AT523723B1 - Getriebemotor - Google Patents

Abstract

Getriebemotor (1) mit einem Koaxialgetriebe umfassend eine um eine Drehachse (2) drehbare Kurbelwelle (3) mit mindestens einem Pleuellager (4), mehrere Kolben (5a,5b,5c), die mittels jeweils eines Pleuels (6a,6b,6c) mit dem Pleuellager verbunden sind, weiters umfassend eine Hohlwelle (7) mit Innenverzahnung (8), wobei die Kolben innerhalb der Hohlwelle angeordnet sind, weiters umfassend eine rotationsstarre Führungseinheit (9), wobei die Kolben jeweils in der Führungseinheit linear geführt und parallel zu einer Radialrichtung (12a,12b,12c) hin und her bewegbar sind, wodurch Verzahnungen (11a,11b,11c) von ersten Stirnseiten (10a,10b,10c) der Kolben nacheinander in Eingriff mit der Innenverzahnung und in einen von der Innenverzahnung losgelösten Zustand bringbar sind, wobei mindestens ein erster Magnetfelderreger (14) vorgesehen ist, der drehfest mit der Kurbelwelle verbunden und innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist, und wobei innerhalb der Hohlwelle und in umfänglicher Richtung (16) gesehen zwischen den Kolben mindestens ein zweiter Magnetfelderreger (15a,15a‘,15b,15b‘,15c,15c‘) drehfest zur Führungseinheit angeordnet ist, wobei der mindestens eine erste Magnetfelderreger und/oder der mindestens eine zweite Magnetfelderreger zur Erzeugung mindestens eines Magnetfelds mit Strom beaufschlagbar ist/sind.

Description

Beschreibung

GETRIEBEMOTOR

GEBIET DER ERFINDUNG [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Getriebemotor.

STAND DER TECHNIK

[0002] Getriebemotoren sind an sich bekannt und bestehen aus einem Getriebe mit angeschlossenem Motor, wobei insbesondere Elektromotoren zum Einsatz kommen. Typischerweise sind das Getriebe und der Motor hintereinander angeordnet, sodass sich relativ große Längen ergeben.

[0003] Um eine kompaktere Bauweise zu realisieren, sind aus dem Stand der Technik Wellgetriebe (u.a. auch als „Harmonic Drive“ bezeichnet) bekannt, bei denen zumindest ein Teil der (elektro-)magnetischen Antriebskomponenten des Elektromotors radial außerhalb des elastischen Ubertragungselements (auch als „Flexspline“ bezeichnet) angeordnet sind. Ein Beispiel hierfür findet sich in der EP 3561337 A1. Zwar kann mittels der radialen Anordnung von Permanent- und Elektromagneten Baulänge eingespart werden. Allerdings resultiert aufgrund der notwendigen Anordnung von Antriebskomponenten außerhalb des elastischen Ubertragungselements - in der EP 3561337 A1 sind Permanentmagneten außerhalb des elastischen Übertragungselements angeordnet - ein entsprechend großer Durchmesser des Getriebemotors in einer auf die Längsachse normal stehenden Ebene, sodass der Getriebemotor trotz allem nicht hinreichend kompakt gestaltet werden kann.

[0004] Dies trifft auch völlig analog auf den Getriebemotor der DE 102007058605 A1 zu, bei dem das elastische Ubertragungselement gewissermaßen durch eine Vielzahl von in einem Lagerelement radial gelagerten und elektromagnetisch verschiebbaren Zähnen ersetzt ist. Die Anzahl der Zähne ist dabei sehr hoch, da diese die Zähne des Flexspine „ersetzen“ bzw. deren Funktion übernehmen. Auch hier ist ein großer Durchmesser notwendig, da sämtliche Magneten radial außerhalb des Lagerelements bzw. der Zähne angeordnet werden müssen.

[0005] Die unvermeidbar relativ große Dimension in einer Richtung, insbesondere der große Durchmesser, der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist, insbesondere bei Anwendungen, die sehr kompakte Abmessungen verlangen, als nachteilig zu werten.

[0006] Weiters ergibt sich bei auf Wellgetrieben basierenden Getriebemotoren aufgrund der prinzipiellen Funktionsweise eines Wellgetriebes ein Luftspalt - in der EP 3561337 A1 zwischen den außen liegenden Permanentmagneten und innen liegenden Elektromagneten - dessen Größe sich ständig ändert, wodurch sich wiederum ein Leistungsverlust ergibt, was ebenfalls als nachteilig zu werten ist.

[0007] Auch aus der US 3200668 A ist ein Getriebemotor mit einem elastischen Übertragungselement, wie es bei einem Harmonic Drive üblich ist, bekannt. Die Bewegung des UÜbertragungselements erfolgt mittels Kolben bzw. Tauchkernen, die in Spulen angeordnet und durch diese magnetisch bewegt werden.

[0008] Aus der US 5341056 A ist wiederum ein auf Magnetostriktion beruhender Getriebemotor mit einem Hohlrad als Rotor bekannt, das über Lager an einer starren Achse gelagert ist. Magnetostriktive Stangen dienen zur Kraftübertragung auf das Hohlrad, indem die Stangen mittels Spulen mit einem Magnetfeld beaufschlagt werden. Um die Stangen dabei geeignet auszurichten, sind weitere magnetostriktive Elemente vorgesehen, für die wiederum weitere Spulen zur Erzeugung geeigneter Magnetfelder vorgesehen sind.

