DE102009051499A1

DE102009051499A1 - Electric motor, has stop brake with two brake elements that are fixedly connected with one another in braking position of rotor, where one of brake elements exhibits magnet and other brake element is designed partly magnetic

Info

Publication number: DE102009051499A1
Application number: DE200910051499
Authority: DE
Inventors: Klaus Kinzel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-05

Abstract

The motor has a rotor (2) rotatable around a rotation axis (4) and reversely adjustable from an operating position into a braking position. A stop brake prevents rotation of the rotor in a non operating condition of the motor. The brake has two brake elements (6, 7) connected with a stator (1) and the rotor, respectively. The brake elements are fixedly connected with one another in the rotor braking position. The element (7) is rotated against the element (6) in the rotor operating position. The element (6) exhibits a permanent magnetic yoke (8), and the element (7) is partly magnetic.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einer Stillstandsbremse, durch welche verhindert ist, dass sich ein Rotor des Elektromotors dreht, wenn der Elektromotor nicht angetrieben wird.The present invention relates to an electric motor with a standstill brake, by which is prevented that a rotor of the electric motor rotates when the electric motor is not driven.

Die CH 281 570 zeigt einen Elektromotor mit Bremse, die automatisch bei axialer Verschiebung eines Motorteils gesteuert wird. Ein Sperrglied wird bei jeder Einschaltung des Motors zunächst in eine Sperrlage gebracht und erst bei Weiterdrehung des Motors durch vom Motorlauf ausgelöste Kräfte wieder aus der Sperrlage herausgebracht.The CH 281 570 shows an electric motor with brake, which is controlled automatically with axial displacement of a motor part. A locking member is first brought into a locked position each time the motor is switched on and brought out of the blocking position only when the motor continues to rotate due to forces triggered by the engine running.

Aus der EP 1 040 561 B1 ist ein bürstenloser Elektromotor mit Permanentmagnet und Innenrotor bekannt, bei welchem eine Bremskernanordnung innerhalb einer Bremsscheibe angeordnet ist. Die Bremskernanordnung weist eine Bremsbetätigungsplatte auf, die angrenzend an eine Innenfläche der Bremsscheibe angeordnet ist. Die Bremsbetätigungsplatte ist durch eine Feder vorgespannt. Mithilfe eines elektromagnetischen Bremslösemechanismus wird die Bremsbetätigungsplatte von der Bremsscheibe weggezogen.From the EP 1 040 561 B1 is a brushless electric motor with permanent magnet and inner rotor known in which a brake core assembly is disposed within a brake disc. The brake core assembly includes a brake actuation plate disposed adjacent to an inner surface of the brake disc. The brake actuation plate is biased by a spring. Using an electromagnetic brake release mechanism, the brake plate is pulled away from the brake disc.

Aus der DE 34 07 731 C3 ist ein Elektromotor mit einer beim Abschalten des Motors automatisch wirkenden Bremse bekannt. Die Bremse weist einen ferromagnetischen Anker auf, der von einem magnetischen Fluss des Motors durchflossen wird. Einer durch den magnetischen Fluss bewirkten Magnetkraft wirkt die Kraft einer Feder entgegen, durch welche Bremselemente aufeinander zu gepresst werden. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass eine hohe Magnetkraft aufgebracht werden muss, um die federbelasteten Bremselemente voneinander zu lösen. Dies erfordert insbesondere bei Gleichstrommotoren eine maximale Bestromung der Magnetspulen. Eine Anpassung an sich dynamisch ändernde Lasten ist infolge dessen nicht oder nur erschwert möglich.From the DE 34 07 731 C3 is an electric motor with an automatically acting when switching off the engine brake known. The brake has a ferromagnetic armature through which a magnetic flux of the motor flows. A magnetic force caused by the magnetic flux counteracts the force of a spring through which braking elements are pressed towards each other. A disadvantage of this solution is that a high magnetic force must be applied to release the spring-loaded brake elements from each other. This requires a maximum energization of the magnetic coils, especially in DC motors. An adaptation to dynamically changing loads is as a result impossible or only possible.

Die DE 1 793 002 U zeigt einen Motor mit axial unverschiebbarem Anker und einer eingebauten magnetisch betätigbaren Reibungsbremse. Bei einem Stillstand des Motors wird die Reibungsbremse durch einen Dauermagneten in Eingriff gehalten. Beim Einschalten des Motors wird ein Elektromagnet erregt, dessen Feld demjenigen des Dauermagneten entgegenwirkt, wodurch die Reibungsbremse geöffnet wird. Der Dauermagnet und der Elektromagnet weisen ringförmige Polschuhe auf.The DE 1 793 002 U shows a motor with axially immovable armature and a built-in magnetically actuated friction brake. At a standstill of the engine, the friction brake is held by a permanent magnet in engagement. When the motor is switched on, an electromagnet is energized whose field counteracts that of the permanent magnet, whereby the friction brake is opened. The permanent magnet and the electromagnet have annular pole pieces.

