DE102011051218A1

DE102011051218A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE102011051218A1
Application number: DE201110051218
Authority: DE
Inventors: Christoph Kattenbeck; Herbert Bühner; Andreas Kramer; Dieter Rüddenklau
Original assignee: SSB Duradrive GmbH
Current assignee: CEDS Duradrive GmbH
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-12-27
Also published as: WO2012175455A3; WO2012175455A2

Abstract

Elektromotor mit einem Stator (2), einem in dem Stator (2) angeordneten und relativ zu diesem um eine in einer axialen Richtung (21) verlaufende Rotorachse (9) drehbaren Rotor (8), der eine als Hohlwelle (6) ausgebildete Motorwelle umfasst, einer Bremse (14), die eine die Hohlwelle (6) umringende, bezüglich der Rotorachse (9) drehstarr mit der Hohlwelle (6) verbundene und in Richtung der Rotorachse (9) relativ zu der Hohlwelle (6) verschiebbare Bremsscheibe (15), eine relativ zu dem Stator (2) drehfeste Bremsfläche (30) und eine Betätigungseinrichtung umfasst, mittels welcher die Bremsscheibe (15) gegen die Bremsfläche (30) drückbar ist, wobei die Bremsscheibe (15) unmittelbar auf der Hohlwelle (6) sitzt und mit dieser über eine Kurzverzahnung (26) drehstarr und in Richtung der Rotorachse (9) verschiebbar verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Stator, einem in dem Stator angeordneten und relativ zu diesem um eine in einer axialen Richtung verlaufende Rotorachse drehbaren Rotor, der eine als Hohlwelle ausgebildete Motorwelle umfasst, und einer Bremse, die eine die Hohlwelle umringende, bezüglich der Rotorachse drehstarr mit der Hohlwelle verbundene und in Richtung der Rotorachse relativ zu der Hohlwelle verschiebbare Bremsscheibe, eine relativ zu dem Stator drehfeste Bremsfläche und eine Betätigungseinrichtung umfasst, mittels welcher die Bremsscheibe gegen die Bremsfläche drückbar ist.
Die DE 197 19 990 A1 offenbart ein Bremse für einen Elektromotor, mit einer eine Bremsscheibe im stromlosen Zustand gegen einen Bremsbelag pressenden Feder und einem die Bremsscheibe im bestromten Zustand von dem Bremsbelag trennenden Elektromagneten, wobei der Bremsbelag drehfest auf einer zu bremsenden Welle und die Bremsscheibe drehfest und axial verschieblich in einem Gehäuse der Bremse angeordnet ist, wobei auf der der Bremsscheibe abgewandten Seite des Bremsbelages eine weitere Bremsscheibe angeordnet und die Feder zum Pressen beider Bremsscheiben gegen einander gegenüberliegenden Seiten des Bremsbelags vorgesehen ist.
Dabei ist der Bremsbelag auf einem durch eine Stiftschraube starr mit der Welle verbundenen Mitnehmer angeordnet. Alternativ könnte der Bremsbelag auch unmittelbar auf einer keilförmigen Welle angeordnet sein, was allerdings als nachteilig beschrieben wird, da der Bremsbelag häufig eine geringe Stabilität aufweist. Ferner ist keine Hohlwelle offenbart, bei der zusätzliche Probleme in Bezug auf eine unmittelbare Anordnung des Bremsbelags auf der Hohlwelle auftreten, was nachfolgend beschrieben wird.
Bei einem als Innenläufer ausgebildeten Hohlwellenmotor sitzt die Bremsscheibe auf einem starr mit der Hohlwelle verbundenen Mitnehmer und ist mit diesem drehstarr und in Richtung der Rotorachse verschiebbar verbunden. Der Mitnehmer ist vorgesehen, da die Hohlwelle eine relativ dünne Wandung und einen relativ kleinen Durchmesser aufweist, sodass eine übliche Keilwellenverbindung nicht für eine direkte Verbindung zwischen der Hohlwelle und der Bremsscheibe geeignet ist. Insbesondere würde eine Keilwellenverbindung die Welle zu stark schwächen und somit deren Belastbarkeit unzulässig einschränken. Herkömmliche Bremsen bauen daher relativ groß, sodass bei beengten Bauraumverhältnissen der Wunsch besteht, die Bremse kleiner bauen zu können.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Elektromotor der eingangs genannten Art die Bremse verkleinern zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Elektromotor nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
Der erfindungsgemäße Elektromotor weist einen Stator, einen in dem Stator angeordneten und relativ zu diesem um eine in einer axialen Richtung verlaufende Rotorachse drehbaren Rotor, der eine als Hohlwelle ausgebildete Motorwelle umfasst, und eine Bremse auf, die eine die Hohlwelle umringende, bezüglich der Rotorachse drehstarr mit der Hohlwelle verbundene und in Richtung der Rotorachse relativ zu der Hohlwelle verschiebbare Bremsscheibe, eine relativ zu dem Stator drehfeste Bremsfläche und eine Betätigungseinrichtung umfasst, mittels welcher die Bremsscheibe gegen die Bremsfläche drückbar ist, wobei die Bremsscheibe unmittelbar auf der Hohlwelle sitzt und mit dieser über eine Kurzverzahnung drehstarr und in Richtung der Rotorachse verschiebbar verbunden ist.
