DE102020125093A1

DE102020125093A1 - actuator drive unit

Info

Publication number: DE102020125093A1
Application number: DE102020125093.2A
Authority: DE
Inventors: Patrick Ruggieri
Original assignee: Schunk Electronic Solutions GmbH
Current assignee: Schunk Electronic Solutions GmbH
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2022-03-31

Abstract

Stellglied-Antriebs-Einheit (10) umfassend ein um eine Stellgliedachse (46) drehbares Stellglied (14), und einen das Stellglied (14) antreibenden elektrischen Motor (12) mit einem Stator (16) und mit einem Rotor (18), wobei der Stator (16) eine Statorachse (34) aufweist und ortsfest angeordnet ist, wobei der Rotor (18) gegenüber dem Stator (16) um eine Rotorachse (38) drehbar angeordnet ist, wobei zum Antreiben des Rotors (18) und der Stellglieds (29) am Stator (16) Spulen (40) und am Rotor (18) entlang einer Kreisbahn (42) angeordnete mit den Spulen (40) zusammenwirkende Magnete (44) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (18) und das Stellglied (14) auf einer gemeinsamen, entlang der Stellgliedachse (46) verlaufenden Welle (29) angeordnet sind, wobei der Rotor (18) und das Stellglied (14) mit der Welle (29) drehfest verbunden sind, sodass der Rotor (18) und das Stellglied (14) über die Welle (29) in wenigstens einer gemeinsamen Lagerstelle (22) drehgelagert sind.

Actuator drive unit (10) comprising an actuator (14) rotatable about an actuator axis (46), and an electric motor (12) driving the actuator (14) and having a stator (16) and a rotor (18), wherein the stator (16) has a stator axis (34) and is arranged in a stationary manner, the rotor (18) being arranged such that it can rotate about a rotor axis (38) relative to the stator (16), with the rotor (18) and the actuator ( 29) coils (40) are provided on the stator (16) and magnets (44) arranged along a circular path (42) on the rotor (18) and interacting with the coils (40) are provided, characterized in that the rotor (18) and the actuator (14) are arranged on a common shaft (29) running along the actuator axis (46), the rotor (18) and the actuator (14) being non-rotatably connected to the shaft (29), so that the rotor (18) and the actuator (14) are rotatably mounted via the shaft (29) in at least one common bearing point (22).

Description

Die Anmeldung betrifft eine Stellglied-Antriebs-Einheit mit einem um eine Stellgliedachse drehbaren Stellglied, und mit einem das Stellglied antreibenden elektrischen Motor, wobei der Motor einen Rotor und einen Stator umfasst. Der Stator weist eine Statorachse auf und ist ortsfest gelagert. Der Rotor ist gegenüber dem Stator um eine Rotorachse drehbar angeordnet. Zum Antreiben des Rotors und der Stellgliedwelle bzw. des Stellglieds sind am Stator Spulen und am Rotor entlang einer Kreisbahn angeordnete, mit den Spulen zusammenwirkende Magnete vorgesehen.The application relates to an actuator drive unit with an actuator that can be rotated about an actuator axis, and with an electric motor that drives the actuator, the motor comprising a rotor and a stator. The stator has a stator axis and is mounted in a stationary manner. The rotor is arranged to be rotatable about a rotor axis relative to the stator. To drive the rotor and the actuator shaft or actuator, coils are provided on the stator and magnets are provided on the rotor along a circular path and interact with the coils.