AUFGABE DER ERFINDUNG [0009] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Getriebemotor zur Verfügung zu

stellen, der die oben genannten Nachteile vermeidet. Insbesondere sollen eine besonders kompakte Bauweise sowie möglichst geringe Leistungsverluste ermöglicht werden.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0010] Kern der vorliegenden Erfindung zur Lösung der genannten Aufgabe ist die Erkenntnis bzw. Idee, dass das in AT 521617 B1 vorgestellte Koaxialgetriebe - im Gegensatz zu bisherigen Koaxialgetrieben, Planetengetrieben oder Wellgetrieben - hinreichend viel nutzbaren Platz in einem Innenraum bietet, um elektromagnetische bzw. magnetische Komponenten eines Elektromotors platzsparend unterbringen zu können, da das besagte Koaxialgetriebe keine rotierenden Teile in diesem Innenraum aufzuweisen braucht. Entsprechend ist ein erfindungsgemäßer Getriebemotor mit einem Koaxialgetriebe vorgesehen, welches eine um eine Drehachse drehbare Kurbelwelle mit mindestens einem Pleuellager umfasst, das Koaxialgetriebe weiters umfassend mehrere, vorzugsweise mindestens drei, Kolben, die mittels jeweils eines Pleuels mit dem mindestens einen Pleuellager verbunden sind und jeweils an einer von der Drehachse weg weisenden ersten Stirnseite eine Verzahnung mit mindestens einem Zahn aufweisen, das Koaxialgetriebe weiters umfassend eine Hohlwelle mit Innenverzahnung, wobei in einer auf die Drehachse normal stehenden Ebene betrachtet die Kolben innerhalb der Hohlwelle angeordnet sind, das Koaxialgetriebe weiters umfassend eine im Wesentlichen rotationsstarr gelagerte Führungseinheit, wobei die Kolben jeweils in der Führungseinheit linear geführt und parallel zu einer normal auf die Drehachse stehenden Radialrichtung hin und her bewegbar sind, wodurch die Verzahnungen der ersten Stirnseiten der Kolben nacheinander in Eingriff mit der Innenverzahnung und in einen von der Innenverzahnung losgelösten Zustand bringbar sind, um während des jeweiligen Eingriffs unter flächigem Kontakt zwischen der jeweiligen Verzahnung und der Innenverzahnung die Hohlwelle um die Drehachse weiter zu drehen,

wobei mindestens ein erster Magnetfelderreger vorgesehen ist, der drehfest mit der Kurbelwelle verbunden und innerhalb der Hohlwelle, vorzugsweise innerhalb der Führungseinheit, angeordnet ist,

und wobei innerhalb der Hohlwelle und in umfänglicher Richtung gesehen zwischen den Kolben mindestens ein zweiter Magnetfelderreger drehfest zur Führungseinheit angeordnet ist, wobei der mindestens eine erste Magnetfelderreger und/oder der mindestens eine zweite Magnetfelderreger zur Erzeugung mindestens eines Magnetfelds mit Strom beaufschlagbar ist/’sind, um in magnetische Wechselwirkung treten und so die Kurbelwelle antreiben zu können.

[0011] Das Koaxialgetriebe kann auch als Kurbelwellengetriebe bezeichnet werden.

[0012] Bevorzugt ist in der auf die Drehachse normal stehenden Ebene betrachtet die Kurbelwelle zumindest abschnittsweise innerhalb der Hohlwelle, besonders bevorzugt zumindest abschnittsweise innerhalb der Führungseinheit, angeordnet.

[0013] Das Pleuellager kann auch als Hubzapfen oder Kurbelzapfen bezeichnet werden, wobei die Pleuel auf dem mindestens einen Pleuel gelagert sind. Grundsätzlich können mehrere, bevorzugt alle Pleuel, auf einem Pleuellager gelagert sein, sodass nur ein einziges Pleuellager vorgesehen sein muss. Es können aber auch mehrere Pleuellager bzw. Hub- oder Kurbelzapfen vorgesehen sein, insbesondere bei entlang der Drehachse hintereinander angeordneten Pleueln, wobei vorzugsweise ein Kurbelzapfen pro Pleuel vorgesehen sein kann.

[0014] Es sei bemerkt, dass durch das Hintereinanderschalten mehrerer Pleuellager bzw. Kurbelzapfen und Anpassung des Drehwinkelversatzes zwischen diesen die Auflösung und/oder die Übersetzung des Getriebes beeinflusst werden kann.

[0015] Die Hohlwelle ist um die Drehachse drehbar gelagert und kann als Abtriebselement fungieren. Im Vergleich dazu bzw. in diesem Sinne ist die Führungseinheit rotationsstarr gelagert.

[0016] Um die Hohlwelle in einer bestimmten Richtung weiterdrehen zu können, sind vorzugsweise drei Kolben vorgesehen. Das Weiterdrehen wird durch das flächige Pressen der Verzahnung der ersten Stirnseite eines der Kolben gegen die Innenverzahnung der Hohlwelle bewirkt, während die anderen Kolben kaum eine oder keine Presskraft auf die Innenverzahnung ausüben.

