DE102016113188A1

DE102016113188A1 - Brake system and method for operating a brake system

Info

Publication number: DE102016113188A1
Application number: DE102016113188.1A
Authority: DE
Inventors: Giovanni Biancuzzi; Peter Borsai
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Es wird ein Bremssystem (10) mit einem Statorelement (12) und einem Rotorelement (14), die koaxial angeordnet sind, vorgeschlagen. Das Bremssystem (10) ist zum Abbremsen und Zulassen einer Rotationsbewegung des Rotorelements (14) um eine Rotationsachse (C) relativ zu dem Statorelement (12) eingerichtet. Das Statorelement (14) weist mindestens einen Permanentmagneten (26) und eine Spule (28A–28D) auf. Das Rotorelement (14) umfasst magnetisierbares Material und weist mindestens einen Bremsabschnitt (20) auf. Der Bremsabschnitt (20) ist eingerichtet, sich entlang einer Magnetfeldlinie (32, 34) des Permanentmagneten (26) des Statorelements (12) auszurichten. Der Permanentmagnet (26) und die Spule (28A–28D) des Statorelements (12) sind so relativ zueinander angeordnet, dass die Spule (28A–28D) bei Bestromung ein Spulen-Magnetfeld erzeugt, das ein Magnetfeld des Permanentmagneten (26) zumindest teilweise kompensiert.A brake system (10) having a stator element (12) and a rotor element (14) arranged coaxially is proposed. The braking system (10) is adapted to decelerate and allow rotational movement of the rotor element (14) about an axis of rotation (C) relative to the stator element (12). The stator element (14) has at least one permanent magnet (26) and a coil (28A-28D). The rotor element (14) comprises magnetizable material and has at least one brake section (20). The brake section (20) is arranged to align along a magnetic field line (32, 34) of the permanent magnet (26) of the stator element (12). The permanent magnet (26) and the coil (28A-28D) of the stator (12) are arranged relative to each other, that the coil (28A-28D) generates a coil magnetic field when energized, at least partially, a magnetic field of the permanent magnet (26) compensated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem mit einem Statorelement und einem Rotorelement, die koaxial angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Bremssystems.The invention relates to a braking system with a stator and a rotor element, which are arranged coaxially. The invention further relates to a method for operating such a brake system.

Herkömmliche Bremssysteme umfassen beispielsweise Trommelbremsen, Scheibenbremsen, Wirbelstrombremsen, Hydraulikbremsen oder Druckluftbremsen. Bei bestimmten mechanischen Anordnungen, z. B. ein Seilzug einer Jalousie, ein Rollladen oder parkende Fahrzeuge, ist eine dauerhafte und zuverlässige, gleichwohl lösbare Hemmung von Drehungen von besonderer Bedeutung.Conventional brake systems include, for example, drum brakes, disc brakes, eddy current brakes, hydraulic brakes or air brakes. For certain mechanical arrangements, eg. As a cable of a blind, a roller shutter or parked vehicles, is a permanent and reliable, yet releasable inhibition of rotations of particular importance.

Reluktanz, auch als magnetischer Widerstand bezeichnet, beschreibt das Verhältnis von magnetischer Spannung und magnetischem Fluss eines Materials, wobei die Reluktanz dem Quotienten der magnetischen Spannung und des magnetischen Flusses entspricht. Reluktanzmotoren und reluktanzbasierte Bremssysteme nutzen aus, dass sich ein magnetisierbarer Festkörper, der einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt ist, entlang der Feldlinien des Magnetfeldes ausrichtet. Die Reluktanz hängt insbesondere von dem Material, der Geometrie des Materials und der Anordnung des Materials relativ zum Magnetfeld ab. Herkömmliche reluktanzbasierte Bremssysteme erzeugen Bremsmagnetfelder mit Hilfe von Spulen. Demgemäß muss das Magnetfeld der Spule des reluktanzbasierten Bremssystems so lange aufrechterhalten werden, wie die bremsende Wirkung erforderlich ist. Das Aufrechterhalten des Magnetfeldes benötigt eine stetige Stromzufuhr und verbraucht somit ständig elektrische Leistung. Deshalb kann eine permanente oder langfristige Bremswirkung zu hohen Kosten sowie hohem Wartungsaufwand führen.Reluctance, also referred to as magnetic resistance, describes the ratio of magnetic voltage and magnetic flux of a material, wherein the reluctance corresponds to the quotient of the magnetic voltage and the magnetic flux. Reluctance motors and reluctance-based braking systems take advantage of the fact that a magnetizable solid, which is exposed to an external magnetic field, aligned along the field lines of the magnetic field. The reluctance depends in particular on the material, the geometry of the material and the arrangement of the material relative to the magnetic field. Conventional reluctance-based braking systems generate brake magnetic fields by means of coils. Accordingly, the magnetic field of the coil of the reluctance-based braking system must be maintained as long as the braking effect is required. Maintaining the magnetic field requires a steady supply of power and thus constantly consumes electrical power. Therefore, a permanent or long-term braking effect can lead to high costs and high maintenance.

Vor diesem Hintergrund ist eine Aufgabe der Erfindung, ein energiesparendes reluktanzbasiertes Bremssystem bereitzustellen, das zudem einfach herzustellen ist.Against this background, an object of the invention is to provide an energy-saving reluctance-based braking system that is also easy to manufacture.

Diese Aufgabe wird durch ein Bremssystem mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 oder durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a braking system with the features of claim 1 or by a method according to claim 14. Embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein Bremssystem mit einem Statorelement und einem Rotorelement vorgeschlagen. Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen beschrieben. Das Statorelement und das Rotorelement sind koaxial angeordnet. Das Rotorelement dreht um eine Rotationsachse relativ zu dem Statorelement. Das Bremssystem kann die Drehung des Rotorelements abbremsen, unterbinden oder zulassen. Das Statorelement weist mindestens einen Permanentmagneten und eine Spule auf. Das Rotorelement umfasst magnetisierbares, z. B. ferromagnetisches, Material und mindestens einen Bremsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, sich entlang einer Magnetfeldlinie des Permanentmagneten des Statorelements auszurichten. Der Permanentmagnet und die Spule des Statorelements sind so relativ zueinander angeordnet, dass die Spule bei Bestromung ein Spulen-Magnetfeld erzeugt, das das Magnetfeld des Permanentmagneten zumindest teilweise kompensiert.According to the invention, a brake system with a stator element and a rotor element is proposed. In the following, advantageous embodiments will be described. The stator element and the rotor element are arranged coaxially. The rotor element rotates about an axis of rotation relative to the stator element. The brake system can slow down, prevent or permit the rotation of the rotor element. The stator element has at least one permanent magnet and a coil. The rotor element comprises magnetizable, z. B. ferromagnetic material and at least one braking portion which is adapted to align along a magnetic field line of the permanent magnet of the stator. The permanent magnet and the coil of the stator are arranged relative to each other so that the coil generates a coil magnetic field when energized, which at least partially compensates the magnetic field of the permanent magnet.

Das Statorelement bildet den ortsfesten Teil des Bremssystems und ist zur Lagerung des Rotorelements und/oder in Zusammenspiel mit einem Gehäuse zum Befestigen des Bremssystems geeignet. Das Statorelement und das Rotorelement können auf einer Welle des Bremssystems gelagert sein, die ein Drehmoment zwischen dem Bremssystem und einer durch das Bremssystem abzubremsenden Vorrichtung, z. B. einem Rollladen, übertragen kann.The stator element forms the stationary part of the brake system and is suitable for mounting the rotor element and / or in interaction with a housing for fastening the brake system. The stator element and the rotor element may be mounted on a shaft of the brake system, which has a torque between the brake system and a device to be braked by the brake system, for. B. a roller shutter, can transmit.

