WO2014125039A2 - Vorrichtung zur elektromechanischen erzeugung rotativer bewegungen und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Vorrichtung zur elektromechanischen erzeugung rotativer bewegungen und verfahren zu dessen betrieb Download PDF

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WO2014125039A2
WO2014125039A2 PCT/EP2014/052844 EP2014052844W WO2014125039A2 WO 2014125039 A2 WO2014125039 A2 WO 2014125039A2 EP 2014052844 W EP2014052844 W EP 2014052844W WO 2014125039 A2 WO2014125039 A2 WO 2014125039A2
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WO
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mover
pole
toothing
stator
bgb
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PCT/EP2014/052844
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English (en)
French (fr)
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WO2014125039A3 (de
Inventor
Andreas Kappel
Bernhard Gottlieb
Original Assignee
Johnson Controls Gmbh
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
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Publication of WO2014125039A2 publication Critical patent/WO2014125039A2/de
Publication of WO2014125039A3 publication Critical patent/WO2014125039A3/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/06—Rolling motors, i.e. motors having the rotor axis parallel to the stator axis and following a circular path as the rotor rolls around the inside or outside of the stator ; Nutating motors, i.e. having the rotor axis parallel to the stator axis inclined with respect to the stator axis and performing a nutational movement as the rotor rolls on the stator

Definitions

  • the invention relates to a device for the electromechanical generation of rotary movements (also called electric planetary gear drive) and method for operating such a device.
  • Electric motors and transmissions of different types and their combinations and their control and regulation methods are state of the art. Based on a construction volume, electric motors have low torques. Gearboxes are known to have mechanical losses, play, noise, mass and volume. For a given output power must be electric motors to compensate for
  • the object of the invention is to provide a device for the electromechanical generation of rotation, in particular a high
  • Torque density is the quotient of torque and volume of a drive system.
  • the unit of torque density is Nm / m 3 .
  • the device according to the invention for the electromechanical generation of rotation comprises at least one stator which has a number of
  • Pole shoes and associated Polwicklept and a toothing or rolling surface Pole shoes and associated Polwicklept and a toothing or rolling surface, a rotor having at least one motor shaft and a toothing or rolling surface, and at least one mover, which has at least two teeth or rolling surfaces, in
  • Axial direction are arranged one behind the other, as well as a
  • Control electronics which is set up such that a single or more of the pole windings in a predetermined sense of circulation are circumferentially energized such that the mover relative to the stator or, conversely, a movement about a fixed axis, in particular
  • Longitudinal axis executes, so that one of the teeth or rolling surfaces of the mover on the toothing or rolling surface of the stator and the other of the teeth or rolling surfaces of the mover on the toothing or rolling surface of the rotor rolls.
  • the object is achieved by a drive system which has a second axis which is not identical with respect to a spatially fixed axis and at least one further axis which is not identical to the stationary axis
  • the drive system has at least one shaft (in particular motor shaft) which is rotatably mounted about the stationary axis in a support structure (in particular housing).
  • the mover and / or the support structure comprise actuators, preferably electromagnetic actuators and / or solid-state actuators, by means of which the mover is movable.
  • shaft and / or support structure and / or mover elements of the transmission technology such as gears, rolling wheels, cams, Eccentric etc.
  • shaft and / or support structure and / or mover elements of the transmission technology are connected to such and / or consist entirely and / or partially of those by means of which the spatial degrees of freedom of the mover are limited such that the web axis is preferably moved by forces of the actuators about the solid axis and through the elements the gear technology of the mover and / or the support structure and / or the motor shaft, in particular by their mechanical interaction, for example by meshing or rolling
  • the motor shaft is set in rotation.
  • the web axis may be movable on a cylindrical surface or on a conical surface about the spatially fixed axis and / or the mover may be a ring-shaped or disk-shaped body.
  • a mover has at least one first toothing B 1 concentrically surrounding the web axis at a first distance.
  • a mover has a second toothing B2 concentrically surrounding the web axis at a second distance.
  • the first distance is not equal to the second distance.
  • the first gear B1 of the mover is not equal to the second gear B2 of the mover.
  • the support structure has at least one shaft rotatably mounted about the stationary axis with a toothing M1.
  • the support structure can have a housing toothing G1 which is concentric with the carrier structure and concentrically surrounds the stationary axis at a distance, or the support structure has a second shaft rotatably mounted about the stationary axis with a toothing M2.
  • the teeth B1 and M1 can be rolled on each other.
  • the teeth B2 and G1 can be rolled on each other.
  • the toothed pairings B1, M1 and B2, G1 have the same eccentricity, or the toothed pairings B1, M1 and B2, M2 have the same eccentricity.
  • the toothing pairings B1, M1 and B2, G1 have the same tooth module or the toothing pairings B1, M1 and B2, M2 have the same tooth module.
  • the toothing B1 thus corresponds to the toothing G1 and the toothing B2 corresponds to the toothing M1 or the toothing B1 corresponds to the toothing M1 and the toothing B2 corresponds to the toothing M2.
  • the distance of the first gear B1 of the mover from the web axis is not equal to the distance of the second gear B2 of the mover from the web axis.
  • one of the toothing pairings B1, M1 or B2, G1 or B2, M2 can be formed by a 1: 1 toothing, or by a torque-transmitting but not speed-translating structure, preferably one with a high torsional rigidity with respect to rotations about the space-fixed axis and with respect to Movements in a plane perpendicular to the room-fixed axis high compliance,
  • a bellows for example, a bellows, a diaphragm, a spring, an elastomer, a universal joint, a clutch or a grid-like structure.
  • actuators can exert forces on the mover around the spatially fixed axis, which lead to a rolling of the toothing B1 in the corresponding toothing G1 and to a rolling of the toothing B2 in the toothing M1, whereby the shaft M1 is set in rotation, or the toothing B1 rolls in the corresponding toothing M1 and the toothing B2 rolls in the corresponding toothing M2, whereby the shaft M1 is set in rotation with respect to the shaft M2.
  • the support structure itself can also be rotatable about the spatially fixed axis, so that the rotation of the support structure is superimposed.
  • the pole shoes have a toothing G1, in which one of the teeth B1 or B2 can roll off.
  • the pole shoes may have a shape suitable for this purpose, which enables a continuous form-locking rolling of one of the teeth B1, B2 in the toothing of the pole shoes.
  • the toothing formed by the pole shoes can be a perforated toothing, with tooth spaces, or a closed toothing.
  • the toothed pole pieces may have a width such that the gap between adjacent pole pieces becomes sufficiently small so that a continuous meshing rolling of a toothing corresponding to the pole piece toothing is ensured, but sufficiently large to cause a magnetic shunt from one pole piece to an adjacent one To keep pole piece low.
  • the gaps between the toothed pole pieces can be filled with a preferably non-ferromagnetic material, which is referred to as filling material and which may be toothed as well as the pole pieces, so that the teeth of the pole pieces with the teeth of the filling material results in a closed circumferential toothing.
  • filling material preferably non-ferromagnetic material
  • the toothed region of the pole shoes can also be coated with the filling material, which then forms a closed circumferential toothing.
  • the filling material may be a tribologically preferred material.
  • the mover has an inner concentric recess in which a rotatably mounted on a motor shaft eccentric is arranged.
  • the eccentric has an inhomogeneous mass distribution, in particular in the form of recesses, different density ranges and / or
  • the device can have several movers.
  • Each mover is associated with an eccentric and rotatably mounted on this about the stationary axis.
  • the device has a number of mover corresponding number of eccentrics, wherein the plurality of eccentrics are rotated at a predetermined angle to the stationary axis to each other and connected torsionally rigid.
  • Recesses between adjacent pole shoes provided with a filler.
  • electromechanical generation of rotation by means of a control electronics, a single or more of the pole windings circulating in a predetermined sense of circulation circumferentially energized so that the mover relative to the stator or vice versa performs a movement about the stationary axis, so that one of the
  • pole windings are energized sequentially individually successively.
  • the pole windings can be energized sequentially overlapping, wherein two adjacent pole windings are energized at least temporarily simultaneously.
  • the pole windings are energized in such a way that the magnetic field lines of adjacent pole shoes emerging from the pole shoes have opposite signs and the magnetic flux of the pole pieces is opposite Pole shoes in the direction of rotation about the spatially fixed axis an alternating pole sequence, in particular a NSNS -...- Pol facade has.
  • the pole windings are energized with a predetermined Bestromungsprofil, wherein the
  • Bestromungsprofil a sinusoidal, a trapezoidal and / or a single-ended profile with different rise and / or
  • adjacent pole windings are energized by means of associated energization profiles, which have at least one phase offset.
  • adjacent pole windings can be energized by means of associated energization profiles, which are dependent on the winding scheme and / or electrical wiring of the pole windings.
  • a further embodiment provides that physical variables such as torque, rotational speed, position, direction of rotation, temperature
  • the energization profiles are regulated as a function of physical variables such as torque, rotational speed, position, direction of rotation, temperature.
  • FIG. 1 is a first perspective sectional view of Figure 1
  • FIG. 1 shows a planar sectional view of FIG.
  • FIG. 1 is a planar plan view of the drive from FIG. 1, 2 shows an electric drive with toothed pole shoes and an eccentric,
  • FIG. 2.1 shows a first perspective sectional view of FIG.
  • FIG. 2 is a planar sectional view of FIG. 2;
  • FIG. 2.4 shows a planar plan view of the drive from FIG. 2, FIG.
  • FIG. 3.2 is a planar sectional view of FIG.
  • FIG. 3 shows a first planar plan view of the drive from FIG. 3,
  • FIG. 3 shows a second planar plan view of the drive from FIG. 3,
  • FIG. 4.1 shows a planar sectional view of the drive on FIG. 4, FIG.
  • FIG. 4 shows a perspective sectional view of the drive from Figure 4
  • Figure 5 shows a drive with two mover and a non-mounted on the motor shaft eccentric
  • 6a shows a side view of an internal toothed stator
  • Fig.6b is a plan view of an internal toothed stator with
  • FIG. 8a is a perspective view of an external stator with
  • Filling material, 9a is a perspective view of an external stator with
  • FIG. 13 shows a second winding and wiring diagram of a
  • Fig.14 a 5-pole stator
  • 16 shows a stator with active and passive poles.
  • FIG. 1 shows as an apparatus for the electromechanical generation of rotation an inventive drive system in an exploded view, comprising a stator 1, toothed pole pieces 2.1 with a
  • the motor shaft 7 is about a spatially fixed axis AA 'in one of the two housing covers 4a, 4b and the stator 1 formed by the carrier structure Storage elements 5, 6 rotatably mounted.
  • the bell 12 is connected torsionally rigid with the motor shaft 7.
  • the toothed disc 8 and the toothed disc 10 are connected to each other in a torsionally rigid manner concentric with a common web axis and form a mover BG, wherein the web axis is parallel to the motor shaft axis AA '.
  • the mover BG has an inner recess 15.
  • the recess 15 is dimensioned such that the mover BG does not come into contact with the motor shaft 7 with the inner recess 15 during its movement.
  • the Polschuhveriereung 2 a housing toothing G1
  • Motor shaft teeth M1 the teeth 9 of the toothed disc 8, a first toothing B1 of a mover and the teeth 1 1 of
  • Toothed disk 10 represent a second toothing B2 of a mover.
  • the toothed disk 8 is wholly or partly made
  • Connecting elements 14, the housing cover 4a, the stator 1 and the housing cover 4b are connected together to form a support structure and as a unit, for example, represent a motor housing.
  • each winding 3 of a given pole shoe 2.1 is individually energized. However, it is also possible for several windings to be electrically interconnected with one another. In particular, as shown in FIG. 1, the windings 3 may be concentrated windings or distributed windings. The winding connections are not shown in Figure 1 for clarity.
  • the drive system has a built-in support structure or attached to this circuit board, which receives the individual terminals of the windings 3 and connects them either with a connector or on a printed circuit board and shown in Figure 1 1 control electronics AE.
  • the printed circuit board of the control electronics AE and / or for the electrical contacting of the windings 3 in the motor housing (housing cover 4a, 4b) are integrated or at this
  • This is particularly preferably a
  • control electronics AE By means of a control electronics AE, not shown in Figure 1, the individual windings 3 can be energized according to a sense of rotation about the axis A-A 'circumferentially. According to the desired
  • Winding 3 is energized, etc.
  • the An horrpulsmuster adjacent windings 3 may overlap.
  • the windings 3 of the stator 1 are energized circumferentially.
