DE102020202194A1

DE102020202194A1 - Elektromotorbremse

Info

Publication number: DE102020202194A1
Application number: DE102020202194.5A
Authority: DE
Inventors: Stijn Goossens
Original assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-08-20
Also published as: CN111600428A; US11025133B2; US20200266682A1

Abstract

Ein Elektromotor einschließlich eines Rotors, eines benachbart zum Rotor angeordneten Stators und eines Bremsmechanismus. Der Stator ist ausgebildet, eine Drehbewegung des Rotors während des Betriebes des Elektromotors zu bewirken, und der Bremsmechanismus ist ausgebildet, selektiv eine stationäre Drehlage des Rotors gegen eine von einer äußeren Quelle ausgeübten Kraft zu halten.

Description

GEBIET
Der hier beschriebene Gegenstand der Ausführungsbeispiele ist auf einen Elektromotor gerichtet und insbesondere auf einem Elektromotor, der eine integrierte Bremse aufweist, die ausgebildet ist, eine stationäre Position des Rotors zu halten.
HINTERGRUND
Elektrische Motoren bzw. Elektromotoren werden in Anwendungen über viele Industrien, einschließlich der Automobil-, Luft-und Raumfahrt-, Verbraucher-, Medizinanwendungen, industrielle Automatisierungsausrüstungen und Instrumentationsanwendungen verwendet. Ein elektrischer Motor umfasst einen Stator mit elektromagnetischen Polen mit Wicklungen darauf und einen Rotor mit Magneten, die an einer seiner Flächen montiert sind, wobei sie Permanentmagnetpole bilden. Der Stator und der Rotor interagieren miteinander, wenn ein elektrischer Strom in den Wicklungen fließt. Elektrische Motoren verlangen eine Zuführung von elektrischem Strom zu den Wicklungen, der mit der Rotorposition synchronisiert ist. Das Strömen des elektrischen Stroms durch jede der Wicklungen wird zu einer synchronisierten Zeit durchgeführt, um ein kontinuierliches rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, das erzielt werden kann, da eine Rotorposition erkannt wird. Eine kontinuierliche Drehung des Rotors wird durch Wiederholen der Operationssequenzen um ein Vielfaches erreicht.
In bestimmten Anwendungen gibt es jedoch die Notwendigkeit, die Drehung des Rotors anzuhalten und eine Stillstandsposition desselben gegen eine Kraft, die durch eine äußere Quelle ausgeübt wird, zu halten. Der Stator des konventionellen elektrischen Motors ist jedoch ausgebildet, bestimmte Leistungsanforderungen für einen normalen Betrieb zu erfüllen. Daher kann eine Zuführung von einem relativ großen und kontinuierlichen elektrischen Strom durch die Wicklungen des Stators zu einem Überhitzen und einem Ausfall des elektrischen Motors führen.
Es wäre wünschenswert, einen elektrischen Motor zu produzieren, der einen integrierten Bremsmechanismus aufweist und der ausgebildet ist, eine stationäre Position des Rotors zu halten.
ABRISS
In Übereinstimmung und im Einvernehmen mit der vorliegenden Offenbarung wurde überraschend ein elektrischer Motor mit integrierter Bremse gefunden, der ausgebildet ist, eine stationäre Position bzw. Stillstandsposition des Rotors zu halten.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst der elektrischen Motor: ein Gehäuse; einen in dem Gehäuse angeordneten Rotor; einen in dem Gehäuse benachbart zu dem Rotor angeordneten Stator; eine Welle, die mindestens teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist und mit dem Rotor drehbar ist; und einen in dem Gehäuse angeordneten Bremsmechanismus, wobei der Bremsmechanismus ausgebildet ist, selektiv eine Stillstandsposition der Welle durch darauf Ausüben einer Widerstandskraft aufrechtzuerhalten.
In einem andere Ausführungsbeispiel umfasst der elektrischen Motor: ein Gehäuse; einen in dem Gehäuse angeordneten Rotor; einen in dem Gehäuse benachbart zu dem Rotor angeordneten Stator; eine Welle, die in dem Gehäuse angeordnet ist und mit dem Rotor drehbar ist; einen Sensor, der in dem Gehäuse angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Position des Rotors zu erfassen; ein Übertragungselement der thermischen Energie, das in dem Gehäuse angeordnet ist; einen Bremsmechanismus, der benachbart zu der Welle, dem Sensor und dem Übertragungselement der thermischen Energie angeordnet ist, wobei der Bremsmechanismus mindestens eine Feldkomponente einschließt, wobei der Bremsmechanismus ausgebildet ist, selektiv eine Stillstandsposition der Welle durch Ausüben einer Widerstandskraft darauf aufrechtzuerhalten; und eine Steuervorrichtung, die in dem Gehäuse benachbart zu dem Übertragungselement der thermischen Energie angeordnet ist, wobei die Steuervorrichtung in elektrischer Verbindung mit dem Stator, dem Sensor und dem Bremsmechanismus ist.