Da die Bremsscheibe mit der Hohlwelle mittels einer Kurzverzahnung verbunden ist, kann die Bremsscheibe direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung eines Mitnehmers, auf die Hohlwelle aufgesetzt werden. Ein Mitnehmer ist daher nicht mehr erforderlich, sodass die Bremse keiner ausbildbar ist.
Unter einer Kurzverzahnung ist insbesondere eine Verzahnung zu verstehen, die im Vergleich zu anderen Verzahnungen eine verminderte Zahnkopfhöhe aufweist. Vorzugsweise ist der Zahnhöhenfaktor der Kurzverzahnung kleiner als eins. Aufgrund der verminderten Zahnkopfhöhe kann die Kurzverzahnung auch bei einer Hohlwelle vorgesehen werden, die eine relativ dünne Wandung und einen relativ kleinen Durchmesser aufweist, was insbesondere bei einem als Innenläufer ausgebildeten Hohlwellenmotor der Fall ist.
Eine in Richtung der Rotorachse verlaufende Richtung wird insbesondere als axiale Richtung bezeichnet. Eine quer oder jedwede quer zur Rotorachse verlaufende Richtung wird insbesondere als radiale Richtung bezeichnet.
Der Ausdruck Bremsscheibe ist insbesondere nicht in dem Sinne zu verstehen, dass die Bremsscheibe vollständig eine Scheibe bilden muss. Beispielsweise kann die Bremsscheibe einen oder mehrere Bereiche umfassen, die von der Scheibenform abweichen. Ferner ist die Bremsscheibe vorteilhaft mit einer durchgehenden Ausnehmung versehen, durch welche sich die Hohlwelle hindurch erstreckt. Bevorzugt ist die Bremsscheibe aber zumindest bereichsweise scheibenförmig ausgebildet. Insbesondere umfasst die Bremsscheibe einen scheibenförmigen Bereich. Bevorzugt umringt der scheibenförmige Bereich die Hohlwelle. Vorteilhaft erstreckt sich der scheibenförmige Bereich in radialer Richtung von der Hohlwelle weg.
Dreht der Rotor um die Rotorachse relativ zu dem Stator, kann der Rotor durch eine Betätigung der Bremse abgebremst werden. Im betätigten Zustand der Bremse drückt die zusammen mit dem Rotor drehende Bremsscheibe gegen die Bremsfläche, sodass die Bremsscheibe an der Bremsfläche reibt. Diese Gleitreibung zwischen der Bremsscheibe und der Bremsfläche setzt die oder zumindest einen Teil der Bewegungsenergie des Rotors in Wärme um, sodass dieser abgebremst wird. Bevorzugt kann die Bremse im betätigten Zustand auch das Einsetzen einer Drehung des stillstehenden Rotors verhindern. In diesem Fall wirkt die zwischen der Bremsscheibe und der Bremsfläche wirkende Haftreibung dem Einsetzten einer Drehbewegung des Rotors entgegen. Die Bremse kann auch als Reibungsbremse bezeichnet werden. Die Bremsfläche ist vorzugsweise ringförmig.
Bei dem Elektromotor ist der Rotor innerhalb des Stators angeordnet, sodass es sich bei dem Elektromotor um einen Innenläufer handelt. Ferner ist die Motorwelle als Hohlwelle ausgebildet, sodass es sich bei dem Elektromotor um einen Hohlwellenmotor handelt. Insbesondere umfasst die Motorwelle einen Hohlraum, der sich vorzugsweise in axialer Richtung durch die Motorwelle hindurch erstreckt. Die Hohlwelle besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl.
