DE102019216803A1 - Electric motor for a gear actuator - Google Patents

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Abstract

Offenbart ist einen Elektromotor, insbesondere für einen Aktuator, aufweisend einen Stator mit mindestens einer Statorspule und aufweisend einen Rotor, wobei der Rotor rotationssymmetrisch ausgeführt ist und mindestens einen Permanentmagneten zum Wechselwirken mit der mindestens einen Statorspule aufweist, wobei der Rotor mit einer Welle zum Antreiben eines Getriebes verbunden ist, wobei der Stator einen Spulenabschnitt mit der mindestens einen Statorspule und einen Ausgleichsabschnitt aufweist, wobei der Spulenabschnitt und der Ausgleichsabschnitt als Kreisringsegmente ausgestaltet und durch Abstandshalter axial voneinander beabstandet sind. Des Weiteren sind ein Aktuator und ein Expansionsventil offenbart.Disclosed is an electric motor, in particular for an actuator, having a stator with at least one stator coil and having a rotor, the rotor being rotationally symmetrical and having at least one permanent magnet for interacting with the at least one stator coil, the rotor having a shaft for driving a Transmission is connected, wherein the stator has a coil section with the at least one stator coil and a compensation section, wherein the coil section and the compensation section are designed as circular ring segments and are axially spaced apart by spacers. An actuator and an expansion valve are also disclosed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere für einen Aktuator, aufweisend einen Stator mit mindestens einer Statorspule und aufweisend einen Rotor. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Aktuator.The invention relates to an electric motor, in particular for an actuator, having a stator with at least one stator coil and having a rotor. The invention also relates to an actuator.

Stand der TechnikState of the art

In verschiedenen technischen Bereichen werden elektromechanisch angetriebene Aktuatoren eingesetzt. Beispielsweise werden in Fahrzeugen Aktuatoren zum Einstellen von Außenspiegeln, zum Betätigen einer Leuchtweitenregulierung, zum Einstellen von Sitzen oder zum Steuern von Drosselklappen verwendet. Bei den bekannten Aktuatoren werden handelsübliche Elektromotoren mit einem Getriebe eingesetzt. Eine derartige Anordnung des Elektromotors mit einem Getriebe kann jedoch nachteilige Auswirkungen im Hinblick auf einen Bauraumbedarf und somit auch auf ein Gewicht des Aktuators haben.Electromechanically driven actuators are used in various technical areas. For example, actuators are used in vehicles for adjusting exterior mirrors, for operating a headlight range control, for adjusting seats or for controlling throttle valves. In the case of the known actuators, commercially available electric motors with a gear are used. Such an arrangement of the electric motor with a transmission can, however, have disadvantageous effects with regard to the installation space requirement and thus also to the weight of the actuator.

Insbesondere bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist die zur Verfügung stehende elektrische Energie einer Traktionsbatterie begrenzt. Daher sind eine möglichst geringe Fahrzeugmasse und eine kompakte Ausführung der verwendeten Komponenten essentiell für eine erhöhte Reichweite des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Die derzeitig in den Fahrzeugen verwendeten Aktuatoren weisen eine unzureichende Energieeffizienz auf und können sich nachteilig auf die Fahrzeugmasse auswirken.In the case of electrically powered vehicles in particular, the available electrical energy of a traction battery is limited. Therefore, the lowest possible vehicle mass and a compact design of the components used are essential for an increased range of the electrically powered vehicle. The actuators currently used in vehicles are inadequate in terms of energy efficiency and can have a detrimental effect on the vehicle mass.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, einen Elektromotor sowie einen Aktuator vorzuschlagen, welche eine reduzierte Masse und einen reduzierten Bauraumbedarf aufweisen.The object on which the invention is based can be seen in proposing an electric motor and an actuator which have a reduced mass and a reduced space requirement.

Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.This object is achieved by means of the respective subject matter of the independent claims. Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the respective dependent subclaims.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Elektromotor, insbesondere für einen Aktuator, bereitgestellt. Der Elektromotor weist einen Stator mit mindestens einer Statorspule und einen Rotor auf. Der Rotor ist vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgeführt und weist mindestens einen Permanentmagneten zum Wechselwirken mit der mindestens einen Statorspule auf. Die mindestens eine Statorspule kann beispielsweise in einer Radialrichtung oder einer Axialrichtung auf den mindestens einen Permanentmagneten des Rotors einwirken, um den Rotor in Rotation zu versetzen oder eine Rotation des Rotors aufrechtzuerhalten.According to one aspect of the invention, an electric motor, in particular for an actuator, is provided. The electric motor has a stator with at least one stator coil and a rotor. The rotor is preferably designed to be rotationally symmetrical and has at least one permanent magnet for interacting with the at least one stator coil. The at least one stator coil can act on the at least one permanent magnet of the rotor in a radial direction or an axial direction, for example, in order to set the rotor in rotation or to maintain a rotation of the rotor.

Der Rotor ist mit einer Welle zum Antreiben eines Getriebes verbunden. Die Welle bildet gleichzeitig eine Rotationsachse des Rotors aus. Ausgehend von der Rotationsachse des Rotors verläuft die Axialrichtung parallel bzw. deckungsgleich mit der Rotationsachse. Die Radialrichtung erstreckt sich senkrecht von der Rotationsachse.The rotor is connected to a shaft for driving a gearbox. At the same time, the shaft forms an axis of rotation of the rotor. Starting from the axis of rotation of the rotor, the axial direction runs parallel to or congruent with the axis of rotation. The radial direction extends perpendicularly from the axis of rotation.

