DE102005020675A1 - Elektromotor mit einer lastabhängigen Drehzahlregelung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einer lastabhängigen Drehzahlregelung, mit einer Motorabtriebswelle und einer Einrichtung zur Drehzahlregelung. Sie löst die Aufgabe, einen solchen Elektromotor mit einer mechanischen Drehzahlregeleinrichtung zu schaffen. Dazu weist dieser eine aus mehreren trägen Massen gebildete Einrichtung auf, die gleichmäßig zum Umfang der Motorwelle verteilt und jeweils mit Federmitteln im radialen Abstand von dieser gehalten sind, wobei der radiale Abstand der trägen Massen bei höherer Drehzahl größer und bei niedrigerer Drehzahl geringer ist, verbunden mit einem größeren bzw. kleineren Trägheitsmoment, das sich drehzahlverringernd bzw. drehzahlerhöhend auswirkt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einer lastabhängigen Drehzahlregelung, insbesondere für den Antrieb verstellbarer Komponenten in einem Fahrzeug.
• Die elektromotorische Verstellung von Komponenten in Fahrzeugen, beispielsweise von Fahrzeugsitzen, Schiebedächern, Lenksäulen, Außenspiegeln oder Fenstern gewinnt immer mehr an Bedeutung. Die Drehzahl der dazu eingesetzten ungeregelten Elektromotoren ist lastabhängig, so dass es bei einer elektromotorischen Verstellung einer derartigen Komponente zu periodischen Drehzahländerungen des jeweiligen Elektromotors kommen kann. Diese Drehzahländerungen werden in akustischer Form als Frequenzmodulationen hörbar und werden vom Fahrzeugnutzer als störend empfunden. Zur Vermeidung dieser Erscheinung sind Regelsysteme mit elektronischer Drehzahlregelung bekannt, die Adaptionen im Steuergerät und am Elektromotor notwendig machen und daher aufwändig und teuer sind.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Elektromotor mit einer lastabhängigen Drehzahlregelung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem die Drehzahlregelung mechanisch erfolgt.
• Diese Aufgabe wird bei einem Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
• Die Erfindung besteht darin, dass bei einem Elektromotor mit einer Motorwelle und einer Einrichtung zur Drehzahlregelung diese Einrichtung aus mehreren, gleichmäßig zum Umfang der Motorwelle verteilten und jeweils mit Federmitteln im radialen Abstand von dieser gehaltenen trägen Massen gebildet ist, wobei deren Abstand zur Motorwelle bei höherer Drehzahl größer und bei niedrigerer Drehzahl geringer ist. Bei einer höher werdenden Drehzahl bewegen sich die trägen Massen auf Grund der erzeugten Zentrifugalkraft nach außen. Das durch den vergrößerten Abstand zur Achse der Motorwelle erzeugte höhere Trägheitsmoment reduziert die Drehzahl des Elektromotors, da dieser mit einer höheren Last beaufschlagt ist. Die niedrigere Drehzahl wiederum führt zu einer Bewegung der Massen auf die Motorwelle zu und damit zu einer Verringerung des Trägheitsmomentes. Durch die Wirkung des sich verändernden Trägheitsmomentes auf die Drehzahl und umgekehrt (selbstadaptives Trägheitsmoment) werden die Drehzahlschwankungen und damit die Frequenzmodulationen beseitig oder reduziert. Im Fall einer konstanten Motordrehzahl stellt sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der Zentrifugal kraft und der Kraft der Federmittel ein. Mit dieser mechanischen Einrichtung ist eine einfache und preiswerte Einrichtung zur selbsttätigen lastabhängigen Drehzahlregelung gegeben. Diese kann auch als Nachrüsteinrichtung verbaut werden.
• In einer bevorzugten Ausführungsform sind die trägen Massen jeweils in einer Gleitführung angeordnet, wobei diese in gleichen Winkelabständen voneinander an der Motorwelle angeordnet sind, insbesondere vermittels eines drehfest mit dieser verbundenen Trägers. Da eine Gleitreibung zwischen den Massen und der jeweiligen Gleitreibung möglichst vermieden werden muss, damit das System sensibel reagiert und problemlos funktioniert, sind die Gleitführungen senkrecht zur Motorabtriebswelle angeordnet und weisen Gleitflächen hoher Oberflächengüte zur Sicherstellung einer im wesentlichen reibungsfreien Gleitbewegung der Massen auf. Letztere sind aus dem gleichen Grund kugelförmig gestaltet und liegen daher nur linienförmig oder, je nach Ausgestaltung des Querschnitts der Gleitführungen, punktförmig an den Gleitflächen an. Das Material, aus dem die Massen bestehen, sollte homogen sein, damit keine Unwuchten im System entstehen.
