WO2012034624A1 - Elektromotor - Google Patents

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WO2012034624A1
WO2012034624A1 PCT/EP2011/004088 EP2011004088W WO2012034624A1 WO 2012034624 A1 WO2012034624 A1 WO 2012034624A1 EP 2011004088 W EP2011004088 W EP 2011004088W WO 2012034624 A1 WO2012034624 A1 WO 2012034624A1
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WO
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bearing
bobbin
electric motor
motor according
brake
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/004088
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Stammberger
Volker Masuch
Original Assignee
Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg filed Critical Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
Priority to EP11752105.4A priority Critical patent/EP2617123B1/de
Publication of WO2012034624A1 publication Critical patent/WO2012034624A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/102—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with friction brakes
    • H02K7/1021—Magnetically influenced friction brakes
    • H02K7/1023—Magnetically influenced friction brakes using electromagnets
    • H02K7/1025—Magnetically influenced friction brakes using electromagnets using axial electromagnets with generally annular air gap
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Definitions

  • the invention relates to an electric motor.
  • the invention is therefore the object of developing an electric motor, the engine should be easy to produce.
  • Has a brake coil with bobbin wherein the rotor shaft via at least one bearing, which is designed as a floating bearing, as an employee bearing or as a bearing, is mounted, wherein the bearing is accommodated on a arranged in the bobbin bearing seat, in particular the outer ring of the bearing in the bobbin radially is set, the bobbin is connected to the housing, in particular on the inside thereof, in particular wherein the bobbin is screw-connected to the housing.
  • a second bearing point of the rotor shaft is connected to the housing on the opposite side of the motor.
  • the rotor shaft is mounted on a bearing in the bobbin.
  • the bearing is executable as a floating bearing, wherein the outer ring axially displaceable in
  • Spool arranged, in particular radially limited is.
  • the outer ring in the coil ring is axially and radially limited. This is
  • a paragraph attachable in the bobbin and a locking ring wherein the outer ring of the bearing is arranged axially between the shoulder and the retaining ring.
  • the heat of the bearing is removed.
  • the heat of the brake coil provided in it is dissipated via the bobbin.
  • brake heat is the bobbin arranged towards the braking surface on the
  • the bobbin is connected over a large area with the housing of the motor and thus the heat is dissipated from the bobbin to the housing and from there to the environment.
  • the bobbin is made of a ferromagnetic material, wherein the homogeneity of the material and thus the electromagnetic properties can be improved to advantage by a material forming process.
  • the advantage here is that a strong magnetic field can be generated and thus a fast movement of the armature disc, so also a quick release of the brake is possible.
  • the bobbin is made of a steel, in particular of a low-alloy quality steel, in particular C10 or C15, in particular with a proportion of less than 4% silicon, in particular less than 0.6% silicon, and / or with a carbon content of less than 0.5%, in particular less than 0.15%.
  • the brake coil in the bobbin in particular in a recess of the bobbin, provided, in particular potted is provided.
  • the advantage here is that the magnetic field is almost completely feasible in the coil core, ie in the magnetic body.
  • the heat is fast and direct, so without further
  • the brake coil is arranged axially between the bearing and an armature surface, in particular, the coil body has an armature surface.
  • the brake has a with the rotor shaft axially displaceable, but positively connected in the circumferential direction friction lining, which is pressed by a rotatably connected to the housing or bobbin, axially displaceably arranged armature plate, in particular steel, against the braking surface by means of a Spring elements generated spring force, in particular after switching off the current in the brake coil winding and thus
  • Anchor disc pressed by the spring elements on the Reibbelaga, which is thus pressed on a arranged on its side facing away from the armature disc side brake shield.
  • the friction lining is rotatably, but axially displaceable connected to the rotor shaft.
  • the spring elements in recesses of
  • Radial distance are arranged and are spaced apart in the circumferential direction, in particular regularly.
  • the compression springs are arranged in recesses, in particular blind holes, of the bobbin. The advantage here is that as uniform as possible pressing in the axial direction can be achieved and thus a tilting moment can be prevented.
  • the inner ring of the bearing is axially fixed at its first axial side to a shoulder of the shaft and is fixed at its other axial side by means of a securing ring mounted on the shaft.
  • Area of the bearing can be arranged on the shaft, wherein donor and associated sensor arrangement are axially spaced.
  • the axial distance is as constant as possible by the fixed bearing even during thermal changes.
  • the outer ring of the bearing is displaceable and is biased by a spring element
  • the inner ring of the bearing on the shaft fixed, that is immovable, is arranged.
  • the advantage here is that even a floating bearing can be arranged in the bobbin and thus in thermally induced changes in length of the rotor shaft, this is compensated and optimal rolling movement of the bearing elements is made possible.
  • the bearing is arranged axially between the braking surface and a transmitter attached to the shaft, in particular a permanent magnet.
  • the encoder is screw-connected to the shaft, in particular arranged in the head of a screw and screwed the screw into the end face of the shaft.