Aus dem Stand der Technik sind Stellglied-Antriebs-Einheiten bekannt, welche sich im Wesentlichen aus zwei Einheiten zusammensetzen. Eine Einheit umfasst einen elektrischen Motor mit einem Gehäuse, wobei im Gehäuse ein Rotor und ein Stator vorgesehen sind. Der Stator ist ortsfest an dem Gehäuse angeordnet. Der Rotor ist gegenüber dem Gehäuse und dem Stator drehbar im Gehäuse gelagert. Die Statorachse liegt dabei in der Rotorachse. An dem Rotor ist eine im Gehäuse des elektrischen Motors gelagerte Rotorwelle vorgesehen, welche aus dem Gehäuse des elektrischen Motors hinausragt. Eine weitere Einheit umfasst das das an einer Stellgliedwelle angeordnete Stellglied. Die Stellgliedwelle ist an einem Stellgliedgestell gelagert. Zur Verbindung des elektrischen Motors mit dem Stellglied ist zwischen der Rotorwelle und der Stellgliedwelle eine lösbare Kupplung, insbesondere eine Klauenkupplung, vorgesehen. Alternativ kann die Kupplung innerhalb des Gehäuses des elektrischen Motors angeordnet sein. Die Kupplung wird benötigt, um bei einer nicht exakt fluchtend ausgerichteten Montage einen Achsversatz zwischen der Rotorwelle und der Stellgliedwelle auszugleichen. Zudem kann die Kupplung einen Überlastschutz des Motors darstellen.Actuator drive units are known from the prior art, which are essentially composed of two units. A unit comprises an electric motor with a housing, a rotor and a stator being provided in the housing. The stator is stationarily arranged on the housing. The rotor is rotatably mounted in the housing relative to the housing and the stator. The stator axis lies in the rotor axis. A rotor shaft which is mounted in the housing of the electric motor and protrudes from the housing of the electric motor is provided on the rotor. Another unit includes the actuator arranged on an actuator shaft. The actuator shaft is mounted on an actuator frame. To connect the electric motor to the actuator, a releasable coupling, in particular a claw coupling, is provided between the rotor shaft and the actuator shaft. Alternatively, the clutch can be arranged within the housing of the electric motor. The coupling is required to compensate for an axial offset between the rotor shaft and the actuator shaft if the assembly is not exactly aligned. In addition, the clutch can provide overload protection for the motor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber aus dem Stand der Technik bekannte verbesserte Stellglied-Antriebs-Einheit bereitzustellen.The object of the invention is to provide an actuator drive unit that is improved over that known from the prior art.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Folglich sind der Rotor und das Stellglied auf einer gemeinsamen, entlang der Stellgliedachse verlaufenden Welle angeordnet, sodass sowohl der Rotor als auch das Stellglied über die in wenigstens einer gemeinsamen Lagerstelle drehgelagert sind. Der Rotor und das Stellglied sind zumindest drehfest mit Welle verbunden. Es ist auch möglich, dass der Rotor sowohl drehfest als auch in axialer Richtung fest an der Stellgliedwelle angeordnet ist. Somit sind der Rotor und das Stellglied kupplungsfrei miteinander über die Welle verbunden. Die Rotorwelle und die Stellgliedwelle werden gemäß der Erfindung durch eine Welle, die insbesondere aus einem Bauteil besteht, gebildet bzw. ersetzt. Die gemeinsame Lagerstelle der Welle, und damit von Rotor und Stellglied, kann eine radiale Lagerung des Rotors und des Stellglieds vorsehen, wobei voraussichtlich der Rotor und das Stellglied sämtliche Lagerungen der Welle gemeinsam aufweisen.The object is achieved by an object having the features of claim 1. Consequently, the rotor and the actuator are arranged on a common shaft running along the axis of the actuator, so that both the rotor and the actuator are rotatably mounted in at least one common bearing point. The rotor and the actuator are at least non-rotatably connected to the shaft. It is also possible for the rotor to be arranged on the actuator shaft in a rotationally fixed manner as well as in a fixed manner in the axial direction. The rotor and the actuator are thus connected to one another via the shaft without a coupling. According to the invention, the rotor shaft and the actuator shaft are formed or replaced by a shaft, which consists in particular of one component. The common bearing point of the shaft, and thus of the rotor and the actuator, can provide for a radial bearing of the rotor and the actuator, with the rotor and the actuator probably having all the bearings of the shaft in common.

Somit weist die Stellglied-Antriebs-Einheit weniger Bauteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Im Stand der Technik sind die Stellgliedwelle und die Rotorwelle voneinander getrennte und über eine Kupplung miteinander verbundene Bauteile, die jeweils separate Lagerungen aufweisen. Es werden durch die Anordnung des Rotors an der Stellgliedwelle und den gemeinsamen Lagerstellen neben den Lagerungen auch die Kupplung zwischen der Rotorwelle und der Stellgliedwelle eingespart. Damit kann die Einheit hinsichtlich Bauraum und Gewicht reduziert werden. Aufgrund der Anordnung des Rotors an der Stellgliedwelle ist ein einfacher Aufbau der Einheit realisiert. Zudem gibt es keine kennlinienabhängige Kraftbegrenzung durch eine zwischengeschaltete Kupplung, so wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Insgesamt ist die erfindungsgemäße Einheit günstiger herzustellen.Thus, the actuator drive unit has fewer components compared to the prior art. In the prior art, the actuator shaft and the rotor shaft are separate components which are connected to one another via a coupling and each have separate bearings. The arrangement of the rotor on the actuator shaft and the common bearing points saves not only the bearings but also the coupling between the rotor shaft and the actuator shaft. The unit can thus be reduced in terms of space and weight. Due to the arrangement of the rotor on the actuator shaft, a simple construction of the unit is realized. In addition, there is no characteristic-dependent force limitation by means of an interposed clutch, as is known from the prior art. Overall, the unit according to the invention is cheaper to manufacture.