Die DE 1 299 760 A zeigt eine Stillstandsbremse für asynchrone Elektromotoren. Die Stillstandsbremse umfasst eine im Motorgehäuse gegen eine Verdrehung gesicherte Scheibe und eine auf der Motorwelle verschiebbar angeordnete Gegenscheibe. Auf der feststehenden Scheibe ist ein Dauermagnet angeordnet, dessen magnetischer Fluss über die Gegenscheibe und einen Lagerdeckel geschlossen ist.The DE 1 299 760 A shows a standstill brake for asynchronous electric motors. The standstill brake comprises a disk secured in the motor housing against rotation and a counter disk slidably mounted on the motor shaft. On the stationary disc a permanent magnet is arranged, whose magnetic flux is closed via the counter disc and a bearing cap.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, einen Elektromotor mit einer verbesserten Stillstandsbremse bereitzustellen, die einen lastdynamischen Betrieb des Elektromotors ermöglicht und gleichzeitig eine Drehung des Rotors in einem nicht angetriebenen Zustand des Elektromotors sicher verhindert.The object of the present invention, starting from the prior art is to provide an electric motor with an improved standstill brake, which enables dynamic load operation of the electric motor and at the same time reliably prevents rotation of the rotor in a non-driven state of the electric motor.

Die genannte Aufgabe wird durch einen Elektromotor gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.The above object is achieved by an electric motor according to the appended claim 1.

Der erfindungsgemäße Elektromotor umfasst zunächst einen Stator und einen um eine Rotationsachse drehbaren Rotor. Bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor kann es sich um einen beliebigen rotatorischen Motor handeln, unabhängig von dessen Ausführung als Innenläufer oder Außenläufer oder auch als Gleichstrom- oder Wechselstrommotor. Der Rotor ist auf der Rotationsachse von einer Betriebsposition in eine Bremsposition verschiebbar. Ebenso ist eine Verschiebung des Rotors von der Bremsposition in die Betriebsposition möglich. Diese Verschiebungen erfolgen in die Richtung der Rotationsachse. Der Elektromotor umfasst weiterhin eine Stillstandsbremse zur Verhinderung einer Drehung des Rotors in einem nicht angetriebenen Zustand des Elektromotors. Ein nicht angetriebener Zustand des Elektromotors liegt insbesondere dann vor, wenn sich der Rotor nicht drehen soll und daher der Elektromotor nicht bestromt wird. Bei vielen Anwendungen ist es erwünscht, dass sich der Rotor nicht dreht, wenn der Elektromotor nicht betrieben wird, was durch die Stillstandsbremse gewährleistet wird. Die Stillstandsbremse umfasst ein drehfest mit dem Stator verbundenes erstes Bremselement und ein drehfest mit dem Rotor verbundenes zweites Bremselement. In der Bremsposition des Rotors befinden sich das erste Bremselement und das zweite Bremselement in einem drehfesten Eingriff zueinander. Folglich ist eine Drehung des Rotors gegenüber dem Stator verhindert. In der Betriebsposition des Rotors ist das zweite Bremselement gegenüber dem ersten Bremselement drehbar, sodass sich der Rotor gegenüber dem Stator drehen kann. Erfindungsgemäß weist zumindest eines der beiden Bremselemente einen Magneten auf, während das andere der beiden Bremselemente zumindest teilweise magnetisch ist. Folglich werden die beiden Bremselemente durch eine Magnetkraft aufeinander zu gedrängt, wodurch der Rotor in die Bremsposition gedrängt wird. Wird der Elektromotor zu dessen Betrieb bestromt, so wirkt auf den Rotor eine Magnetkraft, welche der Kraft des Magneten des einen der beiden Bremselemente entgegengesetzt ist. Folglich führt die Bestromung des Elektromotors zu einer Magnetkraft, durch welche der Rotor in die Betriebsposition gebracht wird.The electric motor according to the invention initially comprises a stator and a rotor rotatable about a rotation axis. The electric motor according to the invention may be any rotary motor, regardless of its design as an internal rotor or external rotor or as a DC or AC motor. The rotor is displaceable on the axis of rotation from an operating position to a braking position. Likewise, a displacement of the rotor from the braking position to the operating position is possible. These shifts take place in the direction of the axis of rotation. The electric motor further comprises a standstill brake for preventing rotation of the rotor in a non-driven state of the electric motor. A non-driven state of the electric motor is present in particular when the rotor should not rotate and therefore the electric motor is not energized. In many applications, it is desirable that the rotor not rotate when the electric motor is not operated, which is ensured by the standstill brake. The standstill brake comprises a first brake element rotatably connected to the stator and a second brake element rotatably connected to the rotor. In the braking position of the rotor, the first brake element and the second brake element are in a rotationally fixed engagement with each other. Consequently, a rotation of the rotor relative to the stator is prevented. In the operating position of the rotor, the second brake element is rotatable relative to the first brake element, so that the rotor can rotate relative to the stator. According to the invention, at least one of the two brake elements on a magnet, while the other of the two brake elements is at least partially magnetic. Consequently, the two brake elements are urged toward each other by a magnetic force, whereby the rotor is urged into the braking position. When the electric motor is energized to operate, a magnetic force acts on the rotor, which is opposite to the force of the magnet of one of the two brake elements. Consequently, the energization of the Electric motor to a magnetic force by which the rotor is brought into the operating position.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Elektromotors besteht darin, dass die axiale Kraft, welche den Rotor in die Bremsposition drängt, wesentlich größer ist, wenn sich der Rotor in oder nahe der Bremsposition befindet, als dann, wenn sich der Rotor in der Betriebsposition befindet. Hingegen ist diese Kraft bei Stillstandsbremsen gemäß dem Stand der Technik, welche zur Aufbringung dieser axialen Kraft eine Feder besitzen, nahezu unabhängig von der Position des Rotors. Auch in einem Betriebszustand wirkt durch die Feder diejenige Kraft auf den Rotor, welche auch in einem gebremsten Zustand des Rotors axial auf den Rotor wirkt. Hingegen kann bei einem erfindungsgemäßen Elektromotor die Kraft, welche die beiden Bremselemente in der Bremsposition des Rotors in einem drehfesten Eingriff zueinander bringt, wesentlich größer ausgeführt werden, ohne dass eine größere axiale Kraft auf den Rotor in der Betriebsposition des Rotors wirkt. Hierdurch kann eine Drehung des Rotors in einem nicht angetriebenen Zustand des Rotors sicher verhindert werden.A particular advantage of the electric motor according to the invention is that the axial force urging the rotor into the braking position is substantially greater when the rotor is in or near the braking position than when the rotor is in the operating position. On the other hand, in standstill brakes according to the prior art, which have a spring for applying this axial force, this force is almost independent of the position of the rotor. Even in an operating state by the spring acts that force on the rotor, which acts axially on the rotor even in a braked state of the rotor. On the other hand, in an electric motor according to the invention, the force which brings the two brake elements in the braking position of the rotor in a rotationally fixed engagement with each other, be made substantially larger, without a larger axial force acting on the rotor in the operating position of the rotor. As a result, rotation of the rotor in a non-driven state of the rotor can be securely prevented.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Elektromotors besteht darin, dass die verbesserte Stillstandsbremse im Vergleich zu Stillstandsbremsen mit einer Feder gemäß dem Stand der Technik platzsparender ausgeführt werden kann. Die verbesserte Stillstandsbremse ist robust und verschleißarm, da der die Zugkraft bewirkende Magnet kaum einem Verschleiß unterliegt. Die verbesserte Stillstandsbremse ist kostengünstig auf der Basis von Standard-Bauteilen herstellbar.Another advantage of the electric motor according to the invention is that the improved standstill brake can be designed to save space compared to standstill brakes with a spring according to the prior art. The improved standstill brake is robust and low-wear, since the magnet causing the tensile force is hardly subject to wear. The improved standstill brake can be produced inexpensively on the basis of standard components.