[0017] Typischerweise ist bei drei vorgesehenen Kolben ein Kolben in Eingriff mit der Innenverzahnung und presst gegen diese. Die restlichen zwei Kolben üben währenddessen keine oder nur eine geringe Presskraft auf die Innenverzahnung aus. Vorzugsweise ist zumindest einer der restlichen zwei Kolben teilweise in Eingriff mit der Innenverzahnung, um Spielfreiheit zu erzeugen. Vorzugsweise berührt zumindest einer der restlichen zwei Kolben die Innenverzahnung überhaupt nicht.

[0018] Generell kann bei mehreren Kolben durch den gleichzeitigen, zumindest teilweisen Eingriff von mindestens zwei Kolben mit der Innenverzahnung Spielfreiheit sichergestellt werden.

[0019] Ein sehr großes Übersetzungsverhältnis ergibt sich durch diese Wirkungsweise. Weiters können durch das flächige Pressen bzw. den flächigen Kontakt zwischen der Verzahnung der jeweiligen ersten Stirnseite mit der Innenverzahnung der Hohlwelle - im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen mit Linienkontakt bzw. linienförmigem Eingriff - sehr hohe Drehmomente von der Kurbelwelle auf die Hohlwelle übertragen werden.

[0020] Die Anzahl der Kolben kann entsprechend gering gehalten werden bzw. kann das Koaxialgetriebe entsprechend kompakt dimensioniert werden. Das Vorsehen von sehr vielen Kolben, wobei mehrere Kolben gleichzeitig und im Wesentlichen gleichwirkend mit der Verzahnung ihrer ersten Stirnseiten gegen die Innenverzahnung drücken, um besonders hohe Drehmomente übertragen zu können, ist dabei praktisch nicht notwendig.

[0021] Für den flächigen Kontakt ist die lineare Bewegung der Kolben wesentlich. Darüberhinaus können die Verzahnungen und die Innenverzahnung entsprechend geometrisch ausgelegt bzw. optimiert werden, um das Pressen bzw. den flächigen Kontakt - und damit die Übertragung hoher Drehmomente - weiter zu steigern.

[0022] Mit mindestens drei Kolben kann sichergestellt werden, dass der nächste Kolben, der mit der Verzahnung seiner ersten Stirnseite gegen die Innenverzahnung flächig presst, die Hohlwelle nicht in die Gegenrichtung zurückdreht und es bloß zu einem Hin- und Herpendeln der Hohlwelle um die Drehachse kommt. Ein solcher Fall ist bei zwei Kolben hingegen grundsätzlich nicht auszuschließen, doch kann bei zwei Kolben ein zusätzliches Element, z.B. eine Art Hemmung bzw. ein Freilauf, vorgesehen sein, das bzw. der das Drehen der Hohlwelle nur in einer bestimmten Richtung gestattet, wodurch ein Weiterdrehen der Hohlwelle auch mit nur zwei Kolben ermöglicht wird.

[0023] Die Verzahnung der ersten Stirnseiten kann auch als auf der ersten Stirnseite aufgeprägte Verzahnung bezeichnet werden.

[0024] Die Führungseinheit kann einstückig oder aus mehreren Elementen zusammengesetzt aufgebaut sein.

[0025] Aufgrund der linearen Führung der Kolben in der Führungseinheit bewegen sich die Kolben entsprechend nur linear parallel zur jeweiligen Radialrichtung, wobei die dem jeweiligen Kolben zugeordnete Radialrichtung durch die Führungseinheit definiert wird.

[0026] Die linearen Führungen können insbesondere durch Hohlzylinder in der Führungseinheit ausgebildet sein, in denen die Kolben angeordnet sind. In diesem Fall wird die dem jeweiligen Kolben zugeordnete Radialrichtung durch die jeweilige Zylinderachse definiert.

[0027] Prinzipiell lässt sich das Koaxialgetriebe durch ein Verbleiben eines der Kolben im oberen Totpunkt, also bei maximalem Verschub des Kolbens in der jeweiligen Radialrichtung von der Drehachse weg, sperren, wodurch die Funktionalität einer Bremse realisiert werden kann.

[0028] Weiters ermöglicht das Koaxialgetriebe eine hohe Dynamik, weil der mindestens eine Hubzapfen der Kurbelwelle eine kreisförmige Bewegung um die Drehachse beschreibt und vorzugsweise selbst einen kreisförmigen Querschnitt senkrecht auf die Drehachse aufweist, sodass ein Massenausgleich sehr einfach realisiert werden kann, beispielsweise in an sich bekannter Weise mittels Ausgleichsgewichten auf der Kurbelwelle.

[0029] Weiters kann prinzipiell durch die Verwendung von Pleueln und Kolben ein modularer

Aufbau realisiert werden. Durch Variation der Kolben in Anzahl, Winkelversatz um die Drehachse und Verteilung auf unterschiedliche Hubzapfen kann die Getriebestufe variabel eingestellt werden. Daraus ergeben sich unterschiedliche Übersetzungen bei gleichzeitiger Möglichkeit, die Abmessungen des Getriebes beizubehalten. Insbesondere kann dabei einem hinreichend großen Innenraum, vorzugsweise zwischen der Führungseinheit und der Innenverzahnung der Hohlwelle, zur Unterbringung der ersten und/oder zweiten Magnetfelderreger für den Antrieb der Kurbelwelle Rechnung getragen werden. Der modulare Aufbau des Getriebes erlaubt es außerdem, einzelne Bauteile in Masse zu produzieren, ohne die Flexibilität im Produkt zu verlieren, und damit für eine schnelle Verfügbarkeit zu sorgen.