Vorteilhafterweise ist die Welle als durchgängige Welle ausgebildet, wobei insbesondere der Rotor und das Stellglied auf einem gemeinsamen Wellenabschnitt der Welle vorgesehen sind. Folglich ist eine einfache Fertigung und eine möglichst verlustfreie Leistungsübertragung zwischen dem elektrischen Motor und dem Stellglied möglich.The shaft is advantageously designed as a continuous shaft, with the rotor and the actuator in particular being provided on a common shaft section of the shaft. As a result, simple production and power transmission between the electric motor and the actuator with as little loss as possible is possible.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn der Motor als Kurschlussläufer- oder als Schleifringläufer-, insbesondere als Scheibenläufermotor ausgebildet ist. Dabei ist der Rotor als Scheibe ausgebildet und weist auf der Kreisbahn angeordnete Magnete, insbesondere Permanentmagnete, auf. Dabei können die Magnete auf einer der beiden in Axialrichtung weisenden Seite der Scheibe angeordnet sein, sodass das Magnetfeld parallel zur Rotorachse verläuft, oder auf der Umfangsfläche der Scheibe angeordnet sein. Alternativ können die Spulen am Scheibenläufer bzw. Rotor und die Magnete am Stator angeordnet sein, wobei in diesem Fall Bürsten zur Stromführung auf den Rotor erforderlich sind. Es ist alternativ denkbar, dass andere elektrische Motoren Verwendung finden, welche einen Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator vorsehen. Beispielsweise kann der Motor als Innenläufermotor ausgebildet sein, wobei der Rotor innerhalb des Stators angeordnet ist. Dabei können Fluchtungsfehler in der Dimension des Luftspalts ausgeglichen werden.It is also advantageous if the motor is designed as a squirrel-cage rotor or as a slip-ring rotor, in particular as a disk rotor motor. The rotor is designed as a disk and has magnets, in particular permanent magnets, arranged on the circular path. The magnets can be arranged on one of the two sides of the disk pointing in the axial direction, so that the magnetic field runs parallel to the rotor axis, or they can be arranged on the peripheral surface of the disk. Alternatively, the coils can be arranged on the disc rotor or rotor and the magnets can be arranged on the stator, in which case brushes are required to carry current to the rotor. It is alternatively conceivable that other electric motors are used which provide an air gap between the rotor and the stator. For example, the motor can be designed as an internal rotor motor, with the rotor being arranged inside the stator. Misalignments in the dimensions of the air gap can be compensated for.

Ferner kann ein Stellgliedgestell vorgesehen sein, wobei die Lagerstellen der Welle am Stellgliedgestell angeordnet sind. Folglich können der Rotor und das Stellglied über die Welle im Stellgliedgestell gelagert sein. Das Stellgliedgestell kann gehäuseartig oder auch rahmenartig ausgebildet sein und zwei parallel zueinander angeordnete gegenüberliegende Seiten aufweisen. Die Lagerstellen können an den gegenüberliegenden Seiten des Stellgliedgestells angeordnet sein. Die Welle kann zudem an einer oder an beiden Seiten das Stellgliedgestell überragen.Furthermore, an actuator frame can be provided, the bearing points of the shaft on the actuator frame are arranged. Consequently, the rotor and the actuator can be supported in the actuator frame via the shaft. The actuator frame can be designed in the manner of a housing or else in the manner of a frame and can have two opposite sides arranged parallel to one another. The bearing locations may be located on opposite sides of the actuator frame. The shaft can also protrude beyond the actuator frame on one or both sides.

Ferner kann der Stator in einem Statorgehäuse angeordnet sein. Das Statorgehäuse weist einseitig eine Öffnung zur Aufnahme des Rotors auf. Zudem ist das Stellgliedgestell vorteilhafterweise lösbar, insbesondere durch Schrauben oder Magnete, am Statorgehäuse anordenbar. Insbesondere zu Wartungszwecken ist es folglich nur erforderlich, das Statorgehäuse vom Stellgliedgestell zu lösen, um Arbeiten am Rotor oder am Stator vorzunehmen, da das Statorgehäuse eine Öffnung aufweist und der Rotor sowie der Stator nach Demontage des Statorgehäuses freiliegt. Zudem bewirkt die Anordnung des Rotors am Stellgliedgestell und die Anordnung des Stators im Statorgehäuse eine einfachere Abdichtung, indem beispielsweise ein nicht magnetisches Blech zwischen dem Rotor und dem Stator, insbesondere in einem Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator, angeordnet werden kann.Furthermore, the stator can be arranged in a stator housing. The stator housing has an opening on one side for receiving the rotor. In addition, the actuator frame can advantageously be arranged in a detachable manner, in particular by means of screws or magnets, on the stator housing. For maintenance purposes in particular, it is consequently only necessary to detach the stator housing from the actuator frame in order to carry out work on the rotor or the stator, since the stator housing has an opening and the rotor and the stator are exposed after the stator housing has been dismantled. In addition, the arrangement of the rotor on the actuator frame and the arrangement of the stator in the stator housing results in simpler sealing, for example by a non-magnetic sheet metal being able to be arranged between the rotor and the stator, in particular in an air gap between the rotor and the stator.