  • the at least one energized pole / pole shoe 2.1 or the entirety of the energized poles / pole shoes 2.1 exercises on the movers BG a
  • Fig.1 .1 shows a sectional view of the embodiment of Figure 1 in a perspective view.
  • FIG. 1 shows a sectional view of the exemplary embodiment according to FIG. 1 with the housing cover 4a removed in a perspective view, which disengages the corresponding toothings, which are engaged in an upper area in FIG. 1 and in a lower area, further clarified.
  • Fig.1 .3 shows a sectional view of the embodiment of Figure 1 in a planar view.
  • FIG. 1 shows a planar plan view of the exemplary embodiment according to FIG. 1 with the housing cover 4a removed, with toothings 9 and 2 engaged in an upper region.
  • Fig.1 .1, Fig.1 .2, Fig.1 .3, Fig.1 .4 of the embodiment of Figure 1 uniform reference numerals have been used. Separate explanation is therefore omitted.
  • the teeth 9 with 2 and 1 1 are kept at 12 exclusively by electromagnetic forces in engagement.
  • the maximum torque is limited, on the other hand, the initial position of the motor shaft 7 may not be defined exactly.
  • the eccentrically moving masses lead to one
  • the agitator BG consisting of the two toothed discs 8 and 10, rotatably mounted on its inner concentric recess 15 by a rotatably mounted on the motor shaft 7 by means of bearing means 18 eccentric 16 about the motor shaft axis AA ' is.
  • the eccentric 16 has an inner recess 19 into which the
  • Storage means 18 engages.
  • the mover BG is rotatably mounted with its inner concentric recess 15 on an outer surface 20 of the eccentric 16.
  • the eccentric 16 has an inhomogeneous mass distribution with respect to the axis AA ', which counteracts an imbalance caused by the agitator BG.
  • An inhomogeneous mass distribution of the eccentric 16 can be achieved by recesses 17, as shown in Figure 2 and / or by areas of different density and / or by suitable shaping.
  • the center of gravity of the eccentric 16 is diametrically opposed to the center of gravity of the displacer BG in a perpendicular plane of the motor shaft axis.
  • the eccentricity of the eccentric 16 is selected so that the teeth 9 with 2 and 1 1 can not be disengaged with 12. The thus towed by the mover BG Eccentric 16 has low mechanical losses, provides a
  • a complete compensation of engine imbalance can be achieved in particular by a position of the resulting center of mass of eccentric 16 and BG on the motor shaft axis.
  • Fig.2.1 shows a sectional view of the embodiment of Figure 2 in perspective.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the exemplary embodiment according to FIG. 2 with the housing cover 4a removed in a perspective view, which shows the corresponding toothings 9 with 2 and 11 with 12, which engage in an upper area in FIG. 2.2 and in a lower area are out of action, further clarified.
  • Fig.2.3 shows a sectional view of the embodiment of Figure 2 in a planar view.
  • FIG. 2.4 shows a planar plan view of the exemplary embodiment according to FIG. 2 with the housing cover 4a removed, with a position of the eccentric 16 and the recesses 17 in located in an upper region of the teeth 9 and 2.
  • the drive systems according to the invention can also internal stators 1, as shown in Figure 3, have.
  • FIG. 3 shows the exploded view of a drive system according to the invention with an internal stator 1 in a perspective view.
  • the drive system shown in Figure 3 has two housing cover 4a, 4b, an inner stator 1 with toothed pole pieces 2.1 and windings 3 of the pole pieces 2.1, a motor shaft 7, storage means 5, a toothed disc 8 with internal teeth 9, a toothed disc 10 with an Innnenver - Toothing 1 1 and a toothed disc 12 with an external toothing 13.
  • the motor shaft 7 is rotatably supported by bearing means 5 in the housing cover 4a about an axis A-A '.
  • the stator 1 is rotatably connected to the housing cover 4a and connected concentrically with respect to the motor shaft axis A-A '.
  • the toothed disc 12 is concentric with the axis A-A 'with the motor shaft 7 rotatably connected and has a circumferential toothing 13 on its circumference. Toothed wheel 10 and toothed disc 8 are rotatably connected to each other with respect to a to the axis A-A 'of the motor shaft 7 web axis and form a mover BG.
  • the toothed disc 10 has at its inner circumference a at a first distance around the web axis encircling toothing 1 1.
  • the toothed disk 8 has at its inner circumference a toothing 9 running around the web axis at a second distance.
  • the first distance is not equal to the second distance.
  • the toothing 1 1 has at least one tooth more than the toothing 13 and can be rolled in the toothing 13.
  • the toothing 9 has at least one tooth more than that
  • Gearing 2 and can be moved in the toothing 2.
  • the Gears 2, 9, 10, 13 a same tooth module.
  • the toothed pairings 2 with 9 and 10 with 13 have the same eccentricity.
  • teeth 2, 9 or the teeth 1 1, 13 have a same number of teeth or in one of the toothed pairs 2, 9 or 1 1, 13 by a
  • torque-transmitting but not speed-translating structure preferably one with a high torsional stiffness with respect to rotations about the space-fixed axis and high compliance with respect to movements in a plane perpendicular to the space-fixed axis,
  • a bellows, a diaphragm, a spring, an elastomer, a universal joint, a clutch or a grid-like structure is replaced.
  • the windings 3 can be energized individually, wherein several windings 3 can be energized simultaneously.
  • By around the axis AA 'encircling energization of the windings 3 can be generated on the agitator BG radially about the axis AA' circumferential electromagnetic forces, which to a rolling of the teeth 9 in the teeth 2 and to a rolling of the teeth 1 1 in the toothing 13 lead, whereby the motor shaft 7 is set in rotation.
  • the direction of rotation and the rotational frequency of the motor shaft 7 can be controlled and / or regulated via the phase position of the drive signals of the windings 3 and via the electrical drive frequency.
  • Fig.3.1 shows a sectional view of the embodiment of Figure 3 in perspective.
  • FIG. 3 shows a sectional view of the embodiment according to FIG. 3, which further illustrates the corresponding toothings, which are engaged in an upper area in FIG. 3.2 and out of engagement in a lower area.
  • FIG. 3 shows a planar plan view of the exemplary embodiment according to FIG. 3 with the housing cover 4a removed with the toothing 2 of the pole shoes 2.1 and the corresponding toothing 9 of the toothed disk 8 of FIG
  • Fig.3.4 shows a side view of the embodiment of Figure 3, with removed housing covers 4a, 4b.
  • FIG. 3 shows a planar plan view of the embodiment according to FIG. 3 with the housing cover 4b removed with the toothed disk 10, which is connected in a rotationally fixed manner to the motor shaft 7 and the toothed disk 12 of the toothed disk
  • a drive system can have a plurality of electromagnetically actuated movers BGa, BGb, as shown in FIG.
  • each mover BGa, BGb is rotatably mounted on an eccentric 16a, 16b about the motor shaft axis A-A '.
  • the eccentrics 16a, 16b are rotated with respect to an angle about the axis A-A 'to each other by 180 degrees and connected to each other torsionally rigid, as shown in Figure 4.1.
  • the element thus formed from two eccentrics 16a, 16b and a connecting piece can also be referred to as a double eccentric, with two eccentric cams diametrically opposite relative to the axis A-A '.
  • Gears 9 with 2 and 1 1 with 12 of the first mover BGa in a range in engagement with the teeth of the pole pieces 2.1 and a toothing of a first toothed disc are, which the
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 4 is based on the drive system shown in FIG. 2, but has two mover relative to FIG.
  • the two movers BGa, BGb may be similar or identical in construction.
  • Bewegers BGb provided with the index b.
  • the drive system has two housing covers 4a, 4b with bearing means 5, 6, by means of which a motor shaft 7 is rotatably mounted about an axis A-A '. Furthermore, the drive system has a stator 1 with an inner circumference concentric to the axis A-A 'arranged toothed poles / pole pieces 2.1 and windings 3 (coil winding) of the poles / pole pieces 2.1 on.
  • a first mover BGa is formed by the toothed disk 8a with an external toothing 9a concentric about a web axis parallel to the axis A-A 'and the toothed disk 10a with an external toothing 11a concentric with the web axis.
  • the toothed discs 8a and 10a are concentric with respect to the bridge axis and torsionally rigid connected to each other.
  • the toothed discs 8a and 8b are wholly or partially made of ferromagnetic material and / or have such.
  • the Motor shaft 7 is torsionally rigidly connected to the two toothed disks 12a, 12b.
  • a second mover BGb is formed by the toothed disc 8b with an outer toothing 9b concentric about a web axis parallel to the axis A-A 'and the toothed disc 10b with an outer toothing 11b concentric with the web axis.
  • the toothed discs 8b and 10b are concentric with respect to the bridge axis and torsionally rigid connected to each other.
  • the first mover BGa is rotatably mounted with an inner recess 15a on the first eccentric 16a.
  • the second mover BGb is rotatably mounted with an inner recess 15b on the second eccentric 16b.
  • First eccentric 16a and second eccentric 16b are rotated relative to each other about an angle about the axis A-A 'by 180 degrees and rigidly connected to each other, as Fig.4.1 shows in particular.
  • both movers BGa, BGb are actuated by a stator 1, since the toothings 9a and 9b jointly act on diametrically opposite regions in the toothing with respect to the axis AA ' 2 of the pole shoes 2.1 roll, see Fig.4.2.
  • FIG. 4.1 shows a planar sectional view
  • FIG. 4.2 shows a perspective sectional view through the drive illustrated in FIG.
  • mass balancing and tooth engagement can be achieved by the offset by 180 degrees rolling agitators BGa, BGb.
  • a double eccentric does not necessarily require a bearing on the motor shaft 7, since it has both mover BGa, BGb
  • Eccentric bearing 18 As shown in Figure 5, the double eccentric 16a, 16b for this purpose an inner recess 21, through which the motor shaft 7 is passed and whose diameter is dimensioned so that a contact between the motor shaft 7 and double eccentric 16a, 16b
  • the double eccentric 16a, 16b can be rotatably mounted on the motor shaft 7, as in FIG.
  • a filling of the gaps between the toothed pole shoes 2.1 with a filling material 22 is applicable to all drive systems according to the invention.
  • the filling material 22 is not or only slightly ferromagnetic and particularly preferred, the filling material, as Fig.6a, Fig.6b for an inner stator 1 and Fig.7a, Fig.7b illustrate for an external stator 1, on its circumference the Same teeth as the pole pieces 2.1, so that the mover BG can roll on a closed toothing, formed by the toothed pole pieces 2.1 and filled with filler also toothed gaps between the pole pieces 2.1.
  • FIG. 6a shows a side view of an inner stator 1 with toothed pole shoes 2 and filler 22.
  • FIG. 6b shows a sectional view of FIG. 6a along the sectional plane BB.
  • the filler 22 fills in the gaps between see the pole shoes 2.1 and closes flush with the pole pieces from 2.1, where he continues their teeth 2.
  • FIG. 7 a shows a side view of an inner stator 1 with toothed pole shoes 2. 1 and filler 22.
  • FIG. 7 b shows a
  • the filler 22 fills the gaps between the pole shoes 2.1 and covers them in a thickness, wherein it continues their teeth 2.
  • the filler may have on its surface a friction-resistant and / or tribological layer or coating.
  • FIGS. 8a, 8b show the groove filling with a filler / material 22 in the case of an external stator 1, wherein the filler terminates flush with the pole toothing 2 and continues the same and envelops the windings 3.
  • the filler 22 additionally covers the toothed pole shoes 2. 1 and forms the pole shoe 2 in its regions and envelops the windings 3.
  • the filler can fix and / or encase the windings 3 and improve the heat dissipation of the windings 3.
  • the filler may be an injection moldable material, compound or casting resin.
  • the filler may fill the grooves of the stator in whole or in part.
  • Fig. 10a shows an outer stator 1 with widened pole shoes 2.1 and widened Polschuhvertechnikung 2. In particular, this is a distance between the toothed portions of the pole pieces 2.1 minimal to allow a continuous meshing rolling of the BG and sufficiently large to a magnetic shunt between adjacent pole pieces 2.1 to keep small.
  • the remaining grooves are filled with filler / material, which continues the Polschuhvertechnikung 2.
  • the filler 22 may be flush with the Polschuhvertechnikung 2 or cover these with a thickness.
  • drive systems of the type according to the invention may consist wholly or partly of ferromagnetic-particle-filled plastics (SMC-Soft Magnetic Compound) and / or be produced by means of injection molding and / or consist at least partially of stamped metal parts.