[0030] Indem die Führungseinheit rotationsstarr gelagert ist, ist sichergestellt, dass keine rotierenden Teile im Innenraum vorhanden sind, was die problemlose Unterbringung der Magnetfelderreger im Innenraum, insbesondere zwischen der Führungseinheit und der Innenverzahnung der Hohlwelle, gestattet. Insbesondere kann somit der mindestens eine zweite Magnetfelderreger zwischen den Kolben angeordnet werden, wobei vorzugsweise eine Anordnung zumindest abschnittsweise innerhalb der Führungseinheit möglich ist.

[0031] Der mindestens eine erste Magnetfelderreger kann theoretisch direkt auf der Kurbelwelle angebracht oder in diese zumindest abschnittsweise integriert sein. Vorzugsweise ist der mindestens eine erste Magnetfelderreger dabei radial innerhalb des mindestens einen zweiten Magnetfelderregers angeordnet, sodass der mindestens eine zweite Magnetfelderreger radial zwischen dem mindestens einen ersten Magnetfelderreger und der Innenverzahnung der Hohlwelle angeordnet ist. Dabei ist „radial“ hier und im Folgenden immer auf die Drehachse bezogen, sofern nichts anderes angegeben ist.

[0032] Ebenso sind Varianten möglich, bei denen der mindestens eine erste Magnetfelderreger indirekt, also über ein oder mehrere zwischengeschaltete Elemente, mit der Kurbelwelle drehfest verbunden ist. Hierbei ist es denkbar, dass der mindestens eine erste Magnetfelderreger im Innenraum auch radial außerhalb des mindestens einen zweiten Magnetfelderregers, also radial zwischen dem mindestens einen zweiten Magnetfelderreger und der Innenverzahnung der Hohlwelle, angeordnet sein kann.

[0033] Der mindestens eine erste Magnetfelderreger - bei mehreren ersten Magnetfelderregern zumindest einer der ersten Magnetfelderreger - kann in an sich bekannter Weise mit Strom beaufschlagbar sein, um ein Magnetfeld zu erzeugen. D.h. der jeweilige erste Magnetfelderreger ist in diesem Fall als Elektromagnet im weitesten Sinne ausgebildet, beispielsweise als Spule mit oder ohne Kern. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine zweite Magnetfelderreger bei mehreren zweiten Magnetfelderregern zumindest einer der zweiten Magnetfelderreger - in an sich bekannter Weise mit Strom beaufschlagbar sein, um ein Magnetfeld zu erzeugen. D.h. der jeweilige zweite Magnetfelderreger ist in diesem Fall als Elektromagnet im weitesten Sinne ausgebildet, beispielsweise als Spule mit oder ohne Kern. Aus dem Gesagten folgt, dass es erste und/oder zweite Magnetfelderreger geben kann, die nicht mit Strom beaufschlagbar sind bzw. die ohne Strombeaufschlagung ein Magnetfeld erzeugen und entsprechend als Permanentmagneten ausgebildet sein können.

[0034] Die magnetische Wechselwirkung zwischen dem mindestens einen ersten Magnetfelderreger und dem mindestens einen zweiten Magnetfelderreger kann, so wie bei Elektromotoren üblich, zeitlich alternierend zwischen abstoßend und anziehend eingerichtet sein, wodurch der mindestens eine erste Magnetfelderreger - und damit die Kurbelwelle - rotatorisch (gegenüber dem mindestens einen zweiten Magnetfelderreger) bewegt wird. D.h. bei dem ausgebildeten Elektromotor befindet sich der mindestens eine erste Magnetfelderreger auf dem Rotor bzw. ist mit dem Rotor drehfest verbunden, wohingegen der mindestens eine zweite Magnetfelderreger dem Stator des Elektromotors zugeordnet bzw. Teil von diesem ist. Indem die Kurbelwelle aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen den ersten und zweiten Magnetfelderregern angetrieben wird, wird schließlich auch die Hohlwelle durch die sich mit der Kurbelwelle bewegenden Kolben angetrieben und kann als Abtriebselement des erfindungsgemäßen Getriebemotors fungieren.

[0035] Ein Abstand bzw. Spalt oder Luftspalt zwischen dem mindestens einen ersten Magnetfelderreger und dem mindestens einen zweiten Magnetfelderreger kann dabei - anders als bei aus dem Stand der Technik bekannten, auf Wellgetrieben basierenden Lösungen - im Wesentlichen konstant gehalten werden, sodass die Leistung des gebildeten Elektromotors hierdurch nicht verändert bzw. vermindert wird. D.h. eine parallel zu einer radialen Richtung gemessene Weite des Spalts ändert sich während des Betriebs des Getriebemotors nicht.

[0036] Theoretisch genügen ein erster Magnetfelderreger und ein zweiter Magnetfelderreger, um die Kurbelwelle in Rotation zu versetzen, wenn der erste und/oder zweite Magnetfelderreger geeignet angesteuert bzw. mit Strom beaufschlagt werden, wobei die genannte Ansteuerung sich sowohl auf eine zeitliche Abfolge als auch auf unterschiedliche Strom- bzw. Magnetfeldstärken beziehen kann. Wie bereits aus dem oben Gesagten hervorgeht, kann diese Ansteuerung in von Elektromotoren bekannter Weise erfolgen, wobei generell eine elektronische Regel- und Steuereinheit zur Ansteuerung bzw. Strombeaufschlagung des mindestens einen ersten Magnetfelderregers und/oder des mindestens einen zweiten Magnetfelderregers vorgesehen sein kann. Weiters können an sich bekannte Lagegeber, insbesondere Hall-Elemente, vorgesehen sein, die mit der Regel- und Steuereinheit verbunden sind und deren Signale die Regel- und Steuereinheit verarbeitet, um die Winkellage bzw. den Drehwinkel und/oder die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle (bzw. des mindestens einen ersten Magnetfelderregers) zu bestimmen.

