DE102016212567A1 - Device for securing the position of a motor shaft of an electric motor, electric motor assembly and method for their operation - Google Patents

Device for securing the position of a motor shaft of an electric motor, electric motor assembly and method for their operation Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (02) zur Positionssicherung einer Motorwelle (03) eines Elektromotors (04) in einem stromlosen Betriebszustand des Elektromotors (04). Die Vorrichtung (02) umfasst folgende Komponenten: Ein Gehäuse (05) ist mit dem Elektromotor (04) drehfest verbindbar. In dem Gehäuse (05) ist eine Welle (08) drehbar gelagert. Ein erstes Ende (09) der Welle (08) kann mit der Motorwelle (03) drehfest verbunden werden. Auf der Welle (08) ist ein Rotor (13) drehfest angeordnet. Der Rotor (13) befindet sich in einem mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllten Raum (14) in dem Gehäuse (05). Die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit ist in Abhängigkeit eines in dem Raum (14) erzeugten Magnetfeldes (17, 19) veränderbar. Mindestens ein Permanentmagnet (15) ist angeordnet, der zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes (17) in dem Raum (14) dient. Mindestens eine Spule (18) zum Erzeugen eines zweiten Magnetfeldes (19) in dem Raum (14) ist vorgesehen. Das zweite Magnetfeld (19) weist einen dem ersten Magnetfeld (17) entgegengesetzten Feldlinienverlauf auf. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Elektromotoranordnung (01) und ein Verfahren zu deren Betrieb.The present invention relates to a device (02) for securing the position of a motor shaft (03) of an electric motor (04) in a de-energized operating state of the electric motor (04). The device (02) comprises the following components: A housing (05) can be connected in a rotationally fixed manner to the electric motor (04). In the housing (05) a shaft (08) is rotatably mounted. A first end (09) of the shaft (08) can be rotatably connected to the motor shaft (03). On the shaft (08), a rotor (13) is arranged rotationally fixed. The rotor (13) is located in a space (14) filled with a magnetorheological fluid in the housing (05). The viscosity of the magnetorheological fluid is variable as a function of a magnetic field (17, 19) generated in the space (14). At least one permanent magnet (15) is arranged, which serves to generate a first magnetic field (17) in the space (14). At least one coil (18) for generating a second magnetic field (19) in the space (14) is provided. The second magnetic field (19) has a field line profile opposite to the first magnetic field (17). The invention further relates to an electric motor arrangement (01) and a method for its operation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionssicherung einer Motorwelle eines Elektromotors in einem stromlosen Betriebszustand des Elektromotors. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Elektromotoranordnung mit einer derartigen Vorrichtung sowie einen Verfahren zum Betreiben der Elektromotoranordnung.The present invention relates to a device for securing the position of a motor shaft of an electric motor in a de-energized operating state of the electric motor. Moreover, the invention also relates to an electric motor assembly with such a device and a method for operating the electric motor assembly.

Die bislang bei Elektromotoren genutzten Lösungen zur Positionssicherung der Motorwelle im Ruhezustand basieren zumeist auf Reibschluss. Bekannt sind beispielsweise Klemmkörperfreiläufe. Weiterhin kommen formschlüssige Positionssicherungen, wie Rastkonturen zum Einsatz.The solutions used to date for securing the motor shaft at rest in electric motors are usually based on frictional engagement. For example, sprag clutches are known. Furthermore, positive position safeguards, such as latching contours are used.

Die DE 558 485 A zeigt einen Elektromotor mit einem Verschiebeanker, der durch eine mit dem Verschiebeanker mechanisch verbundene Bremse im stromlosen Zustand des Elektromotors abgebremst wird. Der Verschiebeanker ist einerseits fest mit einem Bremsglied und andererseits mit einer axial nicht verschiebbaren Motorwelle über eine Keil- und Nutverbindung verbunden. The DE 558 485 A shows an electric motor with a displacement anchor, which is braked by a mechanically connected to the shift anchor brake in the de-energized state of the electric motor. The displacement anchor is on the one hand firmly connected to a brake member and on the other hand with an axially non-displaceable motor shaft via a wedge and groove connection.

