DE102013221158A1 - Electric drive - Google Patents
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Abstract
Ein Elektrischer Antrieb (2) mit einem feststehenden Außenstator (20) und Innenstator (96) und einem Rotor (50), der eine ferromagnetische Rotorhülse (56) umfasst, an der an der zum Außenstator (20) zu gewandten Seite Permanentmagnete (62) angebracht sind, und mit einem Rotations-Translations-Getriebe (78), umfassend eine sich mit dem Rotor (50) mitdrehende Spindel (80) und eine gegenüber der Spindel (80) verdrehbare Mutter (86), soll ein möglichst geringes Trägheitsmoment aufweisen und gleichzeitig einfach in der Fertigung sein. Dazu ist vorgesehen, dass der Innenstator eine Verdrehsicherung für die Mutter (86) umfasst.An electric drive (2) with a stationary outer stator (20) and inner stator (96) and a rotor (50) comprising a ferromagnetic rotor sleeve (56) on which on the side facing the outer stator (20), permanent magnets (62) are mounted, and with a rotation-translation gear (78) comprising a rotatable with the rotor (50) spindle (80) and a relative to the spindle (80) rotatable nut (86), should have the lowest possible moment of inertia and Simultaneously easy to be in production. For this purpose, it is provided that the inner stator comprises an anti-twist device for the nut (86).
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb mit einem feststehenden Außenstator und einem Innenstator und einem Rotor, der eine ferromagnetische Rotorhülse umfasst, an der an der zum Außenstator zugewandten Seite Permanentmagnete angebracht sind, und mit einem Rotations-Translations-Getriebe, umfassend eine sich mit dem Rotor mitdrehende Spindel und eine gegenüber der Spindel verdrehbare Mutter.The invention relates to an electric drive with a fixed outer stator and an inner stator and a rotor comprising a ferromagnetic rotor sleeve, are mounted on the side facing the outer stator side permanent magnets, and with a rotation-translation gear, comprising one with the rotor co-rotating spindle and a nut rotatable relative to the spindle.
Derartige elektrische Antriebe finden in einer Vielzahl technischer Gebiete Verwendung. So werden sie beispielsweise als Linearaktuatoren eingesetzt, bei denen durch elektronische Ansteuerung ein Aktuatorelement linear hin- und hergefahren werden soll.Such electric drives are used in a variety of technical fields. Thus, for example, they are used as linear actuators in which an actuator element is to be linearly moved back and forth by electronic control.
Ein typisches Einsatzgebiet sind „aktive“ Bremssysteme für Kraftfahrzeuge, in denen in den Bremskreisen ohne Muskelkraft des Fahrers Bremsdruck aufgebaut werden kann. Derartige Bremssystem werden gewöhnlich in einem „Brake-by-Wire“-Modus betrieben, in dem der Fahrer mit Hilfe einer Pedalentkopplungseinheit vom direkten Zugriff auf die Bremsen entkoppelt wird. Durch einen Pedalsimulator wird ihm beim Betätigen des Bremspedals ein möglichst angenehmes und vertrautes Bremsgefühl vermittelt, während er Bremsflüssigkeit in einen Simulator verschiebt. Durch eine Wegsensorik, die beispielsweise einen Weg- und/oder Winkelsensor umfassen kann, wird ein Maß für die Betätigung des Bremspedals ermittelt, woraus dann der Bremswunsch des Fahrers ermittelt wird. Daraus wird dann in einer Steuer- und Regeleinheit ein Sollbremsmoment bzw. ein Sollbremsdruck bestimmt, welcher dann mit Hilfe einer Druckbereitstellungseinrichtung in den Bremsen eingestellt wird. Dazu wird mit Hilfe eines elektrischen Antriebs, umfassend einen Elektromotor sowie ein nachgeschaltetes Rotations-Translationsgetriebe ein Druckkolben in einen hydraulischen Druckraum geschoben, wodurch Bremsflüssigkeit in die Bremsen gefördert wird.A typical field of application are "active" brake systems for motor vehicles, in which brake pressure can be built up in the brake circuits without the driver's muscle power. Such braking systems are usually operated in a "brake-by-wire" mode in which the driver is decoupled from direct access to the brakes by means of a pedal decoupling unit. A pedal simulator gives him as comfortable and familiar a brake feel as he pushes brake fluid in a simulator when pressing the brake pedal. By a displacement sensor, which may include, for example, a displacement and / or angle sensor, a measure of the operation of the brake pedal is determined, from which then the driver's braking request is determined. From this, a desired braking torque or a desired braking pressure is then determined in a control and regulation unit, which is then adjusted by means of a pressure-providing device in the brakes. For this purpose, a pressure piston is pushed into a hydraulic pressure chamber by means of an electric drive, comprising an electric motor and a downstream rotation-translation gear, whereby brake fluid is conveyed into the brakes.