Es ist denkbar, dass zwischen dem Rotor und dem Stator ein ausreichend großer Luftspalt vorgesehen ist. Dadurch kann das Statorgehäuse (36) am Stellgliedgestell (20) derart angeordnet werden, dass die Statorachse (34) und die Rotorachse (38) einen Achsversatz (48) zueinander aufweisen. Dabei können die Rotorachse und die Statorachse parallel oder windschief zueinander angeordnet sein. Trotz des Achsversatzes kann das Stellglied fehlerfrei und stabil vom elektrischen Motor angetrieben werden. Dabei kann der Ausgleich von Fluchtungsfehlern insbesondere durch den Luftspalt zwischen Stator und Rotor begünstigt werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass kein Achsversatz zwischen Rotorachse und Statorachse vorliegt. Jedoch ist die Stellglied-Antriebs-Einheit derart ausgebildet, dass ein Achsversatz fehlerfrei im Betrieb möglich ist. Folglich ist die Montage des Statorgehäuses und des Stellgliedgestells vereinfacht durchführbar, da keine exakte Ausrichtung des Statorgehäuses am Stellgliedgestell notwendig ist. Es ist vielmehr ausreichend, dass die Ausrichtung des Statorgehäuses am Stellgliedgestell innerhalb eines vorgegebenen Bereichs erfolgen kann. Im Gegensatz dazu muss im Stand der Technik für einen stabilen Betrieb der elektrische Motor, also Rotor und Stator, fluchtend ausgerichtet werden und zwischen Rotorwelle und Stellgliedwelle eine Kupplung vorgesehen sein. Auf eine derart exakte Ausrichtung und auf die Kupplung kann verzichtet werden.It is conceivable that a sufficiently large air gap is provided between the rotor and the stator. As a result, the stator housing (36) can be arranged on the actuator frame (20) in such a way that the stator axis (34) and the rotor axis (38) have an axial offset (48) relative to one another. The rotor axis and the stator axis can be arranged parallel or skewed to each other. Despite the axis offset, the actuator can be driven correctly and stably by the electric motor. The compensation of misalignments can be promoted in particular by the air gap between the stator and the rotor. It is also conceivable that there is no axis offset between the rotor axis and the stator axis. However, the actuator drive unit is designed in such a way that an axis offset is possible without errors during operation. Consequently, the assembly of the stator housing and the actuator frame can be carried out in a simplified manner, since the stator housing does not have to be precisely aligned on the actuator frame. Rather, it is sufficient that the alignment of the stator housing on the actuator frame can take place within a predetermined range. In contrast to this, in the prior art, for stable operation, the electric motor, ie the rotor and stator, must be aligned in alignment and a coupling must be provided between the rotor shaft and the actuator shaft. Such an exact alignment and the coupling can be dispensed with.

Ferner ist vorteilhaft, wenn die Stellglied-Antriebs-Einheit dazu geeignet ist, dass der elektrische Motor das Stellglied trotz eines Achsversatzes bis zu 5 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 1 mm und 5 mm, zwischen der Rotorachse und der Statorachse fehlerfrei und stabil antreiben kann. Nachteilig kommt es zu einem geringen Kraftverlust, jedoch werden durch die magnetische Kopplung zwischen Rotor und Stator bei einem Achsversatz nur geringe Belastungen auf die Lager ausgeübt. Der genannte Wertebereich stellt zudem einen Toleranzbereich für die Montage des Statorgehäuses am Stellgliedgestell dar, sodass eine einfache und schnelle Montage realisiert werden kann.It is also advantageous if the actuator drive unit is suitable for the electric motor to drive the actuator correctly and stably despite an axis offset of up to 5 mm, in particular in a range between 1 mm and 5 mm, between the rotor axis and the stator axis can. Disadvantageously, there is a small loss of power, but due to the magnetic coupling between the rotor and stator, only small loads are exerted on the bearings in the event of an axis offset. The value range mentioned also represents a tolerance range for the assembly of the stator housing on the actuator frame, so that simple and quick assembly can be implemented.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Rotor an einem freien Ende der Welle angeordnet ist. Der Rotor kann mit der Welle ein Bauteil bilden oder auf die Stellgliedwelle aufgesetzt, insbesondere aufgeschrumpft, aufgepresst oder verschraubt, werden. Ferner ist denkbar, dass der Rotor in einer anderen Weise an die Welle angeordnet ist. Selbst eine Verbindung über eine Kupplung ist denkbar, wobei diese im Gegensatz zum Stand der Technik zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern nicht erforderlich ist.It has proven to be advantageous that the rotor is arranged at a free end of the shaft. The rotor can form a component with the shaft or can be placed on the actuator shaft, in particular shrunk on, pressed on or screwed. It is also conceivable that the rotor is arranged on the shaft in a different way. Even a connection via a coupling is conceivable, although in contrast to the prior art this is not required to compensate for misalignments.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Stellglied als eine Klappe ausgebildet ist oder eine Klappe aufweist. Die Klappe ist durch den elektrischen Motor zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verschwenkbar. Die Anordnung der Klappe an der Welle kann insbesondere zum Ausbilden einer Weiche vorgesehen sein. Dabei kommen die Vorteile eines Scheibenläufermotors zur Geltung, da hohe Drehmomente bei geringer Drehzahl erforderlich sein können.It is also advantageous if the actuator is designed as a flap or has a flap. The flap can be pivoted between an open position and a closed position by the electric motor. The arrangement of the flap on the shaft can be provided in particular to form a switch. This is where the advantages of a disc motor come into play, since high torques can be required at low speeds.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer eine in den Figuren dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.Further details and advantageous configurations of the invention can be found in the following description, on the basis of which an embodiment of the invention shown in the figures is described and explained in more detail.

Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Stellglied-Antriebs-Einheit;
2 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Stellglied-Antriebs-Einheit;
2A eine schematische Schnittdarstellung des elektrischen Motors der Stellglied-Antriebs-Einheit gemäß 2, wobei die Rotorachse und die Statorachse einen Achsversatz aufweisen;
3 eine schematische Explosionsansicht des Statorgehäuses und des an dem Stellgliedgestell angeordneten Rotors gemäß der Einheit der 2; und
4 eine schematische Explosionsansicht des Statorgehäuses und des Rotors gemäß der Einheit der 2.

Show it:

1 a schematic sectional view of an actuator drive unit known from the prior art;
2 a schematic sectional view of an actuator drive unit according to the invention;
2A a schematic sectional view of the electric motor of the actuator drive unit according to 2 , wherein the rotor axis and the stator axis have an axis offset;
3 Fig. 12 is a schematic exploded view of the stator housing and the rotor mounted on the actuator frame according to the unit of Fig 2 ; and
4 FIG. 12 is a schematic exploded view of the stator housing and the rotor according to the unit of FIG 2 .

