschriebenen Ausführungsform, insbesondere dahingehend, daß die periphere Statorpartie 114 von ein- und demselben Bauteil gebildet wird.

Dieses Monoblockteil, das die periphere Statorpartie 114 bildet, hat eine generelle Form eines gleichschenkligen und insbesondere gleichseitigen Dreiecks, dessen Spitzen S11, S12 und S13 abgestumpft sind. Der elektromagnetische Motor gemäß der zweiten Ausführunsform umfaßt ferner eine zentrale Statorpartie oder innere Statorpartie 112, die mit n Armen (n=3 in diesem Beispiel) 104, 106 bzw. 108 versehen ist, die miteinander in identischer Weise wie bei der vorhergehenden Ausführungsform verbunden sind, d.h. über die Isthmen 116.

Diese Arme 104, 106 und 108 bilden außerdem an ihrem ersten Ende 104a, 106a und 108a, über welche sie verbunden sind, Polstücke EP104, EP106 bzw. EP108, dargestellt durch die Seitenflanke einer runden Öffnung 120, eingearbeitet in den Bereich der Intersektion der drei Arme 104, 106 und 108. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform ist der Rotor 1 beweglich in dieser Öffnung 120 gegenüber den drei Polstücken EP104, EP106 und EP108 montiert. Die n Arme 104, 106 und 108 bilden n Polstücke.

Vorzugsweise sind die drei Arme 104, 106 und 108, insbesondere ihre geometrischen Längsachsen XL104, XL106 bzw. XL108, ebenfalls um einen Winkel A, vorzugsweise von 120º, versetzt. Man erkennt, daß in dieser Ausführungsform die zweiten Enden oder freien Enden 104b, 106b und 108b der Arme 104, 106 und 108 jeweils verbunden sind mit drei Erregerspulen 122, 124 bzw. 126, und im einzelnen sind sie jeweils verbunden mit einem der Augen 132b dieser Erregerspulen.

Auf diese Weise und im Hinblick auf die vorhergehende Ausführungsform erkennt man, daß die Motorspulen gemäß der Erfindung gefügt sind und jeweils mechanisch mindestens an den zweiten oder freien Enden der Arme verankert sind. Im übrigen sind diese Spulen über ihren Kern 30, 130 verankert, der mechanisch mit mindestens einem dieser Arme gefügt ist.

Die Augen 132b sind befestigt an den entsprechenden zweiten Enden oder freien Enden 104b, 106b bzw. 108b der Arme 104, 106 und 108 über Befestigungsschrauben 134.

Das andere Auge 132a dieser Spulen 122, 124 und 126 ist mit der peripheren Statorpartie 114 verbunden, die selbst einen Magnetkreis mit geringer Reluktanz CM10 bildet. Diese Augen 132a sind außerdem mit der peripheren Statorpartie 114 über Befestigungsschrauben 134 verbunden.

Die Spulen 122, 124 und 126 haben eine Konfiguration identisch mit jener der ersten Ausführungsform, d.h. sie umfassen einen Kern 130, um den eine Wicklung 128 eines leitenden elektrischen Drahtes, der eine Mehrzahl von Windungen bildet, gewickelt ist.

Diese Spulen 122, 124 und 126 sind ferner mit einer Speisung, vorzugsweise dreiphasig, über einen elektronischen Steuerschaltkreis (nicht dargestellt) verbunden. Vorzugsweise ist dieser elektronische Steuerschaltkreis derart konzipiert, daß die Erregerspulen 122, 124 und 126 unabhängig erregt werden.

Man erkennt demgemäß, daß in dieser Ausführunsform die Erregerspulen 122, 124 und 126, die mit der zentralen Statorpartie 112 bzw. peripheren Statorpartie 114 gefügt sind, ausschließlich durch eines ihrer Augen verankert sind, und insbesondere das Auge 132a, das als äußeres bezeichnet wird, in der Nähe der Spitzen S11, S12 bzw. S13 der peripheren Statorpartie 114.

Die Verankerungspunkte der äußeren Augen 132a auf der Statorpartie 114 und insbesondere an den Spitzen S11, S12 bzw. S13, bilden für die Spulen 122, 124 und 126 am weitesten außenliegende Verankerungspunkte, während die Verbindung zwischen den gegenüberliegenden Augen 132b und der zentralen Statorpartie 112 für dieselben Spulen am weitesten innen liegende Verankerungspunkte bildet.