In oben beschriebenen Bremssystemen können Sicherheitsprogramme wie ABS, TCS und Komfortprogramme wie HSA komfortabel für den Fahrer realisiert werden. Die Sicherheitsprogramme erfordern gewöhnlich schnelle Regelvorgänge, bei denen gezielt an einzelnen Bremsen schnell Druck auf- und abgebaut werden muss. Dazu muss der Kolben schnell hin und her gefahren, d. h. auch schnell reversiert, werden. Bei dieser schnell durchzuführenden Stellbewegung ist das Trägheitsmoment des Rotors maßgeblich.In the braking systems described above, safety programs such as ABS, TCS and comfort programs such as HSA can be comfortably realized for the driver. The safety programs usually require fast control processes in which pressure has to be built up and taken down quickly on individual brakes. For this, the piston has to be driven quickly back and forth, d. H. also be reversed quickly. In this fast to be performed adjusting movement, the moment of inertia of the rotor is decisive.
Aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb dahingehend zu verbessern, dass er ein möglichst geringes Trägheitsmoment aufweist und gleichzeitig einfach in der Fertigung ist.The invention is therefore based on the object to improve an electric drive to the effect that it has the lowest possible moment of inertia and at the same time is easy to manufacture.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Innenstator eine Verdrehsicherung für die Mutter umfasst.This object is achieved in that the inner stator comprises a rotation for the mother.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei vielen herkömmlichen elektrischen Antrieben ein großer Beitrag zum Trägheitsmoment von dem Eisenrückschluss herrührt. Eine deutliche Reduktion des Trägheitsmomentes des Rotors kann allerdings erreicht werden, wenn der Eisenrückschluss nicht an der Rotation des Rotors beteiligt ist. Dies kann durch die Bildung eines Innenstators erreicht werden, der innerhalb des Rotors angeordnet ist und als Eisenrückschluss dient, so dass der äußere Teil des Rotors, der mit Permanentmagneten versehen ist, zwischen Innenstator und Außenstator rotiert.The invention is based on the consideration that in many conventional electric drives a large contribution to the moment of inertia comes from the iron yoke. However, a significant reduction in the moment of inertia of the rotor can be achieved if the iron yoke is not involved in the rotation of the rotor. This can be achieved by the formation of an inner stator, which is arranged inside the rotor and serves as iron yoke, so that the outer part of the rotor, which is provided with permanent magnets, rotates between the inner stator and the outer stator.
Wie nunmehr erkannt wurde, lässt die Tatsache, dass sich der innere Stator nicht mit dem Rotor dreht, eine weitere Funktion des Innenstators zu. Damit der elektrische Antrieb als Linearaktuator fungieren kann, bei dem die Drehbewegung des Rotors bzw. der Spindel in eine lineare Bewegung umgewandelt wird, muss die Mutter gegen Rotation gesichert sein, das heißt, es muss eine Verdrehsicherung für die Mutter vorgesehen sein. Da nun der Innenstator innerhalb des Rotors und gewissermaßen benachbart zu der Mutter angeordnet ist, kann er aufgrund seiner starren räumlichen Anordnung als Verdrehsicherung für die Mutter eingesetzt werden. Dem Innenstator kommt somit eine Doppelfunktion zu. Auf diese Weise kann auf zusätzliche Bauteile für eine Verdrehsicherung der Mutter verzichtet werden, so dass die Fertigung des Antriebs vereinfacht wird.As has now been recognized, the fact that the inner stator does not rotate with the rotor adds another function to the inner stator. In order for the electric drive to function as a linear actuator in which the rotational movement of the rotor or the spindle is converted into a linear movement, the nut must be secured against rotation, that is, it must be provided against rotation for the mother. Since now the inner stator is disposed within the rotor and, so to speak, adjacent to the mother, it can be used because of its rigid spatial arrangement as anti-rotation device for the mother. The inner stator thus has a double function. In this way can be dispensed with additional components for a rotation of the mother, so that the production of the drive is simplified.