In nach einem anderen Ausführungsbeispielen ist ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Motors vorgesehen, wobei das Verfahren Schritte umfasst: Bereitstellen eines elektrischen Motors einschließlich eines Gehäuses mit einem Rotor, eines benachbart zum Rotor angeordneten Stators, einer sich mit dem Rotor drehenden Welle und einem darin angeordneten Bremsmechanismus; und selektives Zuführen eines elektrischen Stroms an den Stator, um eine Drehbewegung des Rotors zu bewirken, oder an den Bremsmechanismus, um eine Stillstandsposition des Rotors durch Ausüben einer Widerstandskraft auf die Welle aufrechtzuerhalten.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist die Widerstandskraft eine mechanische Widerstandskraft oder eine magnetische Widerstandskraft.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst der Bremsmechanismus einen Anker und/oder eine Feldkomponente.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist der Anker und/oder die Feldkomponente um die Welle angeordnet.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist der Anker verschiebbar mit der Welle gekoppelt.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst die Feldkomponente einen Permanentmagneten und/oder einem Elektromagneten, der in einem Gehäuse angeordnet ist.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen erzeugt eine Speisung der Feldkomponente ein Magnetfeld, das eine Bewegung des Ankers von einer ersten Position in eine zweite Position bewirkt, und wobei der Anker in der zweiten Position eine mechanische Widerstandskraft auf die Welle ausübt.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen erzeugt eine Speisung der Feldkomponente Wirbelströme und ein Magnetfeld, die eine magnetische Widerstandskraft auf die Welle ausüben.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst der Elektromotor: ein Übertragungselement von thermischer Energie, das in dem Gehäuse benachbart zu dem Bremsmechanismus angeordnet ist.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst der Elektromotor außerdem: eine in dem Gehäuse angeordnet Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung mit dem Stator und/oder dem Bremsmechanismus in elektrischer Verbindung ist und wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist, selektiv eine Zufuhr von elektrischem Strom zu dem Stator und/oder dem Bremsmechanismus zu steuern.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist die Steuervorrichtung mit dem Bremsmechanismus über mindestens ein Verbindungselement in elektrischer Verbindung.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst der Elektromotor außerdem: einen Positionssensor, der in dem Gehäuse benachbart zu dem Rotor und/oder der Welle angeordnet ist.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist der Bremsmechanismus konzentrisch um den Sensor angeordnet.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist die Welle antriebsmäßig mit einer Kupplungsbaugruppe verbunden.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst die mindestens eine Feldkomponente des Bremsmechanismus einen Permanentmagneten und/oder einen Elektromagneten, der in einem Gehäuse angeordnet ist.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen bildet das Element zur thermischen Energieübertragung einen Teil des Gehäuses der mindestens einen Feldkomponente.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst die Welle ein darauf angeordnetes Zahnrad, das ausgebildet ist, die Kupplungsbaugruppe zu betätigen.
Als Aspekte von bestimmten Ausführungsbeispielen ist eine Drehmomentkonstante der auf die Welle ausgeübten Widerstandskraft größer als eine Drehmomentkonstante der Kraft, die von einer äußeren Quelle auf die Welle ausgeübt wird.
Figurenliste
Die obigen sowie weitere Vorteile der vorliegenden Ausführungsbeispiele werden für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ohne Weiteres klar werden, wenn diese vor dem Hintergrund der begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, in denen:

1 eine Querschnittsansicht entlang einer Längsachse eines elektrischen Motors entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist, wobei der elektrische Motor einen Bremsmechanismus einschließt, der eine mechanische Widerstandskraft erzeugt, wobei der Bremsmechanismus in einer Position außer Eingriff ist;
2 eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels des in 1 gezeigten elektrischen Motors ist, wobei der Bremsmechanismus in einer Eingriffsposition ist;
3 eine Querschnittsansicht entlang einer Längsachse eines elektrischen Motors entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist, wobei der elektrischen Motor einen Bremsmechanismus einschließt, der eine mechanische Widerstandskraft erzeugt, wobei eine elektrische Verbindung zwischen einer Steuervorrichtung und dem Bremsmechanismus gezeigt ist und ein Element zur thermischen Energieübertragung Teil eines Gehäuses für eine Feldkomponente des Bremsmechanismus bildet; und
4 eine Querschnittsansicht entlang einer Längsachse eines elektrischen Motors entsprechend noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist, wobei der elektrische Motor einen Bremsmechanismus einschließt, der eine magnetische Widerstandskraft erzeugt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es sei verstanden, dass die bevorzugten Ausführungsformen verschiedene alternative Ausrichtungen und Schrittfolgen annehmen können, außer wenn ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Es sei außerdem verstanden, dass die spezifischen Vorrichtungen und Prozesse, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der folgenden Anmeldung beschrieben sind, nur Ausführungsbeispiele der hierin definierten erfinderischen Konzepte sind. Somit sollen jeweilige Abmessungen, Richtungen oder andere physikalische Eigenschaften in Bezug auf die offenbarten Ausführungsformen nicht als Beschränkungen aufgefasst werden.