Bevorzugterweise weist der Stator einen Spulenabschnitt mit der mindestens einen Statorspule und einen Ausgleichsabschnitt auf, wobei der Spulenabschnitt und der Ausgleichsabschnitt als Kreisringsegmente ausgestaltet und durch Abstandshalter axial voneinander beabstandet sind. Das Kreisringsegment des Spulenabschnitts kann beispielsweise einen Winkelbereich von 140° des Stators umfassen. Der Ausgleichsabschnitt kann hierbei einen Winkelbereich von 220° einnehmen, wodurch der Ausgleichsabschnitt und der Spulenabschnitt gemeinsam einen Kreisringsegment von 360° bilden.The stator preferably has a coil section with the at least one stator coil and a compensating section, the coil section and the compensating section being designed as circular ring segments and being axially spaced from one another by spacers. The annulus segment of the coil section can, for example, encompass an angular range of 140 ° of the stator. The compensation section can take up an angular range of 220 °, as a result of which the compensation section and the coil section together form a circular ring segment of 360 °.

Der Spulenabschnitt und der Ausgleichsabschnitt bilden somit einen axial abgestuften Kreisring aus. Durch die Abstufung wird ein erster Aufnahmeraum für die mindestens eine Spule axial zwischen dem Rotor und dem Spulenabschnitt geformt. Dabei bildet die Abstufung an einer axial dem Rotor abgewandten Seite des Ausgleichsabschnitts einen zweiten Aufnahmeraum bzw. einen Freiraum zum Aufnehmen eines Getriebes oder von Teilen eines Getriebes aus.The coil section and the compensation section thus form an axially graduated circular ring. As a result of the gradation, a first receiving space for the at least one coil is formed axially between the rotor and the coil section. In this case, the gradation forms a second receiving space or a free space for receiving a gear or parts of a gear on a side of the compensating section axially facing away from the rotor.

Durch die axial abgestufte Bauform des Stators kann eine besonders kompakte Bauform des Elektromotors und eines Aktuators mit einem derartigen Elektromotor realisiert werden. Insbesondere kann der Stator durch die Abstufung von mindestens zwei Kreisringsegmenten Aufnahmeraum für Statorspulen und für ein Getriebe bereitstellen, sodass ein Getriebe axial unterhalb des Ausgleichsabschnitts angeordnet werden kann. Hierdurch kann ein üblicherweise vom Elektromotor eingenommener Bauraum teilweise durch ein Getriebe genutzt werden.Due to the axially stepped design of the stator, a particularly compact design of the electric motor and an actuator with such an electric motor can be realized. In particular, through the gradation of at least two circular ring segments, the stator can provide receiving space for stator coils and for a gear, so that a gear can be arranged axially below the compensating section. As a result, a space usually taken up by the electric motor can be partially used by a transmission.

Der Ausgleichsabschnitt kann ohne Statorspulen ausgeführt sein. Durch eine derartige einseitige bzw. bereichsweise Spulenanordnung sind die Statorspulen hauptsächlich in dem als Spulenabschnitt ausgestalteten Kreisringsegment des Stators positioniert. Eine derartige Reduzierung einer Anzahl an Statorspulen führt zu einer Gewichtsreduzierung und einer Bauraumeinsparung. Des Weiteren kann der Ausgleichsabschnitt eine geringere Abmessungen und eine reduzierte Materialstärke als der Spulenabschnitt aufweisen, um eine weitere Reduzierung des Gewichts zu ermöglichen.The compensation section can be designed without stator coils. By means of such a one-sided or regional coil arrangement, the stator coils are mainly positioned in the annulus segment of the stator configured as a coil section. Such a reduction in the number of stator coils leads to a weight reduction and a saving in installation space. Furthermore, the compensation section can have smaller dimensions and a reduced material thickness than the coil section in order to enable a further reduction in weight.

Der Elektromotor kann vorzugsweise zum Antreiben von Getrieben und von Komponenten einsetzbar sein. Beispielsweise kann der Elektromotor für eine Ventilsteuerung und eine Ventilregelung verwendet werden. Grundsätzlich kann der Elektromotor bei jeder Art von Aktuatoren eingesetzt werden.The electric motor can preferably be used to drive transmissions and components be applicable. For example, the electric motor can be used for valve control and valve control. In principle, the electric motor can be used with any type of actuator.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind auf dem Spulenabschnitt Statorstrukturen angeordnet, welche sich axial von dem Spulenabschnitt erstrecken. Bevorzugterweise ist mindestens eine Statorstruktur als Statorkern für die mindestens eine Statorspule ausgestaltet. Die Statorstrukturen können sich parallel zu den Abstandshaltern und parallel zu der Rotationsachse des Elektromotors erstrecken und an dem Spulenabschnitt befestigt oder integral mit dem Spulenabschnitt ausgestaltet sein. Die Statorstrukturen können als Säulen geformt sein, welche einen gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise können die Statorstrukturen einen rechteckigen, einen runden oder einen ovalen Querschnitt aufweisen. Die Statorstrukturen können hierbei als Statorkerne für Statorspulen dienen. Je nach Ausgestaltung des Elektromotors können auf allen Statorstrukturen Statorspulen angeordnet oder jeweils mindestens eine Statorstruktur als Abstandshalter zwischen zwei benachbarten Statorspulen vorgesehen sein.According to one embodiment, stator structures are arranged on the coil section, which stator structures extend axially from the coil section. At least one stator structure is preferably designed as a stator core for the at least one stator coil. The stator structures can extend parallel to the spacers and parallel to the axis of rotation of the electric motor and can be fastened to the coil section or configured integrally with the coil section. The stator structures can be shaped as columns which have a uniform or non-uniform cross section. For example, the stator structures can have a rectangular, round or oval cross section. The stator structures can serve as stator cores for stator coils. Depending on the design of the electric motor, stator coils can be arranged on all stator structures or at least one stator structure can be provided as a spacer between two adjacent stator coils.

