DE102021130180A1

DE102021130180A1 - Elektromotor, Antriebsanordnung und elektromechanische Bremseinrichtung

Info

Publication number: DE102021130180A1
Application number: DE102021130180.7A
Authority: DE
Inventors: Hans Martin Giese; Hans-Jürgen Griebel; Linus Pohle; Steve Scherer; Frank Gummersbach
Original assignee: ZF Active Safety GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-05-25
Also published as: CN116137485A; US20230155468A1

Abstract

Elektromotor (11), insbesondere für eine elektromechanische Bremseinrichtung eines Fahrzeugs, wobei der Elektromotor (11) einen Stator (12) und einen mehrpolig ausgebildeten Rotor (16) mit einer ungeraden Anzahl von Rotorpolen (17) aufweist, wobei im Mittenbereich (24) der Rotorpole (17) Ausnehmungen (25) vorgesehen sind, sowie Antriebsanordnung und elektromechanische Bremseinrichtung für ein Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für eine elektromechanische Bremseinrichtung eines Fahrzeugs. Außerdem betrifft die Erfindung eine Antriebsanordnung, insbesondere elektromechanischer Aktuator, sowie eine elektromechanische Bremseinrichtung für ein Fahrzeug.
Fahrzeugbremsanlagen weisen oft elektromechanische Bremssysteme (EMB, EMB-Aktuatoren, EPB, EPB-Aktuatoren), elektromechanische Bremskraftverstärker (Electronic Brake Booster, EBB, EBB-Aktuatoren) oder integrierte Bremssysteme (IBC, IBC-Aktuatoren) auf. Üblicherweise wird die Energie oder Hilfsenergie elektrisch erzeugt, um eine Bremskraft aufzubringen oder zu verstärken. Hier kommen oft Elektromotoren und Aktuatoren zum Einsatz. Beispielsweise dienen elektromechanische Bremssysteme oft als elektronische Parkbremsen (EPB), bei denen mittels eines Aktuators (EPB-Aktuator) mit Elektromotor und Betätigungsglied ein Bremsbelag gegen die Bremsscheibe gedrückt wird.
Bei solchen Aktuatoren, wie EPB-Aktuatoren, kommt es zu einer Anregung durch den Elektromotor, insbesondere zu schwingungsanregende Biegemomente, die negativ auf den Aktuator einwirken. Unter der im Elektromotor auftretenden magnetischen Kräfte können sich die Rotorpole elastisch verformen. Insbesondere Elektromotoren mit ungerader Nutenzahl erzeugen wechselnde magnetische Kräfte im Luftspalt zwischen Rotor und Stator, die Biegeschwingungen, beispielsweise des EPB-Aktuators, anregen können. Dies kann bei entsprechend schneller Verformung oder Schwingungen zu unerwünschten Geräuschen führen.
Beispielsweise offenbart die DE 41 22 067 A1 einen Elektromotor mit einem permanentmagnetischen Rotor und einem zweipolig ausgebildeten Statorblechpaket, wobei im Mittenbereich der beiden Statorpole Schlitze vorgesehen sind, die die Homogenität des Blechpakets stören und resonanzverstimmend wirken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Elektromotor strukturell und/oder funktionell zu verbessern. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Antriebsanordnung strukturell und/oder funktionell zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte elektromechanische Bremseinrichtung strukturell und/oder funktionell zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einer Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 23 sowie mit einer elektromechanischen Bremseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 25. Vorteilhafte Ausführungen und/oder Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Elektromotor kann für eine elektromechanische Bremseinrichtung sein. Die elektromechanische Bremseinrichtung kann für ein Fahrzeug sein. Die elektromechanische Bremseinrichtung kann zum Einsatz in einem Fahrzeug eingerichtet und/oder bestimmt sein. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug sein. Das Kraftfahrzeug kann ein Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen sein. Die Bremseinrichtung kann eine Kraftfahrzeug-Bremseinrichtung sein. Die Bremseinrichtung kann eine Bremsanlage sein.
Der Elektromotor kann ein Gleichstrommotor sein. Der Elektromotor kann ein bürstenloser Gleichstrommotor sein. Beispielsweise kann der Elektromotor ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) sein. Der Elektromotor kann eine elektrische Synchronmaschine, wie Permanentmagnet erregte Synchron Maschine (PMSM), sein. Der Elektromotor kann ein mechanisch kommutierter oder elektronisch kommutierter Gleichstrommotor sein. Der Elektromotor kann als Innenläufer ausgebildet sein.