  • SMC-Soft Magnetic Compound ferromagnetic-particle-filled plastics
  • a drive system according to the invention for driving the at least one agitator BG to BGb has a number of at least two actuators, preferably a number of at least three actuators.
  • a number of at least two actuators preferably a number of at least three actuators.
  • Electrodynamic actuators with and without permanent magnets and solid state actuators, electrostatic actuators and / or dielectric actuators and / or it may be to the actuators corresponding and interacting with these return elements, such as spring elements, pneumatic elements or hydraulic elements present.
  • Pole / pole shoes 2.1 and / or passive, the magnetic flux guide serving flow shoes, a drive system according to the invention be operated by means of known controls, in particular 3-phase drives, Synchronmotoran Kunststoffmaschine, Shamotoran Kunststoffmaschine, etc. or advantageously by means of the invention described below control method.
  • the drive systems according to the invention are with or without
  • Permanent magnets can be displayed. In particular, show
  • a stator 1 with pole shoes 2.1, pole windings 3 and a wholly or partly ferromagnetic mover BG to BGb can be energized in different ways and thereby the characteristics of the drive systems and the effort for electrical / electronic control of the winding currents are influenced.
  • each of the poles P1 ... P10 carries a winding 3 with electrical connections Uia, Uib with i as the index for the corresponding pole and 1 ⁇ i ⁇ 10.
  • the winding 3 of the pole P1 thus has the terminals U1 a and U1 b
  • the winding 3 of the pole P2 has the terminals U2a and U2b on etc.
  • a circumferentially alternating magnetic field pattern is particularly suitable for exerting high forces on a ferromagnetic mover BG, because the magnetic field lines tend to close from one pole to another via the ferromagnetic mover.
  • the orientation of the magnetic field changes
  • an alternating sequence of the orientation of the magnetic field lines of adjacent poles / pole shoes 2.1 can be generated by opposite current directions of adjacent windings 3.
  • an electrical control of the windings 3 by means of unipolar output stages takes place to produce opposite current directions of adjacent poles / pole pieces 2.1, the terminals of each second winding 3 with the output stage reversed (swapped).
  • an exchange of the polarity can also be effected by a multiplexer or a commutator. 1 shows by way of example an advantageous polarity sequence for the windings 3, with + U1a, -U2a, + U3a .... -U10a and -U1b, + U2b, -U3b .... + U10b.
  • a polarity sequence with inverted signs is equivalent.
  • the number of electrical leads can be reduced by combining terminals of the windings 3 and a
  • connections Uia can be electrically connected to one another or the connections Uib and, for example, to a reference potential (ground or supply voltage). be connected).
  • a reference potential ground or supply voltage.
  • the advantage here is the reduction in the number of electrical leads of a 10-pole stator from 20 leads to 1 1 leads (eg 1 x ground line, 10 x live wires for controlling the windings).
  • Stators 1 with an odd number of poles / pole shoes 2.1 are preferably operated by means of bipolar output stages and / or commutator means for commutation of the current direction.
  • the magnetic field direction of a pole / pole piece 2.1 can be circulating
  • Commutator be done and / or the windings 3 can be multiplexed switched to a number of power amplifiers.
  • a stator 1 of a drive system according to the invention can have concentrated windings 3 or distributed windings.
  • the windings 3 are current-controlled or current-controlled.
  • FIG. 12 shows a schematic illustration of a timing control diagram suitable for the stator 1 shown in FIG.
  • the energization profiles can have, for example, sinusoidal, trapezoidal, exponential forms or another suitable profile, for example with a current reduction at saturation or an asymmetrical profile with different rising and falling edges and / or a temporally variable amplitude or the current application profiles
  • a Bestromungsprofil for a pole / pole piece 2.1 of a drive system with a stator 1 of an even number of poles / pole shoes 2.1 and a ferromagnetic mover BG has a 360 degree periodicity, as shown schematically in Figure 12.
  • the energization profile of a pole preferably has a 180 degree periodicity.
  • the energization profiles of the poles are identical except for a phase offset ⁇ , wherein the energization profiles of adjacent poles can have the same or opposite sign depending on the winding scheme and / or electrical wiring diagram of the windings 3.
  • the energization profiles adjacent poles on a same phase offset ⁇ are adjacent poles on a same phase offset ⁇ .
  • the sign of the phase offset e.g. from + a to -a or from -a to + a
  • the direction of rotation of the motor shaft 7 can be commutated.
  • a preferred phase offset ⁇ 36 ° or when several pole / pole shoes 2. 1 make a pole electrically
  • the width ⁇ of the energization profiles can be changed, in particular controlled and / or regulated.
  • the width ⁇ of the current flow profile is also referred to as the pulse width.
  • the pulse width can be changed from zero to a maximum value.
  • the pulse widths are continuously or discretely variable.
  • the pulse width determines the overlap of the current supply profiles of the poles and the number and / or duration of the poles which are simultaneously energized.
  • the change of the pulse width is particularly advantageous
  • the drive can be operated at low load requirements and / or idle with a small pulse width ⁇ and the pulse width ⁇ at elevated
  • Increased load request accordingly and / or the signal amplitude can be changed, which allows, for example, an energy-efficient operation or operation with greater rotational uniformity.
  • FIG. 13 shows a 10-pole stator 1, in which successive windings 3 have an opposite winding sense, whereby an alternating current is provided in the case of the energization indicated in FIG.
  • windings 3 of a stator 1 can be electrically interconnected.
  • a 5-pole stator can be generated.
  • a current flow profile for one pole of a drive system with an odd number of poles has a 720 degree periodicity.
  • the orientation of the magnetic field, or the direction of the generating winding current of each pole changes after every 360 degrees.
  • the pole shoes 2.1 may, for example, have an alternating magnetic field orientation with each revolution as follows:
  • FIG. 14 shows an example in which two windings 3 of a 10-pole stator 1 are electrically interconnected and thus a 5-pole stator was generated.
  • a pulse width ⁇ can be changed continuously and / or discretely during operation.
  • the shape of the pulse pattern may be suitably selected to allow, for example, high rotational uniformity or low noise operation.
  • Pulse patterns can be, for example, rectangular pulses, trapezoidal pulses or pulses with a sinusoidal profile, the pulses having symmetrical pulse shapes or asymmetrical pulse shapes, for example different rising and falling edges and a time-modulated amplitude curve.
  • a stator 1 in addition to active poles, may also have passive poles which serve to guide the flow, as illustrated in FIG.
  • an inventive drive system can be operated with a 3-pole stator 1 according to the operating method according to the invention with conventional phase control.
  • a motor may have a number of passive flux shoes in addition to active energizable stator poles for magnetic flux guidance.
  • a drive system according to the invention for driving the at least one mover has a number of at least two actuators, preferably a number of at least three actuators.
  • solid-state actuators, electrostatic actuators and / or dielectric actuators are also suitable.
  • the windings 3 of the pole shoes 2.1 can have the same sense of winding.
  • pole windings 3 can be energized in such a way that the magnetic field lines emerging from the pole shoes are adjacent
  • Pole shoes 2.1 have opposite signs and the
  • magnetic flux of the pole pieces 2.1 in the direction of rotation about the spatially fixed axis has an alternating pole sequence (N-S-N-S).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektromechanischen Erzeugung von Rotation, umfassend zumindest: - einen Stator (1), der eine Anzahl von Polschuhen (2.1) und zugehörige Polwicklungen (3) sowie eine Verzahnung (2, G1) oder Rollfläche aufweist, - einen Rotor, der zumindest eine um eine raumfeste Achse A-A' drehbare Motorwelle (7) und eine Verzahnung (13, 13a, 13b, M1, M2) oder Rollfläche aufweist, und - mindestens einen Beweger (BG, BGa, BGb), der mindestens zwei Verzahnungen (B1, B2, 9, 9a, 9b, 11, 11a, 11b) oder Rollflächen aufweist, die in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind, und - eine Ansteuerungselektronik (AE), die derart eingerichtet ist, dass eine einzelne oder mehrere der Polwicklungen (3) in einem vorgegebenen Umlaufsinn umlaufend derart bestrombar sind, dass der Beweger (BG, BGa, BGb) relativ zum Stator (1) oder umgekehrt eine Bewegung um die raumfeste Achse (A-A') ausführt, so dass eine der Verzahnungen (B1 oder B2, 9, 9a, 9b oder 11, 11a, 11b) oder Rollflächen des Bewegers (BG, BGa, BGb) an der Verzahnung (2, G1) bzw. Rollfläche des Stators (1) und die andere der Verzahnungen (B1 oder B2, 9, 9a, 9b oder 11, 11a, 11b) oder Rollflächen des Bewegers (BG, BGa, BGb) an der Verzahnung (13, 13a, 13b, M1, M2) bzw. Rollfläche des Rotors abwälzt.

Description

Vorrichtung zur elektromechanischen Erzeugung rotativer Bewegungen und Verfahren zu dessen Betrieb
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektromechanischen Erzeugung rotativer Bewegungen (auch elektrischer Umlaufräderantrieb genannt) und Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.
Elektromotoren und Getriebe unterschiedlicher Bauarten sowie deren Kombinationen und deren Steuerungs- sowie Regelungsverfahren sind Stand der Technik. Bezogen auf ein Bauvolumen besitzen Elektromotoren niedrige Drehmomente. Getriebe weisen bekanntermaßen mechanische Verluste, Spiel, Geräusche, Masse und Volumen auf. Für eine gegebene Abtriebsleistung müssen Elektromotoren zur Kompensation der
Getriebeverluste größer dimensioniert werden. Die Erreichung einer hohen Stellgenauigkeit ist aufgrund des Getriebespiels erschwert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur elektromechanischen Erzeugung von Rotation anzugeben, die insbesondere eine hohe
Drehmomentdichte aufweist und nicht notwendigerweise ein zusätzliches Getriebe benötigt sowie ein zu deren Betrieb geeignetes Betriebsverfahren anzugeben, welches einen entsprechend gegebener Anforderungen beispielsweise effizienten, genauen, geräuscharmen, lastdetektierenden, gesteuerten und/oder geregelten Betrieb ermöglicht. Unter
Drehmomentdichte wird der Quotient aus Drehmoment und Volumen eines Antriebssystems verstanden. Die Einheit der Drehmomentdichte ist Nm/m3.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektromechanischen Erzeugung von Rotation umfasst zumindest einen Stator, der eine Anzahl von
Polschuhen und zugehörige Polwicklungen sowie eine Verzahnung oder Rollfläche aufweist, einen Rotor, der zumindest eine Motorwelle und eine Verzahnung oder Rollfläche aufweist, und mindestens einen Beweger, der mindestens zwei Verzahnungen oder Rollflächen aufweist, die in
Axialrichtung hintereinander angeordnet sind, sowie eine
Ansteuerungselektronik, die derart eingerichtet ist, dass eine einzelne oder mehrere der Polwicklungen in einem vorgegebenen Umlaufsinn umlaufend derart bestrombar sind, dass der Beweger relativ zum Stator oder umgekehrt eine Bewegung um eine raumfeste Achse, insbesondere
Längsachse, ausführt, so dass eine der Verzahnungen oder Rollflächen des Bewegers an der Verzahnung bzw. Rollfläche des Stators und die andere der Verzahnungen oder Rollflächen des Bewegers an der Verzahnung bzw. Rollfläche des Rotors abwälzt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Antriebssystem gelöst, welches einen in Bezug auf eine raumfeste Achse und mindestens eine weitere, mit der raumfesten Achse nicht identische, zweite Achse
(Stegachse) drehbar gelagerten Beweger aufweist. Insbesondere weist das Antriebssystem mindestens eine Welle (insbesondere Motorwelle) auf, die um die raumfeste Achse in einer Trägerstruktur (insbesondere Gehäuse) drehbar gelagert ist. Insbesondere weisen der Beweger und/oder die Trägerstruktur Aktoren, vorzugsweise elektromagnetische Aktoren und/oder Festkörperaktoren auf, durch die der Beweger bewegbar ist. Insbesondere weisen Welle und/oder Trägerstruktur und/oder Beweger Elemente der Getriebetechnik, beispielsweise Zahnräder, Rollräder, Kurvenscheiben, Exzenter etc. auf, sind mit solchen verbunden und/oder bestehen ganz und/oder teilweise aus solchen, mittels derer die räumlichen Freiheitsgrade des Bewegers derart eingeschränkt sind, dass die Stegachse durch Kräfte der Aktoren vorzugsweise um die raumfeste Achse bewegbar ist und durch die Elemente der Getriebetechnik des Bewegers und/oder der Trägerstruktur und/oder der Motorwelle, insbesondere durch deren mechanische Wechselwirkung, beispielsweise durch kämmendes oder rollendes
Abwälzen, die Motorwelle in Rotation versetzbar ist. Insbesondere kann die Stegachse auf einer Zylinderfläche oder auf einer Kegelfläche um die raumfeste Achse bewegbar sein und/oder der Beweger ein ring- oder scheibenförmiger Körper sein.