In 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Stellglied-Antriebs-Einheit 10 gezeigt. Die Stellglied-Antriebs-Einheit 10 umfasst einen elektrischen Motor 12 und ein Stellglied 14. Der elektrische Motor 12 umfasst einen Stator 16 und einen Rotor 18. Das Stellglied 14 ist als eine verstellbare Klappe mit einem Flügel 26 ausgebildet und an einer Stellgliedwelle 28 angeordnet. Der Rotor 18 ist an einer Rotorwelle 30 angeordnet. Die Stellgliedwelle 28 und die Rotorwelle 30 sind als separate und voneinander getrennte Bauteile ausgebildet und über eine Kupplung 32 miteinander drehfest zur Übertragung von Drehmoment verbunden. Die Kupplung 32 ist zum Ausgleich eines Achsversatzes zwischen einer Stellgliedachse 46 und einer Statorachse 34 bzw. Rotorachse 38 notwendig und bewirkt eine kennlinienabhängige Kraftbegrenzung der Stellglied-Antriebs-Einheit 10. Die Stellgliedwelle 14 ist in einem Stellgliedgestell 20 drehbar an einer dem Motor 12 zugewandten Lagerstelle 22 und einem dem Motor 12 abgewandten Lagerstelle 24 gelagert. Die Rotorwelle 30 ist in einem Statorgehäuse 36 drehbar gelagert, wobei für die Rotorwelle 30 eine dem Stellglied 14 abgewandte Lagerstelle 31 und einem dem Stellglied 14 zugewandte Lagerstelle 33 vorgesehen ist. Die Rotorwelle 30 und die Stellgliedwelle 28 weisen keine gemeinsamen Lagerstellen auf, da unter anderem die Rotorwelle 30 und die Stellgliedwelle 28 zwei unterschiedlichen Einheiten zuordenbar sind.In 1 An actuator drive unit 10 known in the prior art is shown. The actuator drive unit 10 includes an electric motor 12 and an actuator 14. The electric motor 12 includes a stator 16 and a rotor 18. The actuator 14 is designed as an adjustable flap with a wing 26 and is arranged on an actuator shaft 28. The rotor 18 is arranged on a rotor shaft 30 . The actuator shaft 28 and the rotor shaft 30 are designed as separate components that are separate from one another and are connected to one another in a torque-proof manner via a clutch 32 in order to transmit torque. The coupling 32 is necessary to compensate for an axial offset between an actuator axis 46 and a stator axis 34 or rotor axis 38 and causes a characteristic-dependent force limitation of the actuator drive unit 10. The actuator shaft 14 can be rotated in an actuator frame 20 at a bearing point facing the motor 12 22 and a bearing point 24 facing away from the motor 12 . The rotor shaft 30 is rotatably mounted in a stator housing 36 , a bearing point 31 facing away from the actuator 14 and a bearing point 33 facing the actuator 14 being provided for the rotor shaft 30 . The rotor shaft 30 and the actuator shaft 28 do not have any common bearing points since, among other things, the rotor shaft 30 and the actuator shaft 28 can be assigned to two different units.

Die 2 bis 4 zeigen eine erfindungsgemäße Stellglied-Antriebs-Einheit 10 mit einem elektrischen Motor 12 und einem Stellglied 14. In den 2 bis 4 sind Bauteile, die den Bauteilen der in der 1 gezeigten Stellglied-Antriebs-Einheit 10 entsprechen, mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Der elektrische Motor 12 umfasst einen Stator 16 und einen Rotor 18. Der Stator 16 weist eine Statorachse 34 auf und ist ortsfest in einem Statorgehäuse 36 angeordnet. Der Rotor 18 ist gegenüber dem Stator 16 um eine Rotorachse 38 drehbar angeordnet. Zum Antreiben des Rotors 18 sind am Stator 16 Spulen 40 und am Rotor 18 entlang einer Kreisbahn 42 angeordnete mit den Spulen 40 zusammenwirkende Magnete 44 vorgesehen. Die Magnete 44 sind auf der Kreisbahn 42 derart angeordnet, dass sich entlang der Kreisbahn 42 abwechselnd ein Nordpol und ein Südpol ausbildet. Das Stellglied 14 ist um eine Stellgliedachse 46 drehbar angeordnet.the 2 until 4 show an inventive actuator drive unit 10 with an electric motor 12 and an actuator 14. In the 2 until 4 are components that correspond to the components in the 1 shown actuator-drive unit 10 correspond, marked with corresponding reference numerals. The electric motor 12 comprises a stator 16 and a rotor 18. The stator 16 has a stator axis 34 and is arranged in a stationary manner in a stator housing 36. The rotor 18 is arranged to be rotatable about a rotor axis 38 relative to the stator 16 . To drive the rotor 18 , coils 40 are provided on the stator 16 and magnets 44 are provided on the rotor 18 along a circular path 42 and interact with the coils 40 . The magnets 44 are arranged on the circular path 42 in such a way that a north pole and a south pole are formed alternately along the circular path 42 . The actuator 14 is arranged to be rotatable about an actuator axis 46 .