Der Elektromotor kann einen Stator aufweisen. Der Stator kann als permanentmagnetischer Stator ausgebildet sein. Der Stator kann wenigstens einen Permanentmagneten aufweisen. Der Stator kann wenigstens einen, beispielsweise zweipoligen, Permanentmagnetring aufweisen. Der Stator kann wenigstens zwei, beispielsweise gegenüberliegende, Magnetpole aufweisen. Der Stator kann zylinderförmig ausgebildet sein. Der Stator kann ein Statortopf sein. Der Stator kann eine, beispielsweise zylindrische, Innenwand aufweisen. Der Permanentmagnet bzw. der, beispielsweise zweipolige, Permanentmagnetring kann an der Innenwand des Stators angeordnet sein. Der Permanentmagnet bzw. der Permanentmagnetring kann einen Pluspol und Minuspol aufweisen. Die Pole, beispielsweise der Pluspol und der Minuspol, des Permanentmagneten bzw. des Permanentmagnetrings können, beispielsweise in radialer Richtung, gegenüberliegend angeordnet sein. Die Pole können borgenförmig ausgebildet sein. Die Pole können als Polbogen ausgebildet sein. Die Pole können sich in Umfangsrichtung erstrecken.
Der Elektromotor kann einen Rotor aufweisen. Der Rotor kann mit einer Rotorwelle verbunden sein. Der Rotor kann mehrpolig ausgebildet sein. Der Rotor kann Rotorpole aufweisen. Der Rotor kann eine ungerade Anzahl von Rotorpolen aufweisen. Beispielsweise kann die Anzahl von Rotorpolen 3, 5, 7 oder mehr betragen. Der Rotor kann im Wesentlichen innerhalb des Stators, beispielsweise innerhalb der zylindrischen Innenwand des Stators und/oder innerhalb des Statortopfs des Stators, drehbar angeordnet sein. Der Rotor kann im Wesentlichen innerhalb des Permanentmagneten bzw. des Permanentmagnetrings des Stators drehbar angeordnet sein. Zwischen dem Stator, beispielsweise zwischen der Innenwand des Stators, und dem Rotor kann ein zylindrischer Luftspalt ausgebildet sein. Zwischen dem Permanentmagneten bzw. dem Permanentmagnetring des Stators und dem Rotor kann ein zylindrischer Luftspalt ausgebildet sein. Der Rotor kann sich um eine Drehachse, insbesondere innerhalb des Stators, drehen.
Soweit nicht anders angegeben oder es sich aus dem Zusammenhang nicht anders ergibt, beziehen sich die Angaben „axial“, „radial“ und „in Umfangsrichtung“ auf eine Erstreckungsrichtung der Drehachse des Rotors. „Axial“ entspricht dann einer Erstreckungsrichtung der Drehachse. „Radial“ ist dann eine zur Erstreckungsrichtung der Drehachse senkrechte und sich mit der Drehachse schneidende Richtung. „in Umfangsrichtung“ entspricht dann einer Kreisbogenrichtung um die Drehachse.
Die Rotorpole des Rotors können im Wesentlichen T-förmig und/oder ankerförmig ausgebildet sein. Die Rotorpole können T-Seitenarme aufweisen. Die T-Seitenarme können, beispielsweise in Umfangsrichtung, bogenförmig ausgebildet sein. Die T-Seitenarme können sich in Umfangsrichtung erstrecken.
Die Rotorpole und/oder deren T-Seitenarme können, insbesondere in Umfangsrichtung, voneinander beabstandet sein. Zwischen jeweils zwei benachbarten Rotorpolen bzw. T-Seitenarmen kann eine Nut ausgebildet sein. Beispielsweise kann in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei benachbarten Rotorpolen bzw. T-Seitenarmen eine Nut ausgebildet sein. Die Nuten können axial durchgehend ausgebildet sein und/oder verlaufen und/oder sich in axialer Richtung erstrecken. Der Rotor kann eine ungerade Anzahl von Nuten aufweisen. Beispielsweise kann die Anzahl von Nuten 3, 5, 7 oder mehr betragen. Die Anzahl von Nuten, wie Nutenanzahl, kann der Anzahl der Rotorpole, wie Rotorpolanzahl, entsprechen.