Erfindungsgemäß kann entweder das erste Bremselement oder das zweite Bremselement den Magneten aufweisen. Auch können gemäß der Erfindung beide Bremselemente einen Magneten aufweisen, insofern eine anziehende Kraft zwischen den beiden Bremselementen bewirkt wird. Der Magnet kann durch einen Dauermagneten oder durch einen Elektromagneten gebildet sein. Die Ausführung als Dauermagnet weist den Vorteil auf, dass keine zusätzliche Stromversorgung bzw. Leitungen erforderlich sind.According to the invention, either the first brake element or the second brake element may comprise the magnet. Also, according to the invention, both brake elements may comprise a magnet insofar as an attractive force is effected between the two brake elements. The magnet may be formed by a permanent magnet or by an electromagnet. The design as a permanent magnet has the advantage that no additional power supply or lines are required.

Zwischen den Magneten des einen der beiden Bremselemente und dem anderen der beiden Bremselemente ist eine Anziehungskraft vorhanden, die bevorzugt in Richtung der Rotationsachse ausgerichtet ist. Folglich kann die Anziehungskraft vollständig zur Verschiebung des Rotors von der Betriebsposition in die Bremsposition genutzt werden.Between the magnets of one of the two brake elements and the other of the two brake elements an attraction force is present, which is preferably aligned in the direction of the axis of rotation. Consequently, the attraction force can be fully utilized for displacement of the rotor from the operating position to the braking position.

Wenn sich der Rotor in der Bremsposition befindet, so ist die Anziehungskraft so groß wie eine Bremsenhaltekraft, die zu überwinden ist, um den Rotor aus der Bremsposition in die Betriebsposition zu verschieben. Wenn sich der Rotor in der Betriebsposition befindet, resultiert die Bestromung des zu betreibenden Elektromotors in einer axial ausgerichteten Betriebshaltekraft, welche den Rotor in der Betriebsposition hält. In diesem Fall ist die Anziehungskraft durch den Magneten nicht größer als die Betriebshaltekraft. Erst wenn der Elektromotor außer Betrieb genommen wird und somit keine Bestromung des Elektromotors mehr vorhanden ist, welche die Betriebshaltekraft auf den Rotor aufrecht erhält, führt die Anziehungskraft dazu, dass der Rotor von der Betriebsposition in die Bremsposition verschoben wird. Bevorzugt ist die Bremsenhaltekraft mehrfach so groß wie die Betriebshaltekraft. Hierfür sind die magnetischen Parameter des Magneten und der Bremselemente sowie die geometrische Dimensionierung derselben entsprechend zu wählen. Der bevorzugt große Unterschied zwischen der Bremsenhaltekraft und der Betriebshaltekraft erlaubt einerseits ein sicheres Verhindern von Drehungen des Rotors in einen nicht angetriebenen Zustand des Elektromotors und andererseits, dass der Betrieb des Elektromotors nur unwesentlich durch die Anziehungskraft beeinflusst ist bzw. dass der Elektromotor auch einer geringen Bestromung ausgesetzt werden kann, um diesen zu betreiben, ohne dass der Rotor von der Betriebsposition in die Bremsposition verschoben wird.When the rotor is in the braking position, the attractive force is as great as a brake holding force to be overcome in order to move the rotor from the braking position to the operating position. When the rotor is in the operating position, the energization of the electric motor to be operated results in an axially aligned operating holding force, which keeps the rotor in the operating position. In this case, the attraction force by the magnet is not larger than the operation holding force. Only when the electric motor is taken out of service and thus no more energization of the electric motor is present, which maintains the operating holding force on the rotor, the attraction force causes the rotor is moved from the operating position to the braking position. Preferably, the brake holding force is several times as large as the operating holding force. For this purpose, the magnetic parameters of the magnet and the brake elements and the geometric dimensioning thereof are to be selected accordingly. The preferred large difference between the brake holding force and the operating holding force allows on the one hand a safe prevention of rotations of the rotor in a non-driven state of the electric motor and on the other hand, that the operation of the electric motor is influenced only slightly by the attraction or that the electric motor and a low current can be exposed to operate this without the rotor is moved from the operating position to the braking position.