Die 1 bis 2 stellen einen elektrischen Motor 10 entsprechend einem Ausführungsbeispiel des vorliegenden Gegenstandes dar. Der Elektromotor bzw. elektrischen Motor 10 umfasst ein Gehäuse 11 mit einem Hauptkörper 13, der einen ersten Hohlraum 15 und einen zweiten Hohlraum 16 begrenzt, und einem Deckel 17, der zusätzlich den zweiten Hohlraum 16 begrenzt. Ein Dichtungselement 18 kann zwischen dem Hauptkörper 13 und dem Deckel 17 angeordnet sein, um gegen in die Hohlräume 15, 16 eindringende Verunreinigungen und Fremdkörper zu schützen. Es sei verstanden, dass das Gehäuse 11 jede Abmessung und Form annehmen kann, wie gewünscht ist. Eine Steuervorrichtung 19 (zum Beispiel ein gedruckter Schaltkreis) und ein Übertragungselement 20 von thermischer Energie können in dem Gehäuse 11 angeordnet sein. Wie gezeigt stößt das Übertragungselement 20 von thermischer Energie gegen den Hauptkörper 13 des Gehäuses 11 in dem zweiten Hohlraum 16 an. Es sei jedoch verstanden, dass die Steuervorrichtung 19 und das Übertragungselement 20 von thermischer Energie an jeder Position in oder außerhalb des Gehäuses 11 angeordnet sein können, wie gewünscht.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der elektrischen Motor 10 einen Stator 22 und einen Rotor 24, der in dem ersten Hohlraum 15 des Gehäuses 11 angeordnet ist. Der Rotor 24 ist relativ zum Stator 22 drehbar, um elektrische Leistung in mechanische Leistung umzuwandeln. In dem in den 1 bis 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stator 22 ein Außenstator und der Rotor 24 ist ein Innenrotor. Es sei jedoch verstanden, dass der elektrischen Motor 10 einen Innenstator und einen Außenrotor einschließen kann, wenn es gewünscht ist. Es sei auch verstanden, dass der elektrischen Motor 10 zusätzliche Statoren 22 und Rotoren 24 einschließen kann, wenn gewünscht.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Stator 22 ausgebildet, bestimmte Leistungsanforderungen und selektiv eine Rotationsbewegung des Rotors 24 für einen normalen Betrieb des elektrischen Motors 10 zu erfüllen und zu bewirken. Wie in den 1 bis 2 dargestellt umfasst der Stator 22 einen zylindrischen Statorkern 30 mit einer axial hindurchgehenden Mittelöffnung 32. Der Rotor 24 ist in der Mittelöffnung 32 des Stators 22 angeordnet. Eine Mehrzahl von Polschenkeln 34, um die herum radiale Wicklungen 36 gewickelt sind, wie in den 1 bis 2 gezeigt, erzeugen eine Drehmomentkonstante. Die Polschenkel 34 erstrecken sich von dem Statorkern 30 des Stators 22 zu dem Rotor 24 radial nach innen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Polschenkel 34 umfänglich gleichabständig zueinander um den Statorkern 30 des Stators 22 herum positioniert. Es sei verstanden, dass der Stator 22 jede Anzahl von Polschenkeln 34 aufweisen kann, wie gewünscht.
Wie dargestellt umfasst der Rotor 24 einen zylindrischen Rotorkern 26. Der Rotorkern 26 kann aus jedem gewünschten Material hergestellt sein, wie beispielsweise einem ferromagnetischen Material. Der Rotorkern 26 weist eine umfängliche Innenfläche 26a und eine umfängliche Außenfläche 26b auf. Die umfängliche Außenfläche 26b des Rotorkerns 26 kann eine Mehrzahl von Magneten (nicht dargestellt) umfassen, die darauf montiert sind. Es sei verstanden, dass die Magnete Permanentmagnete sein können, wenn gewünscht. In bestimmten Ausführungsbeispielen können die Magnete auf den Rotorkern 26 geklebt sein. In anderen Ausführungsbeispielen können eine Rotorbänderung oder eine Halteringstruktur verwendet werden, um die Magnete an dem Rotorkern 26 zu befestigen. Die Magnete bilden eine im allgemeinen ringförmige Struktur um den Rotorkern 26 herum, sodass eine innere Umfangsfläche jedes der Magnete gegenüber der umfänglichen Außenfläche 26b des Rotorkerns 26 angeordnet ist. In bestimmten Ausführungsbeispielen können die Magnete in dem Rotorkern 26 angeordnet sein. Die Magnete sind um den Umfang herum mit gleichem Abstand angeordnet und erstrecken sich in dem Rotorkern 26 nach außen. In bestimmten Ausführungsbeispielen kann der Rotorkern 26 einen Mittelkern (nicht dargestellt) einschließen, der auf einem nicht magnetischen Material gebildet ist. Eine umfängliche Außenfläche jedes der Magnete ist gegenüber der umfänglichen Innenfläche 22a des Stator 22 angeordnet, sodass der Rotor 24 eine Induktion mit dem Stator 22 erzeugen kann.
Es sei verstanden, dass mehrere andere Arten von Statoren 22 und Rotoren 24 in dem elektrischen Motor 10 verwendet werden können, die andere Magnetkonfigurationen aufweisen, wenn gewünscht. In den Ausführungsbeispielen bilden die Magnete abwechselnd angeordnete Magnetpole, die allgemein als Nordpol „N“ und als Südpol „S“ bekannt sind. Die Anzahl von Magnetpolen kann abhängig von der Anwendung des elektrischen Motor 10 variieren.