Insbesondere weist ein Beweger mindestens eine erste um die Stegachse in einem ersten Abstand konzentrisch umlaufende Verzahnung B1 auf. Vorteilhafterweise weist ein Beweger eine zweite um die Stegachse in einem zweiten Abstand konzentrisch umlaufende Verzahnung B2 auf.
Bevorzugt ist der erste Abstand ungleich dem zweiten Abstand. Vorzugsweise ist die erste Verzahnung B1 des Bewegers ungleich der zweiten Verzahnung B2 des Bewegers.
Die Trägerstruktur weist mindestens eine um die raumfeste Achse drehbar gelagerte Welle mit einer Verzahnung M1 auf. Außerdem kann die Trägerstruktur eine um die raumfeste Achse konzentrisch in einem Abstand umlaufende, mit der Trägerstruktur fest verbundene Gehäuseverzahnung G1 aufweisen oder die Trägerstruktur weist eine zweite um die raumfeste Achse drehbar gelagerte Welle mit einer Verzahnung M2 auf.
Vorteilhafterweise sind die Verzahnungen B1 und M1 aufeinander abwälzbar. Vorteilhafterweise sind die Verzahnungen B2 und G1
aufeinander abwälzbar oder die Verzahnungen B2 und M2 sind aufeinander abwälzbar. Vorteilhafterweise weisen die Verzahnungspaarungen B1 , M1 und B2, G1 eine gleiche Exzentrizität auf, oder die Verzahnungspaarungen B1 , M1 und B2, M2 weisen eine gleiche Exzentrizität auf. Vorteilhafterweise weisen die Verzahnungspaarungen B1 , M1 und B2, G1 einen gleichen Zahnmodul auf oder die Verzahnungspaarungen B1 , M1 und B2, M2 weisen einen gleichen Zahnmodul auf. Die Verzahnung B1 korrespondiert somit mit der Verzahnung G1 und die Verzahnung B2 korrespondiert mit der Verzahnung M1 oder die Verzahnung B1 korrespondiert mit der Verzahnung M1 und die Verzahnung B2 korrespondiert mit der Verzahnung M2. Vorzugsweise ist der Abstand der ersten Verzahnung B1 des Bewegers von der Stegachse ungleich dem Abstand der zweiten Verzahnung B2 des Bewegers von der Stegachse.
Insbesondere kann eine der Verzahnungspaarungen B1 , M1 oder B2, G1 oder B2, M2 durch eine 1 :1 Verzahnung gebildet sein, oder durch eine drehmomentübertragende aber nicht drehzahlübersetzende Struktur, vorzugsweise eine solche, mit einer bezüglich Drehungen um die raumfeste Achse hohen Torsionssteifigkeit und bezüglich Bewegungen in einer zur raumfesten Achse senkrechten Ebene hohen Nachgiebigkeit,
beispielsweise einen Balg, eine Membrane, eine Feder, ein Elastomer, ein Kardangelenk, eine Kupplung oder eine gitterartige Struktur.
Insbesondere können Aktoren auf den Beweger um die raumfeste Achse umlaufende Kräfte ausüben, die zu einem Abwälzen der Verzahnung B1 in der korrespondierenden Verzahnung G1 und zu einem Abwälzen der Verzahnung B2 in der Verzahnung M1 führen wodurch die Welle M1 in Rotation versetzt wird, oder die Verzahnung B1 wälzt sich in der korrespondierenden Verzahnung M1 und die Verzahnung B2 wälzt sich in der korrespondierenden Verzahnung M2 ab, wodurch die Welle M1 gegenüber der Welle M2 in Rotation versetzt wird. Insbesondere kann auch die Trägerstruktur selbst um die raumfeste Achse drehbar sein, so dass die Drehung der Trägerstruktur überlagert wird. Vorzugsweise weisen die Polschuhe eine Verzahnung G1 auf, in der sich eine der Verzahnungen B1 oder B2 abwälzen kann. Insbesondere können die Polschuhe eine hierzu geeignete Form aufweisen, die ein kontinuierliches formschlüssiges Abwälzen einer der Verzahnungen B1 , B2 in der Verzahnung der Polschuhe ermöglicht. Insbesondere kann die durch die Polschuhe gebildete Verzahnung eine durchbrochene Verzahnung, mit Zahnlücken, oder eine geschlossene Verzahnung sein. Beispielsweise können die verzahnten Polschuhe eine Breite aufweisen, derart, dass die Lücke zwischen benachbarten Polschuhen hinreichend klein wird, so dass ein kontinuierliches kämmendes Abwälzen einer zu der Polschuhverzahnung korrespondierenden Verzahnung gewährleistet ist, jedoch hinreichend groß, um einen magnetischen Nebenschluss von einem Polschuh zu einem benachbarten Polschuh gering zu halten. Insbesondere können die Lücken zwischen den verzahnten Polschuhen mit einem vorzugsweise nicht ferromagnetischem Material aufgefüllt sein, welches als Füllmaterial bezeichnet wird und welches ebenso wie die Polschuhe verzahnt sein kann, so dass die Verzahnung der Polschuhe mit der Verzahnung des Füllmaterials eine geschlossene umlaufende Verzahnung ergibt. Insbesondere kann auch der Verzahnungsbereich der Polschuhe mit dem Füllmaterial beschichtet sein, welches dann eine geschlossene umlaufende Verzahnung bildet. Beispielsweise kann dass Füllmaterial ein tribologisch bevorzugtes Material sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Beweger eine innere konzentrische Ausnehmung aufweist, in welcher ein auf einer Motorwelle drehbar gelagerter Exzenter angeordnet ist. In einer Ausführungsform weist der Exzenter eine inhomogene Massenverteilung, insbesondere in Form von Ausnehmungen, unterschiedlichen Dichtebereichen und/oder
Ausformungen, auf. Des Weiteren kann die Vorrichtung mehrere Beweger aufweisen. Dabei ist jeder Beweger einem Exzenter zugeordnet und auf diesem um die raumfeste Achse drehbar gelagert. Mit anderen Worten: In einer
Ausführungsform weist die Vorrichtung eine der Anzahl der Beweger entsprechende Anzahl von Exzentern auf, wobei die mehreren Exzenter in einem vorgegebenen Winkel um die raumfeste Achse zueinander gedreht und miteinander drehsteif verbunden sind.
In einer möglichen Ausführungsform sind darüber hinaus die
Ausnehmungen zwischen benachbarten Polschuhen mit einem Füllstoff versehen.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Betrieb einer Vorrichtung zur
elektromechanischen Erzeugung von Rotation werden erfindungsgemäß mittels einer Ansteuerungselektronik eine einzelne oder mehrere der Polwicklungen in einem vorgegebenen Umlaufsinn umlaufend derart bestromt, dass der Beweger relativ zum Stator oder umgekehrt eine Bewegung um die raumfeste Achse ausführt, so dass eine der
Verzahnungen oder Rollflächen des Bewegers an der Verzahnung bzw. Rollfläche des Stators und die andere der Verzahnungen oder Rollflächen des Bewegers an der Verzahnung bzw. Rollfläche des Rotors abwälzt.
Dabei werden die Polwicklungen sequentiell einzeln aufeinanderfolgend bestromt. Alternativ können die Polwicklungen sequentiell überlappend bestromt werden, wobei zwei benachbarte Polwicklungen zumindest zeitweise gleichzeitig bestromt werden.
Insbesondere werden die Polwicklungen derart bestromt, dass die aus den Polschuhen austretenden Magnetfeldlinien benachbarter Polschuhe entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen und der magnetische Fluss der Polschuhe im Umlaufsinn um die raumfeste Achse eine abwechselnde Polfolge, insbesondere eine N-S-N-S-...-Polfolge, aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Polwicklungen mit einem vorgegebenen Bestromungsprofil bestromt, wobei das
Bestromungsprofil ein sinusförmiges, ein trapezförmiges und/oder ein unsymmetrisches Profil mit unterschiedlichen Anstiegs- und/oder
Abfallflanken und/oder mit einer zeitlich variablen Amplitude aufweist.
Insbesondere werden benachbarte Polwicklungen mittels zugehörigen Bestromungsprofilen bestromt, welche zumindest einen Phasenversatz aufweisen. Dabei können benachbarte Polwicklungen mittels zugehörigen Bestromungsprofilen bestromt werden, welche vom Wicklungsschema und/oder elektrischer Beschaltung der Polwicklungen abhängig sind.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass physikalische Größen wie Drehmoment, Drehzahl, Position, Drehrichtung, Temperatur aus
elektrischen Parametern der Polschuhwicklungen (3) bestimmt werden.
Besonders bevorzugt werden die Bestromungsprofile abhängig von physikalischen Größen wie Drehmoment, Drehzahl, Position, Drehrichtung, Temperatur geregelt.
Anhand der beigefügten schematischen Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig.1 einen elektrischen Antrieb mit verzahnten Polschuhen,
Fig.1 .1 eine erste perspektivische Schnittansicht von Fig.1 ,
Fig.1 .2 einen zweite perspektivische Schnittansicht von Fig.1 ,
Fig.1 .3 einen planare Schnittansicht von Fig.1 ,
Fig.1 .4 einen planare Aufsicht des Antriebs aus Fig.1 , Fig.2 einen elektrischen Antrieb mit verzahnten Polschuhen und einem Exzenter,
Fig.2.1 eine erste perspektivische Schnittansicht von Fig.2,
Fig.2.2 eine zweite perspektivische Schnittansicht von Fig.2,
Fig.2.3 eine planare Schnittansicht von Fig.2,
Fig.2.4 eine planare Aufsicht des Antriebs aus Fig.2,
Fig.3 einen elektrischen Antrieb mit innenliegendem Stator,
Fig.3.1 eine perspektivische Schnittansicht von Fig.3,
Fig.3.2 eine planare Schnittansicht von Fig.3,
Fig.3.3 eine erste planare Aufsicht auf den Antrieb aus Fig.3,
Fig.3.4 eine planare Seitenansicht des Antriebs aus Fig.3,
Fig.3.5 eine zweite planare Aufsicht auf den Antrieb aus Fig.3,
Fig.4 einen Antrieb mit zwei Bewegern und einem auf der Motorwelle gelagerten Exzenter,
Fig.4.1 eine planare Schnittansicht des Antriebs auf Fig.4,
Fig.4.2 eine perspektivische Schnittansicht des Antriebs aus Fig.4, Fig.5 einen Antrieb mit zwei Bewegern und einem auf der Motorwelle nicht gelagerten Exzenter,
Fig.6a eine Seitenansicht eines innenliegenden verzahnten Stators mit
Füllmaterial,
Fig.6b eine Aufsicht eines innenliegenden verzahnten Stators mit
Füllmaterial,
Fig.7a eine Seitenansicht eines innenliegenden verzahnten Stators mit
Füllmaterial, welches die Polschuhe bedeckt,
Fig.7b eine Aufsicht eines innenliegenden verzahnten Stators mit
Füllmaterial, welches die Polschuhe bedeckt,
Fig.8a eine perspektivische Ansicht eines außenliegenden Stators mit
Füllmaterial,
Fig.8b eine planare Ansicht eines außenliegenden Stators mit
Füllmaterial, Fig.9a eine perspektivische Ansicht eines außenliegenden Stators mit
Füllmaterial, welches die Polschuhe bedeckt,
Fig.9b eine planare Ansicht eines außenliegenden Stators mit
Füllmaterial, welches die Polschuhe bedeckt,
Fig.10a einen außenliegenden Stator mit verbreiterten verzahnten
Polschuhen,
Fig.10b einen außenliegenden Stator mit verbreiterten verzahnten
Polschuhen und Füllmaterial,
Fig.1 1 eine erstes Wicklungs- und Beschaltungsschema eines
10poligen Stators,
Fig.12 ein Ansteuerungsdiagramm für einen 10poligen Stator,
Fig.13 eine zweites Wicklungs- und Beschaltungsschema eines
10poligen Stators,
Fig.14 einen 5poligen Stator, und
Fig.15 ein Ansteuerungsdiagramm für einen 5poligen Stator
Fig. 16 einen Stator mit aktiven und passiven Polen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig.1 zeigt als eine Vorrichtung zur elektromechanischen Erzeugung von Rotation ein erfindungsgemäßes Antriebssystem in Explosionsdarstellung, aufweisend einen Stator 1 , verzahnte Polschuhe 2.1 mit einer
Polschuhverzahnung 2, Wicklungen 3, zwei Gehäusedeckel 4a, 4b, Lagerungselemente 5, 6, eine Motorwelle 7, eine erste Zahnscheibe 8 mit einer Außenverzahnung 9, eine zweite Zahnscheibe 10 mit einer
Außenverzahnung 1 1 , eine Glocke 12 mit einer Innenverzahnung 13 und Verbindungselemente 14.