  • the screw and / or the shaft preferably consists of a non-magnetic material.
  • the encoder is arranged axially between the sensor arrangement and the bearing.
  • the advantage here is that the sensor arrangement can be arranged on a printed circuit board on which an electronic circuit for further processing and / or evaluation of the sensor signals is arranged.
  • the circuit board on which an electronic circuit for further processing and / or evaluation of the sensor signals is arranged.
  • schraubverbindbar for example via threaded bolts with spacers or
  • the region radially covered by the braking surface is arranged radially outside the radial region covered by the brake coil, in particular for heat dissipation.
  • the heat of the brake bearing plate can be discharged directly from the bobbin to the housing.
  • the radial spacing and the stability is improved because the derived braking force, in particular the derived braking torque, also on a short way to the outside of the housing are derived.
  • FIG. 1 a first exemplary embodiment according to the invention is shown in abstract, wherein the B-side bearing 9 is designed as a fixed bearing and is held with its outer ring in the magnetic body 8.
  • FIG. 3 shows a more detailed exemplary embodiment.
  • the first embodiment is shown as a more detailed embodiment.
  • the rotor shaft 1 of the electric motor via a driven side bearing 13 is mounted in the housing 3 of the motor, wherein the bearing 13 is designed as a floating bearing, and a B-side arranged bearing 9 in the magnetic body 8, which on its outside, ie at its largest radial diameter, is connected to the housing 3.
  • the rotor shaft When designed as an asynchronous motor, the rotor shaft carries a short-circuit cage and, when designed as a synchronous motor, a permanent magnet arrangement or a third-party excited one
  • the rotor shaft is displaceable in rotation by a rotating field generated by the stator windings 2.
  • a brake is arranged in the motor and a rotation angle sensor.
  • a friction lining carrier 5 is axially displaceable on the rotor shaft 1, but in
  • the friction lining carrier preferably comprises an internal toothing, which is provided with a corresponding toothing
  • the Reibbelagaki is provided at its two axial end faces with a friction lining.
  • the friction lining carrier 5 is axial between a ferromagnetic armature disk 6, in particular an armature disk made of steel, and a brake plate 4, so friction disc arranged.
  • the armature disk 6 is rotatably arranged to the housing 3, but it is arranged to be displaceable in the axial direction.
  • guide parts are firmly connected to the housing 3, which protrude into recesses of the armature disk 6.
  • the brake coil 7 is arranged in the magnetic body of the brake coil, in particular arranged in a recess of the material of the bobbin.
  • the bobbin is made of a ferromagnetic material and also has a bearing seat for the bearing 9, which is designed as a B-side fixed bearing.
  • the outer ring of the bearing 9 is fixed to a shoulder of the bobbin.
  • the inner ring of the bearing 9 is axially fixed by means of a securing ring 10.
  • a permanent magnet is arranged as the encoder 12 for an angle sensor system.
  • the encoder 12 for an angle sensor system.
  • the transmitter 12 is in operative connection with a stationary, so connected to the housing sensor assembly 11, in particular electronic circuit board with sensor.
  • a Hall sensor element or a cross-Hall sensor element in the sensor arrangement is preferably provided in order to make a determination of the angular position of the shaft 1 executable.
  • the shaft 1 is mounted on the A-side via another bearing 13, which is designed as a floating bearing.
  • the sensor arrangement is arranged on the fixed bearing side of the shaft 1, so that the distance between the transmitter 12 and the sensor arrangement 11 is changed only insignificantly by thermally induced changes in length.
  • a high accuracy of the detection of the angular position can be ensured - even with temperature changes.
  • the bobbin 8 is made of a material with high permeability and remanence and also has a low coercive force. By transforming, such as forging - even with simultaneous heating -, the bobbin is shaped, whereby it has a homogeneous metal structure and the advantageous magnetic properties available.
  • the material is a steel.
  • the silicon content in this case is less than 0.6%, in particular less than 0.4%, and the carbon content is less than 0.5%, in particular 0.15%. If the two lower advantageous limit values are not reached, particularly good magnetic properties and a lower carbon content particularly simple production exposed.
  • the bobbin thus serves not only to bundle the field lines generated by the brake coil and thus gain the field strength but also for heat dissipation of the brake coil provided in it, which is preferably operated with unipolar voltage, in particular DC voltage. Because their ohmic heat must be dissipated by the bobbin. In addition, a significant proportion of the heat generated in the B-side, ie in the bearing facing the sensor assembly heat is passed through the bobbin and discharged from this to the housing 3 and from there to the environment. In addition, the bobbin has a high strength. Thus, the springs for axially pressing the armature disk are arranged and supported in it.
  • the B-side bearing is provided in the bearing seat of the bobbin, so that the forces derived from the bearing from the bobbin to the housing 3 are forwarded, in particular without the bobbin deformed significantly.
  • the bobbin is also denoted as a magnetic body.
  • the brake coil winding is preferably encapsulated arranged in the bobbin.