Eine Ausgangswelle bzw. Abtriebswelle 38 ist mit dem Rotorkern 26 des Rotors 24 gekoppelt. Die Ausgangswelle 38 kann mit dem Rotor 24 durch jedes Verfahren gekoppelt sein, wie gewünscht. Es sei jedoch verstanden, dass der Rotorkern 26 und die Ausgangswelle 38 eine einstückige Struktur haben können, wenn gewünscht. Die gezeigte Ausgangswelle 38 ist integral mit der Antriebswelle des elektrischen Motors 10 gebildet. In bestimmten Ausführungsbeispielen ist die Ausgangswelle 38 eine getrennte und unabhängige Komponente und ist mit der Antriebswelle des elektrischen Motors 10 gekoppelt. Wie in den 1 bis 2 dargestellt, ist die Ausgangswelle 38 drehbar in dem Gehäuse 11 durch ein Paar von Lagern 40, 41 abgestützt. Verschiedene Arten von Lagern 40, 41, wie beispielsweise ein Wälzlager, ein Kugellager, ein konisches Lager und dergleichen, können verwendet werden, wie gewünscht. In einem Ausführungsbeispiel ist das Lager 40 in dem ersten Hohlraum 15 des Gehäuses 11 angeordnet und das Lager 41 ist in seinem zweiten Hohlraum 16 angeordnet. Insbesondere können die Lager 40, 41 jeweils in Buchsen 43, 45 angeordnet sein, die in dem Hauptkörper 13 des Gehäuses 11 ausgeformt sind. In bestimmten Ausführungsbeispielen ist ein erstes Ende 42 der Ausgangswelle 38 in dem ersten Hohlraum 15 durch das Lager 40 abgestützt. Das erste Ende 42 der Ausgangswelle 38 erstreckt sich von dem Rotor 14 durch den ersten Hohlraum 15 nach außen und aus dem Gehäuse 11 heraus. Das erste Ende 42 der Ausgangswelle 38 kann für die Verbindung mit einer angetriebenen Komponente (nicht gezeigt) ausgebildet sein. In bestimmten Ausführungsbeispielen umfasst das erste Ende 42 der Ausgangswelle 38 ein darauf angeordnetes Zahnrad 47, um antriebsmäßig mit einem Betätigungsmechanismus für eine Kupplungsbaugruppe (nicht gezeigt) in Eingriff zu treten. Es sei verstanden, dass das Zahnrad 47 integral mit dem ersten Ende 42 der Ausgangswelle 38 ausgebildet sein kann, wenn gewünscht.
Ein zweites Ende 44 der Ausgangswelle 38 ist in dem zweiten Hohlraum 16 durch das Lager 41 abgestützt. Das zweite Ende 44 der Ausgangswelle 38 erstreckt sich von dem Rotor 14 nach außen und in den zweiten Hohlraum 16 des Gehäuse 11. In bestimmten Ausführungsbeispielen ist das zweite Ende 44 der Ausgangswelle 38 mit einem Positionssensor 46 gekoppelt. Der Positionssensor 46 wird zur Bestimmung einer Drehposition bzw. Drehlage des Rotors 24 verwendet. Der Positionssensor 46 kann in elektrischer Verbindung mit der Steuervorrichtung 19 sein, um die Drehlage des Rotors 24 zu ihr zu senden. In einem Ausführungsbeispiel ist der Positionssensor 46 mit dem Gehäuse 11 und/oder der Steuervorrichtung 19 gekoppelt. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Positionssensor 46 frei in dem Gehäuse 11 angeordnet sein. Verschiedene Typen von Sensoren können für den Positionssensor 46 verwendet werden. In bestimmten Ausführungsbeispielen kann der Positionssensor 46 beispielsweise ein Magnetsensor, beispielsweise ein Hallsensor oder eine Spule sein. Es sei verstanden, dass andere Arten von Sensoren abhängig von der Anwendung des elektrischen Motors 10 verwendet werden können.
Ein Bremsmechanismus 50 ist in dem zweiten Hohlraum 16 des Gehäuses 11 angeordnet. Wie dargestellt ist der Bremsmechanismus 50 benachbart zu dem Übertragungselement 20 der thermischen Energie angeordnet. Das Übertragungselement 20 von thermischer Energie versieht den Bremsmechanismus 50 mit einem Kanal, um eine Übertragung von thermischer Energie von den Bremsmechanismus 50 und sein Kühlen zu ermöglichen. Als solcher benötigt der Bremsmechanismus 50 kein getrenntes Kühlsystem, wodurch die Packungsgröße des elektrischen Motors 10 minimiert wird. Der Bremsmechanismus 50 kann eine mechanische Widerstandsbremse (zum Beispiel eine elektromagnetische Bremse) und/oder eine Magnetkraftbremse (zum Beispiel eine Wirbelstrombremse) sein. In bestimmten gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Bremsmechanismus 50 eine mechanische Widerstandskraftbremse einschließlich eines Magnetankers 52 und einer Feldkomponente 54. Der Anker 52 kann eine Reibungsplatte sein, die benachbart zu dem Rotor 24 und der Feldkomponente 54 angeordnet ist. Der Anker 52 ist mit der Ausgangswelle 38 derart gekoppelt, dass eine axiale Bewegung des Ankers 52 entlang der Ausgangswelle 38 zwischen einer ersten, in 1 gezeigten Position und einer zweiten, in 2 gezeigten Position ermöglicht wird, wobei eine Drehbewegung um die Ausgangswelle 38 dagegenwirkt. In bestimmten Ausführungsbeispielen ist der Anker 52 verschiebbar auf der Ausgangswelle 38 durch eine Mehrzahl von Kerbverzahnungen 56, die auf dem Anker 52 geformt sind, im Eingriff mit einer Mehrzahl von Kerbverzahnungen 58, die auf der Ausgangswelle 38 geformt sind, gekoppelt. In anderen Ausführungsbeispielen ist der Anker 52 fest mit der Ausgangswelle 38 gekoppelt. Es sei verstanden, dass der Anker 52 mit der Ausgangswelle 38 durch jedes Verfahren gekoppelt sein kann, wie gewünscht.