Neben den genannten rein mechanischen Positionssicherungen werden auch fremdgesteuerte elektrische, pneumatische oder hydraulische Sperren bzw. Bremsen eingesetzt. Diese benötigen jedoch eine zusätzliche Ansteuerung und sind somit aufwendig in der Realisierung und im Betrieb. Außerdem ist in diesen Fällen häufig die Bereitstellung einer Versorgungsenergie auch für die Zeit des Ruhens des Motors erforderlich.In addition to the purely mechanical position safeguards mentioned, externally controlled electric, pneumatic or hydraulic locks or brakes are also used. However, these require additional control and are therefore expensive to implement and in operation. In addition, in these cases, it is often necessary to provide a supply of energy even during the period of immobilization of the engine.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung zur Positionssicherung einer Motorwelle eines Elektromotor in einem stromlosen Betriebszustand zur Verfügung zu stellen, welche zur Positionssicherung der Motorwelle keine externe Energiezufuhr benötigt und keine zusätzliche Ansteuerung erfordert. Die Vorrichtung soll universell einsetzbar sein, vorzugsweise auch nachträglich an einen Elektromotor installierbar sein und bevorzugt keine Modifikation am Elektromotor erfordern. Weiterhin soll eine Elektromotoranordnung mit einer derartigen Vorrichtung und ein Verfahren zu deren Betrieb zur Verfügung gestellt werden.The object of the present invention is therefore to provide a device for securing the position of a motor shaft of an electric motor in a de-energized operating state, which requires no external power supply for position assurance of the motor shaft and requires no additional control. The device should be universally applicable, preferably also be retrofittable to an electric motor and preferably require no modification to the electric motor. Furthermore, an electric motor assembly with such a device and a method for their operation are provided.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient eine Vorrichtung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie eine Elektromotoranordnung gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 7 und ein Verfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch 9.To achieve the object of the invention is a device according to the accompanying claim 1 and an electric motor assembly according to the appended independent claim 7 and a method according to the independent claim. 9

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Positionssicherung einer Motorwelle eines Elektromotors in einem stromlosen Betriebszustand, in dem die Motorwelle nicht angetrieben wird und eine vorgegebene Ruheposition dauerhaft einhalten soll. Die Vorrichtung umfasst zunächst ein Gehäuse, welches mit dem Elektromotor, insbesondere mit einem Elektromotorgehäuse, drehfest verbindbar ist. Zwischen dem Gehäuse der Vorrichtung und dem Elektromotor kann beispielsweise eine Schweißverbindung, eine Schraubverbindung oder eine andere geeignete kraft- oder formschlüssige Verbindung bestehen. In dem Gehäuse ist eine Welle drehbar gelagert. Zur Lagerung dienen vorzugsweise Wälzlager, welche bevorzugt ein erstes und ein zweites Ende der Welle drehbar lagern. Das erste Ende der Welle ist drehfest, zum Beispiel über einen Formschluss oder eine Reibschluss, mit der Motorwelle verbindbar. Auf der Welle ist ein Rotor drehfest angeordnet. Der Rotor befindet sich in einem mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllten Raum in dem Gehäuse. Die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit ist in Abhängigkeit eines in dem Raum erzeugten Magnetfeldes veränderbar. Die Vorrichtung umfasst weiterhin mindestens einen in dem Gehäuse angeordneten Permanentmagneten, welcher zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes in dem Raum dient. In dem Gehäuse befindet sich des Weiteren eine Spule. Mittels der Spule ist ein zweites Magnetfeld erzeugbar, welches einen dem ersten Magnetfeld entgegengesetzten Feldlinienverlauf aufweist, sodass sich bei Aktivierung der Spule die beiden Magnetfelder mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig kompensieren.The device according to the invention serves to secure the position of a motor shaft of an electric motor in a de-energized operating state, in which the motor shaft is not driven and should permanently maintain a predetermined rest position. The device initially comprises a housing, which is rotatably connected to the electric motor, in particular with an electric motor housing. Between the housing of the device and the electric motor, for example, a welded connection, a screw connection or another suitable non-positive or positive connection exist. In the housing, a shaft is rotatably mounted. For storage preferably serve rolling bearings, which preferably store a first and a second end of the shaft rotatably. The first end of the shaft is non-rotatable, for example via a positive connection or a frictional connection, connectable to the motor shaft. On the shaft, a rotor is arranged rotationally fixed. The rotor is in a space filled with a magnetorheological fluid in the housing. The viscosity of the magnetorheological fluid is variable as a function of a magnetic field generated in the space. The device further comprises at least one permanent magnet arranged in the housing, which serves for generating a first magnetic field in the space. There is also a coil in the housing. By means of the coil, a second magnetic field can be generated, which has a field of magnetic field opposite the first magnetic field, so that upon activation of the coil, the two magnetic fields at least partially, preferably completely compensate.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass diese, nachdem sie an einem Elektromotor angebracht wurde, eine Positionssicherung der Motorwelle in dem stromlosen Betriebszustand des Elektromotors ohne jegliche äußere Energiezufuhr ermöglicht. Dies wird durch Nutzung der magnetorheologischen Flüssigkeit bewirkt, deren Viskosität durch das von dem Permanentmagneten erzeugte erste Magnetfeld erhöht wird. Die Feldstärke des ersten Magnetfeldes ist hierbei so zu wählen, dass eine so hohe Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit erreicht werden kann, um den Rotor der Vorrichtung und damit die über die Welle mit dem Rotor verbundene Motorwelle in ihrer aktuellen Position zu halten. Der in dem mit der magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllten Raum befindliche Rotor kann nahezu ohne Zeitverzögerung fixiert werden, da die durch Wirkung des ersten Magnetfeldes hervorgerufene Viskositätsänderung sehr schnell erfolgt. Durch Nutzung des Permanentmagneten zur Erzeugung des ersten Magnetfeldes kann die Position der Motorwelle ohne weitere Energiezufuhr sicher gehalten werden und eine Fail-Safe-Funktion realisiert werden. Die Vorrichtung ist nachträglich an einen vorhandenen Elektromotor beliebiger Bauart aufwandsarm anbaubar. Hierfür muss lediglich die Motorwelle drehfest mit der Welle der Vorrichtung verbunden werden. Außerdem ist eine drehfeste Verbindung zwischen dem Gehäuse der Vorrichtung und dem Elektromotor herzustellen.A significant advantage of the device according to the invention is that it, after it has been attached to an electric motor, allows a position assurance of the motor shaft in the de-energized operating state of the electric motor without any external power supply. This is effected by utilizing the magnetorheological fluid whose viscosity is increased by the first magnetic field generated by the permanent magnet. The field strength of the first magnetic field is to be chosen such that such a high viscosity of the magnetorheological fluid can be achieved in order to keep the rotor of the device and thus the motor shaft connected to the rotor via the shaft in its current position. The rotor located in the space filled with the magnetorheological fluid can be fixed with almost no time delay, since the change in viscosity caused by the action of the first magnetic field is very rapid. By using the permanent magnet to generate the first magnetic field, the position of the motor shaft can be kept safe without further power supply and a fail-safe function can be realized. The device can subsequently be attached to an existing electric motor of any design with little effort. For this purpose, only the motor shaft must be rotatably connected to the shaft of the device. Besides, one is produce rotationally fixed connection between the housing of the device and the electric motor.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung Dichtelemente zum Abdichten des mit magnetorheologischer Flüssigkeit gefüllten Raumes auf. Durch die Dichtelemente wird sichergestellt, dass keine Flüssigkeit aus dem Raum in andere Bereiche des Gehäuses gelangen kann.According to an advantageous embodiment, the device has sealing elements for sealing the space filled with magnetorheological fluid. The sealing elements ensure that no liquid can escape from the room to other areas of the housing.