[0037] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebemotors ist vorgesehen, dass mehrere erste Magnetfelderreger und/oder mehrere zweite Magnetfelderreger vorgesehen sind. Hierdurch kann der Antrieb der Kurbelwelle, insbesondere deren Drehzahl, sehr genau geregelt werden, vorzugsweise mittels der erwähnten Regel- und Steuereinheit.

[0038] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebemotors ist vorgesehen, dass der mindestens eine erste Magnetfelderreger durch mindestens einen Permanentmagneten ausgebildet ist. Dies erlaubt eine sehr platzsparende Bauweise, um eine Anordnung des mindestens einen ersten Magnetfelderregers wahlweise radial innerhalb oder außerhalb des mindestens einen zweiten Magnetfelderregers zu ermöglichen.

[0039] Um den zur Verfügung stehenden Platz zwischen den Kolben optimal auszunutzen, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebemotors vorgesehen, dass in umfänglicher Richtung gesehen jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Kolben mindestens ein zweiter Magnetfelderreger, vorzugsweise genau zwei zweite Magnetfelderreger, angeordnet ist/sind.

[0040] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebemotors ist vorgesehen, dass der mindestens eine zweite Magnetfelderreger durch mindestens einen Elektromagneten ausgebildet ist. Entsprechend kann der mindestens eine zweite Magnetfelderreger angesteuert bzw. mit Strom beaufschlagt werden.

[0041] Der mindestens eine zweite Magnetfelderreger ist in umfänglicher Richtung gesehen zwischen den Kolben angeordnet, wobei die dort gegebenen Platzverhältnisse die problemlose Unterbringung von einem oder mehreren Elektromagneten gestatten und somit optimal ausgenutzt werden können.

[0042] Gleichzeitig kann der mindestens eine erste Magnetfelderreger als Permanentmagnet ausgebildet sein, was die Realisierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors (auch als BLDCMotor bezeichnet) erlaubt. BLDC-Motoren sind an sich bekannt und weisen einen Rotor mit Permanentmagneten auf und einen Stator mit Elektromagneten, die ein wanderndes bzw. rotierendes Magnetfeld erzeugen.

[0043] Da im Betrieb des Getriebemotors der mindestens eine erste Magnetfelderreger um die Drehachse rotiert, ist eine geometrische Gestaltung des mindestens einen ersten Magnetfelderregers von Vorteil, die die besagte Rotation unter den gegebenen Platzverhältnissen problemlos zulässt. Daher ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebemotors vorgesehen, dass eine um die Drehachse rotierbare innere Hohlwelle vorgesehen ist, die drehfest mit der Kurbelwelle verbunden und innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist, wobei die

innere Hohlwelle den mindestens einen ersten Magnetfelderreger aufweist und wobei die Kurbelwelle innerhalb der inneren Hohlwelle angeordnet ist. Durch die Geometrie der inneren Hohlwelle können die Platzverhältnisse optimal zur Unterbringung des einen oder der mehreren ersten Magnetfelderreger(s) ausgenutzt werden, wobei die innere Hohlwelle als solche (und nicht bloß der mindestens eine erste Magnetfelderreger) innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist. Die innere Hohlwelle kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein und ist Teil des Rotors. „Innerhalb“ ist dabei im oben genannten Sinn zu verstehen, also „in einer auf die Drehachse normal stehenden Ebene betrachtet.“

[0044] Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, kann die innere Hohlwelle - und mit ihr der mindestens eine erste Magnetfelderreger - theoretisch radial außerhalb des mindestens einen zweiten Magnetfelderregers angeordnet sein. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebemotors ist jedoch vorgesehen, dass die innere Hohlwelle innerhalb der Führungseinheit angeordnet ist. Entsprechend ist der mindestens eine erste Magnetfelderreger radial innerhalb des mindestens einen zweiten Magnetfelderregers angeordnet. Eine besonders kompakte Bauweise des Getriebemotors kann hierbei realisiert werden. Wiederum ist „innerhalb“ im oben genannten Sinn zu verstehen, also „in einer auf die Drehachse normal stehenden Ebene betrachtet.“ Dabei kann es in Blickrichtung entlang der Drehachse selbstverständlich Überschneidungen bzw. UÜberlappungen der inneren Hohlwelle und der Führungseinheit geben, wobei die innere Hohlwelle in entsprechenden Ausnehmungen der Führungseinheit angeordnet sein kann.

