-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen modularen Axialflussmotor für fahrerlose Transportfahrzeuge, wobei der Axialflussmotor mindestens einen scheibenförmigen Stator und einen rotierbaren, scheibenförmigen Rotor aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein fahrerloses Transportfahrzeug mit einem modularen Axialflussmotor.
-
Ein fahrerloses Transportfahrzeug wird auch als Automated Ground Vehicle, kurz AGV, bzw. Automated Guided Vehicle bezeichnet und ist in verschiedenen Ausführungsformen und Anwendungsbereichen bekannt. Fahrerlose Transportfahrzeuge können Fahrzeuge oder Roboter sein. Bestandteile eines AGV-Antriebsstranges sind unter anderem ein Motor, ggf. ein Getriebe und eine Radnabenverbindung oder ein Direktantrieb mit Außenläufer sowie ein separates Rad. Weitere Bestandteile sind möglich. Für AGV-Antriebsstränge kommen häufig Differentialantriebe zum Einsatz.
-
Es wird oft ein Innenläufermotor verwendet, der hohe Geschwindigkeiten erzeugen kann, aber auch ein niedriges Drehmoment aufweist, welches mittels eines Getriebes angepasst werden muss. Die reduzierte Geschwindigkeit wird an eine Außenwelle geleitet, über welche ein Rad angetrieben wird.
-
Die bekannten Motoranordnungen für fahrerlose Transportfahrzeuge sind groß gestaltet, sodass sie viel Bauraum benötigen und ein hohes Gewicht aufweisen.
-
Verwendete Getriebe unterliegen einem hohen Verschleiß, weshalb sie eine hohe Wartungs- und Reparaturrate aufweisen. Weiterhin erfolgt eine Reduzierung der Effizienz durch Reibung.
-
Die
CN 205945301 U beschreibt eine einphasige Wicklungsstruktur sowie eine Leiterplatte für einen axialen Magnetfeldmotor.
-
In der
US 2011/133589 A1 ist ein Permanentmagnet-Synchronmotor beschrieben, welcher ein flaches Profil und Segmentstrukturen aufweist. Die Windungen sind in 2D beispielsweise auf einer Leiterplatte ausgebildet. Eine Statoranordnung umfasst mehrere Statorkerne mit Zähnen, welche untereinander ineinander greifen und einen festen Sitz ermöglichen.
-
Aus der
CN 102130563 A ist ein scheibenförmiger Permanentmagnetmotor mit auf einer Leiterplatte aufgebrachten Windungsstrukturen bekannt, welcher einen kernlosen oder schlitzlosen Stator aufweist.
-
In der
CN 2847661 Y wird ein mikroflacher Vibrationsmotor beschrieben, welcher einen Magnetstator aus einer flexiblen Leiterplatte und einen Rotor aus einer Leiterplatte umfasst.
-
Aus der
CN 207134902 U ist ein Gleichstrommotor bekannt, welcher keine Bürsten benötigt und Statorwindungen auf einer flexiblen Leiterplatte aufweist.
-
Aus der
CN 103560643 A ist ein Linearmotor mit Leiterplattenwicklungen bekannt. Der Linearmotor weist eine Spulenanordnung auf, welche auf einer Leiterplatte ausgebildet ist. Die Spulen sind in vorbestimmter, gestaffelter Verteilung auf benachbarten Leiterplatten in linearer Bewegungsrichtung des Linearmotors angeordnet, wobei die Spulen nebeneinander auf rechteckigen, übereinander gestapelten Leiterplatten angeordnet sind. Der Linearmotor besteht aus einer beweglichen Eisenkomponente und einer beweglichen Spulenkomponente. Ziel der Anordnung ist eine Verbesserung der Steuergenauigkeit des Linearmotors.
-
Die
EP 3 293 871 A1 beschreibt einen Aufzugtürantrieb, welcher einen elektrischen Axialflussmotor umfasst. Der Axialflussmotor umfasst einen Rotor, einen Stator und eine Welle, auf welcher der Rotor drehfest angeordnet ist. Der Rotor weist mehrere Permanentmagneten auf. Der Stator hat eine flache Form und liegt dem Rotor gegenüber. Der Stator oder die Statoren umfassen eine Leiterplatte mit Spulenwindungen.