Das Stellglied 14 und der Rotor 18 sind an einer gemeinsamen Welle 29 angeordnet und mit der Welle 29 drehfest verbunden, wobei diese vom elektrischen Motor 12 angetrieben werden kann. Der Rotor 18 ist fest an einem freien Ende 52 der Welle 29 angeordnet. Das Stellglied ist entlang Bereichs der Welle 29 zwischen den freien Enden 52 der Welle 29 angeordnet. Anders als bei der in der 1 gezeigten Stellglied-Antriebs-Einheit 10 sind folglich das Stellglied 14 und der Rotor 18 über die Welle 29 gemeinsam an den Lagerstellen 22, 24 gelagert. Es zeigt sich, dass der Rotor 18 und das Stellglied 14 nicht an separaten Lagerstellen gelagert sind. Ferner ist zwischen dem Stellglied 14 und dem Rotor 18 keine Kupplung angeordnet, da das Stellglied 14 und der Rotor 18 an der durchgängig ausgebildeten Welle 29 angeordnet sind. Somit sind zum Antreiben des Stellglieds 14 weniger als gemäß dem Stand der Technik notwendige Bauteile erforderlich. Außerdem kann sowohl Bauraum als auch Baugewicht eingespart werden.The actuator 14 and the rotor 18 are arranged on a common shaft 29 and are non-rotatably connected to the shaft 29 , which can be driven by the electric motor 12 . The rotor 18 is fixedly arranged at a free end 52 of the shaft 29 . The actuator is positioned along portions of the shaft 29 between the free ends 52 of the shaft 29 . Unlike the one in the 1 As a result, the actuator drive unit 10 shown, the actuator 14 and the rotor 18 are mounted together on the bearing points 22, 24 via the shaft 29. It can be seen that the rotor 18 and the actuator 14 are not mounted on separate bearing points. Furthermore, no clutch is arranged between the actuator 14 and the rotor 18 since the actuator 14 and the rotor 18 are arranged on the continuous shaft 29 . Thus, fewer components are required to drive actuator 14 than are required in the prior art. In addition, both space and weight can be saved.

Die Welle 29 ist als durchgängige Welle ausgebildet und erstreckt sich von der Lagerstelle 24 zur Lagerstelle 22. Der Rotor 16 und das Stellglied 14 weisen folglich gemeinsame Lagerstellen 22, 24 auf. Zudem überragt die Welle 29 das Stellgliedgestell 20 an der Lagerstelle 24 sowie an der Lagerstelle 22. Ferner weist die Welle 29 jeweils zwei freie Enden 52 auf, wobei an einem freien Ende 52 der Welle 29 der Rotor 18 angeordnet ist. Die Welle 29 umfasst jeweils einen Wellenabsatz 56 im Bereich der Lagerstellen 22, 24, wobei die Welle 29 trotzdem als eine durchgängige Welle 29 mit einem Wellenabschnitt anzusehen ist.The shaft 29 is designed as a continuous shaft and extends from the bearing point 24 to the bearing point 22. The rotor 16 and the actuator 14 consequently have common bearing points 22, 24. In addition, the shaft 29 protrudes beyond the actuator frame 20 at the bearing point 24 and at the bearing point 22. The shaft 29 also has two free ends 52, with the rotor 18 being arranged at a free end 52 of the shaft 29. The shaft 29 includes a shaft shoulder 56 in the area of the bearing points 22, 24, the shaft 29 nevertheless being to be regarded as a continuous shaft 29 with a shaft section.

Die Lagerstellen 22, 24 der Welle 29 sind im Stellgliedgestell 20 vorgesehen. Das Stellgliedgestell 20 umfasst zwei sich gegenüberliegende Seiten 21, welche einen zwischen den Seiten 21 angeordneten Pfad 25 begrenzen. Das als Klappe ausgebildete Stellglied 14 umfasst einen Flügel 26, welcher zum Öffnen und zum Schließen des Pfades 25 im Stellgliedgestell 20 ausgebildet ist. Dabei kann die Klappe durch den elektrischen Motor 12 in eine Öffnungsstellung und eine Schließstellung gebracht werden.The bearing points 22, 24 of the shaft 29 are provided in the actuator frame 20. Actuator frame 20 includes two opposing sides 21 defining a path 25 disposed between sides 21 . The actuator 14 designed as a flap comprises a wing 26 which is designed to open and close the path 25 in the actuator frame 20 . The flap can be brought into an open position and a closed position by the electric motor 12 .