Das Rotorelement kann von dem Statorelement umschlossen sein, so dass das Bremssystem einen Innenläufer ausbildet. Alternativ kann das Rotorelement das Statorelement umgeben, so dass das Bremssystem einen Außenläufer ausbildet.The rotor element may be enclosed by the stator element, so that the brake system forms an internal rotor. Alternatively, the rotor element can surround the stator element, so that the brake system forms an external rotor.

Das vorgeschlagene Bremssystem kann die Drehung des Rotorelements um die Rotationsachse wahlweise zulassen, d. h. die Rotationsbewegung nicht verlangsamen oder gar unterbrechen, oder abbremsen, d. h. der Rotationsbewegung entgegenwirken, sie verlangsamen oder unterbrechen, beziehungsweise unterbinden. Das Zulassen, Unterbinden und Abbremsen der Drehung des Rotorelements können mit Hilfe der Magnetfelder des Permanentmagneten und der Spule sowie der Geometrie des Rotorelements erfolgen. Das Wirkungsprinzip wird im Folgenden näher erläutert.The proposed braking system may optionally allow rotation of the rotor member about the axis of rotation, i. H. do not slow down or even interrupt the rotation, or slow it down, d. H. counteract the rotational movement, slow it down or interrupt, or prevent. Allowing, Unterbinden and braking the rotation of the rotor element can be done using the magnetic fields of the permanent magnet and the coil and the geometry of the rotor element. The principle of operation is explained in more detail below.

Der Bremsabschnitt umfasst ein magnetisierbares Material, d. h. weist eine magnetische Permeabilität von größer als 1 auf. Die magnetischen Feldlinien, die im Statorelement erzeugt werden, bilden sich dann bevorzugt entlang der Vorzugsrichtung des magnetisierbaren Bremsabschnitts aus, so dass sich das Rotorelement in einem äußeren Magnetfeld infolge der Reluktanzkraft derart ausrichtet, dass der Bremsabschnitt in Richtung der Pole des Magnetfeldes zeigt. Um eine Unwucht des Rotorelements bei der Rotationsbewegung zu vermeiden, können beispielsweise mehrere kongruent ausgebildete Bremsabschnitte symmetrisch bezüglich der Rotationsachse angeordnet sein. Die Bremsabschnitte können durch die Formgebung des Rotorelements, z. B. als sich radial erstreckende Abschnitte, am Innenumfang oder Außenumfang eines Rotorrings und/oder durch Variation des Rotormaterials um den Umfang, z. B. durch lokale Erhöhung der Permeabilität, gebildet werden.The brake section comprises a magnetizable material, ie has a magnetic permeability of greater than 1. The magnetic field lines generated in the stator element then preferably form along the preferred direction of the magnetizable brake section, so that the rotor element aligns in an external magnetic field due to the reluctance force so that the brake section points in the direction of the poles of the magnetic field. In order to avoid an imbalance of the rotor element during the rotational movement, for example, a plurality of congruently formed brake sections may be arranged symmetrically with respect to the axis of rotation. The brake sections can be replaced by the shape of the rotor element, for. B. as radially extending portions, on the inner circumference or outer circumference of a rotor ring and / or by varying the rotor material around the circumference, z. B. by local increase in permeability can be formed.

In unbestromtem Zustand des Stators führen die Reluktanz und die Geometrie des Rotorelements zu einer bremsenden Wirkung in einer Vorzugsstellung des Rotorelements, in welcher der Bremsabschnitt des Rotorelements entlang des Magnetfeldes des Permanentmagneten des Statorelements ausrichtet ist. Der Bremsabschnitt und somit das Rotorelement hat mindestens eine magnetische Vorzugsrichtung, d. h. einer Stellung des Rotorelements, in der der magnetische Widerstand im Magnetfeld des Permanentmagneten des Statorelements ein Minimum erreicht. In dieser Vorzugsstellung erreicht die magnetische Energie des Bremssystems ein lokales Minimum. Eine Kraft oder ein Drehmoment auf das Rotorelement ist erforderlich, um das Rotorelement aus der Vorzugsstellung heraus in Drehung zu versetzen. Dadurch wird die bremsende Wirkung des Bremssystems erzielt.In the de-energized state of the stator, the reluctance and the geometry of the rotor element lead to a braking effect in a preferred position of the rotor element, in which the braking portion of the rotor element is aligned along the magnetic field of the permanent magnet of the stator. The brake section and thus the rotor element has at least one magnetic preferred direction, d. H. a position of the rotor element, in which the magnetic resistance in the magnetic field of the permanent magnet of the stator reaches a minimum. In this preferred position, the magnetic energy of the braking system reaches a local minimum. A force or torque on the rotor element is required to enable the rotor element to rotate out of the preferred position. As a result, the braking effect of the brake system is achieved.

Bei Bestromung der Spule wird ein Spulen-Magnetfeld erzeugt, dessen Magnetfeldvektoren den Magnetfeldvektoren des Permanentmagneten des Statorelements entgegengerichtet sind. Das Magnetfeld, das das Rotorelement erfährt, schwächt dadurch ab. Die reluktanzbasierte bremsende Wirkung, die durch das Magnetfeld der Permanentmagneten hervorgerufen ist, wird in Abhängigkeit von der Spulen-Magnetfeldstärke zumindest teilweise aufgehoben. Das Rotorelement kann dementsprechend mit einem geringeren Kraft- oder Drehmomentaufwand in eine Rotationsbewegung versetzt werden.When current is applied to the coil, a coil magnetic field is generated whose magnetic field vectors are opposite to the magnetic field vectors of the permanent magnet of the stator element. The magnetic field experienced by the rotor element weakens thereby. The reluctance-based braking effect caused by the magnetic field of the permanent magnets is at least partially canceled depending on the coil magnetic field strength. Accordingly, the rotor element can be set into a rotational movement with a lower expenditure of force or torque.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Statorelement einen Trägerabschnitt und mindestens einen Radialabschnitt auf, der sich von dem Trägerabschnitt aus radial zu der Rotationsachse ausdehnt. Dabei nimmt der Radialabschnitt den Permanentmagneten auf. Zusätzlich kann der Radialabschnitt mit der Spule bewickelt sein.According to one embodiment, the stator element has a carrier section and at least one radial section, which expands radially from the carrier section to the axis of rotation. In this case, the radial section takes on the permanent magnet. In addition, the radial section may be wound with the coil.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Rotorelement einen Rotorring auf, der koaxial zu der Rotationsachse ist. Der Bremsabschnitt erstreckt sich von dem Rotorring radial zu der Rotationsachse.According to a further embodiment, the rotor element has a rotor ring which is coaxial with the axis of rotation. The brake section extends radially from the rotor ring to the axis of rotation.

Das Statorelement und/oder das Rotorelement können jeweils einen ersten Abschnitt, z. B. mit symmetrischem Querschnitt wie einem kreisförmigem oder ringförmigem Querschnitt, und einen weiteren Abschnitt umfassen, der sich von dem jeweiligen ersten Abschnitt aus radial ausdehnt. In einer Ausgestaltung sind der Radialabschnitt des Statorelements und der Bremsabschnitt des Rotorelements komplementär, symmetrisch gegenüberliegend oder zueinander passend geformt. Zwischen dem Radialabschnitt und dem Bremsabschnitt ist ein Spalt vorgesehen, so dass bei der Drehung des Rotorelements keine Reibungsverluste erzeugt werden.The stator element and / or the rotor element can each have a first section, for. B. with symmetrical cross-section such as a circular or annular cross-section, and comprise a further portion which expands radially from the respective first portion. In one embodiment, the radial section of the stator element and the braking section of the rotor element are complementary, symmetrically opposed or shaped to match one another. Between the radial portion and the brake portion, a gap is provided, so that no friction losses are generated during the rotation of the rotor element.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Rotorelement mindestens zwei Bremsabschnitte auf, die achsensymmetrisch bezüglich der Rotationsachse ausgebildet sind.According to one embodiment, the rotor element has at least two brake sections, which are formed axially symmetrically with respect to the axis of rotation.