Das erste Bremselement umfasst bevorzugt ein permanent magnetisiertes Joch. Das zweite Bremselement umfasst bevorzugt einen magnetischen Anker. Das Joch und der Anker sind zueinander ausgerichtet, sodass das erste Bremselement und das zweite Bremselement in einem magnetischen Fluss stehen.The first brake element preferably comprises a permanently magnetized yoke. The second brake element preferably comprises a magnetic armature. The yoke and the armature are aligned with each other so that the first brake element and the second brake element are in a magnetic flux.

Das Joch ist bevorzugt fest mit einem den Stator einfassenden Gehäuse verbunden. Viele Elektromotoren weisen ein Gehäuse auf, welches den Stator fest einfasst. Das Joch kann platzsparend ebenfalls in diesem Gehäuse angeordnet werden. Eine Befestigung des Joches am Gehäuse sorgt für eine drehfeste Verbindung zwischen dem Joch als Teil des ersten Bremselements und dem Stator.The yoke is preferably fixedly connected to a housing enclosing the stator. Many electric motors have a housing which firmly encloses the stator. The yoke can also be arranged in this housing to save space. An attachment of the yoke to the housing ensures a rotationally fixed connection between the yoke as part of the first brake element and the stator.

Der Anker sitzt bevorzugt fest auf einer Welle des Rotors. Die Welle des Rotors verkörperlicht üblicherweise die Rotationsachse des Rotors, sodass der dort befestigte Anker geeignet ist, eine axiale Kraft zum Verschieben des Rotors über die Welle auf den Rotor zu übertragen. Der Anker kann beispielsweise aus einem ferromagnetischen Metall bestehen und platzsparend an einem Ende der Welle des Rotors angeordnet sein.The anchor preferably sits firmly on a shaft of the rotor. The shaft of the rotor usually embodies the axis of rotation of the rotor, so that the armature secured there is adapted to transmit an axial force for moving the rotor via the shaft to the rotor. The armature may for example consist of a ferromagnetic metal and be arranged to save space at one end of the shaft of the rotor.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors umfasst das erste Bremselement eine erste Bremsscheibe, während das zweite Bremselement eine zweite Bremsscheibe umfasst. Die erste Bremsscheibe und die zweite Bremsscheibe sind senkrecht zur Rotationsachse angeordnet und frontal zueinander ausgerichtet. Derartige Bremsscheiben erlauben eine aufwandsarme Ausführung der Stillstandsbremse. In der Bremsposition des Rotors werden die erste Bremsscheibe und die zweite Bremsscheibe aufeinander zu gepresst. In der Betriebsposition des Rotors sind die erste Bremsscheibe und die zweite Bremsscheibe beabstandet zueinander angeordnet.In a preferred embodiment of the electric motor according to the invention, the first brake element comprises a first brake disk, while the second brake element comprises a second brake disk. The first brake disc and the second brake disc are arranged perpendicular to the axis of rotation and aligned frontally to each other. Such discs allow a low-effort execution of the standstill brake. In the braking position of the rotor, the first brake disc and the second brake disc are pressed toward each other. In the operating position of the rotor, the first brake disc and the second brake disc are spaced from each other.

Bevorzugt ist die erste Bremsscheibe am Joch befestigt, während die zweite Bremsscheibe am Anker befestigt ist. Die Wirkung des permanent magnetisierten Joches auf den magnetischen Anker führt insbesondere dazu, dass der Rotor von der Betriebsposition in die Bremsposition verschoben wird, wobei gleichzeitig die zweite Bremsscheibe zur ersten Bremsscheibe verschoben und auf diese gepresst wird.Preferably, the first brake disc is attached to the yoke, while the second brake disc is secured to the anchor. The effect of the permanently magnetized yoke on the magnetic armature leads in particular to the fact that the rotor is moved from the operating position to the braking position, wherein at the same time the second brake disc is moved to the first brake disc and pressed onto it.

Bevorzugt weisen die erste Bremsscheibe und die zweite Bremsscheibe jeweils eine Reibfläche auf, wobei in der Bremsposition des Rotors die erste Bremsscheibe mit ihrer Reibfläche gegen die Reibfläche der zweiten Bremsscheibe gepresst ist. Die Reibflächen auf den beiden Bremsscheiben sorgen für eine große Reibung zwischen den beiden Bremsscheiben, wodurch eine sichere Bremswirkung erzielt wird. Als Material für die Reibflächen eignen sich beispielsweise solche Materialien, wie sie für Bremsbeläge verwendet werden. Die durch die Reibfläche bedingte große Reibung zwischen der ersten Bremsscheibe und der zweiten Bremsscheibe kann auch dadurch erzeugt werden, dass die Reibflächen eine besondere Oberflächenformung oder zusätzliche Elemente aufweisen.Preferably, the first brake disc and the second brake disc each have a friction surface, wherein in the braking position of the rotor, the first brake disc is pressed with its friction surface against the friction surface of the second brake disc. The friction surfaces on the two brake discs ensure a high degree of friction between the two brake discs, resulting in a safe braking effect. As a material for the friction surfaces are, for example, such materials as used for brake pads. The friction caused by the large friction between the first brake disc and the second brake disc can also be generated in that the friction surfaces have a special surface shaping or additional elements.

Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors weisen das erste Bremselement und das zweite Bremselement jeweils eine Verzahnung auf. In der Bremsposition des Rotors ist das erste Bremselement mit seiner Verzahnung in einen Eingriff mit der Verzahnung des zweiten Bremselements gebracht, wodurch eine Drehung des ersten Bremselements gegenüber dem zweiten Bremselement verhindert ist. In der Betriebsposition des Rotors ist kein Eingriff der Verzahnung des ersten Bremselements mit der Verzahnung des zweiten Bremselements vorhanden. Grundsätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor die zu erzielende Bremswirkung zwischen dem ersten Bremselement und dem zweiten Bremselement auf eine beliebige Weise erfolgen.In a particular embodiment of the electric motor according to the invention, the first brake element and the second brake element each have a toothing. In the braking position of the rotor, the first brake element is brought with its toothing into engagement with the toothing of the second brake element, whereby a rotation of the first brake element relative to the second brake element is prevented. In the operating position of the rotor, there is no engagement of the toothing of the first brake element with the toothing of the second brake element. Basically, in the electric motor according to the invention, the braking effect to be achieved between the first brake element and the second brake element can be effected in any desired manner.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Further advantages, details and developments of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the electric motor according to the invention with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromotors in einem angetriebenen Zustand; 1 a schematic diagram of a preferred embodiment of the electric motor according to the invention in a driven state;

2 den in 1 gezeigten Elektromotor in einem nicht angetriebenen Zustand; und 2 the in 1 shown electric motor in a non-driven state; and

3 ein Diagramm von Kräften, welche in dem in 1 gezeigten Elektromotor auftreten. 3 a diagram of forces, which in the in 1 shown electric motor occur.

1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromotors in einer Prinzipdarstellung. Der erfindungsgemäße Elektromotor umfasst zunächst einen Stator 01 und einen im Stator 01 rotierbaren Rotor 02. Der Stator 01 und der Rotor 02 umfassen je nach Ausführung des Elektromotors Dauermagneten und/oder Elektromagneten. Der Rotor 02 weist eine Welle 03 auf, welche eine Rotationsachse 04 des Rotors 02 bildet, um welche der Rotor 02 rotieren kann. 1 shows a preferred embodiment of an electric motor according to the invention in a schematic diagram. The electric motor according to the invention initially comprises a stator 01 and one in the stator 01 rotatable rotor 02 , The stator 01 and the rotor 02 include depending on the design of the electric motor permanent magnet and / or electromagnet. The rotor 02 has a wave 03 on which an axis of rotation 04 of the rotor 02 forms around which the rotor 02 can rotate.

In der Rotationsachse 04 ist ein erstes Bremselement 06 angeordnet, welches an einem Gehäuse (nicht gezeigt) befestigt ist. Über das Gehäuse ist das erste Bremselement 06 fest mit dem Stator 01 verbunden. Dem ersten Bremselement 06 steht ein zweites Bremselement 07 gegenüber, welches an einem Ende der Welle 03 befestigt ist. Folglich rotiert das zweite Bremselement 07 gemeinsam mit dem Rotor 02.In the rotation axis 04 is a first brake element 06 arranged, which is attached to a housing (not shown). About the housing is the first brake element 06 stuck to the stator 01 connected. The first brake element 06 there is a second brake element 07 opposite, which at one end of the shaft 03 is attached. Consequently, the second brake element rotates 07 together with the rotor 02 ,

Das erste Bremselement 06 umfasst ein Joch 08, an welchem eine erste Bremsscheibe 09 befestigt ist. Das zweite Bremselement 07 umfasst einen Anker 11, an welchem eine zweite Bremsscheibe 12 befestigt ist.The first brake element 06 includes a yoke 08 , on which a first brake disc 09 is attached. The second brake element 07 includes an anchor 11 at which a second brake disc 12 is attached.

Das Joch 08 ist permanent magnetisiert und bildet daher einen Dauermagneten aus. Der Anker 11 besteht aus einem ferromagnetischen Metall, wodurch der Anker 11 vom Joch 08 magnetisch angezogen wird.The yoke 08 is permanently magnetized and therefore forms a permanent magnet. The anchor 11 consists of a ferromagnetic metal, causing the armature 11 from the yoke 08 magnetically attracted.