Die Feldkomponente 54 des Bremsmechanismus 50 ist in dem zweiten Hohlraum 16 axial benachbart zu dem Anker 52 angeordnet. Ein Vorspannelement (nicht gezeigt) kann zwischen dem Anker 52 und der Feldkomponente 54 angeordnet sein, um eine Vorspannkraft auf den Anker 52 auszuüben, die den Anker 52 in eine erste axiale Richtung zu seiner ersten Position entlang der Ausgangswelle 38 zwingt. Die Feldkomponente 54 kann auch um das zweite Ende 44 der Ausgangswelle 38 und den Positionssensor 46 angeordnet sein. Die Feldkomponente 54 umfasst einen Permanentmagneten (nicht gezeigt) und/oder einen Elektromagneten 60, der von einer leitenden Spule gebildet wird, wie in den 1 bis 2 gezeigt ist. Die Feldkomponente 54 ist ausgebildet, selektiv ein Magnetfeld zu erzeugen, um den Anker 52 anzuziehen. In bestimmten Ausführungsbeispielen bewirkt die Feldkomponente 54 selektiv, dass der Anker 52 sich in eine zweite axiale Richtung zu seiner zweiten Position entlang der Ausgangswelle 38 bewegt. Der Anker 52 in seiner zweiten Position entlang der Ausgangswelle 38 ist benachbart zu der oder stößt an die Feldkomponente 54, wodurch ein mechanischer Widerstand dazwischen erzeugt wird. Der mechanische Widerstand zwischen dem Anker 52 und der Feldkomponente 54 kann selektiv eine stationäre Position bzw. Stillstandsposition der Ausgangswelle 38 und daher des Rotors 24 gegen eine von einer externen Quelle ausgeübten Kraft aufrechterhalten. In bestimmten Ausführungsbeispielen liefert der mechanische Widerstand zwischen dem Anker 52 und der Feldkomponente 54 eine größere Drehmomentkonstante als die Drehmomentkonstante des Stators 22, sodass weniger elektrischer Strom benötigt wird, um die Stillstandsposition des Rotors 24 aufrechtzuerhalten als während eines normalen Betriebes des elektrischen Motor 10 verlangt wird.
In bestimmten in den 1 bis 2 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Feldkomponente 54 in einem Gehäuse 62 angeordnet, das fest mit dem Gehäuse 11 gekoppelt ist. In anderen in 3 gezeigten Ausführungsbeispielen wird das Übertragungselement 20 von thermischer Energie aus einem ferromagnetischen Material hergestellt und bildet einen Teil des Gehäuses 62 der Feldkomponente 54, wodurch weiter eine Packungsgröße des Bremsmechanismus 50 und dabei des elektrischen Motor 10 minimiert wird. Als solches bildet das Übertragungselements 20 von thermischer Energie ein Teil des Magnetfelds.
In bestimmten in 3 gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst der elektrischen Motor 10 mindestens ein zwischen der Steuervorrichtung 19 und dem Bremsmechanismus 50 angeordnetes elektrisches Verbindungselement 64. Insbesondere verbindet das gezeigte elektrische Verbindungselement 64 die Steuervorrichtung 19 und die Feldkomponente 54 des Bremsmechanismus 50. Das elektrische Verbindungselement 64 sieht eine elektrische Verbindung zwischen der Steuervorrichtung 19 und der Feldkomponente 54 des Bremsmechanismus 50 vor. Somit ist keine getrennte Verdrahtung für den Bremsmechanismus 50 zu einer externen Energiequelle und/oder Steuervorrichtung notwendig, wodurch die Packungsgröße des elektrischen Motors 10 minimiert wird.