Die einzelnen Bremsabschnitte sind vorzugsweise kongruent ausgebildet. Das Rotorelement kann zwei oder mehr, bevorzugt zwei bis sechs oder zwei bis vier, Bremsabschnitte umfassen. Vorzugsweise sind die Bremsabschnitte mit gleichmäßigem Drehwinkelabstand um die Rotationsachse angeordnet, d. h. (360°)/(Anzahl der Bremsabschnitte). Zum Beispiel sind vier benachbarte Bremsabschnitte um einem Winkel von 90° voneinander beabstandet angeordnet, oder drei Bremsabschnitte sind um 120° voneinander beabstandet angeordnet. Die Achsensymmetrie der Bremsabschnitte um die Rotationsachse kann zu einer unwuchtfreien Drehung des Rotorelements beitragen.The individual brake sections are preferably formed congruent. The rotor element may comprise two or more, preferably two to six or two to four, brake sections. Preferably, the braking portions are arranged at a uniform angular distance about the axis of rotation, d. H. (360 °) / (number of brake sections). For example, four adjacent brake sections are spaced apart by an angle of 90 °, or three brake sections are spaced 120 ° apart. The axis symmetry of the brake sections about the axis of rotation can contribute to an unbalanced rotation of the rotor element.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Permanentmagnet so angeordnet, dass die Magnetfeldlinien an Polen des Permanentmagneten senkrecht zu der Rotationsachse verlaufen. Ferner kann die Spule derart gewickelt und angeordnet sein, dass bei Bestromung der Spule die Spulen-Magnetfeldlinien den Magnetfeldlinien der Permanentmagnete entgegengesetzt sind.According to a further embodiment, the permanent magnet is arranged such that the magnetic field lines extend at poles of the permanent magnet perpendicular to the axis of rotation. Furthermore, the coil can be wound and arranged in such a way that, when the coil is energized, the coil magnetic field lines are opposite to the magnetic field lines of the permanent magnets.

Beispielsweise sind die Spule und der Permanentmagnet so angeordnet, dass die Spule einen Radialabschnitt des Statorelements umgibt, in dem der Permanentmagnet aufgenommen ist, um eine Überlappung des Magnetfeldes der Spule mit dem des Permanentmagneten zu erreichen. Z. B. ist die Spule und/oder der Permanentmagnet derart angeordnet, dass die Magnetfelder, beziehungsweise die Magnetfeldvektoren an dessen/deren Polen parallel zu einer Hilfslinie verlaufen, die einen Schwerpunkt der Spule und/oder des Permanentmagneten mit der Rotationsachse verbindet. Die Spule ist dabei so angeordnet, dass ihr Magnetfeld zumindest teilweise und möglichst weitgehend, z. B. zu 60% bis 80% oder zu 70% bis 80% antiparallel zu dem Magnetfeld des Permanentmagneten ausgebildet wird.For example, the coil and the permanent magnet are arranged such that the coil surrounds a radial section of the stator element, in which the permanent magnet is received in order to achieve an overlap of the magnetic field of the coil with that of the permanent magnet. For example, the coil and / or the permanent magnet is arranged such that the magnetic fields, or the magnetic field vectors at its / their poles parallel to an auxiliary line connecting a center of gravity of the coil and / or the permanent magnet with the axis of rotation. The coil is arranged so that its magnetic field at least partially and as much as possible, for. B. is formed to 60% to 80% or 70% to 80% antiparallel to the magnetic field of the permanent magnet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Statorelement mindestens zwei Radialabschnitte auf, die achsensymmetrisch bezüglich der Rotationsachse angeordnet sind. Dabei können die Radialabschnitte jeweils einen Permanentmagneten aufweisen. Zusätzlich können die Radialabschnitte jeweils mit einer Spule bewickelt sein.According to a further embodiment, the stator element has at least two radial sections, which are arranged axially symmetrically with respect to the axis of rotation. In this case, the radial sections may each have a permanent magnet. In addition, the radial sections can each be wound with a coil.

Insbesondere können die mehreren Radialabschnitte in der Ausgestaltung und Anordnung jeweils einem von mehreren Bremsabschnitten des Rotorelements entsprechen. Wie oben beschrieben, können die Spule und der Permanentmagnet an einem gemeinsamen Radialabschnitt angeordnet oder in dem selbigen aufgenommen sein. Dadurch kann eine verbesserte Überlagerung ihrer Magnetfelder erzielt werden.In particular, the plurality of radial sections in the configuration and arrangement can each one of a plurality of brake sections of Correspond to rotor element. As described above, the coil and the permanent magnet may be disposed on or received in a common radial section. As a result, an improved superposition of their magnetic fields can be achieved.

Einige beispielhafte Materialien für den Permanentmagneten umfassen AlNiCo, Sr-Ferrite, PANiCNQ, BaFe₁₂O₁₉, SrFe₁₂O₁₉, Nd₂Fe₁₄B, SmCo₅ oder Sm₂(Co,Fe,Cu,Zr)₁₇. In Ausführungsformen ist der Permanentmagnet ein gesinterter Permanentmagnet. Der Permanentmagnet kann insbesondere eine seltene Erde umfassen und/oder zumindest teilweise als ein Hartferritmagnet ausgebildet sein.Some exemplary materials for the permanent magnets include alnico, Sr-ferrite, PANiCNQ, BaFe ₁₂ O _19, SrFe ₁₂ O _19, Nd ₂ Fe ₁₄ B, SmCo ₅ or Sm ₂ (Co, Fe, Cu, Zr) _17th In embodiments, the permanent magnet is a sintered permanent magnet. In particular, the permanent magnet may comprise a rare earth and / or be at least partially formed as a hard ferrite magnet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Bremssystem mit einem Getriebe zum Übersetzen oder zum Untersetzen eines Drehmoments des Rotorelements verbunden.According to a further embodiment, the brake system is connected to a transmission for translating or reducing a torque of the rotor element.

Das Getriebe kann die Drehung des Rotorelements auf ein weiteres Bauelement übertragen. Dabei kann die Drehzahl und/oder das Drehmoment verändert werden.The transmission can transmit the rotation of the rotor element to another component. In this case, the rotational speed and / or the torque can be changed.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems, insbesondere des oben beschriebenen Bremssystems, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst: Zulassen der Rotationsbewegung des Rotorelements durch Erhöhen einer elektrischen Spannung an der Spule, und Abbremsen der Rotationsbewegung des Rotorelements durch Reduzieren der an der Spule angelegten elektrischen Spannung. Alternativ oder zusätzlich zum Erhöhen der Spannung kann die Bremskraft auch durch das Regeln eines effektiv durch die Spule fließenden Stroms eingestellt werden. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Bremskraft durch Erhöhen einer Einschaltdauer („duty cycle”) einer Pulsweitenmodulation (PWM) des Spulenstroms erhöht oder verringert wird.According to a further aspect of the invention, a method for operating a brake system, in particular the brake system described above, is proposed. The method includes: allowing rotational movement of the rotor element by increasing an electrical voltage across the coil, and decelerating the rotational movement of the rotor element by reducing the electrical voltage applied to the coil. Alternatively, or in addition to increasing the voltage, the braking force may also be adjusted by regulating a current effectively flowing through the coil. For example, it may be provided that the braking force is increased or reduced by increasing a duty cycle of a pulse width modulation (PWM) of the coil current.