Die Vorrichtung kann mit einer Stromversorgungsquelle zur Versorgung der Spule ausgestattet sein. Es besteht jedoch ebenso die Möglichkeit, die Spule durch eine Stromversorgungsquelle des Elektromotors zu versorgen.The device may be equipped with a power source for supplying the coil. However, it is also possible to supply the coil by a power source of the electric motor.

Als vorteilhaft hat sich die Ausstattung der Vorrichtung mit einer Ansteuerschaltung zum Ansteuern der Spule erwiesen. Die Ansteuerschaltung ist zum Erzeugen eines Ansteuerstroms unabhängig von der Drehrichtung des Elektromotors ausgebildet. Der Ansteuerstrom kann dabei aber aus dem Antriebsstrom des Elektromotors gewonnen werden. Hierfür kommt vorzugsweise eine Diodenschaltung, insbesondere eine Brückengleichrichter-Schaltung zum Einsatz.The equipment of the device with a drive circuit for driving the coil has proved to be advantageous. The drive circuit is designed to generate a drive current regardless of the direction of rotation of the electric motor. However, the drive current can be obtained from the drive current of the electric motor. For this purpose, preferably a diode circuit, in particular a bridge rectifier circuit is used.

Ein zweites Ende der Welle der Vorrichtung ist vorzugsweise mit einem von dem Elektromotor antreibbaren Bauteil drehfest verbindbar.A second end of the shaft of the device is preferably connected to a component drivable by the electric motor rotatably connected.

Die erfindungsgemäße Elektromotoranordnung umfasst einen Elektromotor mit einer Motorwelle und die zuvor beschriebene Vorrichtung zur Positionssicherung der Motorwelle des Elektromotors in einem stromlosen Betriebszustand des Elektromotors.The electric motor assembly according to the invention comprises an electric motor with a motor shaft and the above-described device for securing the position of the motor shaft of the electric motor in a de-energized operating state of the electric motor.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform beinhaltet die Elektromotoranordnung weiterhin ein von dem Elektromotor angetriebenes Bauteil, welches mit dem zweiten Ende der Welle der Vorrichtung drehfest verbunden ist. According to an advantageous embodiment, the electric motor assembly further includes a driven by the electric motor component, which is rotatably connected to the second end of the shaft of the device.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Elektromotoranordnung umfasst nachfolgend beschriebene Schritte. The method according to the invention for operating an electric motor arrangement comprises the steps described below.