Nach einer weiteren Ausführungsform sind umfangsseitig voneinander beabstandete Ausgleichsstrukturen auf dem Ausgleichsabschnitt ausgebildet, wobei die Ausgleichsstrukturen als axiale Endabschnitte der Statorstrukturen geformt sind. Durch derartige Ausgleichsstrukturen kann eine Oberfläche des Ausgleichsabschnitts im Bereich des Rotors ähnlich oder gleich einer Oberfläche des Spulenabschnitt geformt sein. Somit kann der Stator über den gesamten Umfang eine gleichmäßige Struktur bzw. Form aufweisen, durch welche der Rotor entlang des gesamten Umfangs gleichmäßig magnetisch angezogen wird. Diese Maßnahme resultiert insbesondere in einer gleichmäßigen Rotordrehung und reduziert Unwuchten des Rotors.According to a further embodiment, compensating structures spaced apart from one another on the circumferential side are formed on the compensating section, the compensating structures being shaped as axial end sections of the stator structures. By means of such compensating structures, a surface of the compensating section in the area of the rotor can be shaped similar to or identical to a surface of the coil section. The stator can thus have a uniform structure or shape over the entire circumference, by means of which the rotor is magnetically attracted uniformly along the entire circumference. This measure results, in particular, in a uniform rotation of the rotor and reduces unbalance of the rotor.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Rotor in Axialrichtung von den Statorstrukturen beabstandet. Bevorzugterweise verdeckt der Rotor zumindest bereichsweise die Statorstrukturen in der Radialrichtung. Hierdurch ist der Rotor entlang der Rotationsachse vertikal über dem Stator bzw. den Polen des Stators angeordnet. Die Statorspulen können somit axial mit den Permanentmagneten des Rotors wechselwirken. Durch diese Maßnahme kann der Rotor einen größeren Durchmesser aufweisen, sodass ein höheres Drehmoment an der Welle durch den Elektromotor erzeugbar ist.According to a further exemplary embodiment, the rotor is spaced apart from the stator structures in the axial direction. The rotor preferably covers at least some areas of the stator structures in the radial direction. As a result, the rotor is arranged along the axis of rotation vertically above the stator or the poles of the stator. The stator coils can thus interact axially with the permanent magnets of the rotor. As a result of this measure, the rotor can have a larger diameter, so that a higher torque can be generated on the shaft by the electric motor.

Der Rotor kann hierbei einen Durchmesser aufweisen, welcher einem Durchmesser des Stators entspricht oder den Durchmesser des Stators überragt. Die Permanentmagnete des Rotors können bei dieser Ausführungsform Magnetfeldlinien aufweisen, welche in axialer Richtung den Rotor passieren bzw. aus dem Rotor austreten. Die Permanentmagnete können beispielsweise mit dem Rotor verklebt oder in entsprechende Aussparungen des Rotors kraftschlüssig eingesetzt sein.The rotor can have a diameter which corresponds to a diameter of the stator or which projects beyond the diameter of the stator. In this embodiment, the permanent magnets of the rotor can have magnetic field lines which pass through the rotor in the axial direction or emerge from the rotor. The permanent magnets can, for example, be glued to the rotor or inserted into corresponding recesses in the rotor with a force fit.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Rotor in der Radialrichtung von den Statorstrukturen beabstandet und ist im Bereich der axialen Endabschnitte der Statorstrukturen drehbar angeordnet. Der Rotor kann somit in Axialrichtung parallel zu den Statorstrukturen angeordnet sein. Insbesondere können die Permanentmagnete des Rotors derart am Rotor angeordnet sein, dass die Magnetfeldlinien in Radialrichtung aus dem Rotor austreten. Die Statorspulen können somit seitlich bzw. radial in Richtung der Rotationsachse mit den Permanentmagneten des Rotors elektromagnetisch wechselwirken.According to a further embodiment, the rotor is spaced apart from the stator structures in the radial direction and is arranged rotatably in the area of the axial end sections of the stator structures. The rotor can thus be arranged in the axial direction parallel to the stator structures. In particular, the permanent magnets of the rotor can be arranged on the rotor in such a way that the magnetic field lines emerge from the rotor in the radial direction. The stator coils can thus interact electromagnetically with the permanent magnets of the rotor laterally or radially in the direction of the axis of rotation.

Die Statorspulen können hierbei derart gewickelt bzw. ausgerichtet sein, dass die erzeugten Magnetfeldlinien in Axialrichtung aus den Statorspulen austreten. Die Statorstrukturen können hierbei dazu eingesetzt werden, die Magnetfeldlinien umzulenken und/oder in Richtung des Rotors zu leiten. Alternativ können die Statorspulen radial in Richtung der Rotationsachse orientiert sein.The stator coils can be wound or aligned in such a way that the generated magnetic field lines emerge from the stator coils in the axial direction. The stator structures can be used to deflect the magnetic field lines and / or to guide them in the direction of the rotor. Alternatively, the stator coils can be oriented radially in the direction of the axis of rotation.