Das vorgeschlagene Bremssystem sowie das Verfahren können z. B. eine Abwärtsbewegung eines Rollladens, der über eine Welle mit dem Bremssystem gekoppelt ist, hemmen. Die Reluktanzkraft des Bremssystems erzeugt ein Drehmoment auf der Welle, das der Abwärtsbewegung des Rollladens, der um die Welle wickelbar gelagert ist, entgegenwirkt. Um die Bremswirkung durch das Bremssystem aufzuheben, wird die Spule des Statorelements bestromt. Zusätzlich kann ein Getriebe dafür sorgen, dass der Drehwinkel zwischen zwei Bremsstellungen der Welle in festen Schritten einstellbar ist, z. B. in Schritten von 1°–5°.The proposed brake system and the method can, for. B. a downward movement of a roller shutter, which is coupled via a shaft to the brake system inhibit. The reluctance force of the brake system generates a torque on the shaft, which counteracts the downward movement of the roller shutter, which is mounted to be wound around the shaft. To cancel the braking effect by the braking system, the coil of the stator is energized. In addition, a transmission can ensure that the angle of rotation between two brake positions of the shaft is adjustable in fixed increments, for. B. in steps of 1 ° -5 °.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand verschiedener Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to various embodiments with reference to the drawings.

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines reluktanzbasierten Bremssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 shows a schematic cross-sectional view of a reluctance-based brake system according to an embodiment;

2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines reluktanzbasierten Bremssystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; 2 shows a schematic cross-sectional view of a reluctance-based brake system according to another embodiment;

3 zeigt das reluktanzbasierte Bremssystem der 1 mit schematischen Magnetfeldlinien im Bremsbetrieb; 3 shows the reluctance-based braking system of 1 with schematic magnetic field lines in braking mode;

4 zeigt das reluktanzbasierte Bremssystems der 1 mit schematisch dargestellten Magnetfeldlinien im Freilauf-Betrieb; 4 shows the reluctance-based braking system of 1 with schematically illustrated magnetic field lines in freewheeling operation;

5 zeigt ein Drehmoment-Winkel-Diagramm des Rotorelements eines reluktanzbasierten Bremssystems zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels; und 5 shows a torque-angle diagram of the rotor element of a reluctance-based braking system for explaining the embodiment; and

6 zeigt ein Antriebssystem mit dem Bremssystem der 1–5. 6 shows a drive system with the braking system of 1 - 5 ,

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines reluktanzbasierten Bremssystems 10. 1 shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of a reluctance-based braking system 10 ,

Das in 1 gezeigte Bremssystem 10 ist in Zylindergeometrie bezüglich einer Rotationsachse C ausgebildet. Das Bremssystem 10 umfasst ein Statorelement 12 und ein Rotorelement 14, im Folgenden kurz als Stator 12 und Rotor 14 bezeichnet. Der Rotor 14 ist außerhalb des Stators 12 und um den Stator 12 umlaufend ausgebildet. Der Stator 12 und der Rotor 14 sind im Wesentlichen zylindrisch und zu der Rotationsachse C koaxial. Der Rotor 14 umschließt einen Kernraum 16, in dem der Stator 12 aufgenommen ist. Der Rotor 14 umfasst einen Ringabschnitt 18 und vier Bremsabschnitte 20, die sich jeweils von dem Ringabschnitt 18 aus radial nach innen in Richtung der Rotationsachse C ausdehnen und um einen Winkel von 90° zueinander versetzt sind. Der Ringabschnitt 18 ist rotationssymmetrisch um die Rotationsachse C. Das Bremssystem 10 der 1 ist ein Außenläufer.This in 1 shown braking system 10 is formed in cylinder geometry with respect to a rotation axis C. The brake system 10 includes a stator element 12 and a rotor element 14 , hereinafter briefly as a stator 12 and rotor 14 designated. The rotor 14 is outside the stator 12 and around the stator 12 formed circumferentially. The stator 12 and the rotor 14 are substantially cylindrical and coaxial with the axis of rotation C. The rotor 14 encloses a core space 16 in which the stator 12 is included. The rotor 14 includes a ring section 18 and four brake sections 20 extending respectively from the ring section 18 extend radially inward in the direction of the axis of rotation C and are offset by an angle of 90 ° to each other. The ring section 18 is rotationally symmetrical about the axis of rotation C. The brake system 10 of the 1 is an external rotor.

In einem Ausführungsbeispiel hat der Rotor 14 einen Außendurchmesser von einigen Zentimetern, z. B. 3 bis 10 cm oder 3 bis 5 cm. Der Innendurchmesser des Rotors 14 beträgt einige Zentimeter, z. B. 2 bis 9 cm oder 2 bis 4 cm, und ist ca. 1 cm kleiner als der Außendurchmesser des Rotors 14. Der Außendurchmesser des Stators 12 ist um etwa 0,1 bis 10 mm, insbesondere 0,1 mm bis 1 mm, kleiner als der Innendurchmesser des Rotors 14. Der Permanentmagnet 26 kann einen rechteckigen Querschnitt mit Kantenlängen von z. B. 0,1 bis 10 mm aufweisen. Der Permanentmagnet 26 kann ferner eine magnetische Remanenz von z. B. 1 bis 1,5 Tesla haben, wobei der Begriff „Remanenz” hier im Sinne der zugeordneten Flussdichte verwendet wird.In one embodiment, the rotor has 14 an outer diameter of a few centimeters, z. B. 3 to 10 cm or 3 to 5 cm. The inner diameter of the rotor 14 is a few centimeters, z. B. 2 to 9 cm or 2 to 4 cm, and is about 1 cm smaller than the outer diameter of the rotor 14 , The outer diameter of the stator 12 is about 0.1 to 10 mm, in particular 0.1 mm to 1 mm, smaller than the inner diameter of the rotor 14 , The permanent magnet 26 can be a rectangular cross-section with edge lengths of z. B. 0.1 to 10 mm. The permanent magnet 26 Furthermore, a magnetic remanence of z. B. 1 to 1.5 Tesla, wherein the term "remanence" is used here in the sense of the associated flux density.

Der Querschnitt des Stators 12 ist in dem gezeigten Beispiel kreuzförmig ausgebildet. Der Stator 12 weist einen zentralen Kernabschnitt 22 auf, der rotationssymmetrisch um die Rotationsachse C ausgebildet ist. Der Stator 12 weist ferner vier Radialabschnitte 24 auf, die sich von dem Kernabschnitt 22 aus jeweils radial nach außen ausdehnen. Die Radialabschnitte 24 sind so gestaltet und angeordnet, dass sie der Anordnung und der Gestalt der Bremsabschnitte 20 entsprechen. Zwischen dem Radialabschnitt 24 und dem gegenüberliegenden Bremsabschnitt 20 ist ein Luftspalt, so dass diese Elemente einander nicht berühren.The cross section of the stator 12 is cross-shaped in the example shown. The stator 12 has a central core section 22 on, which is rotationally symmetrical about the rotation axis C. The stator 12 also has four radial sections 24 up, extending from the core section 22 each extending radially outward. The radial sections 24 are designed and arranged to match the arrangement and shape of the brake sections 20 correspond. Between the radial section 24 and the opposite brake section 20 is an air gap, so these elements do not touch each other.

Zwei der Radialabschnitte 24 nehmen in dem gezeigten Beispiel jeweils einen Permanentmagneten 26 auf. Die Permanentmagnete 26 sind derart angeordnet, dass ihre gleichnamigen Magnetpole in Richtung der Rotationsachse C zeigen, wie mittels der Magnetfeldvektoren V in 1 dargestellt. Ferner ist die Vorzugsrichtung V der jeweiligen Permanentmagnete 26 parallel zu einer Hilfsachse L angeordnet, die die Rotationsachse C mit einem Schwerpunkt M des Permanentmagneten 26 verbindet und senkrecht zu der Rotationsachse C steht.Two of the radial sections 24 take in the example shown in each case a permanent magnet 26 on. The permanent magnets 26 are arranged such that their magnetic poles of the same name point in the direction of the axis of rotation C, as indicated by the magnetic field vectors V in 1 shown. Furthermore, the preferred direction V of the respective permanent magnets 26 arranged parallel to an auxiliary axis L, which is the axis of rotation C with a center of gravity M of the permanent magnet 26 connects and perpendicular to the axis of rotation C.