Zur Montage des elektrischen Motors 12 wird der Stator 16 mit dem Statorgehäuse 36 am Stellgliedgestell 20 angeordnet. Das Stellgliedgestell 20 weist Löcher auf, in die Schrauben oder Stifte des Statorgehäuses 36 eingreifen können. Es ist ebenfalls denkbar, dass am Statorgehäuse 36 Magnete zum Befestigen des Statorgehäuses 36 am Stellgliedgestell 20 vorgesehen sind. Eine erhöhte Flexibilität bei der Montage des Statorgehäuses 36 am Stellgliedgestell 20 ergibt sich dadurch, dass die Rotorachse 38 zur Statorachse 34 einen in 2A dargestellten Achsversatz 48 aufweisen kann. Folglich genügt bei der Montage eine grobe Ausrichtung des Statorgehäuses 36 am Stellgliedgestell 20 aus. Durch den Luftspalt 50 zwischen dem Stator 16 bzw. der Statorachse 34 und dem Rotor 18 bzw. der Rotorachse 38 können Fluchtungsfehler zwischen beiden ausgeglichen werden. Zudem reduziert sich bei einem Achsversatz 48 durch die magnetische Kopplung zwischen Rotor 18 und Stator 16 die Belastung auf die Lager. Ein stabiler Betrieb des elektrischen Motors 12 ist bei einem Achsversatz 48 möglich, welcher bis zu 1/3 der Magnetlänge, insbesondere bis zu 5 mm entspricht, wobei die Magnetlänge der radialen Erstreckung der Magnete entspricht. Zur Reparatur oder Wartungszwecken des Motors 12 muss nur das Statorgehäuse 36 demontiert werden, da dadurch der Rotor 18 und der Stator 16 freigelegt wird. Folglich kann ein Arbeitsschritt gegenüber dem Stand der Technik bei der Montage bzw. Demontage eingespart werden.To assemble the electric motor 12 , the stator 16 with the stator housing 36 is arranged on the actuator frame 20 . The actuator frame 20 has holes for engagement with screws or pins of the stator housing 36 . It is also conceivable that magnets for fastening the stator housing 36 to the actuator frame 20 are provided on the stator housing 36 . Increased flexibility when mounting the stator housing 36 on the actuator frame 20 results from the fact that the rotor axis 38 has an in 2A shown offset 48 may have. follow Lich sufficient during assembly a rough alignment of the stator housing 36 on the actuator frame 20 from. The air gap 50 between the stator 16 or the stator axis 34 and the rotor 18 or the rotor axis 38 can compensate for misalignments between the two. In addition, the load on the bearings is reduced in the event of an axis offset 48 due to the magnetic coupling between the rotor 18 and the stator 16 . Stable operation of the electric motor 12 is possible with an axis offset 48 which corresponds to up to 1/3 of the magnet length, in particular up to 5 mm, with the magnet length corresponding to the radial extent of the magnets. For repair or maintenance purposes of the motor 12, only the stator housing 36 has to be dismantled, as this exposes the rotor 18 and the stator 16. Consequently, one work step can be saved compared to the prior art during assembly or disassembly.

In der 2 ist das Statorgehäuse 36 derart am Stellgliedgestell 20 angeordnet, dass die Statorachse 34 in der Rotorachse 38 liegt. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform liegt die Rotorachse 38 ebenfalls in der Stellgliedachse 46, da das Stellglied 14 und der Rotor 18 jeweils unmittelbar und kupplungsfrei an einem freien Ende 52 der Welle 29 angeordnet sind.In the 2 the stator housing 36 is arranged on the actuator frame 20 in such a way that the stator axis 34 lies in the rotor axis 38 . At the in 2 shown embodiment, the rotor axis 38 is also in the actuator axis 46, since the actuator 14 and the rotor 18 are each arranged directly and without coupling at a free end 52 of the shaft 29.

Zur Verdeutlichung eines möglichen Achsversatzes 48 zeigt 2A eine Detailansicht der in 2 dargestellten Stellglied-Antriebs-Einheit 100, wobei unter anderem das Statorgehäuse 36 mit dem Stator 16 und der Rotor 18 ersichtlich sind. Im Gegensatz zur 2 ist in 2A ein Achsversatz 48 zwischen der Statorachse 34 und der Rotorachse 38 vorgesehen. Neben einem Achsversatz 48 ist ebenfalls denkbar, dass die Statorachse 34 und Rotorachse 38 unter einem Winkel und/oder windschief zueinander angeordnet sind.To illustrate a possible axis offset 48 shows 2A a detailed view of the in 2 Actuator-drive unit 100 shown, wherein, among other things, the stator housing 36 with the stator 16 and the rotor 18 can be seen. In contrast to 2 is in 2A an axis offset 48 between the stator axis 34 and the rotor axis 38 is provided. In addition to an axis offset 48, it is also conceivable for the stator axis 34 and rotor axis 38 to be arranged at an angle and/or skewed to one another.

In 2 und 4 ist ersichtlich, dass das Statorgehäuse 36 eine Ausnehmung 37 zur Aufnahme des Rotors 18 aufweist. Die Ausnehmung 37 ist derart ausgebildet, dass das Statorgehäuse 36 nur innerhalb der Montagetoleranz am Stellgliedgestell 20 montiert werden kann, indem zwei parallel zur Rotorachse 38 am Statorgehäuses 36 angeordnete Anschläge 39 die senkrecht zur Rotorachse orientierte Ausrichtung des Statorgehäuses 36 hinsichtlich des Rotors 18 limitieren.In 2 and 4 it can be seen that the stator housing 36 has a recess 37 for receiving the rotor 18 . The recess 37 is designed in such a way that the stator housing 36 can only be mounted on the actuator frame 20 within the assembly tolerance by two stops 39 arranged parallel to the rotor axis 38 on the stator housing 36 limiting the orientation of the stator housing 36 perpendicular to the rotor axis with respect to the rotor 18.