Die Steuervorrichtung 19 ist ausgebildet, eine Zufuhr von elektrischem Strom zu den Wicklungen 36 des Stators 22 zu steuern. Der elektrische Strom in den Wicklungen 36 des Stators 22 erzeugt ein Magnetfeld, das ein Drehmoment durch Zusammenwirken mit den Permanentmagneten erzeugt, wodurch der Rotor 24 angestoßen wird, um die Ausgangswelle 38 zu einer neuen Position zu drehen. Eine Drehgeschwindigkeit des elektrischen Motors 10 kann von der Steuervorrichtung 19 durch Ändern der Zufuhr des elektrischen Stroms an den Stator 22 eingestellt werden. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuervorrichtung 19 auch ausgebildet, eine Zufuhr von elektrischem Strom zu der Feldkomponente 54 des Bremsmechanismus 50 während einiger Anwendungen des elektrischen Motors 10 zu steuern, die erfordern, die Stillstandsposition der Ausgangswelle 38 und dabei des Rotors 24 gegen die von der externen Quelle (nicht gezeigt) darauf ausgeübten Kraft aufrechtzuerhalten. Der elektrische Strom in der Feldkomponente 54 erzeugt ein Magnetfeld, das eine Bewegung des Ankers 52 von der ersten Position in seine zweite Position bewirkt. In der zweiten Position stößt der Anker 52 an die Feldkomponente 54, wodurch eine mechanische Widerstandskraft auf die Ausgangswelle 38 und dabei auf den Rotor 24 gegen die Kraft ausgeübt wird, die auf die Ausgangswelle 38 und den Rotor 24 durch die externe Quelle ausgeübt wird. Somit wird eine Stillstandsposition der Ausgangswelle 38 und des Rotors 24 gehalten, wobei der elektrische Strom an den Bremsmechanismus 50 geliefert wird.
Im normalen Betrieb des elektrischen Motors 10 wird der Stator 22 durch die Zufuhr von elektrischem Strom an ihn erregt. Die Zufuhr von elektrischem Strom zu dem Bremsmechanismus 50 wirkt dagegen. Als solche verbleibt die Feldkomponente 54 des Bremsmechanismus 50 in einem nicht erregten Zustand. Eine solche Erregung bzw. Speisung des Stators 22 bewirkt eine Drehung des Rotors 24 relativ zum Stator 22 und dabei eine Drehung der Ausgangswelle 38, die während des normalen Betriebs des elektrischen Motors 10 auftritt.
In bestimmten Anwendungen gibt es jedoch die Notwendigkeit, die Drehung der Ausgangswelle 38 und dabei des Rotors 24 anzuhalten und eine Stillstandsposition derselben durch Ausüben einer Widerstandskraft auf die Ausgangswelle 38 und dabei auf den Rotor 24 gegen eine Kraft, die von einer äußeren Quelle ausgeübt wird, zu halten. Während solch einem Betrieb des in den 1 bis 2 gezeigten Ausführungsbeispiels steht die Zufuhr von elektrischem Strom zu dem Stator 22 entgegen und der Bremsmechanismus 50 wird durch die Zufuhr von elektrischem Strom zu der Feldkomponente 54 mit Energie versorgt. Eine solche Abschaltung der Speisung des Stators 22 und Bestromung der Feldkomponente 54 erzeugt ein Magnetfeld, das eine Bewegung des Ankers 52 von seiner ersten Position in seine zweite Position bewirkt. In der zweiten Position stößt der Anker 52 an die Feldkomponente 54, wodurch eine mechanische Widerstandskraft auf die Ausgangswelle 38 und dabei auf den Rotor 24 gegen die Kraft ausgeübt wird, die auf die Ausgangswelle 38 und den Rotor 24 durch die externe Quelle ausgeübt wird. Somit wird eine Stillstandsposition der Ausgangswelle 38 und des Rotors 24 während bestimmter Anwendungen des elektrischen Motors 10 gehalten.
4 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel des elektrischen Motors 10 dar. Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel hat viele Elemente gemeinsam mit dem der 1 bis 2 und um unnötige Wiederholungen der Beschreibung zu vermeiden, wurden die gleichen Bezugszeichen mit einem Strichsymbol (') für im wesentlichen gleiche Strukturen verwendet.
In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Bremsmechanismus 50 eine magnetische Widerstandskraftbremse einschließlich einer Feldkomponente 54 in elektrischer Verbindung mit einer Energiequelle (nicht gezeigt). Die mindestens eine Feldkomponente 54 ist in dem zweiten Hohlraum 16' angeordnet. Die mindestens eine Feldkomponente 54 kann um das zweite Ende 44' der Ausgangswelle 38' und den Positionssensor 46' angeordnet sein und fest mit dem Gehäuse 11' gekoppelt sein. Die mindestens eine Feldkomponente 54 kann dagegen mit dem zweiten Ende 44' der Ausgangswelle 38' gekoppelt sein und mit ihr in dem Gehäuse 11' drehbar sein. Die mindestens eine Feldkomponente 54 umfasst mindestens einen Elektromagneten 60, der in der Lage ist, selektiv eine Mehrzahl von Wirbelströmen zu erzeugen, um ein Magnetfeld herzustellen. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem die mindestens eine Feldkomponente 54 stationär und fest mit dem Gehäuse 11' gekoppelt ist, ist das von der mindestens einen Feldkomponente 54 erzeugte Magnetfeld ausgebildet, die Ausgangswelle 38' anzuziehen. In anderen Ausführungsbeispielen, bei denen die mindestens eine Feldkomponente 54 mit der Ausgangswelle 38' drehbar ist, ist das von der mindestens einen Feldkomponente 54 erzeugte Magnetfeld ausgebildet, diese zu dem Gehäuse 11' anzuziehen.