Die Rotorpole können jeweils einen radial innenliegenden Kernabschnitt aufweisen. Der Kernabschnitt kann eine T-Wurzel sein. An dem Kernabschnitt können die T-Seitenarme radial außen angeordnet sein. Jeder Rotorpol kann zwei Seitenarme, wie Seitenschenkel, aufwiesen. Die Rotorpole, beispielsweise deren Kernabschnitte, können radial innen miteinander verbunden sein. Jeder Rotorpol bzw. jeder Kernabschnitt kann eine Spule und/oder Spulwicklungen aufweisen. Die Spule kann eine elektrische Spule sein. Spule und/oder Spulwicklungen kann/können um den Kernabschnitt herum angeordnet sein. Die Spule und/oder Spulwicklungen kann/können elektrisch leitende Drähte und/oder Windungen aufweisen. Die Drähte und/oder Windungen können um den Kernabschnitt gewickelt sein. Die Spule und/oder Spulwicklungen kann/können mit einer Versorgungsquelle, wie Stromquelle und/oder Spannungsquelle, und/oder einer Steuerschaltung verbindbar und/der verbunden sein.
Der Rotor und/oder die Rotorpole können zumindest ein durch Bleche, Rotorbleche, geschichtetes Blechpaket, wie Rotorblechpaket, aufweisen und/oder daraus hergestellt sein. Die Bleche können mittels eines Schneidverfahrens, wie Wasserschneidverfahrens oder Laserschneidverfahrens, und/oder Stanzverfahrens hergestellt sein. Die Bleche können, beispielsweise zu einem Blechpaket, miteinander verklebt und/oder verpresst und/oder verschweißt sein. Die Bleche können mit einem Isolator, wie Isolationsmaterial, beschichtet sein. Die Bleche können zueinander zumindest abschnittsweise einen Spalt, wie Luftspalt, aufweisen. Beispielsweise kann das Blech ein Elektroblech, Stahl, Eisen oder eine Eisen-Silizium-Legierung sein.
Der Rotor kann Ausnehmungen aufweisen. Im Mittenbereich der Rotorpole können Ausnehmungen vorgesehen sein. Die Ausnehmungen können an den Stirnseiten der Rotorpole angeordnet sein. Jedem Rotorpol kann zumindest eine Ausnehmung zugeordnet sein. Jeder Rotorpol kann zumindest eine Ausnehmung aufweisen. Jedem Rotorpol kann genau und/oder ausschließlich eine Ausnehmung zugeordnet sein. Jeder Rotorpol kann genau und/oder ausschließlich eine Ausnehmung aufweisen. Jeder Rotorpol kann in seinem Mittenbereich, beispielsweise genau und/oder ausschließlich, eine Ausnehmung aufweisen. Jede Ausnehmung kann, beispielsweise in Umfangsrichtung, zwischen den beiden Kanten des jeweiligen Kernabschnitts des Rotorpols angeordnet sein. Jede Ausnehmung kann, beispielsweise in Umfangsrichtung, mittig zum jeweiligen Kernabschnitt des Rotorpols angeordnet sein. Die Ausnehmungen und die zwischen benachbarten Rotorpolen und/oder T-Seitenarmen ausgebildeten Nuten können im Wesentlichen in radialer Richtung gegenüberliegend, beispielsweise diametral, angeordnet sein. Jeweils eine Ausnehmung kann einer radial, beispielsweise diametral, gegenüberliegenden Nut zugeordnet sein. Jeweils eine Ausnehmung kann radial, beispielsweise diametral, gegenüberliegend einer Nut angeordnet sein. Die Anzahl von Ausnehmungen, wie Ausnehmungsanzahl, kann der Anzahl der Rotorpole, wie Rotorpolanzahl, und/oder der Anzahl der Nuten, wie Nutanzahl, entsprechen.
Die Ausnehmungen können radial außen angeordnet sein. Die Ausnehmungen können radial außenseitig der Kernabschnitte der Rotorpole angeordnet sein. Die Ausnehmungen können sich vom Außenumfang der Rotorpole ausgehend radial nach innen erstecken und/oder verlaufen. Die Ausnehmungen können sich zumindest in einer Richtung, wie in radialer Richtung, im Wesentlichen in Richtung der Magnetfeldlinien erstecken. Die Ausnehmungen können axial durchgehend ausgebildet sein und/oder verlaufen und/oder sich in axialer Richtung erstrecken. Die Ausnehmungen können in axialer Richtung offen und/oder nach radial außen offen sein. Die Ausnehmungen können als Nuten oder Schlitze ausgebildet sein. Die Ausnehmungen können, beispielsweise im Querschnitt, zumindest abschnittsweise im Wesentlichen rechteckig, dreieckig oder bogenförmig ausgebildet sein. Die Ausnehmungen können, beispielsweise im Querschnitt, zumindest abschnittsweise quadratisch, U-förmig, V-förmig, oder A-förmig ausgebildet sein.