-
Ausgehend vom vorliegenden Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Axialflussmotor für ein fahrerloses Transportfahrzeug bereit zu stellen, der bauraumsparend ausgebildet und für verschiedene Arbeitsweisen konfigurierbar ist. Der Axialflussmotor soll insbesondere in Fahrzeugrädern des fahrerlosen Transportfahrzeuges integrierbar sein. Die Aufgabe der Erfindung umfasst weiterhin, ein fahrerloses Transportfahrzeug mit einem modularen Axialflussmotor bereitzustellen.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen modularen Axialflussmotor gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch ein fahrerloses Transportfahrzeug gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10 gelöst.
-
Der erfindungsgemäße modulare Axialflussmotor ist für ein fahrerloses Transportfahrzeug gestaltet, wobei er beispielsweise in die Räder des Transportfahrzeuges oder in einem Roboterarm einbaubar ist. Der modulare Axialflussmotor umfasst mindestens einen scheibenförmigen Stator und mindestens einen gegenüber dem Stator um eine gemeinsame Achse rotierbaren scheibenförmigen Rotor. Auf der gemeinsamen Achse sind der Rotor und der Stator nebeneinander angeordnet, sodass sie axial nebeneinander angeordnet sind. Der Stator umfasst elektrische Spulen. Der Rotor umfasst mindestens einen Permanentmagneten mit alternierenden Polen, welche bevorzugt umlaufend um die Achse verteilt sind. Der Permanentmagnet kann durch einen Multipolmagneten oder durch ein Halbach-Array gebildet sein. Bevorzugt umfasst der Rotor mehrere der Permanentmagneten, die zueinander beabstandet sind und alternierende Pole aufweisen, welche umlaufend um die Achse verteilt sind. Der scheibenförmige Stator und der scheibenförmige Rotor weisen jeweils einen Innenumfang auf. Erfindungsgemäß sind der Innenumfang des Stators und der Innenumfang des Rotors zumindest umfänglich, d. h. in Umfangsrichtung abschnittsweise gleich. Der Innenumfang des Stators und der Innenumfang des Rotors sind insbesondere dadurch abschnittsweise gleich, dass sie einen zumindest abschnittsweise deckungsgleichen Querschnitt aufweisen, welcher senkrecht zur Achse ausgerichtet ist. Bevorzugt sind die Querschnitte bzw. Innenumfänge vollständig gleich.
-
Erfindungsgemäß sitzt entweder der Innenumfang des Rotors oder der Innenumfang des Stators formschlüssig auf einem Außenumfang einer rotierbaren oder stationären Welle des Axialflussmotors. Demzufolge weist die Welle einen axialen Abschnitt auf, welcher den dort axial positionierten Stator bzw. Rotor formschlüssig aufnimmt, sodass ein Drehmoment von der Welle auf den dort axial positionierten Stator bzw. Rotor übertragbar ist. Die jeweils andere Komponente der beiden durch den Stator und den Rotor gebildeten Komponenten ist an einer axialen Position der Welle positioniert, wo die Welle einen axialen Abschnitt aufweist, welcher einen Außenumfang besitzt, welcher den Innenumfang der dort axial positionierten Komponente nicht formschlüssig aufnimmt, sodass kein Drehmoment von der Welle auf die dort axial positionierten Komponente übertragbar ist. Im einfachsten Fall ist der Außenumfang dieses axialen Abschnittes rund und weist einen Durchmesser auf, welcher kleiner als der kleinste Durchmesser der Innenumfänge des Stators und des Rotors ist.
-
Die Innenumfänge sind bevorzugt unrund bzw. weisen einen unrunden Querschnitt auf, sodass sie zur formschlüssigen Übertragung eines Drehmomentes geeignet sind. Die unrunden Innenumfänge sind bevorzugt formgleich ausgebildet. Die Welle nimmt entweder den unrunde Innenumfang des Rotors oder den unrunden Innenumfang des Stators formschlüssig auf. Entsprechend ist die Welle rotierbar bzw. stationär.