[0045] Theoretisch kann die innere Hohlwelle entlang der Drehachse gesehen vor und/oder hinter den Pleueln bzw. Kolben angeordnet sein, wobei sich „und“ insbesondere auf Varianten mit mehrteiligen inneren Hohlwellen bezieht. Um die Platzverhältnisse im Bereich der Pleuel bzw. Kolben optimal ausnutzen zu können und entsprechend eine besonders knappe Dimensionierung des Getriebemotors parallel zur Drehachse zu ermöglichen, ist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebemotors vorgesehen, dass die innere Hohlwelle eine oder mehrere Ausnehmungen zur Durchführung der Pleuel und/oder Kolben aufweist. Entsprechend kann der zur Verfügung stehende Raum im Bereich der Pleuel bzw. Kolben so knapp wie möglich bis zu den Pleueln bzw. Kolben für die den mindestens einen ersten Magnetfelderreger aufweisende innere Hohlwelle genutzt werden. Der mindestens eine erste Magnetfelderreger kann somit größtmöglich dimensioniert werden, und können entsprechend große/starke Magnetfelder mit diesem erzeugt werden, um gemeinsam mit dem mindestens einen zweiten Magnetfelderreger einen besonders starken Elektromotor auszubilden.

[0046] Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebemotors ist vorgesehen, dass die innere Hohlwelle mehrere, vorzugsweise zwei, Permanentmagneten als erste Magnetfelderreger aufweist, deren Nordpole und Südpole in umfänglicher Richtung gesehen abwechselnd hintereinander angeordnet sind. Kompakte Abmessungen und eine kostengünstige Herstellung werden hierdurch ermöglicht.

[0047] Eine derartige innere Hohlwelle eignet sich außerdem besonders gut zur Verwirklichung eines BLDC-Motors, wobei mehrere zweite Magnetfelderreger in Form von Elektromagneten vorgesehen sein können.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0048] Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung ist beispielhaft und soll den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.

[0049] Dabei zeigt: [0050] Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Getriebemotors

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG [0051] In der Schnittansicht der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Getriebemotor 1 mit einem Ko-

axialgetriebe bzw. Kurbelwellengetriebe schematisch dargestellt, wobei die Schnittebene normal auf eine Drehachse 2 einer Kurbelwelle 3 des Koaxialgetriebes steht. Das Koaxialgetriebe bzw. die Kurbelwelle 3 umfasst mindestens ein Pleuellager 4, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel genau ein Pleuellager 4 bzw. genau ein Hub- oder Kurbelzapfen vorgesehen ist.

[0052] Mit dem Pleuellager 4 sind mehrere Kolben in an sich bekannter Weise verbunden bzw. sind die Kolben am Pleuellager 4 beweglich gelagert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Kolben 5a, 5b, 5c vorgesehen, die über drei Pleuel 6a, 6b, 6c mit jeweils einem Pleuelauge am Pleuellager 4 befestigt sind. Dabei ist der Kolben 5a über den Pleuel 6a mit der Kurbelwelle 3 bzw. dem Pleuellager 4 verbunden, der Kolben 5b über den Pleuel 6b und der Kolben 5c über den Pleuel 6c. Die Pleuel 6a, 6b, 6c sind auf der Kurbelwelle 3 bzw. dem Pleuellager 4 entlang der Drehachse 2 gesehen hintereinander angeordnet.

[0053] Sämtliche Kolben 5a, 5b, 5c weisen jeweils eine von der Drehachse 2 weg weisende erste Stirnseite 10a, 10b, 10c mit einer aufgeprägten Verzahnung 11a, 11b, 11c auf, wobei die jeweilige Verzahnung 11a, 11b, 11c im dargestellten Ausführungsbeispiel genau einen Zahn aufweist.

[0054] Weiters ist beim Koaxialgetriebe des Getriebemotors 1 eine Hohlwelle 7 vorgesehen, die eine Innenverzahnung 8 aufweist. In der Bildebene der Fig. 1, die senkrecht auf die Drehachse 2 steht, sind die Kolben 5a, 5b, 5c - und zumindest abschnittsweise die Kurbelwelle 3 - innerhalb der Hohlwelle 7 angeordnet. Dies gilt auch für eine Führungseinheit 9, in welcher die Kolben 5a, 5b, 5c jeweils linear geführt und parallel zu einer normal auf die Drehachse 2 stehenden Radialrichtung 12a, 12b, 12c hin und her bewegbar sind. Hierzu weist die Führungseinheit 9 im dargestellten Ausführungsbeispiel Hohlzylinder auf, die als lineare Führungen für die Kolben 5a, 5b, 5c fungieren. Es sei bemerkt, dass im dargestellten Ausführungsbeispiel die Kolben 5a, 5b, 5c in Abschnitten, die in den Hohlzylindern der Führungseinheit 9 angeordnet sind, vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei der jeweilige Querschnitt in einer Ebene normal zur jeweiligen Radialrichtung 12a, 12b, 12c liegt.

[0055] Durch das Hin- und Herbewegen der Kolben 5a, 5b, 5c werden die Verzahnungen 11a, 11b, 11c der ersten Stirnseiten 10a, 10b, 10c der Kolben 5a, 5b, 5c nacheinander in Eingriff mit der Innenverzahnung 8 und in einen von der Innenverzahnung 8 losgelösten Zustand gebracht, wobei aufgrund der linearen Bewegung der Kolben 5a, 5b, 5c während des jeweiligen Eingriffs ein flächiger Kontakt zwischen der jeweiligen Verzahnung 11a, 11b, 11c und der Innenverzahnung 8 sichergestellt werden kann und die jeweilige Verzahnung 11a, 11b, 11c flächig gegen die Innenverzahnung 8 presst. Hierdurch wird die Hohlwelle 7 ein Stück weiter um die Drehachse 2 gedreht, wobei die Führungseinheit 9 unbeweglich zur Drehachse 2 angeordnet bzw. rotationsstarr gelagert ist. Aufgrund des flächigen Eingreifens bzw. Pressens können sehr hohe Drehmomente von der Kurbelwelle 3 auf die Hohlwelle 7 übertragen werden.