Die Ausnehmungen können derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass das Magnetfeld, beispielsweise der Fluss und/oder der Feldlinienverlauf des Magnetfelds, beeinflusst und/oder geändert wird. Die Ausnehmungen können Einwirken auf das Magnetfeld, beispielsweise auf den Fluss und/oder den Feldlinienverlauf des Magnetfelds, ausgebildet sein. Die Ausnehmungen können ausgebildet sein, beeinflussend auf das Magnetfeld, beispielsweise auf den Fluss und/oder den Feldlinienverlauf des Magnetfelds, zu wirken. Die Ausnehmungen können ausgebildet sein, die Homogenität der Rotorpole zu stören.
Eine Antriebsanordnung kann für eine elektromechanische Bremseinrichtung sein. Die Antriebsanordnung kann ein Aktuator, wie elektromechanischer Aktuator, sein. Die Antriebsanordnung kann ein Bremsaktuator sein. Der Aktuator bzw. Bremsaktuator kann ein Aktuator für eine Bremseinrichtung, wie Feststellbremseinrichtung, sein.
Die Antriebsanordnung kann einen Elektromotor umfassen. Der Elektromotor kann wie vorstehend und/oder nachfolgend beschrieben ausgebildet sein. Die Antriebsanordnung kann eine Betätigungseinrichtung, wie Betätigungsglied, umfassen. Die Betätigungseinrichtung kann eine mechanische Betätigungseinrichtung sein. Die Betätigungseinrichtung kann ausgebildet sein, um mit dem Elektromotor zusammenwirken. Der Elektromotor kann ausgebildet sein, die Betätigungseinrichtung zu betätigen. Die Betätigungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine auf eine Bremsscheibe einer Radbremse wirkende Bremskraft dadurch aufrechtzuerhalten, dass die Betätigungseinrichtung einen Bremsbelag und/oder Reibbelag gegen die Bremsscheibe drückt.
Die Antriebsanordnung kann eine Versorgungsquelle aufweisen. Die Versorgungsquelle kann eine Spannungsversorgung, wie Spannungsquelle, und/oder eine Stromversorgung, wie Stromquelle, sein und/oder aufweisen. Die Versorgungsquelle kann die Versorgungsquelle der Bremseinrichtung und/oder der Antriebsanordnung und/oder des Elektromotors der Antriebsanordnung sein. Die Versorgungsquelle kann mit dem Elektromotor, insbesondere elektrisch, verbunden sein.
Die Antriebsanordnung kann eine Steuerschaltung aufweisen. Die Steuerschaltung kann eingerichtet sein, den Elektromotor zu steuern und/oder zu regeln. Die Steuerschaltung kann mit der Versorgungsquelle, insbesondere elektrisch, verbunden sein.
Eine elektromechanische Bremseinrichtung kann für ein Fahrzeug sein. Die elektromechanische Bremseinrichtung kann zum Einsatz in einem Fahrzeug eingerichtet und/oder bestimmt sein. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug sein. Das Kraftfahrzeug kann ein Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen sein. Die elektromechanische Bremseinrichtung kann eine Kraftfahrzeug-Bremseinrichtung sein. Die Bremseinrichtung kann eine Bremsanlage sein. Die elektromechanische Bremseinrichtung kann eine Feststellbremseinrichtung sein, beispielsweise eine elektrische Parkbremse (Electric Parking Brake, EPB), sein. Die elektromechanische Bremseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, dauerhaft eine Bremskraft bereitzustellen, insbesondere wenn das Fahrzeug vorübergehend einen stationären Zustand einnimmt, beispielsweise einen Parkzustand oder Berganfahren.
Die elektromechanische Bremseinrichtung kann einen Elektromotor umfassen. Der Elektromotor kann wie vorstehend und/oder nachfolgend beschrieben ausgebildet sein. Die elektromechanische Bremseinrichtung kann eine Antriebsanordnung umfassen. Die Antriebsanordnung kann wie vorstehend und/oder nachfolgend beschrieben ausgebildet sein. Die elektromechanische Bremseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, mittels des Elektromotors und/oder mittels der Antriebsanordnung einen Bremsbelag gegen eine Bremsscheibe zu drücken.