Der Permanentmagnet 26 ist in dem gezeigten Beispiel quaderförmig, wobei seine radial orientierten Oberflächen jeweils einem Nordpol und einem Südpol des Permanentmagneten 26 entsprechen. Die Magnetfeldvektoren V an den Polen stehen senkrecht zu der jeweiligen Oberfläche. Denkbar ist eine entgegengesetzte Polung mindestens eines der Permanentmagnete 26 im Vergleich zur dargestellten Polung, so dass die Magnetfeldvektoren V des mindestens einen Permanentmagneten 26 in die entgegengesetzte Richtung, von der Rotationsachse C weg zeigen.The permanent magnet 26 is in the example shown cuboid, with its radially oriented surfaces each have a north pole and a south pole of the permanent magnet 26 correspond. The magnetic field vectors V at the poles are perpendicular to the respective surface. Conceivable is an opposite polarity of at least one of the permanent magnets 26 in comparison to the illustrated polarity, so that the magnetic field vectors V of the at least one permanent magnet 26 in the opposite direction, away from the axis of rotation C.

Die Radialabschnitte 24 sind jeweils mit einer Spule 28A–28D bewickelt. Im Beispiel der 1 sind vier Spulen 28A–28D jeweils als ein Paar von Kreissektoren dargestellt. Dabei ist jeder Kreissektor mit einer Richtungsmarkierung 30 versehen, die die Stromrichtung in der zugehörigen Spule 28A–28D angibt. Die Spulen 28A–28D können eine Windungszahl von 1 bis 100, bevorzugt 10 bis 30, aufweisen. Die Dicke des Drahtes der Spulen 28A–28D kann in einem Ausführungsbeispiel kleiner als 10 mm, vorzugsweise kleiner als 2 mm und größer als 0,4 mm, z. B. 0,8 mm, betragen. Ferner kann der Stator 12 eine Nutisolation aufweisen.The radial sections 24 are each with a coil 28A - 28D wound. In the example of 1 are four coils 28A - 28D each represented as a pair of circular sectors. Each circle sector is with a direction marker 30 Provide the current direction in the associated coil 28A - 28D indicates. The spools 28A - 28D may have a turn number of 1 to 100, preferably 10 to 30. The thickness of the wire of the coils 28A - 28D may in one embodiment less than 10 mm, preferably less than 2 mm and greater than 0.4 mm, z. B. 0.8 mm, amount. Furthermore, the stator 12 have a slot insulation.

2 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Bremssystems 10, das im Vergleich zum in der 1 gezeigten Bremssystem 10 nur zwei Spulenwicklungen 28A und 28B aufweist. Dadurch ist insbesondere eine wesentlich einfachere Fertigung des erfindungsgemäßen Bremssystems möglich. Alternativ zur gezeigten Ausgestaltung können die Permanentmagnete 26 auch anders angeordnet sein, beispielsweise kann jeweils ein Permanentmagnet 26 auf einem der Radialabschnitten 24, die in der Darstellung der 2 keinen Permanentmagneten tragen, angeordnet sein. Ebenso kann die Anzahl der Permanentmagnete 26 oder deren Form von der gezeigten Variante abweichen. 2 shows an alternative embodiment of the brake system 10 that compared to in the 1 shown braking system 10 only two coil windings 28A and 28B having. As a result, in particular a much simpler production of the brake system according to the invention is possible. As an alternative to the embodiment shown, the permanent magnets 26 be arranged differently, for example, in each case a permanent magnet 26 on one of the radial sections 24 that in the representation of the 2 no permanent magnet wear, be arranged. Likewise, the number of permanent magnets 26 or whose shape deviates from the variant shown.

Die Funktionsweise des Bremssystems 10 der 1 wird anhand der 3 bis 5 erläutert. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Bremssystems 10 mit einer vereinfachten, schematischen Darstellung von Magnetfeldlinien 32 im Bremsbetrieb.The functioning of the brake system 10 of the 1 is determined by the 3 to 5 explained. 3 shows a schematic cross-sectional view of the brake system 10 with a simplified, schematic representation of magnetic field lines 32 in braking mode.

Die Magnetfeldlinien 32 treten an dem Nordpol des zugehörigen Permanentmagneten aus diesem heraus und an dem Südpol in ihn ein. Jede Magnetfeldlinie 32 beschreibt einen geschlossenen Kreis. 3 zeigt, dass jede magnetische Feldlinie 32 von dem jeweiligen Permanentmagneten 26 ausgehend durch einen Radialabschnitt 24, durch einen Bremsabschnitt 20, durch einen Ringabschnitt 18, durch einen weiteren Bremsabschnitt 20 und durch einen weiteren Radialabschnitt 24 verläuft, bis sie in dem Permanentmagneten 26 den Ausgangspunkt wieder erreicht und dadurch einen geschlossenen magnetischen Kreis beschreibt.The magnetic field lines 32 occur at the north pole of the associated permanent magnet out of this and at the south pole in him. Every magnetic field line 32 describes a closed circle. 3 shows that every magnetic field line 32 from the respective permanent magnet 26 starting through a radial section 24 , through a brake section 20 , through a ring section 18 , by another brake section 20 and by another radial section 24 runs until it is in the permanent magnet 26 reaches the starting point again, thereby describing a closed magnetic circuit.

3 zeigt das Bremssystem 10 in unbestromtem Zustand. Der in 3 dargestellte Betriebszustand kann sich auch einstellen, wenn nur ein vergleichsweise geringer Strom durch die Spulen 28A–28D fließt, so dass das Magnetfeld der Permanentmagneten 26 nicht erkennbar oder nur geringfügig gestört wird. 3 shows the brake system 10 in a de-energized state. The in 3 shown operating state can also adjust, if only a comparatively low current through the coils 28A - 28D flows, leaving the magnetic field of the permanent magnets 26 not recognizable or only slightly disturbed.

Aufgrund der Geometrie und der Reluktanz in dem magnetisierbaren Material erfährt der Rotor eine Kraft, die versucht, den magnetischen Widerstand entlang der Magnetfeldlinien 32 zu minimieren. Diese Kraft kann als Reluktanzkraft bezeichnet werden. Infolge der Reluktanzkraft werden die Bremsabschnitte 20 des Rotors 14 in Richtung der Permanentmagnete 26 bzw. der entsprechenden Radialabschnitte 24 des Stators 12 bewegt, bis sich die Bremsabschnitte 20 in einer einem jeweiligen Radialabschnitt 26 gegenüberliegenden Position befinden. Diese Stellung des Rotors 14 wird als Vorzugsstellung des Rotors 14 bezeichnet, in der der Rotor 14 gegen die Rotationsbewegung gesperrt bzw. gehemmt ist. Ein durch die Reluktanzkraft hervorgerufenes Drehmoment auf den Rotor 14 muss überwunden werden, um den Rotor 14 aus dieser Vorzugsstellung zu bewegen.Due to the geometry and reluctance in the magnetizable material, the rotor experiences a force that attempts to increase the magnetic resistance along the magnetic field lines 32 to minimize. This force can be called the reluctance force. Due to the reluctance force, the brake sections become 20 of the rotor 14 in the direction of the permanent magnets 26 or the corresponding radial sections 24 of the stator 12 moves until the brake sections 20 in a respective radial section 26 located opposite position. This position of the rotor 14 is considered the preferred position of the rotor 14 referred to, in which the rotor 14 is blocked or inhibited against the rotational movement. A torque caused by the reluctance force on the rotor 14 must be overcome to the rotor 14 to move out of this preferred position.