Der Stator bildet insbesondere einen um die Rotorachse und/oder um den Rotor umlaufenden Körper. Bevorzugt trägt der Stator eine oder mehrere elektrische Statorwicklungen. Vorteilhaft sind die eine oder mehreren Statorwicklungen am Innenumfang des Stators vorgesehen. Der Rotor bildet insbesondere einen um die Rotorachse umlaufenden Körper. Bevorzugt trägt der Rotor eine oder mehrere Rotorwicklungen und/oder einen oder mehrere Permanentmagnete. Vorteilhaft sind die eine oder mehreren Rotorwicklungen und/oder der oder die Permanentmagnete am Außenumfang des Rotors vorgesehen. Vorzugsweise sind die eine oder mehreren Rotorwicklungen und/oder der oder die Permanentmagnete der oder den Statorwicklungen gegenüberliegend angeordnet. Die Hohlwelle bildet insbesondere einen um die Rotorachse umlaufenden Körper. Vorteilhaft ist Hohlwelle am Innenumfang des Rotors vorgesehen. Insbesondere bildet die Hohlwelle einen integralen Bestandteil des Rotors.
Bevorzugt bildet der Elektromotor eine Gleichstrommaschine oder eine Synchronmaschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine. Alternativ kann der Elektromotor aber auch als Asynchronmaschine ausgebildet sein. Vorteilhaft wird der Elektromotor, insbesondere die Statorwicklungen, mit Drehstrom gespeist. Die verketteten Spannungen betragen dabei z.B. 400V.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Elektromotor einen Drehgeber, mittels welchem insbesondere eine Verdrehung und/oder ein Verdrehwinkel des Rotors um die Rotorachse relativ zu dem Stator erfassbar ist. Der Drehgeber ist z.B. als Resolver, als Inkrementalgeber oder als Absolutwertgeber ausgebildet. Insbesondere bildet der Elektromotor einen Servomotor.
Die Bremsfläche ist bevorzugt an dem Stator oder an einem fest, insbesondere starr oder drehstarr, mit dem Stator verbundenen Bauteil vorgesehen. Vorteilhaft ist der Stator mit einem mit der Bremsfläche versehenen Lagerschild (erster Lagerschild) fest, insbesondere starr oder drehstarr, verbunden, in dem vorzugsweise die Hohlwelle um die Rotorachse drehbar gelagert ist. Der (erste) Lagerschild kann somit auch als Bremslagerschild bezeichnet werden. Insbesondere bildet der (erste) Lagerschild das vorgenannte Bauteil. Bevorzugt umfasst der (erste) Lagerschild ein oder wenigstens ein Wälzlager, mittels welchem die Hohlwelle um die Rotorachse drehbar in dem (ersten) Lagerschild gelagert ist. Das Wälzlager ist z.B. ein Kugellager. Der (erste) Lagerschild ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Insbesondere erstreckt sich die Hohlwelle durch den ersten Lagerschild hindurch. Die Bremsfläche ist vorteilhat an einer dem Stator abgewandten Stirnseite des (ersten) Lagerschilds vorgesehen. Der (erste) Lagerschild besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Grauguss oder Aluminium.
Bevorzugt ist der Stator mit einem zweiten Lagerschild fest, insbesondere starr oder drehstarr, verbunden, in dem vorzugsweise die Hohlwelle um die Rotorachse drehbar gelagert ist. Vorteilhaft umfasst der zweite Lagerschild ein oder wenigstens ein Wälzlager, mittels welchem die Hohlwelle um die Rotorachse drehbar in dem zweiten Lagerschild gelagert ist. Das Wälzlager ist z.B. ein Kugellager. Der zweite Lagerschild besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Grauguss oder Aluminium.
Die Lagerschilde sind bezüglich der Rotorachse insbesondere im Abstand zueinander angeordnet. Bevorzugt ist der Stator in Richtung der Rotorachse zwischen den Lagerschilden angeordnet. Insbesondere verschließen die Lagerschilde die beiden Stirnseiten des Stators. Vorzugsweise ist auch der Rotor in Richtung der Rotorachse zwischen den Lagerschilden angeordnet. Dabei erstreckt die Hohlwelle aber bevorzugt in Richtung der Rotorachse durch den ersten und/oder den zweiten Lagerschild hindurch.