Die elektromechanische Bremseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Antriebsanordnung und/oder einen Radbremskolben in einer bremskrafterzeugenden Position zu halten und/oder mechanisch festzustellen. Anstatt der Bezeichnung „Rad“ kann vorstehend und/oder nachfolgend die Bezeichnung „Reifen“ gewählt werden.
Die elektromechanische Bremseinrichtung kann ein Bremspedal aufweisen. Die Antriebsanordnung kann mit dem Bremspedal, beispielsweise wirksam, wie mechanisch und/oder elektrisch, gekoppelt sein. Die elektromechanische Bremseinrichtung kann eine entsprechende Bremsbacke aufweisen. Die Antriebsanordnung kann dazu ausgebildet sein, beispielsweise mittels des Elektromotors und/oder der Betätigungseinrichtung, den Bremsbelag und/oder Reibbelag bzw. die Bremsbacke derart zu betätigen, dass eine Spannkraft gegen die Bremsschreibe ausgeübt wird und/oder auf diese Weise einen Feststellzustand herbeigeführt wird. Die Bremsscheibe kann mit einer Achse des Fahrzeugs und/oder einem Fahrzeugrad drehfest verbunden sein. Die Bremsbacke kann über wenigstens einen daran befestigten Bremsbelag gegen die Bremsscheibe drücken.
Mit anderen Worten wird eine Rotormodifikation zur Kraftsymmetrisierung in Elektromotoren, wie DC-Motoren, mit ungerader Nutenzahl vorgeschlagen. Der Elektromotor kann Teil eines EPB-Aktuators sein. Die Magnetkraft im Luftspalt kann stark ansteigen, wenn die Vorderkante eines Spulenkerns bzw. des als Blechpaket ausgeführten Flussleiters in das Magnetfeld eines Magnetpols einläuft. An der Kante des Blechpakets im Rotor und auch des Magneten verlaufen die Feldlinien nicht nur in radialer Richtung, sondern weisen auch tangentiale Anteile auf. Mit der weiteren Drehung des Rotors steigt die Magnetkraft im Luftspalt zwischen Magnet und dem Spulenkern weiter an, der Tangentialanteil allerdings fällt deutlich ab, da die Feldlinien im Inneren des Magneten und auch mittleren Bereich des T-förmigen Spulenkerns auf dem Rotor weitgehend parallel in radialer Richtung verlaufen. Durch die Modifikation, des Blechpakets in der Mitte zwischen den beiden Kanten des Spulenkerns, insbesondere durch vorsehen von Ausnehmungen, wird dort der magnetische Fluss und damit auch die lokale Magnetkraftdichte verringert. Daher fällt die Magnetkraft im Luftspalt zunächst ab, wenn die Ausnehmungen in das Magnetfeld einlaufen. An der Rückseite der Ausnehmungen bzw. Nuten ist der Magnetfluss wieder höher. Daher steigt die Magnetkraft im Luftspalt nach dem Einlaufen der Ausnehmungen in das Magnetfeld wieder an. Im entsprechend modifizierten Rotor mit ungerader Nutenzahl liegen Nuten und Ausnehmungen diametral gegenüber. Damit findet beim Einlaufen der Vorderkante des Spulenkerns bzw. des Blechpakets in das Magnetfeld eines Magneten und an der Ausnehmung auf der gegenüberliegen Seite mit möglichst geringem Zeitversatz ein entgegengesetzt gerichteter Magnetkraftanstieg statt, sodass die resultierende Gesamtmagnetkraft und damit auch das schwingungsanregende Biegemoment auf den Aktuator reduziert werden. Die Frequenz mit der die Magnetkraftspitzen während einer Umdrehung auftreten, ist im Fall des Motors mit 2 Magnetpolen und ungerader Nutenzahl N durch das Produkt 2*N gegeben. Mit der vorgeschlagenen Modifikation des Rotors mit ungerader Nutenzahl wird somit beim Einlaufen der Kante des Spulenkerns in das Magnetfeld an der gegenüberliegen Ausnehmung eine entgegengesetzt gerichtete Magnetkraft erzeugt, so dass die resultierende Gesamtkraft und damit auch das schwingungsanregende Biegemoment auf den Aktuator reduziert werden. Eine Erhöhung der Spulenzahl ist somit nicht erforderlich.