-
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen modularen Axialflussmotors besteht darin, dass sein mindestens einer Rotor und sein mindestens einer Stator universell als die mit der rotierbaren bzw. stationären Welle drehmomentfest verbundene Komponente verwendet werden können, sodass der Axialflussmotor als Außenläufer oder als Innenläufer konfigurierbar ist. Diese Konfiguration wird durch die Formung des Außenumfanges der Welle entschieden. Es werden für diese Konfiguration nicht unterschiedliche Statoren bzw. unterschiedliche Rotoren benötigt.
-
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist darin zu sehen, eine Ansammlung in Form eines Baukastens zur Verfügung zu stellen, welche mindestens zwei scheibenförmige Rotoren und mindestens zwei scheibenförmige Statoren umfasst, die jeweils einen Innenumfang aufweisen, wobei die Innenumfänge der Rotoren und Statoren zumindest abschnittsweise gleich sind, sodass sie für mehrere der erfindungsgemäßen modularen Axialflussmotoren verwendbar sind.
-
Die unrunden Innenumfänge sind bevorzugt jeweils dadurch gebildet, dass ein kreisförmiger Basisinnenumfang durch mindestens eine Aussparung oder eine Erhebung unterbrochen ist. Die mindestens einer Aussparung ist bevorzugt durch eine Kerbe im kreisförmigen Basisinnenumfang gebildet. Die mindestens einer Erhebung ist bevorzugt durch einen Zahn am kreisförmigen Basisinnenumfang gebildet. Bevorzugt ist eine Vielzahl der Zähne umfänglich gleichverteilt ausgebildet.
-
Vorzugsweise umfassen die Innenumfänge des Rotors und des Stators mehrere der Aussparungen oder mehrere der Erhebungen. Alternativ bevorzugt umfassen die Innenumfänge des Rotors und des Stators mehrere der Aussparungen und mehrere der Erhebungen. Auch eine einzelne Ausführung der Aussparung und eine einzelne Ausführung der Erhebung auf den Innenumfängen des Rotors und des Stators sind denkbar. Beispielsweise kann der Innenumfang des Rotors die Aussparung aufweisen und die Welle an ihrem Außenumfang die Erhebung aufweisen, wobei die Erhebung und die Aussparung so ausgebildet sind, dass sie formschlüssig ineinandergreifen.
-
Bevorzugt weisen der Rotor und der Stator jeweils auf ihrem Innenumfang mindestens ein Arretierungselement auf, wobei entweder das Arretierungselement auf dem Innenumfang des Rotors oder das Arretierungselement auf dem Innenumfang des Stators in ein Arretierungselement auf einem Außenumfang einer Welle des Axialflussmotors eingreift.
-
Entsprechend der gewählten Form bzw. der Arretierungselemente der Innenumfänge ist der Außenumfang der Welle gestaltet, sodass ein Formschluss mit dem Innenumfang des Rotors oder des Stators erreicht wird.
-
Alternativ kann die Form der Innenumfänge von einem Kreis abweichen. Entsprechend weisen die Innenumfänge alternativ bevorzugt jeweils die Form einer Ellipse oder eines Rechteckes oder eines regelmäßigen Vielecks auf.
-
Der wahlweise Formschluss des Stators oder des Rotors auf der Welle ist bevorzugt in gleicher Weise in Bezug auf den Sitz des Rotors bzw. des Stators in einem stationären oder rotierbaren Gehäuse des Axialflussmotors realisiert. Daher weisen der Rotor und der Stator weiterhin jeweils einen Außenumfang auf. Die Außenumfänge sind zumindest abschnittsweise gleich. Entweder sitzt der Außenumfang des Stators oder der Außenumfang des Rotors formschlüssig in einem Innenumfang des Gehäuses. Demzufolge weist das Gehäuse einen axialen Abschnitt auf, welcher den dort axial positionierten Stator bzw. Rotor formschlüssig aufnimmt, sodass ein Drehmoment von dem Gehäuse auf den dort axial positionierten Stator bzw. Rotor übertragbar ist. Die jeweils andere Komponente der beiden durch den Stator und den Rotor gebildeten Komponenten ist an einer axialen Position des Gehäuses positioniert, wo das Gehäuse einen axialen Abschnitt aufweist, welcher einen Innenumfang besitzt, welcher den Außenumfang der dort axial positionierten Komponente nicht formschlüssig aufnimmt, sodass kein Drehmoment von dem Gehäuse auf die dort axial positionierte Komponente übertragbar ist. Im einfachsten Fall ist der Innenumfang dieses axialen Abschnittes rund und weist einen Durchmesser auf, welcher größer als der größte Durchmesser der Außenumfänge des Stators und des Rotors ist. Wenn der Rotor formschlüssig auf der rotierbaren Welle sitzt, so muss der Stator formschlüssig im stationären Gehäuse sitzen, sodass ein Innenläufer realisiert ist. Wenn der Stator formschlüssig auf der stationären Welle sitzt, so muss der Rotor formschlüssig im rotierbaren Gehäuse sitzen, sodass ein Außenläufer realisiert ist.