Diese Verankerungspunkte, die äußeren bzw. inneren, sind mit AE bzw. AI bezeichnet.

Man erkennt, daß bei dieser Ausführungsform wie auch in den drei nachstehend erläuterten die zentrale oder innere Statorpartie 112 mit der peripheren Statorpartie 114 über drei eingefügte Spulen 122, 124 und 126 verbunden ist.

In dieser besonderen Ausführungsform sind die Erregerspulen 122, 124 und 126 relativ zu den Zweigen 104, 106 bzw. 108 derart angeordnet, daß ihre geometrischen Längsachsen XL122, XL124 bzw. XL128 im wesentlichen mit den geometrischen Längsachsen XL104, XL106 bzw. XL108 der jeweiligen Arme 104, 106 bzw. 108 zusammenfallen.

Man versteht, daß der elektromagnetische Motor gemäß dieser Ausführungsform auch von extrem einfacher Konzeption ist, was es ermöglicht, ihn mit Kaltverformungsverfahren oder bei niedriger Temperatur herzustellen.

Die zentralen bzw. peripheren Statorpartien 112 und 114 sind nämlich aus dünnen Blechen eines Materials von vorzugsweise hoher magnetischer Permeabilität hergestellt, was von Bahnen oder laminierten Bobinen geliefert werden kann.

Darüberhinaus erkennt man, daß mit ein- und demselben Stanzwerkzeug man gleichzeitig die zentrale Statorpartie 112 und die periphere 114 herstellen kann. Darüberhinaus ist das Fügen der verschiedenen Teile miteinander, nämlich der beiden Statorpartien und der drei Erregerspulen, in automatisierter Weise mit hoher Geschwindigkeit realisierbar, da das relative Positionieren aller dieser Teile zueinander keinen Einfluß auf das magnetische Verhalten des Motors hat, natürlich mit Ausnahme der Position des Rotors 1 relativ zur zentralen Statorpartie 112 und insbesondere relativ zu den drei Polschuhen EP104, EP106 und EP108.

Das Anbringen dieses elektromagnetischen Motors auf einem Support, bestimmt zu seiner Aufnahme, kann mittels Befestigungsmitteln 145 erfolgen, ausgebildet an der peripheren Statorpartie 114, und insbesondere mittels Fortsätzen 146 (von denen nur einer dargestellt ist), angearbeitet an diese periphere Statorpartie 114 in Höhe der jeweiligen Ekken S11, S12 bzw. S13. Diese Befestigungsmittel, dargestellt mit gestrichelten Linien, umfassen ein Loch 148, ausgebildet zur Aufnahme einer (nicht dargestellten) Befestigungsschraube.

Man erkennt auch, daß in dieser Ausführungsform die freien Enden 104b, 106b und 108b der Arme 104, 106 und 108 sämtlich in Richtung einer der Spitzen S11, S12 bzw. S13 der peripheren Statorpartie S114 gerichtet sind.

Genauer gesagt, ist das freie Ende 104b, 106b bzw. 108b jedes Armes 104, 106 bzw. 108 in Richtung des äußeren Verankerungspunktes AE der Spule, die von ihm abgestützt wird, gerichtet.

Die Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform des elektromagnetischen Motors gemäß der Erfindung, die eine Statorpartie 214 identisch mit der Statorpartie 114, die vorstehend beschrieben wurde, hat.

Die innere Statorpartie 212 weist einen Zentralbereich auf, der im wesentlichen identisch mit dem der Statorpartie 112 ist. Sie ist außerdem von einem Loch 220 durchbohrt, bestimmt zur Aufnahme des Rotors 1.

In dieser Ausführungsform ist jedoch die Konfiguration der inneren Statorpartie 212 derart, daß sie es ermöglicht, diesen Motor mit längeren Spulen 222, 224 und 226 auszurüsten als bei der vorhergehenden Ausführungsform und demgemäß mit Ausgangscharakteristiken, die überlegen sind.

Diese Spulen 222, 224 und 226 sind jedoch genau nach demselben Prinzip aufgebaut, indem sie einen Kern 230 umfassen, um den eine Wicklung 228 eines elektrisch leitenden Drahtes gewickelt ist, angeordnet in benachbarten und koaxialen Windungen. Jeder Kern 230 endet an seinen beiden Enden mit zwei Augen 232a bzw. 232b.