Der Rotor kann hierbei einen Durchmesser aufweisen, welcher kleiner als der Durchmesser des Stators ist. Insbesondere kann der Durchmesser des Rotors derart dimensioniert sein, dass der Stator den Rotor umfangsseitig umgibt. Die Permanentmagnete des Rotors können bei dieser Ausführungsform Magnetfelder aufweisen, welche in Radialrichtung aus dem Rotor austreten. Ein derartig ausgestalteter Elektromotor kann mit einer besonders kompakten Bauhöhe hergestellt werden.The rotor can have a diameter which is smaller than the diameter of the stator. In particular, the diameter of the rotor can be dimensioned such that the stator surrounds the rotor on the circumferential side. In this embodiment, the permanent magnets of the rotor can have magnetic fields which emerge from the rotor in the radial direction. An electric motor configured in this way can be manufactured with a particularly compact overall height.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist in Axialrichtung unterhalb des Ausgleichsabschnitts ein Freiraum bzw. ein zweiter Aufnahmeraum, insbesondere zum Aufnehmen eines Getriebes, ausgebildet. Durch diese Maßnahme kann ein Teilvolumen des Elektromotors zum Aufnehmen eines Getriebes verwendet werden, wodurch ein elektromechanisch angetriebener Getriebeaktuator mit einem reduzierten Bauraumbedarf umsetzbar ist.According to a further exemplary embodiment, a free space or a second receiving space, in particular for receiving a gear, is formed below the compensating section in the axial direction. As a result of this measure, a partial volume of the electric motor can be used to accommodate a transmission, as a result of which an electromechanically driven transmission actuator can be implemented with a reduced installation space requirement.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Spulenabschnitt mindestens zwei Statorspulen auf, wobei die Statorspulen auf benachbarten Statorstrukturen angebracht sind oder durch mindestens eine Statorstruktur voneinander beabstandet sind. Durch eine derartige Anordnung von Statorspulen im Spulenabschnitt kann eine Redundanz bei dem Antrieb des Elektromotors geschaffen werden, sodass stets mindestens zwei Spulen gleichzeitig oder nacheinander mit Stromimpulsen beaufschlagt werden können, um eine gleichmäßige Rotation des Rotors zu ermöglichen. Der Elektromotor kann eine ungerade Anzahl an Statorspulen, wie beispielsweise drei, fünf, sieben, neuen, oder eine gerade Anzahl an Statorspulen, wie beispielsweise zwei, vier, sechs, acht, aufweisen.According to a further embodiment, the coil section has at least two stator coils, the stator coils being attached to adjacent stator structures or being spaced apart from one another by at least one stator structure. Such an arrangement of stator coils in the coil section can create redundancy in the drive of the electric motor, so that there are always at least two coils with current pulses simultaneously or one after the other can be acted upon in order to allow a uniform rotation of the rotor. The electric motor can have an odd number of stator coils, such as three, five, seven, new ones, or an even number of stator coils, such as two, four, six, eight.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Statorspule als eine Luftspule ausgestaltet oder ist um mindestens eine Statorstruktur gewickelt. Die Statorspulen können hierbei direkt auf jeweilige Statorstrukturen gewickelt werden oder vorgewickelt auf die Statorstrukturen gesteckt werden. Hierdurch kann je nach Einsatzgebiet des Elektromotors eine flexibel ausgestaltete Anordnung und Ausführung der Statorspulen gewählt werden.According to a further embodiment, the at least one stator coil is designed as an air-core coil or is wound around at least one stator structure. The stator coils can be wound directly onto the respective stator structures or pre-wound and plugged onto the stator structures. As a result, a flexibly designed arrangement and design of the stator coils can be selected depending on the field of application of the electric motor.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Statorstrukturen und/oder der Spulenabschnitt und/oder der Ausgleichsabschnitt als Vollmaterial oder als ein Blechpaket ausgestaltet. Der Stator kann hierbei einteilig oder mehrteilig geformt sein. Insbesondere kann der Stator durch ein Gussverfahren hergestellt sein oder aus einem gesinterten Material bestehen. Beispielsweise kann der Stator aus einem hartmagnetischen oder weichmagnetischen metallischen Werkstoff bestehen. Alternativ kann der Stator aus einem oder mehreren Stanzbiegeteilen zum Reduzieren von Wirbelstromverlusten zusammengesetzt sein.According to a further exemplary embodiment, the stator structures and / or the coil section and / or the compensation section are designed as solid material or as a laminated core. The stator can be formed in one piece or in several pieces. In particular, the stator can be produced by a casting process or consist of a sintered material. For example, the stator can consist of a hard magnetic or soft magnetic metallic material. Alternatively, the stator can be composed of one or more stamped and bent parts to reduce eddy current losses.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Rotor mehrere umfangsseitig angeordnete Permanentmagnete oder einen mehrpoligen Permanentmagnet in Form eines Kreisrings auf. Beispielsweise kann der ringförmige Permanentmagnet aus einem gesinterten magnetisierten Material bestehen. Alternativ können mehrere umfangsseitig verteilte Permanentmagnete am Rotor angeordnet sein. Die Permanentmagnete können hierbei in Axialrichtung oder in Radialrichtung wirkend orientiert sein.According to a further embodiment, the rotor has a plurality of permanent magnets arranged on the circumference or a multi-pole permanent magnet in the form of a circular ring. For example, the ring-shaped permanent magnet can consist of a sintered magnetized material. Alternatively, several permanent magnets distributed around the circumference can be arranged on the rotor. The permanent magnets can be oriented to act in the axial direction or in the radial direction.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Aktuator, insbesondere ein elektromechanischer Getriebeaktuator, bereitgestellt. Der Aktuator weist einen erfindungsgemäßen Elektromotor auf, wobei der Elektromotor in einem Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse kann hierbei eine hexaedrische Form aufweisen oder an eine Form des Elektromotors angepasst sein.According to a further aspect of the invention, an actuator, in particular an electromechanical transmission actuator, is provided. The actuator has an electric motor according to the invention, the electric motor being arranged in a housing. The housing can have a hexahedral shape or be adapted to a shape of the electric motor.