Vorteilhafterweise ist die Verdrehsicherung durch eine in dem Innenstator verlaufende Nut und ein an der Mutter angeformtes Eingriffelement gebildet, welches beim Drehen der Spindel in der Nut in axialer Richtung läuft. Die Verdrehsicherung umfasst also die Nut im Innenstator und das Eingriffelement an der Mutter, welches vorzugsweise in der Art eines Nockens, Blocks oder Keils ausgebildet ist und bei einer Rotation der Spindel mit möglichst geringem Spiel in der Nut läuft, so dass Reversierungen der Spindeldrehrichtung möglichst unmittelbar zu Reversierungen der Linearbewegungen der Mutterführen. In beispielhafter alternativer Ausgestaltung ist in der Mutter eine Nut ausgebildet, die einen von dem Innenstator radial nach innen abstehender länglichen Nocken oder Kamm formschlüssig umfasst, so dass die Rotation der Mutter verhindert wird.Advantageously, the rotation is formed by a groove extending in the inner stator and an integrally formed on the nut engagement element which runs in the axial direction when turning the spindle in the groove. The rotation thus comprises the groove in the inner stator and the engagement element on the nut, which is preferably designed in the manner of a cam, block or wedge and runs at a rotation of the spindle with the least possible play in the groove, so that reversals of the spindle rotation as directly as possible to Reversing the linear movements of the mother. In an exemplary alternative embodiment, a groove is formed in the nut, which comprises a radially projecting from the inner stator inwardly projecting elongate cam or comb, so that the rotation of the nut is prevented.
Der Innenstator ist vorzugsweise als innerhalb der Rotorhülle angeordnete Innenstatorhülse ausgebildet. Das heißt, er ist als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Wanddicke gering ist im Vergleich zu seiner Länge in axialer Richtung. Durch seine hülsenartige Ausgestaltung kann die Baugruppe Spindel/Mutter, Innenstator, Rotor in radialer Richtung sehr eng und platzsparend gebaut werden.The inner stator is preferably designed as an inner stator sleeve arranged inside the rotor shell. That is, it is formed as a hollow cylinder whose wall thickness is small compared to its length in the axial direction. Due to its sleeve-like design, the assembly spindle / nut, inner stator, rotor in the radial direction can be built very narrow and space-saving.
Um eine besonders zuverlässige Materialverbindung mit geringem thermischen Verzug zu realisieren, ist die Innenstatorhülse vorteilhafterweise durch Laserschweißung mit einem Element des Antriebs, insbesondere einem Lagerelement, verbunden. Dadurch kann eine präzise Positionierung und Ausrichtung der Innenstatorhülse verwirklicht werden. Dies ermöglicht, diese Hülse in radialer Richtung möglichst eng an das Rotations-Translations-Getriebe und möglichst eng an dem Rotor anzuordnen, so dass der Luftspalt zwischen Innenstator und Rotor gering dimensioniert werden kann.In order to realize a particularly reliable material connection with low thermal distortion, the inner stator sleeve is advantageously connected by laser welding to an element of the drive, in particular a bearing element. As a result, a precise positioning and alignment of the inner stator sleeve can be realized. This makes it possible to arrange this sleeve in the radial direction as closely as possible to the rotation-translation gear and as close as possible to the rotor, so that the air gap between the inner stator and the rotor can be made small.
Die Innenstatorhülse stützt sich vorzugsweise axial auf einem Lager des elektrischen Antriebs ab und richtet sich darauf aus. Auf diese Weise ist eine präzise Anordnung und Ausrichtung der Hülse möglich, so dass unter Berücksichtigung der entsprechenden Toleranzen eine enge Auslegung des Luftspaltes zwischen der Innenstatorhülse und der Rotorhülse ermöglicht wird.The inner stator sleeve is preferably supported axially on a bearing of the electric drive and is oriented thereon. In this way, a precise arrangement and alignment of the sleeve is possible, so that taking into account the corresponding tolerances, a narrow design of the air gap between the inner stator and the rotor sleeve is made possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Mutter als Innenstator ausgebildet. Die Verdrehsicherung erfolgt hierbei durch eine oder mehrere Nuten in der Mutter und einem Bauteil, welches dem Innenstator mit großflächig eingebrachten Aussparungen entspricht. Das heißt, die Mutter übernimmt hierbei eine zweite Funktion, nämlich die des Innenstators bzw. Eisenrückschlusses. Sie ist dazu vorzugsweise aus ferromagnetischem Material gefertigt. Aufgrund der Doppelfunktion der Mutter kann auf einen separaten Innenstator bzw. einen separaten Eisenrückschluss verzichtet werden. Die Rotorhülse ist bevorzugt ungestuft ausgebildet, d. h. in axialer Richtung weist die Rotorhülse stets den gleichen Durchmesser auf.In a preferred embodiment, the nut is designed as an inner stator. The rotation is effected here by one or more grooves in the nut and a component which corresponds to the inner stator with large recesses introduced. That is, the mother takes over a second function, namely that of the inner stator or iron yoke. It is preferably made of ferromagnetic material. Due to the dual function of the nut can be dispensed with a separate inner stator or a separate iron yoke. The rotor sleeve is preferably formed ungestufted, d. H. in the axial direction, the rotor sleeve always has the same diameter.