Liegt die Bremsscheibe mit einem in Richtung der Rotorachse relativ kurz ausgebildeten Bereich an der Hohlwelle an, könnte sie sich an der Hohlwelle verklemmen. Vorteilhaft bildet die Bremsscheibe an ihrem Innenumfang oder im Bereich ihres Innenfangs eine sich in Richtung der Rotorachse erstreckende Hülse, die über die Kurzverzahnung mit der Hohlwelle verbunden ist. Die Hülse sitzt somit unmittelbar auf der Hohlwelle und ist mit dieser über die Kurzverzahnung drehstarr und in Richtung der Rotorachse verschiebbar verbunden. Durch diese Maßnahme ist die Gefahr eines Verklemmens der Bremsscheibe an der Hohlwelle deutlich reduziert. Vorzugsweise umringt die Hülse die Hohlwelle.
Die Bremsscheibe besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl. Ferner besteht die Hülse bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl. Die Hülse bildet bevorzugt einen integralen Bestandteil der Bremsscheibe. Vorteilhaft bilden die Bremsscheibe und die Hülse einen einstückigen und/oder materialhomogenen Körper. Insbesondere ist die Hülse starr mit der Bremsscheibe verbunden.
Der scheibenförmige Bereich der Bremsscheibe ist vorzugsweise einstückig und/oder materialhomogen mit der Hülse ausgebildet. Vorteilhaft ist der scheibenförmige Bereich starr mit der Hülse verbunden. Insbesondere erstreckt sich der scheibenförmige Bereich radial von der Hülse weg. Bevorzugt umringt der scheibenförmige Bereich die Hülse.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist in radialer Richtung zwischen der Hohlwelle und dem Bremslagerschild (erstes Lagerschild) ein um die Rotorachse umlaufender Zwischenraum vorgesehen, in den die Hülse eintaucht. Somit ist es möglich, die Bremse in axialer Richtung relativ flach auszubilden. Insbesondere kann bei einer Betätigung der Bremse die Hülse in oder weiter in den Zwischenraum einrücken.
Die Hülse ragt bevorzugt von dem scheibenförmigen Bereich der Bremsscheibe in Richtung auf den Bremslagerschild vor. Insbesondere geht die Hülse an ihrem dem Bremslagerschild abgewandten Ende in den scheibenförmigen Bereich der Bremsscheibe über. Somit ist es möglich, die Hülse relativ tief in den Zwischenraum eintauchen zu lassen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung trägt die Bremsscheibe einen der Bremsfläche gegenüberliegenden und/oder dieser zugewandten Bremsbelag (erster Bremsbelag). Bevorzugt ist der (erste) Bremsbelag an einer der Bremsfläche zugewandten Stirnseite der Bremsscheibe und/oder des scheibenförmigen Bereichs vorgesehen. Insbesondere ist der (erste) Bremsbelag fest, vorzugsweise starr oder drehstarr, mit der Bremsscheibe verbunden. Durch den Einsatz eines Bremsbelags können die Bremsscheibe und der Bremsbelag jeweils aus geeigneten Werkstoffen gefertigt sein. Insbesondere bestehen die Bremsscheibe und der (erste) Bremsbelag aus unterschiedlichen Materialien. Vorteilhaft ist der (erste) Bremsbelag im Bereich des Außenumfangs der Bremsscheibe angeordnet. Durch einen größeren Abstand des (ersten) Bremsbelags zur Rotorachse kann insbesondere das Bremsmoment erhöht werden. Vorzugsweise ist der (erste) Bremsbelag ringförmig ausgebildet.
Bevorzugt trägt die Bremsscheibe einen der Bremsfläche abgewandten zweiten Bremsbelag. Der zweite Bremsbelag ist vorzugsweise an einer der Bremsfläche abgewandten Stirnseite der Bremsscheibe und/oder des scheibenförmigen Bereichs vorgesehen. Insbesondere ist der zweite Bremsbelag fest, vorzugsweise starr oder drehstarr, mit der Bremsscheibe verbunden. Zum Drücken der Bremsscheibe gegen die Bremsfläche kann somit die Betätigungseinrichtung an dem zweiten Bremsbelag angreifen. Insbesondere bestehen die Bremsscheibe und der zweite Bremsbelag aus unterschiedlichen Materialien. Vorteilhaft ist der zweite Bremsbelag im Bereich des Außenumfangs der Bremsscheibe angeordnet. Vorzugsweise ist der zweite Bremsbelag ringförmig ausgebildet. Bevorzugt weisen die Bremsbeläge den gleichen radialen Abstand zur Rotorachse auf.