Der Elektromotor ist aufgrund des abgestuften Stators derart konfiguriert, dass ein Getriebe gemeinsam mit dem Elektromotor effizient in einem bevorzugt hexaedrisch geformten Gehäuse positioniert werden kann. Der Elektromotor kann mit dem Gehäuse verschraubt, verklippst, verstemmt oder verklebt sein. Insbesondere können Lager zum Aufnehmen der Welle an Gehäusewandungen, einem Gehäuseboden und/oder an einem Gehäusedeckel angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Stator zumindest einen Lager zu Aufnehmen und zum radialen Führen der Welle aufweisen.Due to the stepped stator, the electric motor is configured in such a way that a gearbox can be efficiently positioned together with the electric motor in a preferably hexahedral housing. The electric motor can be screwed, clipped, caulked or glued to the housing. In particular, bearings for receiving the shaft can be arranged on housing walls, a housing base and / or on a housing cover. As an alternative or in addition, the stator can have at least one bearing for receiving and for radially guiding the shaft.

Insbesondere kann ein derartiger Elektromotor in eine Ecke eines Getriebegehäuses integriert werden und somit Raum für ein Getriebe schaffen.In particular, such an electric motor can be integrated into a corner of a gear housing and thus create space for a gear.

Ein derartig ausgestalteter Aktuator kann besonders kompakt geformt sein und somit einen geringen Bauraumbedarf aufweisen.An actuator configured in this way can have a particularly compact shape and thus require little installation space.

Nach einer Ausführungsform ist in einem durch einen Ausgleichsabschnitt ausgebildeten Freiraum im Gehäuse ein Getriebe angeordnet. Somit kann der durch Abstandshalter axial abgestufte Ausgleichsabschnitt einen optimalen Zugang zur Welle des Rotors schaffen und eine Anordnung des Getriebes ermöglichen, welche in den Elektromotor bzw. in ein Volumen des Elektromotors hineinragt.According to one embodiment, a gear is arranged in a free space in the housing formed by a compensating section. The compensating section, which is axially stepped by spacers, can thus create optimal access to the shaft of the rotor and enable an arrangement of the transmission which protrudes into the electric motor or into a volume of the electric motor.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Getriebe als ein Zahnradgetriebe und/oder ein Schneckengetriebe ausgestaltet. Hierdurch kann der Elektromotor eine Rotationsbewegung des Rotors über die Welle auf das Getriebe übertragen und eine Getriebeübersetzung zum Bewegen bzw. Auslenken von Komponenten oder Bauteilen bereitstellen.According to a further exemplary embodiment, the transmission is designed as a gear transmission and / or a worm gear. As a result, the electric motor can transmit a rotational movement of the rotor via the shaft to the gearbox and provide a gear ratio for moving or deflecting components or parts.

Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen

  • 1 eine perspektivische Darstellung eines Elektromotors mit einem Getriebe gemäß einer Ausführungsform,
  • 2 eine Draufsicht auf den Elektromotor aus 1,
  • 3 eine Draufsicht auf einen Aktuator mit einem Elektromotor aus 1,
  • 4 eine schematische Schnittdarstellung eines Elektromotors gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform und
  • 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Elektromotors gemäß einer weiteren Ausführungsform.
In the following, preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with the aid of greatly simplified schematic representations. Show here
  • 1 a perspective view of an electric motor with a transmission according to an embodiment,
  • 2 a top view of the electric motor 1 ,
  • 3 a plan view of an actuator with an electric motor 1 ,
  • 4th a schematic sectional view of an electric motor according to the in 1 embodiment shown and
  • 5 a schematic sectional view of an electric motor according to a further embodiment.

Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Elektromotors 1 mit einem Getriebe 2 gemäß einer Ausführungsform. Der Elektromotor 1 weist einen Stator 4 und einen Rotor 6 auf.The 1 shows a perspective view of an electric motor 1 with a gear 2 according to one embodiment. The electric motor 1 has a stator 4th and a rotor 6th on.

Der Rotor 6 ist scheibenförmig ausgestaltet und ist mit einer Welle 8 verbunden. Die Welle 8 verläuft deckungsgleich mit einer Rotationsachse W des Rotors 6. Durch die Rotation des Rotors 6 wird die Welle 8 angetrieben bzw. gedreht. Des Weiteren weist der Rotor 6 Permanentmagnete 7 auf, welche in der 4 und 5 veranschaulicht sind.The rotor 6th is disc-shaped and has a shaft 8th connected. The wave 8th runs congruently with an axis of rotation W of the rotor 6th . By the rotation of the rotor 6th becomes the wave 8th driven or rotated. Further points the rotor 6th Permanent magnets 7th on which in the 4th and 5 are illustrated.

Der Stator 4 ist in einer Axialrichtung A parallel zum Rotor 6 angeordnet. Der Stator 4 weist einen Spulenabschnitt 10 bzw. ein Joch und einen Ausgleichsabschnitt 12. Der Spulenabschnitt 10 und der Ausgleichsabschnitt 12 sind als Kreisringsegmente geformt. Der Spulenabschnitt 10 ist an zwei endseitigen Abschnitten durch jeweils einen Abstandshalter 14 in Axialrichtung A des Elektromotors 1 von dem Ausgleichsabschnitt 12 beabstandet. Gemeinsam bildet der Spulenabschnitt 10 mit dem Ausgleichsabschnitt 12 einen Stator 4 aus, welcher als ein abgestufter Kreisring geformt ist.The stator 4th is parallel to the rotor in an axial direction A. 6th arranged. The stator 4th has a coil section 10 or a yoke and a compensation section 12th . The coil section 10 and the compensation section 12th are shaped as circular ring segments. The coil section 10 is on two end-side sections by a spacer each 14th in axial direction A of the electric motor 1 from the compensation section 12th spaced. Together they form the coil section 10 with the compensation section 12th a stator 4th which is shaped as a stepped annulus.