Die Permanentmagnete sind bevorzugt mit wenigstens einer Fixierungshülse, die Sicken aufweist, an dem Rotor drehmomentübertragend befestigt, wodurch eine besonders robuste und zuverlässige Befestigung der Permanentmagnete ermöglicht wird. Dadurch ist auch die Ausdehnung der Permanentmagnete in radialer Richtung sehr präzise kontrollierbar, so dass der Luftspalt zwischen Rotor und Außenstator sehr klein gehalten werden kann.The permanent magnets are preferably fastened to the rotor with at least one fixing sleeve, which has beads, so that a particularly robust and reliable fastening of the permanent magnets is made possible. As a result, the expansion of the permanent magnets in the radial direction is very precisely controlled, so that the air gap between the rotor and the outer stator can be kept very small.
Die jeweilige Fixierhülse ist vorzugsweise durch Laserschweißung an der Rotorhülse befestigt, so dass während des Schweißvorganges nur geringe thermische Verformungen der Fixierhülse und Rotorhülse erfolgen, wodurch sich der Luftspalt zwischen Rotor und Außenstator sehr genau festlegen lässt.The respective fixing sleeve is preferably fixed by laser welding to the rotor sleeve, so that only slight thermal deformations of the fixing sleeve and rotor sleeve occur during the welding process, as a result of which the air gap between rotor and outer stator can be determined very precisely.
Die jeweilige Fixierhülse übergreift vorzugsweise die Permanentmagnete außerhalb des aktiven Luftspaltes. Dadurch kann der Luftspalt klein und der Wirkungsgrad des Motors hoch gehalten werden.The respective fixing sleeve preferably engages over the permanent magnets outside the active air gap. As a result, the air gap can be small and the efficiency of the engine can be kept high.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch die Bereitstellung einer Verdrehsicherung für die Mutter durch den Innenstator die Fertigung des elektrischen Antriebes gegenüber bekannten Antrieben deutlich vereinfacht wird. Ein hülsenartig ausgebildeter Innenstator bildet eine besonders bauraumsparende Ausbildung. Zusammen mit einem hülsenartig ausgebildeten Rotor lassen sich diese beiden Komponenten in radialer Richtung sehr eng an dem Rotations-Translationsgetriebe anordnen.The advantages of the invention are, in particular, that the provision of an anti-rotation device for the mother by the inner stator, the production of the electric drive over known drives is significantly simplified. A sleeve-like inner stator forms a particularly space-saving training. Together with a sleeve-like rotor, these two components can be arranged in the radial direction very close to the rotation-translation gear.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:Several embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. In it show in a highly schematic representation:
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.
Ein in
Der Rotor
Mit dem Lagerelement
Der elektrische Antrieb
Die Mutter
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der elektrische Antrieb
Bei Darstellung des elektrischen Antriebes in
Bei der in
Ein elektrischer Antrieb
Die Verdrehsicherung der Mutter
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- elektrischer Antrieb electric drive
- 44
- Gehäuse casing
- 88th
- elektromechanische Komponente electromechanical component
- 1414
- hydraulische Komponente hydraulic component
- 2020
- Außenstator outer stator
- 2626
- Erregerspule excitation coil
- 3232
- Erregerspule excitation coil
- 3636
- Kugellager ball-bearing
- 4444
- Kugellager ball-bearing
- 50 50
- Rotor rotor
- 5656
- Rotorhülse rotor sleeve
- 6262
- Permanentmagnet permanent magnet
- 6868
- axiale Richtung axial direction
- 7070
- Schweißbereich welding area
- 7676
- Lagerelement bearing element
- 7878
- Rotations-Translationsgetriebe Rotation-translation gear
- 8080
- Spindel spindle
- 8686
- Mutter mother
- 9292
- Außengewinde external thread
- 9696
- Innenstator internal stator
- 9898
- Hülse shell
- 104104
- Nut groove
- 110110
- Nocken cam
- 120120
- Druckkolben pressure piston
- 126126
- Druckraum pressure chamber
- 132132
- Bremsmittelvorratsbehälter Brake fluid reservoir
- 140140
- Kondensator capacitor
- 146146
- Tandem-Hauptbremszylinder Tandem master cylinder
- 152152
- Induktiver Wegsensor Inductive displacement sensor
- 158158
- Powerstecker Power plug
- 160160
- Einpresskontaktpin Einpresskontaktpin
- 170170
- Lagerbereich storage area
- 176176
- Kragen collar
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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