Die Bremsbeläge können voneinander getrennte Teile bilden. Alternativ können die Bremsbeläge einen gemeinsamen Körper bilden, der insbesondere fest, vorzugsweise starr oder drehstarr, mit der Bremsscheibe verbunden und vorteilhaft ringförmig ausgebildet ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Betätigungseinrichtung der Bremse eine fest, insbesondere starr oder drehstarr, mit dem Stator verbundene oder durch diesen gebildete Halterung, eine die Hohlwelle umringende Ankerscheibe, die an der Halterung in Richtung der Rotorachse verschiebbar geführt ist, und wenigstens eine mit der Halterung und der Ankerscheibe in Wirkverbindung stehende Feder auf, mittels welcher die Ankerscheibe in axialer Richtung gegen die Bremsscheibe gespannt ist. Da die Ankerscheibe in axialer Richtung gegen die Bremsscheibe gespannt ist, ist insbesondere auch die Bremsscheibe gegen die Bremsfläche gespannt. Die Ankerscheibe ist bevorzugt zwischen der Halterung und der Bremsscheibe angeordnet. Ferner ist die wenigstens eine Feder bevorzugt zwischen der Halterung und der Ankerscheibe angeordnet. Beispielsweise ist die Feder als Druckfeder ausgebildet. Die Ankerscheibe besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl.
Zum Lösen der Bremse ist die Ankerscheibe insbesondere gegen die Kraft der Feder von der Bremsscheibe abzurücken. Ohne äußere Einflüsse nimmt die Bremse vorzugsweise stets ihren bremsenden Zustand an.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Bremse einen Aktor, mittels welchem die Bremse lösbar ist. Unter einem Lösen der Bremse soll insbesondere verstanden werden, dass die Bremsscheibe von der Bremsfläche abrücken kann. Vorzugsweise ist mittels des Aktors die Ankerscheibe gegen die Kraft der Feder von der Bremsscheibe abrückbar. Der Aktor umfasst oder bildet bevorzugt einen Elektromagneten. Somit ist die Bremse beispielsweise durch Magnetkraft lösbar. Der Aktor ist insbesondere fest, vorzugsweise starr oder drehstarr, mit der Halterung verbunden.
Bevorzugt besteht die Ankerscheibe aus einem magnetischen Material, sodass diese mittels des Elektromagneten gegen die Kraft der Feder von der Bremsscheibe, insbesondere durch Magnetkraft, abrückbar ist. Gemäß einer Alternative ist es möglich, dass die Bremsscheibe aus einem magnetischen Material besteht und mittels des Elektromagneten von der Bremsfläche abrückbar ist. Bei der Alternative kann die Ankerscheibe entfallen. Ferner steht gemäß der Alternative die wenigstens eine Feder vorzugsweise mit der Halterung und der Bremsscheibe in Wirkverbindung, sodass die Bremsscheibe mittels der wenigstens einen Feder gegen die Bremsfläche gespannt ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kurzverzahnung einen am Innenumfang der Bremsscheibe vorgesehenen ersten Zahnkranz und einen am Außenumfang der Hohlwelle vorgesehenen zweiten Zahnkranz, der mit dem ersten Zahnkranz formschlüssig ineinandergreift. Vorteilhaft ist der erste Zahnkranz an der Innenumfangsfläche der Hülse vorgesehen.