Die Axialrichtung A ist parallel zur Rotationsachse W bzw. deckungsgleich mit der Rotationsachse W ausgerichtet. Eine Radialrichtung R erstreckt sich quer zur Axialrichtung A. Eine Umfangsrichtung U folgt einer äußeren Kante 5 des Rotors 6.The axial direction A is aligned parallel to the axis of rotation W or congruent with the axis of rotation W. A radial direction R extends transversely to the axial direction A. A circumferential direction U follows an outer edge 5 of the rotor 6th .

Der Spulenabschnitt 10 weist mehrere Statorstrukturen 16, 17 bzw. sogenannte Statorzähne in einem ersten Aufnahmeraum 25 auf, welche als axial ausgedehnte Säulen mit einem rechteckigen Querschnitt ausgestaltet sind. Der erste Aufnahmeraum 25 wird axial zwischen dem Rotor 5 und dem Spulenabschnitt 10 gebildet. Die Statorstrukturen 16, 17 erstrecken sich hierbei in Axialrichtung A von dem Spulenabschnitt 10 des Stators 4.The coil section 10 has several stator structures 16 , 17th or so-called stator teeth in a first receiving space 25th on, which are designed as axially extended columns with a rectangular cross-section. The first recording room 25th is axially between the rotor 5 and the coil section 10 educated. The stator structures 16 , 17th extend in the axial direction A from the coil section 10 of the stator 4th .

Der Stator 4 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel drei im ersten Aufnahmeraum 25 angeordnete Statorspulen 18 auf. Die Statorspulen 18 sind auf drei Statorstrukturen 16 angeordnet und nutzen diese Statorstrukturen 16 als Spulenkerne. Die Anzahl der Statorspulen 18 kann hierbei beliebig sein. Vorzugsweise weist der Elektromotor 1 mindestens zwei Statorspulen 18 auf.The stator 4th has according to the embodiment three in the first receiving space 25th arranged stator coils 18th on. The stator coils 18th are on three stator structures 16 arranged and use these stator structures 16 as coil cores. The number of stator coils 18th can be any. The electric motor preferably has 1 at least two stator coils 18th on.

Zwischen jeweils zwei Statorspulen 18 ist eine optionale Statorstruktur 17 als Abstandshalter vorgesehen. Die Abstandshalter 14 weisen eine Form auf, welche mit einer Form der Statorstrukturen 16, 17 korrespondiert. Der Spulenabschnitt 10 und der Ausgleichsabschnitt 12 sind beispielhaft im rechten Winkel zum Abstandshalter 14 angeordnet. Alternativ können alle Statorstrukturen 16, 17 mit Statorspulen 18 bewickelt bzw. versehen sein.Between every two stator coils 18th is an optional stator structure 17th provided as a spacer. The spacers 14th have a shape that matches a shape of the stator structures 16 , 17th corresponds. The coil section 10 and the compensation section 12th are exemplary at right angles to the spacer 14th arranged. Alternatively, all stator structures 16 , 17th with stator coils 18th be wound or provided.

Auf dem Ausgleichsabschnitt 12 sind umfangsseitig voneinander beabstandete Ausgleichsstrukturen 20 ausgebildet. Die Ausgleichsstrukturen 20 sind als axiale Endabschnitte der Statorstrukturen 16, 17 geformt, welche in Axialrichtung A von dem Ausgleichsabschnitt 12 in Richtung des Rotors 6 abstehen. Die Ausgleichsstrukturen 20 und die Statorstrukturen 16, 17 sind in Umfangsrichtung U gleichmäßig verteilt auf dem Stator 4 angeordnet.On the compensation section 12th are circumferentially spaced compensation structures 20th educated. The compensation structures 20th are as axial end sections of the stator structures 16 , 17th shaped, which in the axial direction A of the compensation section 12th towards the rotor 6th stick out. The compensation structures 20th and the stator structures 16 , 17th are evenly distributed in the circumferential direction U on the stator 4th arranged.

Die Welle 8 dient zum Antreiben des Getriebes 2. Hierzu ist die Welle 8 mit einem ersten beispielhaften Zahnrad 22 des Getriebes 2 verbunden. Durch die Rotation des Rotors 6 wird über die Welle 8 das erste Zahnrad 22 angetrieben. Das erste Zahnrad 22 kann wiederrum weitere Komponenten des Getriebes 2, wie beispielsweise ein zweites Zahnrad 24 antreiben. Das Getriebe 2 ragt hierbei in einen Freiraum 26 bzw. einen zweiten Aufnahmeraum hinein, welcher durch den axial beabstandeten Ausgleichsabschnitt 12 ausgebildet ist.The wave 8th serves to drive the gearbox 2 . This is what the wave is for 8th with a first exemplary gear 22nd of the transmission 2 connected. By the rotation of the rotor 6th is about the wave 8th the first gear 22nd driven. The first gear 22nd can in turn other components of the transmission 2 such as a second gear 24 drive. The gear 2 protrudes into a free space 26th or a second receiving space into it, which through the axially spaced compensation section 12th is trained.

In der 2 ist eine Draufsicht auf den Elektromotor aus 1 gezeigt. Hierbei wird veranschaulicht, dass der Spulenabschnitt 10 und der Ausgleichsabschnitt 12 gemeinsam einen Stator 4 mit einer Kreisringform ausbilden. Des Weiteren verdeutlicht die Figur, dass das Getriebe 2 aufgrund der seitlichen bzw. bereichsweisen Anordnung der Spulen 18 in den Freiraum 26 hineinragen kann. Hierdurch kann das Getriebe 2 mit dem Elektromotor 1 verschachtelt angeordnet werden.In the 2 FIG. 3 is a top plan view of the electric motor of FIG 1 shown. It is illustrated here that the coil section 10 and the compensation section 12th together a stator 4th form with a circular ring shape. The figure also shows that the transmission 2 due to the lateral or regional arrangement of the coils 18th in the free space 26th can protrude. This allows the transmission 2 with the electric motor 1 can be nested.