  • an annular groove is provided in the bobbin, in which the brake coil, in particular as a ring winding, is provided and potted with potting compound.
  • the brake coil is arranged in an annular recessed area of the bobbin, so that the brake coil is again arranged as a ring winding.
  • Figure 3 an embodiment is shown, which is shown concretely and a similar concept as Figure 1 shows.
  • a Lagerflanschteil 30 is screw-connected to the housing 3, so that the A-side bearing 13 in this
  • Lagerflanschteil 30 is added. In this way, a simpler installation is achievable.
  • Lagerflanschteils on the output side of a mechanical interface for connecting a motor driven device.
  • the output side provide various interfaces can be produced by a small number of components of a modular system.
  • the entire braking surface is arranged at a higher radial distance than the brake coil, so in particular radially outward than the brake coil.
  • Axial brake disk and braking surface are, however, spaced, so that these two heat sources can derive the heat generated by them both in the intermediate material of the bobbin.
  • the bobbin 8 is screw-connected to the housing 3rd
  • the friction lining carrier 5 is positively connected to the rotor shaft 1 by a feather key and by a toothed connection instead of the toothed connection described in FIG. 1, in particular by an axially extending one.
  • the electronic circuit board of the sensor arrangement is screw-connected, in particular via spacers, with the bobbin 8.
  • the bobbin also performs supporting function for the sensor assembly 11.
  • the sensor is preferably a cross-Hall sensor and is positioned centrally to the rotor shaft 1.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment according to the invention, in which in contrast to FIG. 1 floating bearings and fixed bearings are interchanged. This secures the
  • Circlip 20 now the A-side arranged, running as a fixed bearing bearing 21.
  • the B-side arranged bearing 22 is designed as a floating bearing.
  • the brake is shown enlarged for a further embodiment of the invention. It is clearly shown that the brake coil 7 in an annular groove of the Coil bobbin 8 is arranged and potted with potting compound 40.
  • the guides 42 are mounted in the bobbin 8 and serve to guide the armature disk at
  • the compression springs 41 press on the armature disk in the axial direction, in particular in the axial direction facing away from the brake coil.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment.
  • the B-side bearing 50 of the rotor shaft 1 is designed as a fixed bearing and thus the axial distance between the rotatable with the rotor shaft 1 encoder 12 and stationarily arranged sensor array.
  • I I sensor arrangement in particular electronic circuit board with sensor 12 encoder, in particular permanent magnet

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Abstract

Elektromotor, aufweisend eine Rotorwelle, eine elektromagnetisch betätigbare Bremse und ein Gehäuse, wobei die Bremse eine Bremsspule mit Spulenkörper aufweist, wobei die Rotorwelle über zumindest ein Lager, das als Loslager oder als Festlager, ausgeführt ist, gelagert ist, wobei das Lager an einem im Spulenkörper angeordneten Lagersitz aufgenommen ist, insbesondere der Außenring des Lagers im Spulenkörper radial festgelegt ist, der Spulenkörper mit dem Gehäuse verbunden ist, insbesondere an dessen Innenseite, insbesondere wobei der Spulenkörper mit dem Gehäuse schraubverbunden ist.

Description

Elektromotor
Beschreibung: Die Erfindung betrifft einen Elektromotor.
Es ist bekannt, Elektromotoren mit einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse zu verbinden. Aus der EP 1 011 188 B1 ist ein Elektromotor mit integrierter Bremse bekannt. Aus der EP 1 502 792 B1 ist ein Antriebe mit Elektromotor und Bremse bekannt. Aus der EP 0 423 361 A1 ist eine Einbaubremse für einen Elektromotor bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor weiterzubilden, wobei der Motor einfach herstellbar sein soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1
angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor, aufweisend eine Rotorwelle, eine elektromagnetisch betätigbare Bremse und ein Gehäuse, sind, dass die Bremse eine
Bremsspule mit Spulenkörper aufweist, wobei die Rotorwelle über zumindest ein Lager, das als Loslager, als angestelltes Lager oder als Festlager, ausgeführt ist, gelagert ist, wobei das Lager an einem im Spulenkörper angeordneten Lagersitz aufgenommen ist, insbesondere der Außenring des Lagers im Spulenkörper radial festgelegt ist, der Spulenkörper mit dem Gehäuse verbunden ist, insbesondere an dessen Innenseite, insbesondere wobei der Spulenkörper mit dem Gehäuse schraubverbunden ist.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Eine zweite Lagerstelle der Rotorwelle ist dabei an der gegenüberliegenden Seite des Motors an dessen Gehäuse angebunden.