-
Die Außenumfänge weisen bevorzugt auch die Merkmale auf, welche für die Innenumfänge angegeben sind.
-
Weiterhin weisen der Rotor und der Stator jeweils auf ihrem Außenumfang bevorzugt mindestens ein Arretierungselement auf, wobei entweder das Arretierungselement auf dem Außenumfang des Rotors oder das Arretierungselement auf dem Außenumfang des Stators in ein Arretierungselement auf einem Innenumfang eines Gehäuses des Axialflussmotors eingreift. Das Arretierungselement kann wie zuvor beschrieben, durch eine Formgebung oder eine Aussparung bzw. eine Erhebung oder ähnliches erzeugt werden.
-
In einer Ausführungsform weisen die Welle und/oder das Gehäuse einen axialen Abschnitt auf, auf dem kein Arretierungselement ausgebildet ist oder auf dem der Umfang mit dem Arretierungselement kleiner oder größer ausgebildet ist.
-
Diejenige Komponente der beiden durch den Stator und den Rotor gebildeten Komponenten, welche nicht formschlüssig auf der Welle sitzt, ist in einer alternativen bevorzugt durch ein Wälzlager gegenüber der Welle gelagert.
-
Durch das gleichartige Arretierungselement, welches jeweils auf dem Innenumfang und/oder dem Außenumfang des Rotors und des Stators ausgebildet ist, und der Ausbildung eines entsprechenden Arretierungselementes auf der Welle und/oder dem Gehäuse des Axialflussmotors, kann vorteilhafterweise ein einfacher Austausch der genannten Motorbauteile (Rotor, Stator, Welle, Gehäuse) erfolgen. Je nach Wahl, welches Arretierungselement auf welchen Innen- oder außenumfang des Rotors und/oder des Stators in das Arretierungselement der Welle und/oder des Gehäuses greift, kann die Arbeitsweise des Axialflussmotors definiert werden.
-
Greift beispielsweise das an dem Innenumfang ausgebildete Arretierungselement des Rotors in das entsprechende Arretierungselement des Außenumfangs der Welle, so ist der Rotor gemeinsam mit der Welle zur Drehmomentübertragung drehbar. Gleichzeitig weist die Welle einen axialen Abschnitt auf, auf der kein Arretierungselement ausgebildet ist oder der Außenumfang der Welle kleiner als im Bereich des Rotors ausgebildet ist, sodass im Bereich dieses Abschnittes der Stator angeordnet ist und nicht an der Welle zum Anliegen kommt. Gleichzeitig greift das Arretierungselement am Außenumfang des Stators an dem Arretierungselement des Innenumfangs des Gehäuses, sodass der Stator drehfest am Gehäuse angeordnet ist.
-
Der Außenumfang der Rotors liegt gleichzeitig in einem Bereich, an dem das Gehäuse einen Abschnitt aufweist, bei dem der Innenumfang des Gehäuses vergrößert ausgebildet ist oder kein Arretierungselement aufweist, sodass der Rotor nicht an dem Gehäuse anliegt. Würde man den Rotor und Stator ausbauen und in umgekehrter Reihenfolge wieder einbauen, so würden der Stator an der Welle und der Rotor an dem Gehäuse anliegen. Sinnvollerweise würde bei Verwendung des vorgenannten Stators und des vorgenannten Rotors in einem anderen Axialflussmotor ein drehbares Gehäuse und eine stationäre Welle bzw. stehendes Bauteil verwendet, sodass der Rotor mit dem Gehäuse zur Drehmomentübertragung drehbar ist. Somit sind der gleiche Stator und der gleiche Rotor in verschieden arbeitenden Axialflussmotoren verwendbar. Die Arbeitsweisen sind mit Innenläufermotoren und Außenläufermotoren vergleichbar.