Die 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Aktuator 28 mit einem Elektromotor 1 aus 1. Der Aktuator 28 weist ein hexaedrisch geformtes Gehäuse 30 auf. Das Gehäuse 30 umschließt ein Innenvolumen 32. In dem Innenvolumen 32 des Gehäuses 30 ist der Elektromotor 1 mit dem Getriebe 2 angeordnet.The 3 shows a plan view of an actuator 28 with an electric motor 1 out 1 . The actuator 28 has a hexahedral housing 30th on. The case 30th encloses an interior volume 32 . In the interior volume 32 of the housing 30th is the electric motor 1 with the gearbox 2 arranged.

Das Getriebe 2 ragt hierbei derart in den Elektromotor 1 hinein, dass eine platzsparende Anordnung des Getriebes 2 und des Elektromotors 1 in dem Gehäuse 30 ermöglicht wird.The gear 2 protrudes in this way into the electric motor 1 into that a space-saving arrangement of the transmission 2 and the electric motor 1 in the case 30th is made possible.

Die 4 veranschaulicht in einer schematischen Schnittdarstellung den Elektromotor 1 gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform. Der Rotor 6 weist mehrere Permanentmagneten 7 auf. Die Permanentmagneten 7 können auch als ein ringförmiger Permanentmagnet mit einer Vielzahl an magnetischen Polen ausgestaltet sein. Hierbei ist der Permanentmagnet 7 in Axialrichtung A wirkend ausgeführt.The 4th illustrates the electric motor in a schematic sectional view 1 according to the in 1 embodiment shown. The rotor 6th has several permanent magnets 7th on. The permanent magnets 7th can also be designed as an annular permanent magnet with a large number of magnetic poles. Here is the permanent magnet 7th designed to act in axial direction A.

Die Statorspulen 18 können zum Erzeugen von Magnetfeldern mit Strom beaufschlagt werden, wodurch die Statorspulen 18 mit dem Permanentmagneten 7 wechselwirken können. Da der Rotor 6 in Axialrichtung A von den Statorstrukturen 16 beabstandet ist, können die Statorspulen 18 über die als Spulenkerne ausgestaltete Statorstrukturen 16 auf die bzw. den Permanentmagnet 7 einwirken. Die Pfeile 36 verdeutlichen einen Magnetfluss von den Statorspulen 18 über die Statorstruktur 16 zu dem Permanentmagnet 7.The stator coils 18th can be energized to generate magnetic fields, whereby the stator coils 18th with the permanent magnet 7th can interact. Because the rotor 6th in axial direction A from the stator structures 16 is spaced, the stator coils 18th via the stator structures designed as coil cores 16 on the permanent magnet 7th act. The arrows 36 illustrate a magnetic flux from the stator coils 18th about the stator structure 16 to the permanent magnet 7th .

Des Weiteren wird veranschaulicht, dass der Rotor 6 eine Ausdehnung in Radialrichtung R aufweist, welche im Wesentlichen einer Ausdehnung des Stators 4 in Radialrichtung R entspricht.It is also shown that the rotor 6th has an extension in the radial direction R, which is essentially an extension of the stator 4th in the radial direction R.

In der 5 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Elektromotors 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Im Unterschied zum in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, ist der Rotor 6 in der Radialrichtung R von den Statorstrukturen 16 beabstandet. Insbesondere ist der Rotor 6 im Bereich von axialen Endabschnitten 34 der Statorstrukturen 16 drehbar angeordnet.In the 5 is a schematic sectional view of an electric motor 1 shown according to a further embodiment. In contrast to the in 4th The embodiment shown is the rotor 6th in the radial direction R from the stator structures 16 spaced. In particular is the rotor 6th in the area of axial end sections 34 of the stator structures 16 rotatably arranged.

Der Rotor 6 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Ausdehnung in Radialrichtung R auf, welche geringer als eine Ausdehnung des Stators 4 ist. Hierdurch kann der Rotor 6 von dem Stator 4 und insbesondere von den Statorstrukturen 16, 17 umfangsseitig begrenzt werden.The rotor 6th In the exemplary embodiment shown, it has an expansion in the radial direction R which is less than an expansion of the stator 4th is. This allows the rotor 6th from the stator 4th and in particular the stator structures 16 , 17th be limited on the circumference.

Der mindestens eine Permanentmagnet 7 des Rotors 6 ist hier vorzugsweise radial wirkend ausgestaltet, sodass die durch den Stator 18 erzeugbaren Magnetfeldlinien mit dem Permanentmagneten 7 optimal wechselwirken können. Die entsprechenden Magnetfeldlinien sind schematisch durch Pfeile 38 veranschaulicht.The at least one permanent magnet 7th of the rotor 6th is here preferably designed to act radially, so that the stator 18th generated magnetic field lines with the permanent magnet 7th can interact optimally. The corresponding magnetic field lines are shown schematically by arrows 38 illustrated.