Die Motorwelle 7 ist um eine raumfeste Achse A-A' in einer von den beiden Gehäusedeckeln 4a, 4b und dem Stator 1 gebildeten Trägerstruktur mittels Lagerungselementen 5, 6 drehbar gelagert. Die Glocke 12 ist mit der Motorwelle 7 drehsteif verbunden. Die Zahnscheibe 8 und die Zahnscheibe 10 sind konzentrisch zu einer gemeinsamen Stegachse miteinander drehsteif verbunden und bilden einen Beweger BG, wobei die Stegachse parallel zur Motorwellenachse A-A' ist. Der Beweger BG weist eine innere Ausnehmung 15 auf. Die Ausnehmung 15 ist so bemessen, dass der Beweger BG mit der inneren Ausnehmung 15 bei seiner Bewegung nicht in Kontakt mit der Motorwelle 7 kommt. Insbesondere kann die Polschuhverzahnung 2 eine Gehäuseverzahnung G1 , die Verzahnung 13 der Glocke 12 eine
Motorwellenverzahnung M1 , die Verzahnung 9 der Zahnscheibe 8 eine erste Verzahnung B1 eines Bewegers und die Verzahnung 1 1 der
Zahnscheibe 10 eine zweite Verzahnung B2 eines Bewegers darstellen.
Insbesondere besteht die Zahnscheibe 8 ganz oder teilweise aus
ferromagnetischem Material und/oder weist solches auf. Mittels der
Verbindungselemente 14 können der Gehäusedeckel 4a, der Stator 1 und der Gehäusedeckel 4b miteinander zu einer Trägerstruktur verbunden werden und so als Einheit beispielsweise ein Motorgehäuse darstellen.
Jede Wicklung 3 eines gegebenen Polschuhs 2.1 ist einzeln bestrombar. Es können jedoch auch mehrere Wicklungen miteinander elektrisch verschaltet sein. Insbesondere können die Wicklungen 3, wie in Fig.1 dargestellt, konzentrierte Wicklungen oder verteilte Wicklungen sein. Die Wicklungsanschlüsse sind der Übersichtlichkeit halber in Fig.1 nicht dargestellt. Vorteilhafterweise besitzt das Antriebssystem eine in die Trägerstruktur integrierte oder an dieser angebrachte Leiterplatte, welche die einzelnen Anschlüsse der Wicklungen 3 aufnimmt und diese entweder mit einem Anschlussstecker oder einer auf einer Leiterplatte befindlichen und in Figur 1 1 dargestellten Ansteuerungselektronik AE verbindet. Vorzugsweise sind bzw. ist die Leiterplatte der Ansteuerungselektronik AE und/oder die zur elektrischen Kontaktierung der Wicklungen 3 in das Motorgehäuse (Gehäusedeckel 4a, 4b) integriert oder an diesem
angebracht. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um eine
Leiterplatte.
Mittels einer in Fig.1 nicht dargestellten Ansteuerungselektronik AE können die einzelnen Wicklungen 3 entsprechend einen Umlaufsinn um die Achse A-A' umlaufend bestromt werden. Entsprechend der gewünschten
Drehrichtung der Motorwelle 7 kann die Bestromung in oder entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse A-A' erfolgen. Insbesondere kann die
Bestromung der Wicklungen 3 sequentiell aufeinanderfolgend erfolgen, so dass wenn eine Wicklung 3 abgeschaltet wird, eine benachbarte Wicklung 3 eingeschaltet wird usw.. Besonders bevorzugt erfolgt die Bestromung benachbarter Wicklungen 3 sequentiell überlappend, so dass bevor eine Wicklung 3 abgeschaltet wird, bereits mindestens eine benachbarte
Wicklung 3 bestromt wird usw. Insbesondere können die Ansteuerpulsmuster benachbarter Wicklungen 3 überlappen.
Um die Motorwelle 7 in Rotation zu versetzen, werden die Wicklungen 3 des Stators 1 umlaufend bestromt. Für die Funktion ist es ausreichend wenn mindestens jeweils eine Wicklung 3 und darauffolgend eine benachbarte Wicklung 3 bestromt wird. Bevorzugterweise werden mehrere, auf einem Halbkreis in der Lotebene der Motorwelle 7 liegende benachbarte Wicklungen 3 bestromt, wobei dieses Bestromungsmuster um die Achse A- A' umläuft.
Der mindestens eine bestromte Pol/Polschuh 2.1 oder die Gesamtheit der bestromten Pole/Polschuhe 2.1 übt auf den Beweger BG eine
elektromagnetische Kraft aus, welche die Verzahnung 9 in Eingriff mit der Verzahnung 2 der Polschuhe 2.1 und die Verzahnung 1 1 in Eingriff mit der Verzahnung 13 bringt beziehungsweise hält. Bei sequentieller
Fortschaltung des Bestromungsmusters hat der Beweger BG das
Bestreben jeweils die Lage minimaler Streufeldenergie einzunehmen und folgt dem umlaufenden Bestromungsmuster.
Mit anderen Worten, es wirken auf den Beweger BG um die Achse A-A' umlaufende magnetische Kräfte. Hierbei wälzt die Verzahnung 9 der Zahnscheibe 8 auf der Polschuhverzahnung 2 und die Verzahnung 1 1 der Zahnscheibe 10 auf der Verzahnung 13 der Glocke 12 ab, wodurch die Motorwelle 7 in Rotation versetzt wird. Durch Kommutierung des Umlaufsinns des Bestromungsmusters kann die Drehrichtung der Motorwelle 7 umgekehrt und durch die Umlauffrequenz des Bestromungsmusters die Drehgeschwindigkeit der Motorwelle 7 gesteuert werden.
Fig.1 .1 zeigt eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.1 in perspektivischer Darstellung.
Fig.1 .2 zeigt eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.1 mit entferntem Gehäusedeckel 4a in perspektivischer Darstellung, welche die korrespondierenden Verzahnungen, die sich in Fig.1 .2 in einem oberen Bereich im Eingriff und in einem unteren Bereich außer Eingriff befinden, weiter verdeutlicht.
Fig.1 .3 zeigt eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.1 in planarer Ansicht.
Fig.1 .4 zeigt eine planare Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 bei entferntem Gehäusedeckel 4a, mit in einem oberen Bereich im Eingriff befindlichen Verzahnungen 9 und 2. Bei den Ansichten Fig.1 .1 , Fig.1 .2, Fig.1 .3, Fig.1 .4 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.1 wurden einheitliche Bezugszeichen verwendet. Auf eine gesonderte Erläuterung wird deswegen verzichtet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 werden die Verzahnungen 9 mit 2 und 1 1 mit 12 ausschließlich durch elektromagnetische Kräfte im Eingriff gehalten. Hierdurch ist einerseits das maximale Drehmoment begrenzt, andererseits kann die Anfangsstellung der Motorwelle 7 nicht exakt definiert sein. Zusätzlich führen die exzentrisch bewegten Massen zu einer
Motorunwucht und zu in den meisten Fällen unerwünschten Vibrationen.
Fig.2 zeigt ein diesbezüglich verbessertes Ausführungsbeispiel, bei welchem der Beweger BG, bestehend aus den beiden Zahnscheiben 8 und 10, auf seiner inneren konzentrischen Ausnehmung 15 durch einen auf der Motorwelle 7 mittels Lagerungsmitteln 18 drehbar gelagerten Exzenter 16 um die Motorwellenachse A-A' drehbar gelagert ist. Hierzu weist der Exzenters 16 eine innere Ausnehmung 19 auf, in welche das
Lagerungsmittel 18 eingreift. Ebenso ist der Beweger BG mit seiner inneren konzentrischen Ausnehmung 15 drehbar auf einer Außenfläche 20 des Exzenters 16 gelagert. Als Lagerungsmittel 18 können beispielsweise Gleitlager oder Wälzlager Anwendung finden. Insbesondere weist der Exzenter 16 bezüglich der Achse A-A' eine inhomogene Massenverteilung auf, welche einer durch den Beweger BG bedingten Unwucht entgegenwirkt. Eine inhomogene Massenverteilung des Exzenters 16 kann durch Ausnehmungen 17 erreicht werden, wie in Fig.2 dargestellt und/oder durch Bereiche unterschiedlicher Dichte und/oder durch geeignete Formgestaltung. Insbesondere liegt der Schwerpunkt der Exzenters 16 dem Schwerpunkt des Bewegers BG in einer Lotebene der Motorwellenachse diametral gegenüber. Insbesondere ist die Exzentrizität des Exzenters 16 so gewählt, dass die Verzahnungen 9 mit 2 und 1 1 mit 12 nicht außer Eingriff geraten können. Der auf diese Weise durch den Beweger BG geschleppte Exzenter 16 weist geringe mechanische Verluste auf, stellt einen
Verzahnungseingriff sicher und kompensiert Motorunwuchten teilweise oder vollständig. Eine vollständige Kompensation der Motorunwucht kann insbesondere durch eine Lage des resultierenden Massenschwerpunktes von Exzenter 16 und Beweger BG auf der Motorwellenachse erreicht werden.
Gleiche Bezugszeichen haben gleiche Bedeutung. Von einer weiteren Erläuterung des in Fig.2 gezeigten Ausführungsbeispiels wird daher abgesehen, da es bis auf die beschriebenen Unterschiede weitgehend dem in Fig.1 gezeigten entspricht.
Gleiches gilt für die in Fig.2.1 , Fig.2.2, Fig.2.3, Fig.2.4 zum Zwecke der weiteren Verdeutlichung gezeigten verschiedenen Ansichten des
Ausführungsbeispiels gemäß Fig.2.
Fig.2.1 zeigt eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.2 in perspektivischer Darstellung.
Fig.2.2 zeigt eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.2 mit entferntem Gehäusedeckel 4a in perspektivischer Darstellung, welche die korrespondierenden Verzahnungen 9 mit 2 und 1 1 mit 12, die sich in Fig.2.2 in einem oberen Bereich im Eingriff und in einem unteren Bereich außer Eingriff befinden, weiter verdeutlicht.
Fig.2.3 zeigt eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.2 in planarer Ansicht.
Fig.2.4 zeigt eine planare Aufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 bei entferntem Gehäusedeckel 4a, mit einer Lage des Exzenters 16 und der Ausnehmungen 17 bei in einem oberen Bereich im Eingriff befindlichen Verzahnungen 9 und 2.
Neben Ausführungen mit außenliegendem Stator 1 können die erfindungsgemäßen Antriebssysteme auch innenliegende Statoren 1 , wie in Fig.3 gezeigt, aufweisen.
Fig.3 zeigt die Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems mit innenliegendem Stator 1 in perspektivischer Ansicht. Das in Fig.3 dargestellte Antriebssystem weist zwei Gehäusedeckel 4a, 4b, einen innenliegenden Stator 1 mit verzahnten Polschuhen 2.1 und Wicklungen 3 der Polschuhe 2.1 , eine Motorwelle 7, Lagerungsmittel 5, eine Zahnscheibe 8 mit einer Innenverzahnung 9, eine Zahnscheibe 10 mit einer Innnenver- zahnung 1 1 und eine Zahnscheibe 12 mit einer Außenverzahnung 13 auf.