-
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Axialflussmotors ist, dass durch die modulare Bauweise, in Form der gleichartigen Umfänge der Bauteile Stator, Rotor, Gehäuse und Welle, diese Bauteile in verschiedenen Anordnungen anwendbar sind. Weiterhin sind die Bauteil durch die modulare Bauweise mehrfach verwendbar bzw. wiederverwendbar.
-
Vorzugsweise weisen der mindestens eine Permanentmagnet des Rotors umlaufend alternierende Pole auf. Die magnetischen Pole umfassen bekanntermaßen Nordpole und Südpole. Der Rotor kann auch als magnetischer Polring bezeichnet werden.
-
Die Permanentmagneten können verschiedene Formen aufweisen. In einer Ausführungsform sind die Permanentmagneten in ihrem Querschnitt rechteckig ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform weisen die Permanentmagneten eine dreieckige bzw. trapezförmige Grundfläche auf. Letztere Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Grundfläche und damit die Wirkungsfläche der Permanentmagneten groß gehalten werden kann und gleichzeitig die Fläche auf dem scheibenförmigen Rotor ausgenutzt wird.
-
Die Permanentmagneten sind bevorzugt auf einer carbonfaserverstärkten Kunststoffscheibe (kurz CFK) angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Permanentmagneten in der carbonfaserverstärkten Kunststoffscheibe eingelassen.
-
Bevorzugt sind umlaufend vier bis zwanzig der Permanentmagneten in dem scheibenförmigen Rotor angeordnet. Besonders bevorzugt sind umlaufend acht bis sechzehn der Permanentmagneten in dem scheibenförmigen Rotor angeordnet.
-
Der scheibenförmige Stator umfasst bevorzugt eine mehrschichtige Leiterplatte, auch printed circuit board (PCB) genannt. Die elektrischen Spulen sind auf Schichten der mehrschichtigen Leiterplatte als elektrische Leiterbahnen ausgebildet. Die Verwendung von mehrschichtigen Leiterplatten hat den Vorteil, dass dadurch der gesamte modulare Axialflussmotor miniaturisiert hergestellt werden kann. Vorteilhafterweise wird dabei Bauraum gespart. Durch die Verkleinerung des Stators in Form der mehrschichtigen Leiterplatte kann der verkleinerte Axialflussmotor beispielsweise in einer Radnabe des Transportfahrzeuges verbaut werden. Weiterhin kann ein verkleinerter Axialflussmotor in einem Roboterarm des Transportfahrzeuges zur Anwendung kommen.
-
Bevorzugt weist die mehrschichtige Leiterplatte des Stators zehn bis dreißig gestapelte Leiterplattenschichten bzw. Leiterplatten auf. Besonders bevorzugt weist die mehrschichtige Leiterplatte fünfzehn bis fünfundzwanzig gestapelte Leiterplattenschichten auf. Die erhöhte Anzahl der Schichten des Leiterplattenstapels und die dementsprechend erhöhte Anzahl der Spulen im Generatormodul bewirken eine gesteigerte Energieausbeute.
-
Bei einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist die mehrschichtige Leiterplatte dadurch gebildet, dass eine flexible Leiterplatte gefaltet ist, sodass die elektrischen Spulen übereinander in mehreren Schichten eines Leiterplattenstapels angeordnet sind. In jeder der Schichten befinden sich bevorzugt mehrere der elektrischen Spulen.
-
Die elektrischen Spulen weisen Spulenachsen auf, welche bevorzugt axial ausgerichtet sind und umlaufend nebeneinander auf dem Stator beabstandet angeordnet sind.
-
Vorzugsweise sind auf der mehrschichtigen Leiterplatte sechs bis achtzehn elektrische Spulen angeordnet.