Die Anziehung zwischen der mindestens einen Feldkomponente 54 und der Ausgangswelle 38' oder dem Gehäuse 11' erzeugt dazwischen eine magnetische Widerstandskraft. Die magnetische Widerstandskraft zwischen der Feldkomponente 54 und der Ausgangswelle 38' oder dem Gehäuse 11' kann selektiv eine stationäre Position bzw. Stillstandsposition der Ausgangswelle 38' und daher des Rotors 24' gegen eine von einer externen Quelle ausgeübten Kraft aufrechterhalten. In bestimmten Ausführungsbeispielen liefert die magnetische Widerstandskraft zwischen der Feldkomponente 54 und der Ausgangswelle 38' oder dem Gehäuse 11' eine größere Drehmomentkonstante als die Drehmomentkonstante des Stators 22', sodass weniger elektrischer Strom benötigt wird, um die Stillstandsposition des Rotors 24' aufrechtzuerhalten als während eines normalen Betriebes des elektrischen Motors 10 verlangt wird.
Es soll verstanden werden, dass der elektrischen Motor 10 ein elektrisches Verbindungselement 64' einschließen kann, das zwischen der Steuervorrichtung 19 und dem Bremsmechanismus 50 angeordnet ist. Insbesondere verbindet das gezeigte elektrische Verbindungselement 64' die Steuervorrichtung 19' und die Feldkomponente 54 des Bremsmechanismus 50. Das elektrische Verbindungselement 60' sieht eine elektrische Verbindung zwischen der Steuervorrichtung 19' und der Feldkomponente 54 des Bremsmechanismus 50 vor. Somit ist keine getrennte Verdrahtung für den Bremsmechanismus 50 zu einer externen Energiequelle und/oder Steuervorrichtung notwendig, wodurch die Packungsgröße des elektrischen Motors 10 minimiert wird.
Die Steuervorrichtung 19' ist ausgebildet, eine Zufuhr von elektrischem Strom zu den Wicklungen 36' des Stators 22' zu steuern. Der elektrische Strom in den Wicklungen 36' des Stators 22' erzeugt ein Magnetfeld, das ein Drehmoment durch Zusammenwirken mit den Permanentmagneten erzeugt, wodurch der Rotor 24' angestoßen wird, die Ausgangswelle 38' zu einer neuen Position zu drehen. Eine Drehgeschwindigkeit des elektrischen Motors 10 kann von der Steuervorrichtung 19' durch Ändern der Zufuhr des elektrischen Stroms an den Stator 22' eingestellt werden. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Steuervorrichtung 19' auch ausgebildet, eine Zufuhr von elektrischem Strom zu der mindestens einen Feldkomponente 54 des Bremsmechanismus 50 während einiger Anwendungen des elektrischen Motors 10 zu steuern, die erfordern, die Stillstandsposition der Ausgangswelle 38' und dabei des Rotors 24' gegen die von der externen Quelle (nicht gezeigt) darauf ausgeübten Kraft aufrechtzuerhalten. Der elektrische Strom in der mindestens einen Feldkomponente 54 erzeugt einen Wirbelstrom und ein Magnetfeld, die eine magnetische Widerstandskraft gegen die Kraft erzeugen, die auf die Ausgangswelle 38' und den Rotor 24' durch die externe Quelle ausgeübt wird. Somit wird eine Stillstandsposition der Ausgangswelle 38' und des Rotors 24 gehalten, wobei der elektrische Strom an den Bremsmechanismus 50 geliefert wird.
Im normalen Betrieb des elektrischen Motors 10 wird der Stator 22' durch die Zufuhr von elektrischem Strom an ihn erregt. Die Zufuhr von elektrischem Strom zu dem Bremsmechanismus 50 wirkt dagegen. Als solche verbleibt die mindestens eine Feldkomponente 54 des Bremsmechanismus 50 in einem nicht erregten Zustand. Eine solche Bestromung des Stators 22' bewirkt eine Drehung des Rotors 24' relativ zum Stator 22' und dabei eine Drehung der Ausgangswelle 38', die während des normalen Betriebs des elektrischen Motors 10 auftritt.
In bestimmten Anwendungen gibt es jedoch die Notwendigkeit, die Drehung der Ausgangswelle 38' und dabei des Rotors 24' anzuhalten und eine Stillstandsposition derselben durch Ausüben einer Widerstandskraft auf die Ausgangswelle 38' und dabei auf den Rotor 24' gegen eine Kraft, die von einer äußeren Quelle ausgeübt wird, zu halten. Während solch einem Betrieb des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels steht die Zufuhr von elektrischem Strom zu dem Stator 22' entgegen und der Bremsmechanismus 50 wird durch die Zufuhr von elektrischem Strom zu der mindestens einen Feldkomponente 54 mit Energie versorgt. Ein solches Abschalten der Energie des Stator 22' und Bestromen der mindestens einen Feldkomponente 54 erzeugt Wirbelströme und ein Magnetfeld, die eine magnetische Widerstandskraft gegen die Kraft erzeugen, die auf die Ausgangswelle 38' und den Rotor 24' durch die externe Quelle ausgeübt wird. Somit wird eine Stillstandsposition der Ausgangswelle 38' und des Rotors 24 während bestimmter Anwendungen des elektrischen Motors 10 gehalten.
Gemäß den Bestimmungen der Patentgesetze wurde der vorliegende Gegenstand anhand dessen beschrieben, was als ihre bevorzugten Ausführungsformen angesehen wird. Es sei jedoch bemerkt, dass der vorliegende Gegenstand auch auf andere Weise als konkret dargestellt und beschrieben in die Praxis umgesetzt werden kann, ohne von seinem Gedanken oder Bereich abzuweichen.