Von Vorteil ist dabei, dass die Rotorwelle über ein Lager im Spulenkörper gelagert ist. Dabei ist das Lager als Loslager ausführbar, wobei der Außenring axial verschiebbar im
Spulenkörper angeordnet, insbesondere radial begrenzt, ist. Bei Ausführung des Lagers als Festlager ist der Außenring im Spulenring axial und radial begrenzt. Hierzu ist
vorteiligerweise ein Absatz im Spulenkörper anbringbar und ein Sicherungsring, wobei der Außenring des Lagers axial zwischen dem Absatz und dem Sicherungsring angeordnet ist. Über den Spulenkörper wird also die Wärme des Lagers abgeführt. Außerdem wird über den Spulenkörper die Wärme der in ihm vorgesehenen Bremsspule abgeführt. Darüber hinaus wird Bremswärme der zum Spulenkörper hin angeordneten Bremsfläche über den
Spulenkörper abgeführt. Der Spulenkörper ist großflächig mit dem Gehäuse des Motors verbunden und somit wird die Wärme vom Spulenkörper an das Gehäuse und von dort an die Umgebung abgeführt. Durch die Ausführung des Spulenkörpers aus gut
wärmeleitendendem Material, insbesondere Stahl oder Qualitätsstahl, ist eine besonders effektive Entwärmung erreichbar. Durch zusätzliches Anbringen einer Wärmeleitpaste kann die Wärmeleitung an den Kontaktflächen noch gesteigert werden. Lagersitz und Bremsfläche sind dabei weitestmöglich voneinander entfernt und somit die im Spulenkörper auftretenden Spitzentemperaturen im Spulenkörper reduziert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkörper aus einem ferromagnetischen Material gefertigt, wobei durch einem Materialumformprozess die Homogenität des Materials und somit die elektromagnetischen Eigenschaften zum Vorteil verbessert werden können. Von Vorteil ist dabei, dass ein starkes Magnetfeld erzeugbar ist und somit ein schnelles Bewegen der Ankerscheibe, also auch ein schnelles Lüften der Bremse, ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkörper aus einem Stahl, insbesondere aus einem niedrig legierten Qualitätsstahl, insbesondere aus C10 oder C15, gefertigt, insbesondere mit einem Anteil von weniger als 4% Silizium, insbesondere weniger als 0,6 % Silizium, und/oder mit einem Kohlenstoffanteil von weniger als 0,5%, insbesondere weniger als 0,15 %. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Permeabilität und niedrige Remanenz erreichbar ist. Somit sind die Verluste auch bei häufig wiederholtem Betätigen der Bremse gering und ein Lüften der Bremse ist stets schnellstmöglich ausführbar. Außerdem sind somit die
abzuleitenden Wärmeströme gering gehalten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bremsspule im Spulenkörper, insbesondere in einer Ausnehmung des Spulenkörpers, vorgesehen, insbesondere vergossen vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Magnetfeld fast vollständig im Spulenkern führbar ist, also im Magnetkörper. Außerdem ist die Wärme schnell und direkt, also ohne weiteren
Wärmeübergänge, abführbar durch den Spulenkörper an das Gehäuse.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bremsspule axial zwischen dem Lager und einer Ankerfläche angeordnet, insbesondere weist der Spulenkörper eine Ankerfläche auf. Von Vorteil ist dabei, dass die beiden Wärmeströme an axial möglichst weit voneinander entfernt gelegenen Bereichen in den Spulenkörper eingeleitet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Bremse einen mit der Rotorwelle axial verschiebbar, aber in Umfangsrichtung formschlüssig verbundenen Reibbelagträger auf, der von einer mit dem Gehäuse oder Spulenkörper drehfest verbundenen, axial verschiebbar angeordneten Ankerscheibe, insbesondere aus Stahl, gegen die Bremsfläche andrückbar ist mittels einer von Federelementen erzeugten Federkraft, insbesondere nach Abschalten des Stromes in der Bremsspulenwicklung und somit
Reduzieren beziehungsweise Versiegens der von der Bremsspule erzeugten, gegen die Federkraft wirkenden magnetischen Kraft. Von Vorteil ist dabei, dass die Bremse
elektromagnetisch betätigbar ist. Wenn also der Elektromagnet bestromt wird, wird die Federkraft der Federelemente überwindbar und die Ankerscheibe somit zum Elektromagnet in axialer Richtung geführt, wobei sie drehfest mit dem Spulenkörper und dem Gehäuse verbunden ist. Bei Nichtbestromen der Bremsspule fällt die Bremse ein, also wird die
Ankerscheibe von den Federelementen auf den Reibbelagträger gedrückt, der somit auf ein auf seiner von der Ankerscheibe abgewandten Seite angeordnetes Bremsschild gedrückt wird. Der Reibbelagträger ist drehfest, aber axial verschieblich mit der Rotorwelle verbunden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Federelemente in Ausnehmungen des
Spulenkörpers angeordnet, insbesondere indem die Federelemente auf gleichem
Radialabstand angeordnet sind und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, insbesondere regelmäßig. Die Druckfedern sind in Ausnehmungen, insbesondere Sackloch- Bohrungen, des Spulenkörpers angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass ein möglichst gleichmäßiges Andrücken in axialer Richtung erreichbar ist und somit ein Kippmoment verhinderbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist bei Ausführung des Lagers als Festlager