-
Der Spulenstapel kann auch als Stack bzw. gestackte Spulen bezeichnet werden. Die elektrische Verschaltung der Spulen der verschiedenen Schichten ist bevorzugt durch Durchkontaktierungen, welche auch als Vias bezeichnet werden, realisiert. Bevorzugt erfolgen die Durchkontaktierungen jeweils mit einer Bohrung, die im Innendurchmesser eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist. Die Durchkontaktierungen sind alternativ auch durch Niete oder Stifte möglich. Die mehrschichtige Leiterplatte kann auch eckig ausgebildet sein.
-
Mit der mehrschichtigen Leiterplatte bestehen auch die elektrischen Spulen aus mehreren gestapelten Windungen. Die Windungen der elektrischen Spulen sind axial gestapelt.
-
Die mehrschichtige Leiterplatte kann beispielsweise drei elektrische Spulenpaare umfassen.
-
Bevorzugt weisen die mehrschichtigen Leiterplatten des Stators umlaufend mehrere durchgängige Öffnungen auf, wobei die Öffnungen jeweils von mindestens einer der elektrischen Spulen in Form der Leiterbahnen umgeben sind. Die Anzahl der Öffnungen entspricht vorzugsweise der Anzahl der elektrischen Spulen.
-
Der scheibenförmige Stator umfasst bevorzugt eine Eisenkernscheibe. Die Eisenkernscheibe weist eine Trägerscheibe auf, auf welcher mehrere Eisenkerne angeordnet sind. Die Eisenkerne erstrecken sich in axialer Richtung in die Öffnungen der Leiterplatte, wo sie von den elektrischen Spulen umgeben sind.
-
Die Eisenkernscheibe ist vorzugsweise in SMC-Technik (sheet molding compound) hergestellt. Bevorzugt besteht die Eisenkernscheibe aus Eisen, insbesondere aus SMC-Eisenpulver.
-
Die Anzahl der Eisenkerne ist bevorzugt abhängig von der Anzahl der Spulen auf der mehrschichtigen Leiterplatte. Beispielsweise können vierzehn Eisenkerne auf der Eisenkernscheibe des Stators ausgebildet sein. Alternativ können auch mehr oder weniger Eisenkerne auf der Eisenkernscheibe des Stators ausgebildet sein, als der Stator elektrische Spulen umfasst.
-
In einer Ausführungsform umfasst der Axialflussmotor einen Rotor und zwei Statoren, wobei der Rotor axial zwischen den beiden Statoren angeordnet ist. Die beiden Statoren mit dem axial dazwischen angeordneten Rotor bilden eine Motorbaugruppe. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform umfasst der Axialflussmotor mehrere der Motorbaugruppen, welche axial benachbart angeordnet sind. Beispielsweise kann der Axialflussmotor drei axial benachbarte Gruppen umfassen, sodass er drei Rotoren und sechs Statoren umfasst.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind an dem Stator, insbesondere an der mehrschichtigen Leiterplatte vorteilhafterweise Sensoren angeordnet. Vorzugsweise ist der verwendete Sensor ein optischer Drehzahlsensor bzw. -encoder. Bevorzugt ist der Sensor ein Hall-Sensor. Durch die Sensoren lässt sich der Zustand des Axialflussmotors erfassen.
-
Der modulare Axialflussmotor kann bei selbstfahrenden Transportfahrzeugen beispielsweise in der Raumfahrt, dem Logistik-Transport, in Rasenmähern oder schwenkbaren Roboterarmen, wie sie in der Industrie zur Bestückung oder in der Medizin bekannt sind, zur Anwendung kommen.
-
Das erfindungsgemäße fahrerlose Transportfahrzeug umfasst den zuvor beschriebenen modularen Axialflussmotor. Das erfindungsgemäße fahrerlose Transportfahrzeug umfasst bevorzugt mehrere der Axialflussmotoren. Das erfindungsgemäße fahrerlose Transportfahrzeug umfasst bevorzugt mindestens eine der beschriebenen Ausführungsformen des Axialflussmotors.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen modularen Axialflussmotors;
- 2 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Stators des modularen Axialflussmotors;
- 3 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des modularen Axialflussmotors; und
- 4 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des modularen Axialflussmotors.