Mit der Erfindung können die oszillierenden Radialkräfte im EPB-Aktuator bzw. Elektromotor minimiert werden. Schwingungen bzw. schwingungsanregende Biegemoment und Geräusche können minimiert werden. Kosten können reduziert werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben, dabei zeigen schematisch und beispielhaft:

1 einen bekannten Elektromotor mit drei verschiedenen Rotorpositionen;
2 das Magnetfeld an einem Rotorpol des Elektromotors gemäß 1;
3 einen Elektromotor gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung mit drei verschiedenen Rotorpositionen;
4 eine Rotorpol des Elektromotors gemäß 3 mit einer Variante der Ausnehmung und schematisch das sich bildende Magnetfeld; und
5 eine Rotorpol des Elektromotors gemäß 3 mit einer weiteren Variante der Ausnehmung und schematisch das sich bildende Magnetfeld.

1 zeigt schematisch einen bekannten Elektromotor 1 mit drei verschiedenen Rotorpositionen, in der jeweils eine Anziehung und/oder Abstoßung erfolgt. Der Elektromotor 1 weist einen permanentmagnetischen Stator 2 mit einem Permanentmagnetring 3 mit einem Pluspol 4 und Minuspol 5 auf.
Ferner weist der Elektromotor 1 einen innerhalb des Stators 2 drehbar angeordneten Rotor 6 auf. Der Rotor 6 weist drei T-förmig ausgebildete Rotorpole 7 mit Spulen 8 auf. Zwischen dem Rotor 6 und dem Stator 2 ist ein Luftspalt 9 ausgebildet. Ferner weist der Rotor 6 eine ungerade Anzahl von Nuten 10, hier drei Nuten 10, bzw. von Rotorpolen 7, hier drei Rotorpole 7 mit jeweils einer Spule 8, auf.
Die Magnetkraft im Luftspalt 9 kann stark ansteigen, wenn die Vorderkante des Spulenkerns eines Rotorpols 7 in das Magnetfeld eines der Magnetpole 4, 5 einläuft. An der gegenüberliegenden Seite des Rotors weicht die Magnetkraft stark ab. Dadurch wird ein schwingungsanregendes Biegemoment erzeugt, das den Rotor in Schwingung versetzt und unerwünschte Geräusche verursacht.
2 zeigt schematisch das sich ausbildende Magnetfeld an einem Rotorpol 7 des Elektromotors 1 gemäß 1.
An der Kante des Rotorpols 7 und auch des Magneten 3 verlaufen die Feldlinien nicht nur in radialer Richtung, sondern weisen auch tangentiale Anteile auf. Mit der weiteren Drehung des Rotors 6 steigt die Magnetkraft im Luftspalt 9 zwischen Magnet 3 und dem Spulenkern weiter an. Der Tangentialanteil allerdings fällt deutlich ab, da die Feldlinien im Inneren des Magneten 3 und auch mittleren Bereich des T-förmigen Rotorpols 7 weitgehend parallel in radialer Richtung verlaufen.
3 zeigt einen Elektromotor 11 gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung mit drei verschiedenen Rotorpositionen, in der sich jeweils die Anziehung bzw. Abstoßung im Wesentlichen gegeneinander aufheben und damit schwingungsanregende Biegemomente vermieden bzw. zumindest signifikant reduziert werden.
Der Elektromotor 11 weist einen permanentmagnetischen Stator 12 mit einem Permanentmagnetring 13 mit einem Pluspol 14 und Minuspol 15 auf. Der Pluspol 14 und Minuspol 15 sind radial gegenüberliegend angeordnet.
Ferner weist der Elektromotor 11 einen innerhalb des Stators 12 drehbar um eine Drehachse 23 angeordneten Rotor 16 auf. Der Rotor 16 weist drei T-förmig ausgebildete Rotorpole 17 mit Spulen 18 auf. Zwischen dem Rotor 16 und dem Stator 12 ist ein zylindrischer Luftspalt 19 ausgebildet. Ferner weist der Rotor 16 eine ungerade Anzahl von Nuten 20, hier drei Nuten 20, bzw. von Rotorpolen 17, hier drei Rotorpole 17 mit jeweils einer Spule 18, auf.
Die Rotorpole 17 weisen jeweils einen radial innenliegenden Kernabschnitt 21 und an diesem angebrachte in Umfangsrichtung bogenförmige T-Seitenarme 22 auf. Die Spulen 18 weisen Spulenwicklungen auf, die um die Kernabschnitte 21 gewickelt sind. Die Rotorpole 17 bzw. deren T-Seitenarme 22 sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Rotorpolen 17 bzw. T-Seitenarmen 22, die Nut 20 ausgebildet ist. Die Nuten 20 sind axial durchgehend ausgebildet.
Im Mittenbereich 24 der Rotorpole 17 sind Ausnehmungen 25 vorgesehen. Jeweils eine Ausnehmung 25 ist in Umfangsrichtung zwischen den beiden Kanten des jeweiligen Kernabschnitts 21 des Rotorpols 17 und mittig zum jeweiligen Kernabschnitt 21 des Rotorpols 17 angeordnet. Die Ausnehmungen 25 sind als axial durchgehende als Nuten ausgebildet und radial außenseitig der Kernabschnitte 21 der Rotorpole 17 angeordnet. Ferner erstrecken sich die Ausnehmungen 25 vom Außenumfang der Rotorpole 17 ausgehend radial nach innen und sind in axialer Richtung offen und nach radial außen offen.
Jeweils eine Ausnehmung 25 und eine zwischen benachbarten Rotorpolen 17 bzw. T-Seitenarmen 22, ausgebildete Nut 20 sind im Wesentlichen in radialer Richtung gegenüberliegend bzw. diametral angeordnet. Die Anzahl von Ausnehmungen 25 entspricht daher der Anzahl von Rotorpolen 17 und der Anzahl von Nuten 20. Insbesondere handelt es sich um eine ungerade Anzahl, wie 3, 5 mehr. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind drei Ausnehmungen 25, drei Rotorpole 17 und drei Nuten 20 vorgesehen. Jeder Rotorpol 17 wist damit in seinem Mittenbereich, genau und ausschließlich eine Ausnehmung 25 auf.
Die Ausnehmungen 25 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass das Magnetfeld, insbesondere der Fluss und/oder der Feldlinienverlauf des Magnetfelds, beeinflusst bzw. geändert wird. Dadurch kann beim Einlaufen in das Magnetfeld an der gegenüberliegenden Ausnehmung 25 eine entgegengesetzt gerichtete Magnetkraft erzeugt werden, so dass die resultierende Gesamtkraft und damit auch das schwingungsanregende Biegemoment reduziert wird.
4 zeigt schematisch das sich ausbildende Magnetfeld an einem Rotorpol 17 des Elektromotors 11 gemäß 3 mit einer Variante der Ausnehmung 25.
Die Ausnehmung 25 ist hier, im Querschnitt, als rechteckige Nut ausgebildet.
Durch die Ausnehmung 25 kann der magnetische Fluss und damit auch die lokale Magnetkraftdichte verändert, beispielsweise verringert, werden. Daher kann die Magnetkraft im Luftspalt 19 zunächst abfallen, wenn die Ausnehmung 25 in das Magnetfeld einläuft. An der Rückseite der Ausnehmung 25 kann der Magnetfluss wieder höher sein. Daher kann die Magnetkraft im Luftspalt 19 nach dem Einlaufen der Ausnehmung 25 in das Magnetfeld wieder ansteigen.
Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 3 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
5 zeigt schematisch das sich ausbildende Magnetfeld an einem Rotorpol 17 des Elektromotors 11 gemäß 3 mit einer anderen Variante der Ausnehmung 25.
Die Ausnehmung 25 ist hier, im Querschnitt, im Wesentlichen dreieckig ausgebildet.
Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 3 bis 4 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Dem-zufolge gibt es auch Weiterbildungen und/oder Ausführungsbeispiele der Erfindung, die zusätzlich oder alternativ das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweisen.