[0056] Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weisen die Kolben 5a, 5b, 5c einen um die Drehachse 2 gemessenen Winkelversatz zueinander auf, wobei der Winkelversatz das Verhalten des Koaxialgetriebes beeinflussen kann. D.h. die mit den jeweiligen Kolben 5a, 5b, 5c assozliierten Radialrichtungen 12a, 12b, 12c schließen miteinander jeweils einen um die Drehachse 2 gemessenen Winkel ungleich null ein. Konkret beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel der Winkelversatz zwischen dem Kolben 5a und dem Kolben 5b bzw. der Winkel zwischen der Radialrichtung 12a und der Radialrichtung 12b 120°. Analoges gilt für den Winkelversatz zwischen dem Kolben 5b oder 5c und dem Kolben 5c oder 5a bzw. für den Winkel zwischen der Radialrichtung 12b oder 12c und der Radialrichtung 12c oder 12a.

[0057] Der Getriebemotor 1 weist mindestens einen ersten Magnetfelderreger auf, der drehfest mit der Kurbelwelle 3 verbunden und innerhalb der Hohlwelle 7 angeordnet ist. Weiters ist mindestens ein zweiter Magnetfelderreger vorgesehen, der innerhalb der Hohlwelle 7 und in umfänglicher Richtung 16 gesehen zwischen den Kolben 5a, 5b, 5c drehfest zur Führungseinheit 9 angeordnet ist. Der mindestens eine erste Magnetfelderreger und/oder der mindestens eine zweite Magnetfelderreger ist/sind zur Erzeugung mindestens eines Magnetfelds mit Strom beaufschlagbar, um in magnetische Wechselwirkung treten und so die Kurbelwelle 3 antreiben zu können.

[0058] Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere, insbesondere zwei, erste Magnetfelderreger in Form von Permanentmagneten 14 vorgesehen. Diese Permanentmagneten 14 sind Teil einer inneren Hohlwelle 13 bzw. bilden die Permanentmagneten 14 die innere Hohlwelle 13 aus, wobei Nordpole N und Südpole S der Permanentmagneten 14 in umfänglicher Richtung 16 gesehen abwechselnd hintereinander angeordnet sind. Die innere Hohlwelle 13 ist um die Drehachse 2 rotierbar und drehfest mit der Kurbelwelle 3 verbunden.

[0059] Weiters sind im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere, insbesondere sechs, zweite Magnetfelderreger in Form von Elektromagneten 15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15c‘ vorgesehen. In umfänglicher Richtung 16 gesehen sind jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kolben 5a, 5b, 5c genau zwei der Elektromagneten 15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15c° angeordnet, nämlich die Elektromagneten 15b, 15c zwischen den Kolben 5a, 5b, die Elektromagneten 15a‘, 15b‘ zwischen den Kolben 5b, 5c und die Elektromagneten 15c‘, 15a zwischen den Kolben 5c, 5a. Dabei sind die Elektromagneten 15a, 15a‘ einander gegenüberliegend angeordnet, ebenso die Elektromagneten 15b, 15b‘ und die Elektromagneten 15c, 15c‘°.

[0060] Ein Spalt bzw. Luftspalt zwischen der inneren Hohlwelle 13 bzw. den Permanentmagneten 14 einerseits und den Elektromagnaten 15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15c‘ andererseits ist im Wesentlichen konstant. D.h. eine parallel zu einer radialen Richtung gemessene Weite des Spalts ändert sich während des Betriebs des Getriebemotors 1 nicht.

[0061] Zum Antrieb der Kurbelwelle 3 und damit der Hohlwelle 7 werden die Elektromagneten 15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15e‘ in geeigneter Abfolge mit Strom beaufschlagt, wobei hierfür eine Regel- und Steuereinheit (nicht dargestellt) vorgesehen sein kann, die insbesondere zur Regelung der Drehzahl der Kurbelwelle 3 vorgesehen sein kann.

[0062] Insbesondere lassen sich die Elektromagneten 15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15c‘ so ansteuern bzw. mit Strom beaufschlagen, dass ein wanderndes bzw. rotierendes Magnetfeld erzeugt wird. Entsprechend bilden die Elektromagneten 15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15c‘° mit den Permanentmagneten 14 auf der inneren Hohlwelle 13 einen (an sich bekannten) bürstenlosen Gleichstrommotor (auch als BLDC-Motor bezeichnet) aus.