• Die Gleitführungen sind zweckmäßigerweise als Gleitkanäle runden Querschnitts ausgebildet und als Hohlzylinder am Träger angeordnet, um das Gewicht niedrig zu halten. Alternativ dazu können die Gleitkanäle jedoch auch in einer kreisrunden oder vieleckigen Platte oder Scheibe als Träger ausgebildet sein, die parallel zu einer senkrecht zur Motorwelle verlaufenden Ebene an dieser angeordnet ist.
• Die Federmittel, die in einer Gleitführung auf die jeweilige Masse wirken, sind dabei so ausgelegt, dass diese die Masse bis zu einer vorbestimmten Mindestdrehzahl in einem vorbestimmten minimalen Abstand zur Motorwelle halten, derart, dass eine Drehzahlregelung erst ab einer vorbestimmten Drehzahl aufwärts einsetzt, die vorzugsweise gleich der Arbeitsdrehzahl des Elektromotors ist. Bei einer niedrigeren Drehzahl als diese ist eine Drehzahlregelung noch nicht erforderlich.
• Es sei erwähnt, dass die Einrichtung auch in ein mit dem Elektromotor verbundenes Getriebe integriert sein kann, insbesondere in ein Getrieberad, das koaxial zur Motorwelle angeordnet ist.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
• 1a: eine erste Ausführung einer Einrichtung zur Drehzahlregelung in einer Vorderansicht, teilweise aufgebrochen,
• 1b: die Einrichtung in einer Seitenansicht,
• 2a: eine zweite Ausführung einer Einrichtung zur Drehzahlregelung in einer Vorderansicht, teilweise aufgebrochen, und
• 2b: diese in einer Seitenansicht.
• Die in den 1a und b gezeigte Einrichtung zur lastabhängigen Drehzahlregelung weist eine an der Abtriebswelle 1 eines nicht dargestellten Elektromotors drehfest angeordnete kreisrunde Platte 2 aus einem harten Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften (PTFE) mit drei in radialer Richtung und senkrecht zu deren Rotationsachse A und um 120° versetzt zueinander angeordneten umfangsseitig offenen und motorwellenseitig geschlossenen Gleitführungskanälen 3 kreisrunden Querschnitts mit einer motorwellenseitigen Verengung 4 auf. In diesen Kanälen 3 sind im Bereich mit dem größeren Durchmesser Stahlkugeln 5 mit einer hohen Oberflächengüte als Gleitkörper angeordnet und jeweils an einer Zugfeder 6 gehalten, die an der motorwellenseitigen Stirnfläche des jeweiligen Gleitführungskanals 3 befestigt und durch die Verengung 4 definiert geführt ist. Die Stahlkugeln 5 liegen sich in ihrer Ausgangsposition, die in dem in der 1a unteren Gleitführungskanal 3 in gestrichelter Linie angedeutet ist, am Rand der Verengung 4 an. Die Federkraft ist derart bestimmt, dass die Stahlkugeln 5 erst ab einer Motordrehzahl von etwa 2500 1/min ansprechen, die im Wesentlichen der Arbeitsdrehzahl des Elektromotors entspricht. Infolge der den Stahlkugeln 5 verliehenen Umfangsgeschwindigkeit wird eine Zentrifugalkraft erzeugt, die der Federkraft entgegenwirkt. Übersteigt die Zentrifugalkraft diese, lösen sich die Stahlkugeln 5 vom Rand der Verengung 4, verlassen somit ihre am Rand der Verengung 4 gegebene Ausgangsposition und gleiten in Abhängigkeit von der sich einstellenden Drehzahl und der lastabhängigen Drehzahlschwankungen in dem jeweiligen Gleitführungskanal und nehmen in diesem jeweils eine Position ein, in der ein Gleichgewicht zwischen der Zentrifugalkraft und der Federkraft herrscht. Bei einer Lastveränderung erfolgt selbsttätig eine Positionskorrektur, verbunden mit einer Drehzahländerung.
• Eine alternative Ausführung einer Einrichtung ist in den 2a und b dargestellt. Diese Ausführung weist anstelle einer Platte, in der Gleitführungskanäle für die trägen Massen ausgebildet sind, zwei um 180° versetzt zueinander an einer Buchse 7 angeordnete Hohlzylinder 8 kreisrunden Querschnitts mit einem Verengungsbereich für eine definierte Federführung auf, die innenseitig als Gleitführungskanäle 9 hoher Oberflächengüte für Stahlkugeln 10 als träge Massen ausgebildet sind. Die Buchse 7 mit den Hohlzylindern 8 ist drehfest an der Abtriebswelle 11 eines Elektromotors 12 angeordnet. Die Gestaltung der Gleitführungskanäle 9 und die Anordnung der Stahlkugeln 10 entsprechen der vorbeschriebenen Ausführungsform, ebenso die Funktion der Einrichtung. In den 2a und b befinden sich die Stahlkugeln 10 in ihrer Aus gangsposition, in der sich die Federkraft und die Zentrifugalkraft bei einer Drehzahl von etwa 2500 1/min das Gleichgewicht halten bzw. die Federkraft noch größer als die Zentrifugalkraft ist.