Die Welle 03 ist drehbar gelagert. Die Welle 03 ist zusätzlich verschiebbar gelagert, wodurch der Rotor 02 auf der Rotationsachse 04 verschoben werden kann. In dem gezeigten Zustand befindet sich der Rotor 02 auf der Rotationsachse 04 in einer Betriebsposition. In der Betriebsposition sind die Dauermagneten bzw. Elektromagneten des Stators 01 und des Rotors 02 mittig zueinander angeordnet. Bei einer Bestromung des Elektromotors wird der Rotor 02 in die Betriebsposition gedrängt. Wenn der Stator 01 beispielsweise wie im Falle eines bürstenlosen Gleichstrommotors aus Dauermagneten besteht, so werden von den Polen der Dauermagneten ferromagnetische Materialien angezogen, bis alle vorhandenen Kräfte ausgeglichen sind. Dies führt u. a. zu einer axial an den Rotor 02 angreifenden Kraft, welche den Rotor 02 in die Betriebsposition drängt. Auch elektrische Spulen im Rotor 02 und/oder im Stator 01 weisen bei einer Bestromung ein oder mehrere magnetische Pole auf, die eine Kraftwechselwirkung zu benachbarten magnetischen Polen zeigen, wodurch Anziehungs- oder Abstoßungskräfte zwischen dem Stator 01 und dem Rotor 02 entstehen. Auch diese Kräfte führen zu einer axial auf den Rotor 02 wirkenden Kraft, um diesen in die Betriebsposition zu bringen. Daher befindet sich der Rotor 02 in dem gezeigten angetriebenen Zustand des Elektromotors mittig im Stator 01. Die magnetische Anziehungskraft, welche vom Joch 08 auf den Anker 11 wirkt, führt ebenfalls zu einer axial auf den Rotor 02 wirkenden Kraft. Diese Kraft ist jedoch auf Grund des Abstands zwischen dem Joch 08 und dem Anker 11 so klein, dass der Rotor 02 seine Betriebsposition im angetriebenen Zustand des Elektromotors nicht oder nur kaum verlässt. Die zweite Bremselement 07 rotiert frei gegenüber dem ersten Bremselement 06. Die erste Bremsscheibe 09 und die zweite Bremsscheibe 12 sind beabstandet zueinander angeordnet und stehen in keinem Eingriff zueinander. Eine Bremswirkung zwischen der ersten Bremsscheibe 09 und der zweiten Bremsscheibe 12 wird nicht entfaltet.The wave 03 is rotatably mounted. The wave 03 is additionally slidably mounted, causing the rotor 02 on the rotation axis 04 can be moved. In the state shown, the rotor is located 02 on the rotation axis 04 in an operating position. In the operating position are the permanent magnets or electromagnets of the stator 01 and the rotor 02 arranged centrally to each other. When energizing the electric motor, the rotor 02 pushed into the operating position. If the stator 01 for example, as in the case of a brushless DC motor consists of permanent magnets, so are attracted by the poles of the permanent magnet ferromagnetic materials until all existing forces are balanced. This leads inter alia to an axial to the rotor 02 attacking force, which is the rotor 02 pushes into the operating position. Also electric coils in the rotor 02 and / or in the stator 01 When energized, have one or more magnetic poles that exhibit force interaction with adjacent magnetic poles, thereby attracting or repelling forces between the stator 01 and the rotor 02 arise. These forces also lead to an axial on the rotor 02 acting force to bring this in the operating position. Therefore, the rotor is located 02 in the shown driven state of the electric motor in the middle of the stator 01 , The magnetic attraction, which from the yoke 08 on the anchor 11 acts, also leads to an axial on the rotor 02 acting force. However, this force is due to the distance between the yoke 08 and the anchor 11 so small that the rotor 02 its operating position in the driven state of the electric motor not or hardly leaves. The second brake element 07 rotates freely with respect to the first brake element 06 , The first brake disc 09 and the second brake disc 12 are spaced from each other and are not engaged with each other. A braking effect between the first brake disc 09 and the second brake disc 12 will not unfold.

2 zeigt den in 1 gezeigten Elektromotor in einem nicht angetriebenen Zustand des Elektromotors. In diesem Zustand werden die elektrischen Spulen im Rotor 02 und/oder Stator 01 nicht bestromt. Folglich werden zwischen dem Rotor 02 und dem Stator 01 keine axialen Kräfte erzeugt, welche den Rotor 02 in eine bestimmte axiale Position drängen. Bei Elektromotoren, bei denen beispielsweise der Stator 01 aus Dauermagneten besteht und der Rotor 02 elektrische Spulen mit Eisenkernen umfasst, wirken trotz einer nicht vorhandener Bestromung der Spulen Kräfte von den Dauermagneten auf die Eisenkerne, welche ebenfalls zu axialen Kräften auf den Rotor führen. Diese axialen Kräfte sind jedoch vergleichsweise gering und können für die erfindungsgemäße Funktion vernachlässigt werden. Jedenfalls wird vom magnetisierten Joch 08 eine Anziehungskraft auf den Anker 11 ausgeübt, welche zu einer axialen Verschiebung des Rotors 02 geführt hat. Der Rotor 02 wurde so lange in Richtung des Joches 08 verschoben, bis die zweite Bremsscheibe 12 an der ersten Bremsscheibe 09 zum Anschlagen kam. Der Rotor 02 befindet sich nunmehr in einer Bremsposition. Die erste Bremsscheibe 09 und die zweite Bremsscheibe 12 werden durch die Anziehungskraft des magnetisierten Joches 08 auf den Anker 11 zusammengepresst, wodurch eine Bremswirkung zwischen der ersten Bremsscheibe und der zweiten Bremsscheibe 12 entfaltet wird. Diese Bremswirkung führt dazu, dass eine Drehung des zweiten Bremselements 07 gegenüber dem ersten Bremselement 06 weitgehend verhindert ist und nur bei Einwirken eines sehr großen Drehmoments zwischen dem zweiten Bremselement 07 und dem ersten Bremselement 06 ermöglicht ist. 2 shows the in 1 shown electric motor in a non-driven state of the electric motor. In this state, the electric coils in the rotor 02 and / or stator 01 not energized. Consequently, between the rotor 02 and the stator 01 does not generate any axial forces affecting the rotor 02 in a certain axial position. In electric motors, where, for example, the stator 01 consists of permanent magnets and the rotor 02 includes electric coils with iron cores, act despite a non-existent energization of the coil forces from the permanent magnets on the iron cores, which also lead to axial forces on the rotor. However, these axial forces are comparatively low and can be neglected for the function of the invention. In any case, the magnetized yoke becomes 08 an attraction to the anchor 11 exerted, resulting in an axial displacement of the rotor 02 has led. The rotor 02 was so long in the direction of the yoke 08 moved until the second brake disc 12 on the first brake disc 09 came to the notice. The rotor 02 is now in a braking position. The first brake disc 09 and the second brake disc 12 become by the attraction of the magnetized yoke 08 on the anchor 11 compressed, whereby a braking effect between the first brake disc and the second brake disc 12 is unfolded. This braking effect causes a rotation of the second brake element 07 opposite the first brake element 06 is largely prevented and only by the action of a very large torque between the second brake element 07 and the first brake element 06 is possible.