Spulen größerer Länge, wie die Spule 222, 224 und 226, ermöglichen, eine Wicklung 228 vorzusehen, die entweder eine relativ große Anzahl von Windungen aufweist oder einen elektrisch leitenden Draht größeren Durchmessers als jener, der für die Spulen kurzer Abmessungen verwendet werden könnte.

Man versteht demgemäß, daß eine solche Anordnung es ermöglicht, die Ausgangsleistung des Motors erheblich zu steigern.

Die drei Arme 204, 206 und 208 der inneren oder zentralen Statorpartie 212 sind von größerer Länge als jene der Statorpartie 112, die vorstehend beschrieben wurde, wobei ihre jeweilige Länge L derart ist, daß sie größer ist als die Distanz D zwischen der Drehachse des Rotors XR1, die unter anderem zusammenfällt mit dem Schwerpunkt der peripheren Statorpartie 214 und dem Innenrand dieser peripheren Statorpartie 214.

Die äußeren Verankerungspunkte AE der Augen 232a fallen nicht mehr mit den Höhen H zusammen.

Diese äußeren Verankerungspunkte AE der Spulen 222, 224 und 226 sind demgemäß seitlich versetzt relativ zu den Höhen H der peripheren Statorpartie 214 derart, daß diese Erregerspulen 222, 224 und 226 im wesentlichen parallel zu den Armen 214a, 214b bzw. 214c der peripheren Statorpartie 214 angeordnet sind. Natürlich verbleibt ein Zwischenraum e zwischen dem Außenumfang der Erregerspulen und dem Innenrand der peripheren Statorpartie 214.

Man erkennt demgemäß, daß die geometrischen Längsachsen XL222, XL224 und XL226 der Spulen nicht mehr aufeinanderstoßen in Höhe der Umlaufachse des Rotors XR1. Im Gegenteil durchsetzen sie einander im wesentlichen in Höhe ihres äußeren Verankerungspunktes AE. Auf diese Weise haben, obwohl die zentrale oder innere Statorpartie 212 eine geometrische Konfiguration vom Sterntyp hat, die Spulen 222, 224 und 226 eine Konfiguration vom Typ Dreieck.

Wenn man als Beispiel die Spule 224 betrachtet, erkennt man, daß ihr inneres Auge 232b, das, woran zu erinnern ist, per definitionem auf der zentralen Statorpartie 212 verankert ist, mit dem Arm 206 verbunden ist, der in dieser Ausführungsform in eine andere Richtung weist als jener des äußeren Verankerungspunktes AE dieser Spule 224. Auf diese Weise ist für die drei Spulen 222, 224 und 226 ihr inneres Auge 232b mit einem der Arme der zentralen Statorpartie 212 verbunden, der in einer Richtung orientiert ist, die versetzt ist relativ zum Verankerungspunkt des äußeren Auges 232, das diesem inneren Auge entspricht.

Man erkennt sogar, daß in diesem besonderen Beispiel das innere Auge 232b jeder Spule mit einem der Arme des inneren oder zentralen Statorteils 212 verbunden ist, das in Richtung des äußeren Verankerungspunktes AE einer der benachbarten Spulen gerichtet ist. Man versteht, daß dank dieser Anordnung man den Innenraum optimiert, der in der peripheren Statorpartie ausgearbeitet ist, indem man die Ausgangscharakteristiken des Motors verbessert. Man versteht auch, daß auf der Basis einer gleichen peripheren Statorpartie 114 (Figur 2) und 214 (Figur 3), d.h. bei gleicher Form und gleichen Abmessungen, man Motoren mit unterschiedlichen Ausgangscharakteristiken herstellen kann. Dies ermöglicht natürlich für alle peripheren Statorpartien eine Standardform, deren Kontur die äußere Ausladung des Motors bestimmt. Wenn einmal diese periphere Statorpartie auf ihrem Support montiert ist, kann man ihr verschiedene Paare von Spulen/zentrale Statorpartie zuordnen, wie beispielsweise die innere oder zentrale Statorpartie 212, versehen mit Spulen 222, 224 und 226, oder die innere oder zentrale Statorpartie 212, ausgestattet mit den Spulen 222, 224 und 226.

Zu diesem Zweck sind die äußeren Verankerungspunkte AE der Erregerspulen auf der peripheren Statorpartie 214 vorzugsweise von Langlöchern 260 gebildet, gerade oder gekrümmt (von denen nur eines dargestellt ist), in die Schrauben-Muttern-Systeme eingreifen, wie Bolzen 234, welche die äußeren Augen 232a halten.