Wie in den 3 und 4 zu sehen, ist zum einen die Sicht auf den Rotor 18 und die Sicht in das Statorgehäuse 36 möglich. In 3 ist gezeigt, dass der Rotor 18 unmittelbar an das freie Ende 52 der Welle 29 anschließt, sodass die Welle 29 hier verdeckt wird. Durch das Anordnen des Rotors 18 an der Welle 29 ergibt sich eine geringe Verbreiterung des Stellgliedgestells 20, wobei zumindest in dieser Ausführungsform der Rotor 18 zum Stellgliedgestell 20 zugeordnet werden kann. Das Statorgehäuse 36 ist derart ausgebildet, dass dieses unmittelbar an das Stellgliedgestell 20 angeordnet werden kann. Zudem sind die Verbindungselemente bzw. das Statorgehäuse 36 derart ausgebildet, dass ein Luftspalt 50 zwischen dem Rotor 18 und dem Stator 16 verbleibt. Trotz des Luftspaltes 50 ist das Antreiben des Rotors bzw. der Welle 29 und des Stellglieds 14 möglich. Aufgrund der Ausbildung des elektrischen Motors 12 als Scheibenläufermotor 12 können somit Fluchtungsfehler beim Anordnen des Stators 16 am Rotor 18 ausgeglichen werden.As in the 3 and 4 can be seen, on the one hand the view of the rotor 18 and the view of the stator housing 36 is possible. In 3 is shown that the rotor 18 is directly connected to the free end 52 of the shaft 29, so that the shaft 29 is covered here. Arranging the rotor 18 on the shaft 29 results in a slight widening of the actuator frame 20, with the rotor 18 being able to be assigned to the actuator frame 20 at least in this embodiment. The stator housing 36 is designed in such a way that it can be arranged directly on the actuator frame 20 . In addition, the connecting elements or the stator housing 36 are designed in such a way that an air gap 50 remains between the rotor 18 and the stator 16 . Despite the air gap 50, it is possible to drive the rotor or the shaft 29 and the actuator 14. Due to the design of the electric motor 12 as a pancake motor 12, misalignments when arranging the stator 16 on the rotor 18 can thus be compensated.

In 4 ist der Blick in das Statorgehäuse 36 mit dem Stator 16 möglich. Es ist zu erkennen, dass die Spulen 40 ebenfalls entlang einer Kreisbahn 42 angeordnet sind. Ferner sind Magnetfeldelemente 54 vorgesehen, um das durch die Spulen 40 ausgebildete Magnetfeld auszurichten bzw. gezielt in Richtung des Rotors 18 zu richten.In 4 the view into the stator housing 36 with the stator 16 is possible. It can be seen that the coils 40 are also arranged along a circular path 42 . Furthermore, magnetic field elements 54 are provided in order to align the magnetic field formed by the coils 40 or to direct it in a targeted manner in the direction of the rotor 18 .

Claims

Actuator drive unit (10) comprising an actuator (14) rotatable about an actuator axis (46), and an electric motor (12) driving the actuator (14) and having a stator (16) and a rotor (18), wherein the stator (16) has a stator axis (34) and is arranged in a stationary manner, the rotor (18) being arranged such that it can rotate about a rotor axis (38) relative to the stator (16), the rotor (18) and thus the actuator being driven (29) coils (40) are provided on the stator (16) and magnets (44) arranged along a circular path (42) and interacting with the coils (40) are provided on the rotor (18), characterized in that the rotor (18) and the actuator (14) are arranged on a common shaft (29) running along the actuator axis (46), the rotor (18) and the actuator (14) being non-rotatably connected to the shaft (29) so that the rotor (18) and the actuator (14) is rotatably mounted on the shaft (29) in at least one common bearing point (22) s ind.

unit (10) after claim 1 , characterized in that the shaft (29) is designed as a continuous shaft (29).

unit (10) after claim 1 or 2 , characterized in that the motor (12) is designed as a squirrel-cage rotor or as a slip-ring rotor, in particular as a pancake motor.

unit (10) after claim 1 , 2 or 3 , characterized in that an actuator ge Stell (20) is provided and that the bearing points (22, 24) of the shaft (29) are arranged on the actuator frame (20).

unit (10) after claim 4 , characterized in that the stator (16) is arranged in a stator housing (36) which can be detachably arranged on the actuator frame (20).

unit (10) after claim 3 or 4 , characterized in that a sufficiently large air gap is provided between the rotor and the stator in such a way that the stator housing (36) can be arranged on the actuator frame (20) in such a way that the stator axis (34) and the rotor axis (38) have an axial offset (48 ) to each other.

unit (10) after claim 6 , characterized in that the unit (10) is designed such that the motor (12) can drive the actuator (14) safely, the axial offset (48) having a value of up to 1/3 of the radial extent of the Magnets (44) corresponding magnet length, in particular in a range between 1 mm and 5 mm.

unit (10) after claim 6 or 7 , characterized in that a sealing element, in particular a non-magnetic sealing plate, is provided between the rotor and the stator, in particular in the air gap between the rotor and the stator, for sealing the stator housing and/or the rotor.

Unit (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the rotor (18) is arranged at a free end (52) of the shaft (29).

A unit (10) as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the actuator (14) is arranged on the shaft (29) along the axial extent of the shaft (29).

Unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (14) is designed as a flap or with a flap comprising a wing (26), the flap being pivotable with the motor (12) between an open position and a closed position is.