3 zeigt zwei Diagramme zur Veranschaulichung von axialen Kräften, die bei dem in 1 gezeigten Elektromotor auftreten. Im links dargestellten Diagramm ist eine Zugkraft, welche vom magnetisierten Joch 08 auf den Anker 11 (beide gezeigt in 1) infolge der permanenten Magnetisierung des Joches 08 wirkt, in Abhängigkeit von einem axialen Verschiebeweg des Rotors 02 (gezeigt in 1) dargestellt. Das Diagramm zeigt, dass die Zugkraft zwischen dem Joch 08 und dem Anker 11 überproportional abnimmt, wenn der Rotor 02 linear vom Joch 08 weg verschoben wird. Ein Kennwert „Bremse zu” kennzeichnet diejenige Position des Rotors 02, bei welcher die zweite Bremsscheibe 12 an die erste Bremsscheibe 09 (beide gezeigt in 1) angeschlagen ist und somit der Rotor 02 seine Bremsstellung eingenommen hat. In der Bremsstellung des Rotors 02 ist die Zugkraft zwischen dem Joch 08 und dem Anker 11 sehr groß, da das Joch 08 und der Anker 11 nur einen geringen Abstand zueinander aufweisen. Ein Kennwert „Bremse offen” kennzeichnet eine Position des Rotors 02, in welcher der Rotor 02 merklich in Richtung des Stators 01 verschoben wurde. Die Zugkraft zwischen dem Joch 08 und dem Anker 11 ist infolge des vergrößerten Abstandes zwischen dem Joch 08 und dem Anker 11 auf einen Bruchteil gesunken. Die zweite Bremsscheibe 12 ist von der ersten Bremsscheibe 09 entfernt, sodass keine Bremswirkung zwischen der zweiten Bremsscheibe 12 und der ersten Bremsscheibe 09 entfaltet wird. Die durch das erste Bremselement 06 und das zweite Bremselement 07 gebildete Stillstandsbremse ist daher als offen zu charakterisieren. Die axiale Position des Rotors 02 gegenüber dem Stator 01 in der Betriebsposition des Rotors 02 ist mindestens so groß zu wählen wie der axiale Abstand, welcher durch den Kennwert „Bremse offen” charakterisiert ist. 3 shows two diagrams illustrating axial forces, which in the in 1 shown electric motor occur. The diagram on the left shows a tensile force coming from the magnetized yoke 08 on the anchor 11 (both shown in 1 ) due to the permanent magnetization of the yoke 08 acts, in response to an axial displacement of the rotor 02 (shown in 1 ). The diagram shows that the traction between the yoke 08 and the anchor 11 disproportionately decreases when the rotor 02 linear from the yoke 08 is moved away. A parameter "brake to" indicates the position of the rotor 02 in which the second brake disc 12 to the first brake disc 09 (both shown in 1 ) and thus the rotor 02 has taken its braking position. In the braking position of the rotor 02 is the tensile force between the yoke 08 and the anchor 11 very big, there the yoke 08 and the anchor 11 have only a small distance from each other. A parameter "brake open" indicates a position of the rotor 02 in which the rotor 02 noticeably in the direction of the stator 01 was moved. The tensile force between the yoke 08 and the anchor 11 is due to the increased distance between the yoke 08 and the anchor 11 dropped to a fraction. The second brake disc 12 is from the first brake disc 09 removed, so no braking action between the second brake disc 12 and the first brake disc 09 is unfolded. The through the first brake element 06 and the second brake element 07 formed standstill brake is therefore characterized as open. The axial position of the rotor 02 opposite the stator 01 in the operating position of the rotor 02 is at least as large as the axial distance, which is characterized by the characteristic "brake open".