Man erkennt außerdem, daß eine solche Anordnung, bei der die beiden Statorpartien, die periphere 214 und die zentrale 212, wie in der vorhergehenden Ausführungsform mechanisch getrennt sind und unabhängig und auf denen die Erregerspulen gefügt sind, es ermöglicht, die zentrale Statorpartie 212 in einer Mehrzahl von Winkelpositionen anzuordnen (natürlich unter Verwendung von Erregerspulen unterschiedlicher Längen). Deshalb kann man in einfacher Weise die stabilen Gleichgewichtspositionen des Rotors 1 definieren, die, woran zu innern ist, definiert werden durch die Orientierung der Polschuhe, abhängig von der Positionierung der peripheren Statorpartie 212. Es ist zu präzisieren, daß diese stabilen Gleichgewichtspositionen definiert werden können durch andere Mittel, wie beispielsweise durch die Form der Öffnung 220, die nicht dargestellte Positionieröffnungen umfassen kann. Auf diese Weise unter Vorsehen von Justiermitteln, wie Langlöchern in den Befestigungslöchern 232a und/oder 232b und/oder in den Armen des Stators 212 kann man in einfacher Weise die stabilen Gleichgewichtspositionen des Rotors 1 relativ zu einem anzutreibenden Mechanismus (nicht dargestellt) einjustieren, selbst wenn der elektromagnetische Motor definitiv auf seinem Support installiert ist, was es in sehr vorteilhafter Weise ermöglicht, beispielsweise ein Anzeigeelement eines anzutreibenden Mechanismus und eventuell seine Initialisierung um bestimmte Positionen herum zu justieren.

Die Figur 4 zeigt eine vierte Ausführungsform, bei der die periphere Statorpartie 314 und die drei Erregerspulen 322, 322 bzw. 326 identisch mit jenen der zweiten Ausführungsform sind, die vorstehend beschrieben und in Figur 2 dargestellt wurde.

In dieser vierten Ausführungsform wird die innere oder zentrale Statorpartie 312 von einer runden Scheibe gebildet, deren zentrale Öffnung 320 ausgebildet zur Aufnahme des Rotors 1. Diese runde Scheibe, welche die zentrale Statorpartie 312 bildet, umfaßt eine bestimmte Anzahl von Ausnehmungen 362, die sich in Ausfluchtung und in geringem Abstand voneinander von der zentralen Öffnung 320 bis zu dem Außenrand dieser Scheibe befinden.

Diese Ausnehmungen 362, die hier runde Form aufweisen, sind nebeneinander auf geometrischen Achsen XK angeordnet, die sich radial vom Zentrum der Öffnung 320, wo sie mit der Drehachse XR1 des Rotors 1 zusammenfallend zusammenlaufen, erstrecken. Diese Achsen XK, auf denen die Ausnehmungen 362 eingearbeitet sind, sind beidseits der Verankerungspunkte AI der inneren Augen 332b angeordnet. Diese Ausnehmungen 362 und insbesondere diese Gruppen von Ausnehmungen bilden ein Mittel der Magnetflußsättigung, dessen Funktion identisch ist mit jenen der Isthmen 16, 116 und 216 der vorhergehenden Ausführungsformen. Genauer gesagt, findet man Isthmen 316, die äquivalent sind den Isthmen 16, 116, 216, die jedoch Isthmen 316a, b, c zugeordnet sind, die aufeinanderfolgend angeordnet sind in Staffelungen und in paralleler Orientierung, orthogonal zu den Achsen XK. Die Bereiche R1, R2 und R3 der runden Scheibe 312, die zwischen den drei Gruppen von Ausnehmungen und Isthmen 362 belassen sind, bilden in der zentralen Statorpartie wie die Arme der zentralen Statorpartien, die vorstehend beschrieben wurden, Magnetflußführungselemente 304, 306 bzw. 308, an deren einem Ende die Polschuhe EP304, EP306 bzw. EP308 angeordnet sind. Man erkennt auch hier, daß diese innere oder zentrale Statorpartie 312 von extrem einfacher Konzeption ist und daß sie ohne weiteres durch Stanzen oder Prägen realisierbar ist. Darüberhinaus verleiht die alviolenartige Struktur ihr eine bestimmte Starrheit, was eine gute Festigkeit des Stators 2 sicherstellt.