Die Motorwelle 7 ist mittels Lagerungsmitteln 5 in dem Gehäusedeckel 4a um eine Achse A-A' drehbar gelagert. Der Stator 1 ist mit dem Gehäusedeckel 4a drehfest und bezüglich der Motorwellenachse A-A' konzentrisch verbunden. Die Zahnscheibe 12 ist konzentrisch zur Achse A-A' mit der Motorwelle 7 drehfest verbunden und weist eine an ihrem Umfang umlaufende Verzahnung 13 auf. Zahnscheibe 10 und Zahnscheibe 8 sind bezüglich einer zur Achse A-A' der Motorwelle 7 parallelen Stegachse drehfest miteinander verbunden und bilden einen Beweger BG. Die Zahnscheibe 10 weist an ihrem inneren Umfang eine in einem ersten Abstand um die Stegachse umlaufende Verzahnung 1 1 auf. Die Zahnscheibe 8 weist an ihrem inneren Umfang eine in einem zweiten Abstand um die Stegachse umlaufende Verzahnung 9 auf. Bevorzugt ist der erste Abstand ungleich dem zweiten Abstand. Die Verzahnung 1 1 weist zumindest einen Zahn mehr auf, als die Verzahnung 13 und ist in der Verzahnung 13 abwälzbar. Die Verzahnung 9 weist zumindest einen Zahn mehr auf, als die
Verzahnung 2 und ist in der Verzahnung 2 abwälzbar. Bevorzugt weisen die Verzahnungen 2, 9, 10, 13 einen gleichen Zahnmodul auf. Insbesondere weisen die Verzahnungspaarungen 2 mit 9 und 10 mit 13 eine gleiche Exzentrizität auf.
In einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform kann insbesondere eine der Verzahnungspaarungen 2, 9 oder 1 1 , 13 durch eine 1 :1
Verzahnung gebildet sein, bei der beispielsweise die Verzahnungen 2, 9 oder die Verzahnungen 1 1 , 13 eine gleiche Zähnezahl aufweisen oder bei der eine der Verzahnungspaarungen 2, 9 oder 1 1 , 13 durch eine
drehmomentübertragende aber nicht drehzahlübersetzende Struktur, vorzugsweise eine solche, mit einer bezüglich Drehungen um die raumfeste Achse hohen Torsionssteifigkeit und bezüglich Bewegungen in einer zur raumfesten Achse senkrechten Ebene hohen Nachgiebigkeit,
beispielsweise einen Balg, eine Membrane, eine Feder, ein Elastomer, ein Kardangelenk, eine Kupplung oder eine gitterartige Struktur ersetzt ist.
Die Wicklungen 3 sind einzeln bestrombar, wobei auch mehrere Wicklungen 3 gleichzeitig bestromt werden können. Durch um die Achse A-A' umlaufende Bestromung der Wicklungen 3 können auf den Beweger BG radial um die Achse A-A' umlaufende elektromagnetische Kräfte erzeugt werden, die zu einem Abwälzen der Verzahnung 9 in der Verzahnung 2 und zu einem Abwälzen der Verzahnung 1 1 in der Verzahnung 13 führen, wodurch die Motorwelle 7 in Rotation versetzt wird. Drehrichtung und Drehfrequenz der Motorwelle 7 sind über die Phasenlage der Ansteuersignale der Wicklungen 3 und über die elektrische Ansteuerfrequenz Steuer- und/oder regelbar.
Gleiche Bezugszeichen haben gleiche Bedeutung. Die Fig.3.1 , Fig.3.2, Fig.3.3, Fig.3.4 zeigen zum Zwecke der weiteren Verdeutlichung
verschiedenen Ansichten des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.3. Fig.3.1 zeigt eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.3 in perspektivischer Darstellung.
Fig.3.2 zeigt eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.3, welche die korrespondierenden Verzahnungen, die sich in Fig.3.2 in einem oberen Bereich im Eingriff und in einem unteren Bereich außer Eingriff befinden, weiter verdeutlicht.
Fig.3.3 zeigt eine planare Aufsicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.3 bei entferntem Gehäusedeckel 4a mit der Verzahnung 2 der Polschuhe 2.1 und der korrespondierenden Verzahnung 9 der Zahnscheibe 8 des
Bewegers BG.
Fig.3.4 zeigt eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.3, mit entfernten Gehäusedeckeln 4a, 4b.
Fig.3.5 zeigt eine planare Aufsicht des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.3 bei entferntem Gehäusedeckel 4b mit der Zahnscheibe 10, die mit der Motorwelle 7 drehfest verbunden ist und der Zahnscheibe 12 des
Bewegers BG sowie deren korrespondierende Verzahnungen 1 1 , 13.
Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mehrere elektromagnetisch aktuierte Beweger BGa, BGb aufweisen, wie Fig.4 zeigt. Bevorzugterweise ist jeder Beweger BGa, BGb auf einem Exzenter 16a, 16b um die Motorwellenachse A-A' drehbar gelagert. Die Exzenter 16a, 16b sind bezüglich eines Winkels um die Achse A-A' zueinander um 180 Grad gedreht und miteinander drehsteif verbunden, wie in Fig.4.1 dargestellt. Das so aus zwei Exzentern 16a, 16b und einem Verbindungsstück gebildete Element kann auch als Doppelexzenter, mit zwei bezüglich der Achse A-A' diametral gegenüberliegenden Exzenternocken bezeichnet werden.
Insbesondere kann der Doppelexzenter mittels Lagerungsmitteln 18 auf der Motorwelle 7 drehbar gelagert sein. Durch die entgegengerichtete
Orientierung der Exzenter 16a, 16b wird erreicht, dass sich die
Verzahnungen 9 mit 2 und 1 1 mit 12 des ersten Bewegers BGa in einem Bereich im Eingriff mit der Verzahnung der Polschuhe 2.1 und einer Verzahnung einer ersten Zahnscheibe befinden, welcher dem
Eingriffsbereich der Verzahnungen des zweiten Bewegers BGb mit der Verzahnung der Polschuhe 2.1 und einer Verzahnung einer zweiten Zahnscheibe bezüglich der Achse A-A' diametral gegenüberliegt.
Das in Fig.4 dargestellte Ausführungsbeispiel baut auf dem in Fig.2 gezeigten Antriebssystem auf, weist gegenüber Fig.2 jedoch zwei Beweger auf. Insbesondere können die beiden Beweger BGa, BGb bauähnlich oder baugleich sein. Zur Unterscheidung werden die Elemente des ersten Bewegers BGa mit dem Index a und die Elemente des zweiten
Bewegers BGb mit dem Index b versehen.
Das Antriebssystem weist zwei Gehäusedeckel 4a, 4b mit Lagerungsmitteln 5, 6 auf, mittels derer eine Motorwelle 7 um eine Achse A-A' drehbar gelagert ist. Weiterhin weist das Antriebssystem einen Stator 1 mit an einem inneren Umfang konzentrisch zur Achse A-A' angeordneten verzahnten Polen/Polschuhe 2.1 sowie Wicklungen 3 (Spulenwicklung) der Pole/Polschuhe 2.1 auf. Ein erster Beweger BGa wird gebildet durch die Zahnscheibe 8a mit einer konzentrisch um eine zur Achse A-A' parallelen Stegachse umlaufenden Außenverzahnung 9a und die Zahnscheibe 10a mit einer konzentrisch zur Stegachse umlaufenden Außenverzahnung 1 1 a. Die Zahnscheiben 8a und 10a sind bezüglich der Stegachse konzentrisch und drehsteif miteinander verbunden.
Insbesondere bestehen die Zahnscheiben 8a und 8b ganz oder teilweise aus ferromagnetischem Material und/oder weisen solches auf. Die Motorwelle 7 ist drehsteif mit den beiden Zahnscheiben 12a, 12b verbunden.
Ein zweiter Beweger BGb wird gebildet durch die Zahnscheibe 8b mit einer konzentrisch um eine zur Achse A-A' parallelen Stegachse umlaufenden Außenverzahnung 9b und die Zahnscheibe 10b mit einer konzentrisch zur Stegachse umlaufenden Außenverzahnung 1 1 b. Die Zahnscheiben 8b und 10b sind bezüglich der Stegachse konzentrisch und drehsteif miteinander verbunden.
Der erste Beweger BGa ist mit einer inneren Ausnehmung 15a auf dem ersten Exzenter 16a drehbar gelagert. Der zweite Beweger BGb ist mit einer inneren Ausnehmung 15b auf dem zweiten Exzenter 16b drehbar gelagert. Erster Exzenter 16a und zweiter Exzenter 16b sind bezüglich eines Winkels um die Achse A-A' um 180 Grad gegeneinander gedreht und drehsteif miteinander verbunden, wie insbesondere Fig.4.1 zeigt.
Insbesondere werden bei dem In Fig.4, Fig.4.1 und Fig.4.2 dargestellten Ausführungsbeispiel beide Beweger BGa, BGb durch einen Stator 1 aktuiert, da die Verzahnungen 9a und 9b gemeinsam an in Bezug auf die Achse A-A' diametral gegenüberliegenden Bereichen in der Verzahnung 2 der Polschuhe 2.1 abwälzen, siehe Fig.4.2. Für eine Rotation der
Motorwelle 7 werden die Wicklungen 3 umlaufend und bevorzugterweise an in der Achse A-A' diametral gegenüberliegenden Bereichen bestromt, so dass sowohl die Zahnscheibe 8a als auch die Zahnscheibe 8b
elektromagnetisch aktuiert werden. Eine Motorfunktion ist aber auch bei nur einfach umlaufender Bestromung gegeben, wobei einer der
Beweger BGa, BGb mitgeschleppt wird. Ein Massenausgleich und einen Verzahnungseingriff kann dadurch weiterhin gegeben sein. Fig.4.1 zeigt eine planare Schnittansicht und Fig.4.2 eine perspektivische Schnittansicht durch in Fig.4 dargestellten Antrieb.
Vorteilhafterweise kann durch die um 180 Grad versetzt abwälzenden Beweger BGa, BGb ein Massenausgleich und ein Zahneingriff erreicht werden. Insbesondere bedarf ein Doppelexzenter nicht zwingend einer Lagerung auf der Motorwelle 7, da er beide Beweger BGa, BGb
phasenstarr koppelt.
Fig.5 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 jedoch ohne
Exzenterlager 18. Wie in Fig.5 dargestellt, weist der Doppelexzenter 16a, 16b hierzu eine innere Ausnehmung 21 auf, durch welche die Motorwelle 7 hindurchgeführt ist und deren Durchmesser so bemessen ist, dass ein Kontakt zwischen Motorwelle 7 und Doppelexzenter 16a, 16b
ausgeschlossen ist. Der Doppelexzenter 16a, 16b kann jedoch, wie in Fig.4, auf der Motorwelle 7 drehbar gelagert sein.
Eine Auffüllung der Lücken zwischen den verzahnten Polschuhen 2.1 mit einem Füllmaterial 22 ist bei allen erfindungsgemäßen Antriebssystemen anwendbar. Bevorzugt ist das Füllmaterial 22 nicht oder nur gering ferromagnetisch und besonders bevorzugt, weist das Füllmaterial, wie Fig.6a, Fig.6b für einen innenliegenden Stator 1 und Fig.7a, Fig.7b für einen außenliegenden Stator 1 verdeutlichen, auf seinem Umfang die gleiche Verzahnung wie die Polschuhe 2.1 auf, so dass der Beweger BG auf einer geschlossenen Verzahnung, gebildet durch die verzahnten Polschuhe 2.1 und die mit Füllstoff aufgefüllten ebenfalls verzahnten Lücken zwischen den Polschuhen 2.1 abwälzen kann.
Fig.6a zeigt eine Seitenansicht eines innenliegenden Stators 1 mit verzahnten Polschuhen 2 und Füllstoff 22. Fig.6b zeigt eine Schnittansicht von Fig.6a längs der Schnittebene B-B. Der Füllstoff 22 füllt die Lücken zwi- sehen den Polschuhen 2.1 auf und schließt bündig mit den Polschuhen 2.1 ab, wobei er deren Verzahnung 2 fortsetzt.
Insbesondere kann der Füllstoff 22 auch die Verzahnung 2 der
Polschuhe 2.1 bedecken und die Verzahnungkontur der Polschuhe 2.1 in den Bereichen der Polschuhe 2.1 abbilden wie in Fig.7a und Fg.7b dargestellt. Fig.7a zeigt eine Seitenansicht eines innenliegenden Stators 1 mit verzahnten Polschuhen 2.1 und Füllstoff 22. Fig.7b zeigt eine
Schnittansicht von Fig.7a längs der Schnittebene B-B. Der Füllstoff 22 füllt die Lücken zwischen den Polschuhen 2.1 auf und bedeckt diese in einer Dicke, wobei er deren Verzahnung 2 fortsetzt. Zusätzlich kann der Füllstoff auf seiner Oberfläche eine reibfeste und/oder tribologische Schicht oder Beschichtung aufweisen.