In dem in der 3 rechts dargestellten Diagramm ist eine axiale Kraft, welche infolge der Bestromung der Spulen im Stator 01 und/oder Rotor 02 auf den Rotor 02 wirkt, in Abhängigkeit von dem Strom zur Bestromung der Spulen dargestellt. Die infolge der Bestromung auftretende axiale Kraft auf den Rotor 02 steigt im Wesentlichen linear zu dem Strom zur Bestromung des Elektromotors an. Weist der Strom zur Bestromung den gekennzeichneten Wert I__frei auf, so wird eine axiale Zugkraft auf den Rotor 02 bewirkt, welche genauso groß ist wie die im links dargestellten Diagramm gezeigte Zugkraft des Joches 08 auf den Anker 11, wenn sich der Rotor 02 in der Bremsposition befindet. Die durch die Bestromung bewirkte axiale Zugkraft auf den Rotor 02 reicht nunmehr aus, um den Anker 11 vom Joch 08 zu entfernen. Hierbei sinkt die vom Joch 08 auf den Anker 11 wirkende Zugkraft, sodass der Rotor 02 in seine Betriebsposition schnellt. Anschließend kann der Strom zur Bestromung des Motors bis zu einem unteren Kennwert I__grenz verringert werden, ohne dass der Rotor 02 seine Betriebsposition verlässt, da die nunmehr verringerte vom Joch 08 auf den Anker 11 wirkende Zugkraft nicht ausreicht, um die durch die Bestromung des Elektromotors bewirkte axiale Kraft zu überwinden. Dieses Hysterese-Verhalten führt dazu, dass der erfindungsgemäße Elektromotor in einem weiten Bereich der Bestromung, insbesondere lastdynamisch betrieben werden kann, ohne dass die Stillstandsbremse ihre Wirkung entfaltet.In the in the 3 The diagram on the right is an axial force, which is due to the energization of the coils in the stator 01 and / or rotor 02 on the rotor 02 acts as a function of the current for energizing the coils shown. The axial force due to the energization of the rotor 02 rises substantially linearly to the current for energizing the electric motor. If the current for energization has the marked value I_ _free , an axial tensile force is applied to the rotor 02 causes, which is just as large as the pulling force of the yoke shown in the diagram shown on the left 08 on the anchor 11 when the rotor 02 is in the braking position. The axial tensile force on the rotor caused by the energization 02 now enough to anchor 11 from the yoke 08 to remove. This sinks from the yoke 08 on the anchor 11 acting tensile force, so that the rotor 02 into its operating position. Subsequently, the current for energizing the motor can be reduced to a lower characteristic I_ _limit without the rotor 02 its operating position leaves, since the now reduced from the yoke 08 on the anchor 11 acting tensile force is not sufficient to overcome the caused by the energization of the electric motor axial force. This hysteresis behavior means that the electric motor according to the invention can be operated in a wide range of the current supply, in particular dynamic load, without the standstill brake unfolds its effect.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

0101: Statorstator
0202: Rotorrotor
0303: Wellewave
0404: Rotationsachseaxis of rotation
0505
0606: erstes Bremselementfirst brake element
0707: zweites Bremselementsecond brake element
0808: Jochyoke
0909: erste Bremsscheibefirst brake disc
1010
1111: Ankeranchor
1212: zweite Bremsscheibesecond brake disc

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

CH 281570 [0002]
EP 1040561 B1 [0003]
DE 3407731 C3 [0004]
DE 1793002 U [0005]
DE 1299760A [0006]

Claims

Electric motor comprising: - a stator ( 01 ); - one around a rotation axis ( 04 ) rotatable rotor ( 02 ), which on the rotation axis ( 04 ) is displaceable from an operating position to a braking position and vice versa; and - a standstill brake ( 06 . 07 ) for preventing rotation of the rotor ( 02 ) in a non-driven state of the electric motor, which rotatably with the stator ( 01 ) connected first brake element ( 06 ) and a rotationally fixed with the rotor ( 02 ) connected second brake element ( 07 ); wherein in the braking position of the rotor ( 02 ) the first brake element ( 06 ) and the second brake element ( 07 ) are brought into a rotationally fixed engagement with each other and in the operating position of the rotor ( 02 ) the second brake element ( 07 ) relative to the first brake element ( 06 ) is rotatable, characterized in that at least one of the two brake elements ( 06 ) a magnet ( 08 ), wherein the other of the two brake elements ( 07 ) is at least partially magnetic.

Electric motor according to claim 1, characterized in that between the magnet ( 08 ) of one of the two brake elements ( 06 ) and the other of the two brake elements ( 07 ) there is an attractive force in the direction of the axis of rotation ( 04 ) is aligned.

Electric motor according to claim 2, characterized in that the attraction force is as great as a brake holding force when the rotor ( 02 ) is in the braking position; and that the attraction force is not greater than an axial operating holding force caused by an energization of the electric motor to be operated when the rotor ( 02 ) is in the operating position, wherein the brake holding force is several times as large as the operating holding force.

Electric motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first brake element ( 06 ) a permanently magnetized yoke ( 08 ) and that the second brake element ( 07 ) a magnetic armature ( 11 ), wherein the yoke ( 08 ) and the anchor ( 11 ) are aligned with each other.

Electric motor according to claim 4, characterized in that the yoke ( 08 ) firmly with a stator ( 01 ) enclosing housing is connected.

Electric motor according to claim 4 or 5, characterized in that the armature ( 11 ) firmly on a shaft ( 03 ) of the rotor ( 02 ) sits.

Electric motor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first brake element ( 06 ) a first brake disc ( 09 ) and the second brake element ( 07 ) a second brake disc ( 12 ), wherein the first brake disc ( 09 ) and the second brake disc ( 12 ) perpendicular to the axis of rotation ( 04 ) and are aligned frontally to each other.

Electric motor according to claim 7 dependent on claim 4, characterized in that the first brake disc ( 09 ) at the yoke ( 08 ) and that the second brake disc ( 12 ) at the anchor ( 11 ) is attached.

Electric motor according to claim 7 or 8, characterized in that the first brake disc ( 09 ) and the second brake disc ( 12 ) each have a friction surface, wherein in the braking position of the rotor ( 02 ) the first brake disc ( 09 ) with its friction surface against the friction surface of the second brake disc ( 12 ) is pressed.

Electric motor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first brake element ( 06 ) and the second brake element ( 07 ) each have a toothing, wherein in the braking position of the rotor ( 02 ) the first brake element ( 06 ) with its toothing into engagement with the toothing of the second brake element ( 07 ) is brought.