-
1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen modularen Axialflussmotors. Der modular aufgebaute Axialflussmotor umfasst einen scheibenförmigen Rotor 01 und zwei scheibenförmige Statoren 02, wobei der Rotor 01 axial zwischen den beiden Statoren 02 befindlich ist. Der Rotor 01 ist um eine Achse 03 drehbar, entlang welcher der Rotor 01 und die Statoren 02 angeordnet sind. Umlaufend weist der scheibenförmige Rotor 01 mehrere Permanentmagneten 04 auf, deren Pole umlaufend alternierend ausgebildet sind und die zueinander beabstandet liegen. Die beiden Statoren 02 umfassen jeweils eine Statorbasisscheibe 06 und mehrere elektrische Spulen 07, welche auf einer Seitenfläche der jeweiligen Statorbasisscheibe 06 umlaufend angeordnet sind. Die elektrischen Spulen 07 sind durch eine mehrschichtige Leiterplatte (PCB) 08 gebildet, wobei Windungen der elektrischen Spulen 07 durch elektrische Leiterbahnen (nicht gezeigt) auf der mehrschichtigen Leiterplatte 08 realisiert sind. In der mehrschichtigen Leiterplatte 08 sind die elektrischen Leiterbahnen in axiale Richtung übereinander gestapelt angeordnet. Beispielshaft umfasst die mehrschichtige Leiterplatte 08 neunzehn Schichten. Die elektrischen Spulen 07 der beiden Statoren 02 sind axial in Richtung des Rotors 01 ausgerichtet. Die Innenumfänge des Rotors 01 und der Statoren 02, insbesondere der Statorbasisscheiben 06, sind gleichartig ausgebildet, d. h. sie weisen die gleiche Form und den gleichen Durchmesser auf. Die Innenumfänge besitzen radial nach innen ausgerichtete Zähne 09. Die Zähne 09 bilden jeweils ein Arretierungselement. Ebenso sind die Außenumfänge des Rotors 01 und der beiden Statoren 02 gleichartig mit den Zähnen 09 als Arretierungselemente ausgebildet. Mit den gleichartigen Innenumfängen und den gleichartigen Außenumfängen sind die Statoren 02 und der Rotor 01 auf einer Welle (nicht gezeigt; vgl. 3) und/oder einem Gehäuse (nicht gezeigt; vgl. 3) formschlüssig befestigbar, wobei die Welle und/oder das Gehäuse korrespondierende Außen- bzw. Innenumfänge aufweist. Durch die gleichartigen Innenumfänge und die gleichartigen Außenumfänge der Statoren 02 und des Rotors 01, kann der modulare Axialflussmotor vorteilhafterweise als verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Funktionsweisen aufgebaut werden, was nachstehend mittels 3 und 4 beschrieben wird. Jeder Stator 02 und jeder Rotor 01 ist beliebig austauschbar. Genutzte Gehäuse oder Wellen können wieder verwendet werden, indem ein Bauteil, nämlich einer der Statoren 02 und/oder der Rotoren 01, ausgetauscht oder ersetzt wird. Der modulare Axialflussmotor ist eine Antriebseinheit, welche für ein fahrerloses Transportfahrzeug vorgesehen ist und beispielsweise in der Radnabe des Transportfahrzeuges verbaubar ist.
-
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Stators 02 des modularen Axialflussmotors. Die linke Abbildung der 2 zeigt die Statorbasisscheibe 06, auf der umlaufend mehrere Statoreisenkerne 10 ausgebildet sind. Die Statoreisenkerne 10 erstrecken sich in axialer Richtung. Die Statorbasisscheibe 06 ist mit den Statoreisenkernen 10 aus SMC-Eisenpulver hergestellt. In der rechten Abbildung der 2 ist die mehrschichtige Leiterplatte 08, auf welcher die elektrischen Spulen 07 ausgebildet sind, gemeinsam mit der Statorbasisscheibe 06 dargestellt. Die mehrschichtige Leiterplatte 08 weist umlaufend mehrere Öffnungen 11 auf, in welche sich die Statoreisenkerne 10 erstrecken. Um die Öffnungen 11 und damit um die Statoreisenkerne 09 sind die elektrischen Spulen 07 gewickelt. Abweichend zu 1 zeigt 2 einen andersartig gestalteten Innen- und Außenumfang der Statorbasisscheibe 06. Die Grundfläche der Statorbasisscheibe 06 weist eine regemäßige polygone Form auf. Ebenso ist der Innenumfang der Statorbasisscheibe 06 regemäßig polygon.