4 zeigt eine weitere schematische Querschnittsansicht des Bremssystems 10 mit den Magnetfeldlinien des resultierenden Magnetfeldes, wenn die Spulen 28A–28D bestromt sind im Freilauf-Betrieb. 4 shows a further schematic cross-sectional view of the brake system 10 with the Magnetic field lines of the resulting magnetic field when the coils 28A - 28D energized are in free-running operation.

Die Spulen 28A–28D werden so bestromt, dass die Spulen-Magnetfelder den Magnetfeldern der Permanentmagnete 26 entgegenwirken und sie dadurch abschwächen bzw. zumindest teilweise kompensieren. Infolgedessen nimmt die Reluktanzkraft auf den Rotor 14 und somit das den Rotor 14 in der Vorzugsstellung sperrende Drehmoment ab. Der Rotor 14 kann unter Aufbringen eines relativen geringen Drehmoments, beispielsweise hervorgerufen durch die Schwerkraft eines über eine Welle an das Bremssystem 10 angekoppelten Körpers, in eine Rotationsbewegung versetzt werden.The spools 28A - 28D are energized so that the coil magnetic fields the magnetic fields of the permanent magnets 26 counteract and thereby mitigate or at least partially compensate. As a result, the reluctance force on the rotor increases 14 and thus that the rotor 14 in the preferred position blocking torque. The rotor 14 can by applying a relatively low torque, for example, caused by the force of gravity via a shaft to the brake system 10 coupled body, be placed in a rotational movement.

Das Bremssystem 10 kann besonders vorteilhaft bei Maschinen, Vorrichtungen und/oder Verbindungen von Bauelementen eingesetzt werden, bei welchen eine Drehung eines Elements dauerhaft oder zumindest für eine Zeitdauer, die in der Größenordnung mit der aktiven Bewegungsdauer vergleichbar ist, verhindert werden soll. Zu diesem Zweck kann es vorteilhaft sein, das Bremssystem 10 mit einem Antriebselement (z. B. Elektromotor), einem Getriebe und/oder einem Generator zu koppeln. Beispielsweise kann das Bremssystem 10 zum Sperren der Abwärtsbewegung eines Rollladens eingesetzt werden, wobei ein Getriebe das Bremssystem 10 mit dem Rollladen koppelt.The brake system 10 can be used particularly advantageously in machines, devices and / or connections of components in which a rotation of an element is to be prevented permanently or at least for a period of time that is comparable in magnitude to the active movement time. For this purpose, it may be advantageous to the braking system 10 to couple with a drive element (eg electric motor), a transmission and / or a generator. For example, the brake system 10 used to lock the downward movement of a roller shutter, wherein a transmission, the brake system 10 coupled with the roller shutter.

Es ist ferner denkbar, dass das Bremssystem 10, das in den 1 bis 4 als ein Außenläufer ausgebildet ist, als ein Innenläufer auszugestalten. In dieser Ausführungsform kann der Stator einen Ringabschnitt und einen oder mehrere Radialabschnitte aufweisen, die sich jeweils von dem Ringabschnitt radial nach innen ausdehnen. Der Rotor kann den Radialabschnitten des Stators entsprechende Bremsabschnitte aufweisen. Ein oder mehrere Permanentmagnete können in einem oder mehreren Radialabschnitten aufgenommen sein. Eine oder mehrere Spulen können um einen oder mehrere Radialabschnitte gewickelt sein. Aufgrund der Reluktanz und der Geometrie des Rotors kann eine Bremswirkung erzielt werden, die den Rotor in einer Vorzugsstellung gegen die Rotationsbewegung sperrt, in welcher die Bremsabschnitte den jeweiligen Radialabschnitten gegenüberliegend positioniert sind.It is also conceivable that the brake system 10 that in the 1 to 4 is designed as an external rotor to design as an internal rotor. In this embodiment, the stator may include a ring portion and one or more radial portions each extending radially inwardly from the ring portion. The rotor may have brake sections corresponding to the radial sections of the stator. One or more permanent magnets may be received in one or more radial sections. One or more coils may be wound around one or more radial sections. Due to the reluctance and the geometry of the rotor, a braking effect can be achieved, which locks the rotor in a preferred position against the rotational movement, in which the brake sections are positioned opposite the respective radial sections.

Es ist ferner denkbar, dass die Permanentmagnete 26, deren Ausrichtungen in 1 bis 4 entgegengerichtet, d. h. antiparallel, dargestellt sind, parallel angeordnet werden. In dieser Ausführungsform könnten die Spulen 28A–28D den Richtungen der Magnetfeldvektoren entsprechend umgepolt werden, indem die Wicklungen umgekehrt und/oder die Stromrichtung bei der Bestromung angepasst werden.It is also conceivable that the permanent magnets 26 whose orientations are in 1 to 4 oppositely, ie antiparallel, are shown, are arranged in parallel. In this embodiment, the coils could 28A - 28D be reversed in accordance with the directions of the magnetic field vectors by reversing the windings and / or adjusting the current direction during the energization.

Es ist ferner denkbar, dass die Anzahl der Radialabschnitte 24 des Stators 12 zwei, drei, fünf oder mehr beträgt. Auch die Anzahl der Permanentmagnete, die in den Radialabschnitten 24 aufgenommen oder von diesen getragen werden, kann variiert werden, z. B. zwei, drei, vier oder sechs. In diesen Ausführungsformen kann die Anzahl der Spulen 28A–28D an die Anzahl der Permanentmagnete 26 angepasst werden. Die Permanentmagnete 26 können auch nicht-achsensymmetrisch angeordnet sein.It is also conceivable that the number of radial sections 24 of the stator 12 is two, three, five or more. Also, the number of permanent magnets in the radial sections 24 can be taken or worn by them, can be varied, for. B. two, three, four or six. In these embodiments, the number of coils 28A - 28D to the number of permanent magnets 26 be adjusted. The permanent magnets 26 can also be arranged non-axisymmetric.

In weiteren Ausführungsformen kann die Bestromung nach Anforderung modifiziert werden. z. B. kann nur ein Teil der Spulen 28A–28D bestromt werden, um die bremsende Wirkung des Bremssystems 10 teilweise zu reduzieren und/oder den Eintritt der bremsenden Wirkung geschmeidig zu gestalten.In other embodiments, the energization may be modified as required. z. B. can only part of the coils 28A - 28D be energized to the braking effect of the braking system 10 partially reduce and / or make the entry of the braking effect supple.

Das Rotorelement 14 und/oder das Statorelement 12 können aus mehreren Blechschnitten zusammengesetzt sein. Insbesondere umfassen der Kernabschnitt 22 und die Radialabschnitte 24 des Statorelements 12, und/oder der Ringabschnitt 18 und die Bremsabschnitte 20 des Rotorelements 14 zumindest teilweise ein magnetisierbares Material, beispielsweise Eisen, Nickel oder Kobalt.The rotor element 14 and / or the stator element 12 can be composed of several laminations. In particular, the core section comprises 22 and the radial sections 24 of the stator element 12 , and / or the ring portion 18 and the brake sections 20 of the rotor element 14 at least partially a magnetizable material, for example iron, nickel or cobalt.

