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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit Sensoranordnung und elektromagnetisch betätigbarer Bremse.
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Es ist allgemein bekannt, dass ein Elektromagnet bei Bestromung einen magnetischen Fluss erzeugt, der durch ferromagnetische Teile leitbar ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Winkelerfassung ungestört von dem von dem Elektromagneten einer Bremse erzeugten magnetischen Fluss ausführbar zu machen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromagnet nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor mit Sensoranordnung und elektromagnetisch betätigbarer Bremse sind, dass der Elektromotor eine drehbar gelagerte Rotorwelle aufweist, an deren axialen Endbereich ein Winkelsensor angeordnet ist, der einen Rotor und einen Stator aufweist,
wobei der Rotor drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist,
wobei zwischen Rotorwelle und Rotor des Winkelsensors ein Distanzstück angeordnet ist,
ein ferromagnetisches Umlenkteil axial zwischen Bremse und Distanzstück oder Rotor des Winkelsensors angeordnet ist,
insbesondere wobei das Umlenkteil mit dem Stator indirekt oder direkt drehfest verbunden angeordnet ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass das von der Bremse her stammende Magnetfeld über die Rotorwelle in das ferromagnetische Umlenkteil umlenkbar und somit vom Winkelsensor weg lenkbar ist.
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Außerdem ist mit einem Distanzstück der Abstand zur Störquelle vergrößerbar. Somit ist Winkelerfassung ungestört von der Bestromung der Bremse ausführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Distanzstück aus paramagnetischem oder diamagnetischem Material gefertigt, insbesondere aus Aluminium. Von Vorteil ist dabei, dass eine verbesserte Abschirmung – auch gegen magnetische Wechselfelder – erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Lager der Welle zwischen Bremse und Umlenkteil angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Abstand weiter vergrößert ist und die Stahlteile des Lagers zum magnetischen Rückschluss des Elektromagneten der Bremse beitragen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Lager in einem Lagerschild, insbesondere in einem aus Aluminium gefertigten Lagerschild, angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass das Umlenkteil den magnetischen Fluss radial nach außen führt, insbesondere vom Winkelsensor fern hält, und somit das Lagerschild sogar aus Aluminium fertigbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung drückt eine in die Rotorwelle eingeschraubte Schraube ein Spannteil auf den Rotor des Winkelsensors, so dass dieser auf das Distanzstück drückt und dieses somit auf die Rotorwelle gedrückt wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Distanzstück eine topfförmige Aufnahme auf, in welche ein axialer Endbereich der Rotorwelle hineinragt. Von Vorteil ist dabei, dass eine zentriergenaue Herstellung in einfacher Weise ausführbar ist. Das Distanzstück wird dabei hutförmig auf das axiale Ende der Welle aufgestülpt und somit präzise zentriert.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Rotor des Winkelsensors gegen eine Stufe des Distanzstücks angestellt. Von Vorteil ist dabei, dass eine präzise einfache Montage ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Rotorwelle mit dem Umlenkteil als magnetischer Rückschluss des Elektromagneten der Bremse wirksam. Von Vorteil ist dabei, dass der magnetische Fluss vom Winkelsensor abgehalten wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der vom Umlenkteil überdeckte Radialabstandsbereich den vom Winkelsensor überdeckten Radialabstandsbereich oder mit ihm überlappt. Von Vorteil ist dabei, dass eine effektive Abschirmung erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Umlenkteil radial weiter ausgedehnt als der Winkelsensor. Von Vorteil ist dabei, dass das Störfeld weit abgelenkt wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung überlappt der vom Umlenkteil axial überdeckte Bereich mit dem vom Distanzstück axial überdeckten Bereich. Von Vorteil ist dabei, dass das Umlenkteil vom Rotor des Winkelsensors beabstandet ist mittels des Distanzstücks.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Stator des Winkelsensors gegen eine ringförmige Zentriernut des Umlenkteils angestellt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und präzise Montage ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Umlenkteil mit dem Lagerschild verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass das Umlenkteil als Drehmomentstütze, also Drehmomentableitung des Winkelsensors wirksam ist und selbst wiederum das abgeleitete Drehmoment an das Lagerschild und somit ans Gehäuse abgibt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Elektromagnet der Bremse eine in einem Spulenkern aufgenommene Spulenwicklung auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Bremse elektromagnetisch betätigbar ist und der Winkelsensor einen Rotor und einen Stator aufweist, die in magnetischer, insbesondere induktiver, Wirkverbindung sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine axial bewegbare aber drehfest mit dem Spulenkern verbundene Ankerscheibe entgegen der von einem Federelement erzeugten Federkraft anziehbar bei Bestromung der Spulenwicklung,
wobei bei Nichtbestromung die Ankerscheibe einen mit der Rotorwelle drehfest aber axial verschiebbar angeordneten Bremsbelagträger gegen eine Bremsfläche drückt. Von Vorteil ist dabei, dass die Bremse bei Nicht-Bestromung einfällt und bei Bestromung lüftbar ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Antriebs gezeigt.