Mittels des Permanentmagneten wird ein von einem Betriebszustand des Elektromotors unabhängiges erstes Magnetfeld in dem mit magnetorheologischer Flüssigkeit gefüllten Raum erzeugt. Unter Einwirkung des ersten Magnetfeldes erhöht sich die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit derart, dass der Rotor der Vorrichtung und die mit dem Rotor über die Welle verbundene Motorwelle in ihrer Position fixiert werden. By means of the permanent magnet, a first magnetic field independent of an operating state of the electric motor is generated in the space filled with magnetorheological fluid. Under the action of the first magnetic field, the viscosity of the magnetorheological fluid increases such that the rotor of the device and the motor shaft connected to the rotor via the shaft are fixed in their position.

Die Elektromotoranordnung kann in einem ersten Betriebszustand betrieben werden, in dem der Elektromotor und die Spule mit elektrischer Energie versorgt werden und sich die Motorwelle des Elektromotors dreht. Die mit elektrischer Energie versorgte Spule erzeugt während des ersten Betriebszustandes ein zweites Magnetfeld. Das zweite Magnetfeld weist einen dem ersten Magnetfeld entgegengesetzten Feldlinienverlauf auf und schwächt somit die Wirkung des ersten Magnetfeldes ab. Hieraus ergibt sich ein resultierendes Magnetfeld mit geringerer Feldstärke (vorzugsweise gegen Null gehend) in dem mit magnetorheologischer Flüssigkeit gefüllten Raum. Infolgedessen verringert sich die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit derart, dass der Rotor der Vorrichtung und die mit dem Rotor über die Welle verbundene Motorwelle freigegeben werden. The electric motor assembly can be operated in a first operating state in which the electric motor and the coil are supplied with electrical energy and the motor shaft of the electric motor rotates. The electrical power supplied coil generates a second magnetic field during the first operating state. The second magnetic field has a field line course opposite the first magnetic field and thus weakens the effect of the first magnetic field. This results in a resulting magnetic field with lower field strength (preferably going to zero) in the space filled with magnetorheological fluid. As a result, the viscosity of the magnetorheological fluid decreases such that the rotor of the device and the motor shaft connected to the rotor via the shaft are released.

Die Elektromotoranordnung ist weiterhin in einem zweiten Betriebszustand betreibbar, in dem der Elektromotor und die Spule nicht mehr mit elektrischer Energie versorgt werden. In dem zweiten Betriebszustand werden der Rotor der Vorrichtung und die mit dem Rotor über die Welle verbundene Motorwelle in ihrer Position fixiert.The electric motor assembly is further operable in a second operating state, in which the electric motor and the coil are no longer supplied with electrical energy. In the second operating state, the rotor of the device and the motor shaft connected to the rotor via the shaft are fixed in position.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Spule während des ersten Betriebszustandes mit einem von der Drehrichtung des Elektromotors unabhängigen Ansteuerstrom anzusteuern. It has proven to be advantageous to control the coil during the first operating state with an independent of the direction of rotation of the electric motor driving current.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform kann die Spule in einem weiteren Betriebszustand auch so betrieben werden, dass sie durch Bestromen ein Magnetfeld erzeugt, welches gleichgerichtet mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten wirkt. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit, sodass die Bremswirkung auf den Rotor erhöht wird. Damit kann beispielsweise in bestimmten Betriebszuständen die Bremskraft gezielt gesteigert werden.According to a modified embodiment, the coil can also be operated in a further operating state so that it generates a magnetic field by energizing, which acts rectified with the magnetic field of the permanent magnet. This leads to a further increase in the viscosity of the magnetorheological fluid, so that the braking effect on the rotor is increased. Thus, for example, the braking force can be selectively increased in certain operating conditions.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sowie deren Vorteile und Einzelheiten werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:A preferred embodiment of the invention and its advantages and details are explained below with reference to the accompanying figures. Show it:

1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Elektromotoranordnung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Positionssicherung; und 1 a sectional view of an electric motor assembly according to the invention with a device for position assurance according to the invention; and

2 eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern einer Spule der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Positionssicherung. 2 a drive circuit for driving a coil of the device for position assurance according to the invention.