Claims

Elektromotor, umfassend: ein Gehäuse; einen in dem Gehäuse angeordneten Rotor; einen in dem Gehäuse benachbart zum Rotor angeordneten Stator; eine Welle, die mindestens teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist und mit dem Rotor drehbar ist; und einen in dem Gehäuse angeordneten Bremsmechanismus, wobei der Bremsmechanismus ausgebildet ist, selektiv eine Stillstandsposition der Welle durch Ausüben einer Widerstandskraft darauf aufrechtzuerhalten.
Elektromotor nach Anspruch 1, bei dem die Widerstandskraft eine mechanische Widerstandskraft oder eine magnetische Widerstandskraft ist.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Bremsmechanismus einen Anker und/oder eine Feldkomponente einschließt, wobei mindestens ein Element aus Anker oder Feldkomponente um die Welle angeordnet ist.
Elektromotor nach Anspruch 3, bei dem der Anker verschiebbar mit der Welle gekoppelt ist.
Elektromotor nach Anspruch 3, bei dem die Feldkomponente einen Magneten von einem Permanentmagnet und einem Elektromagnet, der in einem Gehäuse angeordnet ist, einschließt.
Elektromotor nach Anspruch 3, bei dem die Speisung der Feldkomponente ein Magnetfeld erzeugt, das eine Bewegung des Ankers von einer ersten Position in eine zweite Position bewirkt, und wobei der Anker in der zweiten Position eine mechanische Widerstandskraft auf die Welle ausübt und/oder wobei eine Speisung der Feldkomponente vorzugsweise Wirbelströme und ein Magnetfeld erzeugt, die eine magnetische Widerstandskraft auf die Welle ausüben.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem ein Übertragungselement von thermischer Energie umfassend, das in dem Gehäuse benachbart zu dem Bremsmechanismus angeordnet ist.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem eine in dem Gehäuse angeordnet Steuervorrichtung umfassend, wobei die Steuervorrichtung mit dem Stator und/oder dem Bremsmechanismus in elektrischer Verbindung ist und wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist, selektiv eine Zufuhr von elektrischem Strom an den Stator und/oder den Bremsmechanismus zu steuern, wobei die Steuervorrichtung vorzugsweise mit dem Bremsmechanismus über mindestens ein Verbindendungselement in elektrischer Verbindung ist.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem einen Positionssensor umfassend, der in dem Gehäuse benachbart zu dem Rotor und/oder der Welle angeordnet ist, wobei der Bremsmechanismus vorzugsweise konzentrisch um den Sensor angeordnet ist.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Welle antriebsmäßig mit einer Kupplungsbaugruppe verbunden ist.
Elektromotor, umfassend: ein Gehäuse; einen in dem Gehäuse angeordneten Rotor; einen in dem Gehäuse benachbart zum Rotor angeordneten Stator; eine Welle, die in dem Gehäuse angeordnet ist und mit dem Rotor drehbar ist; einen Sensor, der in dem Gehäuse angeordnet ist und ausgebildet ist, eine Position des Rotors abzutasten; ein Übertragungselement von thermischer Energie, das in dem Gehäuse angeordnet ist; einen benachbart zu der Welle, den Sensor und dem Übertragungselement von thermischer Energie angeordneten Bremsmechanismus, wobei der Bremsmechanismus mindestens eine Feldkomponente einschließt und der Bremsmechanismus ausgebildet ist, selektiv eine Stillstandsposition der Welle durch Ausüben einer Widerstandskraft auf die Welle aufrechtzuerhalten; und eine in dem Gehäuse benachbart zu dem Übertragungselement von thermischer Energie angeordnete Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung in elektrischer Verbindung mit dem Stator, dem Sensor und dem Bremsmechanismus ist.
Elektromotor nach Anspruch 11, bei dem die mindestens eine Feldkomponente des Bremsmechanismus einen Magneten von einem Permanentmagneten und einem Elektromagneten, der in einem Gehäuse angeordnet ist, einschließt, wobei das Übertragungselement von thermischer Energie vorzugsweise einen Teil des Gehäuses der mindestens einen Feldkomponente bildet.
Elektromotor nach Anspruch 11, bei dem die Welle ein darauf angeordnetes Zahnrad einschließt, das ausgebildet ist, die Kupplungsbaugruppe zu betätigen.
Verfahren zum Steuern eines Elektromotors, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Elektromotors einschließlich eines Gehäuses mit einem Rotor, einem benachbart zum Rotor angeordneten Stator, eine mit dem Rotor drehbare Welle und einen darin angeordneten Bremsmechanismus; und selektives Zuführen eines elektrischen Stroms zu dem Stator, um eine Drehbewegung des Rotors zu bewirken, oder zu dem Bremsmechanismus, um eine Stillstandsposition des Rotors durch Ausüben einer Widerstandskraft auf die Welle aufrechtzuerhalten.
Verfahren zum Steuern des Elektromotors nach Anspruch 14, bei dem eine Drehmomentkonstante der auf die Welle ausgeübte Widerstandskraft größer ist als eine Drehmomentkonstante der Kraft, die von einer äußeren Quelle auf die Welle ausgeübt wird.