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Wie in 1 dargestellt, weist der Antrieb einen Winkelsensor, eine elektromagnetisch betätigbare Bremse und einen Elektromotor auf.
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Dabei ist die Bremse axial zwischen Elektromotor und Winkelsensor angeordnet.
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Die Rotorwelle 11 des Elektromotors ist drehbar gelagert, wobei eines 3 der Lager in einem Lagerschild 4 aufgenommen ist.
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Auf der dem Elektromotor axial zugewandten Seite des Lagerschildes 4 ist die elektromagnetisch betätigbare Bremse angeordnet. Dabei ist ein aus ferromagnetischem Material, insbesondere Stahlguss, hergestellter Spulenkern 1 am Lagerschild angeordnet, insbesondere mit ihm verbunden. Der Spulenkern 1 weist eine ringförmige Vertiefung auf, in welcher die Spulenwicklung 2 der Bremse aufgenommen ist.
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Mit der Rotorwelle 11 ist drehfest aber axial verschiebbar ein Bremsbelagträger verbunden, welcher axial beidseitig jeweils einen Bremsbelag aufweist. Eine Ankerscheibe ist drehfest, aber axial verschiebbar mit dem Gehäuse der Bremse beziehungsweise dem Spulenkern 1 oder Lagerschild 4 verbunden. Die Ankerscheibe ist aus ferromagnetischem Material, insbesondere Stahl, und wird somit bei Bestromung der Spulenwicklung 2 zu dieser hin angezogen entgegen der von Federelementen erzeugten Federkraft. Die Federelemente sind dabei vorzugsweise abgestützt am Spulenkern 1.
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Da die Ankerscheibe axial zwischen Spulenkern 1 und Bremsbelagträger angeordnet ist, drückt die von den Federelementen erzeugte Federkraft die Ankerscheibe bei Nichtbestromung der Spulenwicklung den Bremsbelagträger auf eine von dem Spulenkern 1 abgewandt angeordnete Bremsfläche, insbesondere an einem Gehäuseteil ausgebildete Bremsfläche. Bei Bestromung der Spulenwicklung 2 wird die Ankerscheibe zum Spulenkern 1 hin gezogen und somit die Bremse gelüftet.
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Abhängig von der Bestromung der Spulenwicklung 2 wird beim Betätigen der Bremse daher ein Magnetfeld erzeugt. Da die Rotorwelle 11 aus ferromagnetischem Stahl gefertigt ist, wird allerdings ein Teil des von der Spulenwicklung 2 erzeugten Magnetflusses durch die Rotorwelle 1 bis zu deren axialen Endbereich, insbesondere also durch den vom Lager 3 abgedeckten axialen Bereich hindurch, geleitet, wo der Winkelsensor angeordnet ist.
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Um diesen störenden Magnetfluss zu vermindern ist ein Umlenkteil 5 vorgesehen, das am Lagerschild 4 angeordnet ist. Das Umlenkteil ist aus Ferrit oder anderem ferrromagnetischen Material gefertigt. Das Umlenkteil 5 ist außerdem ringförmig ausgeformt, wobei die Rotorwelle 11 durch das Ringloch des Umlenkteils 5 hindurchgeführt ist, wobei nur ein geringer ringförmiger Luftspalt zwischen Umlenkteil 5 und Rotorwelle 11 vorgesehen ist. Auf diese Weise wird der magnetische Rückschluss des von der Spulenwicklung 2 erzeugten Magnetflusses über die Rotorwelle 11 und das Umlenkteil 5 bis zum Spulenkern 1 zurück gebildet.