1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Elektromotoranordnung 01 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 02 zur Positionssicherung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 02 sichert die Position einer Motorwelle 03 eines Elektromotors 04. Sie umfasst zunächst ein Gehäuse 05, welches mit einem Elektromotorgehäuse 07 drehfest verbunden ist. Das Gehäuse 05 kann beispielsweise über eine Schweißverbindung oder einen Formschluss mit dem Elektromotorgehäuse 07 verbunden sein. Die Motorwelle 03 ist über ein erstes Lager 06 drehbar in dem Elektromotorgehäuse 07 gelagert. 1 shows a sectional view of an electric motor assembly according to the invention 01 with a device according to the invention 02 for position assurance. The device according to the invention 02 secures the position of a motor shaft 03 an electric motor 04 , It initially includes a housing 05 , which with an electric motor housing 07 rotatably connected is. The housing 05 For example, via a welded joint or a positive connection with the electric motor housing 07 be connected. The motor shaft 03 is about a first camp 06 rotatable in the electric motor housing 07 stored.

In dem Gehäuse 05 ist eine Welle 08 angeordnet. Die Welle 08 weist ein erstes Ende 09 und ein zweites Ende 10 auf, welche jeweils über ein zweites Lager 12 drehbar in dem Gehäuse 05 gelagert sind. Das erste Ende 09 der Welle 08 ist drehfest, vorzugsweise über einen Formschluss oder einen Reibschluss, mit der Motorwelle 03 verbunden.In the case 05 is a wave 08 arranged. The wave 08 has a first end 09 and a second end 10 on, which in each case over a second camp 12 rotatably in the housing 05 are stored. The first end 09 the wave 08 is non-rotatable, preferably via a positive connection or a frictional connection, with the motor shaft 03 connected.

Auf der Welle 08 ist ein Rotor 13 drehfest angeordnet. Der Rotor 13 befindet sich innerhalb eines mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllten Raumes 14 in dem Gehäuse 05 der Vorrichtung 02. Die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit ist in Abhängigkeit eines in dem Raum 14 erzeugten Magnetfeldes veränderbar. Der Raum 14 ist mittels Dichtelementen 16 abgedichtet, um ein Austreten von Flüssigkeit aus dem Raum 14 in die den Raum 14 umgebenden Gehäusebereiche zu vermeiden.On the wave 08 is a rotor 13 arranged rotationally fixed. The rotor 13 is inside a space filled with a magnetorheological fluid 14 in the case 05 the device 02 , The viscosity of the magnetorheological fluid is dependent on one in the room 14 generated magnetic field changeable. The space 14 is by means of sealing elements 16 sealed to prevent leakage of liquid from the room 14 in the room 14 surrounding housing areas to avoid.

In dem Gehäuse 05 befindet sich weiterhin ein Permanentmagnet 15. Der Permanentmagnet 15 dient zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes 17 in dem Raum 14. In the case 05 is still a permanent magnet 15 , The permanent magnet 15 serves to generate a first magnetic field 17 in the room 14 ,

Des Weiteren ist eine Spule 18 in dem Gehäuse 05 angeordnet. Mittels Spule 18 kann ein zweites Magnetfeldes 19 in dem Raum 14 erzeugt werden. Das zweite Magnetfeld 19 besitzt einen dem ersten Magnetfeld 17 entgegengesetzten Feldlinienverlauf. Furthermore, a coil 18 in the case 05 arranged. By means of coil 18 can be a second magnetic field 19 in the room 14 be generated. The second magnetic field 19 has a first magnetic field 17 opposite field line course.

Das zweite Ende 10 der Welle 08 ist bei der dargestellten Ausführungsform mit einem Bauteil 20 über eine Bauteilwelle 21 drehfest verbunden, welche von dem Elektromotor 04 antreibbar ist. Zwischen dem Bauteil 20 und der Bauteilwelle 21 besteht eine drehfeste Verbindung. In alternativen Anwendungen kann die Vorrichtung 02 auch an einem freien Ende der Motorwelle 03 angeordnet sein.The second end 10 the wave 08 is in the illustrated embodiment with a component 20 over a component shaft 21 rotatably connected, which of the electric motor 04 is drivable. Between the component 20 and the component shaft 21 There is a non-rotatable connection. In alternative applications, the device may 02 also at a free end of the motor shaft 03 be arranged.

Mit Hilfe des Permanentmagneten 15 wird unabhängig vom Betriebszustand des Elektromotors 04 das erste Magnetfeld 17 in dem mit magnetorheologischer Flüssigkeit gefüllten Raum 14 erzeugt. Durch (alleinige) Wirkung des ersten Magnetfeldes 17 erhöht sich die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit derart, dass der Rotor 13 der Vorrichtung 02 und die mit dem Rotor 13 über die Welle 08 verbundene Motorwelle 03 in ihrer aktuellen Position fixiert werden. With the help of the permanent magnet 15 becomes independent of the operating condition of the electric motor 04 the first magnetic field 17 in the space filled with magnetorheological fluid 14 generated. By (sole) effect of the first magnetic field 17 increases the viscosity of the magnetorheological fluid such that the rotor 13 the device 02 and those with the rotor 13 over the wave 08 connected motor shaft 03 be fixed in their current position.