- der Außenring des Lagers an einem Absatz des Spulenkörpers und/oder an einem
Sicherungsring oder an einem mit dem Spulenkörper verbundenen Flanschteil axial begrenzt ist und/oder
- der Innenring des Lagers an seiner ersten axialen Seite an einem Absatz der Welle axial festgelegt ist und an seiner anderen axialen Seite mittels eines auf der Welle befestigten Sicherungsrings festgelegt ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Sensor im
Bereich des Lagers an der Welle anordenbar ist, wobei Geber und zugehöriger Sensoranordnung axial beabstandet sind. Somit ist durch das Festlager der axiale Abstand auch bei thermischen Änderungen möglichst konstant haltbar. Die
Sensoranordnung arbeitet also stabil.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist bei Ausführung des Lagers als Loslager
- der Außenring des Lagers verschiebbar ist und über ein Federelement vorgespannt ist
- der Innenring des Lagers auf der Welle fest, also unverschiebbar, angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass auch ein Loslager im Spulenkörper anordenbar ist und somit bei thermisch bedingten Längenänderungen der Rotorwelle diese ausgleichbar ist und eine optimale Wälzbewegung der Lagerelemente ermöglicht wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Lager axial zwischen Bremsfläche und einem an der Welle befestigten Geber, insbesondere Dauermagnet, angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass der Geber mechanisch stabilisiert ist und die erzeugten Wärmeströme ableitbar sind über den Spulenkörper.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Geber schraubverbunden mit der Welle, insbesondere im Kopf einer Schraube angeordnet und die Schraube in die Stirnseite der Welle eingeschraubt. Die Schraube und/oder die Welle besteht vorzugsweise aus einem unmagnetischen Werkstoff. Von Vorteil ist dabei, dass eine möglichst einfache und schnelle Montage ermöglicht ist. Außerdem ist der Abstand durch die geringen Toleranzketten genau definiert und durch die etablierten Fertigungsverfahren prozesssicher erreichbar Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine mit dem Geber in Wirkverbindung stehende, insbesondere den Geber detektierende, Sensoranordnung mit dem Spulenkörper
schraubverbunden, insbesondere wobei der Geber axial zwischen der Sensoranordnung und dem Lager angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Sensoranordnung auf einer Leiterplatte anordenbar ist, auf der auch eine elektronische Schaltung zum Weiterverarbeiten und/oder Auswerten der Sensorsignale angeordnet ist. Somit ist die Leiterplatte
schraubverbindbar, beispielsweise über Gewindebolzen mit Abstandshülsen oder
dergleichen, mit dem Spulenkörper. Hierzu weist der Spulenkörper entsprechende
Gewindebohrungen auf. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der von der Bremsfläche radial überdeckte Bereich radial außerhalb des von der Bremsspule überdeckten radialen Bereichs angeordnet, insbesondere zur Wärmeabfuhr. Von Vorteil ist dabei, dass beide Wärmequellen
voneinander radial beabstandet sind. Somit ist eine verbesserte Entwärmung ermöglicht. Insbesondere ist die Wärme des Bremslagerschildes direkt nach außen vom Spulenkörper ans Gehäuse abführbar. Infolge der radialen Beabstandung ist auch die Stabilität verbessert, da die abgeleitete Bremskraft, insbesondere das abgeleitete Bremsmoment, ebenfalls auf kurzem Weg nach außen ans Gehäuse ableitbar sind.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel abstrakt dargestellt, wobei das B-seitige Lager 9 als Festlager ausgeführt ist und mit seinem Außenring im Magnetkörper 8 gehalten ist.
In der Figur 2 ist ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel abstrakt dargestellt, wobei das B-seitige Lager 22 als Loslager ausgeführt ist und mit seinem Außenring im Magnetkörper 8 gehalten ist.
In der Figur 3 ist ein detaillierteres Ausführungsbeispiel dargestellt.
In der Figur 4 ist das erste Ausführungsbeispiel als ein detaillierteres Ausführungsbeispiel dargestellt.
Dabei ist gemäß Figur 1 die Rotorwelle 1 des Elektromotors über ein abtriebsseitiges Lager 13 im Gehäuse 3 des Motors gelagert, wobei das Lager 13 als Loslager ausgeführt ist, und über ein B-seitig angeordnetes Lager 9 im Magnetkörper 8, welcher an seiner Außenseite, also an seinem größten Radialdurchmesser, mit dem Gehäuse 3 verbunden ist.
Im Gehäuse 3 sind auch die Statorwicklungen 2 angeordnet.
Die Rotorwelle trägt bei Ausführung als Asynchronmotor einen Kurzschlusskäfig und bei Ausführung als Synchronmotor einen Dauermagnetanordnung oder eine fremderregte
Spulenanordnung. Somit ist die Rotorwelle in Drehbewegung versetzbar durch ein von den Statorwicklungen 2 erzeugtes Drehfeld.