5. zeigt ein beispielhaftes Drehmoment-Drehwinkel-Diagramm 38 des Bremssystems 10 der 1, 3 und 4. 5 , shows an exemplary torque-rotation angle diagram 38 of the brake system 10 of the 1 . 3 and 4 ,

Das Diagramm 38 zeigt Ergebnisse aus einer Reihe von Computer-Simulationen. Bei dem Drehwinkel („Angle”) handelt es sich um einen Auslenkungswinkel des Rotors 14 relativ zu dem Stator 12 und der Vorzugsstellung, die in 1, 3 und 4 dargestellt ist. Kurven 40, 42 zeigen jeweils den Verlauf des auf den Rotor 14 wirkenden Drehmoments in Abhängigkeit von dem Auslenkungswinkel. Die gestrichelte Kurve 40 zeigt dabei den Verlauf in unbestromtem Zustand der Spulen 28A–28D. Die durchgezogene Kurve 42 zeigt den Verlauf, wenn die Spulen 28A–28D mit einer Stromstärke von z. B. 10 Ampere bestromt werden.The diagram 38 shows results from a series of computer simulations. The angle of rotation ("angle") is a deflection angle of the rotor 14 relative to the stator 12 and the privileged position, which in 1 . 3 and 4 is shown. curves 40 . 42 each show the course of the rotor 14 acting torque as a function of the deflection angle. The dashed curve 40 shows the course in the de-energized state of the coils 28A - 28D , The solid curve 42 shows the course when the coils 28A - 28D with a current of z. B. 10 amps are energized.

Die Kurve 40 zeigt ein rückstellendes Drehmoment auf den Rotor 14 bei Auslenkungswinkeln von kleiner als 45° in Bezug auf die Ausgangs-Vorzugsstellung, in der ein Radialabschnitt 24 einem Bremsabschnitt 20 gegenüberliegt. Das heißt, dass die Reluktanzkraft bei kleinen Auslenkungen bis 45° gegen die Auslenkung wirkt und so den Rotor 14 in die Ausgangs-Vorzugsstellung zurück zwingt. Bei Auslenkungen von größer als 45° wirkt ein positives Drehmoment auf den Rotor 14. Das heißt, dass der Rotor 14 in Richtung der Auslenkung beschleunigt wird, bis ein Auslenkungswinkel von 90° erreicht ist. Bei dem Auslenkungswinkel von 90° liegt der zweite Radialabschnitt 24 des Stators 12 dem benachbarten Bremsabschnitt gegenüber, so dass die nächste Vorzugsstellung des Rotors 14 erreicht ist. Der Rotor 14 wird also hin zu der zweiten Vorzugsstellung beschleunigt.The curve 40 shows a restoring torque on the rotor 14 at deflection angles of less than 45 ° with respect to the initial preferred position, in which a radial section 24 a brake section 20 opposite. This means that the reluctance force acts with small deflections up to 45 ° against the deflection and so the rotor 14 forces back to the initial preferred position. For deflections greater than 45 °, a positive torque acts on the rotor 14 , That means that the rotor 14 is accelerated in the direction of the deflection until a deflection angle of 90 ° is reached. At the deflection angle of 90 ° is the second radial section 24 of the stator 12 opposite to the adjacent braking section, so the next one Preferred position of the rotor 14 is reached. The rotor 14 is therefore accelerated to the second preferred position.

Die Kurve 42, die dem bestromten Zustand entspricht, zeigt ebenfalls ein rückstellendes Drehmoment bei Auslenkungswinkeln von kleiner als 45° und ein positives Drehmoment bei Auslenkungswinkeln von 45° bis 90°. Obgleich die Kurven 40, 42 einen gleichen relativen Verlauf zeigen, unterscheiden sie sich in ihren Amplituden. So betragen die Maxima 44, 46 der Kurve 40 ca. 115 mNm, während die Maxima 48, 50 der Kurve 42 ca. 15 mNm betragen. Auch der Durchschnittswert der Kurve 40 beträgt ca. 50 mNm, während derjenige der Kurve 42 unter 10 mNm liegt.The curve 42 , which corresponds to the energized state, also shows a restoring torque at deflection angles of less than 45 ° and a positive torque at deflection angles of 45 ° to 90 °. Although the curves 40 . 42 show a same relative course, they differ in their amplitudes. That's how the maxima are 44 . 46 the curve 40 about 115 mNm while the maxima 48 . 50 the curve 42 about 15 mNm. Also the average value of the curve 40 is about 50 mNm, while that of the curve 42 less than 10 mNm.

Beide Kurven 40, 42 zeigen jeweils ein lokales Minimum 44, 48 bei dem Auslenkungswinkel von ca. 32° und ein lokales Maximum 46, 50 bei dem Auslenkungswinkel von ca. 58°. Der Schnittpunkt 52 der Kurven 40, 42 mit der Null-Linie des Drehmoments, d. h. der Umkehrpunkt, bei dem das Vorzeichen des auf den Rotor 14 wirkenden Drehmoments umkehrt, liegt bei 45°. Insgesamt zeigen die Kurven 40, 42 eine Punktsymmetrie bezüglich des Umkehrpunkts 52.Both curves 40 . 42 each show a local minimum 44 . 48 at the deflection angle of about 32 ° and a local maximum 46 . 50 at the deflection angle of about 58 °. The point of intersection 52 the curves 40 . 42 with the zero line of torque, ie the reversal point at which the sign of the on the rotor 14 reverses acting torque is 45 °. Overall, the curves show 40 . 42 a point symmetry with respect to the reversal point 52 ,

Die Maxima 44, 46 kennzeichnen jeweils denjenigen Auslenkungswinkel, bei dem das auf den Rotor 14 wirkende Drehmoment am stärksten ist. Demzufolge wird im Bremsbetrieb des Bremssystems 10 ein externes Drehmoment von mehr als 115 mNm benötigt, um den Rotor 14 aus der Vorzugsstellung heraus in eine Rotationsbewegung zu versetzen. Falls das externe Drehmoment kleiner als 115 mNm beträgt, wird der Rotor 14 um einen Auslenkungswinkel von maximal 32° ausgelenkt und wieder zurück in die Vorzugsstellung beschleunigt. Daraus kann eine gedämpfte Schwingung des Rotors 14 um die Vorzugsstellung resultieren. In bestromtem Zustand ist nur noch ein Drehmoment von maximal 15 mNm nötig, um den Rotor 14 aus seiner Vorzugsstellung auszulenken und in Drehung zu versetzen.The maxima 44 . 46 each characterize that deflection angle at which the on the rotor 14 acting torque is strongest. Consequently, in braking operation of the brake system 10 an external torque of more than 115 mNm is needed to drive the rotor 14 to put out of the preferred position in a rotational movement. If the external torque is less than 115 mNm, the rotor becomes 14 deflected by a maximum deflection angle of 32 ° and accelerated back to the preferred position. This can be a damped oscillation of the rotor 14 result in the preferred position. When energized, only a maximum torque of 15 mNm is needed to drive the rotor 14 to deflect out of its preferred position and to set in rotation.

Die der Simulation zugrunde liegenden Daten sind in 5 angegeben. Die Spulen 28A–28D weisen in dem gezeigten Beispiel einen Außendurchmesser von 39 mm, eine Länge von 30 mm und 20 Windungen auf. Die Spulen 28A–28D werden mit einer Stromstärke von 10 A bestromt. Der Verlauf der Kurve 42 zeigt, dass die bremsende Wirkung des Bremssystems 10 mit einem externen Drehmoment von 15 mNm relativ leicht überwunden werden kann, wenn die Spulen 28A–28D mit Strom versorgt werden. Durch die Bestromung der Spulen 28A–28D kann folglich die bremsende Wirkung des Bremssystems 10 kompensiert werden.The data underlying the simulation are in 5 specified. The spools 28A - 28D In the example shown have an outer diameter of 39 mm, a length of 30 mm and 20 turns. The spools 28A - 28D are energized with a current of 10 A. The course of the curve 42 shows that the braking effect of the braking system 10 with an external torque of 15 mNm can be overcome relatively easily when the coils 28A - 28D be powered. By energizing the coils 28A - 28D Consequently, the braking effect of the braking system 10 be compensated.