Claims (14)

Elektromotor (1), insbesondere für einen Aktuator (28), aufweisend einen Stator (4) mit mindestens einer Statorspule (18) und aufweisend einen Rotor (6), wobei der Rotor (6) rotationssymmetrisch ausgeführt ist und mindestens einen Permanentmagneten (7) zum Wechselwirken mit der mindestens einen Statorspule (18) aufweist, wobei der Rotor (6) mit einer Welle (8) zum Antreiben eines Getriebes (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) einen Spulenabschnitt (10) mit der mindestens einen Statorspule (18) und einen Ausgleichsabschnitt (12) aufweist, wobei der Spulenabschnitt (10) und der Ausgleichsabschnitt (12) als Kreisringsegmente ausgestaltet und durch Abstandshalter (14) axial voneinander beabstandet sind.Electric motor (1), in particular for an actuator (28), having a stator (4) with at least one stator coil (18) and having a rotor (6), the rotor (6) being rotationally symmetrical and having at least one permanent magnet (7) for interacting with the at least one stator coil (18), the rotor (6) being connected to a shaft (8) for driving a gear (2), characterized in that the stator (4) has a coil section (10) with the has at least one stator coil (18) and a compensating section (12), the coil section (10) and the compensating section (12) being designed as circular ring segments and being axially spaced from one another by spacers (14). Elektromotor nach Anspruch 1, wobei auf dem Spulenabschnitt (10) Statorstrukturen (16, 17) angeordnet sind, welche sich axial von dem Spulenabschnitt (10) erstrecken, wobei mindestens eine Statorstruktur (16) als Statorkern für die mindestens eine Statorspule (18) ausgestaltet ist.Electric motor after Claim 1 wherein stator structures (16, 17) are arranged on the coil section (10) and extend axially from the coil section (10), at least one stator structure (16) being designed as a stator core for the at least one stator coil (18). Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei umfangsseitig voneinander beabstandete Ausgleichsstrukturen (20) auf dem Ausgleichsabschnitt (12) ausgebildet sind, wobei die Ausgleichsstrukturen (20) als axiale Endabschnitte (34) der Statorstrukturen (16, 17) geformt sind.Electric motor after Claim 1 or 2 , wherein circumferentially spaced compensation structures (20) are formed on the compensation section (12), the compensation structures (20) being shaped as axial end sections (34) of the stator structures (16, 17). Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rotor (6) in Axialrichtung (A) von den Statorstrukturen (16, 17) beabstandet ist, wobei der Rotor (6) die Statorstrukturen (16, 17) in einer Radialrichtung (R) zumindest bereichsweise verdeckt.Electric motor according to one of the Claims 1 to 3 , the rotor (6) being spaced apart from the stator structures (16, 17) in the axial direction (A), the rotor (6) concealing the stator structures (16, 17) at least in some areas in a radial direction (R). Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rotor (6) in der Radialrichtung (R) von den Statorstrukturen (16, 17) beabstandet ist und im Bereich der axialen Endabschnitte (34) der Statorstrukturen (16, 17) drehbar angeordnet ist.Electric motor according to one of the Claims 1 to 3 wherein the rotor (6) is spaced apart from the stator structures (16, 17) in the radial direction (R) and is rotatably arranged in the region of the axial end sections (34) of the stator structures (16, 17). Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in Axialrichtung (A) unterhalb des Ausgleichsabschnitts (12) ein Freiraum (26), insbesondere zum Aufnehmen eines Getriebes (2), ausgebildet ist.Electric motor according to one of the Claims 1 to 5 wherein a free space (26), in particular for receiving a gear (2), is formed in the axial direction (A) below the compensating section (12). Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Spulenabschnitt (10) mindestens zwei Statorspulen (18) aufweist, wobei die Statorspulen (18) auf benachbarten Statorstrukturen (16) angebracht sind oder durch mindestens eine Statorstruktur (17) voneinander beabstandet sind.Electric motor according to one of the Claims 1 to 6th wherein the coil section (10) has at least two stator coils (18), the stator coils (18) being attached to adjacent stator structures (16) or being spaced from one another by at least one stator structure (17). Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine Statorspule (18) als eine Luftspule ausgestaltet ist oder um mindestens eine Statorstruktur (16) gewickelt ist.Electric motor according to one of the Claims 1 to 7th , wherein the at least one stator coil (18) is designed as an air-core coil or is wound around at least one stator structure (16). Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Statorstrukturen (16, 17) und/oder der Spulenabschnitt (10) und/oder der Ausgleichsabschnitt (12) als Vollmaterial oder als ein Blechpaket ausgestaltet sind.Electric motor according to one of the Claims 1 to 8th , wherein the stator structures (16, 17) and / or the coil section (10) and / or the compensation section (12) are designed as solid material or as a laminated core. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Rotor (6) mehrere umfangsseitig angeordnete Permanentmagnete (7) oder einen mehrpoligen Permanentmagnet (7) in Form eines Kreisrings aufweist.Electric motor according to one of the Claims 1 to 9 wherein the rotor (6) has a plurality of permanent magnets (7) arranged on the circumference or a multi-pole permanent magnet (7) in the form of a circular ring. Aktuator (28), insbesondere ein elektromechanischer Aktuator, aufweisend einen Elektromotor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (1) in einem Gehäuse (30) angeordnet ist.Actuator (28), in particular an electromechanical actuator, having an electric motor (1) according to one of the preceding claims, wherein the electric motor (1) is arranged in a housing (30). Aktuator nach Anspruch 11, wobei in einem durch einen Ausgleichsabschnitt (12) ausgebildeten Freiraum (26) im Gehäuse (30) ein Getriebe (2) angeordnet ist.Actuator after Claim 11 wherein a gear (2) is arranged in a free space (26) in the housing (30) formed by a compensating section (12). Aktuator nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Getriebe (2) als ein Zahnradgetriebe und/oder als ein Schneckengetriebe ausgestaltet ist.Actuator after Claim 11 or 12th , wherein the transmission (2) is designed as a gear transmission and / or as a worm gear. Expansionsventil, welches durch einen Aktuator (28) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13 betätigbar und/oder regelbar ist.Expansion valve, which by an actuator (28) according to one of the Claims 11 to 13th can be actuated and / or regulated.
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