Analog zeigen die Fig.8a, 8b die Nutauffüllung mit einem Füllstoff/material 22 bei einem außenliegenden Stator 1 , wobei der Füllstoff bündig mit der Polschuhverzahnung 2 abschließt und diese fortsetzt und die Wicklungen 3 umhüllt.
Bei dem in Fig.9a, Fig.9b gezeigten Beispiel eines außenliegenden Stators 1 bedeckt der Füllstoff 22 zusätzlich die verzahnten Polschuhe 2.1 und bildet die Polschuhverzahnung 2 in deren Bereichen ab sowie umhüllt die Wicklungen 3.
Vorteilhafterweise kann der Füllstoff die Wicklungen 3 fixieren und/oder umhüllen und die Wärmeabfuhr der Wicklungen 3 verbessern. Beispielsweise kann der Füllstoff ein spritzgießfähiges Material, Compound oder Gießharz sein. Insbesondere kann der Füllstoff die Nuten des Stators ganz oder teilweise ausfüllen. Fig.10a zeigt einen außenliegenden Stator 1 mit verbreiterten Polschuhen 2.1 und verbreiterter Polschuhverzahnung 2. Insbesondere wird hierdurch ein Abstand der Verzahnungsbereiche der Polschuhe 2.1 minimal, um ein kontinuierliches kämmendes Abwälzen des Bewegers BG zu ermöglichen und hinreichend groß, um einen magnetischen Nebenschluss zwischen benachbarten Polschuhen 2.1 klein zu halten.
Bei dem in Fig.10b gezeigten Ausführungsbeispiel sind die verbleibenden Nuten mit Füllstoff/material aufgefüllt, der die Polschuhverzahnung 2 fortsetzt. Der Füllstoff 22 kann bündig mit der Polschuhverzahnung 2 abschließen oder diese mit einer Dicke bedecken.
Insbesondere können Antriebssysteme der erfindungsgemäßen Art ganz oder teilweise aus mit ferromagnetischen Partikeln gefüllten Kunststoffen (SMC - Soft Magnetic Compound) bestehen und/oder mittels Spritzgießen hergestellt sein und/oder zumindest teilweise aus Blechprägeteilen bestehen.
Insbesondere weist ein erfindungsgemäßes Antriebssystem für den Antrieb des mindestens einen Bewegers BG bis BGb eine Anzahl von mindestens zwei Aktoren, bevorzugt eine Anzahl von mindestens drei Aktoren auf. Insbesondere eignen sich neben elektromagnetischen und
elektrodynamischen Aktoren mit und ohne Permanentmagnete auch Festkörperaktoren, elektrostatische Aktoren und/oder dielektrische Aktoren und/oder es können zu den Aktoren korrespondierende und mit diesen wechselwirkende Rückstellelemente, beispielsweise Federelemente, pneumatische Elemente oder hydraulische Elemente, vorhanden sein.
Abhängig von der Anzahl und der Anordnung aktiver bestrombarer
Pole/Polschuhe 2.1 und/oder passiver, der magnetischen Flussführung dienender Flussschuhe, kann ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mittels bekannter Ansteuerungen, insbesondere 3-Phasenansteuerungen, Synchronmotoransteuerungen, Schrittmotoransteuerungen usw. betrieben werden oder vorteilhaft mittels im Folgenden beschriebener erfindungsgemäßer Ansteuerungsverfahren.
Die erfindungsgemäßen Antriebssysteme sind mit oder ohne
Permanentmagneten darstellbar. Insbesondere weisen
Ausführungsvarianten ohne Permanentmagneten die nach dem
Reluktanzprinzip arbeiten Kostenvorteile auf.
Insbesondere kann ein Stator 1 mit Polschuhen 2.1 , Polwicklungen 3 und einem ganz oder teilweise ferromagnetischen Beweger BG bis BGb auf unterschiedliche Arten bestromt werden und hierdurch die Charakteristik der Antriebssysteme und der Aufwand zur elektrischen/elektronischen Steuerung der Wicklungsströme beeinflusst werden.
Fig.1 1 zeigt beispielhaft den Stator 1 eines 10poligen erfindungsgemäßen Antriebssystems. Jeder der Pole P1 ... P10 trägt eine Wicklung 3 mit elektrischen Anschlüssen Uia, Uib mit i als dem Index für den entsprechenden Pol und 1 < i < 10. Die Wicklung 3 des Pols P1 weist somit die Anschlüsse U1 a und U1 b auf, die Wicklung 3 des Pols P2 weist die Anschlüsse U2a und U2b auf usw..
Vorteilhaft für die Funktion des Antriebssystems ist es, wenn die aus den Polen austretenden Magnetfeldlinien benachbarter Pole entgegen gesetzte Vorzeichen haben, so dass der magnetische Fluss der Pole im Umlaufsinn um die Achse A-A' einer Abfolge N-S-N-S (N = magnetischer Nordpol, S
= magnetischer Südpol) genügt, wie in Fig.1 1 schematisch dargestellt, wobei es unerheblich ist, ob die Pole/Polschuhe 2.1 mit ungeradem Index Südpole und die mit geradem Index Nordpole bilden, oder umgekehrt. Ein über den Umfang alternierendes Magnetfeldmuster ist in besonderer Weise geeignet hohe Kräfte auf einen ferromagnetischen Beweger BG auszuüben, da die Magnetfeldlinien die Tendenz haben, sich über den ferromagnetischen Beweger von einem Pol zu einem anderen Pol zu schließen.
Vorzugsweise ändert sich die Orientierung des Magnetfeldes eines
Poles/Polschuhs 2.1 bei einem Stator 1 mit einer geraden Anzahl von Polen/Polschuhen 2.1 im Betrieb nicht und die Stromrichtung durch die Wicklung 3 eines Poles/Polschuhs 2.1 bleibt gleich.
Bei dem in Fig.1 1 dargestellten Stator 1 , weisen die einzelnen
Wicklungen 3 der Pole/Polschuhe 2.1 beispielhaft einen gleichen
Windungssinn auf. Insbesondere kann eine alternierende Abfolge der Orientierung der Magnetfeldlinien benachbarter Pole/Polschuhe 2.1 durch entgegengesetzte Stromrichtungen benachbarter Wicklungen 3 erzeugt werden.
Vorzugsweise erfolgt eine elektrische Ansteuerung der Wicklungen 3 mittels unipolarer Endstufen wobei zur Erzeugung entgegengesetzter Stromrichtungen benachbarter Pole/Polschuhe 2.1 , die Anschlüsse jeder zweiten Wicklung 3 mit der Endstufe umgedreht (vertauscht) werden. Insbesondere kann eine Vertauschung der Polarität auch durch einen Multiplexer oder einen Kommutator erfolgen. Fig.1 1 zeigt beispielhaft eine vorteilhafte Polaritätsabfolge für die Wicklungen 3, mit +U1 a, -U2a, +U3a .... -U10a und -U1 b, +U2b, -U3b .... +U10b. Eine Polaritätsabfolge mit invertierten Vorzeichen ist gleichwertig.
Insbesondere kann die Anzahl elektrischer Zuleitungen verringert werden, indem Anschlüsse der Wicklungen 3 zusammengefasst und auf ein
Potenzial gelegt werden. Beispielsweise können jeweils die Anschlüsse Uia miteinander elektrisch verbunden werden oder die Anschlüsse Uib und beispielsweise mit einem Bezugspotenzial (Ground oder Versorgungsspan- nung) verbunden sein. Vorteilhaft ist hierbei die Verringerung der Anzahl elektrischen Zuleitungen eines 10poligen Stators von 20 Zuleitungen auf 1 1 Zuleitungen (z.B. 1 x Masseleitung, 10 x spannungsführende Leitungen zur Ansteuerung der Wicklungen).
Statoren 1 mit einer ungeraden Anzahl von Polen/Polschuhen 2.1 werden vorzugsweise mittels bipolarer Endstufen und/oder Kommutatormitteln zur Kommutierung der Stromrichtung betrieben. Insbesondere kann sich die Magnetfeldrichtung eines Poles/Polschuhs 2.1 bei umlaufendem
Bestromungsmuster alternierend ändern. Insbesondere kann eine
Stromkommutierung der Wicklungen 3 bei Statoren 1 mit einer geraden oder einer ungeraden Anzahl von Polen/Polschuhen 2.1 mittels
mechanischer, elektromechanischer und/oder elektronischer
Kommutatormittel erfolgen und/oder die Wicklungen 3 können gemultiplext auf eine Anzahl von Endstufen geschaltet werden.
Insbesondere kann ein Stator 1 eines erfindungsgemäßen Antriebssystems konzentrierte Wicklungen 3 oder verteilte Wicklungen aufweisen. Bevorzugterweise werden die Wicklungen 3 stromgesteuert oder stromgeregelt betrieben.
Fig.12 zeigt in schematischer Darstellung ein zu dem in Fig.1 1 dargestellten Stator 1 geeignetes zeitliches Ansteuerungsdiagramm mit
Bestromungsprofilen, die in Fig.9 lediglich aus Gründen der
Darstellungsklarheit Rechtform aufweisen. Insbesondere können die Bestromungsprofile beispielsweise sinusförmig, trapezförmig, exponentielle Formen oder einen anderen geeigneten Verlauf, beispielsweise mit einer Stromabsenkung bei Sättigung oder einen unsymmetrischen Profil mit unterschiedlichen Anstiegs- und Abfallflanken und/oder einer zeitlich variablen Amplitude haben oder die Bestromungsprofile können
drehrichtungs- und/oder lastabhängig sein. Vorteilhafterweise hat ein Bestromungsprofil für einen Pol/Polschuh 2.1 eines Antriebssystems mit einem Stator 1 der eine gerade Anzahl von Polen/Polschuhen 2.1 und einen ferromagnetischen Beweger BG aufweist eine 360 Grad Periodizität, wie in Fig.12 schematisch dargestellt.
Hat ein Antriebssystem mit einer geraden Anzahl von Polen/Polschuhen 2.1 zwei um 180 Grad zueinander versetzte ferromagnetische Beweger BG, so hat das Bestromungsprofil eines Pols bevorzugt eine 180 Grad Periodizität. Vorteilhafterweise sind die Bestromungsprofile der Pole bis auf einen Phasenversatz α identisch, wobei die Bestromungsprofile benachbarter Pole abhängig vom Wicklungsschema und/oder elektrischem Beschaltungs- schema der Wicklungen 3, gleiches oder entgegengesetztes Vorzeichen haben können.
Vorteilhafterweise weisen die Bestromungsprofile benachbarte Pole eine gleichen Phasenversatz α auf. Insbesondere kann durch Änderung des Vorzeichens des Phasenversatzes z.B. von +a nach -a oder von -a nach +a die Drehrichtung der Motorwelle 7 kommutiert werden.
Vorteilhafterweise weist ein Antriebssystem mit einer geraden Anzahl N von bestrombaren Polen zwischen den Bestromungsprofilen benachbarter Pole einen Phasenversatz von α = ±360°/N auf, wobei das Vorzeichen die Drehrichtung vorgibt. Bei dem in Fig.12 gezeigten Ansteuerdiagramm für einen 10poligen Stator 1 beträgt ein bevorzugter Phasenversatz α = 36° oder wenn mehrere Pole/Polschuhe 2.1 zu einem Pol elektrisch
zusammengeschaltet werden, ein ganzzahliges Vielfaches davon.
Beispielsweise können bei dem Stator 1 gemäß Fig.12 jeweils zwei benachbarte Pole/Polschuhe 2.1 zu einem Pol elektrisch verschaltet werden, wodurch der Stator 5polig wird und ein bevorzugter Phasenversatz α = 72° beträgt.
Wie in Fig.12 schematisch dargestellt, ist insbesondere die Breite Δ der Bestromungsprofile veränderbar, insbesondere steuerbar und/oder regelbar. Die Breite Δ des Bestromungsprofils wird auch als Pulsbreite bezeichnet.
Vorteilhafterweise kann die Pulsbreite von Null bis zu einem Maximalwert verändert werden. Fig.12 zeigt beispielhaft Bestromungsprofile für fünf diskrete Pulsbreiten von Δ1 = 20°, Δ2 = 50°, Δ3 = 100°, Δ4 = 180° und Δ5 = 290°. Insbesondere sind die Pulsbreiten kontinuierlich oder diskret veränderbar.