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Die Rotorwelle 11 weist eine axial sich erstreckende Außenverzahnung auf, wobei der Bremsbelagträger eine entsprechende Innenverzahnung aufweist, die im Eingriff ist mit der Außenverzahnung der Rotorwelle 11. Somit ist der Bremsbelagträger zwar axial verschiebbar auf der Rotorwelle 11 angeordnet aber drehfest mit ihr verbunden.
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Das Umlenkteil 5 ist radial weiter ausgedehnt als der Winkelsensor.
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Am Lagerschild, das vorzugsweise aus Aluminium gebildet ist, ist ein Zentriernut angeordnet, an welcher das Umlenkteil 5 anliegt.
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Der Winkelsensor weist einen Stator 6 und einen Rotor 7 auf. Dabei ist der Stator 6 mit dem Umlenkteil 5 verbunden, so dass das Umlenkteil 5 auch als Drehmomentstütze, also Drehmomentableitung, fungiert.
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Eine mittig in die axiale Stirnseite der Rotorwelle 11 eingeschraubte Schraube 10 drückt mit ihrem Schraubenkopf ein Spannteil 9 gegen den Rotor 7 des Winkelsensors. Der Rotor 7 des Winkelsensors wird wiederum gegen ein Distanzstück 8 gedrückt, so dass dieses auf die Rotorwelle 11 gedrückt wird.
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Das Distanzstück 8 ist aus diamagnetischem oder paramagnetischem Material gefertigt. Vorzugsweise wird Aluminium verwendet. Somit ist nicht nur die Entfernung des Winkelsensors zur Störquelle vergrößerbar sondern auch mittels Induktion von Wirbelströmen das magnetische Störfeld reduzierbar.
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Der Stator 6 des Winkelsensors umgibt den Rotor 7 des Winkelsensors radial. Der vom Stator 6 überdeckte axiale Bereich überdeckt oder zumindest überlappt mit dem vom Rotor 7 überdeckten axialen Bereich.
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Der Winkelsensor ist nach Art eines Resolvers aufgebaut. Der Stator 6 weist also eine Wicklung auf, mit welcher dem Rotor induktiv Energie übertragen wird, dessen Rotor 7 eine Wicklung aufweist die nicht isotrop in Umfangsrichtung ausgebildet ist. Auf diese Weise ist die Winkelstellung des Rotors 7 erfassbar. Die Wirkverbindung zwischen Stator 6 und Rotor 7 umfasst also das Magnetfeld. Somit wirkt der axial über die Rotorwelle 11 eingeleitete magnetische Fluss der Spulenwicklung 2 der Bremse als Störfeld.
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Durch die Reduzierung des Einflusses des Störfeldes ist somit eine verbesserte Genauigkeit beziehungsweise eine verringerte Fehleranzahl erreichbar.
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Mittels des Umlenkteils 5 und des Distanzstücks 8 ist also ein Schutz ausgebildet gegen das Störfeld.
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Die Schraube 10 ist vorzugsweise aus nicht magnetischem, also nicht ferromagnetischem Edelstahl gefertigt.
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Der Rotor 7 des Winkelsensors ist kraftschlüssig, also drehfest, mit der Rotorwelle 11 verbunden. Die Spannkraft wird hierbei in axialer Richtung aufgebracht.
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Das Lager ist vorzugsweise als Kugellager ausgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spulenkern, insbesondere aus ferromagnetischem Stahlguss
- 2
- Spulenwicklung
- 3
- Lager
- 4
- Lagerschild
- 5
- Umlenkteil
- 6
- Stator des Winkelsensors
- 7
- Rotor des Winkelsensors
- 8
- Distanzstück
- 9
- Spannteil
- 10
- Schraube