1

Abtriebswelle

2

Platte

3

Gleitführungskanal

4

Verengung

5

Stahlkugel

6

Zugfeder

7

Buchse

8

Hohlzylinder

9

Gleitführungskanal

10

Stahlkugel

11

Abtriebswelle

12

Elektromotor

A

Rotationsachse

Claims (8)

1. Elektromotor mit einer lastabhängigen Drehzahlregelung, mit einer Motorabtriebswelle und einer Einrichtung zur Drehzahlregelung, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung aus mehreren, gleichmäßig zum Umfang der Motorabtriebswelle (1, 11) verteilten und jeweils mit Federmitteln (6) im radialen Abstand von dieser gehaltenen trägen Massen (5, 10) gebildet ist, wobei der radiale Abstand bei höherer Drehzahl größer und bei niedrigerer Drehzahl geringer ist, verbunden mit einem größeren bzw. kleineren Trägheitsmoment, das sich drehzahlverringernd bzw. drehzahlerhöhend auswirkt.
2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Massen (5, 10) jeweils in einer Gleitführung (3, 9) angeordnet sind, und die Federmittel (5) die jeweilige Masse (5, 10) bis zu einer vorbestimmten Drehzahl in einem vorbestimmten minimalen Abstand zur Motorwelle (1, 11) hält.
3. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitführungen (3, 9) senkrecht zur Motorwelle (1, 11) angeordnet sind.
4. Elektromotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitführungen (3, 9) an einem an der Motorwelle (1, 11) drehfest anordbaren Träger (2, 7) ausgebildet sind.
5. Elektromotor nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die massenseitigen Führungsflächen der Gleitführung (3, 9) zur Sicherstellung einer im wesentlichen reibungsfreien Gleitbewegung der jeweiligen Masse (5, 10) eine hohe Oberflächengüte aufweisen.
6. Elektromotor nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Masse (5, 10) kugelförmig gestaltet und die Gleitführung (3, 9) als Kanal runden Querschnitts ausgebildet ist.
7. Elektromotor nach Anspruch 1, 2, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (5, 10) aus einem homogenen Material, insbesondere einem Metall, besteht.
8. Einrichtung zur lastabhängigen Drehzahlregelung eines Elektromotors, gekennzeichnet durch mehrere, gleichmäßig zum Umfang der Abtriebswelle (1, 11) des Elektromotors verteilte und jeweils mit Federmitteln (6) im radialen Abstand von dieser (1, 11) gehaltene träge Massen (5, 10), deren radialer Abstand bei höherer Drehzahl größer und bei niedrigerer Drehzahl geringer ist, verbunden mit einem größeren bzw. kleineren Trägheitsmoment, das sich drehzahlverringernd bzw. drehzahlerhöhend auswirkt.