Im übrigen ist in gestrichelten Linien in Figur 4 eine Verbindungspraze 370 angedeutet, die es ermöglicht, mechanisch die innere Statorpartie 312 mit der peripheren Statorpartie 314 zu verbinden. In diese Praze sind weitere Ausnehmungen 372 eingearbeitet, dazu bestimmt, zusätzliche Magnetflußsättigungsmittel zu bilden und das Verlaufen dieses Flusses in Höhe der Praze 370 zu unterbinden. Die beiden Statorpartien 312 und 314 bilden demgemäß ein einziges Bauteil. Es wurde nur eine einzige Praze 370 dargestellt, doch könnten andere zwischen der Statorpartie 312 und den Armen 314a, 314b, 314c der peripheren Statorpartie 314 vorgesehen sein, die sich diametral gegenüber den Spulen 322 bis 326 erstrecken, gegenüber den Öffnungen 362 und einstückig mit den beiden Statorpartien 312 und 314 ausgebildet sind.

Die Figur 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die periphere Statorpartie 414, aber auch die Erregerspulen 422, 424 und 426 von identischem Aufbau sind wie bei der gerade beschriebenen Ausführungsform. In dieser Ausführungsform wird die zentrale oder innere Statorpartie 412 wie die äußere Statorpartie 414 in Form eines in sich geschlossenen Monoblockteils ausgebildet. Dieses Teil, das aus einem dünnen Blech hergestellt ist, aus einem Material mit vorzugsweise hoher magnetischer Permeabilität, hat allgemein eine Polygongestalt vom hexagonalen Typ oder, genauer gesagt, eines gleichschenkligen und insbesondere gleichseitigen Dreiecks, dem man die Spitzen abgeschnitten hat. Diese zentrale Statorpartie 412 umfaßt demgemäß sechs Arme 412a bis 412f, wobei die Arme 412a, 412c und 412e die inneren Verankerungspunkte AI der inneren Augen 432b der Erregerspulen 422, 424 bzw. 426 bilden. Die zweiten Arme 412b, 412d bzw. 412f, die die Verbindung zwischen dem ersten Arm 412a, 412c und 412e herstellen, sind axial mit einer Anzahl von Ausnehmungen 462 vollständig durchbohrt, die - wie in der vorhergehenden Ausführungsform - Magnetflußsättigungsmittel bilden, bezeichnet als zweite Sättigungsmittel.

Darüberhinaus umfaßt diese Statorpartie 412 Luftspalte E2 bis E4, belassen zwischen den jeweiligen Armen 404, 406 bzw. 408 und insbesondere ihren jeweiligen Polschuhen, und dies zusätzlich zu dem ersten Luftspalt E1, der zwischen dem Rotor 1 und den Polschuhen ausgearbeitet ist, wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen. Man erkennt auch, daß die Arme der zentralen Statorpartie 412 sich in einer Richtung senkrecht zu den Armen 412a, 412c und 412e erstrecken, welche die Erregerspulen 422, 424 und 426 abstützen. Der zentrale Bereich der Statorpartie 412, der zwischen den Polschuhen ausgearbeitet ist, bildet die freien Enden der Arme 404, 406 und 408 und ist ausgebildet zur Aufnahme des Rotors 1.

Man erkennt demgemäß, daß in dieser Ausführungsform die freien oder ersten Enden der Arme 404, 406 und 408 die Polschuhe des Stators 2 bilden, während die anderen oder zweiten Enden dieser Arme miteinander über die Arme 412b, 412d und 412f verbunden sind, welche infolge ihrer Alviolenstruktur die zweiten Magnetflußsättigungsmittel bilden. Die zweiten Enden dieser Arme nehmen im übrigen die Erregerspulen auf. Man erkennt auch, daß die zentrale Statorpartie 412 einfach herstellbar ist durch einen Deformationsarbeitsgang aus einem dünnen Blech eines geeigneten Materials.

Es ist zu präzisieren, daß in den Ausführungsformen der Figuren 2 bis 5 die Arme der peripheren Statorpartie mit Spulen versehen sein können, aktiven oder sensiblen, welche nicht dargestellt sind.