Die Hohlwelle kann über ihre gesamte Länge in Richtung der Rotorachse einen konstanten oder im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser aufweisen. Alternativ kann der Außendurchmesser der Hohlwelle entlang der Rotorachse variieren. Vorzugsweise erstreckt sich die Hohlwelle mit einem Bereich aus dem Stator heraus und durch die Bremsscheibe hindurch bis zu einem freien Ende der Hohlwelle, wobei der Außendurchmesser der Hohlwelle in diesem Bereich ausgehend von dem Stator bis zu dem freien Ende nicht größer wird. Hierdurch wird eine einfache Montage der Bremsscheibe ermöglicht. Bevorzugt ist der Außendurchmesser der Hohlwelle im Bereich der Kurzverzahnung kleiner oder gleich dem Außendurchmesser der Hohlwelle innerhalb des Stators.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Hohlwelle mit einem Spindeltrieb verbunden, der insbesondere eine Gewindespindel umfasst, die vorteilhaft in den Hohlraum der Hohlwelle eintaucht oder eintauchen kann. Die Gewindespindel erstreckt sich insbesondere in Richtung der Rotorachse. Bevorzugt umfasst der Spindeltrieb auch eine Spindelmutter, die auf der Gewindespindel sitzt, insbesondere auf diese aufgeschraubt ist. Die Spindelmutter ist vorzugsweise fest, insbesondere starr oder drehstarr, mit der Hohlwelle verbunden. Vorteilhaft ist mittels der Hohlwelle die Spindelmutter um die Rotorachse relativ zu der Gewindespindel drehbar und dadurch diese entlang der Rotorachse relativ zu der Spindelmutter und zu der Hohlwelle verstellbar. Bevorzugt ist die Spindelmutter an einer Stirnseite der Hohlwelle angeordnet und/oder befestigt. Beispielsweise liegt diese Stirnseite auf einer der Bremse abgewandten Seite des Rotors. Der Elektromotor ist bevorzugt Teil einer Werkzeugmaschine.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Vorderansicht eines Elektromotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 einen Längsschnitt durch den Elektromotor entlang der aus 1 ersichtlichen Schnittlinie A-A und
3 eine teilweise und vergrößerte Darstellung der Ansicht aus 2 im Bereich einer Bremse.
Aus den 1 bis 3 sind unterschiedliche Ansichten und Teilansichten eines Elektromotors 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei ein hohlzylindrisch ausgebildeter Stator 2 an seinem Innenumfang Statorwicklungen 3 trägt. Der Stator 2 ist an einer ersten Stirnseite mit einem ersten Lagerschild 4 und an einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite mit einem zweiten Lagerschild 5 verschlossen. Die Lagerschilde 4 und 5 sind jeweils ringförmig ausgebildet, wobei sich durch die Lagerschilde 4 und 5 eine Hohlwelle 6 hindurch erstreckt, die einen Hohlraum 34 umfasst. Am Außenumfang der Hohlwelle 6 sind den Statorwicklungen 3 gegenüberliegend Permanentmagnete 7 befestigt, die mit einem Magnetfeld in Wechselwirkung treten können, welches von den Statorwicklungen 3 erzeugbar ist. Die Hohlwelle 6 und die Permanentmagnete 7 sind somit Teile eines Rotors 8, der mittels der Hohlwelle 6 in den Lagerschilden 4 und 5 um eine Rotorachse 9 relativ zu dem Stator 2 drehbar gelagert ist. Der Hohlraum 34 erstreckt sich in Richtung der Rotorachse 9 durch die Hohlwelle 6 hindurch.
Zur Lagerung der Hohlwelle 6 in dem Lagerschild 4 ist in diesem ein Wälzlager 10 mit seinem Außenring befestigt, wobei der Innenring des Wälzlagers 10 mit der Hohlwelle 6 fest verbunden ist. Ferner sind in dem Lagerschild 5 zwei Wälzlager 11 und 12 mit ihren Außenringen befestigt, wobei die Innenringe der Wälzlager 11 und 12 fest mit der Hohlwelle 6 verbunden sind. Ferner ist am Außenumfang des Stators 2 ein Klemmkasten 13 befestigt, in dem elektrische Anschlüsse zum Kontaktieren der Statorwicklungen 3 vorgesehen sind.
An der dem Stator 2 abgewandten Seite des Lagerschilds 4 ist eine Bremse 14 vorgesehen, die insbesondere unter Bezugnahme auf 3 erläutert wird. Die Bremse 14 umfasst eine Bremsscheibe 15, eine Ankerscheibe 16 und eine Halterung 17, die fest mit dem Lagerschild 4 verbunden ist. Die Halterung 17 umfasst einen Elektromagneten 18, dessen Anschlüsse zu dem Klemmkasten 13 geführt sind. Die Ankerscheibe 16 ist über schematisch angedeutete Führungsbolzen 19 an der Halterung 17 und/oder an dem Elektromagneten 18 in Richtung der Rotorachse 9 verschiebbar geführt. Ferner ist die Ankerscheibe 16 durch die Führungsbolzen 19 bezüglich der Rotorachse 9 drehstarr mit der Halterung 17 und somit auch mit dem Stator 2 verbunden. Die Ankerscheibe 16 weist an ihrem Innenumfang einen Abstand zur Hohlwelle 6 auf und besteht aus einem magnetischen Material. In der Halterung 17 und/oder in dem Elektromagneten 18 sind ein oder mehrere, lediglich schematisch dargestellte Druckfedern 20 vorgesehen, mittels welchen die Ankerscheibe 16 in einer axialer Richtung 21 gegen die Bremsscheibe 15 gedrückt wird und dadurch die Bremsscheibe 15 gegen die dem Stator 2 abgewandte Stirnfläche 22 des Lagerschilds 4 drückt. Die Rotorachse 9 verläuft in axialer Richtung 21.