Die Elektromotoranordnung 01 kann in einem ersten Betriebszustand, in dem der Elektromotor 04 und die Spule 18 mit elektrischer Energie versorgt werden und sich die Motorwelle 03 des Elektromotors 04 dreht, betrieben werden. Während des ersten Betriebszustandes wird durch die Spule 18 das zweite Magnetfeld 19 in dem Raum 14 erzeugt. Durch die entgegengesetzte Ausrichtung des zweiten Magnetfeldes 19 ergibt sich ein abgeschwächtes resultierendes Magnetfeld in dem Raum 14. Demzufolge verringert sich die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit. Der Rotor 13 der Vorrichtung 02 und die mit dem Rotor 13 über die Welle 08 verbundene Motorwelle 03 werden somit freigegeben. The electric motor assembly 01 can in a first operating state, in which the electric motor 04 and the coil 18 be supplied with electrical energy and the motor shaft 03 of the electric motor 04 turns, operated. During the first operating state is through the coil 18 the second magnetic field 19 in the room 14 generated. By the opposite orientation of the second magnetic field 19 This results in a weakened resulting magnetic field in the room 14 , As a result, the viscosity of the magnetorheological fluid decreases. The rotor 13 the device 02 and those with the rotor 13 over the wave 08 connected motor shaft 03 will be released.

Die Elektromotoranordnung 01 ist weiterhin in einem zweiten Betriebszustand betreibbar, in dem der Elektromotor 04 und die Spule 18 nicht mehr mit elektrischer Energie versorgt werden. In dem zweiten Betriebszustand ist im Raum 14 lediglich das mittels des Permanentmagneten 15 erzeugte erste Magnetfeld 17 vorhanden, welches die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit erhöht. Der Rotor 13 der Vorrichtung 02 und die mit dem Rotor 13 über die Welle 08 verbundene Motorwelle 03 werden in ihrer Position gehalten, durch Reibung mit der magnetorheologischen Flüssigkeit, die aufgrund der Wirkung des ersten Magnetfelds 17 eine hohe Viskosität aufweist. The electric motor assembly 01 is further operable in a second operating state, in which the electric motor 04 and the coil 18 no longer be supplied with electrical energy. In the second operating state is in the room 14 only that by means of the permanent magnet 15 generated first magnetic field 17 present, which increases the viscosity of the magnetorheological fluid. The rotor 13 the device 02 and those with the rotor 13 over the wave 08 connected motor shaft 03 are held in position by friction with the magnetorheological fluid due to the action of the first magnetic field 17 has a high viscosity.

2 zeigt eine Ansteuerschaltung 22 zum Ansteuern der Spule 18 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 02 zur Positionssicherung. Die Ansteuerschaltung 22 ist in der gezeigten Ausführung als Brücken-Gleichrichterschaltung ausgebildet. Es sind natürlich auch andere geeignete Ansteuerschaltungen möglich, welche eine Stromversorgung, vorzugsweise unabhängig von der Drehrichtung des Elektromotors 04 ermöglichen. Die Ansteuerschaltung 22 beinhaltet zwei parallel geschaltete Diodenpaare. Eine erste Diode 23 und eine zweite Diode 24 sind in Reihe zueinander geschaltet. Eine dritte Diode 25 und eine vierte Diode 26 sind in Reihe zueinander und parallel zu der ersten Diode 23 und zu der zweiten Diode 24 geschaltet. Der Spannungseingang 27 befindet sich zwischen den Diodenpaaren. Aufgrund der Drehrichtung des Elektromotors 04 ergeben sich unterschiedliche Ströme I1 und I2. Die Spule 18 wird jedoch immer in einer Richtung von den Strömen I1 und I2 durchflossen. 2 shows a drive circuit 22 for driving the coil 18 the device according to the invention 02 for position assurance. The drive circuit 22 is designed in the embodiment shown as a bridge rectifier circuit. Of course, other suitable drive circuits are possible, which a power supply, preferably independent of the direction of rotation of the electric motor 04 enable. The drive circuit 22 includes two parallel pairs of diodes. A first diode 23 and a second diode 24 are connected in series with each other. A third diode 25 and a fourth diode 26 are in series with each other and parallel to the first diode 23 and to the second diode 24 connected. The voltage input 27 is located between the diode pairs. Due to the direction of rotation of the electric motor 04 arise different currents I 1 and I 2 . The sink 18 however, the currents I 1 and I 2 always flow in one direction.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