6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Antriebssystems 54 mit dem Bremssystem 10. Das Antriebssystem 54 umfasst in dem gezeigten Beispiel einen Elektromotor 56, der über eine Welle 58 mit dem Bremssystem 10 gekoppelt ist. Ein Gehäuse 60 nimmt den Elektromotor 56 und das Bremssystem 10 auf. Der Elektromotor 56 umfasst einen Stator 62 und einen Rotor 64, die koaxial zu der Rotationsachse C sind. Der Elektromotor 56 ist als ein Innenläufer gebildet, wobei der Rotor 64 über zwei Kugellager 66 auf der Welle 58 gelagert ist, und der Stator 62 ortsfest an dem Gehäuse 66 befestigt ist. Insbesondere ist das Antriebssystem 54 zum Auf- und Abwärtsbewegen eines Rollladens eingerichtet. 6 shows a schematic cross-sectional view of a drive system 54 with the brake system 10 , The drive system 54 includes in the example shown an electric motor 56 that about a wave 58 with the brake system 10 is coupled. A housing 60 takes the electric motor 56 and the brake system 10 on. The electric motor 56 includes a stator 62 and a rotor 64 which are coaxial with the axis of rotation C. The electric motor 56 is formed as an internal rotor, wherein the rotor 64 over two ball bearings 66 on the wave 58 is stored, and the stator 62 stationary on the housing 66 is attached. In particular, the drive system 54 set up and move down a roller shutter.

Im Freilauf-Betrieb erzeugt der Elektromotor 56 ein Drehmoment, welches über die Kugellager 66 an die Welle 58 übertragen wird. Die Spulen 28A–28D des Bremssystems 10 werden bestromt, um die Drehung der Welle 58 nicht zu stören. Im Bremsbetrieb wird der Elektromotor 54 abgestellt, und die Spulen 28A–28D werden nicht bestromt. Demnach wird die Welle 58 infolge der Reluktanzkraft des Bremssystems 10 in der Position festgehalten, sofern das Drehmoment, das aufgrund der Schwerkraft des Rollladens auf die Welle 58 wirkt, das z. B. in 5 gezeigte, maximale Drehmoment von ca. 115 mNm nicht übersteigt. Um die Welle 58 wieder in Drehung zu versetzen, werden die Spulen 28A–28D wieder bestromt, so dass die Reluktanzkraft des Bremssystems 10 kompensiert wird.In freewheeling operation, the electric motor generates 56 a torque which over the ball bearings 66 to the wave 58 is transmitted. The spools 28A - 28D of the brake system 10 are energized to the rotation of the shaft 58 not to bother. In braking mode, the electric motor 54 turned off, and the coils 28A - 28D are not energized. Accordingly, the wave becomes 58 due to the reluctance force of the brake system 10 Held in position, provided the torque due to the gravity of the shutter on the shaft 58 acts, the z. In 5 shown, maximum torque of about 115 mNm does not exceed. To the shaft 58 to turn back, the coils are 28A - 28D energized again so that the reluctance force of the braking system 10 is compensated.

Das vorgeschlagene Bremssystem 10 benötigt eine Stromzufuhr nur dann, wenn die Bremswirkung nicht aufrechterhalten werden soll. Dadurch kann der elektrische Energieverbrauch gegenüber herkömmlichen Bremssystemen, die eine ständige Stromzufuhr für die Aufrechterhaltung der Bremswirkung benötigen, erheblich gesenkt werden.The proposed brake system 10 requires a power supply only if the braking effect should not be maintained. As a result, the electrical energy consumption compared to conventional braking systems that require a constant power supply for maintaining the braking effect can be significantly reduced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Bremssystembraking system
1212: Statorelementstator
1414: Rotorelementrotor member
1616: Hohlraumcavity
1818: Rotorringrotor ring
2020: Bremsabschnittbraking section
2222: Kernabschnittcore section
2424: Radialabschnittradial section
2626: Permanentmagnetpermanent magnet
28A–28D28A-28D: SpuleKitchen sink
3030: Stromrichtungcurrent direction
32, 3432, 34: Magnetfeldliniemagnetic field line
3636: Magnetfeldvektormagnetic field vector
3838: Diagrammdiagram
40, 4240, 42: KurveCurve
44–5044-50: Maximummaximum
5252: Schnittpunktintersection
5454: Antriebssystemdrive system
5656: Elektromotorelectric motor
5858: Wellewave
6060: Gehäusecasing
6262: Statorstator
6464: Rotorrotor
6666: Lagercamp
CC: Rotationsachseaxis of rotation
LL: Hilfslinieledger line
VV: Magnetfeldvektormagnetic field vector

Claims

Brake system ( 10 ) with a stator element ( 12 ) and a rotor element ( 14 ), which are arranged coaxially to each other, for braking, Unterbinden and allowing a rotational movement of the rotor element ( 14 ) about an axis of rotation (C) relative to the stator element ( 12 ), wherein the stator element ( 14 ) at least one permanent magnet ( 26 ) and a coil ( 28A - 28D ) having; the rotor element ( 14 ) comprises magnetizable material and at least one brake section ( 20 ) arranged to travel along a magnetic field line ( 32 . 34 ) of the permanent magnet ( 26 ) of the stator element ( 12 ) to align; and wherein the permanent magnet ( 26 ) and the coil ( 28A - 28D ) of the stator element ( 12 ) are arranged relative to each other so that the coil ( 28A - 28D ) generates a coil magnetic field when energized, the magnetic field of the permanent magnet ( 26 ) at least partially compensated.

Braking system according to claim 1, wherein the stator element ( 12 ) at least one radially extending from the rotation axis (C) radially extending portion ( 24 ), which the permanent magnet ( 26 ).

Brake system according to claim 2, wherein the radial section ( 24 ) with the coil ( 28A - 28D ) is wound.

Brake system according to one of the preceding claims, wherein the rotor element ( 14 ) a rotor ring ( 18 ), which is concentric with the axis of rotation (C), and wherein the braking portion ( 20 ) from the rotor ring ( 18 ) from radially in the direction of the stator ( 12 ).

Brake system according to one of the preceding claims, wherein the rotor element ( 14 ) at least two brake sections ( 20 ) which are formed axially symmetrically with respect to the axis of rotation (C).

Brake system according to one of the preceding claims, wherein the permanent magnet ( 26 ) is arranged so that the magnetic field lines ( 32 . 34 ) at poles of the permanent magnet ( 26 ) perpendicular to the axis of rotation (C).

Brake system according to one of the preceding claims, wherein the stator element ( 12 ) at least two radial sections ( 24 ), which are arranged axisymmetrically with respect to the axis of rotation (C), wherein the at least two radial sections ( 24 ) at least one permanent magnet ( 26 ) and with a coil ( 28A - 28D ) are wound.

Braking system according to claim 7, wherein the coil ( 28A - 28D ) is wound and arranged such that when energizing the coil ( 28A - 28D ) the coil magnetic field the magnetic field ( 32 . 34 ) of the permanent magnet ( 26 ) is directed opposite.

Brake system according to one of the preceding claims, wherein the rotor element ( 14 ) Is formed axially symmetrically with respect to the axis of rotation (C).

Brake system according to one of the preceding claims, wherein the rotor element ( 14 ) and the stator element ( 12 ) form an external rotor.

Brake system according to one of claims 1-9, wherein the rotor element ( 14 ) and the stator element ( 12 ) form an internal rotor.

Brake system according to one of the preceding claims, wherein the brake system ( 10 ) with a transmission ( 54 ) for translating or reducing a torque of the rotor element ( 14 ) connected is.

Drive system ( 54 ) for a roller shutter with an electric drive motor ( 56 ) and a braking system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the drive motor ( 56 ) and the braking system ( 10 ) on the same axis ( 58 ) are stored.

Method for operating a brake system ( 10 ) according to any one of claims 1-12, with the method steps: allowing the rotational movement of the rotor element ( 14 ) by increasing an electrical voltage applied to the coil ( 28A - 28D ) is created; and braking the rotation of the rotor element ( 14 ) by reducing the at the coil ( 28A - 28D ) applied electrical voltage.