Die Bremsscheibe 15 umringt die Hohlwelle 6 und bildet an ihrem Innenumfang eine Hülse 23. Die Hülse 23 erstreckt sich in Richtung der Rotorachse 9 und geht an ihrem dem Lagerschild 4 abgewandten Ende in einen scheibenförmigen Bereich 24 der Bremsscheibe 15 über. An den in axialer Richtung 21 einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Bremsscheibe 15 sind im Bereich ihres Außenumfangs ringförmige Bremsbeläge 25 und 32 befestigt, sodass die Bremsscheibe 15 mit dem Bremsbelag 25 mit der Stirnfläche 22 des Lagerschilds 4 und mit dem Bremsbelag 32 mit der Ankerscheibe 16 in Kontakt treten kann.
Im in den Figuren dargestellten Zustand ist die Bremse 14 betätigt, sodass die Ankerscheibe 16 aufgrund der Kraft der Federn 20 in axialer Richtung 21 gegen den Bremsbelag 32 drückt und der Bremsbelag 25 der Bremsscheibe 15 in axialer Richtung 21 gegen eine ringförmige Bremsfläche 30 drückt, die einen Bereich der Stirnfläche 22 des Lagerschilds 4 bildet. Der Lagerschild 4 ist somit Teil der Bremse 14 und wird auch als Bremslagerschild bezeichnet. Zum Lösen der Bremse 14 wird der Elektromagnet 18 eingeschaltet, sodass die Ankerscheibe 16 von dem Elektromagneten 18 angezogen wird und gegen die Kraft der Federn 20 in Gegenrichtung des Pfeils 21 von der Bremsscheibe 15 abrückt.
Die Hülse 23 ist direkt mit der Hohlwelle 6 über eine Kurzverzahnung 26 verbunden, welche die Bremsscheibe 15 bezüglich der Rotorachse 9 drehstarr mit der Hohlwelle 6 verbindet und ein Verschieben der Bremsscheibe 15 in Richtung der Rotorachse 9 relativ zu der Hohlwelle 6 ermöglicht. Hierfür weist die Hülse 23 an ihrem Innenumfang einen Zahnkranz 27 auf, der mit einem an der Außenumfangsfläche der Hohlwelle 6 vorgesehenen Zahnkranz 28 im Eingriff steht. Ferner ist in radialer Richtung zwischen der Hohlwelle 6 und dem Lagerschild 4 ein um die Rotorachse 9 umlaufender Zwischenraum 29 vorgesehen, in den die Hülse 23 eintaucht. Somit ist ein sehr kompakter Aufbau der Bremse 14 realisiert. Insbesondere erstreckt sich die Kurzverzahnung 26 bis in den Bereich des Zwischenraums 29.