0101
Elektromotoranordnung An electric motor assembly
0202
Vorrichtung zur Positionssicherung Device for position assurance
0303
Motorwelle motor shaft
0404
Elektromotor electric motor
0505
Gehäuse casing
0606
erstes Lager first camp
0707
Elektromotorgehäuse Electric motor housing
0808
Welle wave
0909
erstes Ende der Welle first end of the wave
1010
zweites Ende der Welle second end of the shaft
11 11
- -
1212
zweites Lager second camp
1313
Rotor rotor
1414
Raum room
1515
Permanentmagnet permanent magnet
1616
Dichtelemente sealing elements
1717
erstes Magnetfeld first magnetic field
1818
Spule Kitchen sink
1919
zweites Magnetfeld second magnetic field
2020
Bauteil component
2121
Bauteilwelle component wave
2222
Ansteuerschaltung drive circuit
2323
erste Diode first diode
2424
zweite Diode second diode
2525
dritte Diode third diode
2626
vierte Diode fourth diode
2727
Spannungseingang voltage input

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 558485 A [0003] DE 558485 A [0003]

Claims (10)

Vorrichtung (02) zur Positionssicherung einer Motorwelle (03) eines Elektromotors (04) in einem stromlosen Betriebszustand des Elektromotors (04), wobei die Vorrichtung (02) folgende Komponenten umfasst: • ein Gehäuse (05), welches mit dem Elektromotor (04) drehfest verbindbar ist; • eine in dem Gehäuse (05) drehbar gelagerte Welle (08), wobei ein erstes Ende (09) der Welle (08) drehfest mit der Motorwelle (03) verbindbar ist; • einen drehfest auf der Welle (08) angeordneten Rotor (13), welcher in einem mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllten Raum (14) in dem Gehäuse (05) angeordnet ist, wobei die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit in Abhängigkeit eines in dem Raum (14) wirkenden Magnetfeldes (17, 19) veränderlich ist; • mindestens einen Permanentmagneten (15) zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes (17) in dem Raum (14); und • mindestens eine Spule (18) zum Erzeugen eines zweiten Magnetfeldes (19) in dem Raum (14), wobei das zweite Magnetfeld (19) einen dem ersten Magnetfeld (17) entgegengesetzten Feldlinienverlauf aufweist.Contraption ( 02 ) for securing the position of a motor shaft ( 03 ) of an electric motor ( 04 ) in a currentless operating state of the electric motor ( 04 ), the device ( 02 ) comprises the following components: 05 ), which with the electric motor ( 04 ) is rotatably connected; • one in the housing ( 05 ) rotatably mounted shaft ( 08 ), with a first end ( 09 ) the wave ( 08 ) rotatably with the motor shaft ( 03 ) is connectable; • a rotation on the shaft ( 08 ) arranged rotor ( 13 ), which in a space filled with a magnetorheological fluid ( 14 ) in the housing ( 05 ), the viscosity of the magnetorheological fluid being dependent on one in the space ( 14 ) acting magnetic field ( 17 . 19 ) is changeable; At least one permanent magnet ( 15 ) for generating a first magnetic field ( 17 ) in the room ( 14 ); and at least one coil ( 18 ) for generating a second magnetic field ( 19 ) in the room ( 14 ), wherein the second magnetic field ( 19 ) a the first magnetic field ( 17 ) has opposite field line course. Vorrichtung (02) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Dichtelemente (16) zum Abdichten des Raumes (14) aufweist.Contraption ( 02 ) according to claim 1, characterized in that it comprises sealing elements ( 16 ) for sealing the room ( 14 ) having. Vorrichtung (02) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Stromversorgungsquelle zur Versorgung der Spule (18) aufweist.Contraption ( 02 ) according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a power source for supplying the coil ( 18 ) having. Vorrichtung (02) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (18) mit einer Stromversorgungsquelle des Elektromotors (04) verbindbar ist. Contraption ( 02 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the coil ( 18 ) with a power source of the electric motor ( 04 ) is connectable. Vorrichtung (02) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Ansteuerschaltung (22) zum Ansteuern der Spule (18) aufweist, wobei die Ansteuerschaltung (22) zum Erzeugen eines von der Drehrichtung des Elektromotors (04) unabhängigen Ansteuerstroms ausgebildet ist.Contraption ( 02 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a drive circuit ( 22 ) for driving the coil ( 18 ), wherein the drive circuit ( 22 ) for generating one of the direction of rotation of the electric motor ( 04 ) Independent drive current is formed. Vorrichtung (02) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Ende (10) der Welle (08) mit einem von dem Elektromotor (04) antreibbaren Bauteil (20) drehfest verbindbar ist. Contraption ( 02 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that a second end ( 10 ) the wave ( 08 ) with one of the electric motor ( 04 ) drivable component ( 20 ) is rotatably connected. Elektromotoranordnung (01) umfassend einen Elektromotor (04) mit einer Motorwelle (03) und eine Vorrichtung (02) zur Positionssicherung der