B-seitig ist im Motor eine Bremse angeordnet und ein Drehwinkelsensor.
Hierzu ist auf der Rotorwelle 1 ein Reibbelagträger 5 axial verschiebbar, aber in
Umfangsrichtung formschlüssig verbunden angeordnet. Vorzugsweise umfasst der Reibbelagträger hierzu eine Innenverzahnung, die mit einer entsprechenden
Außenverzahnung der Rotorwelle 1 im Eingriff steht. Der Reibbelagträger ist an seinen beiden axialen Stirnseiten mit einem Reibbelag versehen. Der Reibbelagträger 5 ist axial zwischen einer ferromagnetischen Ankerscheibe 6, insbesondere einer aus Stahl ausgeführten Ankerscheibe, und einem Bremsschild 4, also Reibscheibe, angeordnet.
Die Ankerscheibe 6 ist drehfest zum Gehäuse 3 angeordnet, wobei sie aber in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist. Hierzu sind Führungsteile fest mit dem Gehäuse 3 verbunden, die in Ausnehmungen der Ankerscheibe 6 hineinragen.
Die Bremsspule 7 ist im Magnetkörper der Bremsspule angeordnet, insbesondere in einer Ausnehmung des Materials des Spulenkörpers angeordnet.
Der Spulenkörper ist aus einem ferromagnetischen Material und weist auch einen Lagersitz für das Lager 9 auf, das als B-seitiges Festlager ausgeführt ist. Hierzu ist der Außenring des Lagers 9 an einem Absatz des Spulenkörpers festgelegt. Der Innenring des Lagers 9 ist mittels eines Sicherungsrings 10 axial festgelegt.
Am axialen Endbereich der Welle, insbesondere an der Stirnseite der Welle 1 , ist als Geber 12 für ein Winkelsensorsystem ein Dauermagnet angeordnet. Vorzugsweise ist der
Dauermagnet in radialer Richtung magnetisiert. Der Geber 12 ist in Wirkverbindung mit einer stationär, also mit dem Gehäuse verbundenen Sensoranordnung 11 , insbesondere elektronische Leiterplatte mit Sensor. Hierzu wird vorzugsweise ein Hallsensorelement beziehungsweise ein Kreuzhallsensorelement in der Sensoranordnung vorgesehen, um eine Bestimmung der Winkellage der Welle 1 ausführbar zu machen.
Die Welle 1 ist über ein weiteres Lager 13 A-seitig gelagert, das als Loslager ausgeführt ist. Somit sind thermisch bedingte Längenveränderungen kompensierbar mittels dieses
Loslagers.
Vorteiligerweise ist die Sensoranordnung an der Festlagerseite der Welle 1 angeordnet, so dass die Entfernung zwischen Geber 12 und Sensoranordnung 11 nur unwesentlich verändert wird durch thermisch bedingte Längenveränderungen. Dadurch ist eine hohe Genauigkeit der Detektion der Winkellage gewährleistbar - auch bei Temperaturänderungen.
Der Spulenkörper 8 ist aus einem Werkstoff mit hoher Permeabilität und Remanenz gefertigt und weist außerdem eine geringe Koerzitivfeldstärke auf. Durch umformendes Bearbeiten, wie Schmieden - auch bei gleichzeitigem Erhitzen - , ist der Spulenkörper geformt, wodurch er eine homogene Metallstruktur aufweist und die vorteilhaften magnetischen Eigenschaften vorhanden sind. Vorzugsweise ist der Werkstoff ein Stahl. Der Siliziumanteil ist hierbei kleiner als 0,6%, insbesondere kleiner als 0,4 % und der Kohlenstoffanteil ist kleiner als 0,5%, insbesondere 0,15 % Bei Unterschreiten der beiden jeweils kleineren vorteilhaften Grenzwerte haben sich besonders gute magnetische Eigenschaften und eine besonders einfache Herstellung herausgestellt.
Der Spulenkörper dient also nicht nur zur Bündelung der von der Bremsspule erzeugten Feldlinien und somit Verstärkung der Feldstärke sondern auch zur Wärmeabfuhr der in ihm vorgesehenen Bremsspule, die vorzugsweise mit unipolarer Spannung, insbesondere Gleichspannung betrieben wird. Denn deren Ohmsche Wärme muss durch den Spulenkörper abgeführt werden. Außerdem wird auch ein wesentlicher Anteil der im B-seitigen, also im zur Sensoranordnung zugewandten Lager erzeugten Wärme durch den Spulenkörper geleitet und von diesem ans Gehäuse 3 und von dort an die Umgebung abgeführt. Außerdem weist der Spulenkörper eine hohe Festigkeit auf. Somit sind in ihm die Federn zum axialen Andrücken der Ankerscheibe angeordnet und abstützbar.
