DE10221696A1 - Elektromotor - Google Patents

Abstract

Es wird ein Elektromotor, insbesondere ein Servomotor, mit einer mit einem Rotor (5) verbundenen Motorwelle (4) und einem mit einem Stator (3) verbundenen Gehäuse (2) vorgeschlagen, wobei eine Bremseinrichtung zum Abbremsen des Rotors (5) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist die Bremseinrichtung durch wenigstens einen piezoelektrischen Aktor (6, 6', 6'') betätigbar.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere einen Servomotor, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Es sind Elektromotoren, insbesondere Servomotoren hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt. Die bekannten Elektromotoren weisen in der Regel einen mit einer Motorwelle verbundenen Rotor und ein mit einem Stator verbundenes Gehäuse auf. Der Stator weist üblicherweise Wicklungen auf, über die der Rotor und damit letztendlich die Motorwelle angetrieben wird.
• Des weiteren ist bei dem bekannten Elektromotor eine Bremseinrichtung zum Abbremsen des Rotors bzw. der Motorwelle vorgesehen. Üblicherweise wird eine elektromagnetisch betätigte Bremseinrichtung verwendet. Diese Bremseinrichtung wirkt somit berührungslos auf den Rotor ein. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei den bekannten Elektromotoren mit einer berührungslosen Bremseinrichtung insbesondere Probleme hinsichtlich des erforderlichen Luftspaltes zwischen dem Rotor und dem Stator auftreten.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, bei dem insbesondere die Luftspaltproblematik vermieden wird und welcher möglichst einfach aufgebaut ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
• Demnach wird ein erfindungsgemäßer Elektromotor vorgeschlagen, bei dem die Bremseinrichtung durch wenigstens einen piezoelektrischen Aktor betätigbar ist. Auf diese Weise wird die Luftspaltproblematik der bekannten Bremseinrichtungen vermieden. Ferner sind bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor eventuelle vorliegende Lagerspiele unerheblich. Darüber hinaus weist die Bremseinrichtung des erfindungsgemäßen Elektromotors nur wenige Teile auf, sodass die Massenträgheit bei dem Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise sehr gering ist und darüber hinaus ein möglichst einfacher Aufbau realisiert wird.
• Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der piezoelektrische Aktor an einem Stab oder dergleichen vorgesehen ist. Auf diese Weise kann der Stab durch das Bestromen des piezoelektrischen Aktors verlängert werden und nach der Bestromung sich wieder zusammenziehen. Bevorzugt wird der piezoelektrische Aktor an dem Stab etwa mittig angeordnet. Es ist auch möglich, das der Aktor an einer anderen beliebigen Stelle an dem Stab vorgesehen ist, wenn dies vorteilhaft ist. Denkbar ist auch, dass mehrere Aktoren an einem Stab angeordnet sind.
• Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Dysprosiumlegierung als piezoelektrisches Element bei dem verwendeten Aktor. Diese Legierung wird auch als Tefenol bezeichnet und weist den Vorteil auf, dass diese im Gegensatz zu keramischen Werkstoffen als piezoelektrische Elemente unter vergleichbarer Bestromung größere Ausdehnungen vollzieht. Beispielsweise bei Anlegen von etwa 200 V Gleichspannung (DC) dehnt sich ein Aktor aus Tefenol um etwa 0,5 mm. Es ist auch denkbar, dass andere beispielsweise aus Seltenerdmetallen und anderen Metallen bestehende Legierungen verwendet werden. Bevorzugt jedoch wird eine Legierung aus Dysprosium, Terbium und Eisen verwendet.
• Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass mehrere Stäbe verwendet werden, welche nach der Bestromung derart zusammenwirken, dass auf die Motorwelle bzw. auf den Rotor ein Bremsmoment aufbringbar ist. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Elektromotor mit der Bremseinrichtung geeignet abgebremst werden.
• Besonders bevorzugt ist die Verwendung von drei Stäben, welche vorzugsweise in Form eines etwa gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind. Es ist auch möglich, dass andere räumliche Anordnungen der Stäbe bei dem erfindungsgemäßen Elektromotor verwendet werden.
• Im Rahmen einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass an den Enden zweier Stäbe ein Verbindungsträger oder dergleichen mit einem Bremsbelag vorgesehen ist, wobei die Stäbe nach der Bestromung derart zusammengezogen werden, dass der Bremsbelag an den Rotor angepresst wird, sodass der Rotor bzw. die Motorwelle abgebremst werden.
• Vorzugsweise ist jeder Verbindungsträger gehäusefest an dem Elektromotor angeordnet und weist eine Stromversorgung für den piezoelektrischen Aktor auf. Um eine sichere Befestigung jedes Verbindungsträgers zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, dass jeder Verbindungsträger über ein Lager an dem Rotor abgestützt ist.
• Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass der drehfest mit der Motorwelle verbundene Rotor ein Ringflansch oder dergleichen ist, welcher eine etwa U-förmige Querschnittsform aufweist. Möglich sind auch andere konstruktive Ausgestaltungen des Rotors.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
• In diesen stellen dar:
• Fig. 1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Elektromotors und
• Fig. 2 eine geschnittene Ansicht gemäß Fig. 1.
• In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Elektromotor 1 dargestellt, welcher ein Gehäuse 2 aufweist, das mit einem Stator 3 verbunden ist. In dem Gehäuse 2 ist eine Motorwelle 4 gelagert, welche mit einem Rotor 5 drehfest verbunden ist. Ferner ist eine Bremseinrichtung zum Abbremsen des Rotors 5 bzw. der Motorwelle 4 vorgesehen.
• Erfindungsgemäß ist die Bremseinrichtung durch wenigstens einen piezoelektrischen Aktor 6, 6', 6" betätigbar. Jeder der piezoelektrischen Aktoren 6, 6', 6" weist als piezoelektrisches Element bevorzugt eine Dysprosiumlegierung auf, welche auch als Tefenol bezeichnet wird. Diese Legierung dehnt sich besonders stark bei einer Bestromung aus und zieht sich auch entsprechend stark wieder zusammen. Beispielsweise bei Anlegen von etwa 200 V Gleichspannung (DC) dehnen sich die Aktoren 6, 6', 6" aus Tefenol jeweils um etwa 0,5 mm.
• Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der piezoelektrische Aktor 6, 6', 6" an einem Stab 7, 7', 7" vorgesehen, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel drei Stäbe 7, 7', 7" mit etwa mittig vorgesehenen piezoelektrischen Aktoren 6, 6', 6" verwendet werden, welche nach der Bestromung derart zusammenwirken, dass auf die Motorwelle 4 ein Bremsmoment aufbringbar ist. Die Stäbe 7, 7', 7" sind in Form eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet, wobei an den Enden zweier Stäbe 7, 7', 7" jeweils ein Verbindungsträger 8, 8', 8" mit einem Bremsbelag 9, 9', 9" vorgesehen ist. Die mit dem Aktor 6, 6', 6" vorgesehenen Stäbe 7, 7', 7" sind ruhestrombetätigt, d. h., an den Aktoren 6, 6', 6" ist ständig eine Spannung angelegt und zum Abbremsen wird die Bestromung beendet, sodass die Stäbe 7, 7', 7" nach der Bestromung derart zusammengezogen werden, dass der jeweilige Bremsbelag 9, 9', 9" mit dem Rotor 5 in Anlage gebracht wird, sodass dieser abgebremst wird.
• Die Stäbe 7, 7', 7" können aus jedem geeigneten Material gefertigt sein.
• Gemäß Fig. 2 ist eine geschnittene Ansicht des erfindungsgemäßen Elektromotors 1 dargestellt. In Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet.
• Der Rotor 5 ist drehfest mit der Motorwelle 4 verbunden, wobei der Rotor 5 als Ringflansch mit im wesentlichen U-förmiger Querschnittsfläche ausgebildet ist. Der Verbindungsträger 8, 8', 8" ist gehäusefest angeordnet und weist eine Stromversorgung 10 für den Aktor 6, 6', 6" auf. Um eine sichere Befestigung des Verbindungsträgers 8, 8', 8" zu gewährleisten, ist dieser über ein Lager 11 an dem Rotor 5 abgestützt.
• Der Stator 3 in dem Gehäuse 2 weist einen Wicklungskopf 12 auf, welcher in Fig. 2 angedeutet ist. Bezugszeichen 1 Elektromotor
  2 Gehäuse
  3 Stator
  4 Motorwelle
  5 Rotor
  6, 6', 6" Aktor
  7, 7', 7" Stab
  8, 8', 8" Verbindungsträger
  9, 9', 9" Bremsbelag
  10 Stromversorgung
  11 Lager
  12 Wicklungskopf
  

Claims (10)

1. Elektromotor, insbesondere Servomotor, mit einer mit einem Rotor verbundenen Motorwelle und einem mit einem Stator verbundenen Gehäuse, wobei eine Bremseinrichtung zum Abbremsen des Rotors vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung durch wenigstens einen piezoelektrischen Aktor (6, 6', 6") betätigbar ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Aktor (6, 6', 6") an einem Stab (7, 7', 7") vorgesehen ist.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Aktor (6, 6', 6") an dem Stab (7, 7', 7") etwa mittig vorgesehen ist.

4. Motor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (6, 6', 6") als piezoelektrisches Element eine Dysprosiumlegierung aufweist.

5. Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stäbe (7, 7', 7") vorgesehen sind, welche nach der Bestromung derart zusammenwirken, dass auf die Motorwelle (4) ein Bremsmoment aufbringbar ist.

6. Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass drei Stäbe (7, 7', 7") vorgesehen sind, welche derart miteinander verbunden sind, dass ihre räumliche Lage ein etwa gleichschenkliges Dreieck bildet.

7. Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden zweier Stäbe (7, 7', 7") ein Verbindungsträger (8, 8', 8") mit einem Bremsbelag (9, 9', 9") vorgesehen ist, wobei die Stäbe (7, 7', 7") nach der Bestromung derart zusammengezogen werden, dass der Bremsbelag (9, 9', 9") in Anlage mit dem Rotor (5) bringbar ist.

8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verbindungsträger (8, 8', 8") gehäusefest angeordnet ist und eine Stromversorgung (10) für den Aktor (6, 6', 6") aufweist.

9. Motor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verbindungsträger (8, 8', 8") über ein Lager (11) an dem Rotor (5) abgestützt ist.

10. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der drehfest mit der Motorwelle (4) verbundene Rotor (5) ein Ringflansch mit etwa U-förmiger Querschnittsfläche ist.