Motorwelle (03) des Elektromotors (04) in einem stromlosen Betriebszustand des Elektromotors (04) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.Electric motor assembly ( 01 ) comprising an electric motor ( 04 ) with a motor shaft ( 03 ) and a device ( 02 ) for securing the position of the motor shaft ( 03 ) of the electric motor ( 04 ) in a currentless operating state of the electric motor ( 04 ) according to one of claims 1 to 6. Elektromotoranordnung (01) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein von dem Elektromotor (04) angetriebenes Bauteil (20) umfasst, welches mit dem zweiten Ende (10) der Welle (08) der Vorrichtung (02) drehfest verbunden ist.Electric motor assembly ( 01 ) according to claim 7, characterized in that it is one of the electric motor ( 04 ) driven component ( 20 ), which is connected to the second end ( 10 ) the wave ( 08 ) of the device ( 02 ) is rotatably connected. Verfahren zum Betreiben einer Elektromotoranordnung (01) gemäß Anspruch 7 oder 8 mit folgenden Schritten: • Erzeugen eines von einem Betriebszustand des Elektromotors (04) unabhängigen ersten Magnetfeldes (17) in dem mit magnetorheologischer Flüssigkeit gefüllten Raum (14) mittels des Permanentmagneten (15), sodass sich die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit unter Einwirkung des ersten Magnetfeldes (17) derart erhöht, dass der Rotor (13) der Vorrichtung (02) und die mit dem Rotor (13) über die Welle (08) verbundene Motorwelle (03) in ihrer Position fixiert werden; • Betreiben der Elektromotoranordnung (01) in einem ersten Betriebszustand, in dem der Elektromotor (04) und die Spule (18) mit elektrischer Energie versorgt werden und sich die Motorwelle (03) des Elektromotors (04) dreht; • Erzeugen eines zweiten Magnetfeldes (19) mittels der Spule (18) während des ersten Betriebszustandes, wobei das zweite Magnetfeld (19) einen dem ersten Magnetfeld (17) entgegengesetzten Feldlinienverlauf aufweist, und wobei sich die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit derart verringert, dass der Rotor (13) der Vorrichtung (02) und die mit dem Rotor (13) über die Welle (08) verbundene Motorwelle (03) freigegeben werden; • Betreiben der Elektromotoranordnung (01) in einem zweiten Betriebszustand, in dem der Elektromotor (04) und die Spule (18) nicht mehr mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei in dem zweiten Betriebszustand der Rotor (13) der Vorrichtung (02) und die mit dem Rotor (13) über die Welle (08) verbundene Motorwelle (03) in ihrer Position durch das erste Magnetfeld (17) fixiert werden.Method for operating an electric motor arrangement ( 01 ) according to claim 7 or 8, comprising the following steps: generating one of an operating state of the electric motor ( 04 ) independent first magnetic field ( 17 ) in the space filled with magnetorheological fluid ( 14 ) by means of the permanent magnet ( 15 ), so that the viscosity of the magnetorheological fluid under the action of the first magnetic field ( 17 ) increased so that the rotor ( 13 ) of the device ( 02 ) and with the rotor ( 13 ) over the wave ( 08 ) connected motor shaft ( 03 ) are fixed in position; Operating the electric motor assembly ( 01 ) in a first operating state in which the electric motor ( 04 ) and the coil ( 18 ) are supplied with electrical energy and the motor shaft ( 03 ) of the electric motor ( 04 ) turns; Generating a second magnetic field ( 19 ) by means of the coil ( 18 ) during the first operating state, wherein the second magnetic field ( 19 ) a the first magnetic field ( 17 ) and wherein the viscosity of the magnetorheological fluid is reduced such that the rotor ( 13 ) of the device ( 02 ) and with the rotor ( 13 ) over the wave ( 08 ) connected motor shaft ( 03 ) are released; Operating the electric motor assembly ( 01 ) in a second operating state in which the electric motor ( 04 ) and the coil ( 18 ) are no longer supplied with electrical energy, wherein in the second operating state of the rotor ( 13 ) of the device ( 02 ) and with the rotor ( 13 ) over the wave ( 08 ) connected motor shaft ( 03 ) in position through the first magnetic field ( 17 ) are fixed. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (18) während des ersten Betriebszustandes mit einem unabhängig von der Drehrichtung des Elektromotors (04) unabhängigen Ansteuerstrom angesteuert wird.Method according to claim 9, characterized in that the coil ( 18 ) during the first operating state with an independent of the direction of rotation of the electric motor ( 04 ) is driven independent drive current.
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DE558485C (en) 1930-06-20 1932-09-07 Carl Flohr A G Electric motor with brake and sliding armature

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DE102022115087A1 (en) 2022-06-15 2023-12-21 Signata GmbH Locking device for an actuation unit for a vehicle, actuation unit and method for operating a locking device

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