-
3. zeigt eine Schnittansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform des modularen Axialflussmotors. Die in 3 gezeigte Ausführungsform gleicht zunächst der in 1 gezeigten Ausführungsform, wobei der Rotor 01 zwischen den zwei Statoren 02 angeordnet ist. Weiterhin sind in 3 eine Welle 12 und zwei Gehäusebauteile 13 gezeigt. Die Welle 12 erstreckt sich entlang der Achse 03 und der Rotor 01 sowie die Statoren 02 sind auf der Welle 12 angeordnet. In einem definierten Abschnitt ist die Welle 12 an ihrem Außenumfang korrespondierend unrund zu den unrunden Innenumfängen der Statoren 02 und des Rotors 01 ausgebildet. Im Bereich dieses definierten Abschnittes der Welle 12 ist der Rotor 01 angeordnet, sodass der Rotor 01 formschlüssig auf der Welle 12 sitzt und mit diesem drehbar ist. Außerhalb dieses Abschnittes der Welle 12 sind die Statoren 02 angeordnet, welche nicht an der Welle 12 anliegen. Die Statoren 12 liegen mit ihren unrunden Außenumfängen formschlüssig an jeweils einem korrespondierenden unrunden Innenumfang eines der beiden Gehäusebauteile 13 an. Der ebenfalls einen gleichartigen Außenumfang wie die Statoren 02 aufweisende Rotor 01 kommt nicht an den Gehäusebauteilen 13 zum Anliegen. Die beiden Gehäusebauteile 13 liegen an der Welle 12 mittels rotierbaren Lagern 14 an. Die Funktionsweise des in 3 gezeigten Axialflussmotors kann mit einem Innenläufermotor verglichen werden.
-
4 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des modularen Axialflussmotors. Die in 4 gezeigte Ausführungsform gleicht zunächst der in 3 gezeigten Ausführungsform, wobei mehrere der Gruppen bestehend aus einem der Rotoren 01 axial umgeben von zwei der Statoren 02 axial nebeneinander angeordnet sind. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform sind zwei dieser Gruppen axial nebeneinander angeordnet, sodass der modulare Axialflussmotor insgesamt zwei der Rotoren 01 und vier der Statoren 02 umfasst. Abweichend zu 3 weist die in 4 gezeigte Ausführungsform ein einziges Gehäuse 16 anstelle der beiden in 3 gezeigten Gehäusebauteile 13 auf. Das Gehäuse 16 ist drehbar und die Welle 12 ist stationär. Gemeinsam mit dem Gehäuse 16 sind die beiden Rotoren 01 drehbar, wobei die Rotoren 01 und das Gehäuse 16 formschlüssig über ihre Außenumfänge formschlüssig an den Innenumfängen des Gehäuse 16 sitzen. Die Statoren 02, welche gleichartige Außenumfänge wie die Rotoren 01 aufweisen, kommen nicht am Gehäuse 16 zum Anliegen, da das Gehäuse 16 im Bereich der Statoren 02 andersartig, nämlich mit einem größeren Innendurchmesser ausgebildet ist. Die Innenumfänge der Rotoren 01 und Statoren 02 sind gleichartig unrund. Im Bereich der Rotoren 01 weist die Welle 12 einen kleineren Durchmesser auf als im Bereich der Statoren 02, sodass die Rotoren 01 nicht an der Welle 12 zum Anliegen kommen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 01
- Rotor
- 02
- Stator
- 03
- Achse
- 04
- Permanentmagnet
- 05
- -
- 06
- Statorbasisscheibe
- 07
- elektrische Spule
- 08
- mehrschichtige Leiterplatte
- 09
- Zahn
- 10
- Statoreisenkern
- 11
- Öffnung
- 12
- Welle
- 13
- Gehäusebauteil
- 14
- Lager
- 15
- -
- 16
- Gehäuse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- CN 205945301 U [0006]
- US 2011133589 A1 [0007]
- CN 102130563 A [0008]
- CN 2847661 Y [0009]
- CN 207134902 U [0010]
- CN 103560643 A [0011]
- EP 3293871 A1 [0012]