Anspruch[de]

1. Elektromagnetischer Motor, der mit einem n-phasigen Speisemodus betreibbar ist, wobei n ≥ 3 ist, und von der Bauart, die umfaßt:

- einen Rotor (1), der einen Permanentmagneten umfaßt und ein Motormoment an einen anzutreibenden Mechanismus abgeben kann,

- einen Stator (2), der einerseits mit einer peripheren Statorpartie (14) versehen ist, die einen Magnetkreis niedriger Reluktanz (CM) bildet, und andererseits einer inneren Statorpartie (12), angepaßt zur Aufnahme des Rotors (1), welche innere Statorpartie von der peripheren Statorpartie (14) umschlossen ist,

- n Spulen (22, 24, 26), die magnetisch mit dem Stator verkoppelt sind und einen Magnetfluß über einen Kern (30) erzeugen können, welche Spulen über eine Steuerschaltung mit einer elektrischen Speisequelle verbindbar sind, um jeweils mit n Phasen dieser Speisung erregt zu werden,

- n Magnetflußführungsteile (4, 6, 8; 304, 306, 308), die auf der inneren Statorpartie angeordnet sind und erste bzw. zweite Enden umfassen, welche ersten Enden n Polstücke (EP) bzw. n Polteile bilden, wobei der Rotor (1) drehbeweglich zwischen diesen Polstücken angeordnet ist und in einem Radialabstand von diesen, der mindestens einen Luftspalt (E1) bildet, während die Spulen mit den Polstücken über die Flußführungsteile magnetisch verkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Statorpartie eine dünne Platte in Form eines Sterns ist, dessen Arme, welche die Magnetflußführungsstücke bilden, sich in Richtung der peripheren Statorpartie (14) erstrecken, wobei die Spulen (22, 24, 26) versetzt und jeweils mechanisch verankert sind an mindestens den zweiten Enden oder freien Enden dieser Arme.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (22, 24, 26) auf den Armen verankert sind über ihren Kern (30), der mechanisch auf mindestens einem dieser Arme befestigt ist.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere (12) und periphere (14) Statorpartie im wesentlichen von einem einzigen und monolithischen Statorteil (10) gebildet sind in Verbindung mit den n Spulen (22, 24, 26).

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die n Spulen (22, 24, 26) auf dem Statorteil (10) montiert sind unabhängig von der Montage dieses Teils auf einem Support, wobei die n Spulen auf diesem Teil angeordnet sind und vor oder nach Montage des Statorteils (10) auf dem Support austauschbar sind.

5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende jedes der Arme (4, 6, 8) ein Auge für zwei der n Spulen (22, 24, 26) aufweist wie auch ein mechanisches Befestigungsmittel (40) des Motors auf einem Support.

6. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die periphere Statorpartie (14) von den Kernen (30) der Spulen gebildet ist, verlängert um ihre jeweiligen Augen (32), und von dem zweiten Ende (4b, 6b, 8b) der Arme (4, 6, 8), wobei dieses zweite Ende (4b, 6b, 8b) eine mechanische und magnetische Verbindung zumindest zwischen den Kernen (30) herstellt.

7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Statorpartien, der periphere (114) und der innere (112) mechanisch voneinander getrennt und unabhängig sind, wobei die innere Statorpartie (112) auf der äußeren Statorpartie (114) angeordnet ist mittels Spulen (122, 124, 126), die relativ zu der peripheren Statorpartie (114) mehrere Winkelpositionen einnehmen können.

8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die periphere Statorpartie (114) eine mindestens gleichschenklige und vorzugsweise gleichseitige Dreieckform umfaßt.

9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule (122, 124, 126), die auf dem Stator (2) angeordnet ist, mittels eines ihrer Augen verankert ist, das als äußeres Auge (132a) bezeichnet ist, benachbart einer der Spitzen der peripheren Statorpartie (114) in einem Verankerungspunkt, der als äußerer Verankerungspunkt bezeichnet wird.

10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Auge (232b) jeder Spule (222, 224, 226), das mit der inneren Statorpartie (212) verbunden ist, mit einem der Arme dieser Statorpartie (212) verbunden ist, der in einer Richtung im wesentlichen versetzt bezüglich des äußeren Verankerungspunktes (AE) derselben Spule auf der peripheren Statorpartie (214) orientiert ist.

11. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Auge (232b) jede Spule mit einem der Arme (204, 206, 208) der inneren Statorpartie (212) verbunden ist, welcher in Richtung des äußeren Verankerungspunktes (AE) einer der benachbarten Spulen orientiert ist.

12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (222, 224, 226) derart angeordnet sind, daß sie im wesentlichen parallel zu den Armen (214a, 214b, 214c) der peripheren Statorpartie (214) verlaufen.

13. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet des Rotors (1) zweipolig ist.







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