Insbesondere bestimmt die Pulsbreite die Überlappung der Bestromungsprofile der Pole und die Anzahl und/oder Dauer der gleichzeitig bestromten Pole. Besonders vorteilhaft erfolgt die Änderung der Pulsbreite in
Abhängigkeit von Lastparametern, die mittels externer Sensoren, mittels interner Sensoren und/oder mittels Lasterfassung durch den Antrieb selbst, beispielsweise über Impedanzänderungen einzelner oder mehrerer
Wicklungen 3, bestimmt werden. Beispielsweise kann der Antrieb bei geringen Lastanforderungen und/oder im Leerlauf mit einer geringen Pulsbreite Δ betrieben werden und die Pulsbreite Δ bei erhöhter
Lastanforderung entsprechend erhöht und/oder die Signalamplitude verändert werden, was beispielsweise einen energieeffizienten Betrieb oder einen Betrieb mit größerer Drehgleichförmigkeit ermöglicht.
Insbesondere stehen mit der Amplitude und der Pulsform neben der Pulsbreite zusätzliche weitere Parameter zur Beeinflussung der
Charakteristik des Antriebssystems, wie insbesondere Leistung, Drehmoment, Drehgleichförmigkeit und Geräuschentwicklung zur
Verfügung.
Fig.13 zeigt einen 10poligen Stator 1 , bei dem aufeinanderfolgende Wicklungen 3 einen entgegengesetzten Windungssinn aufweisen wodurch bei der in Fig.13 angegebenen Bestromung ein alternierendes
Magnetfeldmuster erzeugt wird.
Insbesondere können Wicklungen 3 eines Stators 1 elektrisch miteinander verschaltet werden. Beispielsweise kann durch elektrische Zusammenschaltung von jeweils zwei Wicklungen eines 10poligen Stators 1 ein 5poliger Stator erzeugt werden.
Vorteilhafterweise hat ein Bestromungsprofil für einen Pol eines Antriebssystems mit einer ungeraden Anzahl von Polen unter Berücksichtigung der Stromkommutierung eine 720 Grad Periodizität. Insbesondere wechselt nach jeweils 360 Grad die Orientierung des Magnetfeldes, beziehungsweise die Richtung des erzeugenden Wicklungstromes eines jeden Pols. Die Polschuhe 2.1 können beispielsweise eine mit jedem Umlauf alternierende Magnetfeldorientierung wie folgt aufweisen:
(0 Grad)N1 -S2-N3-S4-N5-(360 Grad)-S1 -N2-S3-N4-S5-(720 Grad)-N1 ...
Fig.14 zeigt hierfür ein Beispiel, bei dem jeweils zwei Wicklungen 3 eines 10poligen Stators 1 elektrisch zusammengeschaltet und so ein 5poliger Stator erzeugt wurde. In einem ersten Umlauf i ist P1 =N, P2=S, P3=N, P4=S, P5=N. Bei Fortsetzung der Rotation, in einem zweiten Umlauf i+1 muss die Stromrichtung von P1 umgeschaltet werden auf P1 =S, wie in Fig.14 durch den gestrichelten Pfeil Linie angedeutet, die von P2 auf P2=N usw. Nach Vollendung des zweiten Umlaufes wird für einen weiteren Umlauf wieder auf die Stromrichtung des ersten Umlaufes i umgeschaltet, wie durch den gepunkteten Pfeil in Fig.14 symbolisiert usw..
Fig.15 zeigt beispielhaft ein Ansteuerungsdiagramm für ein Antriebssystem mit einem 5poligen Stator. Vorteilhafterweise beträgt der Phasenversatz bei einem 5poligen Stator α = 432° (= 360°/5 + 360°). Die Pulsbreite Δν ist variabel und wurde bei dem in Fig.15 gezeigten Beispiel zu Δν = 144° gewählt.
Insbesondere kann eine Pulsbreite Δ während des Betriebs kontinuierlich und/oder diskret verändert werden.
Insbesondere kann die Form des Pulsmusters geeignet gewählt sein, um beispielsweise einen hohe Drehgleichförmigkeit oder einen geräuscharmen Betrieb zu ermöglichen. Pulsmuster können beispielsweise Rechteckpulse, Trapezpulse oder Pulse mit sinusförmigem Verlauf sein, wobei die Pulse symmetrische Pulsformen oder unsymmetrische Pulsformen, zum Beispiel unterschiedliche Anstiegs- und Abfallflanken und einem zeitlich modulierten Amplitudenverlauf, aufweisen können.
Insbesondere kann ein Stator 1 neben aktiven Polen auch passive, der Flussführung dienende Pole aufweisen, wie Fig.16 veranschaulicht.
Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mit einem 3poligen Stator 1 nach dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren mit konventionellen Phasenansteuerungen betrieben werden. Ein solcher Motor kann zusätzlich zu aktiven bestrombaren Statorpolen zur magnetischen Flussführung eine Anzahl passiver Flussschuhe aufweisen.
Durch Multiplexen der Wicklungen 3 kann ein Betrieb mit reduzierter Anzahl von Endstufen verwirklicht werden. Insbesondere können die erfindungsgemäßen Betriebsverfahren, über die in dieser Anmeldung beschriebenen Antriebssysteme hinaus, vorteilhafte Anwendung bei den in der WO201 1 107297, in der WO2012156079 und der in der DE-Anmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2013 001 629 beschriebenen Antriebssystemen finden.
Insbesondere weist ein erfindungsgemäßes Antriebssystem für den Antrieb des mindestens einen Bewegers eine Anzahl von mindestens zwei Aktoren, bevorzugt eine Anzahl von mindestens drei Aktoren auf. Insbesondere eignen sich auch Festkörperaktoren, elektrostatische Aktoren und/oder dielektrische Aktoren.
Insbesondere können die Wicklungen 3 der Polschuhe 2.1 einen gleichen Windungssinn aufweisen.
Insbesondere können die Polwicklungen 3 derart bestromt werden, dass die aus den Polschuhen austretenden Magnetfeldlinien benachbarter
Polschuhe 2.1 entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen und der
magnetische Fluss der Polschuhe 2.1 im Umlaufsinn um die raumfeste Achse (Α-Α') eine abwechselnde Polfolge (N-S-N-S) aufweist.
Es folgen 20 Blatt Zeichnungen mit 36 Figuren.
Bezugszeichenliste
1 Stator
2 Polschuhverzahnung
2.1 Polschuh
3 Wicklung
4a,4b Gehäusedeckel
5, 6 Lagerungselemente
5 Lagerungsmittel
7 Motorwelle
8 erste Zahnscheibe
8a Zahnscheibe
8b Zahnscheibe
9 Außenverzahnung/Innenverzahnung
9a Außenverzahnung
9b Außenverzahnung
10 zweite Zahnscheibe
10a Zahnscheibe
10b Zahnscheibe
1 1 Außenverzahnung/Innenverzahnung
1 1 a Außenverzahnung
1 1 b Außenverzahnung
12 Glocke (Zahnscheibe)
12a Glocke
12b Glocke
13 Innenverzahnung/Außenverzahnung
13a Innenverzahnung
14 Verbindungselement
15 Ausnehmung
15a innere Ausnehmung
15b innere Ausnehmung 16 Exzenter
16a, 16b Doppelexzenter
16b zweiter Exzenter
17 Ausnehmung
18 Lagerungsmittel
19 Ausnehmung
20 Außenfläche
21 innere Ausnehmung
22 Füllmaterial/Füllstoff
A-A' Achse
AE Ansteuerungselektronik B1 erste Verzahnung B2 zweite Verzahnung BG, BGa, BGb Beweger G1 Gehäuseverzahnung B-B Schnittebene
P1 ... P10 Pole
U1 a,U2a,U2b Anschlüsse

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur elektromechanischen Erzeugung von Rotation,
umfassend zumindest:
- einen Stator (1 ), der eine Anzahl von Polschuhen (2.1 ) und
zugehörige Polwicklungen (3) sowie eine Verzahnung (2, G1 ) oder Rollfläche aufweist,
- einen Rotor, der zumindest eine um eine raumfeste Achse A-A' drehbare Motorwelle (7) und eine Verzahnung (13, 13a, 13b, M1 , M2) oder Rollfläche aufweist, und
- mindestens einen Beweger (BG, BGa, BGb), der mindestens zwei Verzahnungen (B1 , B2, 9, 9a, 9b, 1 1 , 1 1 a, 1 1 b) oder Rollflächen aufweist, die in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind, und
- eine Ansteuerungselektronik (AE), die derart eingerichtet ist, dass eine einzelne oder mehrere der Polwicklungen (3) in einem vorgegebenen Umlaufsinn umlaufend derart bestrombar sind, dass der Beweger (BG, BGa, BGb) relativ zum Stator (1 ) oder umgekehrt eine Bewegung um die raumfeste Achse (Α-Α') ausführt, so dass eine der
Verzahnungen (B1 oder B2, 9, 9a, 9b oder 1 1 , 1 1 a, 1 1 b) oder
Rollflächen des Bewegers (BG, BGa, BGb) an der Verzahnung (2, G1 ) bzw. Rollfläche des Stators (1 ) und die andere der Verzahnungen (B1 oder B2, 9, 9a, 9b oder 1 1 , 1 1 a, 1 1 b) oder Rollflächen des
Bewegers (BG, BGa, BGb) an der Verzahnung (13, 13a, 13b, M1 , M2) bzw. Rollfläche des Rotors abwälzt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Beweger (BG, BGa, BGb) eine innere konzentrische Ausnehmung (15, 15a, 15b) aufweist, in welcher ein auf einer Motorwelle (7) drehbar gelagerter Exzenter (16, 16a, 16b) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Exzenter (16, 16a, 16b) eine inhomogene Massenverteilung, insbesondere in Form von
Ausnehmungen (17), unterschiedliche Dichtebereiche und/oder Ausformungen, aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
mehrere Beweger (BG, BGa, BGb) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei jeder Beweger (BG, BGa, BGb) einem Exzenter (16, 16a, 16b) zugeordnet und auf diesem um die raumfeste Achse (Α-Α') drehbar gelagert ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Exzenter (16, 16a, 16b) in einem vorgegebenen Winkel um die raumfeste Achse (Α-Α') zueinander gedreht und miteinander drehsteif verbunden sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zahnungen einer der Verzahnungspaarungen (2, 9) oder (1 1 , 13) eine gleiche Zähnezahl aufweisen oder eine der Verzahnungspaarungen durch eine drehmomentübertragende aber nicht drehzahlübersetzende Struktur ersetzt ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
Ausnehmungen zwischen benachbarten Polschuhen (2.1 ) mit einem Füllstoff (22) versehen sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Polwicklung (3) über mehrere Polschuhe (2.1 ) verteilt ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
Sensoren zur Erfassung physikalischer Größen wie Drehmoment, Drehzahl, Position, Drehrichtung, Temperatur vorgesehen sind
1 1 . Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur elektromechanischen
Erzeugung von Rotation nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mittels einer Ansteuerungselektronik (AE) eine einzelne oder mehrere der Polwicklungen (3) in einem vorgegebenen Umlaufsinn umlaufend derart bestromt werden, dass der Beweger (BG, BGa, BGb) relativ zum Stator (1 ) oder umgekehrt eine Bewegung um die raumfeste Achse (A- A') ausführt, so dass eine der Verzahnungen (B1 oder B2, 9, 9a, 9b oder 1 1 , 1 1 a, 1 1 b) oder Rollflächen des Bewegers (BG, BGa, BGb) an der Verzahnung (2, G1 ) bzw. Rollfläche des Stators (1 ) und die andere der Verzahnungen (B1 oder B2, 9, 9a, 9b oder 1 1 , 1 1 a, 1 1 b) oder Rollflächen des Bewegers (BG, BGa, BGb) an der Verzahnung (13, 13a, 13b, M1 , M2) bzw. Rollfläche des Rotors abwälzt.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei die Polwicklungen (3) sequentiell aufeinanderfolgend bestromt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 12, wobei die Polwicklungen (3) sequentiell überlappend bestromt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die
Polwicklungen (3) mit einem vorgegebenen Bestromungsprofil bestromt werden, wobei das Bestromungsprofil ein sinusförmiges, ein
trapezförmiges und/oder ein unsymmetrisches Profil mit
unterschiedlichen Anstiegs- und/oder Abfallflanken und/oder mit einer zeitlich variablen Amplitude aufweist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei benachbarte Polwicklungen (3) mittels zugehörigen Bestromungsprofilen bestromt werden, welche zumindest einen Phasenversatz aufweisen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei benachbarte Polwicklungen (3) mittels zugehörigen Bestromungsprofilen bestromt werden, welche vom Wicklungsschema und/oder elektrischer Beschaltung der Polwicklungen (3) abhängig sind.
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