[0063] Die innere Hohlwelle 13 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb der Führungseinheit 9 und damit radial innerhalb der zweiten Magnetfelderreger bzw. der Elektromagneten 15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15c° angeordnet. Es wäre aber grundsätzlich auch denkbar, dass die innere Hohlwelle 13 radial außerhalb der Elektromagneten 15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15c‘ angeordnet ist, wobei eine solche Anordnung in Fig. 1 durch den strichlierten Kreis zwischen den Elektromagneten 15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15c‘° und der inneren Verzahnung 8 angedeutet ist. Zur Durchführung der Pleuel 6a, 6b, 6c und/oder Kolben 5a, 5b, 5c weist die innere Hohlwelle 13 in beiden Fällen Ausnehmungen (nicht dargestellt) auf, sodass die Hohlwelle 13 problemlos um die Drehachse 2 rotieren kann.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Getriebemotor

2 Drehachse

3 Kurbelwelle

4 Pleuellager

5a, 5Sb,5c Kolben

6a, 6b,6c Pleuel

7 Hohlwelle

8 Innenverzahnung der Hohlwelle 9 Führungseinheit

10a,10b,10c Erste Stirnseite des Kolbens 11a,11b,11c Verzahnung auf der ersten Stirnseite 12a,12b,12c Radialrichtung

13 Innere Hohlwelle

14 Permanentmagnet

15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c,15c‘ Elektromagnet

16 Umfängliche Richtung

N Magnetischer Nordpol

Ss Magnetischer Südpol

Claims (9)

Patentansprüche

1. Getriebemotor (1) mit einem Koaxialgetriebe, welches eine um eine Drehachse (2) drehbare Kurbelwelle (3) mit mindestens einem Pleuellager (4) umfasst, das Koaxialgetriebe weiters umfassend mehrere, vorzugsweise mindestens drei, Kolben (5a,5b,5c), die mittels jeweils eines Pleuels (6a,6b,6c) mit dem mindestens einen Pleuellager (4) verbunden sind und jeweils an einer von der Drehachse (3) weg weisenden ersten Stirnseite (10a,10b,10c) eine Verzahnung (11a,11b,11c) mit mindestens einem Zahn aufweisen, das Koaxialgetriebe weiters umfassend eine Hohlwelle (7) mit Innenverzahnung (8), wobei in einer auf die Drehachse (2) normal stehenden Ebene betrachtet die Kolben (5a,5b,5c) innerhalb der Hohlwelle (7) angeordnet sind, das Koaxialgetriebe weiters umfassend eine im Wesentlichen rotationsstarr gelagerte Führungseinheit (9), wobei die Kolben (5a,5b,5c) jeweils in der Führungseinheit (9) linear geführt und parallel zu einer normal auf die Drehachse (2) stehenden Radialrichtung (12a,12b,12c) hin und her bewegbar sind, wodurch die Verzahnungen (11a,11b,11c) der ersten Stirnseiten (10a,10b,10c) der Kolben (5a,5b,5c) nacheinander in Eingriff mit der Innenverzahnung (8) und in einen von der Innenverzahnung (8) losgelösten Zustand bringbar sind, um während des jeweiligen Eingriffs unter flächigem Kontakt zwischen der jeweiligen Verzahnung (11a,11b,11c) und der Innenverzahnung (8) die Hohlwelle (7) um die Drehachse (2) weiter zu drehen, wobei mindestens ein erster Magnetfelderreger (14) vorgesehen ist, der drehfest mit der Kurbelwelle (3) verbunden und innerhalb der Hohlwelle (7), vorzugsweise innerhalb der Führungseinheit (9), angeordnet ist, und wobei innerhalb der Hohlwelle (7) und in umfänglicher Richtung (16) gesehen zwischen den Kolben (5a,5b,5c) mindestens ein zweiter Magnetfelderreger (15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15c‘) drehfest zur Führungseinheit (9) angeordnet ist, wobei der mindestens eine erste Magnetfelderreger (14) und/oder der mindestens eine zweite Magnetfelderreger (15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15c‘°) zur Erzeugung mindestens eines Magnetfelds mit Strom beaufschlagbar is’sind, um in magnetische Wechselwirkung treten und so die Kurbelwelle (3) antreiben zu können.

2. Getriebemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste Magnetfelderreger (14) und/oder mehrere zweite Magnetfelderreger (15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15c°) vorgesehen sind.

3. Getriebemotor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Magnetfelderreger durch mindestens einen Permanentmagneten (14) ausgebildet ist.

4. Getriebemotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in umfänglicher Richtung (16) gesehen jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Kolben (5a,5b,5c) mindestens ein zweiter Magnetfelderreger (15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c,15c‘), vorzugsweise genau zwei zweite Magnetfelderreger (15a,15a‘,15b,15b‘, 15c,15c°), angeordnet ist/sind.

5. Getriebemotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Magnetfelderreger durch mindestens einen Elektromagneten (15a, 15a‘, 15b, 15b‘, 15c, 15c‘) ausgebildet ist.

6. Getriebemotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine um die Drehachse (2) rotierbare innere Hohlwelle (13) vorgesehen ist, die drehfest mit der Kurbelwelle (3) verbunden und innerhalb der Hohlwelle (7) angeordnet ist, wobei die innere Hohlwelle (13) den mindestens einen ersten Magnetfelderreger (14) aufweist und wobei die Kurbelwelle (3) innerhalb der inneren Hohlwelle (13) angeordnet ist.

7. Getriebemotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Hohlwelle (13) innerhalb der Führungseinheit (9) angeordnet ist.

8. Getriebemotor nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Hohlwelle (13) eine oder mehrere Ausnehmungen zur Durchführung der Pleuel (6a,6b,6c) und/oder Kolben (5a,5b,5c) aufweist.

9. Getriebemotor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Hohlwelle (13) mehrere, vorzugsweise zwei, Permanentmagneten (14) als erste Magnetfelderreger aufweist, deren Nordpole (N) und Südpole (S) in umfänglicher Richtung (16) gesehen abwechselnd hintereinander angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen