DE4302042A1 - Elektromotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, bei dem Stator und Rotor ineinanderliegend koaxial angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Elek­ tromotor zu schaffen, welcher kompakt und insbesonde­ re in Flachbauweise ausführbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Pole des Stators auf einem innenliegenden Radius und die Pole des Rotors auf einem außenliegen­ den Radius um die gemeinsame Achse angeordnet sind und daß die axiale Ausdehnung der den Rotor und den Stator enthaltenden Baueinheit kleiner ist als der Außendurchmesser des Rotors.

Durch die Anordnung von Rotor und Stator auf zwei ineinanderliegenden Kreiszylindern um eine gemeinsame Achse, wobei der Stator innen liegt und der Rotor außen liegt, erreicht man eine kompakte Anordnung, wobei der Innenraum des Stators für die Anordnung eines Getriebes, mit welchem das Drehmoment des No­ tors auf ein nach außen wirkendes Antriebsmittel, beispielsweise Ritzel, übertragen werden kann. Bei dem Getriebe kann es sich um ein Planetengetriebe oder ein anderes Getriebe, beispielsweise Doppel­ schraubengetriebe (Zyklogetriebe) handeln. Es ist jedoch auch möglich, das Drehmoment direkt auf das außen wirkende Antriebsmittel (z. B. Ritzel) zu über­ tragen, wobei dann der Rotor direkt mit dem Ritzel verbunden ist.

Der Stator kann einen Statorträger aufweisen, der an seiner Außenseite als Träger für Feldwicklungen und Polblechpackungen zur Bildung der Statorpole ausge­ bildet ist. Der Statorträger ist ortsfest am Motorge­ häuse angeordnet und kann ferner an seiner Innenseite ein Hohlrad für das Getriebe, insbesondere Planeten­ getriebe, aufweisen. Das Hohlrad kann hierzu ein­ stückig mit dem Statorträger ausgebildet sein und in Form einer Innenzahnung am Statorträger vorliegen.

Der Rotor kann glockenförmig ausgebildet sein und im Bereich seines Rotormantels als Träger für die Rotor­ pole, welche bevorzugt als Permanentmagnete ausgebil­ det sind, dienen. Der glockenförmige Rotor kann im Bereich der Mitte seines Haubenteils am Motorgehäuse gelagert sein. Zur direkten Kühlung des Motors kann der Glockenhaubenteil des Rotors Unterbrechungen und gegebenenfalls angeformte Lüfterflügel aufweisen, so daß bei sich drehendem Motor eine kühlende Luftströ­ mung erzeugt wird, wobei noch zusätzliche Lüftungs­ öffnungen im Motorgehäuse vorgesehen sind.

Da die Rotorpole durch Permanentmagnete gebildet sein können, kann in diesem Fall der Motor kollekterlos ausgebildet sein. Der Motor, insbesondere die Feld­ wicklungen des Stators, werden bevorzugt mit Gleich­ strom versorgt.

Zur Abtastung der Rotorpole, insbesondere Permanent­ magnete, kann am Gehäuse an entsprechender Stelle eine Abtastsonde vorgesehen sein. Es können auch meh­ rere Abtastsonden, z. B. drei Abtastsonden, vorgese­ hen sein. Die jeweilige Sonde kann beispielsweise als Hallgenerator ausgebildet sein. Auf diese Weise läßt sich eine exakte Drehwinkelerkennung, insbesondere wenn eine relativ große Anzahl an Polen, beispiels­ weise ca. 30 Pole oder mehr, vorgesehen sind, errei­ chen. Diese Drehwinkelerkennung kann zur Steuerung des Motors, insbesondere zum Ein- und Ausschalten, dienen. Auf diese Weise können, wenn der Motor bei­ spielsweise als Stellmotor verwendet wird, bestimmte Stellstrecken zurückgelegt werden. Wenn das Getriebe ohne Selbsthemmung, beispielsweise als Planetenge­ triebe, ausgebildet ist, kann man einen hohen Wir­ kungsgrad bei geringem Leistungsbedarf auch für einen Hochleistungsmotor erreichen. Auch hierbei kann die Dreherkennung ausgenützt werden. Normalerweise wird eine Selbsthemmung bei einem derartigen Motor reali­ siert durch Kurzschluß bei Stillstand im Lei­ stungsteil, was zur Selbsthemmung der Motor-Ge­ triebeeinheit führt bzw. nur noch ein "Kriechen" zu­ läßt. Sollte diese "Selbsthemmung" nicht ausreichend sein, läßt sich durch die Drehwinkelerkennung der gewünschte Null-Punkt durch von der Drehwinkelerken­ nung abhängige Steuerung wieder automatisch anfahren. Ein zusätzliches Rastmoment läßt sich durch einen stark ausgeprägten Nuteffekt erreichen.

Weitere Maßnahmen zum drehwinkelgerechten Anhalten des Motors kann eine vom ermittelten Drehwinkel ge­ steuerte Bremse, deren Bremsbelag mit dem Rotor, ins­ besondere der Rotorglocke, in Berührung kommt, sein. Die Bremse kann beispielsweise durch einen federvor­ belasteten Hubmagneten betätigt werden. Bei normalem Motorlauf ist der Hubmagnet gelüftet, und bei Span­ nungsabfall erfolgt eine automatische Bremsung.

Wenn man auf mechanischem Wege eine Selbsthemmung erreichen will, kann dies beispielsweise durch einen Schneckenantrieb im Getriebe erfolgen.

Es können ferner folgende Funktionen noch erfüllt werden: Langsames Anfahren (Softanlauf), realisier­ bare Losbrechfunktion, realisierbarer Einklemmschutz, realisierbare Geschwindigkeitsregelung, hohe Wieder­ holgenauigkeit, Momenterkennung, momentabhängige Drehzahlsteuerung, automatische Nullung möglich bei Erstinbetriebnahme oder nach Stromausfall.

Der Motor kann dort eingesetzt werden, wo eine hohe Leistungsdichte mit geringen Einbauabmessungen er­ reicht werden soll, d. h. der Motor kann beispielswei­ se bei Kraftfahrzeugen als Schiebedachmotor, Sitzver­ stellmotor, Fensterheber, ferner zur Motorhauben- und Kofferraumverriegelung, zur Drosselklappenverstellung am Fahrzeugmotor, zur Einspritzpumpenbetätigung und andere Einsatzzwecke verwendet werden. Er kann grund­ sätzlich überall dort, wo eine Notbetätigung einfach realisiert werden muß, zum Einsatz kommen, beispiels­ weise in Kraftfahrzeugantriebseinrichtungen bei Fe­ derspeicherbremszylindern, Stellzylindern, Getriebe­ schaltungseinheiten, Hubzylindern und Hochleistungs­ schrittmotoren.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Figur ein Ausführungsbeispiel noch näher be­ schrieben.

Die Figur zeigt eine schnittbildliche Darstellung durch das Ausführungsbeispiel.

Das Ausführungsbeispiel ist ein Elektromotor, insbe­ sondere Gleichstrommotor in Flachbauweise. Lamellier­ te Polbleche 16 sind an einem Statorträger um eine Achse A angeordnet. Ferner befinden sich am Stator­ träger die lamellierten Polbleche 16 umgebend Feld­ wicklungen 17. Die lamellierten Pole 16 und die Feld­ wicklungen 17 befinden sich auf einem innenliegenden Kreisring.

Auf einem außenliegenden Kreisring um die Achse A befinden sich Pole 15 des Rotors 13, welche als Per­ manentmagnete ausgebildet sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen kollek­ terlosen Gleichstrommotor. Der Rotor 13 ist glocken­ förmig ausgebildet. Im mittleren Teil 19 seines Hau­ benteils ist der Rotor 13 an einem haubenförmigen Gehäuseteil 4 in einem unteren Bundlager 11 gelagert. Die als Pole 15 wirkenden Permanentmagnete sind an einem zylinderförmigen Polträger 15 befestigt. Die als Permanentmagnete ausgebildeten Rotorpole 15 lie­ gen den lamellierten Polen 16 des Stators unter Be­ lassung eines Luftspaltes unmittelbar gegenüber.

Innerhalb des ringförmigen Statorträgers 18 ist ein Getriebe angeordnet. Das Getriebe ist beim darge­ stellten Ausführungsbeispiel als Planetengetriebe ausgebildet. Ein Hohlrad 1 des Planetengetriebes be­ findet sich an der Innenwand des ringförmig ausgebil­ deten Statorträgers 18. Das Hohlrad 1 kann einstückig mit dem Statorträger 18 ausgebildet sein. Mit dem Hohlrad 1 stehen ein oder mehrere Planetenräder 3 in Eingriff. Bevorzugt werden drei Planetenräder mit einem Winkelabstand von 120° voneinander verwendet. In der Figur ist ein Planetenrad 3 dargestellt.

Jedes Planetenrad 3 ist drehbar mittels einer Plane­ tenradachse 7 an einem Planetenradträger 6 gelagert. Der Planetenradträger 6 ist mittels eines oberen Bundlagers 10 an einem Gehäusedeckel 5 drehbar gela­ gert. Der Gehäusedeckel 5 ist mit dem haubenförmigen Gehäuseteil 4 durch Schraubverbindungen verbunden.

Ein mit dem Rotor 13 drehfest verbundenes Sonnenrad 2 steht im Eingriff mit dem jeweiligen Planetenrad 3. Der Eingriff zwischen dem Sonnenrad 2 und dem Plane­ tenrad 3 ist ein Zahneingriff. Auch der Eingriff des Planetenrades 3 in das Hohlrad 1 ist ein Zahnein­ griff. Entsprechend sind das Hohlrad, das Sonnenrad und das jeweilige Planetenrad als Zahnräder ausgebil­ det.

Beim Ausführungsbeispiel sind ausgehend von der ge­ meinsamen Achse A das Sonnenrad 2 und der Planeten­ radträger 6 innenliegend angeordnet. Nach außen hin gesehen folgt dann der Kreisring, auf welchem die Achsen 7 der jeweiligen Planetenräder 3 sich um die gemeinsame Achse A bewegen. Anschließend folgt das Hohlrad 1 und der Statorträger 18 mit den ebenfalls auf einem Kreisring um die Achse A angeordneten la­ mellierten Statorpolen 16 und den Feldwicklungen 17. Auf dem äußersten Kreisring um die gemeinsame Achse A befinden sich die Rotorpole 15 des glockenförmigen Rotors 13, der an seinem mittleren Haubenteil 19 ge­ meinsam mit dem drehfest verbundenen Sonnenrad 3 über das untere Bundlager 11 am Gehäuseteil 4 drehbar um die Achse A gelagert ist.

Das glockenförmige Gehäuseteil 4 umfaßt mit seinem Boden und seinem Mantel die Getriebe-Stator- und Ro­ toranordnung, welche, wie oben beschrieben, konzen­ trisch um die gemeinsame Achse A angeordnet sind. Durch den aufgeschraubten Deckel 5 ist das Gehäuse geschlossen.

Mit dem Planetenradträger 6 ist drehfest ein Ritzel 14 verbunden, welches als nach außen geführtes An­ triebsmittel zur Übertragung des Motordrehmoments dient. Das Ritzel 14 ist ebenfalls drehbar um die gemeinsame Achse A angeordnet.

Es ist auch möglich, ohne Zwischenschaltung eines Getriebes den Rotor 13 im Bereich seines Mittelteils 19 direkt mit dem Ritzel 14 zu verbinden. Das Ritzel kann auch unten aus dem Gehäuse geführt sein. Es kön­ nen auch oben und unten Ritzel vorgesehen sein.

Im glockenförmigen Gehäuseteil 4 sind Lüftungsöffnun­ gen 21 und 22 vorgesehen. Diese Lüftungsöffnungen wirken zusammen mit Ausnehmungen 23 am Rotor 13, wel­ che zu Lüfterflügeln ausgeformt sein können. Auf die­ se Weise wird eine Kühlung der Motorteile bei sich drehendem Motor 13 erreicht, da durch die Lüfterflü­ gel 23 ein ständiger kühlender Luftstrom zwischen den Lüftungsöffnungen 21 und 22 erzeugt wird. Die Lüf­ tungsöffnungen 21 und 22 sind so am glockenförmigen Gehäuseteil 4 angeordnet, daß die stromführenden Tei­ le, insbesondere die Feldwicklungen 17 und die lamel­ lierten Pole 16 vom kühlenden Luftstrom umströmt sind.

An der Innenseite des Gehäusedeckels 5 ist ferner eine Sonde 20 vorgesehen, welche die Rotorpole 15 abtastet. Diese Sonde 20 kann als Hallgenerator aus­ gebildet sein. Durch die Abtastung der Rotorpole 15 läßt sich eine ständige Drehwinkelerkennung errei­ chen. Je nach Anzahl der Rotor- und Statorpole läßt sich die Genauigkeit dieser Drehwinkelerkennung stei­ gern. In Abhängigkeit von der Drehwinkelerkennung kann mit Hilfe einer nicht näher dargestellten mit der Sonde 20 verbundenen Steuereinrichtung der Rotor 13 in eine jeweils gewünschte Drehwinkelposition ge­ bracht werden. Es können auch mehr Sonden, insbeson­ dere drei Sonden, vorgesehen sein. Ein zusätzliches Rastmoment für den Rotor 13 kann durch stark ausge­ prägte Nuteffekte zwischen den Polen erzielt werden. Es kann auch eine zusätzliche Bremseinrichtung vor­ gesehen sein, deren Bremsbelag mit Hilfe eines eben­ falls von der Steuereinrichtung betätigten Hubmagne­ ten mit dem glockenförmigen Teil des Rotors 13 in Bremskontakt gebracht wird.

Durch die Ineinanderanordnung von Getriebe, Stator und Rotor läßt sich eine kompakte Anordnung des in Flachbauweise ausgebildeten Ausführungsbeispiels er­ reichen. Dies wird auch durch die schnittbildliche Darstellung der Figur deutlich.

Durch einen am Sonnenrad 2 gelagerten axial sich er­ streckenden Gleitstift 8 und einer Ausgleichsfeder 9, welche in eine axiale Bohrung des Planetenradträgers 6 eingesetzt sind, erreicht man einen Toleranzaus­ gleich beim Zusammenbau der Anordnung in axialer Richtung. Ferner wird eine axiale Anordnung zwischen Planetenradträger 6 und dem Sonnenrad 2 und somit zwischen den übrigen Bauteilen, nämlich Statorträger 18 und Rotor 13, erreicht.

Die gesamte Anordnung kann mit Hilfe einer Adapter­ platte 24, welche beim dargestellten Ausführungsbei­ spiel ringförmig ausgebildet ist und mit den Gehäuse­ teilen verschraubt ist, am jeweiligen Einsatzort des Elektromotors, beispielsweise durch Schraubverbindun­ gen 25, befestigt werden. Die Adapterplatte kann in ihrer Form an den jeweiligen Einsatzort angepaßt sein. Sie kann hierzu beispielsweise auch sternförmig ausgebildet sein.

Claims (12)

1. Elektromotor, bei dem Stator und Rotor ineinan­ derliegend koaxial angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (16) des Stators (16-18) auf ei­ nem innenliegenden Radius und die Pole (15) des Rotors (12, 13, 15) auf einem außenliegenden Radius um die gemeinsame Achse (A) angeordnet sind, und daß die axiale Ausdehnung der den Ro­ tor und Stator enthaltenden Baueinheit kleiner ist als der Außendurchmesser des Rotors.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Innenraum des ringförmig ausge­ bildeten Stators (16-18) ein Getriebe (1-3) angeordnet ist, welches das Rotordrehmoment auf ein nach außen wirkendes Antriebsmittel (14) überträgt.

3. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rotordrehmoment direkt auf das nach außen wirkende Antriebsmittel (14) übertra­ gen ist.

4. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Getriebe (1-3) als Planeten­ getriebe ausgebildet ist.

5. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Statorträger (18) als Träger für an seiner Außenseite ange­ ordnete Feldwicklungen (17) und die Statorpole (16) ausgebildet ist und ortsfest an einem Mo­ torgehäuseteil (5) angeordnet ist und daß der Statorträger (18) ferner an seiner Innenseite ein Hohlrad (1) für das Planetengetriebe (1-3) aufnimmt.

6. Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Hohlrad (1) einstückig mit dem Statorträger (18) ausgebildet ist.

7. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (12, 13, 15) glockenförmig ausgebildet ist und daß an der Innenseite des zylindrischen Rotormantels (12) die Rotorpole (15) den Statorpolen (16) gegen­ überliegend angeordnet sind.

8. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorpole (15) als Permanentmagnete ausgebildet sind.

9. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor (12, 13, 15) im Bereich der Mitte seines Haubenteils (19) an einem Mo­ torgehäuseteil (4) gelagert ist.

10. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Außenab­ messung des Motorgehäuses (4, 5) kleiner ist als die Hälfte seines Außendurchmessers.

11. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (4, 5) eine oder mehrere die Rotorpole (15) abtasten­ de(n) Sonde(n) (20) vorgesehen ist bzw. sind.

12. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (4, 5) Lüftungsöffnungen (21, 22) vorgesehen sind und daß an den Rotor (12, 13, 15) Lüfterflügel (23) angeformt sind.