Außerdem ist das B-seitige Lager im Lagersitz des Spulenkörpers vorgesehen, so dass auch die vom Lager abgeleiteten Kräfte vom Spulenkörper an das Gehäuse 3 weiterleitbar sind, insbesondere ohne dass der Spulenkörper sich wesentlich verformt.
Der Spulenkörper ist auch als Magnetkörper bezeichenbar.
Die Bremsspulenwicklung ist vorzugsweise vergossen im Spulenkörper angeordnet. Hierbei ist in einer ersten Ausführung eine Ringnut im Spulenkörper vorgesehen, in welcher die Bremsspule, insbesondere als Ringwicklung, vorgesehen ist und mit Vergussmasse vergossen ist. In einer weiteren Ausführungsform ist die Bremsspule in einem ringförmigen ausgenommenen Bereich des Spulenkörpers angeordnet, so dass die Bremsspule wiederum als Ringwicklung angeordnet ist.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das konkret dargestellt ist und ein ähnliches Konzept wie Figur 1 zeigt. Im Unterschied zur Figur 1 ist allerdings ein Lagerflanschteil 30 mit dem Gehäuse 3 schraubverbunden, so dass das A-seitige Lager 13 in diesem
Lagerflanschteil 30 aufgenommen ist. Auf diese Weise ist auch eine einfachere Montage erreichbar. Außerdem ist mittels des Lagerflanschteils an dessen Abtriebsseite eine mechanische Schnittstelle zum Anschließen einer vom Motor angetriebenen Vorrichtung. Für das Anschließen alternativer Vorrichtungen mit entsprechend alternativer Schnittstelle sind im Lager nur entsprechend ausgeführte Lagerflanschteile vorrätig zu halten, die
abtriebsseitig die gewünschte Schnittstelle bereit stellen. Somit ist eine hohe Varianz von Motoren, die also abtriebsseitig verschiedene Schnittstellen bereit stellen durch eine geringe Anzahl von Komponenten eines Baukastens herstellbar.
In Figur 3 überdeckt zwar der radiale Bereich der Bremsfläche den von der Bremsspule beanspruchten radialen Bereich, jedoch wird der wesentliche Teil der Bremskraft
beziehungswiese des Bremsmoments außerhalb des radialen Bereichs der Bremsspule erzeugt. Bei einer alternativen Ausführung ist die gesamte Bremsfläche auf einem höheren Radialabstand als die Bremsspule angeordnet, insbesondere also radial weiter außen als die Bremsspule. Axial sind Bremsspule und Bremsfläche allerdings beabstandet, so dass diese beiden Wärmequellen die von ihnen erzeugte Wärme beide in das zwischengeordnete Material des Spulenkörpers ableiten können.
Der Spulenkörper 8 ist schraubverbunden mit dem Gehäuse 3.
Im Unterschied zur Figur 1 ist in Figur 3 der Reibbelagträger 5 mit der Rotorwelle 1 formschlüssig durch eine Passfeder und durch eine verzahnte Verbindung anstelle der bei Figur 1 beschriebenen, nur verzahnten Verbindung verbunden, insbesondere durch eine in axialer Richtung sich erstreckende.
Die elektronische Leiterplatte der Sensoranordnung ist schraubverbunden, insbesondere über Abstandshalter, mit dem Spulenkörper 8. Somit führt der Spulenkörper auch tragende Funktion für die Sensoranordnung 11 aus. Der Sensor ist vorzugsweise ein Kreuzhallsensor und ist mittig zur Rotorwelle 1 positioniert.
In Figur 2 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem im Unterschied zur Figur 1 Loslager und Festlager vertauscht sind. Hierbei sichert der
Sicherungsring 20 nun das A-Seitig angeordnete, als Festlager ausgeführte Lager 21. Das B- seitig angeordnete Lager 22 ist als Loslager ausgeführt.
In Figur 4 ist für ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel die Bremse vergrößert dargestellt. Dabei ist klar dargestellt, dass die Bremsspule 7 in einer Ringnut des Spulenkörpers 8 angeordnet ist und mit Vergussmasse 40 vergossen ist. Die Führungen 42 sind in dem Spulenkörper 8 befestigt und dienen zum Führen der Ankerscheibe bei
Bewegung in axialer Richtung. Die Druckfedern 41 drücken auf die Ankerscheibe in axialer Richtung, insbesondere in die von der Bremsspule abgewandte axiale Richtung. Bei
Bestromung der Bremsspule 7 wird die ferromagnetische Ankerscheibe angezogen und in Richtung auf die Bremsspule axial bewegt, wobei die Federkraft von der
elektromagnetischen Kraft überwunden wird. Die Reibungswärme beim Abbremsen wird über den Spulenkörper 8 an das Gehäuse 3 abgeführt. In der Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Wesentlicher Unterschied zur Figur 3 ist dabei, dass das B-seitige Lager 50 der Rotorwelle 1 als Festlager ausgeführt ist und somit der axiale Abstand zwischen mit der Rotorwelle 1 mitdrehbarem Geber 12 und stationär angeordneten Sensoranordnung.