An der dem Lagerschild 4 abgewandten Seite der Halterung 17 ist ein Drehgeber 31 befestigt, mittels welchem die Verdrehung der Hohlwelle 6 um die Rotorachse 9 erfassbar ist. Die Bremse 14 ist somit zwischen dem Lagerschild 4 und dem Drehgeber 31 angeordnet. Elektrische Anschlüsse des Drehgebers sind zu einem Steckverbinder 33 geführt, der am Außenumfang des Stators 2 befestigt ist.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Stator
3: Statorwicklungen
4: Lagerschild
5: Lagerschild
6: Hohlwelle
7: Permanentmagnete
8: Rotor
9: Rotorachse
10: Wälzlager
11: Wälzlager
12: Wälzlager
13: Klemmkasten
14: Bremse
15: Bremsscheibe
16: Ankerscheibe
17: Halterung
18: Elektromagnet
19: Führungsbolzen
20: Druckfedern
21: axiale Richtung
22: Stirnfläche des Lagerschilds
23: Hülse der Bremsscheibe
24: scheibenförmiger Bereich der Bremsscheibe
25: Bremsbelag
26: Kurzverzahnung
27: Zahnkranz an Hülse
28: Zahnkranz an Hohlwelle
29: Zwischenraum zwischen Hülse und Lagerschild
30: Bremsfläche
31: Drehgeber
32: Bremsbelag
33: Steckverbinder
34: Hohlraum der Hohlwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19719990 A1 [0002]

Claims

Elektromotor mit einem Stator (2), einem in dem Stator (2) angeordneten und relativ zu diesem um eine in einer axialen Richtung (21) verlaufende Rotorachse (9) drehbaren Rotor (8), der eine als Hohlwelle (6) ausgebildete Motorwelle umfasst, einer Bremse (14), die eine die Hohlwelle (6) umringende, bezüglich der Rotorachse (9) drehstarr mit der Hohlwelle (6) verbundene und in Richtung der Rotorachse (9) relativ zu der Hohlwelle (6) verschiebbare Bremsscheibe (15), eine relativ zu dem Stator (2) drehfeste Bremsfläche (30) und eine Betätigungseinrichtung umfasst, mittels welcher die Bremsscheibe (15) gegen die Bremsfläche (30) drückbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (15) unmittelbar auf der Hohlwelle (6) sitzt und mit dieser über eine Kurzverzahnung (26) drehstarr und in Richtung der Rotorachse (9) verschiebbar verbunden ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsfläche (30) an dem Stator (2) oder an einem fest mit diesem verbundenen Bauteil vorgesehen ist.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) mit einem mit der Bremsfläche (30) versehenen Lagerschild (4) fest verbunden ist, in dem die Hohlwelle (6) um die Rotorachse (9) drehbar gelagert ist.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (15) im Bereich ihres Innenfangs eine sich in Richtung der Rotorachse (9) erstreckende Hülse (23) bildet, die über die Kurzverzahnung (26) mit der Hohlwelle (6) verbunden ist.
Elektromotor nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung zwischen der Hohlwelle (6) und dem Lagerschild (4) ein um die Rotorachse (9) umlaufender Zwischenraum (29) vorgesehen ist, in den die Hülse (23) eintaucht.
Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (23) von einem scheibenförmigen Bereich (24) der Bremsscheibe (15) in Richtung auf den Lagerschild (4) vorragt.
Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (23) an ihrem dem Lagerschild (4) abgewandten Ende in den scheibenförmigen Bereich (24) der Bremsscheibe (15) übergeht.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzverzahnung (26) einen am Innenumfang der Hülse (23) vorgesehenen ersten Zahnkranz (27) und einen am Außenumfang der Hohlwelle (6) vorgesehenen zweiten Zahnkranz (28) umfasst, der mit dem ersten Zahnkranz (28) formschlüssig ineinander greift.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (15) einen der Bremsfläche (30) zugewandten Bremsbelag (25) trägt.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung eine fest mit dem Stator (2) verbundene oder durch diesen gebildete Halterung (17), eine die Hohlwelle (6) umringende Ankerscheibe (16), die an der Halterung (17) in Richtung der Rotorachse (9) verschiebbar geführt ist, und wenigstens eine mit der Halterung (17) und der Ankerscheibe (16) in Wirkverbindung stehende Feder (20) umfasst, mittels welcher die Ankerscheibe (16) in axialer Richtung (21) gegen die Bremsscheibe (15) gespannt ist.
Elektromotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerscheibe (16) aus einem magnetischen Material besteht und die Bremse (14) einen mit der Halterung (17) fest verbundenen Elektromagneten (18) umfasst, mittels welchem die Ankerscheibe (16) gegen die Kraft der Feder (20) von der Bremsscheibe (15) abrückbar ist.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnhöhenfaktor der Kurzverzahnung (26) kleiner als eins ist.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hohlwelle (6) mit einem Bereich aus dem Stator (2) heraus und durch die Bremsscheibe (15) hindurch bis zu einem freien Ende der Hohlwelle (6) erstreckt, wobei der Außendurchmesser der Hohlwelle (6) in diesem Bereich ausgehend von dem Stator (2) bis zu dem freien Ende nicht größer wird.
Elektromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Hohlwelle (6) im Bereich der Kurzverzahnung (26) kleiner oder gleich dem Außendurchmesser der Hohlwelle (6) innerhalb des Stators (2) ist.