Aus den vorliegend offenbarten Merkmalskombinationen können bedarfsweise auch isolierte Merkmale herausgegriffen und unter Auflösung eines zwischen den Merkmalen gegebenenfalls bestehenden strukturellen und/oder funktionellen Zusammenhangs in Kombination mit anderen Merkmalen zur Abgrenzung des Anspruchsgegenstands verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Stator
3: Permanentmagnetring
4: Pluspol
5: Minuspol
6: Rotor
7: Rotorpole
8: Spulen
9: Luftspalt
10: Nuten
11: Elektromotor
12: Stator
13: Permanentmagnetring
14: Pluspol
15: Minuspol
16: Rotor
17: Rotorpole
18: Spulen
19: Luftspalt
20: Nuten
21: Kernabschnitte
22: T-Seitenarme
23: Drehachse
24: Mittenbereich
25: Ausnehmungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4122067 A1 [0004]

Claims

Elektromotor (11), insbesondere für eine elektromechanische Bremseinrichtung eines Fahrzeugs, wobei der Elektromotor (11) einen Stator (12) und einen mehrpolig ausgebildeten Rotor (16) mit einer ungeraden Anzahl von Rotorpolen (17) aufweist, wobei im Mittenbereich (24) der Rotorpole (17) Ausnehmungen (25) vorgesehen sind.
Elektromotor (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (25) derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass das Magnetfeld, insbesondere der Fluss und/oder der Feldlinienverlauf des Magnetfelds, beeinflusst und/oder geändert wird.
Elektromotor (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (12) als permanentmagnetischer Stator (12) ausgebildet ist und/oder dass der Stator (12) wenigstens zwei gegenüberliegende Magnetpole (14, 15) aufweist.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Stator (12) und Rotor (16) ein zylindrischer Luftspalt (19) ausgebildet ist.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) im Wesentlichen innerhalb des Stators (12) drehbar angeordnet ist.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorpole (17) im Wesentlichen T-förmig und/oder ankerförmig ausgebildet sind.
Elektromotor (11) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorpole (17) T-Seitenarme (22) aufweisen, die bogenförmig ausgebildet sind.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorpole (17), insbesondere deren T-Seitenarme (22), in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und zwischen jeweils zwei benachbarten Rotorpolen (17), insbesondere T-Seitenarmen (22), eine, insbesondere axial durchgehende, Nut (20) ausgebildet ist.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorpole (17) jeweils einen radial innenliegenden Kernabschnitt (21) mit Spulenwicklungen und/oder einer Spule (18) aufweisen.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (25) axial durchgehend ausgebildet sind.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (25) als Nuten oder Schlitze ausgebildet sind.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (25) im Querschnitt zumindest abschnittsweise im Wesentlichen rechteckig, dreieckig oder bogenförmig ausgebildet sind.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ausnehmung (25), insbesondere in Umfangsrichtung, zwischen den beiden Kanten des jeweiligen Kernabschnitts (21) des Rotorpols (17) angeordnet ist.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ausnehmung (25), insbesondere in Umfangsrichtung, mittig zum jeweiligen Kernabschnitt (21) des Rotorpols (17) angeordnet ist.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (25) radial außenseitig der Kernabschnitte (21) der Rotorpole (17) angeordnet sind.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausnehmungen (25) vom Außenumfang der Rotorpole (17) ausgehend radial nach innen erstecken.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (25) in axialer Richtung offen und/oder nach radial außen offen sind.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (25) und die zwischen benachbarten Rotorpolen (17), insbesondere T-Seitenarme (22), ausgebildeten Nuten (20) im Wesentlichen in radialer Richtung gegenüberliegend, insbesondere diametral, angeordnet sind.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Ausnehmungen (25) der Anzahl von Rotorpolen (17) entspricht und/oder jeder Rotorpol (17) in seinem Mittenbereich (24), insbesondere genau und/oder ausschließlich, eine Ausnehmung (25) aufweist.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) und/oder die Rotorpole (17) zumindest ein durch Bleche geschichtetes Blechpaket aufweisen und/oder daraus hergestellt sind.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Rotorpolen (17) drei, fünf, sieben oder mehr beträgt.
Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (11) ein Gleichstrommotor, insbesondere ein mechanisch kommutierter und/oder elektronisch kommutierter und/oder bürstenloser Gleichstrommotor, ist.
Antriebsanordnung, insbesondere elektromechanischer Aktuator, wie Bremsaktuator, umfassend einen Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Antriebsanordnung nach Anspruch 23, umfassend eine mit dem Elektromotor (11) zusammenwirkende Betätigungseinrichtung, wie Betätigungsglied.
Elektromechanische Bremseinrichtung, insbesondere Feststellbremseinrichtung, für ein Fahrzeug, umfassend einen Elektromotor (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 22 oder eine Antriebsanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 24.
Elektromechanische Bremseinrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Bremseinrichtung dazu ausgebildet ist, mittels des Elektromotors (11) oder mittels der Antriebsanordnung einen Bremsbelag gegen eine Bremsscheibe zu drücken.