Bezugszeichenliste
I Rotorwelle
2 Statorwicklungen
3 Gehäuse
4 Bremsschild (Reibscheibe)
5 Reibbelagträger
6 Ankerscheibe
7 Bremsspule
8 Spulenkörper, insbesondere Kern
9 Lager, insbesondere Festlager, B-seitig
10 Sicherungselement, insbesondere Sicherungsring
I I Sensoranordnung, insbesondere elektronische Leiterplatte mit Sensor 12 Geber, insbesondere Dauermagnet
13 Lager, insbesondere Loslager, A-seitig
20 Sicherungselement, insbesondere Sicherungsring
21 Lager, insbesondere Festlager, A-seitig
22 Lager, insbesondere Loslager, B-seitig
30 Lagerflanschteil
40 Vergussmasse
41 Druckfedern
42 Führung
50 Lager, insbesondere Festlager, B-seitig

Claims

Patentansprüche:
1. Elektromotor, aufweisend eine Rotorwelle, eine elektromagnetisch betätigbare Bremse und ein Gehäuse, wobei die Bremse eine Bremsspule mit Spulenkörper aufweist, wobei die Rotorwelle über zumindest ein Lager, das als Loslager, als angestelltes Lager oder als Festlager, ausgeführt ist, gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager an einem im Spulenkörper angeordneten Lagersitz aufgenommen ist,
insbesondere der Außenring des Lagers im Spulenkörper radial festgelegt ist, der Spulenkörper mit dem Gehäuse verbunden ist, insbesondere an dessen Innenseite, insbesondere wobei der Spulenkörper mit dem Gehäuse schraubverbunden ist.
2. Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Spulenkörper aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist.
3. Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Spulenkörper aus einem Stahl, insbesondere aus einem niedrig legierten Qualitätsstahl, insbesondere aus C10 oder C15, gefertigt ist, insbesondere mit einem Anteil von weniger als 0,6% Silizium, insbesondere weniger als 0,4 % Silizium, und/oder mit einem Kohlenstoffanteil von weniger als 0,5%, insbesondere weniger als 0,15 %.
4. Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremsspule im Spulenkörper, insbesondere in einer Ausnehmung des Spulenkörpers, vorgesehen ist, insbesondere vergossen vorgesehen ist.
5. Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremsspule axial zwischen dem Lager und einer Bremsfläche angeordnet ist, insbesondere der Spulenkörper eine Ankerfläche aufweist.
6. Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremse einen mit der Rotorwelle axial verschiebbar, aber in Umfangsrichtung formschlüssig verbundenen Reibbelagträger aufweist, der von einer mit dem Gehäuse oder Spulenkörper drehfest verbundenen, axial verschiebbar angeordneten Ankerscheibe, insbesondere aus Stahl, gegen die Bremsfläche andrückbar ist mittels einer von
Federelementen erzeugten Federkraft, insbesondere nach Abschalten des Stromes in der Bremsspulenwicklung und somit
Reduzieren beziehungsweise Versiegens der von der Bremsspule erzeugten, gegen die Federkraft wirkenden magnetischen Kraft.
7. Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Federelemente in Ausnehmungen des Spulenkörpers angeordnet sind, insbesondere indem die Federelemente auf gleichem Radialabstand angeordnet sind und in
Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, insbesondere regelmäßig.
8. Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Ausführung des Lagers als Festlager
- der Außenring des Lagers an einem Absatz des Spulenkörpers und/oder an einem Sicherungselement, insbesondere Sicherungsring, oder an einem mit dem
Spulenkörper verbundenen Flanschteil axial begrenzt ist und/oder
- der Innenring des Lagers an seiner ersten axialen Seite an einem Absatz der Welle axial festgelegt ist und an seiner anderen axialen Seite mittels eines auf der Welle befestigten Sicherungselements festgelegt ist.
9. Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Ausführung des Lagers als Loslager
der Außenring des Lagers verschiebbar ist und über ein Federelement vorgespannt ist und/oder
- der Innenring des Lagers auf der Welle fest, insbesondere also axial unverschiebbar, angeordnet ist.
10. Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Lager axial zwischen Bremsfläche und einem an der Welle befestigten Geber, insbesondere Dauermagnet, angeordnet ist.
11. Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Geber schraubverbunden ist mit der Welle, insbesondere im Kopf einer nichtmagnetischen Schraube angeordnet ist und die Schraube in die Stirnseite der Welle eingeschraubt ist.
12. Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine mit dem Geber in Wirkverbindung stehende, insbesondere den Geber detektierende Sensoranordnung mit dem Spulenkörper schraubverbunden ist, insbesondere wobei der Geber axial zwischen der Sensoranordnung und dem Lager angeordnet ist.
13. Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der von der Bremsfläche radial überdeckte Bereich radial außerhalb des von der Bremsspule überdeckten radialen Bereichs angeordnet ist, insbesondere zur Wärmeabfuhr
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